第四章數(shù)控機(jī)床編程4.8自動(dòng)編程概述本節(jié)目錄自動(dòng)編程的概念自動(dòng)編程方式的分類圖形自動(dòng)編程的工作原理自動(dòng)編程的基本步驟國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介自動(dòng)編程系統(tǒng)的發(fā)展趨勢123456

自動(dòng)編程是使用計(jì)算機(jī)輔助編制數(shù)控機(jī)床零件加工程序的過程或方法。編程人員根據(jù)零件設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)有工藝，使用自動(dòng)編程軟件生成刀位數(shù)據(jù)文件CLF，再進(jìn)行后置處理，生成加工程序，然后通過磁盤、（紙帶）或通訊接口輸入數(shù)控機(jī)床。自動(dòng)編程的特點(diǎn)

編程工作效率高，可解決手工編程無法解決的許多復(fù)雜形狀零件的編程難題。由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計(jì)算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍。自動(dòng)編程時(shí)，數(shù)學(xué)處理、編寫程序、檢驗(yàn)程序等工作是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，由于計(jì)算機(jī)可自動(dòng)繪制出刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，使編程人員可及時(shí)檢查程序是否正確，需要時(shí)可及時(shí)修改，以獲得正確的程序。1自動(dòng)編程的概念2自動(dòng)編程方式的分類自動(dòng)編程方式分類語言自動(dòng)編程圖形自動(dòng)編程

APT（AutomaticallyProgrammedTool）語言是一種對(duì)工件、刀具的幾何形狀及刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定義時(shí)所用的一種接近英語的符號(hào)語言。例如：CUTTER/10刀具直徑10mmLN1=LINE/20，20，20，70CIR=CIRCLE/10，0，50，50，100FROM/SETPT從點(diǎn)SETPT開始運(yùn)動(dòng)FEDRAT/200進(jìn)給速度200mm/minGOTO/PT1刀具運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)PT1的位置第六節(jié)自動(dòng)編程概述2自動(dòng)編程方式的分類2.1語言自動(dòng)編程數(shù)控語言自動(dòng)編程系統(tǒng)一般處理流程

從流程圖中可以看出，數(shù)控語言自動(dòng)編程系統(tǒng)主要由零件源程序和編譯軟件組成。零件圖零件源程序翻譯計(jì)算后置處理通用計(jì)算機(jī)編譯程序（軟件程序）控制介質(zhì)2自動(dòng)編程方式的分類2.1語言自動(dòng)編程編程人員直接輸入各種圖形要素，建立加工對(duì)象的幾何模型，然后在模型上進(jìn)行工藝規(guī)劃、選擇刀具、確定切削用量及走刀方式，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成機(jī)床刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的計(jì)算、加工程序的編制和控制介質(zhì)的制備(或加工程序的輸入)等工作。此外，自動(dòng)編程系統(tǒng)還能對(duì)生成的程序進(jìn)行檢查與模擬仿真。不需要使用數(shù)控語言（APT源程序）；具有形象、直觀、高效等優(yōu)點(diǎn)。目前很多CAD/CAM軟件都是這種方式。2自動(dòng)編程方式的分類2.2圖形自動(dòng)編程交互式圖形自動(dòng)編程軟件已成為國內(nèi)外流行的CAD/CAM軟件普遍采用的數(shù)控編程方法，圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從圖樣→模型→數(shù)控編程→加工的一體化，它分為三個(gè)主要處理過程：①零件幾何造型，②生成刀具路徑文件，③模擬仿真3圖形自動(dòng)編程的工作原理3.1語言自動(dòng)編程有三種方法獲取和建立零件幾何模型：①利用軟件本身提供的CAD設(shè)計(jì)模塊；②將其他CAD/CAM系統(tǒng)生成的圖形，通過標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口

(如STEP、DXFIGES、STL、DWGPARASLD、CADL、NFL等)，轉(zhuǎn)換成本軟件系統(tǒng)的圖形格式；③利用三坐標(biāo)測量機(jī)數(shù)據(jù)或三維多層掃描數(shù)據(jù)。3圖形自動(dòng)編程的工作原理3.1零件幾何造型①根據(jù)CAM軟件要求，確定加工類型(如輪廓、點(diǎn)位、挖槽或曲面加工等)；②用光標(biāo)選擇加工部位，選擇走刀路線或切削方式；③選取或輸入刀具類型、刀號(hào)、刀具直徑、刀具補(bǔ)償號(hào)、加工余量、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、退刀安全高度、粗(精)切削次數(shù)及余量、刀具半徑長度補(bǔ)償狀況、進(jìn)退刀延伸線值等加工所需的全部工藝切削參數(shù)；④自動(dòng)編程系統(tǒng)根據(jù)零件幾何模型和工藝參數(shù)，生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，即刀位文件。注意：刀位文件是中性文件，與數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床無關(guān)!3圖形自動(dòng)編程的工作原理3.2生成刀具路徑后置處理后置處理的目的是將刀位文件生成針對(duì)某一特定數(shù)控裝置的加工程序。①不同數(shù)控裝置的指令格式不盡相同，因此自動(dòng)編程系統(tǒng)需提供針對(duì)不同數(shù)控裝置的專用或通用后置處理文件；②早期的后置處理文件不開放，用戶無法修改；目前大多數(shù)CAD/CAM軟件提供開放式的通用后置處理文件；模擬仿真模擬顯示刀具運(yùn)動(dòng)的加工軌跡，可以直觀地檢查編程過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。3圖形自動(dòng)編程的工作原理3.3后置處理、模擬仿真基于CAD/CAM軟件的數(shù)控自動(dòng)編程的基本步驟如下圖所示：加工零件及其工藝分析加工部位建模工藝參數(shù)輸入刀具軌跡生成與編輯后置處理加工程序輸出刀具軌跡驗(yàn)證、仿真錯(cuò)誤4自動(dòng)編程的基本步驟與手動(dòng)編程一樣，加工零件及其工藝分析是數(shù)控編程的基礎(chǔ)。目前這項(xiàng)工作主要還需人工來做，隨著CAPP技術(shù)的發(fā)展，將逐漸由CAPP或借助CAPP來完成。主要任務(wù)有：①零件幾何尺寸、公差及精度要求的核準(zhǔn)；②確定加工方法、工夾量具及刀具；③確定編程原點(diǎn)及編程坐標(biāo)系；④

確定走刀路線及工藝參數(shù)。4自動(dòng)編程的基本步驟4.1加工零件及其工藝分析與前述相同，有三種方法獲取和建立零件幾何模型：①利用軟件本身提供的CAD設(shè)計(jì)模塊；②將其他CAD/CAM系統(tǒng)生成的圖形，通過標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口(如STEP、DXFIGES、STL、DWGPARASLD、CADL、NFL等)，轉(zhuǎn)換成本軟件系統(tǒng)的圖形格式；③利用三坐標(biāo)測量機(jī)數(shù)據(jù)或三維多層掃描數(shù)據(jù)。4自動(dòng)編程的基本步驟4.2加工部位造型將工藝分析中的工藝參數(shù)輸入到自動(dòng)編程系統(tǒng)中，常見的工藝參數(shù)有：①刀具類型、尺寸與材料；②切削用量，如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度及加工余量等；③毛坯信息，如尺寸、材料等；④

其他信息，如安全平面、線性逼近誤差、刀具軌跡間的殘留高度、進(jìn)退刀方式、走刀方式、冷卻方式等。4自動(dòng)編程的基本步驟4.3工藝參數(shù)輸入刀具軌跡生成與編輯自動(dòng)編程系統(tǒng)將根據(jù)幾何信息與工藝信息，自動(dòng)完成基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)計(jì)算，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編排，形成刀位數(shù)據(jù)；刀位軌跡生成后，自動(dòng)編程系統(tǒng)將刀具軌跡顯示出來，如果有不合適的地方，可在人工交互方式下對(duì)刀具軌跡進(jìn)行編輯與修改。刀具軌跡的驗(yàn)證與仿真自動(dòng)編程系統(tǒng)提供驗(yàn)證與仿真模塊，可以檢查刀具軌跡的正確性與合理性。驗(yàn)證模塊指通過模擬加工過程來檢驗(yàn)加工中是否過切，刀具與約束面是否發(fā)生干涉與碰撞等；仿真模塊是將加工過程中的零件模型、機(jī)床模型、夾具模型及刀具模型用圖形動(dòng)態(tài)顯示出來，基本具有試切加工的效果。4自動(dòng)編程的基本步驟4.4刀具軌跡處理后置處理將刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)控裝置能接受的數(shù)控加工程序。加工程序輸出①將加工程序利用打印機(jī)打印清單，供人工閱讀；②將加工程序存入存儲(chǔ)介質(zhì)，包括穿孔紙帶、磁盤、光盤和U盤等，用于保存或轉(zhuǎn)移到數(shù)控機(jī)床上使用；③通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口，將加工程序直接送給數(shù)控裝置。4自動(dòng)編程的基本步驟4.5后置處理、程序輸出5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介國內(nèi)外典型CAM軟件Creo軟件UG軟件CATIAMasterCAMCAXACreo是整合了美國PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司的三個(gè)軟件Pro/Engineer的參數(shù)化技術(shù)、CoCreate的直接建模技術(shù)和ProductView的三維可視化技術(shù)的新型CAD設(shè)計(jì)軟件包，是PTC公司閃電計(jì)劃所推出的第一個(gè)產(chǎn)品,是目前專業(yè)設(shè)計(jì)人員廣泛使用的軟件之一。Creo被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、工業(yè)造型、航空航天與家電等領(lǐng)域，已經(jīng)成為“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”的重要工具軟件。它集零件設(shè)計(jì)、裝配、工程圖、鈑金設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、NC加工、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、運(yùn)動(dòng)模擬以及有限元分析等功能于一體，涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的全過程，功能強(qiáng)大，逐漸成為了業(yè)界新標(biāo)準(zhǔn)。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件(1).軟件的三維造型功能產(chǎn)品造型功能具有以下特性：①單一數(shù)據(jù)庫，使得整個(gè)設(shè)計(jì)過程中任何一處改動(dòng)，可以反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)制造的相關(guān)環(huán)節(jié)上；②特征功能和參數(shù)化設(shè)計(jì)，軟件就是采參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)。第六節(jié)自動(dòng)編程概述5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件定義截面輪廓；對(duì)草圖施加尺寸約束和幾何約束。二維草圖拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、混成等?；咎卣髑懈?、打孔、拔模斜度、倒斜角、倒圓角、抽殼、陣列、復(fù)制等。設(shè)計(jì)特征修改草圖、修改特征、修改各類參數(shù)。修改特征動(dòng)態(tài)觀察、渲染處理等。三維實(shí)體幾何造型過程第六節(jié)自動(dòng)編程概述5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件(2).軟件的CAM功能建立數(shù)控加工模型創(chuàng)建操作定義機(jī)床創(chuàng)建夾具創(chuàng)建坐標(biāo)系創(chuàng)建數(shù)控加工軌跡創(chuàng)建退刀面其它（材料去除，刀位數(shù)據(jù)文件以及后置處理等）第六節(jié)自動(dòng)編程概述5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.1Creo軟件UG：

Unigraphics是美國UnigraphicsSolution公司開發(fā)的一套集CAD、CAM、CAE功能于一體的三維參數(shù)化軟件，現(xiàn)被西門子公司收購，是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造的軟件，用于航空、航天、汽車、輪船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG軟件在CAM領(lǐng)域處于領(lǐng)先的地位，產(chǎn)生于美國麥道飛機(jī)公司，是飛機(jī)零件數(shù)控加工首選編程工具。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.2UG軟件Catia是法國達(dá)索（Dassault））公司推出的產(chǎn)品，法制幻影系列戰(zhàn)斗機(jī)、波音737、777的開發(fā)設(shè)計(jì)均采用Catia。CATIA據(jù)有強(qiáng)大的曲面造型功能，在所有的CAD三維軟件位居前列，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的航空航天企業(yè)、研究所，以逐步取代UG成為復(fù)雜型面設(shè)計(jì)的首選。CATIA具有較強(qiáng)的編程能力，可滿足復(fù)雜零件的數(shù)控加工要求。目前一些領(lǐng)域采取CATIA設(shè)計(jì)建模，UG編程加工，二者結(jié)合，搭配使用。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.3CATIA軟件Mastercam是美國CNC軟件公司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。它集二維繪圖，三維實(shí)體，曲面設(shè)計(jì)，數(shù)控編程，刀具路徑模擬等功能于一身，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境要求較低。MasterCam具有較強(qiáng)的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多種選擇方式，可以滿足復(fù)雜零件的曲面加工要求，同時(shí)具備多軸加工功能。由于價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，成為國內(nèi)民用行業(yè)數(shù)控編程軟件的首選。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.4MasterCAMCAXA制造工程師是北京北航海爾軟件有限公司推出一款全國產(chǎn)化的CAD／CAM產(chǎn)品，為國產(chǎn)CAD／CAM軟件在國內(nèi)CAM市場中占據(jù)了一席之地。作為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件優(yōu)秀代表和知名品牌，CAXA已經(jīng)成為我國CAD/CAM/PDM業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者和主要供應(yīng)商。CAXA制造工程師是一款面向數(shù)控車床、二至五軸數(shù)控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的車削/銑削/鉆削數(shù)控加工編程軟件。該軟件性能優(yōu)越，價(jià)格適中，在國內(nèi)市場頗受歡迎。5國內(nèi)外典型的CAM軟件簡介5.5CAXA1從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，將趨于模塊化。根據(jù)用戶不同，選擇不同模塊組成專用系統(tǒng)，使效率更高，實(shí)用性更強(qiáng)，從而解決大而全與小而專的矛盾。2從加工角度來看，系統(tǒng)中工藝處理能力將逐步得到加強(qiáng)，使自動(dòng)編程從僅僅代替人進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算與編寫程序單擴(kuò)展到數(shù)控程序編制的全過程。3從系統(tǒng)輸入角度看，將逐步由面向點(diǎn)、線、面等幾何要素發(fā)展到面向面、孔、槽等工程要素。系統(tǒng)造型將更加豐富、算法更先進(jìn)、理論更完善、誤差更小。4系統(tǒng)的集成化：CAM應(yīng)與CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助檢測）一體化，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造全過程更系統(tǒng)、更科學(xué)。6自動(dòng)編程系統(tǒng)的發(fā)展趨勢5系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化：隨著人工智能等技術(shù)的引進(jìn)，使自動(dòng)編程系統(tǒng)具有一定的智能，從而使人工參與更少，系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)一步提高。6系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化：數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)能隨時(shí)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)相溝通（得到相關(guān)信息并可以進(jìn)行一定的反饋），能通過系統(tǒng)中的通訊軟件及DNC軟件將生