CAM编程的基本实现过程

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  CAM 编程的基本实现过程 数控(简称 NC)编程技术包含了数控加工与编程、金属加工工艺、CAD/CAM 软件操作等多方面的知识与经验,其主要 任务是计算加工走刀中的刀位点(简称 CL 点)。根据数控加工的类型,数控编程可分为数控铣加工编程、数控车加工编程、 数控电加工编程等,而数控铣加工编程又可分为 2.5 轴铣加工编程、3 轴铣加工编程和多轴(如 4 轴、5 轴)铣加工编程等。 3 轴铣加工是最常用的一种加工类型,而 3 轴铣加工编程是目前应用最广泛的数控编程技术。 提示:本书中所提及的数控加工和编程,如无特别注明,均指 2.5 轴铣数控加工和编程或 3 轴铣数控加工和编程。 数控编程经历了手工编程、APT 语言编程和交互式图形编程三个阶段。交互式图形编程就是通常所说的 CAM 软件编程。由 于 CAM 软件自动编程具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等优点,已成为目前国内外数控加工普 遍采用的数控编程方法。因此,在无特别说明的情况下,数控编程一般是指交互式图形编程。交互式图形编程的实现是以 CAD 技术为前提的。数控编程的核心是刀位点计算,对于复杂的产品,其数控加工刀位点的人工计算十分困难,而 CAD 技 术的发展为解决这一问题提供了有力的工具。利用 CAD 技术生成的产品三维造型包含了数控编程所需要的完整的产品表面 几何信息, 而计算机软件可针对这些几何信息进行数控加工刀位的自动计算。 因此, 绝大多数的数控编程软件同时具备 CAD 的功能,因此称为 CAD/CAM 一体化软件。 由于现有的 CAD/CAM 软件功能已相当成熟,因此使得数控编程的工作大大简化,对编程人员的技术背景、创造力的要求也 大大降低,为该项技术的普及创造了有利的条件。事实上,在许多企业从事数控编程的工程师往往仅有中专甚至高中的学 历。 目前市场上流行的 CAD/CAM 软件均具备了较好的交互式图形编程功能,其操作过程大同小异,编程能力差别不大。不管采 用哪一种 CAD/CAM 软件,NC 编程的基本过程及内容可由图 1-1 表示。 .1 获得 CAD 模型 CAD 模型是 NC 编程的前提和基础,任何 CAM 的程序编制必须有 CAD 模型为加工对象进行编程。获得 CAD 模型的方法通常有 以下 3 种: (1)打开 CAD 文件。如果某一文件是已经使用 MasterCAM 进行造型完毕的,或是已经做过编程的文件,那么重新打开该文 件,即可获得所需的 CAD 模型。 (2)直接造型。MasterCAM 软件本身就是一个 CAD/CAM 软件,具有很强的造型功能,可以进行曲面和实体的造型。对于一 些不是很复杂的工件,可以在编程前直接造型。 (3) 数据转换。 当模型文件是使用其他的 CAD 软件进行造型时, 首先要将其转换成 MasterCAM 专用的文件格式 (MC9 文件) 。 通过 MasterCAM 的数据转换功能,MasterCAM 可以读取其他 CAD 软件所做的造型。MasterCAM 提供了常用 CAD 软件的数据接 1 口,可以直接读取 PRT、DWG 等文件。并且有标准转换接口,可以转换的文件格式如 IGES、 STEP 等。 .2 加工工艺分析和规划 加工工艺分析和规划的主要内容包括: (1)加工对象的确定:通过对模型的分析,确定这一工件的哪些部位需要在数控铣床或者数控加工中心上加工。数控铣的 工艺适应性也是有一定限制的,对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的,应使用线切割或者电加工来加工;而另外 一些加工内容,可能使用普通机床有更好的经济性,如孔的加工、回转体加工等,可以使用钻床或车床进行 加工。 (2)加工区域规划: 即对加工对象进行分析,按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成数个加工区 域。对加工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。 个人观点:在进行加工对象确定和加工区域规划或分配时,通过参考实物可以更直观地进行分析和规划。 (3)加工工艺路线规划:即从粗加工到精加工再到清根加工的流程及加工余量分配。 (4)加工工艺和加工方式确定:如刀具选择、加工工艺参数和切削方式(刀轨形式)选择等。 在完成工艺分析后,应填写一张 CAM 数控加工工序表,表中的项目应包括加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主 轴转速、切削进给等选项。完成了工艺分析及规划可以说是完成了 CAM 编程 80%的工作量。同时,工艺分析的水平原则上 决定了 NC 程序的质量。 .3 CAD 模型完善 对 CAD 模型作适合于 CAM 程序编制的处理。由于 CAD 造型人员更多考虑零件设计的方便性和完整性,并不顾及对 CAM 加工 的影响,所以要根据加工对象的确定及加工区域规划来对模型作一些完善。通常有以下内容: (1)坐标系的确定。坐标系是加工的基准,将坐标系定位于适合机床操作人员确定的位置,同时保持坐标系的统一。 (2)隐藏部分对加工不产生影响的曲面,按曲面的性质进行分色或分层。这样一方面看上去更为直观清楚;另一方面在选 择加工对象时,可以通过过滤方式快速地选择所需 对象。 (3)修补部分曲面。对于有不加工部位存在造成的曲面空缺部位,应该补充完整。如对于有钻孔的曲面,存在狭小凹槽的 曲面等,应该将这些曲面补充完整,这样获得的刀具路径规范而且安全。 (4)增加安全曲面,如对边缘曲面进行适当的延长。 (5)对轮廓曲线进行修整。对于数据转换获取的数据模型,可能存在看似光滑的曲 线其实存在着断点,看似一体的曲面 在连接处不能相交等问题,可通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线)构建刀具路径限制边界。对于规划的加工区域,需要使用边界来限制加工范围 的,可先构建出边界曲线 加工参数设置 参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施,它构成了利用 CAD/CAM 软件进行 NC 编程的主要操作内容,直接影响 NC 程 序的生成质量。参数设置的内容较多,下面列举其中主要几个: 2 (1)切削方式设置:用于指定刀轨的类型及相关参数。 (2)加工对象设置:是指用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。 (3)刀具及机械参数设置:是针对每一个加工工序选择适合的加工刀具,并在 CAD/ CAM 软件中设置相应的机械参数,包 括主轴转速、切削进给、切削液控制等。 (4)加工程序参数设置:包括进/退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、 安全高度等参数。这是 CAM 软件参数 设置中最主要的一部分内容。 .5 生成刀具路径 在完成参数设置后,即可将设置结果提交 CAD/CAM 系统进行刀轨的计算。这一过程是由 CAD/CAM 软件自动完成的。 .6 刀具路径检验 为确保程序的安全性,必须对生成的刀轨进行检查校验,检查有无过切或者加工不到位,同时检查是否会发生与工件及夹 具的干涉。校验的方式有: (1)直接查看。通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具路径,适于观察其切削范围有无越界,及有无 明显异常的刀具轨迹。 (2)手工检查。对刀具轨迹进行逐步观察。 (3)实体模拟切削,进行仿真加工。直接在计算机屏幕上观察加工效果,这个加工过程与实际机床加工过程十分类似。 对检查中发现问题的程序,应调整参数设置,重新进行计算后再作检验。 .7 后处理 后处理实际上是一个文本编辑处理过程,其作用是将计算出的刀轨(刀位运动轨迹)以规定的标准格式转化为 NC 代码并输 出保存。 在后处理生成数控程序之后,还需要检查这个程序文件,特别对程序头及程序尾部分的语句进行检查,如有必要可以修改。 这个文件可以通过传输软件传输到数控机床的控制器上,由控制器按程序语句驱动机床加工。 在上述过程中,编程人员的工作主要集中在加工工艺分析和规划、参数设置这两个阶段,其中工艺分析和规划决定了刀轨 的质量,参数设置则构成了软件操作的主体。 3

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