自动编程软件在数控加工中的应用09数控周伟.docx
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自动编程软件在数控加工中的应用09数控周伟
达州职业技术学院
毕业课题设计论文
题目：
自动编程软件在数控加工中的应用
所在系（部）：
机电与信息工程系
学科专业：
数控
作者姓名：
周伟
指导教师姓名：
阳涛老师
学号：
20090200430102
答辩日期：
_2012_年_6_月_16_日
目录
第1章绪论
1.1引言
1.2Mastercam软件简介
1.2.1软件的发展
1.2.2Mastercam软件的工作界面
第2章Mastercam软件铣削的理论基础介绍
2.1Mastercam软件铣削实例
2.1.1Mastercam编制加工程序的基本思路和基本步骤
2.1.2利用Mastercam的CAM模块
2.1.2.1钻中心孔的加工步骤
2.1.2.2粗铣凸台的加工步骤
2.1.2.3粗铣上表面曲面的加工步骤
2.1.2.4精铣凸台的加工步骤
2.1.2.5精铣凹槽的加工步骤
2.1.2.6精铣曲面的加工步骤
2.1.3.Mastercam与实际中的机床的联机应用
致谢
参考文献
自动编程软件在数控加工中的应用
摘要
随着现代加工业的发展，实际生产过程中，比较复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，手工编程已满足不了实际生产的要求。
如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加工程序，在这种需求推动下，数控自动编程得到了很大的发展。
随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统已逐渐过渡到以图形交互为基础，与CAD相集成的CAD/CAM一体化的编程方法。
与以前的APT等语言型的自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可靠。
采用CAD/CAM数控编程系统进行自动编程已经成为数控编程的主要方式。
关键词：
MasterCAM、自动编程、专用编程器、ATP系统。
第1章绪论
1.1引言
目前，商品化的CAD／CAM软件比较多，应用情况也各有不同，下表列出了国内应用比较广泛的CAM软件的基本情况。
软件名称
基本情况
unigraphics
（UG）
是美国EDS公司出品的CAD／CAM／CAE一体化的大型软件，功能强大，在大型软件中，加工能力最强，支持三轴到五轴的加工，由于相关模块比较多，需要较多的时间来学习掌握。
Pro/Engineer
是美国PTC公司出品的CAD／CAM／CAE一体化的大型软件，功能强大，支持三轴到五轴的加工，同样由于相关模块比较多，学习掌握，需要较多的时间。
CAXA
是国内北航海尔软件有限公司出品的数控加工软件，其功能与前面介绍的软件相比较，在功能上稍差一些，但价格便宜。
上述的CAM软件在功能、价格、服务等方面各有侧重，功能越强大，价格也越贵，对于使用者来说，应根据自己的实际情况，在充分调研的基础上，来选择购买合适的CAD／CAM软件。
掌握并充分利用CAD／CAM软件，可以帮助我们将微型计算机与CNC机床组成面向加工的系统，大大提高设计效率和质量，减少编程时间，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产制造水平。
由于目前CAM系统在CAD／CAM中仍处于相对独立状态，因此无论上表中的那一个CAM软件都需要在引入零件CAD模型中几何信息的基础上，由人工交互方式，添加被加工的具体对象、约束条件、刀具与切削用量、工艺参数等信息，因而这些CAM软件的编程过程基本相同。
1.2.Mastercam软件简介
1.2.1软件的发展
Mastercam软件是美国CNCSoftware,INC.所研制开发的集计算机辅助设计和制造于一体的软件。
它的CAD模块不仅可以绘制二维和三维零件图形，也能在CAM模块中，对被加工零件直接编制刀具路径和数控加工程序。
它是目前在模具设计和数控加工中使用非常普遍，而且相当成功的软件。
它主要应用于加工中心、数控铣床、数控车床、线切割、雕刻机等数控加工设备。
由于该软件的性能价格比较好，而且学习使用比较方便，因此被许多加工企业所接受。
由于Mastercam软件具有强大的生命力，因而发展迅速,新版本性能更优越，学习使用更方便。
在辅助设计方面，增加了标注尺寸、实体模型，并且在更改实体模型尺寸和图素属性（图层、颜色、线型、线宽）等方面作了较大的改进，尤其是增加了实体管理器（SolidsManager）之后，使设计顺序和参数可以重构（ReorderandRegenerate），从而使设计更具灵活和柔性。
在辅助加工CAM方面，增加了实体刀具路径仿真加工（Tool-pathVerification）和刀具路径-操作管理器（ToolpathsOperationsManager），可以通过刀具路径仿真来验证和修改刀具和加工参数，如果参数有误，可进行局部修改，然后将刀具路径重新生成，再仿真优化，直到满意为止。
MasterCAM软件具有良好的人机界面，在整个设计与加工过程中显示出交互性、集成性的特点。
MasterCAM软件与其它大型CAD/CAM软件一样，具有一定的工程分析和判断功能（零件几何图素的检测、刀具路径及干涉检验、实体管理器和操作管理器所带的参数修改、几何重构和程序重生等），计算机通信功能（DNC加工），为进一步向集成化、智能化、网络化方向发展奠定了基础。
1.2.2.MasterCAM软件的工作界面
首先让我们来启动Mastercam软件，进入其工作界面。
通过Windows桌面，双击“Mill”图标启动；也可按如下步骤启动：
开始→程序→Mastercam→Mill
进入Mastercam后我们就能看到如图9-1所示的工作界面：
Mastercam的工作界面组成如下：
1）标题栏
没有绘图时，显示Mastercam程序名称，打开文件编辑时，显示文件的路径和名称。
2）工具条
此区域将Mastercam常用的命令以图标的方式显示在绘图区的上方，每一个图标代表一条命令，用户可以鼠标直接点击图标，以激活该命令。
3）主菜单
此区域提供了Mastercam所有的命令。
Mastercam的命令结构为树枝状结构，例如：
当用鼠标选择【绘图】命令后，将会出现【绘图】命令的子菜单，再选择【矩形】命令，又会出现绘制矩形方式的下一级子菜单。
如果选择【上层功能表】，则返回上一级的【矩形】子菜单；如果选择【回主功能表】，则直接返回到主菜单。
4）辅助菜单
此区域提供了绘图时，系统的一些默认信息。
5）绘图区
此区域为最常使用的区域，是设计图形所显示的区域。
用户从外部导入的图形或用Mastercam绘制的图形都会显示在此区域内.第2章Mastercam软件铣削的理论基础介绍
2.1.Mastercam软件铣削实例
2.1.1Mastercam编制加工程序的基本思路和基本步骤
下面我们用一个典型实例来掌握零件的设计与数控自动编程的基本方法。
如图9-2所示：
毛坯为已加工过的70×70的方料，厚度为30.2mm，零件材料为铝材。
加工采用的刀具参数如下表所示。
刀具
号码
刀具
名称
刀具
材料
刀具
规格
零件材料为铝材
备注
转速
侧刃进给量
底刃进给量
T1
端铣刀
高速钢
Φ16
S500
Fxy80
Fz50
粗铣凸台、凹槽
T2
端铣刀
高速钢
Φ10
S1000
Fxy120
Fz50
精铣凸台和凹槽
T3
中心钻
高速钢
Φ3
S1500
Fz80
钻中心孔
T4
钻头
高速钢
Φ9.8
S600
Fz70
钻孔
T5
铰刀
高速钢
Φ10
S200
Fz40
精铰Φ10的孔
T6
圆鼻刀
高速钢
Φ16（R4）
S600
F250
粗铣、半精铣曲面
T7
球头铣刀
高速钢
Φ10（R5）
S4000
F600
精铣曲面
表一加工中心铣削实例的刀具参数表
下面我们采用Mastercam来编制加工程序，从而掌握软件铣削编程的基本思路和基本步骤。
编程步骤：
1.理解零件图纸，确定加工内容。
根据毛坯情况，需要加工的部分是：
60带R30圆弧的凸台，Φ30的圆槽，Φ10H7的孔，R140的曲面。
2.确定加工工艺（装卡、刀具、毛坯情况等），确定刀具原点位置（即用户坐标系）。
夹具选择为通用精密虎钳。
考虑到零件左右对称，选择零件中心为XY方向的编程原点，考虑到零件上表面为曲面，选择不需要加工的底面为Z0。
零件的工艺安排如下：
A.虎钳加窄垫块装夹零件，注意垫块需要让开Φ10H7孔的位置，将零件中心和零件下表面设为G54的原点。
B.加工路线是钻中心孔→钻Φ9.8孔→粗铣凸台→粗铣凹圆槽→粗铣曲面→精铣凸台→精铣凹圆槽→精铣曲面→铰Φ10H7的孔。
3.利用Mastercam的CAD模块建立加工模型
由于Mastercam的CAD功能属于加工造型，只需绘制与加工有关的图形即可，与加工无关的形状，就不必绘出。
绘制步骤如下：
（1）启动Mastercam.。
（2）使用Mastercam默认的子菜单设置选项。
如图9-3所示
如果你的Mastercam的默认子菜单设置选项与上面的不相同，请改正。
（3）绘制Φ10的孔。
在主菜单中，使用鼠标选择【绘图】→【圆弧】→【点直径圆】命令（见图9-4，P1）。
出现输入直径对话框，输入直径“10”后，按下回车键或鼠标左键（见图9-4，P2），
然后，出现抓点方式，鼠标在抓点方式中，选择原点（见图9-4，P3）。
绘图区出现一个圆，如果图形显示比例不适当，可选择快捷图标【适度化】命令（见图9-4，P4）。
（4）绘制Φ30的凹槽。
首先，指定凹槽Z向尺寸，选择子菜单中的【Z：
00】命令（见图9-5，P1）。
出现抓点方式，尽管此时屏幕上没有提示输入数据的对话框，但只要你用键盘输入数据，就会立即弹出输入对话框。
出现请输入坐标值对话框，输入坐标值“15”后，按下回车键或鼠标左键（见图9-5，P2）。
完成后的结果，如图（见图9-5，P3）。
开始绘制Φ30的凹槽
在主菜单中，使用鼠标选择【绘图】→【圆弧】→【点直径圆】命令（见图9-6，P1）。
出现输入直径对话框，输入直径“30”后，按下回车键或鼠标左键（见图9-6，P2）。
然后，出现抓点方式，鼠标在抓点方式中，选择原点（见图9-6，P3）。
绘图区如图（见图9-6，P5），如果图形显示比例不适当，可选择快捷图标【适度化】命令（见图9-6，P4）。
完成后的结果，如图（见图9-6，P5）。
（5）绘制60带R30圆弧的凸台。
由于带R30圆弧的凸台的Z向尺寸与凹槽的相同，所以设置Z向尺寸的步骤，就可以跳过。
凸台是由圆弧和矩形相交而成，所以，下面先绘制圆弧。
在主菜单中，使用鼠标选择【绘图】→【圆弧】→【点半径圆】命令（见图9-7，P1）。
出现输入半径对话框，输入半径“30”后，按下回车键或鼠标左键（见图9-7，P2）。
然后，出现抓点方式，鼠标在抓点方式中，选择原点（见图9-7，P3）。
绘制的图形出现在绘图区，命令完成后，可点击【回主功能表】命令，回到命令初始状态。
（见图9-7，P4）
如果图形显示比例不适当，可选择快捷图标【适度化】命令和显示图形【缩小0.8倍】的快捷图标命令（见图9-7，P5）。
完成后的结果，如图（见图9-6，P5）。
下面我们绘制矩形。
在主菜单中，使用鼠标选择【绘图】→【矩形】→【一点】命令（见图9-8，P1）。
出现一点定义矩形对话框，在弹出的对话框中，输入矩形的宽度“60”（见图9-8，P3），高度“60”（见图9-8，P4），关键的一点在矩形中的位置（见图9-8，P2），完成后，按下确定按钮（见图9-8，P5）。
然后，出现抓点方式，鼠标在抓点方式中，选择原点（见图9-8，P6）。
绘制的图形出现在绘图区，命令完成后，可点击【回主功能表】命令，回到命令初始状态。
如果图形显示比例不适当，可选择快捷图标【缩小0.8倍】的命令（见图9-8，P7）。
完成后的结果，如图（见图9-8，P7）。
下面我们进行图形的编辑。
在主菜单中，使用鼠标选择【修整】→【修剪延伸】→【两个物体】命令（见图9-9，P1，P2，P3）。
进入修剪图形命令后，Mastercam在系统提示区显示请选择要修剪的图素，此时要注意用鼠标选择欲修剪图素的保留部分（见图9-9，P4），鼠标点击后，在系统提示区显示修整到某一图素，注意要用鼠标选择欲修剪的另一图素的保留部分（见图9-9，P5），鼠标点击后，完成左边图形的修剪（见图9-9，P6）。
继续使用鼠标点击右边的欲修剪图素的保留部分（见图9-9，P7和P8），完成右边图形的修剪。
（见图9-9，P9），多余的图素可使用删除命令删除，点击快捷图标【删除】命令（见图9-9，P10），然后选择要删除的图素（见图9-9，P11）。
删除完成后，可点击【回主功能表】命令，回到命令初始状态。
完成凸台后，绘图区的图形如图所示（见图9-9，P12）。
（6）绘制R140的曲面。
绘制曲面，首先要绘制曲面的线架构，而线架构又是根据线架构上的关键点而绘制出来的。
本实例的关键点由左视图可知有两个，其坐标分别为（0,-30,30）和（0,30,17）
在主菜单中，用鼠标选择【绘图】→【点】→【指定位置】命令（见图9-10，P1－P3）
尽管此时屏幕上没有提示输入数据的对话框，但只要你用键盘输入数据，就会立即弹出请输入坐标值的对话框。
输入第一点（0,-30,30）（见图9-10，P4和等角视图P6），然后继续输入第二点（0,30,17）（见图9-10，P5和等角视图P7），关键点的绘制就完成了。
由于这两个关键点为空间点，为了便于观察，可改变视角为等角视图。
点击快捷图标【视角..等角视图】命令（见图9-10，P8）
利用曲线关键点，下面我们来绘制R140的曲线。
首先，我们指定曲线的Z向尺寸，选择子菜单中的【Z：
15】命令（见图9-11，P1）。
出现抓点方式，输入坐标值“0”后，按下回车键或鼠标左键（见图9-11，P2）。
将构图面更改为侧视图，点击快捷图标【构图面..侧视图】命令（见图9-11，P3）。
完成后，Z向尺寸如图所示（见图9-11，P4），构图面如图所示（见图9-11，P5）。
在主菜单中，用鼠标选择【绘图】→【圆弧】→【两点画弧】→【存在点】命令（见图9-12，P1－P4），然后分别选择绘图区中的两个关键点（见图9-12，P5，P6），完成后Mastercam将弹出，输入圆弧半径的对话框，输入“140”（见图9-12，P7），由于两点画弧的不确定性，Mastercam将绘制出两条圆弧，根据图纸，我们应该用鼠标选择弧顶向上的圆弧（见图9-12，P8），绘制圆弧就完成了。
为了便于观察绘图结果，可改变视角为动态旋转视图。
点击快捷图标【视角..动态旋转】命令（见图9-12，P9）,观察的结果应该如图（见图9-12，P10）。
线架构完成后，就可以绘制加工所需要的曲面了。
在主菜单中，用鼠标选择【绘图】→【曲面】→【牵引曲面】→【单体】（见图9-13，P1－P4），选择要牵引的线段，用鼠标选择绘图区中的圆弧曲线（见图9-13，P5），完成后，选择【执行】（见图9-13，P6），Mastercam进入牵引曲面菜单，观察一下信息反馈区中，按照图纸要求，牵引长度应该大于30，如果不够，可以用鼠标点击【牵引长度】（见图9-13，P7），在输入牵引长度的对话框中，输入“35”（见图9-13，P8），观察一下，绘图区中，曲面牵引方向是否与图纸相符，如果不符，说明你的构图面不正确，请返回图9-11进行修改，如果没有问题，选择【执行】（见图9-13，P9），Mastercam自动生成曲面（见图9-13，P10）。
在绘图过程中，为了便于观察绘图结果，可改变视角为动态旋转视图。
注意：
在绘图过程中，可以灵活使用键盘上的←↑→↓方向键，进行视图的平移，用PageUp键进行图形放大，用PageDown键进行图形的缩小。
下面我们要进行曲面的编辑。
在主菜单中，使用鼠标选择【绘图】→【曲面】→【曲面修整】→【修整至曲线】命令（见图9-14，P1，P2，P3，P4），Mastercam提示选取要修整的曲面，用鼠标选择绘图区中的曲面（见图9-14，P5），选择完成后，选择菜单中的【执行】命令，然后Mastercam提示选取曲线，用鼠标选择绘图区中的圆弧线（见图9-14，P7），Mastercam自动串连整个圆弧线，选择【执行】命令（见图9-14，P8）。
将曲面修整至曲面，涉及到曲线在曲面上的的投影方向的问题，在这里，我们需要将曲线按俯视构图面进行正交投影，用鼠标选择快捷图标【构图面－俯视图】（见图9-14，P9），选择【执行】命令（见图9-14，P11），按照Mastercam的提示用鼠标选择曲面要保留的部分（见图9-14，P12），曲面的外部多余的曲面被修剪掉。
从实际加工来看，多余的曲面部分并不影响零件加工后的尺寸，就是不进行曲面修剪也可以进行曲面加工，但进行外部多余曲面的修剪，可以在曲面加工时，缩小加工面积，从而提高生产效率，但曲面被修剪得很碎小，反而会增加曲面加工时间，原因是加工刀具需要通过频繁的提刀来寻找下一个加工面。
对于上面这个零件实例，实际情况是曲面的内部多余部分（指Φ30的凹槽），如果被修剪掉，可以在曲面粗加工时，节省加工时间，但在精加工时，由于曲面中间的空洞，加工刀具将会频繁得提刀寻找下一个加工面，从而浪费加工时间。
如果不修剪，则情况正好相反，粗加工的时间与修剪掉相比，时间增加（原因是加工面积增加），精加工的时间与修剪掉相比，时间减少（原因是提刀减少）。
理想的解决办法是，做两个曲面，粗加工的曲面中间被修剪，而精加工的曲面中间没有被修剪，这样加工时间最短。
或者是不修剪内部多余曲面，而修剪粗加工曲面的刀具路径，效果也一样。
在这里由于篇幅有限，我们就不做两个曲面了，读者可以自行验证。
下面讲解我们如何修整曲面内部的多余部分，使用鼠标选择【选取曲面】命令，按照Mastercam提示的提示用鼠标选择选取要修整的曲面（见图9-15，P1），选择完成后，选择菜单中的【执行】命令，然后按照Mastercam提示的提示用鼠标选取曲线（见图9-15，P2），选择【执行】命令，按照Mastercam的提示用鼠标选择曲面要保留的部分（见图9-15，P3），曲面的内部多余的曲面被修剪掉（见图9-15，P4）。
为了观察修剪后的曲面，我们可以将曲面渲染，可使用快捷键【ALT-S】,绘图区的曲面被渲染（见图9-15，P8）。
如果要更改渲染曲面的颜色，可用鼠标选择快捷图标【彩现】（见图9-15，P5），在弹出的曲面着色设置对话框中，用鼠标将【使用着色】的选项，勾上（见图9-15，P6），在颜色的设定，选取你希望的颜色值，其它选项可使用默认值，按下确定（见图9-15，P7），曲面被渲染上你所设定的颜色（见图9-15，P8）。
下面我们完成曲面的另一半。
在主功能表中，使用鼠标选择【转换】→【镜射】命令（见图9-16，P1，P2），按照Mastercam提示的提示用鼠标选择选取要镜像的曲面（见图9-16，P3），选择完成后，选择菜单中的【执行】命令（见图9-16，P4），然后按照Mastercam提示的提示用鼠标选取镜像的参考轴，这里选取Y轴（见图9-16，P5），在弹出的镜像处理对话框中，选择【复制】选项（见图9-16，P6，P7），按下【确定】按钮，曲面的另一半就完成了（见图9-16，P8）。
2.1.2.利用Mastercam的CAM模块，选择合适的加工策略，自动生成刀具轨迹。
根据我们前面安排的加工工艺，加工路线是钻中心孔→钻Φ9.8孔→粗铣凸台→粗铣凹圆槽→粗铣曲面→精铣凸台→精铣凹圆槽→精铣曲面→铰Φ10H7的孔。
2.1.2.1.钻中心孔的加工步骤
（1）选择加工方式和加工对象
用鼠标选择【回主功能表】，在主菜单中，选择【刀具路径】→【钻孔】→【手动输入】→【圆心点】（见图9-17，P1，P2，P3，P5），用鼠标选择图中的圆（见图9-17，P4），完成后，因为没有其他钻孔点，则按下键盘上的【ESC】键，完成钻孔点的选择。
加工孔系类的零件，只需要知道孔的中心点位就可以加工，孔的几何形状由加工孔的刀具的几何形状来决定（例如钻孔）。
也就是说，如果光是钻孔加工，在CAD造型时，只需要画出孔中心的点就可以了，有多少个点，就代表有多少个孔。
用鼠标选择【执行】（见图9-17，P7），下面将弹出刀具设置对话框如图9-18所示
刀具参数设置对话框，在所有的加工方式中，都将出现这个对话框，下面我们详细介绍这个对话框的设置。
（2）.定义刀具的加工参数
首先我们要定义刀具，在刀具框中（见图9-18，P1），按鼠标右键，在弹出的对话框中，选择【建立新的刀具】（见图9-18，P2），出现的对话框如图9-19所示。
由于加工方式选择的是钻孔，Mastercam自动认为下面是要定义钻头的参数，而我们要做的是定义中心钻的参数，在这个对话框中，有三个活页（见图9-19），根据我们前面的加工刀具参数表中的参数，首先选择【刀具型式】（见图9-19，P1），选择刀具类型为中心钻，然后设置【刀具加工参数】（见图9-19，P2），输入刀具转速“1500”，进给率“80”，其它参数默认即可。
在【刀具－中心钻】活页夹中（见图9-19，P3），输入刀具号码为3，刀具直径为Φ3，最后按下确定按钮，返回到刀具参数对话框（见图9-20）。
在这个对话框中，可以看到我们前面定义的中心钻的参数（请注意图中画圈部分的内容），已经自动出现在参数对话框中，当然我们也可以直接在这里定义中心钻的直径，转速，进给率等参数，但这样输入的参数，不能被保存，适合于一次性使用该刀具，如果在后面的工序中，需要多次使用这把刀具，就应该采用（图9-19，P2）的定义方法，相当于建立了一个临时刀具参数库，以后再使用这把刀具，Mastercam会自动从临时刀具参数库中，调出该刀具的刀具参数，而不用重新输入了。
如果长期使用某些刀具，可以建立一个永久的刀具参数库，这样可以直接从刀具参数库中，选择所需要的刀具和相应的加工参数。
对于中心钻，这种钻头类的刀具来说，进给速率的对话框的值实际上是就是指Z轴的进给速度。
（3）定义本工序的加工参数
选择【深孔钻-无啄钻】的活页夹，对话框如图8-14所示。
（注意图中设置的参数）
由于我们选取的零件下表面为Z0位置，所以，在这个对话框中，需要我们输入的是【安全高度】为“100.0”，【参考高度】为“40.0”，【要加工的表面】为“30.0”，【深度】为“25.0”，即中心钻的钻孔深度为5mm。
加工方式采用G81指令的加工方式。
输入完成后，选择【确定】。
Mastercam自动依据前面设置的参数生成刀具路径，并显示在绘图区中，然后自动返回选择加工方式的菜单，钻中心孔的加工就完成了。
根据我们前面安排的加工工艺，下面是钻Φ9.8的孔的加工步骤。
（1）选择加工方式和加工对象
用鼠标选择【回主功能表】，在主菜单中，选择【加工路径】→【钻孔】→【选择上次】，如图9-22所示。
钻Φ9.8的孔为钻中心孔的后续工序，所以在钻孔的中心点位的选择上，可以直接选择【选择上次】的菜单选项（图9-22，P1）。
这种选择方式，在加工多个孔中的多次工序中，经常会用到。
然后，用鼠标选择【执行】。
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