第6章自動編程（時間：3次課，6學時）第6章自動編程教學目標：自動編程是從零件的設計模型(或幾何圖樣)獲得數控加工程序的全部過程。其主要任務是編程人員在對加工對象和工藝要求進行仔細分析的基礎上，借助CAD/CAM系統的交互式編程功能，對零件進行幾何造型，確定工藝步驟，輸入加工參數，系統自動生成刀具運動軌跡，并經后置處理輸出零件加工程序。同時，由于在計算機上能夠自動進行走刀軌跡的模擬，所以能夠及時檢查程序是否有錯并進行修改。通過本章的學習，要求讀者了解自動編程的發展過程，掌握自動編程的方法和步驟，熟練應用CAXA-ME軟件系統進行自動編程，完成數控加工。第6章自動編程教學重點和難點：零件的加工造型。刀具軌跡的生成方法。第6章自動編程6.1自動編程的發展6.2自動編程系統簡介6.3CAXA-ME的基本概念6.4加工模型的創建6.5平面輪廓與平面區域加工6.6曲面加工6.7粗加工6.8軌跡仿真6.9后置處理 6.10機床通信6.11實訓6.12習題6.1自動編程的發展通常，自動編程是指用計算機和編程軟件進行編程。目前，交互式圖形編程是普遍采用的自動編程方法。數控編程經歷了手工編程、APT語言編程和交互式圖形編程3個發展階段。手工編程是利用一般的計算工具，通過各種數學方法，人工進行刀具軌跡的運算，并編制指令。這種方式比較簡單，很容易掌握，適應性較強。可用于復雜程度低，計算量不大的零件編程，是最早發展的編程方法，也是其他編程方法的基礎。自動編程技術源于20世紀50年代，美國麻省理工學院研制出APT(自動編程工具)自動編程系統。該系統是世界上開發最早、功能齊全并在當時使用普遍的自動編程系統。由于受當時計算機技術的限制，無法在計算機上生成零件圖形來進行自動編程。因此使用APT系統前，需要用一種專用數控編程語言來描述零件的加工過程，即編制一個零件加工源程序。該程序不同于手工編制的加工程序，它不能直接控制機床，必須經過計算機編譯程序的處理，才能生成加工程序。零件加工的源程序所使用的數控語言又稱為APT語言。使用APT語言編程方法直觀性差，編程過程繁瑣而復雜。近年來，隨著CAD/CAM一體化技術的發展和推廣，極大地提高了產品設計和自動編程的效率與質量。CAD/CAM軟件已成為數控加工自動編程系統的主流。這些軟件具有生動的圖形顯示功能，友好的人機界面，智能化的操作命令，可以用人機交互方式對零件的幾何模型進行繪制、編輯和修改，從而得到零件的幾何模型。然后對機床和刀具進行定義和選擇，確定刀具相對于零件表面的運動方式、切削加工參數，生成刀具軌跡。最后經過后置處理，即按照特定機床規定的文件格式生成加工程序。通常軟件還具有加工軌跡的仿真功能，以用于驗證走刀軌跡和加工程序的正確性。使用這類軟件通過交互式圖形生成的方法把零件幾何信息、拓撲信息、工藝信息輸入計算機，對加工程序的生成和修改都非常方便，大大提高了編程效率。另一方面，由于交互式圖形輸入的直觀性和易操作性，可以使編程操作中的失誤大幅度地減少。6.2自動編程系統簡介6.2.1自動編程的方法與過程6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹6.2自動編程系統簡介自動編程是借助計算機和CAD/CAM自動編程系統軟件進行數控加工編程的方法。自動編程時，大部分編程工作由計算機來完成，這樣不但提高了編程效率，還解決了手工編程無法解決的復雜零件的加工編程問題。自動編程系統的功能對編程的質量和效率是至關重要的。自動編程系統技術水平的提高是數控技術發展的重要方面。6.2.1自動編程的方法與過程1．CAD/CAM系統的基本功能一個典型的CAD/CAM集成系統，一般應具備以下幾大功能模塊。(1) 造型設計功能。包括二維草圖設計、曲面設計、實體和特征設計、曲線曲面的編輯。對于型腔模具CAD/CAM集成數控編程系統來說，型腔和型芯的自動生成具有十分重要的意義。(2) 在三維幾何造型設計的基礎上，自動生成二維工程圖的功能。對于單一功能的數控編程系統，二維工程圖功能不一定是必須的。(3) 數控加工編程、刀具軌跡生成、刀具軌跡編輯、刀具軌跡驗證和通用后置處理等。刀具軌跡生成模塊直接采用幾何模型中的幾何信息，根據所選用的刀具及加工方式進行刀位計算，生成數控加工刀具軌跡。6.2.1自動編程的方法與過程2．自動編程的步驟目前，國內外圖形交互式自動編程軟件的種類很多，但其編程的基本原理和過程大體相同。編程人員應遵循一定的步驟進行編程工作，自動編程的主要步驟和工作內容如下。(1) 分析加工零件。① 根據被加工零件的圖樣和數控加工工藝要求，分析待加工表面及約束面，確定所需的機床設備、零件的加工方法、裝夾方法及工夾量具。② 確定編程原點及編程坐標系。一般根據零件的基準的位置以及待加工表面的幾何形態，在零件毛坯上選擇一個合適的編程原點及編程坐標系(也稱為工件坐標系)。設置加工零件毛坯尺寸，確定對刀點和刀具原點位置。(2) 幾何造型。利用CAD/CAM軟件的曲線、曲面造型、實體造型等功能繪制零件加工圖形(2D或3D圖形)，與此同時，在計算機內自動生成零件的圖形文件，作為下一步刀具軌跡設計的依據。(3) 確定刀具和加工參數。確定所需刀具數量、刀具種類，設置刀具參數和走刀路線。設置不同加工種類的特性參數。(4) 生成刀具軌跡并作適當編輯與修改。根據所選擇的刀具和加工參數，系統自動生成刀具軌跡，對于刀具軌跡不合適的地方，要用人工交互方式進行編輯和修改。刀具軌跡計算的結果存放在刀位源文件之中。(5) 刀具軌跡模擬與驗證。利用CAD/CAM軟件的刀具軌跡驗證功能，可以對可能過切、干涉與碰撞的刀位點進行檢驗。(6) 后置處理。運行數控編程系統提供的后置處理程序，生成加工程序單(G代碼)。(7) 根據不同的數控系統對G代碼作適當修改。(8) 將正確的G代碼傳送到數控系統。6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹

1.UGⅡ與UGNX軟件系統UGⅡ由美國UGS(UnigraphicsSolutions)公司開發的CAD/CAM/CAE一體化軟件，它的功能覆蓋了整個產品的開發過程，即覆蓋了從概念設計、功能工程、工程分析、加工制造到產品發布的全過程，廣泛應用在航空、汽車、機械、電器電子等工業領域。UGⅡ有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設計功能，無論裝配圖還是零件圖設計，都是從三維實體造型開始的，可視化程度很高，三維實體生成后，可自動生成二維視圖。其三維CAD有參數化修改功能，一個零件的尺寸修改可致使相關零件的變化。在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性。UGⅡ系統具有豐富的數控加工編程能力，可用建立的三維模型直接生成數控代碼用于產品的加工，是目前市場上數控加工編程能力最強的CAD/CAM集成系統，其加工編程功能包括：車削加工、型芯和型腔銑削、平面銑削、定軸銑削、自動清根、可變軸銑削、順序銑削、線切割、刀具軌跡編輯、驗證、仿真、后置處理等等。UGⅡ軟件經營與開發經歷了數次變遷與合并，其最新版本為UGNX。UGNX提供了一種面向產品生命周期管理的有效解決方案，包括實體造型、有限元分析和CN編程等方面的工作都有過人之處。UGNX提出以下幾點創新。(1) 知識驅動自動化。可以從復雜產品中找出可復用的工程信息。(2) 集成化協同環境。可以很好地把設計團隊的理念表達出來。(3) 開放設計系統。實現整個供應鏈中的無縫信息通信。(4) 各種生產過程驗證手段。把面向制造擴展到面向整個工程生命周期，從概念設計到最終產品均集中在一個集成化數字環境中完成建模、仿真、優化、歸檔、組裝及測試工作。6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹

2．Pro/ENGINEERPro/ENGINEER是美國PTC公司開發的世界著名的3DCAD/CAM/CAE軟件。Pro/ENGINEER是高度集成的面向產品設計的大型軟件，它開創了三維CAD/CAM參數化的先河，其全參數化思想關聯了產品開發的每一個環節。該軟件集成了零件設計、裝配、模具生成、NC加工、造型設計、逆向工程、工程仿真與分析、產品數據庫管理等眾多功能于一身，并具有較好的二次開發環境和數據交換能力。Pro/ENGINEER系統的核心技術具有以下特點。(1) 基于特征。將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸作為可變參數，進而形成實體，以此為基礎進行更為復雜的幾何形體的構建。(2) 全尺寸約束。將形狀和尺寸結合起來考慮，通過尺寸約束實現對幾何形狀的控制。(3) 尺寸驅動設計修改。通過編輯尺寸數值可以改變幾何形狀。(4) 全數據相關。尺寸參數的修改導致其他模塊中的相關尺寸得以更新。如果要修改零件的形狀，只需修改一下零件上的相關尺寸。6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹

3．CATIACATIA是法國達索飛機公司開發的CAD/CAM軟件。CATIA軟件因有較強大的曲面設計功能而在飛機、汽車、輪船等設計領域享有較廣泛的應用。CATIA采用特征造型和參數化造型技術，允許自動指定或由用戶指定參數化設計、幾何或功能化約束的變量式設計。CATIA的曲面造型功能提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。例如其特有的高次Bezier曲線曲面功能，次數能達到15，能滿足特殊行業對曲面光滑性的苛刻要求。CATIA(NCMILL)系統具有菜單接口和刀具軌跡驗證能力，其主要編程功能除了常用的多坐標點位加工編程、表面區域加工編程、輪廓加工編程、型腔加工編程外，還有以下特點。(1) 在型腔加工編程功能上，采用掃描原理對帶島嶼的型腔進行行切法編程；對不帶島嶼的任意邊界型腔(即不限于凸邊界)進行環切法編程。(2) 在雕塑曲面區域加工編程功能上，可以連續對多個零件面編程，生成刀具軌跡的功能。目前CATIA系統已發展成從產品設計、產品分析、加工、裝配和檢驗，到過程管理、虛擬運作等眾多功能的大型CAD/CAM/CAE軟件。6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹

4．MastercamMastercam是美國CNCSoftware公司所研制開發的CAD/CAM系統。該軟件側重于數控加工，它具有很強的加工功能，尤其在對復雜曲面自動生成加工代碼方面，具有獨到的優勢。Mastercam軟件的操作功能簡便實用，其CAM主要功能有：二維外形銑削挖槽和鉆孔，二維挖槽殘料加工，實體刀具模擬；二至五軸單一曲面粗加工、沿面加工、投影加工；二至五軸直紋曲面、掃描曲面、旋轉曲面加工；三維曲線、曲面粗精加工；三維固定Z軸插削加工；三維沿面夾角清角加工；刀具軌跡編輯、干涉處理、驗證和仿真。Mastercam還提供多種圖形文件接口。因此該軟件被認為是一個圖形交互式CAM數控編程系統。6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹

5．CimatronCimatron軟件是以色列Cimatron公司以航天科技研發技術為基礎發展而來，是面向工模具行業提供的完全整合的CAD/CAM系統軟件，實現從數據輸入到模型輸出的全自動化的操作過程。它的CAD部分支持復雜曲線和復雜曲面造型及結合實體功能的混合造型。它的NC模塊具有智能化，能對工件上符合一定幾何或技術規則的區域進行加工，并指示系統如何進行切削，還能夠對實體和曲面的混合模型進行加工。該軟件還具有各種通用和專用的數據接口及產品數據管理(PDM)等功能。6.2.2常見的幾種CAD/CAM軟件介紹

6．CAXA制造工程師(CAXA-ME)CAXA-ME是由北京北航海爾軟件有限公司研制開發面向數控銑床和加工中心的三維CAD/CAM軟件，采用原創Windows菜單和交互方式，全中文功能界面。CAXA-ME不僅具有豐富造型的設計功能，能快速地創建復雜的三維模型，還具有優質高效的數控加工功能，可快速生成二至五軸的刀具軌跡和加工代碼，可加工具有復雜三維曲面的零件。另外該軟件支持高速加工，能對刀具軌跡進行參數化軌跡編輯和批處理，可通過仿真檢驗數控代碼的正確性，其后置處理功能適用于各種數控系統，并提供了強大的數據接口。該軟件還有易學易用的特點，價格較低。因此，在國內被眾多企業和研究院所應用。6.3CAXA-ME的基本概念6.3.1CAXA-ME的工作界面6.3.2CAXA-ME基本操作6.3CAXA-ME的基本概念正如前面所介紹的，CAXA-ME由于功能強、易學易用等特點已在國內眾多企業、院校以及研究機構得到廣泛應用。本章以CAXA-ME軟件介紹零件的自動編程。6.3.1CAXA-ME的工作界面如圖6.2所示是CAXA-ME的工作界面。該軟件用戶界面采用了友好的Windows風格，各種應用功能通過菜單和工具欄驅動；狀態欄指導用戶進行操作并提示當前狀態和所處位置；狀態樹記錄了操作過程和相互關系；功能區顯示各種功能操作的結果。同時，功能區和狀態樹為用戶實現功能而提供數據的交互。6.3.1CAXA-ME的工作界面圖6.2CAXA-ME工作界面6.3.1CAXA-ME的工作界面1.繪圖區2.主菜單3.立即菜單4.快捷菜單5.對話框6.工具欄7.點工具菜單8.矢量工具9.拾取工具

6.3.2CAXA-ME基本操作

雙擊CAXA-ME圖標后即可進入系統，此時會出現用戶工作界面。1.操作指令的輸入進入工作界面后，可以通過兩種方式進行操作：① 通過下拉菜單選取操作命令；② 用鼠標左鍵單擊圖標進行操作。2.鼠標、鍵盤和功能熱鍵① 鼠標：單擊鼠標左鍵可以激活菜單、確定位置點、拾取元素等。單擊鼠標右鍵用來確認拾取、結束操作、終止命令、彈出快捷菜單。② 回車鍵(Enter鍵)和數值鍵：在系統要求輸入點或半徑時，回車鍵和數值鍵可以激活一個坐標和數值輸入框，在輸入框中可以輸入坐標值或半徑數值。③ 空格鍵(Space鍵)：在系統要求輸入點時，按空格鍵可以彈出點工具菜單。④ 功能熱鍵。F5鍵：將界面切換至XOY面，同時將顯示屏幕置為XOY面。F6鍵：將界面切換至YOZ面，同時將顯示屏幕置為YOZ面。F7鍵：將界面切換至XOZ面，同時將顯示屏幕置為XOZ面。F8鍵：顯示軸側圖，以軸側圖方式顯示圖形。F9鍵：切換當前面。將當前面在XOY、YOZ、XOZ之間進行切換，但不改變顯示平面。⑤ Shift+方向鍵或Shift+鼠標左鍵：顯示旋轉。⑥ 方向鍵：顯示平移。⑦ PageUP、PageDown或Ctrl+方向鍵或Shift+鼠標右鍵：顯示放大、縮小。6.3.2CAXA-ME基本操作

3.坐標系和當前面(1) 工作坐標系：用戶建立模型時的參考坐標系。系統默認的坐標系叫做絕對坐標系，用戶自定義的坐標系叫做工作坐標系或用戶坐標系。用戶可以任意設定當前工作坐標系。(2) 當前工作坐標系：用戶正在使用的坐標系，所有的輸入均針對當前工作的坐標系而言。區別于其他的坐標系，當前工作的坐標系用紅色表示。用戶可以通過激活坐標系命令在各坐標系間切換。(3) 當前面：當前工作坐標系的三個坐標面XOY、YOZ、XOZ中的一個用來作為當前操作所依賴的平面，例如用“圓心＋半徑”生成圓時，需要定義一個平面。當前面在當前工作坐標系中用紅色斜線標識。用戶可以在當前工作坐標系下任意設置當前面。(4) 顯示平面：CAXA-ME是一個三維系統，有時需要在給定的平面上觀察圖形的狀態，即將圖形投影到指平面上進行顯示，該平面稱為顯示平面。顯示平面可以與當前面相同，如用功能鍵F5、F6、F7切換時，當前面與顯示面同時變化。顯示平面與當前面也可以不同，如用功能鍵F9切換當前面時，顯示平面不發生變化。

6.3.2CAXA-ME基本操作

4.坐標系點的輸入用戶定義的用戶坐標系是當前工作坐標系，在當前坐標系下輸入的坐標為絕對坐標。點的絕對坐標的輸入的格式為：X，Y，Z，可直接通過鍵盤輸入。如果省略Z坐標，輸入格式為：X，Y，系統認為Z坐標值為0,0。如果輸入格式為：@X，Y，Z則為點的相對坐標。6.4加工模型的創建6.4.1線框模型6.4.2曲面模型6.4.3實體模型6.6.4導動加工6.4加工模型的創建零件模型的創建分為設計造型和加工造型。零件設計造型的目的是通過造型構建組成零件的幾何要素。零件的加工造型則是通過造型構建加工表面的幾何模型，來加工零件的表面，作為CAM的程序編制的對象。6.4.1線框模型線框模型用空間的線條構成物體的立體圖，它由許多線型元素互連而成，組成線型框架。線框模型僅定義出產品的基本輪廓，不表示產品的表面和內部形體。線框的定義過程簡單，符合人們的設計習慣。很多復雜的產品設計中往往是先用線條勾畫出基本輪廓，然后逐步細化。可以說，方便靈活的線框功能是進一步創建曲面模型和實體模型的基礎，有時還可以由線框模型直接生成刀具路徑。生成線框模型是先繪制曲線，再對曲線進行編輯和修改，以及進行空間幾何變換，從而完成加工造型。6.4.1線框模型1.曲線的繪制CAXA-ME中，提供的曲線繪制方法包括：繪制直線、圓弧、圓、橢圓、樣條線、點、文字、公式曲線、多邊形、二次曲線、等距線、草圖曲線、曲線投影和相關線等。對曲線進行編輯則包括：曲線裁剪、曲線拉伸、曲線組合、曲線打斷和曲線過渡五種功能。草圖曲線、曲線投影、相關線是與曲面造型、實體造型有關的功能。草圖曲線是為特征造型準備的一個平面封閉圖形，是特征造型的一個步驟。曲線投影是空間曲線沿某一方向向一個作實體的基準面投影，是草圖狀態下的一項功能。相關線包括曲面或實體的交線、參數線、法線、投影線和邊界線。具體操作請參看6.4.3節“實體模型”的實例。6.4.1線框模型2.幾何變換幾何變換包括平移、平面旋轉、旋轉、平面鏡像、鏡像、陣列和縮放七種功能。幾何變換僅用于對曲線、曲面進行編輯，對實體造型無效。6.4.2曲面模型

曲面模型著重于描述具有一定光滑程度的曲面外形。把線框模型中的某些棱邊包圍的部分定義為面，達到創建曲面模型的目的。這種方法能較精確地定義產品的外部幾何形狀，使產品的三維表示具有一定的嚴密性和完整性。CAXA-ME提供了10種曲面造型手段即：直紋面、旋轉面、掃描畫、邊界面、放樣面、網格面、導動面、等距面、平面和實體表面。構造完決定曲面形狀的關鍵線框后，就可以在線框基礎上，選用各種曲面的生成和編輯方法，在線框上構造所需定義的曲面來描述零件的外表面。6.4.2曲面模型

1.曲面模型的創建1) 掃描面生成掃描面的方法是按照給定的起始位置和掃描距離將曲線沿指定方向掃描生成曲面，如圖6.13(b)所示。6.4.2曲面模型

圖6.13生成掃描面6.4.2曲面模型

2.曲面的編輯CAXA-ME系統中提供了五種曲面編輯功能，即：曲面裁剪、曲面過渡、曲面縫合、曲面拼接和曲面延伸，是該軟件的重要功能。6.4.2曲面模型

3.曲面模型操作實例操作實例6-10：根據如圖6.29所示的線框模型，創建曲面模型，作圖步驟如下。(1) 作出四個矩形平面。單擊曲面生成工具欄的【邊界面】圖標，選擇【四邊面】，依次拾取每個矩形面的四條輪廓線，結果如圖6.30所示。(2) 作出四個三角形平面。單擊曲面生成工具欄上的【直紋面】按鈕(圖標)，拾取【第一條直線】，再拾取【第二條直線】，依次作出四個三角形面，如圖6.31所示。(3) 作出四個連接曲面。單擊曲面生成工具欄上的【邊界面】，選擇【三邊面】，依次拾取連接曲面的三條邊界線，完成曲面造型，如圖6.32所示。6.4.2曲面模型

圖6.29線框模型6.4.2曲面模型

圖6.30作出四個矩形平面6.4.2曲面模型

圖6.31作出四個三角形面6.4.2曲面模型

圖6.32作出四個連接曲面6.4.3實體模型

三維實體造型是通過造型方法直接生成實體模型。CAXA-ME提供了多種實體造型的方法，如：拉伸增料、拉伸除料、旋轉增料、旋轉除料、放樣增料、放樣除料、導動增料、導動除料、曲面加厚增料、曲面加厚除料、曲面剪裁等。也可以對已存在的實體進行編輯操作進行特征處理。如：過渡、倒角、打孔、拔模、抽殼、筋板、陣列特征、布爾運算等，生成更復雜的實體。實體造型的一般過程如下。6.4.3實體模型

1.創建草圖2.創建特征3.特征處理4．實體模型操作實例6.5平面輪廓與平面區域加工6.5.1平面輪廓加工6.5.2平面區域加工6.5.3平面區域加工操作實例6.5平面輪廓與平面區域加工平面輪廓加工用于加工封閉和不封閉的輪廓；平面區域加工用于加工某一范圍的平面區域，在介紹這兩種加工方法之前，首先介紹幾個概念。6.5.1平面輪廓加工

平面輪廓加工即刀具沿著平面輪廓運動進行切削加工。這種加工方式還可以指定拔模斜度用以加工拔模面。6.5.2平面區域加工平面區域加工即刀具對封閉輪廓內的平面區域進行切削加工，其內部可以包含多個島嶼。一般情況下外輪廓和島嶼必須是封閉的，主要用于平底型腔加工。操作實例6-28：如圖6.83所示為已完成的實體和操作步驟。選擇【應用】|【軌跡生成】|【平面區域加工】命令，彈出【平面區域加工參數表】對話框，后續步驟如圖6.83所示。6.5.3平面區域加工操作實例

操作實例6-29：工件如圖6.87所示，圖6.87(a)為二維尺寸圖，圖6.87(b)為真實感外形圖。工件的材質為鍛造鋁合金。在立式數控銑床或立式加工中心銑削型腔和鉆孔。粗糙度要求Ra1.6，尺寸精度0.01mm。坯料為外形已精加工的塊料，外形尺寸65mm×46mm×10mm。6.5.3平面區域加工操作實例

圖6.87方形殼體工件圖6.6曲面加工6.6.1曲面輪廓加工6.6.2曲面區域加工6.6.3等高精加工6.6.4導動加工6.6曲面加工曲面加工用來生成加工曲面、實體表面的刀具軌跡。大多數曲面要經粗加工、半精加工和精加工才能完成。曲面加工有多種加工方式。曲面輪廓加工、曲面區域加工是生成三軸刀位軌跡的基本加工方式。等高精加工、導動加工則是加工特定表面的適用方法，屬兩軸半軌跡。有些零件的特殊曲面或特殊位置表面需要多軸加工才可能完成。6.6.1曲面輪廓加工曲面輪廓加工目的在于生成沿一個輪廓線加工曲面的刀具軌跡。操作實例6-30：曲面輪廓加工的操作過程為：單擊下拉菜單【應用】|【軌跡生成】|【曲面輪廓加工】，彈出【曲面輪廓加工參數表】對話框，輸入曲面輪廓加工參數，如圖6.93所示，單擊【確定】按鈕后按提示拾取加工曲面、拾取干涉曲面、拾取輪廓和加工方向，單擊需要加工的曲面輪廓線，輪廓線封閉后選擇區域加工方向(箭頭方向，向曲面輪廓線的外面還是里面)，最后生成加工軌跡，如圖6.94所示。參數說明如下。【曲面輪廓加工參數表】對話框(如圖6.93所示)包括：【曲面輪廓加工參數】、【切削用量】、【進退刀方式】和【銑刀參數】四個選項卡。① 【加工余量】是指對曲面的預留量。② 【干涉余量】是指對干涉面的預留量，可正可負。③ 【輪廓余量】是指對曲面輪廓的預留量。④ 【輪廓精度】是指拾取的輪廓有樣條時的離散精度。⑤ 【加工精度】指刀具軌跡對曲面的加工誤差。⑥ 【刀次】、【行距】分別為生成刀具軌跡的行數和每行刀位之間的距離。在其他的加工方式里，刀次和行距是單選的，最后生成的刀具軌跡只使用其中的一個參數，而在曲面輪廓加工里刀次和行距是關聯的，生成的刀具軌跡由刀次和行距兩個參數決定，曲面輪廓加工軌跡如圖6.94所示，此圖刀次為3，行距為2mm。6.6.1曲面輪廓加工圖6.93【曲面輪廓加工參數表】對話框6.6.1曲面輪廓加工圖6.94區面輪廓加工軌跡圖6.94區面輪廓加工軌跡6.6.2曲面區域加工

曲面區域加工的目的在于生成加工曲面上的封閉區域的刀具軌跡。操作實例6-31：曲面輪廓加工的操作過程為：選擇【應用】|【軌跡生成】|【曲面區域加工】命令，彈出【曲面區域加工參數表】對話框，如圖6.95所示，在對話框中輸入曲面區域加工參數，單擊【確定】按鈕后按提示拾取加工曲面、拾取干涉曲面、拾取輪廓，單擊需要加工的曲面輪廓線，輪廓線封閉后【拾取島嶼】，若沒有島嶼則單擊鼠標右鍵，最后生成曲面區域加工軌跡，如圖6.96所示。6.6.3等高精加工

屬于兩軸半加工軌跡類型，按等高距離下降一層層地做整體等高線加工，適用于曲面和實體較陡的面的加工，并可對等高加工不到的部分(較平坦的部分)做補加工。本功能可對零件做精加工和半精加工。目前只提供整體等高線加工，不提供局部等高線加工。6.6.4導動加工

導動加工是用截面線沿輪廓線導動生成軌跡的方法。與生成導動面的方法類似，只不過生成的不是曲面而是軌跡。其截面輪廓可以是開放的也可以是封閉的，截面線必須是開放的。該軌跡屬二軸半軌跡。如圖6.98所示。導動加工是二維加工的擴展，因此，有一些獨特的優點，也有使用的局限性。其特點如下。(1) 簡化造型。只作截面線和平面輪廓線的線框，不必曲面造型。(2) 充分利用機床的圓弧插補功能。導動加工的軌跡是以二維的方法來生成的，圓弧生成的G代碼就是G02或G03，而不是折線段逼近的G代碼。因此，生成的代碼最短，并且加工效果最好。特別是輪廓線包含較多圓弧時，程序簡化非常明顯，而且生成軌跡的速度非常快。例如半球，用導動加工生成的代碼長度是用其他方式生成代碼的幾十分之一到上百分之一。(3) 沿截面線由上往下加工或由下往上加工可以自由選擇，由上往下加工可以避免扎刀。6.7粗加工6.7.1等高粗加工6.7.2局部粗加工6.7.3粗加工、曲面加工操作實例6.7粗加工粗加工目的是從零件毛坯上高效地切除材料，使毛坯盡快接近零件的形狀并保留合理的半精加工余量。粗加工必須考慮毛坯的幾何形狀和刀具的切削能力，避免崩刀。6.7.1等高粗加工等高粗加工的目的是生成分層的等高粗加工軌跡。操作實例6-34：等高粗加工的操作過程為：選擇【應用】|【軌跡生成】|【等高粗加工】命令，彈出【等高粗加工參數表】對話框，在對話框中輸入等高粗加工參數。單擊【確定】按鈕后，按提示拾取輪廓、單擊毛坯輪廓線，如圖6.100(a)所示，拾取加工曲面，確定后生成加工軌跡，如圖6.100(b)所示。操作說明：(1) 選擇環切，在粗加工凸模時，最好選【從外向里】選項；在加工凹模時，最好選【從里向外】選項；若不能確定是凸模還是凹模，選【從外向里】選項。這樣能保證刀具從材料外進刀。(2) 粗加工最好用端刀。若用球刀，第一刀的吃刀量很大，不利于切削。6.7.1等高粗加工圖6.100等高粗加工6.7.2局部粗加工

局部粗加工是根據零件毛坯的情況和零件的形狀特點劃分毛坯輪廓為幾個部分，分別進行等高粗加工。需要畫出局部輪廓，并確定局部的頂層高度和底層高度。6.7.3粗加工、曲面加工操作實例操作實例6-35：蓋模樣如圖6.101所示，如圖6.101(a)所示為蓋模樣的實體模型真實感外形圖，如圖6.101(b)所示的線框是毛坯的外形輪廓。工件的材質為45#鋼，正火狀態。在立式數控銑床上進行蓋模樣外形的粗加工和精加工，粗糙度Ra3.2，尺寸精度0.01mm。1.工件特點分析工件的加工表面為多個曲面組成的復雜表面。依據數控銑削的特點，整個表面可分為兩個部分：頂面部分為較平坦的曲面；周邊部分為陡峭的曲面，其拔模斜度為3°。表面最小凹部的曲面為R3。工件底面中心處有圓形凸臺，銑削前已加工成，銑削時利用此凸臺定位夾緊。夾具可選擇通用自定心三爪卡盤。工件坐標原點選在工件底面形心。這樣，建模、編程、裝夾具有同一基準。2.加工過程分析(1) 粗銑全部表面，留余量0.5mm。為了有效切除材料，選用平端立銑刀，毛坯外部切入。刀具直徑的選擇要綜合考慮加工效率和殘留材料兩個方面。(2) 精銑頂面區域。頂面區域的輪廓線如圖6.101所示，這條曲線是頂面平坦曲面與周邊陡峭曲面圓角過渡的分界線，是空間曲線。這種劃分有利于球面刀具對工件進行切削。(3) 精銑周邊面。周邊面為拔模斜度3°的陡峭曲面，可以用斜度為3°的錐銑刀沿底面輪廓線一次環繞切削完成，這樣可以獲得較高的加工效率和較好的表面質量。另一種方法是用圓柱平端立銑刀，等高線軌跡環繞逐層切削完成。這種切削方法在加工表面質量和加工效率方面都不如前者，但對刀具的要求相對簡單。6.7.3粗加工、曲面加工操作實例圖6.101蓋模樣的實體模型與加工中的輪廓線6.7.3粗加工、曲面加工操作實例3.編程(1) 生成粗加工軌跡。采用直徑20mm機夾刀片式硬質合金平端立銑刀。選擇“等高粗加工”，逆銑毛坯外切入。通過對話框輸入各參數如下。粗加工軌跡如下。刀具：D20，刀具半徑=10.000，刀角半徑=0.000主軸轉速=1500.000，接近速度=300.000切削速度=600.000，退刀速度=2000.000下刀速度=300.000，行間連接速度=300.000起止高度=80.000，安全高度=50.000慢速下刀相對高度=10.000進刀方式：垂直退刀方式：垂直走刀方式：環切加工(從外向里)頂層高度=30.000，底層高度=0.000，每層下降高度=2.000加工行距=15.000加工精度=0.100加工余量=0.500毛坯類型：拾取曲面下刀方式：垂直下刀點的位置：斜線的端點或螺旋線的切點切入毛坯：毛坯外切入生成的軌跡和真實感仿真結果如圖6.102所示。6.7.3粗加工、曲面加工操作實例圖6.102粗加工軌跡與軌跡仿真6.8軌跡仿真軌跡仿真是模擬刀具的運動，切削毛坯、去除材料的過程。通過觀察模擬過程和結果來判斷所生成的刀具軌跡的正確性。CAXA制造工程師的軌跡仿真采用三維真實感顯示技術，具有生動、直觀的表現效果，是軌跡檢查的有效手段。6.9后置處理系統的后置處理功能是把刀具軌跡轉化成機床能夠識別的G代碼指令。值得注意的是不同的機床適用的G代碼指令尚未完全統一。考慮到生成程序的通用性，CAXA-ME軟件針對不同的機床，可以設置不同的機床參數和特定的數控代碼程序格式。這樣，生成的G指令可以直接輸入數控機床用于加工。6.10機床通信近年來，數控機床發展非常迅速。機床的數控系統已發展為CNC(ComputerNumericalControl)計算機數控系統，通信功能是數控系統的基本功能，一般都支持RS-232C通信功能，即通過系統配置的RS-232C接口接收或發送加工程序。通信在機床的數控系統(機床側)和普通計算機(微機側)之間進行。有兩種基本的傳輸形式。一種是機床側一邊接收微機側傳來的程序一邊進行切削加工，這就是所謂的DNC(DirectNumericalControl)。另一種是先接收全部的加工程序并全部存儲在數控系統內存里，而不同時切削加工，這種傳輸形式稱為塊傳輸。DNC對加工程序的大小沒有限制。但是，微機側必須在線。塊傳輸時，加工程序的大小受數控系統存儲能力的限制，而微機側可以離線。塊傳輸還可用于機床側向微機側發送數據或加工程序。6.10機床通信1.RS-232C串行通信為實現串行通信并保證數據的正確傳輸，要求通信雙方遵循某種約定的規程。目前在PC及數控系統中最簡單最常用的規程是異步通信控制規程，或異步通信協議，其特點是通信雙方以一幀作為數據傳輸的單位。每一幀從起始位開始后跟數據位(位長度可選)，奇偶校驗位，最后以停止位結束。RS-232C接口是應用于異步通信線路的一種通用標準接口，也稱EIA標準。RS-232C接口的正規名稱是數據終端設備與數據通信設備之間串行二進制數據交換接口。RS-232C接口是一個25條引線的D型連接器。它定義了20條可同外界通信設備連接的信號線，另有1條為保護接地，4條沒有意義，并對傳輸信號電平作了明確規定。在通信電纜連接上通常采用軟件握手連接和硬件握手連接兩種方法。6.10機床通信2.串口通信過程(1) 通信前準備工作。了解機床是否提供RS-232C串行口通信方式；察看機床串口參數設置；檢查串口線連接是否正確。(2) 通信參數調整。機床參數調整，要參照用戶手冊進行，一般機床參數設置有專門的菜單，依據說明逐項調整；PC端通信軟件的通信參數調整，是將通信軟件的參數調整為與機床的通信參數一致。(3) 進行微機側接收測試。先把通信軟件進入等待接收文件狀態。機床輸出文件。檢查計算機是否正確接受。如果發現機床端口無信號，檢查機床操作是否正確；如果發現計算機端口無信號，檢查串口線是否正確。如果發現接收代碼為亂碼，檢查PC及機床通信參數，通信握手協議等是否一致。(4) 進行微機側輸出測試。先把機床調整到文件讀入方式。在微機側，進入通信軟件輸出文件。觀察傳輸過程并檢查結果。(5) 機床在線加工。選用XON/XOFF協議通信。啟動機床側在線加工功能；啟動微機側傳輸軟件，輸入加工程序的文件名，輸入傳輸開始命令；這時，機床開始逐段執行加工程序，傳輸與機床動作同步協調進行。除非有人工干預，這一過程直至完成全部加工程序。6.11實訓1.實訓目的：(1) 掌握零件的加工造型方法。(2) 正確選擇刀具類型、刀具參數及工藝參數。(3) 正確選擇零件的加工方法，生成正確的刀具路徑、加工程序和加工工序單。(4) 掌握加工程序的傳送方法。(5) 正確安裝工件。(6) 掌握在機床上確定工件坐標的方法。(7) 熟練操作數控銑床，完成零件加工。(8) 選擇適當的量具測量工件，驗證制造過程的正確性。6.11實訓2.實訓內容：實訓1：完成如圖6.108所示的零件上部凸臺、凹槽的所有表面的銑削加工，表面粗糙度Ra3.2。零件材質鍛造鋁。毛坯尺寸120mm×100mm×35mm。要求：(1) 根據如圖6.108所示用CAXA-ME軟件進行零件的實體造型。(2) 零件數控銑削加工工藝分析，包括零件圖分析、裝夾方案、加工方法及順序、刀具選擇及切削用量等工藝參數的確定。編制工序單表、刀具表和程序單。(3) 選擇平面區域加工、平面輪廓加工，生成刀具路徑并作仿真驗證。(4) 后置處理生成加工程序(G代碼)、加工工序單。(5) 利用通信或其他方式將正確的G代碼輸入機床數控系統。(6) 正確安裝工件、刀具，完成零件加工。(7) 測量工件，報告實測尺寸。6.11實訓圖6.108實訓零件16.11實訓3.實訓總結：通過綜合實訓，學生應該掌握CAXA-ME軟件的加工造型、自動編程、程序的傳輸。應用所編程序在數控機床加工出實際零件。并對所加工零件進行質量檢查。就以下主要問題進行總結。(1) 制造過程中遇到的問題。(2) 所選工藝流程的合理性。(3) 自動編程所給定的參數的合理性。(4) 總結工藝過程和數控加工程序的優化方案。6.12習題填空題(1) CAXA-ME零件的加工造型的三個基本類型是

、

和

。(2) 草圖是為特征造型準備的一個

圖形。(3) 平面輪廓加工即刀具沿著________運動進行切削加工。平面區域加工即刀具對封閉輪廓內_________進行的切削加工。(4) 輪廓補償有三種選擇方式即：選擇_________刀心線與輪廓重合。選擇_________刀心線末到輪廓一個刀具半徑的距離。選擇_________刀心線超過輪廓一個刀具半徑的距離。(5) 平面區域加工的走刀方式分為________和________。(6) 在進行曲面輪廓加工之前，要提取________。(7) 導動加工是用________線沿________線導動生成軌跡的方法。(8) 等高粗加工的目的是生成________軌跡。6.12習題選擇題(1) CAXA制造工程中，導動增料是輪廓線沿一軌跡線運動產生一特征實體，其輪廓線應為()。A.不封閉的草圖輪廓 B.封閉的草圖輪廓C.封閉的非草圖輪廓 D.不封閉的非草圖輪廓(2) 選擇“TO”方式加工零件外輪廓，刀具軌跡與加工輪廓的關系為()。A.與零件輪廓重合 B.零件輪廓大于零件軌跡C.刀具軌跡大于零件輪廓 D.不確定(3) 在CAXA-ME設計環境中如果需要對設計對象剖切生成剖視圖，此設計對象必須是()模型。A.實體模型 B.線架模型C.曲面模型 D.混合模型(4) 下列說法不正確的是()。A.為了提高工作效率，加工造型有時不需要完整表達零件的幾何形狀和尺寸B.線架造型和曲面造型屬于加工造型，實體造型屬于設計造型C.加工造型為插補運算提供幾何模型D.加工造型和設計造型的形狀尺寸可以不一致(5) 在數控編程中，輪廓用于定義刀具的切削區域或切削輪廓本身，它控制刀具的()。A.走刀方向 B.進給速度C.進刀方式 D.運動范圍和軌跡(6) 等高加工是()。A.二軸加工 B.二軸半加工C.三軸加工 D.曲面加工6.12習題判斷題(1) CAD/CAM技術先進，我們可以完全依賴這個工具解決編程問題。 (