MasterCAM软件自动编程示例与分析

时间：2023-06-17 理论教育 版权反馈

【摘要】：自动编程生成的加工程序一般较大，不宜手工输入。自动编程过程如表5-1所示。后置处理与程序修改通过以上的编程过程可知，该圆盘凸轮加工包含两个操作：粗铣与精铣，自动编程并生成的加工程序如下，限于篇幅，中间部分省略。

自动编程生成的加工程序一般较大，不宜手工输入。二维轮廓自动编程的程序通常不大，以程序传输的方式传入数控系统中进行加工较为可靠；而三维曲面自动编程的加工程序往往较大，此时，常采用DNC工作方式在线加工完成。

1.二维轮廓编程示例

例5-11：图5-33所示为圆盘凸轮，厚度为10mm，单件生产，材料为45钢，试编程加工凸轮外轮廓曲线。

图5-33 圆盘凸轮

图5-34 工艺分析

（1）工艺分析凸轮外轮廓曲线较为复杂，且加工精度高，一般宜采用数控加工。通过计算发现最小单面余量为5mm时，图5-34所示圆形毛坯比矩形毛坯体积小，因此拟采用圆形毛坯。其制造工艺为：锻造（或圆钢下料）毛坯→车外圆与端面→掉头车端面与内孔→插键槽→铣轮廓曲线→淬火。铣削装夹方案为：底面限制三个自由度，圆孔限制两个自由度，键槽限制一个自由度，上表面夹紧。

工件坐标系定在上表面孔中心处，铣削工艺为粗铣→精铣，其中精铣采用顺铣，具有刀具半径补偿功能，刀具选择ϕ30mm圆柱立铣刀，厚度一次铣出，水平方向分层铣削，层厚为2mm左右。

（2）自动编程过程如表5-1所示。

表5-1 圆盘凸轮自动编程图解

（续）

说明：本例粗铣加工采用了传统的外形铣削刀具轨迹，通过刀具路径修剪减少空刀现象，但刀具轨迹转折较多，适合于进给速度不高的常规数控铣削加工。

（3）后置处理与程序修改通过以上的编程过程可知，该圆盘凸轮加工包含两个操作：粗铣与精铣，自动编程并生成的加工程序如下，限于篇幅，中间部分省略。

1）粗加工程序，程序名取O5111，刀具轨迹如图5-35所示。

O5111

N10 G21；

N20 G0 G17 G40 G49 G80 G90；

N30 G0 G90 G54 X0 Y0 Z150.S500 M3；

N35 X24.721 Y-66.024；

N40 G43 H1 Z10.；

N50 Z3.；

……

N1920 G2 X51.462 Y-39.491 R30.；

N1930 G1 X56.648 Y-41.968；

N1940 G0 Z10.；

N1945 Z150.；

N1947 X0 Y0；

N1950 M30；

修改说明：

1）删除了换刀指令T1M6程序段

2）程序段N30改为程序段N30和N35两段，程序段N30快速定位至起刀点S[即自动编程的参考点（0，0，150）]，程序段N35水平面内快速定位至点1

3）程序段N40为快速下刀至点2。程序段N30～N40解决了表5-1第4步修剪刀具轨迹取消参考点导致自动编程从参考点起刀的问题

4）结尾删除了返回参考点的程序段

5）程序段N1945为新增的快速提刀至点6

6）程序段N1947为水平面内快速返回退刀点E（与起刀点S重合，即自动编程的参考点）

图5-35中的刀具路径S→1→2和刀具路径5→6→E为手动加入的程序段，刀具路径2→3→4→5为自动编程生成的程序内容，一般不需过多检查。

图5-35 粗加工程序O5111刀具轨迹

图5-36 精加工程序O5112刀具轨迹

2）精加工程序，程序名取O5112，刀具轨迹如图5-36所示。图中刀具路径为：S→a→b→c→d→e→f→g→h→i→j→k→E。

O5112

N10 G21；

N20 G0 G17 G40 G49 G80 G90；

N30 G0 G90 G54 X0.Y0.Z150.S800M3；

N40 X71.618 Y-70.139；

N50 G43 H1 Z10.；

N60 Z3.；

……

N190 G1 G40 X13.163 Y-90.805；

N200 G0Z10.；

N210 Z150.；

N220 X0.Y0.；

N230 M30；

修改说明：

1）删除了换刀指令T1M6程序段

2）将程序段N30改为建立工件坐标系，并快速定位至程序起点S（即自动编程的参考点）

3）程序段N50为快速定位至点1

4）程序段N55为快速下刀至点2

5）注意程序段N80加入刀具半径左补偿指令及其刀具补偿号D1

6）程序段N190有与G41相呼应的G40指令

7）程序段N220后删除了返回参考点的程序内容

程序采用了圆弧切入/切出方式，衔接处的重叠量为2mm

3）粗、精加工合并生成程序，程序名取O5113。读者可对应图5-37的刀具轨迹阅读程序头、尾部及粗、精铣的转换部分。

图5-37 粗、精铣合并程序O5113刀具轨迹

图5-37中刀具路径简述为：S→1→2→3→粗铣轮廓→4→5→6→E→M00→a→b→c→d→圆弧切入、顺铣轮廓、圆弧切出→e→f→g→E。

O5113 程序名

N10 G21；指定毫米输入单位

N20 G0 G17 G40 G49 G80 G90；系统初始化

N30 G0 G90 G54 X0 Y0 Z150.S500M3；建立工件坐标系，快速定位至S点，启动主轴

N35 X24.721 Y-66.024；快速定位至点1

N40 G43H1Z10.；快速下刀至点2(www.daowen.com)

N50 Z3.；进给下刀至点3

N60 G1 Z-12.F40.；此处开始为自动编程生成的未做修改的程序内容

……

N1930 G1 X56.648 Y-41.968；进给加工至点4

N1935 N1950 G0 Z10.；快速提刀至点5，此段之上为自动编程的程序

N1960 Z150.；快速提刀至点6

N1970 X0 Y0；水平面快速返回退刀点E（与起刀点S重合）

N1940 M00；程序暂停，测量轮廓尺寸，确定精铣刀补值

N1940 S800 M3；提高主轴转速

N1950 G0 X0.Y0.Z150.；快速定位至程序起刀点S

N1960 X71.618 Y-70.139；快速定位至点a

N1970 Z10.；快速下刀

N1980 Z3.；快速下刀至点b

N1990 G1Z-12.F50.；进给下刀至点c

N2000 G41 D1 X61.618 Y-41.854 F100.；进给移动至点d，启动刀具半径左补偿

N2010 G3 X23.333 Y-23.57 R30.001；圆弧切入

N2020 G1 X10.Y-28.284；顺时针加工轮廓开始

N2030 G2 X-10.R30.；

N2040 G1 X-36.667 Y-18.856；

N2050 G2 X-50.Y0.R20.；

N2060 X50.R50.；

N2070 X36.667 Y-18.856 R20.；

N2080 G1 X23.333 Y-23.57；

N2090 X21.448 Y-24.237；轮廓加工结束

N2100 G3 X3.163 Y-62.521 R30.；圆弧切出至点i

N2110 G1 G40 X13.163Y-90.805；进给移动至点j，取消刀具半径补偿

N2120 G0Z10.；快速提刀

N2130 Z150.；快速提刀至点k

N2140 X0.Y0.；水平面内快速返回退刀点E（与起刀点重合）

N2150 M30；程序结束，返回程序头

例5-12：图5-38所示为一对要求凹、凸相配的零件，要求加工完成后配合间隙为0.15～0.25mm，三个孔在铣削加工后插入一个ϕ8^-_-00..21mm×14mm的圆柱销，配合检查，手感适宜。工件材料为代木、硬铝或45钢。切削用量等自定。

图5-38 例5-12工件图

（1）工艺分析该组零件为二维加工件，有一定的复杂程度，适合自动编程加工。按照加工难易程度，凸、凹件加工一般先加工凹件，然后加工凸件，并保证间隙。这里假设已加工六面，仅需加工上表面的相关部分，如图5-39所示三维图中的深色部分。工件采用平口钳装夹，工件坐标系设定在上表面右下角处。

图5-39 工艺分析

凹件的加工顺序为：毛坯→铣六面→粗铣内腔→精铣内轮廓→钻孔。其中，钻孔与铣内腔的顺序可以调换，安排在前可以感受更多的钻孔场景。凸件的加工顺序为：毛坯→铣六面→粗铣外轮廓→钻孔→铣内腔→精铣外轮廓→倒角。图5-40所示为加工顺序图解。

（2）自动编程过程凹件自动编程图解如表5-2所示。

图5-40 加工顺序图解

表5-2 凹件自动编程图解

（续）

凸件自动编程图解如表5-3所示。

表5-3 凸件自动编程图解

（续）

说明：本例凸件步骤3的粗铣外廓与步骤5的铣内腔加工采用的是2D高速铣削加工刀具路径，其中粗铣外廓加工也可以参照例5-11中表5-1步骤3、4的方法，先做一个水平分层的外形铣削加工刀具路径，然后构建一个偏置距离等于刀具半径加1的修剪边界，修剪外形铣削刀具路径，获得所需的加工路径，表5-4为其编程图解。图5-41a所示为手工增加与参考点连接刀具路径后的刀具轨迹，其中程序段S→1→a为引入增加段；程序段b→2→E为引出增加段。图5-41b所示为表5-3中步骤3的刀具轨迹。

编程比较后可以看出，图5-41b的高速刀具轨迹在整个加工过程中几何没有急剧转折，基本上是以圆滑过渡为主，使得整个切削过程中切削力变化较为平稳，因此适合于高速铣削加工，但其中的曲线大量地分解为小段的直线G01指令加工，使得程序容量变得很大，约9700多条程序段，223KB容量，已超过系统的内存容量，无法传输程序，只能在线加工。而图5-41a的刀具轨迹在加工过程中不断地提刀、换位、下刀等转折，若进给速度较快时必然导致机床振动加大，同时G00与G01指令的不断变化，使得切削力的变化较大，这都是高速加工较为避讳的问题。但其程序规整，程序段较少，约420条程序段，9KB左右容量，完全可以传输存储在系统内存中的程序进行加工。因此，若使用的数控机床为普通的非高速机床，一般不需采用高速刀具轨迹编程。

表5-4 凸件外轮廓普通铣削自动编程图解