1、 第六章第六章 自动编程与数控仿真自动编程与数控仿真 了解自动编程的基本知识；了解常用的CAD/CAM软件；掌握Master cam自动编程的方法；掌握数控铣床/加工中心仿真操作的方法。第六章第六章 自动编程与数控仿真自动编程与数控仿真目目 录录 一、自动编程的定义与特点 二、自动编程的种类 三、图形交互式自动编程的操作步骤 四、自动编程软件介绍 一、Master cam自动编程软件简介 二、加工实例 一、数控仿真系统 二、宇龙数控仿真系统软件简介第六章第六章 自动编程与数控仿真自动编程与数控仿真第一节 自动编程概述一、自动编程的定义与特点 自动编程又称为计算机辅助编程。它是指利用计算机（含外
2、围设备）和相应的前置、后置处理程序对零件源程序或几何造型进行处理，以得到加工程序和数控工艺文档的一种编程方法。自动编程时，编程人员只需根据图样的要求，使用数控语言编写出工件加工源程序，送入计算机，由主计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出工件加工程序单，直至自动生成加工代码。第一节 自动编程概述二、自动编程的种类 自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，可分为自动语言为基础的自动编程方式和以计算机绘图为基础的自动编程方式、语音式编程和会话式编程。1.语言式自动编程 以语言为基础的自动编程方法，在编程时编程人员是依据所用数控语言的编程手册以及工件图样，以语言的形式表达出加工的
3、全部内容，然后再把这些内容全部输入到计算机中进行处理，制作出可以直接用于数控机床的数控加工程序。第一节 自动编程概述2.图形交互式自动编程 图形交互式自动编程是建立在CAD/CAM的基础上的。通常利用CAD/CAM软件先将工件的几何图形绘制到计算机上，形成图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互方式输入相应的加工工艺参数后，计算机即可自动生成加工程序。三、图形交互式自动编程的操作步骤 作为当前自动编程的主要方式，图形交互式自动编程可分为零件图及加工工艺分析、几何造型、生成刀具路径轨迹、路径校验、后置处理、程序传输。第一节 自动编程概述1.零件图及加工工艺分析 零件图及加工工艺分析是数控编程
4、的基础。这项工作的主要任务有：核准工件的几何尺寸、公差及精度要求；确定工件相对机床坐标系的装夹位置以及被加工部位所处的坐标平面；选择刀具并准确测定刀具的有关尺寸；确定工件坐标系、编程零点、找正基准面及对刀点；确定加工路线；选择合理的工艺参数。2.几何造型 几何造型就是利用CAD/CAM软件中的二、三维绘图功能将工件所需加工部位的几何图形准确地绘制出来，并在计算机形成相应的工件图形数控文件。第一节 自动编程概述3.形成刀具路径轨迹 图形交互自动编程的基本过程为：首先进入生成刀位轨迹功能模块，然后根据实际加工需要用光标选择相应的图形目标，输入加工所需的各种参数。软件将自动从图形文件中提取所需的信息
5、，进行分析判断，计算出节点数据，并将其转换成刀位数据，存入指定的刀位文件夹中或直接进行后置处理生成数控加工程序，同时在屏幕上显示出刀位轨迹图形。4.后置处理 后置处理的目的是形成数控指令文件。由于各种机床所用的系统不一样，所以，所用的数控指令文件的代码及格式也有所不同。第一节 自动编程概述5.程序校验 图形交互自动编程方式生成的程序可调用CAD/CAM所提供的加工仿真模块进行程序的校验，编程人员可根据具体要求选择相应的或全部的刀位轨迹进行检查，编程人员可观察到实体加工仿真，从而确定刀具的实际加工情况。6.程序传输 对于有标准通信接口的机床，可用通信线与计算机直接相连，实现计算机与机床控制系统的
6、程序相互传输。第一节 自动编程概述四、自动编程软件介绍 自动编程软件种类很多，而且地区不同，使用的CAD/CAM软件也不尽相同。当前，在我国常用的CAD/CAM软件见表6-1。表6-1我国常用的CAD/CAM软件第二节 Master cam自动编程软件一、Master cam自动编程软件简介1.启动Master cam Mill 以Master cam 9.0为例，可在菜单中启动：依次单击开始程序Master cam 9.0mill 9.0进入，也可在桌面上双击Mill 9图标直接进入。启动Master cam Mill 9.0后，出现如图6-1所示的欢迎画面。图6-1 Master cam欢
7、迎界面进入Master cam Mill 9.0后它的窗口界面如图6-2所示。第二节 Master cam自动编程软件1.启动Master cam Mill图6-2 Master cam窗口界面Master cam Mill 9.0的窗口界面主要由标题栏、工具栏、主功能列表区、子功能列表区、工作区和系统提示区组成。第二节 Master cam自动编程软件2.工具栏 Master cam mill 9.0的工具栏位于主窗口的上方，当光标移动到每个按钮上时，Master cam mill 9.0会自动显示其对应的功能。3.主功能列表区 主功能列表区中显示可供用户选择的命令列表，如图6-5所示。在主
8、功能列表区有两个按钮，分别是“上层功能表”和“回主功能表”。利用这两个按钮就可以在命令列表之间寻找需要的命令，并可以方便地返回到上一层命令列表或主功能列表。图6-5 主功能列表区第二节 Master cam自动编程软件4.系统提示区 在屏幕的下方有一个专门向用户提供信息的区域，叫做系统提示区，如图6-6所示，系统提示区在适当的时候会提供相应的信息，以帮助用户完成所需的操作。图6-6 系统提示区第二节 Master cam自动编程软件二、加工实例1.零件图用Master cam软件完成如图6-7所示零件的自动编程。图6-7 Master cam编程实例第二节 Master cam自动编程软件2.
9、Master cam mill 造型（1）新建文件或档案转换在Master cam顶层菜单中依次单击File/new可创建一个新档案，此时系统会出现如图6-8所示对话框，提示你是否要初始化系统。图6-8 初始化系统第二节 Master cam自动编程软件2.Master cam mill 造型（2）实体造型1）长方体造型单击【主功能表】/【实体】/【下一页】/【基本实体】/【立方体】，依次在高度、长度、宽度上输入：20、150、150，在基准点上输入：0，0，0。实体如图6-9所示。图6-9 长方形实体2）六边形凸台造型 画出六边形：单击【主功能表】/【绘图】/【下一页】/【多边形】，依次在边
10、数、半径值上输入：6，70，其他选项为默认设置，单击【执行】。在命令提示区“请指定中心点位置”中输入：0，0，20。生成如图6-10所示的图形。图6-10 正六边形二维图形第二节 Master cam自动编程软件2.Master cam mill 造型 拉伸：单击【实体】/【挤出】/【串连】，选择正六边形。参数设置如图6-11所示。单击图6-11中的“确定”完成正六边形的造型，如图6-12所示。图6-11 拉伸界面图6-12 正六边形实体第二节 Master cam自动编程软件2.Master cam mill 造型3）圆弧曲面造型 绘制二维图：单击【构图面】/【前视图】/【主功能表】/【绘图
11、】/【圆弧】/【点半径圆】，在命令提示区“输入半径”中输入：70，“输入圆心位置”中输入：0，-15.03。单击【主功能表】/【绘图】/【直线】/【水平线】，在命令提示区“指定第一端点坐标”中输入：-75，25，0，画出C1。“指定第二端点坐标”处输入：75，25，0。画出水平线L1。单击【主功能表】/【绘图】/【直线】/【垂直线】，在命令提示区“指定第一端点坐标”中输入：0，0，0，“指定第二端点坐标”处输入：0，80，0，画出垂直线L2，二维图如图6-13所示。图6-13 二维过渡图第二节 Master cam自动编程软件2.Master cam mill 造型 修整二维图：单击【主功能表
12、】/【修整】/【修整延伸】/【三个物体】，单击C1、L2及L1中需保留的部分。重复修剪至如图6-14所示。图6-14 二维剪切图 曲面生成单击【主功能表】/【实体】/【旋转】/【串连】，在工作区选取修整后的图形后选择【执行】，在工作区选取修整后的L2单击【执行】，参数设置如图6-15所示，单击【确定】，生成如图6-16所示图形。图6-15 旋转界面图6-16 旋转实体图第二节 Master cam自动编程软件2.Master cam mill 造型4）55mm孔造型 实体结合：单击【主功能表】/【布林运算】/【结合】，在工件区选取三个实体单击【执行】。55mm孔造型：单击【主功能表】/【实体】
13、/【下一页】/【基本实体】/【圆柱体】，依次在高度、半径、基准点上输入：55、27.5、0，0，0，单击【执行】，生成55mm圆柱体。依次单击【主功能表】/【布林运算】/【切割】，选取整个凸台为目标实体，圆柱体为工具体，单击【执行】，实体造型如图6-17所示。图6-17 实体造型第二节 Master cam自动编程软件3.生成加工轨迹（1）绘制加工辅助线及辅助曲面 单击【主功能表】/【绘图】/【矩形】，在命令提示区输入：（-100，100，0）、（100，-100，0），单击【执行】生成如图6-18所示矩形。单击【主功能表】/【绘图】/【圆弧】/【点半径圆】，在命令提示区输入半径为27.5，圆
14、心位置为（0，0，49），单击【主功能表】/【绘图】/【曲面】/【曲面修整】/【平面修整】，在工作区选取圆弧，生成如图6-18所示曲面将55mm的孔挡住。图6-18 加工辅助图（2）铣六方凸台 单击【主功能表】/【刀具路径】/【挖槽】/【串连】，在工作区选取辅助矩形及六边形轮廓线（两者方向相反）后【执行】，设置刀具参数对话框如图6-19所示，设置挖槽参数如图6-20所示，设置粗铣/精修参数如图6-21所示，单击【执行】。第二节 Master cam自动编程软件3.生成加工轨迹图6-19 挖槽刀具参数图6-20 挖槽参数图6-21 挖槽精铣精修第二节 Master cam自动编程软件3.生成加工
15、轨迹 单击【主功能表】/【刀具路径】/【操作管理】，单击如图6-22所示对话框中的【实体验证】，在实体验证工具条中单击【参数设置】，工件参数设置如图6-23所示，实体验证如图6-24所示。图6-22 实体验证图6-23 工件设置图6-24 挖槽效果图第二节 Master cam自动编程软件3.生成加工轨迹3）加工曲面 单击【主功能表】/【刀具路径】/【曲面加工】/【粗加工】/【等高外形】/【实体】/【实体面】，在工作区选取球面后【执行】，在工作区选取辅助圆曲面作为要计算的面，单击【执行】，加工参数设置如图6-25、图6-26、图6-27所示。实体验证结果如图6-28所示。图6-25 等高加工刀
16、具参数图6-26 等高曲面加工参数第二节 Master cam自动编程软件3.生成加工轨迹图6-27 等高外形粗加工参数图6-28 粗加工效果图 单击【主功能表】/【刀具路径】/【曲面加工】/【精加工】/【等高外形】/【实体】/【实体面】，在工作区选取球面后【执行】，在工作区选取辅助圆曲面作为要计算的面，单击【执行】，加工参数设置可参照图626、图627、图628，只需将刀具直径变为12mm，转速提高为1800r/min，加工精度为0.025mm及Z向切深为0.15mm。实体验证结果如图6-29所示。图6-29 精加工效果图第二节 Master cam自动编程软件3.生成加工轨迹（4）孔加工单
17、击【主功能表】/【刀具路径】/【钻孔】/【简单孔】，在命令提示区内输入孔坐标（0，0，0），参照图6-19、图6-20、图6-21合理选择参数及钻头后，实体验证结果如图6-30所示。图6-30 加工完成效果图4.后置处理及程序传输（1）后置处理后置处理步骤如下：MAIN MENU/Tool Path/Operations/Postprocessor进入如图6-31所示的界面，完成后置处理。图6-31 后置处理 （2）G、M代码的生成选择相应的数控系统经后置处理后将生成的程序代码保存至指定的位置。（3）程序传输在数控铣床的程序输入操作中，如果采用手动数据输入的方法往CNC中输入，操作、编辑及修改
18、均不方便。因此，较大的程序宜采用传输(计算机与数控CNC之间的串口联系，即DNC功能)的方法来完成。第二节 Master cam自动编程软件4.后置处理及程序传输 计算机中的程序传输到数控铣床的CNC中的操作过程如下：1）在计算机中打开所要传输的程序，按传输按钮进入程序传输操作界面。2）在数控铣床上把“方式选择旋钮”旋至“EDIT”方式，按功能键中的“PRGRM键”，按下“INPUT键”。3）在程序传输操作界面中按传输按钮就可以把计算机中的程序传输到数控铣床中。第三节 数控仿真加工一、数控仿真系统 当前，在数控培训中使用的仿真软件较多，现以上海宇龙软件公司开发的“数控仿真系统V3.8版”来说明
19、仿真加工的方法。该仿真软件含有多种数控系统的数控车、数控铣和加工中心的仿真操作，具有较大的适用性。二、宇龙数控仿真系统软件简介图6-33 宇龙数控车仿真系统操作界面第三节 数控仿真加工1.主菜单 主菜单为下拉式菜单，其展开图如图6-34所示，可根据需要选择其中的一个。本书中的下拉菜单以带“”的文字表示，如文件/打开项目等。图6-34 主菜单展开图第三节 数控仿真加工2.工具栏宇龙数控车仿真系统的工具栏及其功能如图6-35所示。图6-35 工具栏及其功能3.机床操作面板 宇龙数控车仿真系统的机床操作面板是根据相应系统数控车床的实际操作面板定制而成，请参阅本书第四章（FANUC系统）和第五章（SI
20、EMENS系统）相应的面板进行操作。4.机床显示 根据所选择的不同类型的机床，在机床显示区域将显示不同类型的数控机床。第三节 数控仿真加工三、宇龙数控仿真软件操作（FANUC系统）利用仿真系统加工如图6-36所示工件（毛坯尺寸为60mm60mm30mm）的轮廓，其加工程序输入计算机后以“TXT”文本格式保存于D：数控仿真加工综合练习2和综合练习3中，加工过程中采用DNC传输的方式输入仿真系统。图6-36 数控仿真加工实例第三节 数控仿真加工1.启动宇龙数控仿真系统1）单击开始/所有程序/数控加工仿真系统/加密锁管理程序打开宇龙数控仿真系统加密锁管理程序，此时在教师机右下角出现“”图标。2）再次
21、单击开始/所有程序/数控加工仿真系统/数控加工仿真系统，出现图6-37“用户登录”界面，此时无须填写【用户名】和【密码】，直接单击【快速登录】，登录数控仿真系统，操作界面如图6-38所示。图6-37 “用户登录”界面图6-38 选择机床界面第三节 数控仿真加工2.选择机床和数控系统1）单击下拉菜单机床/选择机床或直接单击工具栏图标“”，弹出如图6-39所示的选择机床界面。图6-39 视图选项2）在图6-38界面中，“控制系统”选中FANUC系统“”，再在次菜单中选中FANUC 0I系统；“机床类型”选中车床“”，再在次菜单中选中标准。然后单击【确定】（注：对话框中的按钮用带“【】”的文字表示）
22、，完成机床和数控系统的选择。3）为了清楚显示机床，仿真系统中可将机床的外壳拆除。操作过程为：单击下拉菜单视图/选项，出现图6-39所示对话框，在该对话框中将“显示机床罩子”前的选项去除。拆除机床罩子后的机床如图6-40所示。第三节 数控仿真加工2.选择机床和数控系统图6-40 拆除机床罩子后的机床第三节 数控仿真加工3.机床开机回参考点（1）解除急停报警在图6-33所示机床操作面板中单击红色急停按钮“”，此时机床报警指示灯“”熄灭。（2）启动数控装置在机床操作面板中单击“”，此时，“”指示灯变亮。（3）回参考点单击回参考点图标“”，其指示灯变亮；选择“”中的Z轴，使其指示灯变亮；再选择图标“”
23、中的“+”，使Z轴返回参考点。用同样的方法分别使X轴和Y轴返回参考点。回参考点后，仿真系统的显示屏显示如图6-41所示界面。图6-41 回参考点后的显示第三节 数控仿真加工4.安装零件1）单击下拉菜单零件/定义毛坯或直接单击工具栏图标“”，弹出如图6-42所示的定义毛坯对话框。在该对话框中设定长方体的长度为60mm，宽度为60mm，高度为30mm。2）单击下拉菜单零件/安装夹具，弹出如图6-43所示对话框，选择平口钳作为夹具，调节工件的装夹高度和在钳口中的位置。图6-42 定义毛坯对话框图6-43 选择夹具对话框第三节 数控仿真加工4.安装零件3）单击下拉菜单零件/放置零件 或直接单击工具栏图
24、标“”，弹出如图6-44所示的选择零件对话框，选中上一步定义的毛坯后选择【安装零件】，弹出如图6-45所示的调整零件位置对话框。图6-44 选择零件对话框图6-45 调整零件位置第三节 数控仿真加工4.安装零件 4）调整零件的伸出量后，单击【退出】，完成零件安装，零件安装完成后，单击工具栏中的局部放大“”图标，放大后的工件位置如图6-46所示。图6-46 零件安装后5.输入数控程序仿真传输输入的步骤如下：1）操作面板选择编辑“”，使其指示灯变亮。2）单击MDI按钮“”，在如图6-47a所示的CRT界面下按软键操作（本书中软键用“软键”表示），再按软键 ，出现下一级菜单，如图6-47b所示。图6
25、-47 数控程序的传输输入 3）单击软键F检索，弹出如图6-47c所示选择输入程序对话框，选择先前保存的文件“综合练习2.txt”，单击【打开】。按图6-47b中的软键READ，弹出如图6-47d所示下一级子菜单。5.输入数控程序第三节 数控仿真加工 4）单击MDI键盘上的数字和字母键，输入“O0001”，再次按下按图6-47d中的软键EXEC，即可完成数控程序的输入，屏幕中出现所要输入的程序。5）用同样方法输入子程序文件“综合练习3.txt”，保存为“O0010”文件。第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀 加工该工件时，以工件上表面的对称中心作为编程原点。其对刀及安装刀具的过程如下：1）单击下
26、拉菜单机床/基准工具弹出如图6-48所示基准工具对话框，单击【确定】，这时，基准工具装入主轴。图6-48 基准工具第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀 2）单击手动按钮“”，使其指示灯变亮；单击轴选择按钮“”，选择不同的坐标轴，再分别按下正向或负向轴移动按钮“”移动刀具，在刀具移动过程中，单击视图按钮“”，变换不同的视角将刀具移动至工件附近，如图6-49所示，在手动过程中，可单击图6-50所示的进给倍率按钮对进给倍率进行调节（鼠标对准相应旋钮，左击则旋钮左旋，右击则旋钮右旋）。图6-49 基准工具接近工件图6-50 进给倍率调节旋钮第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀 3）单击下拉菜单塞尺检查/1
27、mm，将刀具移动至接近工件附近，此时在机床显示区的显示如图6-51所示，并提示“塞尺检查结果：太松”。这时，选择手摇脉冲按钮“”，使其指示灯变亮。单击机床面板上的“”，显示如图6-52所示的手摇脉冲发生器，选择相应的轴和增量倍率（鼠标对准相应旋钮，左击则旋钮左旋，右击则旋钮右旋），单击手摇脉冲发生器，使基准工具接近工件并提示“塞尺检查结果：合适”，记下CRT中的机械X值，记为X1（假设X1=-462.000）。第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀图6-51 塞尺对刀窗口图6-52 手摇脉冲发生器第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀 4）单击下拉菜单塞尺检查/收回塞尺，再单击手动按钮“”，单击“”和
28、“”按钮将Z轴抬起，再单击“”和“”按钮，将基准工具移至工件另一侧，重复上述操作（如图6-53所示），记下此时的机械坐标X2（假设X2=-538.000）。图6-53 工件另一侧塞尺对刀窗口第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀5）计算工件中心机械坐标系X坐标，记为X，则X=（X1+X2）/2=-500.000。6）用同样的方法得到机械坐标系Y坐标，记为Y，Y=-415.000。7）单击手动按钮“”，移动刀具至工件的正上方。单击下拉菜单机床/拆除工具，拆下基准工具。8）单击下拉菜单机床/选择刀具，弹出如图6-54所示的选择刀具对话框，在该对话框中选择20mm平底立铣刀，按【确定】完成刀具的选择并安
29、装。9）单击下拉菜单塞尺检查/1mm，将刀具采用手动方式移动至接近工件上表面附近，再使用手摇方式移动刀具接近工件并提示“塞尺检查结果：合适”，如图6-55所示。记下CRT中的机械Z值，记为Z1（假设X1=-307.000）。10）计算工件上表面处的机械坐标系Z值，Z=Z1-1=-308.000。第三节 数控仿真加工6.装刀具对刀图6-54 选择铣刀对话框图6-55 Z向对刀窗口第三节 数控仿真加工7.设定工件坐标系及刀具补偿参数 单击机床MDI按键“”，再单击CRT屏幕下方的软键坐标系，CRT屏幕显示如图6-56所示的工件坐标系设定窗口，单击光标移动键“”，将光标移动至G54所对应的位置，将前
30、面记录的X、Y、Z坐标值输入对应位置。例如，将光标移至G54坐标系的X坐标后，采用MDI方式键入“-500.0”，再单击“”键即可完成X坐标的输入。图6-56 工件坐标系设定窗口第三节 数控仿真加工8.自动加工 完成对刀和对刀参数的设置后，即可进行自动加工操作，其操作步骤如下：1）机床再次返回参考点，在编辑状态下选择要自动运行的程序。2）操作面板上按下自动操作按钮“”，使其指示灯变亮。3）单击循环启动按钮“”，进行自动运行加工，加工完成后的工件形状如图6-58所示。4）在自动运行或自动运行前，还可按下单步运行按钮“”，执行单步运行操作。图6-58 工件加工后的形状第三节 数控仿真加工9.保存与
31、打开项目 保存项目的操作步骤如下：1）单击下拉菜单文件/另存项目（第一次为保存项目），出现如图6-59所示对话框。2）在该对话框中选择保存类型，然后单击【确定】，弹出如图6-60所示文件保存位置对话框。3）选择相应的保存位置，输入保存的项目名称，单击【保存】，完成项目的保存。保存的项目可以打开，只需单击下拉菜单文件/打开项目，在弹出的对话框（图6-61）中选中所要打开的项目，单击【打开】即可。图6-59 保存类型对话框图6-60 保存位置对话框第三节 数控仿真加工9.保存与打开项目图6-61 打开项目对话框四、宇龙数控仿真软件操作（SIEMENS系统）SIEMENS系统宇龙数控仿真软件操作请参
32、阅FANUC系统的操作进行。1.什么叫做自动编程？自动编程有何特点？2.自动编程分哪几类？图形交互式自动编程的操作步骤有哪些？3.我国数控车加工中常用的自动编程软件主要有哪些？各有何特点？4.如何在Master cam铣床软件中建立新文件？5.试举例说明在Master cam铣床软件中如何设定工件毛坯。6.在Master cam铣床软件中如何进行实体切削验证？7.试简要叙述在Master cam铣床软件中进行后置处理的操作步骤。8.数控机床传输用的传输线是如何连接的？9.试简要说明FANUC数控铣床程序的传输输入过程。10.如何选择仿真机床系统与机床？11.如何在仿真系统中输入程序？12.如何进行仿真系统自动运行操作？
