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1、 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 电火花成型加工时，需要根据加工部位的形状制造相应的电极，对于复杂工件通常需要制造很多个电极。利用通用的 CAD/CAM 软件完成电极加工的编程，需要经验丰富的编程人员通过大量的人机交互完成，不但效率低，操作重复烦琐，而且在图形选择和参数输入时容易出错。本文通过对大量电极实例和数控铣削加工工艺的研究，在 Unigraphics 平台上开发了基于加工模板的电极自动编程系统。 本文根据数控铣削加工工艺对电极进行了分类， 结合 Unigraphics 的编程特点， 提出了将典型电极的加工经验制成加工模板的方法。模板包含刀具库、加工方法、
2、加工工艺路线和常用加工参数等信息。电极编程时，系统根据用户选择的电极类型和对电极尺寸的计算直接调用模板，自动生成加工参数和工艺路线。 根据电极各部分在电火花成型加工中的作用，本文把电极分为放电、延伸和底座三个部分。设计时对这三部分分别用不同的颜色表示，系统根据颜色实现对各部分的识别。通过对已识别几何体的分类和计算，自动完成加工几何的添加和相关加工参数的修改。本系统根据加工机床的类型配置了相应的后置处理器，可以直接完成后置处理，生成机床加工程序。 本文考虑了计算时间对编程效率的影响，对需要大量运算的生成刀轨和生成加工程序的环节，设计了多电极的批处理功能，编程人员可对每个电极按照系统要求配置加工参
3、数，提交计算机进行批处理，完成大量运算，从而成倍地提高了编程的效率。 关键词：关键词：模板 CAD/CAM 数控编程 几何识别 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract For EDM, a tool electrode needs to be manufactured according to the shape of the geometry. For a complex workpiece, many electrodes are needed. Using general purpose CAD/CAM software to finish the NC
4、programming work depends on the experience of programmers, and a lot of human-computer interaction have to be done. Owing to the large number of repetitive operations, the programming is not only inefficient, but also makes mistakes very often in choosing geometry and inputting parameters. Many elec
5、trodes examples and CNC milling process are studied in this paper. A templates based automatic programming system for electrode has been developed on the Unigraphics platform. According to CNC milling process and the programming characteristic of Unigraphics , in this system electrodes are classifie
6、d, and the processing experiences of typical electrodes are incorporated into the templates. The templates contain tool library, processing methods, processing routine, common processing parameters and other useful information. In programming, the system invokes the templates, in accordance with use
7、r-selected electrode type and the size of electrode, to create processing parameters and process routes automatically. Because different parts of an electrode play different roles in EDM, electrodes are divided into three parts, i.e. discharge, extension and base. To differentiate them, three colors
8、 are used in design, so that the system is able to recognize different parts of electrode by colors. By means of classification and calculation of the identified geometries, the system can add geometry and change relative processing parameters automatically. According to the type of CNC machine tool
9、s, the system uses the equipped post-processor to generate NC program for the machines. The calculation efficiency of programming is considered in the paper, and a batch program is developed to calculation of tool path and NC programming, in which huge calculation is needed. Therefore, it is only ne
10、eded for the programmer to configure the parameters for each electrode according to system requirements, and the huge amount of calculations will be done by computer in a batch mode and efficiency is improved drastically. Key words: template CAD/CAM NC programming geometry recognition 华 中 科 技 大 学 硕
11、士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 数控编程技术概述数控编程技术概述 数控机床是一种采用计算机，利用数字控制的高效能自动化加工的机床，它能够按照国标或生产厂家所制造的数字和文字编码方式， 把各种机械位移量、 工艺参数(如主轴转速、切削速度)、辅助功能(如刀具变换、切削液自动供停等)用数字、文字符号表示出来，经过程序控制系统（即数控系统）的逻辑处理与计算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。自 1952 年，麻省理工学院成功研制第一台数控机床以来，机床数控技术得到了长足的发展，与之相应的数控编程技术也在飞速发展。 在数控加工中，输入数控机床执行一个确定的加工任务的
12、一系列指令，称为数控程序（NC Program） 。生成数控程序的过程称为数控编程。数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutter location point 简称 CL 点） ，提供刀具运动的起点、终点和运动轨迹。数控编程的方法主要有手工编程和自动编程两种1。 1.1.1 手工编程手工编程 手工编程指编制零件数控加工程序的各个步骤都由人手工编写，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。手工编程的步骤如下： (1)确定工艺过程 编程人员要根据图纸对工件的形状、 技术条件、 毛坯及工艺方案等进行详细分析，从
13、而确定加工方案，合理的选用机床、加工方法、定位夹紧及工步顺序，刀具切削用量等。要求走刀路线要短，走刀次数和换刀次数尽可能少，加工安全可靠等。 (2)运动轨迹的坐标计算 根据零件图的几何尺寸、走刀路线以及设定的坐标系计算粗、精加工各运动轨迹的坐标值。如运动轨迹的起点和终点、圆弧的圆心、各几何元素的交点(亦称基点)华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 等坐标尺寸；对非圆曲线，还要计算逼近线段的交点(亦称节点)坐标值，并限制在误差允许的范围内。 (3)编写加工程序单 根据计算出来的运动轨迹坐标值和已确定的运动顺序、刀号、切削参数以及辅助动作，按照数控装置规定使用的功能指令代码及程序段格
14、式，逐段编写加工程序单。在程序段之前加工程序段的顺序号，在其后加工程序段结束符号。此外，还应附上必要的加工示意图、刀具布局图、机床调整卡、工序以及必要的说明(如零件名称与图号、零件程序号、机床型号及日期等)。 (4)制备控制介质 程序单只是程序设计完后的文字记录， 还必须将程序单的内容记录在控制数控机床的控制介质上作为数控装置的输入信息。控制介质有穿孔纸带、磁盘、磁带等，也可将程序单的内容直接用数控装置的键盘键入存储。 对于点位加工和几何形状不太复杂的零件， 数控编程计算比较简单， 程序段不多，手工编程即可实现。但是对轮廓形状不是由简单的直线，圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，以及几
15、何元素虽不复杂但程序量很大的零件，计算及编写程序则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。因此，为了有效地解决各种模具及复杂零件的加工问题，采用手工编程已不能满足要求，而必须采用自动编程方法2。 1.1.2 自动编程自动编程 自动编程是利用计算机和相应的前置、后置处理程序对零件程序进行处理，以得到加工程序的一种编程方法。自动编程一般说来包括两种类型：APT 语言自动编程和 CAD/CAM 集成系统数控编程。 1、APT 语言自动编程 50 年代，麻省理工学院设计了一种专门用于机械零件数控加工的程序编制的语言，称为 APT（(Automatically Program
16、med Tool)。在相当长时期内，以 APT 语言为基础的计算机辅助数控编程得到极大的发展和应用。60 年代，麻省理工组织美国各华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 大飞机公司共同开发了 APT-及 APT-。70 年代，他们基于 APT-开发出 APT-，APT-AC。同时，人们还开发出一些 APT 衍生语言，如 ADAPT，EXAPT，EXAP-Plus，HAPT，FAPT，IFAPT，MODAPT，HZAPT 等3。 APT 是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。APT 语言自动编程就是把用 APT 语言书写的零件加工程序输入计算机，经过计算机的 APT 语言编程系统编译产生刀位文件，然后进行数控后置处理，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程。因为还需要在有零件图纸的基础上，首先由人手工编制 APT 零件加工源程序，所以它还不是完全意义上的自动编程。 但由于计算机(或编程机)自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可
