图形交互自动编程

一、概述

图形交互自动编程不需要编写零件源程序，只需把被加工零件的图形信息输送给计算机，通过系统软件的处理，就能自动生成数控加工程序。它是建立在CAD和CAM的基础上的。这种编程方法具有速度快、精度高、直观性好、使用方便和便于检查等优点。因此，图形交互式自动编程是复杂零件普遍采用的数控编程方法。其主要处理过程有：

normal style=”MARGIN: 0px”>1.几何造型：几何造型是利用CAD软件的图形标记功能交互自动地进行图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等工作，将零件被加工部位的几何图形准确的绘制在计算机屏幕上。与此同时，在计算机内自动形成零件图形数据库。

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normal style=”MARGIN: 0px”> 2.刀具走刀路线的产生：图形交互自动编程的刀具轨迹生成是面向屏幕上的图形交互进行的。首先调用刀具路径生成功能，然后根据屏幕提示，用光标选择相应的图形目标，点取相应的坐标点，输入所需的各种参数，软件将自动从图形中提取编程所需的信息，进行分析判断，计算节点数据，并将其转换为刀具位置数据，存入指定的刀位文件中或直接进行后置处理并生成数控加工程序，同时在屏幕上模拟显示出零件图形和刀具运动轨迹。

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normal style=”MARGIN: 0px”>3.后置处理：后置处理的目的是形成各个机床所需的数控加工程序文件。由于各种机床使用的控制系统不同，其数控加工程序指令代码及格式也有所不同。为了解决这个问题，软件通常为各种数控系统设置一个后置处理用的数控指令对照表文件。在进行后置处理前，编程人员应根据具体数控机床指令代码及程序的格式事先编辑好这个文件。然后，后置处理软件利用这个文件，经过处理，输出符合数控加工格式要求的NC加工文件。

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normal style=”MARGIN: 0px”>二、图形交互自动编程的基本步骤

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normal style=”MARGIN: 0px”>1.分析零件图样，确定加工工艺：在图形交互自动编程中，同一个曲面，往往可以有几种不同的生成方法不同的生成方法导致加工方法的不同。所以本步骤主要是确定合适的加工方法。

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normal style=”MARGIN: 0px”>2.几何造型：把被加工零件的加工要求用几何图形描述出来，作为原始信息输入给计算机，作为图形自动编程的依据，即原始条件。

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normal style=”MARGIN: 0px”>3.对几何图形进行定义：面对一个几何图形，编程系统并不是立即明白如何处理。需要程编源对几何图形进行定义，定义的过程就是告诉编程系统处理该几何图形的方法。不同的定义方法导致不同的处理方法，最终采用不同的加工方法。

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normal style=”MARGIN: 0px”>4.输入必需的工艺参数：把确定的工艺参数，通过“对话”的方式告诉编程系统，以便编程系统在确定刀具运动轨迹时使用。

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normal style=”MARGIN: 0px”>5.生成刀具运动轨迹：计算机自动计算被加工曲面，补偿曲面和刀具运动轨迹，自动生成刀具轨迹文件，储存起来，供随时调用。

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normal style=”MARGIN: 0px”>6.自动生成数控程序：自动生成数控程序是由自动编程系统的后置处理程序模块来完成的。不同的数控系统，数控程序指令形式不完全相同，只需修改、设定一个后置程序，就能生成与数控系统一致的数控程序来。

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normal style=”MARGIN: 0px”>7.程序输出：因为自动编程系统在计算机上运行，所以具备计算机所具有的一切输出手段。值得一提的是利用计算机和数控系统都具有的通讯接口，只要自动编程系统具有通讯模块即可完成计算机与数控系统的直接通讯，把数控程序直接输送给数控系统，控制数控机床进行加工。

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normal style=”MARGIN: 0px”> 三、Mastercam系统软件简介

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normal style=”MARGIN: 0px”>Mastercam是一个功能很强的计算机辅助制造软件。它能画出二维、三维几何图形；生成不规则三维图形的拟合曲面；采用图形交互自动编程的方法，快速计算出最佳刀具轨迹；设置某些参数后，自动生成数控加工程序；在通讯模块的支持下，将数控加工程序传送给数控系统，以驱动数控机床完成加工过程。本系统还具有动态模拟、跟踪加工过程的能力，并可估算出加工周期。系统全菜单式功能选择，操作简单易学。

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normal style=”MARGIN: 0px”>Mastercam 7.0的主功能根目录见表1，辅助功能见表2：

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normal style=”MARGIN: 0px; TEXT-INDENT: 21.75pt” align=center>表1 主功能根目录表

表2 辅助功能表

四、Mastercam软件应用实例

normal style=”MARGIN: 0px”>COONS曲面造型及数控编程。COONS曲面如图1所示：

normal style=”MARGIN: 0px” align=center>a) COONS曲面线框造型尺寸图            b)COONS曲面造型实例图

normal style=”MARGIN: 0px” align=center>图1 COONS曲面

normal style=”MARGIN: 0px”>1.绘制线框造型

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤1  首先清除当前的屏幕：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    构图面à俯视图

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à档案à开启新档àYes，回到起始状态

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    Z，并输入0

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    视角à等角视图

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤2  绘制一个矩形盒：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à绘图à矩形à两点

normal style=”MARGIN: 0px”>输入左下角： 0，0

normal style=”MARGIN: 0px”>输入右下角： 50，75

normal style=”MARGIN: 0px”>同时按Alt+F1然后再按Alt+F2，使屏幕上的图形适度化。

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à转换

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    平移à所有的à线à执行à直角坐标

normal style=”MARGIN: 0px”>输入平移的向量：Z-20

normal style=”MARGIN: 0px”>设定对话框的参数如下：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    连接，次数设定为1

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    结束

normal style=”MARGIN: 0px”>矩形盒如图2所示

图2 COONS曲面线框造型(一)

图3

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤3  在前视图绘制C1和C2圆弧，选用图2的选择点：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    构图面à前视图

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à绘图à圆弧à二点画弧à端点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P1和P2

normal style=”MARGIN: 0px”>输入半径：50

normal style=”MARGIN: 0px”>屏幕上应出现四个圆弧形

normal style=”MARGIN: 0px”>用鼠标选择要的圆弧C1（从上方算起的第三个弧）

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    Zà端点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P3以获得工作深度（应该是Z-75.0）

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    端点P3和P4亿定义第二个圆弧的二端点

normal style=”MARGIN: 0px”>输入半径：30

normal style=”MARGIN: 0px”>选择要的弧（从上方算起第二个弧）

normal style=”MARGIN: 0px”>图形应该如图3所示。

图3 COONS曲面线框造型(二)

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤4  选用图3的选择点，绘制三条辅助绘图线：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    构图面à侧视图

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    Zà端点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à绘图à线à水平线

normal style=”MARGIN: 0px”>指定端点：选择P2和P3，然后输入Y轴位置：-10.0

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    上层功能表à垂直线

normal style=”MARGIN: 0px”>指定端点：选择P4和P5，然后输入X轴位置：20.0

normal style=”MARGIN: 0px”>指定端点：选择P6和P7，然后输入X轴位置：55.00

normal style=”MARGIN: 0px”>图形应该如图4所示。

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normal style=”MARGIN: 0px” align=center>图4 COONS曲面线框造型(三)

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normal style=”MARGIN: 0px”>步骤5  加入四个倒圆角，用图4的选择点：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à修整à打断à两断

normal style=”MARGIN: 0px”>选择要打断的图素：选择P1

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    任意点

normal style=”MARGIN: 0px”>输入断点：选择P1

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à修整à倒圆角à半径值

normal style=”MARGIN: 0px”>输入倒圆角半径：3.75

normal style=”MARGIN: 0px”>依次选择P2、P3；P3、P4；P4、P5；P5、P6以完成四个倒圆角。

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤6  绘制一条垂直辅助线，使用图4的选择点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    Zà端点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P7以获得工作深度（应该是Z0）

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主动能表à绘图à线à垂直线

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P8和P9

normal style=”MARGIN: 0px”>输入所在X轴的位置：37.5

normal style=”MARGIN: 0px”>加上垂直辅助线之后的图形如图5所示。

图5 COONS曲面线框造型(四)

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤7  绘制两个圆弧C3和C5，使用图5的选择点：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à绘图à圆弧à两点画弧à端点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P1作为第一点

normal style=”MARGIN: 0px”>从抓点方式功能表选择：交点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择P2和P3作为第二点

normal style=”MARGIN: 0px”>输入半径：25

normal style=”MARGIN: 0px”>选择要的圆弧（上方第二个圆弧）

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    交点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P3和P4来作为C5圆弧的第一端点

normal style=”MARGIN: 0px”>从抓点方式功能表选择：端点

normal style=”MARGIN: 0px”>选择P5来作为圆弧的第二端点

normal style=”MARGIN: 0px”>输入半径：20

normal style=”MARGIN: 0px”>选择要的圆弧C5（上方第二个圆弧）

normal style=”MARGIN: 0px”>加上C3和C5这两个圆弧后应如图6所示

图6 COONS曲面线框造型(五)

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤8  绘制一个倒圆角C4，相切于C3和C5这两个圆弧，用图6的选择点：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主动能表à修整à倒圆角à半径值

normal style=”MARGIN: 0px”>输入倒圆角半径：15

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P1和P2以完成倒圆角。

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤9  删除绘图辅助线，使用图6的选择点：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à删除

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P3、P4、P5、P6来删除这四条线完成的图形如图7所示。

图7 COONS曲面线框造型(六)

normal style=”MARGIN: 0px”>2.用COONS昆氏曲面指令造型

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤1  绘制昆氏曲面，使用图7的选择点：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    层别

normal style=”MARGIN: 0px”>输入新的层别数目：2à确定

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主动能表à绘图à曲面à昆氏曲面

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    Yes，使用自动串连方式建立昆氏曲面

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P1和P2来选择左上角相交的曲线

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    P3来选择右下角的任一曲线

normal style=”MARGIN: 0px”>选择曲面形式为NURBS

normal style=”MARGIN: 0px”>选择熔接方式为抛物线

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    执行

normal style=”MARGIN: 0px”>新绘制的昆氏曲面如图8所示

normal style=”MARGIN: 0px” align=center>图8 COONS曲面

normal style=”MARGIN: 0px” align=center> 

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤2  把完成的COONS曲面图案存档：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à档案à存档

normal style=”MARGIN: 0px”>文件名：COONSà保存

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normal style=”MARGIN: 0px”> 3.用平行铣削功能来粗加工——曲面模型

normal style=”MARGIN: 0px”>(1)刀具轨迹生成

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤1  载入COONS曲面档：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主动能表à档案à取档

normal style=”MARGIN: 0px”>档名：COONSà打开

normal style=”MARGIN: 0px”>此时COONS曲面应出现如图8所示。

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤2  启动曲面粗加工平行铣削功能：

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    刀具面à俯视图

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    构图面à俯视图

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à刀具路径à曲面加工à粗加工à平行铣削

normal style=”MARGIN: 0px”>设定NDI档名为ROUGH，并保存

normal style=”MARGIN: 0px”>用鼠标选择要加工的曲面à执行

normal style=”MARGIN: 0px”>出现粗加工参数对话框，设定刀具参数如下：刀具直径：4；刀具半径：2

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤3  设定粗加工参数：

normal style=”MARGIN: 0px”>按“粗加工参数”钮，并设定粗加工参数如下：

normal style=”MARGIN: 0px”>安全高度：15；参考高度：10；G00下刀位置：2.5

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤4  按“切削深度”钮，并设定其对话框参数如下：

normal style=”MARGIN: 0px”>切削深度：选增量坐标

normal style=”MARGIN: 0px”>相对于刀具：选刀尖

normal style=”MARGIN: 0px”>顶部预留量：0.1

normal style=”MARGIN: 0px”>底部预留量：0.5

normal style=”MARGIN: 0px”>选择“OK”回到“粗加工参数”

normal style=”MARGIN: 0px”>步骤5  设定平行铣削参数：

normal style=”MARGIN: 0px”>按“平行铣削参数”钮，并设定其参数如下；

normal style=”MARGIN: 0px”>切削方向误差值：0.5；截断的布进量：2

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    确定

normal style=”MARGIN: 0px”>计算机经数秒钟计算，自动生成刀位轨迹文件，此时粗加工刀具路径即呈现于屏幕上。

normal style=”MARGIN: 0px”>(2)刀具轨迹模拟验证

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    回主功能表à公用管理à路径模拟

normal style=”MARGIN: 0px”>设定工作设定对话框参数如下：

normal style=”MARGIN: 0px”>显示路径：Y

normal style=”MARGIN: 0px”>显示刀具：Y

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    自动控制

normal style=”MARGIN: 0px”>此时可看到刀具加工时所行走的轨迹。

normal style=”MARGIN: 0px”>(3)后置处理自动生成NC加工程序

normal style=”MARGIN: 0px”>选择    上层功能表à后处理àYes

normal style=”MARGIN: 0px”>输入文件名COONS.NC，并保存

normal style=”MARGIN: 0px”>等待数秒钟，计算机自动生成NC程序，并显示其NC加工程序清单。