自动编程加工技术在工程中的应用

一、任务目标

❖掌握铣加工和自动编程的基本知识

❖掌握刀具轨迹生成功能和编辑功能的使用方法

❖掌握铣削自动编程的综合应用技能

二、任务资讯

1. 自动编程的含义

相对于手动编程而言，自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序，编程人员只需根据工件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出工件加工程序单。加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。自动编程使得一些计算烦琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。

2. CAXA 制造工程师

CAXA 制造工程师将CAD 模型与CAM 加工技术无缝集成，可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。它支持轨迹参数化和批处理功能，能明显地提高工作效率；支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通用的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。

1） 2 ～3 轴的数控加工功能，支持4 ～5 轴加工

2 ～2.5 轴加工方式： 可直接利用工件的轮廓曲线生成加工轨迹指令，而无须建立其三维模型；提供轮廓加工和区域加工功能，加工区域内允许有任意形状和数量的岛；可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度，自动进行分层加工。3 轴加工方式： 多样化的加工方式可以安排从粗加工、半精加工到精加工的加工工艺路线。4 ～5 轴加工模块提供曲线加工、平切面加工、参数线加工、侧刃铣削加工等多种4 ～5 轴加工功能。标准模块提供2 ～3 轴铣削加工。4 ～5 轴加工为选配模块。

2） 支持高速加工

本系统支持高速切削工艺，以提高产品精度，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。可设定斜向切入和螺旋切入等接近和切入方式，拐角处可设定圆角过渡，轮廓与轮廓之间可通过圆弧或“S” 字型方式来过渡形成光滑连接，从而生成光滑刀具轨迹，有效地满足高速加工对刀具路径形式的要求。

3） 参数化轨迹编辑和轨迹批处理

CAXA 制造工程师的“轨迹再生成” 功能可实现参数化轨迹编辑。用户只需选中已有的数控加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。CAXA 制造工程师可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大批加工轨迹参数事先定义而在某一集中时间批量生成，这样可以提升工作效率。

4） 独具特色的加工仿真与代码验证

本系统可直观、精确地对加工过程进行模拟仿真，对代码进行反读校验。系统在仿真过程中可以随意放大、缩小、旋转，便于观察细节；可以调节仿真速度；可以显示多道加工轨迹的加工结果；可以检查刀柄干涉、快速移动过程（G00） 中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉等情况；可以将切削残余量用不同颜色区分表示，并把切削仿真结果与工件理论形状进行比较等。

5） 加工工艺控制

CAXA 制造工程师提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人员的经验得到充分的体现。

6） 通用后置处理

CAXA 制造工程师全面支持SIEMENS、FANUC 等多种主流机床控制系统。CAXA 制造工程师提供的后置处理器，无须生成中间文件就可输出G 代码控制指令。系统可以提供常见的数控系统的后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。系统可生成详细的加工工艺清单，方便G 代码文件的应用和管理。

3. CAXA 制造工程师实现数控加工的过程

（1） 看懂图纸，用曲线、曲面和实体表达工件。

（2） 根据工件形状，选择合适的加工方法，生成刀具轨迹。

（3） 在“后置设置” 中，针对数控系统进行配置。

（4） 生成NC 代码，传递给数控机床的控制系统。

4. 工件坐标系

工件坐标系是编程人员在（手工、自动） 编制数控加工程序（即NC 代码） 时，根据工件的特点所确定的坐标系。为编程方便，工件坐标系的原点应遵循以下原则： 在工件图的尺寸基准上；在对称工件的对称中心上；在不对称工件的某一角点上；在精度较高工件的表面上。

5. 刀具

CAXA 制造工程师主要针对数控铣加工，目前提供三种铣刀： 端面（r =0）、球刀（r =R） 和R 刀（r ＜R），其中R 为刀具半径，r 为刀角半径。

6. 毛坯

（1） 定义毛坯

①两点方式是指通过拾取两个角点（与顺序、位置无关） 来定义毛坯。

②三点方式是指通过拾取基准点和两个角点（与顺序、位置无关） 来定义毛坯。

③参照模型方式是指系统根据工件形状和尺寸，自动计算出工件的包围盒，以此作为毛坯。

（2） 起始点用来定义整个加工开始时刀具的最初移动点和加工结束后刀具的回归点，可通过输入点坐标或者拾取点来设定。起始点的高度应大于安全高度。

（3） 安全高度是指保证在此高度以上可以快速走刀而不会发生碰撞工件或夹具的高度。安全高度应高于工件的最大高度。

（4） 刀具库用来定义、确定刀具的有关数据，分为系统刀库和机床刀库两种类型。

系统刀库是与机床无关的刀具库。可以把所有要用到的刀具参数都建立在系统刀库，然后利用这些刀具对各种机床进行编程。机床刀库是与不同机床控制系统相关联的刀具库。当改变机床时，相应的刀具库也会自动切换到与该机床对应的刀具库。这种刀具库可同时对应多个加工中心编程。

任务分析

加工图11-1 所示的凸台。

▲图11-1　凸台

（1） 分析凸台加工的基本步骤。凸台加工的基本步骤如图11-2 所示。

▲图11-2　凸台加工基本步骤

（a） 线框造型；（b） 外台加工；（c） 凹腔加工；（d） 通孔加工

（2） 工件坐标原点与装夹。为了与设计基准保持一致，我们将工件坐标原点选在工件表面中心处；用毛坯底面、侧面定位，用虎钳夹紧。

三、任务实施

生成刀具轨迹的具体操作步骤如下。

1. 定义加工毛坯

（1） 线框造型。凸台的加工造型为线框造型。应用曲线工具完成凸台加工造型，注意绘出孔的中心位置点，如图11-3 所示。

▲图11-3　凸台线框造型

（2） 定义毛坯。在生成刀具轨迹之前，系统要求先定义毛坯尺寸。

①在“加工管理” 特征树的【毛坯】 上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【定义毛坯】 命令，在弹出的【定义毛坯】 的对话框中，设置各项参数，如图11-4 所示。

②设置完毕后，单击按钮，完成毛坯的定义，如图11-5 所示。

▲图11-4　设置参数(https://www.xing528.com)

▲图11-5　定义毛坯

2. 轮廓线精加工外台轮廓

（1） 设置轮廓线精加工参数，采用轮廓线加工的方法加工外台。单击按钮，在弹出的【轮廓线精加工】 对话框中设置各项参数。应用直径为20 mm 的端刀加工，参数设置如图11-6 所示。

▲图11-6　轮廓线精加工参数设置

（a） 【加工参数】 设置；（b） 【切入切出】 设置；（c） 【下刀方式】 设置；（d） 【切削用量】 设置

▲图11-6　轮廓线精加工参数设置（续）

（e） 【刀具参数】 设置；（f） 【加工边界】 设置；（g） 【公共参数】 设置

（2） 生成轮廓加工刀具轨迹。选择六边形外圈加工轮廓（图11-7），加工方向为顺时针方向。选择完毕后，单击鼠标右键确定，刀具轨迹计算生成，如图11-8 所示。

▲图11-7　轮廓线

▲图11-8　轮廓线精加工轨迹

（3） 刀具轨迹仿真。选择【加工】 / 【实体仿真】 命令，选择已生成的刀具轨迹，进入【CAXA 轨迹仿真】 窗口，如图11-9 所示。

▲图11-9　【CAXA 轨迹仿真】 窗口

（4） 在【CAXA 轨迹仿真】 窗口中进行仿真操作。单击按钮弹出【仿真加工】 对话框，如图11-10 所示。

▲图11-10　【仿真加工】 对话框

（5） 单击按钮，轨迹仿真开始，加工结果如图11-11 所示。关闭【仿真加工】对话框，关闭【CAXA 轨迹仿真】 窗口，外台轮廓刀具轨迹设置完成。

▲图11-11　【CAXA 轨迹仿真】 窗口

（6） 为了便于后续刀具轨迹的设置，我们可以用鼠标右键单击特征树中的加工轨迹，在弹出的快捷菜单中选择【隐藏】 命令，将轨迹隐藏。

3. 区域式粗加工内腔

（1） 设置区域式加工的粗加工参数。采用区域式粗加工的方法加工内腔时，我们将加工余量设置为“0”，可以完成内腔的精加工，应用直径为10 mm 的短刀加工。

（2） 选择【加工】 / 【粗加工】 / 【区域式粗加工】 命令，或在【加工工具栏】 中单击按钮，在弹出的对话框中设置各项参数，具体参数设置如图11-12 所示。

▲图11-12　【区域式粗加工】 对话框参数设置

（a） 【加工参数】 设置；（b） 【刀具参数】 设置；（c） 【公共参数】 设置；（d） 【加工边界】 设置

（3） 生成轮廓线加工刀具轨迹。选择六边形内圈为加工轮廓，四边形为岛，刀具轨迹完成，如图11-13 所示。

▲图11-13　选择加工轮廓和岛生成刀具轨迹

（a） 选择内轮廓；（b） 选择岛；（c） 生成刀具轨迹

（4） 刀具轨迹仿真。选择【加工】 / 【实体仿真】 命令，选择已生成的刀具轨迹，进入【CAXA 轨迹仿真】 窗口。单击按钮，区域粗加工轨迹仿真开始，仿真结果如图11-14所示。

▲图11-14　区域粗加工轨迹仿真结果

4. 加工凸台通孔

（1） 采用孔加工的方法加工4 个通孔。选择【加工】 / 【其他加工】 / 【孔加工】 命令，或在【加工工具栏】 中单击按钮，弹出【孔加工】 对话框。在对话框中设置各项参数，应用直径为10 mm 的钻头加工。为保证是通孔，钻孔深度应大于零件厚度，详细参数设置如图11-15 所示。

▲图11-15　【孔加工】 对话框参数设置

（a） 【刀具参数】 设置；（b） 【加工参数】 设置；（c） 【公共参数】 设置

（2） 生成孔加工刀具轨迹。依次选择4 个孔心点，选择完毕后，单击鼠标右键确定，刀具轨迹完成，如图11-16 所示。

▲图11-16　生成刀具轨迹

（3） 刀具轨迹仿真。选择【加工】 / 【实体仿真】 命令，选择已生成的刀具轨迹，进入【CAXA 轨迹仿真】 窗口。单击按钮，孔加工轨迹仿真开始，仿真结果如图11-17所示。

▲图11-17　孔加工轨迹仿真结果

5. 生成G 代码

（1） 选择【加工】 / 【后置处理】 / 【生成G 代码】 命令。

（2） 确定程序保存路径及文件名。

（3） 依次选取刀具轨迹，注意选取的顺序即加工的顺序。

（4） 选择完毕后，单击鼠标右键确定，系统自动生成程序代码。可根据所应用的数控机床的要求，适度修改程序内容。

四、任务评价

任务评价细则见表11-1。

表11-1　任务评价细则

五、相关资讯

1. 自动编程与手动编程的对比

对于点位加工或几何形状不太复杂的工件，程序编制计算比较简单，程序段不多，可进行手工编程。但对于轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂工件，特别是空间曲面工件以及程序量很大、计算相当烦琐、易出错、难校对的工件，手工编制程序很难完成，甚至无法实现。因此，为了缩短生产周期，提高生产效率，减少出错率，解决各种复杂工件的加工问题，我们必须采用自动编程方法。

2. 自动编程技术的应用现状

华南（珠三角）、华东（上海及江浙） 是中国制造业高度发达的地区，我国六成以上的数控铣（加工中心） 都被应用在模具行业。由于模具加工的特殊性，普通的手工编程已无法满足需求，所以CAD/CAM 软件在相关企业得到了广泛应用，UG，Cimatron，Mastercam等软件也被引入职业院校的教学中。

3. 数控自动编程的技术特点

在机械加工中，数控加工的份额日益增加。由于传统数控加工依靠手工编程，效率低、易出错、加工对象简单，限制并影响了数控机床的应用，而自动编程技术可以减少加工前的准备工作，因此，自动编程正逐渐成为主要的编程方式。利用数控加工机床进行NC 加工制造，配合计算机工具，可以减少夹具的设计与制造、工件的定位与装夹时间，可以减少加工误差。利用计算机辅助制造技术可以在制造加工前进行加工路径模拟仿真，以减少加工过程中的误差和干涉检查，进而节约制造成本。配合各种多轴加工机床，可以在同一机床上对复杂的工件按照各种不同的程序进行加工，提高了加工的灵活性。数控加工机床按照所设计的程序进行加工，可准确地预估加工所需的时间，以控制工件的制造加工时间，并且，设计的程序数据可以被重复利用。

六、练习与提高

分析图纸，加工如图11-18 所示的凸台。

图11-18　凸台工件