SW→MC 车削闭环｜二轴车削自动编程原型

语言 / Language: 简体中文 | English

在 B 站观看完整演示 本项目为个人学习记录，记录 AI 辅助下探索 CAD/CAM 自动化的过程。 项目作者获得江苏省职业院校技能大赛“现代加工技术”一等奖。 联系邮箱：2014170845@qq.com

输入一份结构化参数 JSON，输出可加工的回转体零件：SolidWorks 模型、分层 DXF、Mastercam 刀路、逐工序 NC、二维工程图。

面向二轴车床的阶梯轴与轴套，用一套 20 工序母模板按零件裁剪、克隆、绑链，再逐条后处理。本地离线，规则驱动。

---

目录

• 系统流程
• 技术架构
• 核心技术
• 局限与边界
• 文档

---

系统流程

flowchart TD
    A1[JSON 表单 / NLP 输入] --> B[参数校验]
    A2[STEP 文件导入] --> B
    
    B --> C[Python 几何引擎<br/>工艺规划]
    
    C --> D1[SolidWorks / STEP]
    C --> D2[DXF + process.json]
    C --> D3[工程图]
    
    D2 --> E[Mastercam 模板重绑]
    E --> F[人工确认/修改]
    F --> G[逐工序 NC]

Loading

两条输入链路：

• Web 表单 / NLP → JSON → 全套产物（DXF + STEP + 工程图 + NC）
• STEP 导入 → JSON → 工程图 + NC（不再生成 STEP）

核心分支：

• MC 链路：DXF + process.json → Mastercam 模板重绑 → 人工确认 → NC
• 工程图：STEP → draftwright → PDF/DXF（独立，不依赖 MC）

时间（中等复杂度零件：阶梯轴 + 内孔 + 螺纹）：

• JSON → DXF + 工艺包 + STEP：~1 分钟
• Mastercam 交接 → 刀路绑定：~1 分钟
• 人工确认 → NC 程序：~30 秒
• 工程图生成（独立）：~30 秒

---

技术架构

技术栈

层	技术	作用
几何引擎	Python 3.14 + OpenCASCADE	轮廓求解、R-C-R 倒角倒圆、内孔分层、翻转双头规划
自动建模	C# + SolidWorks Interop	草图生成 + FeatureRevolve2 旋转，自动输出 SLDPRT 与 STEP
轮廓交换	DXF（自写 writer）	按加工意图分语义层（S1_OD_ROUGH / S1_ID_FINISH_01 ...），每层一条可串连的链
CAM 核心	Mastercam 2026 + C++ C-Hook	模板操作裁剪、链绑定、NCI 再生、逐工序后处理
桥接层	C# NetHook 3.0	SolidWorks ↔ Mastercam 文件交接、请求队列、操作树重排
工程图	draftwright 0.4.35（第三方，AGPL-3.0）	读 STEP 输出 PDF/DXF，独立 Python 3.12 环境
UI	Python HTTP 服务 + 静态页	表单输入、STEP 导入、一键交接、触发后处理

代码规模：Python ~22.5k 行 + C++ ~8.3k 行 + C# ~5.8k 行

---

核心技术

1. 语义图层：按意图分层

DXF 不是一堆线和弧，而是按加工意图分语义层：

图层名	含义	绑定到的操作
S1_OD_ROUGH	第一头外圆粗车轮廓	外圆粗车刀路
S1_OD_FINISH_01	第一头外圆精修第 1 段	外圆精车第 1 条
S1_ID_FINISH_02	第一头内孔精修第 2 层	内孔精车第 2 条
S1_THREAD_EXT_M10	第一头外螺纹 M10×1.5	外螺纹刀路
BORE_FULL	完工内孔全貌（参考层）	不绑定，仅供查看

关键点：

• 每层的线段首尾相接，可以串成一条链
• 绑定时按层名 + 最小图元数校验（比如 S1_OD_ROUGH 至少 6 条线）
• DXF 图层的线段必须精确相接，断链或微小间隙（亚毫米级）Mastercam 都会拒绝串连

---

2. 克隆与修剪机制

母模板 = 20 工序全集（粗车、精车、螺纹、开槽、端面槽...），一个 .mcam 文件。

合同 = 按零件筛选出的工序子集（JSON），带 SHA-256 哈希校验。

工作流：

• 桥接层读取合同，从母模板克隆需要的操作（比如 S1_ID_FINISH 需要 3 层，克隆出 _01 / _02 / _03）
• 原生层按合同绑定链、再生 NCI、逐条后处理
• 多余的驻留操作（模板有 20 条，零件只用 12 条）后处理后自动删除 NC
• 母模板文件始终不动，改的是 Mastercam 内存中的副本

为什么这么做：模板是通过人工在 Mastercam 里调参、仿真验证过的。改模板 = 重新验证全部工序。合同机制让"验证过的模板"和"当前零件需要哪些工序"解耦。

---

3. 链重新绑定：语义层的运行时对接

DXF 语义层（第1节）生成的是"意图标签"，链重新绑定把标签对接到 Mastercam 实际几何。

绑定流程：

1. 桥接层读取 DXF，按层名导入 Mastercam（S1_OD_ROUGH 层 → MC 的 S1_OD_ROUGH 图层）
2. 原生层按合同遍历每个操作，调用 BuildChainFromLevelName 构建原生 CHAIN
3. 校验链的图元数与方向（比如 S1_OD_ROUGH 至少 6 条线，S1_ID_FINISH_02 至少 4 条线）
4. 调用 AddNamedDriveChainToOperation 把链绑定到操作
5. 验证通过后调用 NCIMGR_REGEN_ONE 再生该操作的 NCI

为什么分两步（语义层 + 重新绑定）：

• DXF 生成时不依赖 Mastercam，可以独立验证几何正确性
• 绑定时只需要层名匹配，轮廓坐标、线段顺序都可以改，只要拓扑一致
• 同一套 DXF 可以绑定到不同模板（12/18/20 工序），只需要合同不同

---

4. 翻转双头与钻孔方向自动判断

场景：长细比超 6:1 的内孔，从一头镗不到底，要翻面从另一头镗。

S1 / S2 坐标系：

• S1（第一头）：零点在右端面，X 轴负向向左
• S2（第二头）：零点在左端面，X 轴正向向右（相当于把零件翻转 180°）

关键规则：

• S2 的 DXF 图层一律 end-for-end 镜像（x → x_min + x_max - x）
• 绑定时只认层名，不认坐标（S2_OD_FINISH 绑到 S2_OD_FINISH 层，无论它画在哪）

钻孔方向自动判断：同样的阶梯内孔，口径从大到小（Ø18 → Ø14）可以一刀镗到底，从小到大（Ø14 → Ø18）镗杆会卡住。系统会先按输入视角判断，不行则翻转输入视角（把 bore.segments 顺序反转）再判断一次。判据：内孔口径必须从大到小（镗杆约束），外圆无单调性要求（车刀可径向让刀），任何一段长细比超过 6:1 自动触发翻转。

---

5. SolidWorks 自动建模

草图生成：从参数 JSON 计算轮廓点 → 生成 C# 代码 → 调用 ISketchManager.CreateLine / CreateArc 逐段绘制 → FeatureRevolve2 旋转成型。

关键点：

• 圆弧方向参数（Direction: ±1）决定成败，方向反了返回 NULL
• R-C-R（圆角-倒角-圆角）段用 ("arc", cx, cy, r, start_angle, end_angle) 精确描述
• 自动输出 SLDPRT 与 STEP，但需人工打开确认（草图可能欠约束、倒角方向需校验）

---

过程图

三张图按 Mastercam 图层 → NC 刀路 → 工程图 的顺序排列，对应项目从语义链、后处理到出图的三个环节。

1. Mastercam 语义图层

右侧 Level Manager 按 S1_* / S2_* 分头显示粗车、精车、内孔、槽和螺纹图层，左侧图形是同一份 DXF 在 Mastercam 中的分层结果。

2. NC 刀路

后处理器输出的 .NC 文本，可以看到 G21 公制、G18 车削平面、刀号、主轴转速、进给和圆弧插补。

3. 工程图

工程图从 STEP 几何单独生成，不经过 Mastercam 链路。前视图、端视图、轴测图、尺寸标注与标题栏来自同一份 STEP 数据。

自动出图仍需人工检查版面、标注避让和工艺要求；生成成功不等于图纸已发布。

---

局限与边界

只有一个零件族

母模板是车削族的 20 工序版本。换铣削或车铣复合要重做模板，识别规则也要跟着改——这是结构问题，不是配置问题。

绑定关系是写死的

工序 ↔ 层名 ↔ 链层级 ↔ 最小图元数，写在合同 JSON 里。模板一改，合同必须同步改，漏一处就绑链失败。

图纸是第三方库

draftwright 把一个孔认成"主孔 + 沉孔"，三层以上会丢中间层，所以要从 STEP 重读真实层再补标注（patch_stepped_bore_callouts）。标注避让本身是难题，目前版面拥挤，未验收。

参数同源，各环节仍需校验

• 模型：SolidWorks 自动生成，但需人工打开确认（草图欠约束、倒角方向）
• 轮廓：从参数计算，与模型平行生成（不是从 STEP 提取）
• 图纸：从 STEP 读取，不是直接用轮廓数据

三条路的输入参数相同，但各环节按用途生成，不能仅凭参数一致宣布"完全同源"。

无碰撞检查、无实切验证

• ❌ 无碰撞检查
• ❌ 无实切验证
• ⚠️ NC 仅做过文本结构扫描（M8/M9、坐标范围、刀号）

关于刀路的来源：这里的刀路不是手写或拼接的 G 代码。刀轨由 Mastercam 内核计算，NC 由 Mastercam 后处理器输出。也就是说，轨迹规划、进给计算、后处理这三步都来自一套工业上长期使用的商业 CAM 系统，而不是本项目的自研算法。

但作者没有在真机上验证过，所以这是一个关于"来源可靠"的判断，不是"已验证可用"的结论。个人评估可用度较高，实际操作仍需由操作者独立确认。

---

使用与责任

本系统无碰撞检查、无实切验证。
刀轨由 Mastercam 内核计算、NC 由 Mastercam 后处理器输出，但未在真机上验证。
NC 程序仅做过文本结构扫描，不保证可加工出合格零件。
操作员对机床、夹具、刀具、进给参数、物理测试流程负责。

---

文档

• 项目总览 — 项目定位、为什么这样分层、阶段收尾
• 架构说明 — 链路分层、语义图层、模板隔离、操作合同
• 局限与验证边界 — 无碰撞无实切、刀路来源说明、SW/STEP 待校验项、图纸边界

---

许可证

本仓库是项目记录，不含源码。
draftwright 使用 AGPL-3.0 许可证（第三方库），当前用法（仅本机运行、不分发）不触发其义务。

---

_{Built with SolidWorks · Mastercam · OpenCASCADE · Python · C++ · C#}