复杂编程（精选三篇）
复杂编程 篇1
在数控加工过程中, 很多因素都会影响零件的加工质量, 尤其是复杂零件的加工。由于复杂零件的加工内容较多, 为了在加工零件时既保证其精度又保证其生产率, 则需要编制出合理的加工程序。对于复杂零件, 其手工编程过程非常复杂、繁琐, 且周期较长, 而且手工编程的对编程者的知识水平要求高。采用自动编程软件就可以解决这些问题, 如用Pro/E、UG、Master CAM、CAXA等软件完成自动编程与加工, 在保证加工精度的情况下, 提高生产率。
2 数控机床自动编程的内容与步骤
2.1 自动编程
自动编程也称为计算机 (或编程机) 辅助编程, 即将输入计算机的零件设计和加工信息自动转换成为数控装置能够读取和执行的指令 (或信息) 的过程就是自动编程[1]。在自动编程过程中, 零件信息作为编程的核心内容, 是确保数控编程自动化目标实现的重要依据, 如果将其有效的表达至关重要, 近年来引起了相关部门的高度重视。通常情况下, 对于编程程序是否正确的检查, 编程人员可以通过计算机仿真来实现, 一旦发现问题, 可以对其进行及时修改。
所谓自动编程, 是借助计算机及其外围设备装置自动完成从零件图构造、零件加工程序编制到控制介质制作等工作的一种编程方法。
2.2 自动编程的内容与步骤
所谓数控编程, 主要是指零件图纸到数据加工程序的整个过程, 其核心工作主要是对加工过程中所涉及的刀位点进行计算。这里所说的刀位点, 通常是指刀具表面和轴线的交点, 如果是轴加工, 那么还应该在此基础上加入刀轴矢量。就目前数控编程的内容来看, 大致包括7个方面, 即零件图样分析、加工工艺确定、数学处理、零件加工程序编写、输入数控系统、程序检验和首件试切[2]。
手工编程和自动编程是编程加工的两种类型, 选择的标准主要是根据问题的复杂程度来决定。就目前自动变成所采用的方式来看, 主要以图形交互式自动编程为主, 这种编程系统是CAM和CAD两者的高度结合, 所以有时人们也将该系统成为CAD/CAM系统, 其工作流程如图1所示。作为当前最先进的数控加工编程方法, 其采取的方式主要是以计算机技术为支撑, 利用人机交互图形方式来实现对零件形状的计算机化和加工仿真, 整个操作过程具有极高的效率, 而且不易出错。除此之外, 还可以通过特有的数据接口将CAD设计结果进行共享, 实现CAD/CAM集成一体化, 实现无图纸设计制造。
计算机辅助编程的步骤:
为了更好的实现各种类型的零件加工, 计算机辅助编程对自身的编程步骤进行了完善, 完善之后的步骤主要包括以下几个方面:
(1) 零件的几何建模
(2) 加工方案与加工参数的合理选择
(3) 刀具轨迹生成。在零件加工过程中, 刀具轨迹的生成占据着重要位置, 此环节的任务主要是确保所生成的刀具轨迹能够满足刀具的加工要求, 即无碰撞、无干涉、轨迹光滑、代码质量高, 以此来为后续步骤的顺利开展奠定坚实的基础。
(4) 数控加工仿真。在零件加工过程中, 加工程序的质量往往与零件形状的难易程度和加工环境相关, 与此同时, 想要从根本上提高加工程度的质量, 编程人员还需要对加工过程中所涉及的过切、欠切以及机床各部件之间的干涉碰撞给予高度重视。
(5) 后置处理。最后一个步骤是后置处理, 对于数控加工编程工作来说, 该步骤同样非常重要。所谓后置处理, 主要是指将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据的数控加工程序。目前, 后置处理这一步骤中包含的内容有很多, 比如说, 机床机构误差补偿、机床运动平稳性校核修正以及代码转换等。
3 Master CAM软件自动编程
Master CAM是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等多种功能于一身。它具有方便直观的几何造型。Master CAM提供了设计零件外形所需的理想环境, 其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。
Master CAMX5支持2轴、3轴和4轴、5轴加工程序的编制, 其中包括平面加工、外形加工、钻孔加工圆弧加工等加工模板, 可以完成复杂零件的数控加工程序编制[1]。
3.1 Master CAM软件编程的步骤
在进行零件加工工艺分析后, 使用Master CAM软件进行数控编程的一般步骤:
(1) 将Pro/E造型出的零件模型 (文件格式为IGES, 保存时选择曲面和线框) , 导入到Master CAM软件中; (2) 选择机床类型; (3) 选择毛坯; (4) 选择刀具, 设置填写加工参数; (5) 轨迹生成与仿真; (6) 后处理程序, 生成G代码。
3.2 Master CAM软件自动编程实例
在Master CAM软件中打开之前在Pro/E中生成的零件实体图, 建立加工模型, 选择铣床 (默认) 选择加工刀具, 设置加工参数, 轨迹生成与仿真生成G代码。
(1) 导入模型, 如图1所示。
(2) 建立毛坯。在机床群组属性中选择毛坯形状选圆柱、边界框 (展开半径、高度三个方向分别为1) 建立毛坯, 如图2、图3所示。
(3) 建立刀具, 设置加工路径与参数。1) 选择铣床 (默认) 铣削刀路为外形铣, 刀具选择直径为10mm总长为70的平底刀, 设置加工参数:进给率为300, 主轴转速为3500, 每刃进刀量为0.025, 生成刀具路径;2) 选择铣削刀路为平面铣削, 刀具选择直径5mm总长为70的平底刀, 设置参数:进给率450, 主轴转速4500, 每刃进给量0.025, 生成刀具路径;3) 选择刀具路径为挖槽, 所用刀具为直径10mm的平底刀, 设置加工参数:进给率400.主轴转速2000, 每刃进刀量0.05, 生成刀具路径;4) 对其再进行挖槽精加工, 所用刀具为直径为1mm的平底刀;设置加工参数同上;5) 选择刀具路径外形铣, 刀具直径为1mm, 设置加工参数:进给率200, 主轴转速1000, 每刃进刀量0.05, 生成刀具路径;6) 选择刀具路径为放射状曲面粗加工, 设置刀具为直径5mm的球刀, 设置加工参数:进给率200, 主轴转速2500, 下刀速率100, 生成刀具路径;7) 再加一次放射状曲面精加工, 刀具为直径2mm的球刀;8) 最后钻中间的孔。下图5~10为外形铣加工参数设置方法。
(4) 轨迹生成与仿真。所谓轨迹仿真, 就是在三维状态下对刀具的运动情况进行全方位模拟, 并在基础上进行毛坯切削和材料去除的过程。轨迹仿真一般都是在轨迹生成之后进行的, 经过多次轨迹仿真模拟, 可以进一步提高实际加工过程的准确率, 提高加工精度和整体的生产效率。部分轨迹如图11所示, 仿真加工如图12所示。
(5) 后处理生成G代码。在Master CAM软件中输出G代码程序导出。导出的程序经检验之后就可以输入到数控机床上进行首件试加工, 再实际加工中进行程序的改良。
4 结论
从上文的分析我们可以看出, 如果工件形状的复杂程度较高, 无法通过手工编程将其解决, 那么自动变成无疑成为了最佳的办法。利用自动变成软件, 我们可以结合实际情况对参数进行适当的修改, 并在此基础上通过反复模拟, 提高编程的准确性。即使是在实际加工过程中出现问题, 也可以及时加以改正。但是需要注意的是, 由于受到诸多因素的限制, 从而使得当前自动编程无法达到最理想的效果, 这一问题有待进一步完善。
摘要：为了解决复杂零件手工编程比较复杂、繁琐, 且计算量大的缺点, 用Pro/E、UG、Master CAM、CAXA等软件完成自动编程与加工, 在保证加工精度的情况下, 提高生产率。本文主要介绍常用的自动编程软件及采用Master CAM软件编程实例。
关键词：数控编程,自动编程,Master CAM软件
参考文献
[1]刘家儒.Master CAMX5中文版标准实例教程[M].北京:机械工业出版社, 2011 (12) .
复杂箱体类零件的自动编程研究 篇2
近年来,随着制造技术的快速发展和用户要求的不断提高,对机械产品的加工精度和性能提出了更高的要求。特别是在汽车制造业中,发动机、变速箱等多孔系复杂箱体类零件对加工质量和生产效率的要求越来越高。箱体零件都有精度高的平面和孔系要加工,工序内容多、工艺路线长,其加工质量在很大程度上决定着部件或机器的装配精度与性能。随着技术进步和数控机床使用的迅速扩大,在中小批量生产条件下,越来越多的企业使用加工中心加工箱体[1]。随着零件复杂程度的增加,数学计算量、数控编程的程序段数目也将大大增加,这时如果单纯依靠手工编程将越来越困难,这就要求在复杂箱体类零件的加工中引入自动编程。采用零件的自动编程可以进行刀路仿真以提高编程效率,并能避免手工数控编程可能引发的错误。
箱体零件是机器或部件的基础件,通过它把机器上的零、部件联结成一个整体。从大量加工实例分析中看出,工艺方案考虑不周,加工路线设计不好,造成数控加工差错,工作量成倍增加,制造成本上升,使价格昂贵的加工中心使用经济效益差。因此,对箱体零件在加工中心上的工艺规程设计问题进行研究,对提高其使用效率和使用质量具有重大实用意义。
Master CAM是由美国CNC SOFTWARE公司研制开发的基于微机的集计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)于一体的自动编程软件,以其强大的加工功能及优良的性能价格比,以及稳定的运行效果、易学易用的操作方法等特点,广泛应用于机械、汽车、航空等行业[2]。本文以如图1所示的典型箱体零件为例,利用Master CAM软件实现其自动编程。
1 零件结构分析
箱体类零件一般起着支承、容纳、定位和密封等作用,其主要结构特点大致有:结构形状比较复杂,加工精度要求高,加工工序多、工艺复杂。此箱体零件需要在4个方向(A、B、C三个侧面与顶面D)进行加工,具有多面加工的特点,需要采用平面铣削、钻孔、镗孔等多种刀具路径模块进行刀具路径的设计。该箱体特别适合在有立卧转换铣头功能的卧式加工中心上进行四面加工,可以一次装夹定位加工完所有面,以便大幅度提高加工效率和加工质量。
2 工艺方案
箱体的加工工艺方案如表1所示,表中各个加工部位如图1所示。
3 加工准备
3.1 加工模型的准备
加工模型可以应用Mastercam9.0的CAD功能绘制,也可以通过转换其他CAD系统的图形文件得到。
3.2 刀具的设定
单击“MAN MEN”→“Tools Manager”→“Job setup”命令,显示“Job setup(工件设置)”对话框,在“Job setup”对话框中单击“Tools…”标签,显示“Tools Manager”(刀具管理器)对话框,按工艺方案设置刀具,如图2所示。
4 生成加工的刀具路径
依据表1所示箱体的加工工艺方案,依次生成各道工序的刀路,由于本工件的加工工序较多,为了节省篇幅和突出加工箱体自动编程的主要特点,本文只选取了对零件上一个有代表性的工序进行了自动编程,省略了其他步骤。
4.1 设置构造平面
由于箱体上需要加工的部位处于不同的方位,所以在自动编程开始时必须设置前、右、左和上面作为新的构造平面(对应于如图1所示的A、B、C、D四个面)。A、B、C、D四个面分别为FACE-1、FACE-2、FACE-3和FACE-4,分别在Front、Left、Back、Top面上。此处需要注意的是加工时视角面要与构图面一致。下刀量要与构图深度Z一致。
4.2 在A面铣端面的刀具路径
将图形设置为轴侧视图,将构图面设置为PACE-1面,即Front。同时视角平面也为Front。单击“Toolpaths”→“Face”,选择面铣削加工方式,选择如图3所示的加工对象圆弧C1,在面铣削参数对话框进行设置,如图4所示,即可得到相应的加工刀具路径。按照表1所示箱体的加工工艺方案依次进行类似的过程,即可得到加工所需的所有刀路,如图5所示。
5 加工过程仿真校验
对于一般零件的加工仿真,通常都在如图6所示的仿真配置参数设置的对话框选用长方体毛坯(Box)或圆柱体毛坯(Cylinder)。但是,箱体零件一般是铸件,毛坯已经基本成型,长方体毛坯或圆柱体毛坯都与箱体加工的实际情况差别很大,而且会产生过多的空走刀程序段,不能真实地反映加工过程,并且降低加工效率。对于具有初始形状的铸锻件毛坯,欲获得与实际加工情形相符的仿真效果,在加工仿真之前必须绘制出毛坯的模型,如图7所示,并将其转化为STL文件保存在DATA文件夹中。方法是:File→Cinverters→STL→Write file→保存→回车。STL格式是美国3D System公司开发的,在Steteo Lith Ography软件中采用的三维图形格式,是一种3D网格数据格式,Master CAM可以直接读写STL文件[3]。这样,在加工仿真时,如图6所示设置仿真配置窗口的参数,即可调用与实际生产中一样的成型毛坯进行仿真加工,加工结果如图8所示。
6 结论
数控编程是数控加工中的关键问题之一,其程序编制效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产效率。对于结构较复杂的箱体零件来说,分析其加工特点,采用Master CAM进行自动编程和加工仿真,免去了繁琐的计算,大大减少了编程人员的工作量,保证了零件加工精度,提高了工作效率。与传统方法相比,具有显著的优越性,实用性强,具有很高的使用价值。本方法对在Master CAM中对各种毛坯为铸件、锻件等毛坯已经基本成型工件的自动编程及其加工仿真等方面具有重要的借鉴意义。
参考文献
[1]刘旭宇,陈昭荣.加工中心上箱体零件加工工艺路线的确定[J].机床与液压,2003,(2):260.
[2]简琦昭,等.Mastercam V8.1～V9实用教程[M].北京:机械工业出版社,2002.
复杂航空外协铝件的五轴联动编程 篇3
1 复杂航空铝件工艺分析
一般而言, 航天航空件由于其特殊用途, 所以外形比较复杂, 在制造加工上难度大, 所需加工技术含金量比较高, 某公司外协铝件也不例外, 由于该模具结构都很复杂, 斜槽、斜孔、不规则型面大量出现在工件体上, 而这些部位的加工都需要刀具摆角倾斜加工并配以工件的圆周运动, 否则若直接加工必然造成工件过切, 这两个条件在普通的三轴机床上是不具备的, 所以三轴机床是无法加工出来的。而高速铣床具备五轴联动功能即刀具走空间点位 (X, Y, Z) 同时还可以绕Z轴在0-360度范围内旋转C角以及实现刀具的摆角B, 如图所示, 具备了硬件加工条件。在软件方面, 采用了UG软件的强大的多轴切削新技术模块进行五轴联动编程。
2 五轴联动程序编制
UG软件以CAM加工著称, 其多轴加工方面和同类软件相比更胜一筹。UG软件多轴加工模块提供了的多样的驱动方法, 比如边界驱动法, 曲面区域驱动法、螺旋线驱动法、刀具轨迹驱动法和径向驱动法等。在UG软件的五轴联动编程中, 刀轴矢量控制方式的是很重要的参数, 所谓刀轴矢量是指从刀端指向刀柄的方向, 它用于定义固定刀轴 (3轴) 与可变刀轴 (5轴) 的方向。固定刀轴与指定的矢量平行, 而可变刀轴在刀具沿刀具路径移动时, 可不断地改变方向。UG提供了丰富的刀轴矢量控制方式来对多轴程序进行有效控制, 为五轴联动程序编制提供了灵活性。
五轴编程中驱动方式和刀轴控制方式的设置是关键, 针对不同工件灵活选择驱动方式和刀轴控制方式以及其他相关参数来优化五轴联动程序, 从而输出高质量的程序。一般来讲, 对于圆柱面采用Toward Line朝向线的刀轴控制方式, 对于球体面则采用Toward Point朝向点的刀轴控制方式。铝件加工变形较大, 为了降低变形, 编程上采用了粗中精编程, 粗加工余量为2mm, 中加工余量为0.5mm, 精加工余量为0.05mm, 对于加工量大的拐角部分则采用了清角 (FLOWCUT) 的编程策略。在五轴联动编程方面有五个方面的突破:
(1) 在斜孔加工中实现了五轴的啄孔加工, 解决了如何进阶式五轴钻孔。由于高速铣床五轴功能中无法实现钻孔循环功能, 所以对于五轴斜孔必须将孔中心线上的每一点坐标都计算出来。五轴的啄孔编程时难点在于刀具轴正向确定, 一般选择Tool AXIS为NORMAL TO PART SURFACE (图2) , 但有时会出现刀具头向下现象, 此时可以采用方法 (1) Specify Vecotor选择Part surface然后反向以下即可, 此种情况只对Plane和Cylinder有效。而对于球体则只能采用方法 (2) 两面法:先选择Part Surface则选择Bottom Surface从而确定刀轴正向, 如果没有现成的Bottom Surface, 可以通过OffSet Face对Part Surface进行偏移即可而对于圆锥型倒角孔, 编程时需要找到圆锥面的顶点, 加工时刀尖选择TO These Points即可。
(2) 在斜槽加工中实现五轴分层切削编程, 对于比较深的窄斜槽, 由于所用刀具较小, 每次吃刀量不能太大, 所以必须采用分层切削, 通过修改切削参数Part stock Offset值和Increment值来实现, 如图3所示, 一般高速铣每层切削量设为0.3mm。
(3) 根据高速铣的C转角0-360的限制, 在五轴联动分层切削中用回字形切削替代原来的单向切削对程序进行优化, 避免了层与层之间需要手动频繁抬刀, 解决了五轴联动程序中C轴受最大360度限的难题。
(4) 针对不规则型面采用型面偏移法来输出刀心轨迹, 增强了编五轴曲面程序的灵活性, 只要球头刀按刀心编程在RTCP ON模式下就不必关心刀长补偿问题。
(5) 五轴联动专用后处理程序的制作
UG走刀并产生的刀位文件 (CLS文件) , 并不能直接用来加工模具, 还必须对CLS文件进行后处理方可生成加工程序-NC代码。后处理程序的执行过程如图5所示。针对不同数控系统制作后处理程序 (MDFA文件) 是CAD/CAM应用中的一项重要工作, 它直接影响着从CLS->NC代码转换的正确性。UG软件中提供了常见控制系统的后置处理设置, 公司五轴高速铣床采用的是FIDIA控制系统, B轴的范围为-90-+90度, C轴的范围是0-360度。利用UG软件的Post Builder模块配置了针对该控制系统的专用五轴联动后置处理程序, 从而将生成的刀位点 (CLS) 转化成该机床能正确识别的G代码数控加工程序。
3 结束语
UG软件具有强大的多轴编程模块, 功能非常全, 基本上可以满足各种复杂模具零件的编程需要, 尽管在高速铣五轴联动编程方面有了很大的进步, 但仍然有许多功能有待进一步挖掘, 仍有很多挑战性的工作需要去完成, 所以应该静下心来去进行深入研究, 以便更好地服务于生产。
参考文献
[1]苏红卫, 等.UG铣削制造过程培训教程[M].北京:清华大学出版社.
