1、第6章微机自动编程与应用第第6章微机自动编程与应用章微机自动编程与应用6.1 自动编程概述自动编程概述6.2 零件基本几何图形的绘制零件基本几何图形的绘制6.3 空间立体图形的绘制空间立体图形的绘制6.4 CAM基础基础6.5 2D刀路定一起刀路定一起6.6 3D曲面加工刀路曲面加工刀路6.7 后置处理后置处理6.8 车削自动编程系统简介车削自动编程系统简介思考与练习题思考与练习题第6章微机自动编程与应用6.1.1 自动编程原理及类型自动编程原理及类型1数控语言型批处理式自动编程数控语言型批处理式自动编程数控语言是一套规定好的基本符号和由基本符号描述零件加工程序的规则，它比较接近工厂车间里使用
2、的工艺用语和工艺规程，主要由几何图形定义语句、刀具运动语句和控制语句等三种语句组成。编译程序是根据数控语言的要求，结合生产对象和具体的计算机，由专家应用汇编语言或其他高级语言编好的一套庞大的程序系统。这种自动编程系统的典型就是APT语言。6.1 自动编程概述自动编程概述第6章微机自动编程与应用APT语言最早于1955年由美国研制成功，经多次修改完善，于20世纪70年代发展成APT-，一直沿用至今。其他如法国的IFAPT，德国的EXAPT，日本的FAPT、HAPT以及我国的ZCK、SKC等都是APT的变形。这些数控语言有的能处理35坐标，有的只能处理2坐标，有车削用的、铣削和点位加工用的等。这种
3、方式的自动编程系统，由于当时计算机的图形处理能力较差，所以一般都无图形显示，不直观，易出错。第6章微机自动编程与应用2人机对话型图形化自动编程人机对话型图形化自动编程在人机对话式的条件下，编程员按菜单提示的内容反复与计算机对话，陆续回答计算机的提问。从一开始，对话方式就紧密与图形显示相联，从工件的图形定义，刀具的选择，起刀点的确定，走刀路线的安排直到各种工艺指令的及时插入，全在对话过程中提交给了计算机，最后得到的是所需的机床数控程序单。这种自动编程具有图形显示的直观性和及时性，能较方便地进行对话修改，易学且不易出错。图形化自动编程系统有EZCAM、Master CAM、UGII、PRO/E和C
4、AXA制造工程师等。本章主要介绍Master CAM自动编程系统。第6章微机自动编程与应用6.1.2 Master CAM软件系统概述软件系统概述Master CAM是美国CNC Software Inc.公司所研制的、集CAD/CAM于一体的一个大型应用软件系统，主要用于数控机床的自动编程及其控制。因它对机器配置要求较低而得到了广泛的应用。该软件采用的是图形化自动编程的方式，具有绘图设计、尺寸标注、轮廓铣削、钻削、车削和线切割等处理技术。用户可利用其绘图设计功能绘制出待加工零件的图样，然后直接在其上进行加工路线的描述定义，该软件即可自动计算处理并生成用于控制机床的数控加工程序。图6-1所示是
5、其中Mill 铣削模块的结构框架。第6章微机自动编程与应用图6-1 Mill模块结构框架第6章微机自动编程与应用1系统界面特点系统界面特点当前流行的Master CAM是基于Windows平台上运行的一套软件系统。启动Master CAM 9.1版的铣削模块Mill后的操作界面如图6-2所示。Master CAM系统将显示界面分割为三个区域：绘图工作区、菜单区和系统回应区。其中：绘图区是为作图、图形显示、加工模拟显示等提供演示的场所。可通过功能设定将其划分为多个视区，以达到从不同的角度观察的效果。第6章微机自动编程与应用 系统回应区是人机对话的场所，包括从系统中反馈的信息显示、各种状态显示、错
6、误提示以和必需的键盘响应，进行中需要键入的数据等。菜单区共分主功能菜单区、次功能菜单区和图标菜单区三部分。第6章微机自动编程与应用图6-2 Mill模块的操作界面第6章微机自动编程与应用 系统绝大部分功能实施都需要通过对主功能菜单的逐层调用来进行。例如，如图6-3所示为进行“连续画线”功能操作所需要逐层调用的菜单层次结构。菜单内容的显示始终在同一区域内，当要执行某一项功能时，只能一层层地切换菜单项，操作起来很繁琐。为使操作方便，该系统采用了如下几种快捷方法。第6章微机自动编程与应用图6-3 菜单层次结构第6章微机自动编程与应用(1)增设次功能菜单区。主要是为对图层操作、颜色和构图面等的设定方便
7、而提供的一种快捷操作菜单项。用鼠标点选这些菜单项时，有关图层与颜色的设置是通过弹出对话框的形式进一步操作的；而有关构图面等的设置，则是直接调用主菜单区来进行的。(2)增设图标菜单区。主要是为系统常用功能选用方便而提供的一些快捷操作菜单项。用鼠标点选某一图标，则相当于打开多层菜单，直接调用底层具体执行的功能菜单。(3)提供逐层回退及直接返回根菜单功能。连续点选“返回上一菜单”项，可逐层回退直到根菜单；若点选“回根菜单”项，则无论当前是处于哪一个菜单层次都可直接回到根菜单。第6章微机自动编程与应用(4)提供快捷键操作。系统对一些常用的功能提供即时热键快速调用。常用热键及对应功能见图6-4所示。新版
8、本中因有图标菜单，故取消了许多热键功能。在系统中，可随时按F1功能键或按ALT+H键，便可得到更具体的帮助。第6章微机自动编程与应用图6-4 常用功能键第6章微机自动编程与应用2系统的主要菜单功能系统的主要菜单功能1)主功能菜单主功能菜单各项功能分别为：分析(Analyze)：将所选实体的坐标数据信息等显示在屏幕上，如点、线、弧、曲线、曲面或标注的尺寸、文字等的数据状态信息。主要用于数据查询。绘图(Create)：产生点、线、弧、曲线、曲面或标注的尺寸、文字等几何实体，每产生一个实体，其数据自动存入数据库中并且该实体同时显示在屏幕上。档案(File)：用于对图形数据的存档、读出、编辑、转换、打
9、印和传送输出等的管理。修整(Modify)：用倒圆、修剪、延伸、断开和连接等方式修整已经绘制的几何实体。第6章微机自动编程与应用 图形变换(Xform)：对已经绘制的实体进行对称、旋转、比例缩放、平移和偏移等多种方式的变换，从而生成新的几何实体。删除(Delete)：从屏幕上和系统的数据库中删除一个或者一组几何实体图素。视屏设定(Screen)：用于改变图形在屏幕上显示的大小、位置等的设置，如放大、缩小、自动调整、指定范围等的显示方式；颜色、图层等的设定，还有系统设置等。第6章微机自动编程与应用 刀具路径(Toolpaths)：为零件几何图形的轮廓铣削、钻孔、铣槽形、字型铣削和曲面铣削等的加工
10、定义刀具路线，产生NC刀具路径。用于为数控加工的自动编程提供数据。NC公用程序(NC Utils)：用于对NC刀具路径数据文件进行查询显示、编辑修改、加工模拟、自动编程以及对已有数控程序文件反向进行NC刀具路径的自动生成。这一功能可用于对手工编程进行加工模拟的校验。注：Master CAM 9.1系统的整个菜单内容见书后附录D。第6章微机自动编程与应用2)次功能菜单 作图面高度Z：用于设定当前作图面的高度。对曲面三维实体的构建必不可少。作图颜色(Color)：用于设定当前作图时线条的颜色。作图层(Level)：用于设定当前作图的图层。Master CAM系统也同样引入图层的概念，用于存放一些具
11、有相同属性的图表，以便于进行管理。Master CAM设定最多为256层。第6章微机自动编程与应用 刀具面(TPlane)：用于设定当前刀具所处的方位。对三维立体形状工件而言，只有设置合理的刀具方位才能保证合理加工程序的产生。构图面(CPlane)：用于设定当前所绘图形的空间方位。绘制三维图形时需要及时改变构图面的位置，结合作图面高度的设定可使得图形绘制过程快捷方便。观察面(View)：用于改变观察所绘图形的视角，以获得满意的观察效果。如在进行模拟加工时将观察面设定为“轴测面”可得到较形象的观察效果。第6章微机自动编程与应用3)图标菜单各图标菜单及其功能见附录E。第6章微机自动编程与应用6.2
12、 零件基本几何图形的绘制零件基本几何图形的绘制6.2.1 基本线圆定义基本线圆定义1绘制直线绘制直线(Line)直线的绘制如图6-5所示。第6章微机自动编程与应用图6-5 直线绘制方法第6章微机自动编程与应用1)水平线(Horizontal)画一条水平方向的线段。操作：先指定第一点，同时菜单转为公共给点菜单。这时，可选择用键盘输入坐标点的方式或捕捉已有点的方式，默认状态为直接用鼠标在屏幕上点取一点，你可根据情况选择一种取点方式并用鼠标点取相应的菜单项。给定第一点后，屏幕即提示输入第二点的坐标，方法同上。然后，屏幕显示第一点的Y坐标值，并允许输入修改为其他值，修改或认可回车后，即可得到由第一、二
13、两点的X值确定左右边界，由指定的Y值确定上下位置的一条水平线。第6章微机自动编程与应用2)垂直线(Vertical)画一条垂直方向的线段。操作：方法同水平线，只是由第一、二两点的值定上下边界，由第一点的值或输入修改后的X值确定左右位置的一条垂直线。3)两点连线(Endpoints)由指定的两点画一条线段。操作：先后要求指定两点，点值可根据公共给点菜单的选项采用键盘输入或捕捉得到。第6章微机自动编程与应用4)连续画线(Multi)画一些首尾相接的连续线段。操作：每一条线的画法同两点连线，只不过该方法始终是将前一条线的第二点作为后一条线的第一点，连续不停地持续下去，直到按Esc键，或用鼠标去拾取其
14、他画线方法而中止。5)极坐标画线(Polar)画一指定角度且定长的线段。第6章微机自动编程与应用操作：先指定一点作为线段的起点，然后要求输入极角和极半径值。每次重启系统或重新初始化后默认的极角值为0，极半径为25 mm；当定义一次以后，所定义的值将作为新的默认值为其后使用，直到再定义新值后，新值又将作为新的默认值。6)切线(Tangent)画一与某圆弧相切的线段。本画线方式菜单还有下级菜单，即将其细分成：切角切线、公切线和点切线。第6章微机自动编程与应用 切角切线(Angle)：与某圆弧相切并和+X轴夹于某角度值。操作：先选择并拾取相切圆弧，再接着要求输入夹角、输入线长(系统将根据拾取点的位置
15、决定两可能切点中的一个切点。如果拾取点在过圆心的水平线的上方，则取上切点；否则，取下切点。若夹角为90，则左右区分切点)，然后在屏幕上显示出由切点向两边切向画出的两段切线，并提示要求在欲保留的那段切线上拾取一下，则另一段切线将自动被舍弃。第6章微机自动编程与应用在要求用鼠标拾取某线圆时，若不合要求(如离可能的线圆太远等)则需要重试。公切线(2 arcs)：同时切于两圆弧的直线。操作：要求先后选择并拾取两圆弧，并根据拾取点的位置确定几条可能公切线中的一条。如下规定仅供参考：上上：上外公切线 下下：下外公切线 上下：内公切线 下上：内公切线第6章微机自动编程与应用 当对两相交圆弧拾取时，若由于拾取
16、点的位置导致计算在内公切线方式上时，系统会产生错误提示。由于公切线的产生和拾取点的位置是有很大关系的，所以拾取时应尽量使拾取点靠近所需切点。点切线(Point)：即过一点向某圆弧作切线。操作：输入时先提示拾取相切圆弧；然后，再提示指定该切线经过的某点。最后，则要求指定该切线从切点处开始计量的长度(默认长度为指定点到切点的计算长度)。定义完成后，则显示出从切点起指定长度的直线段。第6章微机自动编程与应用7)点垂线(Perpendclr)过一点且与另一线段或圆弧相垂直的线段(端点为垂足)。操作：先拾取相垂直的原始实体，然后提示指定一点，最后还要求指定垂线的长度。(默认长度为指定点到被垂直实体的垂足
17、点间的计算长度。)第6章微机自动编程与应用图6-6 圆、弧及非圆曲线绘制 2绘制圆弧和整圆绘制圆弧和整圆第6章微机自动编程与应用圆弧部分(Arc)：有极坐标画弧、两点定弧、三点定弧和相切圆弧等。(1)极坐标方式(Polar)：细分为圆心点、拾取点、起径角和终径角等定义方式。圆心点：先指定圆心点，再输入半径，指定起始角和终止角(初始默认值为：半径为25 mm，起始角和终止角均为0，鼠标拾取则视为回车认可。)拾取点：基本同上，但其起始角和终止角可由鼠标直接拾取确定(不可捕捉拾取)。适用于画草图。第6章微机自动编程与应用 起径角：先指定圆弧起点再输入半径值，最后定起始角和终止角。终径角：先指定圆弧终
18、点再输入半径值，最后定起始角和终止角(鼠标拾取视为回车)。(2)两点半径定弧(Endpoints)：操作：先后提示指定两点(弧的两端点)后，再按要求输入半径值，接着显示出所有满足条件的圆弧，并要求选择其一。第6章微机自动编程与应用若计算出：两点间距直径，则出现错误信息；两点间距=直径，则有两半圆弧供选择；两点间距直径，则有四段圆弧供选择。若在欲保留的圆弧段上拾取一下，则其余几段圆弧自动被舍弃。第6章微机自动编程与应用(3)三点定弧(3 points)：经过指定的三点，且由三点顺序决定圆弧方向的圆弧。操作：先后按提示输入起点、中间点、终点。同样可用公共取点菜单提供的取点方法。(4)相切圆弧(Ta
19、ngent)：细分为切一实体、三切圆和点切圆三种方式。切一实体：先选被切实体，再指定一用于确定切点所在方位的点(或切点)；然后，提示输入半径的大小，则计算出圆心在指定点与被切实体所作的垂线上，且与被切实体相距为半径值，并由此作出一整圆；最后，提示要求选取所需的一半圆弧。第6章微机自动编程与应用 三切圆：既不知半径大小，又不知圆心位置，但同时切于三个实体的圆弧，其端点即为第一被切实体和第三被切实体的切点，圆弧走向由三被切实体的拾取顺序决定。操作：分别按提示拾取三个被切实体。点切圆：经过指定点且与指定实体相切的指定半径大小的圆弧，圆弧的两端点分别为指定点和切点。操作：先选择被切实体；再指定圆弧的一
20、端点；接着按提示输入半径大小；最后，再在所有可能的四段圆弧中选取一段，则其余三段就自动被舍弃。第6章微机自动编程与应用整圆部分(Circle)：有两点定圆、三点定圆、圆心半径、圆心直径和圆上一点等。(1)两点定圆(2 pt cir)：由处在直径上的两端点来作圆。操作：先后按提示输入两点，取点方法可由公共菜单提供的方法进行。(2)三点定圆(3 pt cir)：由圆上的三点来作圆。操作：同三点定弧，指定三点后即可得到一整圆。(3)圆心半径(pt Rad cir)：由圆心点和指定的半径大小来作圆。第6章微机自动编程与应用操作：先提示指定圆心点，然后按要求输入半径大小。(4)圆心直径(pt Dia c
21、ir)：由圆心点和指定的直径大小作圆。操作：先提示指定圆心点，然后按要求输入直径大小。(5)圆上一点(pt edG cir)：由圆心点和圆上一点来作圆。操作：先提示指定圆心点，接着提示指定圆上的一点，指定完后，系统自动将此两点间距作为半径值而作出整圆。第6章微机自动编程与应用3绘制矩形绘制矩形(Rectangle)和多边形和多边形(Polygon)矩形绘制有定宽高和定两角点两种方式。操作：宽高方式下先要求定一角点，再定矩形宽度及高度。对两角点方式则是要求先后指定第一、第二角点位置。多边形绘制时，要先后输入多边形的边数，相对于正常放置位置的旋转角度(即起始角)，外接圆半径等，最后给定多边形中心的
22、位置即可。第6章微机自动编程与应用4非圆曲线非圆曲线1)平滑曲线(Spline)给定一系列点以后，系统即自动地将这些点连接为一条平滑的曲线。2)椭圆(Ellipse)按要求先后设定长轴、短轴半径，起始角度，终止角度及整个椭圆相对于正常放置时的旋转角度等参数值后，再指定椭圆中心点的位置，即可绘制出一要求的椭圆或椭圆弧。第6章微机自动编程与应用6.2.2 图形修整与变换图形修整与变换1图形修整图形修整(Modify)1)倒圆(Fillet)倒圆就是用指定半径大小的圆弧来光滑连接两线圆，如图6-7所示。操作：先应分别设定倒圆半径、圆心角、修剪要求和链接等参数值；然后，再选定线圆进行倒圆处理。第6章微
23、机自动编程与应用倒圆半径默认大小为6 mm，圆心角用于决定是大半圆还是小半圆(即大于180或小于180)。修剪要求是指在倒圆的同时，是否自动修剪相关的线圆而使光滑连接的切点成为其新的端点。链接是指是否要对多段首尾连接的实体间所有尖角都自动倒圆处理。2)修剪(Trim)如图6-7所示，修剪有修单个、两个、三个、多个实体，修至垂足点，闭合弧，分割等方式。第6章微机自动编程与应用图6-7 图形的修整与变换第6章微机自动编程与应用 修单个实体(1entity)：要求先后拾取欲修剪的两个实体。但只对两相交线圆中的第一段的延伸部分进行修剪，修剪边界由交点分隔，剪取部分则根据拾取实体时点取的位置确定，拾取点
24、所在的部分为保留部分。若欲修剪的为整圆则视整圆为0360的弧，修剪时，从所计算出的两交点中选取距第二拾取点较近的点作为分隔边界，将整圆分成两部分，最后保留第一拾取点所在的那段圆弧。第6章微机自动编程与应用 修两个实体(2 entities)：基本操作同上，只是最后同时对两个实体都进行修剪，拾取处所在的那部分保留，另一部分则自动舍弃。若对两未交接上的实体进行修剪，还可以起到延伸的作用。第6章微机自动编程与应用 修三个实体(3 entities)：同时对三个实体进行修剪，分别修剪至交点处。第一、二两个实体的修剪端点，即为与第三个实体相交的交点，第三个实体的两端及第一、二两个实体的一端将被剪掉(或延
25、伸至交点处)。也就是说，第一、二两个实体只修剪掉一端，而第三个实体则两端都将被修剪掉。第6章微机自动编程与应用 修至垂足点(To point)：修剪指定实体到以过指定位置点向该实体所作垂线的垂足处。操作：选择实体去修剪或延伸，由此拾取实体位置点确定实体保留部分。提示修剪或延伸的位置点，由此点向指定实体作垂线以确定垂足点。修多个实体(Many)：将被选择的多个实体，在指定的一方分别修剪或延伸至与指定修剪边界线相交处。第6章微机自动编程与应用操作：先选择欲修剪的实体，然后点确认以结束选择。拾取指定用以确定修剪边界的曲线(实体)。确定将不被剪掉的一方。闭合弧(Close arc)：将弧修剪成整圆。分
26、割(Divide)：将指定欲分割的实体，由两指定的分界线分割成三部分，并将中间部分舍弃。第6章微机自动编程与应用3)打断(Break)打断有打断成圆弧、打成多段、打成两段和定长打断等方式，见图6-7。打断成圆弧(Arc)：将二维的平滑曲线打断成线或圆弧。打成多段(Many pieces)：将指定实体按指定段长或指定段数打成多段：若指定段长，则段数自动计算生成(按均分计算)；若指定段数，则段长自动计算生成。第6章微机自动编程与应用 打成两段(2 pieces)：在指定断点处将某实体打成两段。若指定断点拾取在线侧，则断点取在从拾取点向该实体所作垂线的垂足处；若垂足超出实体两端点外，则出错。指定长度
27、(at length)：选择一个实体，输入指定长度，从靠近拾取点的那个端点起到指定长度处将某实体断开成两个实体。若指定长度超过线长，将要求修改指定长度。第6章微机自动编程与应用4)连接(Join)连接是将原来打断成两段的实体连接成一个实体。该操作是打断的逆操作，要先后拾取两实体，且要求两实体应可连接成一个实体。若是直线，则其斜率应相同。若是圆弧，则圆心半径应相同。5)延伸(Extend)延伸是将选定的线、弧在靠拾取点的那个端点处向外延伸指定的长度。第6章微机自动编程与应用6)拖曳(Drag)拖曳可采用鼠标直接拖放的方式复制或移动某些实体的方法。操作：先从选择实体菜单中确定一种选择方式，选好实体
28、并确认后即出现移动(平移或旋转)或复制(平移或旋转)操作方式选择菜单。第6章微机自动编程与应用选定一种方式后，即要求指定平移拖曳的相对点或旋转中心点，之后移动鼠标则图形亦跟随着移动，并还可随时切换旋转平移方式，直至满意后拾取一下鼠标即告完成。此时，菜单区显示要求选择“新的”和“旧的”菜单项。若还想对另一些实体进行拖曳操作，可点“新的”菜单项，则又重新出现实体选择方式菜单，可重新进行前述操作。若仅想对刚进行过拖曳操作后的实体继续进行另外的拖曳操作。可点“旧的”菜单项，则菜单区又出现移动、复制方式选择菜单，接着便可继续后续操作。第6章微机自动编程与应用2图形变换图形变换(Xform)图形变换包括对
29、称变换、旋转变换、缩放变换及平移变换，如图6-7所示。1)对称变换(Mirror)操作：先进入实体选择方式菜单选择实体并确认后，再按要求指定对称轴(X、Y或某线)；然后，弹出对话框要求回答是采用移动复制还是连接处理方式？确认后，会对称自动生成。被选择的转换实体和转换后的实体(转换结果)将以设定的颜色显示，直至重新选择转换实体并进行转换操作后，新的转换操作实体就转为特殊显示。转换后的结果可作为一个整体在进行其他处理时被选择。第6章微机自动编程与应用若为移动，则原始线将不复存在；若为复制，则原始线保留。若为连接，则在对称后生成的新线的各端点和原始线相应各端点间自动产生连接线段。2)旋转变换(Rot
30、ate)操作基本同上，只是指定对称轴变为指定旋转中心点(原点或指定点)，移动复制连接对话框中多了旋转次数和旋转角度输入两项，旋转角度为逆正顺负；旋转次数为不包括本身在内的次数。第6章微机自动编程与应用若为移动(Move)，则原始实体不复存在。若为连接(Join)，则每一次旋转后的新实体都将和原始实体端点相接。3)缩放变换(Scale)(非显示上的缩放)基本操作同旋转变换。不同的是：旋转中心变为缩放中心点；在对话框中，旋转次数改为缩放次数；在对话框中，旋转角度改为比例因子；若缩放比例为1，则无论缩放多少次均为不缩放。第6章微机自动编程与应用XYZ缩放(Scalexyz)。前述缩放为各个方向的缩放
31、比例都是相等的；而X、Y、Z缩放，则可分别指定各个方向上的比例因子。4)平移变换(Translate)操作：先从选择实体方式菜单选择实体并确认后，即出现直角坐标、极坐标、两点之间和两视角间等四种平移方式选择菜单。各自接续的操作如下：第6章微机自动编程与应用 直角(Rectang)：输入平移矢量，X、Y、Z方向用逗号隔开。极坐标(Polar)：输入平移距离、平移角度，由此算出X、Y矢量。两点之间(Btween pts 2)：输入开始平移的参照点和平移去的目标点，由此两点得到的矢量作为平移矢量。两视角之间(Between Vws 2)：定义原始转换平面，目标转换平面开始参照点和移去的目标点。第6章
32、微机自动编程与应用5)删除(Delete)删链接线(Chain)：用于删除首尾链接的连续多段实体。删重叠线：用于删除一些重复绘制的实体。但该功能只能删除完全重叠的线，即两端点完全相同的线，若某一线于另一线而又重叠存在的话，则无法识别。若交叉重叠则也无法自动识别。删单一线(Only)：用于删除单独某一点、线、圆弧等实体。选中此项后即转入公共的单一实体项菜单。第6章微机自动编程与应用 删所有某种(All)：用于删除某种类型的所有实体，如所有直线，所有圆弧等。选中此项后，即转入公共的所有实体项菜单。删组群(Group)：用于删除经组群定义的多个实体。删变换结果(Result)：用于删除经图形变换操作
33、而新生成的多个实体，即某些特殊颜色显示的线，或经过多变换操作，则系统记忆最后一次变换而生成的结果。删窗交线(Inter wndw)：用于删除开窗选择时凡会在窗内及压在窗框上的实体。恢复删除(Undelete)：用于恢复刚刚删除的实体，可一步一步地往前恢复，但最多可恢复的实体数目受到系统配置中相应设定项的限制。第6章微机自动编程与应用6.3 空间立体图形的绘制空间立体图形的绘制6.3.1 构图平面与工作深度构图平面与工作深度Master CAM中使用的原始基本坐标系还是标准的笛卡尔坐标系，其各轴正向符合右手定则，如图6-8所示。但随着设定构图平面而形成的当前工作坐标系，其各坐标轴方向并不一定和原
34、始基本坐标系一致。无论其在原始坐标系中的位置如何，当前构图平面总是为XY平面；以俯视(TOP)观察面显示时，其工作坐标系总是按X轴正向朝右，Y轴正向朝上，Z轴正向朝绘图者。第6章微机自动编程与应用如图6-9所示，构图平面就是当前要使用的绘图平面。如设置为俯视图，所绘制的图形就产生在平行于俯视图的构图平面上；如设置为主视图(前视)，所绘制的图形就产生在平行于主视图的构图平面上。而工作深度是指构图平面所在的深度，即当前工作坐标系中的Z高度(并非原始坐标系中的Z)；在什么深度上绘出的图素就产生在其对应的高度面上，只有在3D构图设置时才可以跨越这个限制。当然，如果想要在某个倾斜的角度面上绘图，也可以用
35、图素定面的方法先确立这个构图平面，再在上面绘图。第6章微机自动编程与应用图6-8 原始坐标系第6章微机自动编程与应用图6-9 构图平面与工作深度第6章微机自动编程与应用观察面则是表示目前在屏幕上的图形的看图角度。绘出的图形位置只受构图平面和工作深度的影响，不受观察面设定的影响，观察面的作用只是为了方便观察。但当观察面与构图面设得互相垂直时是无法绘图的。构图平面和观察面一样，主要有俯视图、主视图、侧视图及由图素实体确定的平面等。构图平面和工作深度均可通过点击次功能菜单区中相应项来设定。绘制三维图形时，选定合适的构图平面和工作深度是关键。第6章微机自动编程与应用6.3.2 3D线架结构和曲面模型线
36、架结构和曲面模型3D线架结构相当于空间立体图形的骨骼，Master CAM在绘制空间立体图形时，可以首先绘出其线架结构；然后，再对其进行面域定义，从而形成三维实体。新版本的Master CAM也提供了直接构建实体的功能。第6章微机自动编程与应用3D线架结构事实上就是在不同的构图平面或工作深度上所绘制成的直线、圆弧或曲线等，在建立曲面之前，以工件的边界线条为基础，通过简洁的连接绘出的、能表达一定的空间效果的线架结构，称之为线框模型。和实体、曲面不同的是，线框模型不能着色，而曲面和实体都是可以着色的。下面简单介绍一下几种曲面形式及其绘制方法。第6章微机自动编程与应用1举升曲面举升曲面(Lofted
37、)和直纹曲面和直纹曲面(Ruled)这两种曲面构建功能都是由截断面外形的顺接来产生一个曲面(Surface)。只不过举升是用抛物线来顺接，直纹则是用直线段来顺接曲面的。如图6-10(a)所示为线架结构，图6-10(b)为举升曲面模型，图6-10(c)为直纹曲面模型。第6章微机自动编程与应用图6-10 举升曲面和直纹曲面(a)线架结构；(b)举升曲面；(c)直纹曲面 第6章微机自动编程与应用绘制要诀：如果已画好如图6-10(a)所示4段线架，则可点选“绘图”“曲面”“举升曲面”或“直纹曲面”后，再先后分四次选定这4段线架。第一段应用“链接”方式，其他用“单段”方式，并且应注意拾取点的位置，防止因
38、拾取点位置不当，使得线走向相反而出现曲面较严重的扭曲现象。点击“确定”结束选择后，再点击“执行”即可。事实上，对第一段矩形图素，最好先将右下部的那根直线从中打断，链接时从中部打断点处开始，只有各线架的起点位置相近，做出的曲面扭曲才最小。第6章微机自动编程与应用2旋转曲面旋转曲面(Revolved)图6-11 旋转曲面的构建旋转曲面是由某一轮廓线绕某一轴线旋转而形成的曲面，其线架结构仅由一段轮廓线和一旋转轴线组成。曲面构建时，先要选定轮廓线，再选定旋转轴；然后，还需指定旋转曲面形成的起始角度和终止角度。0的位置是由轮廓外形所在的构图平面位置决定的。如图6-11所示的轮廓线架，可用“链接”的方式，
39、在P1点处开始，点击“封闭”“返回”“确定”结束轮廓定义，再按提示点击P2处以选定回转轴线，回应输入起始角度为180，终止角度为360，便可构建形成图示曲面模型。第6章微机自动编程与应用图6-11 旋转曲面的构建第6章微机自动编程与应用3昆式曲面昆式曲面(Coons)昆式曲面也叫孔斯曲面，它是用定义一个个较小的缀面(Patches)的形式来产生的。曲面构建时要先定义沿着主切削方向(纵向Along)各缀面系列边廓，再定义沿着横断面间歇进刀方向(Across)各缀面边廓，由此来确定缀面方向和缀面数量。如图6-12所示线架结构，构建昆式曲面。第6章微机自动编程与应用图6-12 昆式曲面的构建第6章微
40、机自动编程与应用绘制要诀：(1)点选“绘图”“曲面”“昆式曲面”后，对提示“采用自动链接外形吗?”回答“NO”，采用手工定义外形的方法。(2)按提示键入沿主切削方向的曲面数：8；横断面方向的曲面数：1。缀面数确定方法：开放式 行(列)缀面数=列(行)边界外形数-1封闭式 切削方向缀面数=横断面方向外形数 横断面方向缀面数=切削方向外形数-1第6章微机自动编程与应用(3)先后选用“单段”定义方式，分别拾取A11，A12，A18，即完成主切削方向上外形1的定义；紧接着先后用“单段”定义方式，分别拾取A21，A22，A28，完成主切削外形2的定义。(4)同样先后用“单段”方式，分别拾取B1，B2，B
41、8，完成横断面方向的外形定义。(5)点击“确定(Done)”结束整个轮廓形状的定义，设定参数，曲面误差=0.001；曲面类型：P参数式；熔接方式为Cubic三次曲线方式。最后，点击“执行(Do it)”即可建立曲面模型。第6章微机自动编程与应用4扫描曲面扫描曲面(Swept)扫描曲面也是根据主切削方向和横断面间歇进刀方向上的外形来构建的。但它和昆式曲面不一样，不需要每个缀面都去定义。对某一方向的边廓可一次统一定义，其网格段数(相当于缀面数)是由系统根据两方向中最长的外形和设定的切削间距进行计算后等距打断而自动产生的。扫描曲面可有三种选择构建方式。第6章微机自动编程与应用(1)用一个横断面外形和
42、一个主切削方向的外形来构建。一般用于各处法向横断面外形不变曲面，有平移(T)和旋转(R)两种变形方式。(2)用一个横断面外形和两个主切削方向的外形来构建。用于两主切削方向上的轮廓相差较大，而横断面形状按比例变化的曲面。(3)用两个或更多横断面外形和一个主切削方向的外形来构建。用于已知各处横断面外形构建曲面的情形。第6章微机自动编程与应用如图6-13所示曲面线架构，采用上述扫描曲面构建的方式(2)进行。点选“绘制”“曲面”“扫描曲面”，先定义横断面方向外形，一个或多个横断面外形定义完成后点“执行”，即切换到切削方向外形的定义。若仅定义了一个横断面外形，则可定义最多两个切削方向的外形；若定义了两个
43、或多个横断面的外形，则切削方向的外形只能定义一个。第6章微机自动编程与应用图6-13 扫描曲面构建第6章微机自动编程与应用5曲面间的接合曲面间的接合(Blend)曲面间的接合主要包括曲面间的倒圆和曲面顺接。如图6-14(a)、(b)所示为曲面交接处进行倒圆处理后的效果，图(c)为三个曲面间顺接的效果。此外，曲面接合的处理还有曲面间的修剪和延伸等。第6章微机自动编程与应用图6-14 曲面间的接合第6章微机自动编程与应用各曲面类型的应用特征见表6-1。第6章微机自动编程与应用表表6-1 各曲面类型应用特征一览表各曲面类型应用特征一览表第6章微机自动编程与应用续表第6章微机自动编程与应用6.3.3
44、实体模型实体模型 实体模型的构建方法和曲面模型类似。实体模型是具有厚度的填充性质的实心结构。和构建曲面不同的是，构建实体模型的线架必须是封闭的，由曲面转换成实体也必须是全部封闭的。刀路定义时可直接使用实体模型，亦可将实体模型转换得到曲面模型后，由曲面模型来定义刀路。第6章微机自动编程与应用6.4 CAM 基基 础础当利用CAD功能画好图后，就要开始使用Master CAM的CAM功能来定义刀路和生成NC程序。所谓刀具路径是指刀具中心所走的路线，是产生数控加工程序的基础。在产生刀具路径前，先应输入各种参数，如刀具补偿方式、刀具直径、坐标设定、引入引出矢量和切削参数等。Master CAM将对所定
45、义的零件图形的加工轨迹根据此参数来进行计算求解，获得刀具中心轨迹的详细数据，并写入到给定的NCI文件中，供后置处理程序调用，以得到数控加工程序或用于模拟切削。第6章微机自动编程与应用6.4.1 刀具平面、构图平面及其设定刀具平面、构图平面及其设定刀具平面、构面平面及其设定如图6-15所示。图6-15 刀具平面和构图平面设定关系第6章微机自动编程与应用当刀具平面设定为 OFF时，默认的就是俯视面。无论是图(a)还是图(d)的形式，只要刀具面和构图面平行，则构图面中的平面轮廓轨迹都是按XY产生的，如G17 G02 X Y R；因为按照标准定义，刀具轴线方向始终是Z轴方向。第6章微机自动编程与应用对
46、于图(b)的形式，因为构图面设定为俯视，如果要加工在垂直于刀具平面内的轨迹，并以2D方式铣削，则刀路将是按轨迹图形在刀具平面上的投影线来计算的。要想得到和实际图形相符的轨迹刀路，就应该按3D方式铣削。不考虑刀补时，可以按实际图形所在构图面产生加工平面指令和圆弧插补指令G18 G02 X Z R或G18 G03 X Z R；考虑刀补时，则自动将圆弧逼近为直线进行处理。第6章微机自动编程与应用若按图(c)的形式，加工平面指令自动按构图平面产生，刀路轨迹按2D计算，圆弧可正常刀补。刀具平面除了可设为俯、主、侧以外，还可由已有图素所在的面，或某图素所在的法线方向来确定，还可由已有的刀具平面旋转指定的角
47、度后产生一新的刀具平面。对这些定义出的刀具平面，如果以后还需要用到，可赋名存储。第6章微机自动编程与应用6.4.2 刀具原点、机械原点和备刀点刀具原点、机械原点和备刀点系统默认的刀具原点和机械原点均为(0，0，0)。1刀具原点刀具原点若定义了一个新的刀具原点的坐标如(5，10，8)，则NC程序中所有的坐标点数据将相对于原始坐标数据进行如下换算：X=X-5 Y=Y-10 Z=Z-8 第6章微机自动编程与应用即以新的刀具原点为坐标原点进行换算。当绘图时没有考虑绘图零点的位置，因而使图形零点与编程零点不重合时，一般都会将整个图形进行平移，使之重合；但更简单的方法就是使用刀具原点重设定的功能来达到上述
48、目的。第6章微机自动编程与应用2机械原点机械原点若给定了一个机械原点(50，80，100)，则当系统杂项变数的首项设为01时(即允许用G92来定义工件坐标系，并以此来生成NC程序)，该数据将自动加在G92代码后面，为/G92 X50 Y80 Z100，此机械原点相当于G92构建坐标系的参照点。当系统杂项变数的首项设为2时(即允许用G54来定义工件坐标系，并以此来生成NC程序)，机械原点的设定对NC程序的生成没有影响。第6章微机自动编程与应用3备刀点备刀点备刀点可分为进刀点和退刀点。进刀点：进刀时刀具首先定位的位置坐标点(起刀点程序开始时，刀具首先去的位置)。退刀点：退刀时刀具停止的位置坐标点(
49、终刀点程序结束时，刀具所在位置)。在用于批量加工时，通常将起刀点和终刀点设为同一点，只需将坯件换上即可开始运行程序进行加工，无需重新对刀。第6章微机自动编程与应用6.4.3 共同的刀具参数设置共同的刀具参数设置当进行刀路定义时，无论采用何种加工方式，在选择需要加工的对象图素后，即自动弹出刀具参数设置对话框。根据加工方式不同，对话框中具有不同的选项卡，但刀具参数选项内容是无论哪种方式都共同具有的，称之为共同的NC刀具参数。共同的刀具参数设置如图6-16所示。第6章微机自动编程与应用图6-16 共同的刀具参数设置第6章微机自动编程与应用在刀具缩微图显示区内点击鼠标右键，将弹出一菜单，用以从刀具图库
50、内选取一把刀具，或自定义刀具。(1)刀具号：系统将根据所选用的刀具自动地分配刀具号，但也允许人为地设置刀号。生成NC程序时，将自动地按照刀号产生 Txx M6的自动换刀指令。(2)半径补偿号：当轮廓铣削时设置机床控制器刀补为左(右)补偿时，将在NC程序中产生G41 Dxx(G42 Dxx)和G40的指令。(3)刀长补偿号：将在NC程序中产生 G43 Hxx(G44 Hxx)和G49的指令。系统会自动分配刀具补偿号，但也可人为设置。第6章微机自动编程与应用(4)进给率：这里将赋予刀具在XY平面内的进给速度，在NC程序中产生Fxxxx指令。(5)Z轴进给率：赋予Z轴进刀切入时的进给速度。在NC程序
