復雜零件的自動編程及應用

（ 甘肅機電職業技術學院，甘肅 天水 741000）

摘 要：為了解決復雜零件手工編程比較復雜、繁瑣，且計算量大的缺點，用Pro/E、UG、Master CAM、CAXA等軟件完成自動編程與加工，在保證加工精度的情況下，提高生產率。本文主要介紹常用的自動編程軟件及采用Master CAM軟件編程實例。

關鍵詞：數控編程;自動編程;Master CAM軟件

1 引言

在數控加工過程中，很多因素都會影響零件的加工質量，尤其是復雜零件的加工。由于復雜零件的加工內容較多，為了在加工零件時既保證其精度又保證其生產率，則需要編制出合理的加工程序。對于復雜零件，其手工編程過程非常復雜、繁瑣，且周期較長，而且手工編程的對編程者的知識水平要求高。采用自動編程軟件就可以解決這些問題，如用Pro/E、UG、Master CAM、CAXA等軟件完成自動編程與加工，在保證加工精度的情況下，提高生產率。

2 數控機床自動編程的內容與步驟

2.1 自動編程

自動編程也稱為計算機（或編程機）輔助編程，即將輸入計算機的零件設計和加工信息自動轉換成為數控裝置能夠讀取和執行的指令（或信息）的過程就是自動編程[1]。在自動編程過程中，零件信息作為編程的核心內容，是確保數控編程自動化目標實現的重要依據，如果將其有效的表達至關重要，近年來引起了相關部門的高度重視。通常情況下，對于編程程序是否正確的檢查，編程人員可以通過計算機仿真來實現，一旦發現問題，可以對其進行及時修改。

所謂自動編程，是借助計算機及其外圍設備裝置自動完成從零件圖構造、零件加工程序編制到控制介質制作等工作的一種編程方法。

2.2 自動編程的內容與步驟

所謂數控編程，主要是指零件圖紙到數據加工程序的整個過程，其核心工作主要是對加工過程中所涉及的刀位點進行計算。這里所說的刀位點，通常是指刀具表面和軸線的交點，如果是軸加工，那么還應該在此基礎上加入刀軸矢量。就目前數控編程的內容來看，大致包括7個方面，即零件圖樣分析、加工工藝確定、數學處理、零件加工程序編寫、輸入數控系統、程序檢驗和首件試切[2]。

手工編程和自動編程是編程加工的兩種類型，選擇的標準主要是根據問題的復雜程度來決定。就目前自動變成所采用的方式來看，主要以圖形交互式自動編程為主，這種編程系統是CAM和CAD兩者的高度結合，所以有時人們也將該系統成為CAD/CAM系統，其工作流程如圖1所示。作為當前最先進的數控加工編程方法，其采取的方式主要是以計算機技術為支撐，利用人機交互圖形方式來實現對零件形狀的計算機化和加工仿真，整個操作過程具有極高的效率，而且不易出錯。除此之外，還可以通過特有的數據接口將CAD設計結果進行共享，實現CAD/CAM集成一體化，實現無圖紙設計制造。

計算機輔助編程的步驟：

為了更好的實現各種類型的零件加工，計算機輔助編程對自身的編程步驟進行了完善，完善之后的步驟主要包括以下幾個方面：

（1）零件的幾何建模

（2）加工方案與加工參數的合理選擇

（3）刀具軌跡生成。在零件加工過程中，刀具軌跡的生成占據著重要位置，此環節的任務主要是確保所生成的刀具軌跡能夠滿足刀具的加工要求，即無碰撞、無干涉、軌跡光滑、代碼質量高，以此來為后續步驟的順利開展奠定堅實的基礎。

（4）數控加工仿真。在零件加工過程中，加工程序的質量往往與零件形狀的難易程度和加工環境相關，與此同時，想要從根本上提高加工程度的質量，編程人員還需要對加工過程中所涉及的過切、欠切以及機床各部件之間的干涉碰撞給予高度重視。

（5）后置處理。最后一個步驟是后置處理，對于數控加工編程工作來說，該步驟同樣非常重要。所謂后置處理，主要是指將通用前置處理生成的刀位數據轉換成適合于具體機床數據的數控加工程序。目前，后置處理這一步驟中包含的內容有很多，比如說，機床機構誤差補償、機床運動平穩性校核修正以及代碼轉換等。

3 Master CAM軟件自動編程

Master CAM是美國CNC Software Inc.公司開發的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設計、體素拼合、數控編程、刀具路徑摸擬及真實感摸擬等多種功能于一身。它具有方便直觀的幾何造型。Master CAM提供了設計零件外形所需的理想環境，其強大穩定的造型功能可設計出復雜的曲線、曲面零件。

Master CAMX5支持2軸、3軸和4軸、5軸加工程序的編制，其中包括平面加工、外形加工、鉆孔加工圓弧加工等加工模板，可以完成復雜零件的數控加工程序編制[1]。

3.1 Master CAM軟件編程的步驟

在進行零件加工工藝分析后，使用Master CAM軟件進行數控編程的一般步驟：

（1）將Pro/E造型出的零件模型（文件格式為IGES，保存時選擇曲面和線框），導入到Master CAM軟件中;（2）選擇機床類型;（3）選擇毛坯;（4）選擇刀具，設置填寫加工參數;（5）軌跡生成與仿真;（6）后處理程序，生成G代碼。

3.2 Master CAM軟件自動編程實例

在Master CAM軟件中打開之前在Pro/E中生成的零件實體圖，建立加工模型，選擇銑床（默認）選擇加工刀具，設置加工參數，軌跡生成與仿真生成G代碼。

（1）導入模型，如圖1所示。

（2）建立毛坯。在機床群組屬性中選擇毛坯形狀選圓柱、邊界框（展開半徑、高度三個方向分別為1）建立毛坯，如圖2、圖3所示。

（3）建立刀具，設置加工路徑與參數。1）選擇銑床（默認）銑削刀路為外形銑，刀具選擇直徑為10mm總長為70的平底刀，設置加工參數：進給率為300，主軸轉速為3500，每刃進刀量為0.025，生成刀具路徑;2）選擇銑削刀路為平面銑削，刀具選擇直徑5mm總長為70的平底刀，設置參數：進給率450，主軸轉速4500，每刃進給量0.025，生成刀具路徑;3）選擇刀具路徑為挖槽，所用刀具為直徑10mm的平底刀，設置加工參數：進給率400.主軸轉速2000，每刃進刀量0.05，生成刀具路徑;4）對其再進行挖槽精加工，所用刀具為直徑為1mm的平底刀;設置加工參數同上;5）選擇刀具路徑外形銑，刀具直徑為1mm，設置加工參數：進給率200，主軸轉速1000，每刃進刀量0.05，生成刀具路徑;6）選擇刀具路徑為放射狀曲面粗加工，設置刀具為直徑5mm的球刀，設置加工參數：進給率200，主軸轉速2500，下刀速率100，生成刀具路徑;7）再加一次放射狀曲面精加工，刀具為直徑2mm的球刀;8）最后鉆中間的孔。下圖5～10為外形銑加工參數設置方法。

（4）軌跡生成與仿真。所謂軌跡仿真，就是在三維狀態下對刀具的運動情況進行全方位模擬，并在基礎上進行毛坯切削和材料去除的過程。軌跡仿真一般都是在軌跡生成之后進行的，經過多次軌跡仿真模擬，可以進一步提高實際加工過程的準確率，提高加工精度和整體的生產效率。部分軌跡如圖11所示，仿真加工如圖12所示。

（5）后處理生成G代碼。在Master CAM軟件中輸出G代碼程序導出。導出的程序經檢驗之后就可以輸入到數控機床上進行首件試加工，再實際加工中進行程序的改良。

4 結論

從上文的分析我們可以看出，如果工件形狀的復雜程度較高，無法通過手工編程將其解決，那么自動變成無疑成為了最佳的辦法。利用自動變成軟件，我們可以結合實際情況對參數進行適當的修改，并在此基礎上通過反復模擬，提高編程的準確性。即使是在實際加工過程中出現問題，也可以及時加以改正。但是需要注意的是，由于受到諸多因素的限制，從而使得當前自動編程無法達到最理想的效果，這一問題有待進一步完善。

參考文獻：

[1]劉家儒.Master CAMX5中文版標準實例教程[M].北京：機械工業出版社，2011（12）.

[2]李善術.數控機床及其應用[M].北京：機械工業出版社，2001.

作者簡介：王瓊（1981-），甘肅天水人，工程碩士，甘肅機電職業技術學院講師，主要研究方向：機械產品零件設計。