数控自动编程

gutianxiang

在Mastercam中，借助于生成的二维和三维图形，其相应的加工模块可以根据设定的切削加工参数，自动生成刀具路径（NCI文件）。在刀具路径中包含了一系列的坐标、加工信息，经过特定的后处理转换后，就可以形成适用于数控机床加工用的数控程序（NC代码）。Mastercam的数控自动编程一般需要刀具设置、工件设置、切削参数设置等多个步骤。
刀具设置
对于刀具的设置，Mastercam可以直接从系统的刀具库中选择要使用的刀具，也可以自己定义刀具的各项参数。由于生成刀具路径时，只能在当前的刀具列表中选择相应的刀具，所以，在进行切削参数设置之前，必须先生成本次加工所需的刀具列表。
操作步骤：
1．    输入命令：NC utils→Def.Tools→Current。
2．    在Tool Manager（刀具管理）对话框中，设置加工所需的刀具及其相应的参数。在Tool Manager对话框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择相应的选项，进行下一步操作。



■Create new tool ：用户可以从刀具库中选取刀具的外形，通过设置新的参数，在当前刀具列表中生成新的刀具。点击该选项后，会弹出Define Tool（定义刀具）对话框，其中有Tool-Flat End Mill（刀具外形）、Tool type（刀具类型）、Parameters（刀具切削参数）三逐步形成选项卡。进行刀具类型的选择、刀具外形参数的设定及刀具切削参数的设定。
在刀具类型选项卡中可以选择合适的刀具类型。




刀具外形参数选项卡的内容根据选择刀具类型的不同也会有所差别。我们以平底端铣刀为例说明刀具外形参数的设置。（Diameter：刀具直径；Flute：有效切削刃长度；Shoulder：切削刃总长；Overall：从刀尖至夹头底端长度；刀具柄部直径：Holder；夹头长度和直径：Capable of；该刀具适用加工类型）


在Parameter选项卡中可以设置刀具的切削参数。
■Get from library：从刀具库中选择一刀具添加到当前刀具列表中。
■Edit tool：打开刀具定义对话框，编辑选定刀具的参数。
■Delete tool ：在当前刀具列表中删除选定的刀具。
■Sve to library：将选定的刀具保存至刀具库中。
工件设置
工件设置包括设置工件的大小、原点、材料等。
操作步骤：
1．    输入命令：Toolpath→Job setup。
2．    在Job setup对话框中，设置与工件相关的各项参数。


确定工件尺寸
工件（毛坯）的形状只能设置为立方体，定义工件的尺寸可以通过以下的方法；
1．    直接在Job setup 对话框中的X、Y和Z输入框中输入工件的尺寸；
2．    单击Select corners按钮，在绘图区域选取工件的两个角点；
3．    单击Bounding box按钮，在绘图区域选取几何对象后，系统根据对象的外形来定义工件的大小。
设置工件的原点
在Mastercam中，工件的原点可以定义在工作的各个角点以及上下面的中心上。此外，工件坐标的原点还可以在Stock origin输入框输入，或者单击Select origin按钮后，在工作区域选取。
其它参数设置
1．    工件显示控制：选中Dispay stock复选框，在屏幕中显示出设置的工件。当选项中Fit screen to stock，在进行Fit screen操作时，显示时，显示的对象包括设置的工件。
2．    刀具路径控制
Output operation comments to NCI：选中该复选框，在生成的NCI文件中包括操作注解。
Generate toolpath immediately：选中该复选框，在于创建新的刀具时，立即更新NCI文件。
Save tool path In MC9 file：选中该复选框，在MC9文件中存储刀具路径。
Assige tool numbers sequentially：选中该复选框，系统自动依序指定刀具号。
3．    刀具偏移：在Tool offset Registers栏中可以设置在生成刀具路径的刀具偏移值。当选择Add单选按钮时，系统将Length（长度）和Diameter（直径）输入框中的数值与刀具的长度入直径相加作为偏听偏移值。当选择From tool 时，系统直接使用刀具的长度和直径作为偏移值。
4．    过刀量设置：Feed Calculation 可以用来设置加工时进刀量。选择Material，根据材料的设置来计算进刀量，选择From tool，根据刀具的设置计算进刀量。
二维刀具路径生成
在Mastercam中，二维刀具路径包括轮廓铣削，型腔铣削、钻孔、面铣削等一些常用的铣削加工。二维刀具路径是Mastercam非常有特色的地方，相对于其它CAM软件，要生成和设置要简单的多。
面铣削
面铣削是将工件表面铣削一定深度后为下一次加工作准备。可以是铣 削整个工件的表面，也可以通过选取曲面线串铣削曲线传包围的区域。
操作步骤：
1．    输入命令：Toolpath→Face
2．    选取曲线串或直接选择Done选项，确定面铣 削范围。
3．    在弹出的面铣削对话框中，选择Tool parameters选项卡中，进行面铣 削参数，自动生成相应的面铣削刀具路径。
Tool parameters选项卡


  Tool # ：刀具号。用于标识不同刀具的号码。
  Head # ：夹头号。用于标识不同夹头的号码。
  Dia：直径偏置号(Dia.offset number)。用于标识刀具直径偏置的刀具号。
  Len ：刀长偏置号（Length offset number）。用于标识刀具轴向偏置的刀具号。
  Tool name ：刀具的名称。
  Feed rate ：进给速率。刀具每分钟运动的距离（mm/pm）。
  ■Plunge：下刀速度（Plunge rate）。用于设置刀具快速接近工作的速度。
    ■Retract：退刀速度（Retract rate）。用于设置切削加工完后刀具快速退回的速度。
    ■Tool dia：刀头直径。用于设置刀具切削部分的直径。
    ■Program：后置处理器输出的代码的名称（用号码标识）。
    ■Seq. ：用于设置在NC程序中首行的编号。
    ■Seq. inc：用于设置在NC程序中每行编号的增量值。
    ■Corner：刀头圆角半径。
    ■Spindle：主轴转速（Spingle speed）。用于设置加工时主轴的转速。用RPM（Revolutions per minute）表示。
    ■Coolant：冷气方式。用于设置切削液的冷却方式 。有4种冷气方式：
  Off：不使用冷却方式；           Mist：使用雾状冷却方式；
  Flood：液体方式；             Splindle：经过刀具内部方式。
    ■Home pos.按钮：用于设置加工刀具的原点。用户可以在输入框中输入刀具原点的各坐标值或单元击Select按钮在绘图区中选取一点作为刀具的原点。该刀具的原点也是加工的原点。
Facing parameters选项卡


  ■Clearance…：安全高度。安全高度是数控加工中基于换刀或装夹工件设定的一个高度。安全高度的表示方法有两种：绝对坐标和相对坐标。
  ■Retract…：退回高度。是指刀具在Z向加工完一个刀具路径后，在Z抽快速提刀所达到的高度。该高度通常低于安全高度，而高于进给高度。表示方法有绝对坐标和相对坐标两种。
  ■Feed plane…：进给高度。是指开始进给（Plunge）的高度。在数控加工厂中，为了节省时间常常是刀具快速下降至进给高度，然后以慢速（即进给速度）趋近工件。表示方法有绝对坐标和相对坐标两种。
  ■Top of stock…：工件表面。工件表面为工件的上表面，用来设置工件的高度。
  ■Depth…：切削深度。该深度为最后的加工深度。表示方法有绝对坐标和相对坐标两种。
  ■Depth cuts…：分层轴向铣削深度。选中草药Depth cuts按钮，系统弹出深度切削对话框。


1．    Max rough：最大粗加工深度。输入的值为每次粗加工时，去除材料在Z轴方向的最大深度。
2．    # Finish cuts：精加工次数。
3．    Finish step：精加工深度。每次精加工时，去除材料在z轴方向的最大深度。
4．    Keep tool down：保持刀具向下。用于选择刀具在每一个切削后，是否会回到下刀位置高度。选中该项，则在每层切削完毕不退刀子 ，直接从目前的深度移动下一个切削深度；否则刀具会回到原来下刀位置的高度，而后刀具才移动到下一个切削深度。
■Tip cmop：刀具在长度方向偏移的位置，即刀具在z方向的偏移位置。可以设定为刀具的球心或者刀尖（Tip or center）。
■Roll cuter around corners：转角过渡处理。用于选择两条相连线段转角处的刀具路径。
None：系统在转角过渡处不进行处理，即不用弧形刀具路径。
Sharp：系统只在尖角处进行处理，即两条线的夹角小于135度时采用弧形刀具路径。
All：系统在所有转角处都进行处理，即所有转角处都采用弧形刀具路径。
■Cutting method：切削方向（Zigzag-双向；One way-单向）。
■Stepover：间距百分比。即切削路径间的间距占刀具直径的百分比。
■Across overlap：垂直方向超程量。
■Along overlap：加工方向超程量。
■Approach distance：趋势过距离。用于设置下刀点到有效切削点的距离。
■Exit distance：退刀距离。用于设置退刀点到有效切削点的距离。
轮廓铣削
轮廓铣削是沿着工件的外形曲线进行加工。
操作步骤：
1．    输入命令：Toolpath→Contour。
2．    选取曲线串，确定面铣削范围，按Done结束。
3．    在弹出的轮廓铣削对话框中，选择Tool parameters选项卡，进行轮廓铣削刀具的设置。
4．    在Contour parameters选项卡中，进行轮廓铣削参数的设置。
5．    点击确定按钮，系统按照所设定参数，自动生成相应的轮廓铣削刀具路径。
Contour parameters选项卡


■Compensation type：刀具偏移类型。
■Comtensation direction：刀具偏移方向。
■Multi passes…外形轮廓分层铣削深度。选中Multi passes按钮，系统弹出轮廓分层铣削深度对话框。


1．    Roughing passes：粗加工。（Number：粗加工次数。Spacing：粗加工间距。）
2．    Finishing passes：精加工。（Number：精加工次数。Spacing：精加工间距。）
3．    Machine finish passes at：精加工控制。用于设置是在最后深度进行精加工还是在每层都进行精加工。（Final dept：在最后深度产生精加工路径。All depths：在每层深度都产生精加工路径。）
4．    Keep tool down ：保持刀具向下。用于选择刀具在每一个切削后，是否回到下刀位置高度。选中该项，则在每层切削完毕不退刀，直接从目前的深度移动到一个切削深度；否则刀具会回到原来下刀位置的高度，而后刀具才移动到下一个切削深度。
■Depth cuts…分层轴向铣削深度。选中Depth cuts按钮，系统会弹出深度切削对话框。


其中选项的含义与面铣削中的基本相同。（Depth：浓度切削顺序。用于设置深度铣削的次序。By contour：先在一个个形边界铣削设定的深度，再进行下一个外形边界铣削。By depth：先在一个浓度上铣削所有的一个外形边界，再进行一个外形边界铣削。Taperde walls：切削锥度。从工件表面按Taper angle中设定的角度切削到最后的深度。Outer wall taper：设置外形边界侧面的锥度。Island wall taper： 设置岛屿侧面的锥度。）
Lead in/out：导入、导出控制。选中Lead in/out按钮，系统会弹出导入、导出对话框。可以用来在刀具路径的起始及结束，加入一直线或圆弧，在起始点添加，称为Entry（导入），在刀具路径末端添加称为Exit（导出）。


Filter：过滤设置，用于设置NCI文件的过滤参数，通过删除共线的点和不必要的刀具移动来优化NCI文件。
型腔铣削
型腔铣削主要用于加工一个封闭区域所包围的材料。
操作步骤：
1．    输入命令：Toolpath→Pocket。
2．    选取曲线串，确定型 腔铣削范围，按Done结束。
3．    在弹出的型 腔铣削对话框中，选择Tool parameters选项卡，进行轮廓铣削刀具的设置。
4．    在Pocket parameters选项卡中，进行型腔铣削参数的设置。
5．    在Roughing/Finishing parameters选项卡中，进行粗、精加工参数的设置。
6．    点击确定按钮，系统按照所设定参数，自动生成相应的轮廓铣削刀具路径。
Pocket parameters选项卡


■Pocket type：型腔加工类型。Pocket加工模块共有5种加工方式：Standard、Facing、Island facing、Remaching、Open。当选取的所有串连均为封闭串连时，可以选择前4种加工方式；当在选取的串连种有未封闭的串连时，则仅能选择Open加工方式。
■Machining direction：铣削方向。Climb：顺铣（刀具旋转方向和刀具运动方向相同。即，刀具旋转方向与工件运动方向相反）。
Pocket parameters选项卡的其余选项的含义与面铣削中的基本相同。
Roughing/finishing parameters选项卡


■粗加工切削方式
1．    Mastercam提供了8种粗加工切削方式：Zigzag（双向切削）、Constant overlap Spiral（等距环切）、Parallel Spriral（平等切削）、Parallel Spiral，Clean corners（环切并沮角）、Morph spiral（依外形环绕）、High speed、One way（单向切削）、True spiral（螺旋切削）。
2．    Entry-helix/ramp（粗加工下刀方式）
3．    Helix（螺旋下刀方式）：在该方式下刀具会直落于起始高度，然后以螺旋下降的方式切削到设置的深度。
4．    Ramp（线下刀方式）：该方式下刀具以斜线方式向工件进刀。
■精加工参数设置
1．    Passes：粗加工次数。
2．    Spacing：精加工余量。用于输入挖槽切削的精加工余量，该参数确定每次精加工切削量。
3．    Spring ：输入与最后一次精加工路径相同的、附加的精加工的次数。可用于薄壁零件的最后修整，这些薄壁件会因为先前的加工操作而变形，从而影响加工粗度。
4．    Cutter compensatio：切削补偿。用于执行在控制器内的刀具补偿。
5．    Override Feed Speed：重新设置精加工进给速度。
6．    Feed rate：在精切削阶段，由于去除的材料通常较少，所有可能希望啬进给速率以提高加工效率。该输入框可输入一个与粗切削阶段不同的精切削进给速率。
7．    Spindle speed：在精切削阶段，由于支除的材料通常较少，所有可能希望啬主轴转速以提高加工效率。该输入框可输入一个与粗切削阶段不同的精切削主轴转速。
8．    Finish outer boundary：精加工外部边界。选中该复选框，对型腔外壁和内腔岛屿各进行一次精铣削加工，否则仅对内腔岛屿进行精铣削加工而不对型 腔外壁进行精铣削。
9．    Start finish pass at closest：选中复选框，在靠近粗铣削结束点位置开始精铣削，否则按选取边界的顺序进行精铣削。
10．    Keep tool down：保持刀具向下。用于选择刀具在粗切削后以及开始精切削前，是否会回到下刀位置高度。选中该项，则在粗切削后不退刀，直接移动到精切削的开始点；否则刀具会回到原来下刀位置的高度，而后刀具才移动到精切削开始点。
11．    Optimize cutter comp in ：优化切削补偿。当Cutter compensation 设置为Control时改选项被激活。用于在刀具路径上消除小于或等于刀具半径的圆弧，并防止过切（Gouge）划伤表面。
12．    Machine finish passes only at final depth：机床只在最后深度精加工。用于分层型腔加工，即Depth cuts…中的参数被设置。若该复选框被选取中，仅在最后的铣削深度进行精铣削加工，否则在每所有深度进行精铣削加工。
13．    Machine finish passes after roughing all：选中该复选框，仅在完成了所有粗加工后再进行精加工操作，否则在每道粗加工后都进行精铣削加工。
14．    Thin wall…：设置薄壁零件的多道精加工参数。
钻孔加工
钻孔加工主要用于钻孔、镗孔和攻丝等加工。
操作步骤：
1．    输入命令：Toolpath→Drill。
2．    选取要加工的孔，按Done 结束。
3．    在弹出的钻孔加工对话框中，选择Tool parameters选项卡，进行钻孔加工刀具的设置。
4．    在钻孔加工参数选项卡中，进行钻孔加工参数的设置。
5．    点击确定按钮，系统按照所设定参数，自动生成相应的轮廓铣削刀具路径。
钻孔加工对话框


钻孔加工的类型比较多，在这儿我们仅以深孔啄钻（Peck drill）为例介绍其参数设定。
Peck：第一次啄孔深度
Subsequent peck：以后每次啄孔深度
Peck clearance：啄孔间隙
Chip break：退刀量
Dwell：刀具在孔底部停留时间
Shift：设置退刀时离开孔表面的距离
数控加工模拟
在刀具路径生成以后，可以对刀具路径进行加工模拟。
操作步骤：
1．    输入命令：Toolpath→Operations。
2．    在弹出的Operations对话框中，选定需要进行加工模拟的操作。
3．    单击Verify按钮，进行加工模拟。（单击Backplot，可以对刀具路径进行模拟）
在模拟过程中，可以设置模拟加工的速度，对加工后的工件显示其截面。


后处理
将数控加工的刀具路径转换为适合数控机床加工用的数控程序，需要对相应的刀具路径（NCI文件）进行处理。在Operations对话框中，单击Post 按钮，可以打开后处理对话框，选择合适的处理程序，单击OK，生成相应的数控加工程序。

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学过MASTERCAM的都会