第8章__計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制

1、第第8 8章章 計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編制計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編制 數(shù)控編程的基本概念數(shù)控編程的基本概念 自動(dòng)編程語言和數(shù)控程序系統(tǒng)自動(dòng)編程語言和數(shù)控程序系統(tǒng) 圖形交互式自動(dòng)編程圖形交互式自動(dòng)編程 數(shù)控程序的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)數(shù)控程序的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控編程的基本概念數(shù)控編程的基本概念一、數(shù)控加工的特點(diǎn)一、數(shù)控加工的特點(diǎn)數(shù)控加工過程數(shù)控加工過程加工精度高加工精度高生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高自動(dòng)化程度高自動(dòng)化程度高工件成本低工件成本低生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間段生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間段有利于實(shí)現(xiàn)有利于實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)、系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)、系統(tǒng)、CAM系統(tǒng)的系統(tǒng)的集成集成二、數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟二、數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟1 1、工藝方案分

2、析、工藝方案分析 分析零件圖樣，進(jìn)行工藝處理，確定工藝過程。2 2、數(shù)學(xué)處理、數(shù)學(xué)處理 計(jì)算刀具中心軌跡，獲得刀位文件。3 3、編寫零件加工程序、編寫零件加工程序 按照規(guī)定的程序格式和編程指令，逐段寫出零件加工程序。 4 4、控制介質(zhì)的制備及輸入程序、控制介質(zhì)的制備及輸入程序 穿孔紙帶控制介質(zhì)或直接通信。5 5、程序校核與試切、程序校核與試切 1 1、手工編程、手工編程手工編程也稱人工編程，即從分析零件圖樣、制定零件工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)值、編寫加工程序清單、制備控制介質(zhì)直至程序校核等都是靠人工來完成的。三、數(shù)控程序編制的方法三、數(shù)控程序編制的方法2 2、自動(dòng)編程、自動(dòng)編程 自動(dòng)編程也

3、稱為計(jì)算機(jī)輔助零件編程，即數(shù)控機(jī)床編制工作的大部分或部分是由計(jì)算機(jī)來完成的。（1）以數(shù)控編程語言為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法 編程時(shí)，編程人員依據(jù)所用數(shù)控語言的編程手冊以及零件圖樣，以語言的形式表達(dá)出加工的全部內(nèi)容，然后再把這些內(nèi)容全部輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，制作出可以直接用于數(shù)控加工的NC程序。 （2）以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)的交互式自動(dòng)編程方法 以CAD的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計(jì)算機(jī)上，形成零件的圖形文件，然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機(jī)交互的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上指定被加工的部件，再輸入相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡。

4、第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)編程語言和自動(dòng)編程語言和 數(shù)控程序系統(tǒng)數(shù)控程序系統(tǒng)一、語言編程的步驟一、語言編程的步驟 自動(dòng)編程的步驟自動(dòng)編程的步驟二、二、APT自動(dòng)編程語言簡介自動(dòng)編程語言簡介APT(Automatically Programmed Tools)是50年代中期由美國麻省理工學(xué)院研究開發(fā)的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)。主要由前置處理程序和后置處理程序兩大部分組成。 前置處理程序完成刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡的計(jì)算，獲得刀位數(shù)刀位數(shù)據(jù)據(jù)。后置處理程序后置處理程序?qū)⒌段粩?shù)據(jù)變成針對某一特定數(shù)控機(jī)床的加工程序加工程序。 APT自動(dòng)編程語言與算法語言相類似，它是由基本符號(hào)基本符號(hào)、語法語法和語義語義幾部分構(gòu)成的。 (1)

5、基本符號(hào)基本符號(hào)數(shù)控語言中的基本符號(hào)是語言中不能再分的成分，語言中的其它成分均由基本符號(hào)組成。常用的基本符號(hào)有字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、算術(shù)運(yùn)算符號(hào)等，其中標(biāo)點(diǎn)符號(hào)用來分隔語句的詞匯和其它成分。APT自動(dòng)編程語言中常用的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和算術(shù)符號(hào)如下：1)逗號(hào)逗號(hào)“，” 用于分隔語句內(nèi)的詞匯、標(biāo)識(shí)符和數(shù)據(jù)。例如：C1=CIRCLE/0，0，252)斜杠斜杠“/” 用來分隔語句的主部和輔部，或者在計(jì)算語句中作除法運(yùn)算符號(hào)。例如：GOFWD/C1，A=B/D3)星號(hào)星號(hào)“*” 乘法運(yùn)算符號(hào)。例如：A=B*C4)雙星號(hào)雙星號(hào)“*”或或“” 指數(shù)運(yùn)算符號(hào)。例如：A=B*2或A=B25)正號(hào)正號(hào)“+” 用來表示算術(shù)

6、加法或規(guī)定一個(gè)數(shù)。6)負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)“-” 用來表示算術(shù)減法或規(guī)定一個(gè)數(shù)。例如：P2=POINT/+2，-15，-267)單美元符號(hào)單美元符號(hào)“$” 表示語句尚未結(jié)束，延續(xù)到下一行。例如：L1=LINE/RIGHT，TANTO，C2，RIGHT，$TANTO，C18)雙美元符號(hào)雙美元符號(hào)“$” 表示語句從該符號(hào)之后起至行結(jié)束止無指令，一般用作注釋。9)冒號(hào)冒號(hào)“：” 用于分隔語句及其標(biāo)號(hào)。10)方括號(hào)方括號(hào)“ ” 用于給出子曲線的起點(diǎn)號(hào)和終點(diǎn)號(hào)，或用于復(fù)合語句及下標(biāo)變量中。例如：Q1=TABCYL/P1，P2，P3PnGOFWD/C2，PAST，Q110，1211)等號(hào)等號(hào)“=” 用于定義時(shí)給定一個(gè)

7、名字或者給標(biāo)識(shí)符號(hào)賦值用。例如：P1=POINTX，Y，Z12)圓括號(hào)圓括號(hào)“()” 用于括上算術(shù)自變量及幾何圖形語句中的嵌套定義部分。例如：A=ABS(B)GOFWD/(CIRCLE/2，12，2)13)小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn)“” 用于分隔數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分。 (2)詞匯詞匯在APT自動(dòng)編程系統(tǒng)中大約有300個(gè)詞匯，其中一半用于編程中的控制功能，另一半用于描述零件幾何形狀、定義刀具軌跡等。例如：POINT(點(diǎn))、LINE(線)等為描述幾何形狀的詞匯；XLARGE(X大)、YLARGE(Y大)等為表示位置狀況的詞匯；TANTO(相切)、PERPTO(垂直)為表示幾何關(guān)系的詞匯；TLIFT(刀具在左)

8、、TLON(刀具在上)為描述刀具與工件關(guān)系的詞匯；GOFWD(向前)、GOBACK(向后)為描述刀具運(yùn)動(dòng)方向的詞匯；DRILL(鉆孔)、BORE(鏜孔)為描述工藝類型的詞匯，等等。 (3)語句語句 語句是數(shù)控編程語言中有獨(dú)立意義的基本單位。它由詞匯數(shù)值、標(biāo)識(shí)符號(hào)等按一定語法規(guī)則組成。按語句在程序中的作用來分，大致有4類。1)幾何定義語句幾何定義語句 用來定義點(diǎn)線和面等幾何元素并予以賦名。APT語言中能夠定義的幾何元素有點(diǎn)、線、平面、圓柱、錐體、球、二次曲面等17種，如教材中表5-7所示。幾何定義語句的一般格式為標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符=APT幾何元素幾何元素/參數(shù)參數(shù)，例如：P1=POINT/2，4，1.

9、5P2=POINT/INTOF，L1，L2其中INTOF表示相交，L1，L2為直線；語句表示由2條直線交點(diǎn)表示的點(diǎn)。L1=LINE/3，2，0，0，-2，0 L2=LINE/P，PARLEL，L1其中P為已知的點(diǎn)，PARLEL表示平行，L1為已知的一條直線；語句表示定義一條過已知點(diǎn)且平行于已知直線的直線。C1=CIRCLE/10，60，12.5 幾何定義語句分為簡單幾何定義語句簡單幾何定義語句和帶嵌套的幾何定義語句帶嵌套的幾何定義語句。上述各例為簡單幾何定義語句。在帶嵌套的幾何定義語句中，允許將一種幾何定義語句用括號(hào)括起來，作為一個(gè)組采用事先處理的方式來表達(dá)。例如：L2=LINE/(POINT

10、40，20)，ATANEL，45其中圓括號(hào)內(nèi)為事先定義的點(diǎn)，ATANEL表示直線與x軸正向的夾角，45為角度值。 2)刀具運(yùn)動(dòng)語句刀具運(yùn)動(dòng)語句 用來模擬加工過程中刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡。為了定義刀具在空間的位置和運(yùn)動(dòng)，引進(jìn)了如圖所示3個(gè)控制面的概念，即零件面(PS)、導(dǎo)向面(DS)和檢查面(CS)。零件面是刀具一連串運(yùn)動(dòng)過程中刀具切削點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形成的表面，它是控制切削深度的表面。導(dǎo)向面是引導(dǎo)刀具運(yùn)動(dòng)的面，由此確定刀具與零件表面之間的位置關(guān)系。檢查面是刀具運(yùn)動(dòng)終止位置的限定面。 描述刀具與零件面關(guān)系的詞匯如圖(a)所示，有TLONPS和TLOFPS，分別表示刀具中心正好位于零件面上和不位于零件面上 描述刀具

11、與導(dǎo)向面關(guān)系的語句如圖 (b)所示，有TLLFT(刀具在左)、TLRGT(刀具在右)、TLON(刀具在上)之分； 描述刀具與檢查面關(guān)系的詞匯如圖 (c)所示，有TO(走到)、ON(走上)、PAST(走過)等。 描述運(yùn)動(dòng)方向的詞匯如圖所示，它是指當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向相對于上一個(gè)已終止的運(yùn)動(dòng)方向而言的。例如：GOLFT(向左)、GORGT(向右)、GOFWD(向前)、GOBACK(向后)等。 3)工藝數(shù)據(jù)語句工藝數(shù)據(jù)語句 工藝數(shù)據(jù)及一些控制功能也是自動(dòng)編程中必須給定的，例如：SPINDL/n，CLW 給出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向；CUTTER/d，r 給出銑刀直徑和刀尖圓弧半徑；OUTTOL/ INTOL/

12、： 給出輪廓加工的外容差和內(nèi)容差；MATERL/FE 給出材料名稱及代號(hào)等。4)初始語句和終止語句初始語句和終止語句初始語句也稱程序名稱語句，由“PARTNO”和名稱組成。終止語句表示零件程序的終了，用FINI表示。 利用APT數(shù)控編程語言編寫如圖所示銑削零件的數(shù)控銑削源程序。 PARTNO/ADAPT EXAMPLE$PART GEOMETRY DEFINITIONSC1=CIRCLE/10，60，12.5C2=CIRCLE/40，-20，14.5C4=CIRCLE/0，0，25 C3=CIRCLE/TANTO，OUT，C4，OUT，C2，YSMALL，RADIUS，12.5L1=LINE/

13、XSMALL，TANTO， C4 ，ATANGL，90L2=LINE/-25，72.5，10，72.5L3=LINE/RIGHT，TANTO，C2，RIGHT，TANTO，C1 $ DEFINE DATUM AND MACHININGSPINDL/2000，CLW FROM/0，0，30 GODLTA/-50，0，0 PSIS/(PLANE/0，0，1，-2) GO/PAST，L2 TLLFT，GORGT/L2 GOFWD/C1 GOFWD/L3 GOFWD/C2，TANTO，C3 GOFWD/C3，TANTO，C4 GOFWD/C4 GOFWD/L1，PAST，L2 GODLTA/0，0，3

14、2 GOTO/0，0，30 SPINDL/OFF CLPRNT NOPOST FINI 三、數(shù)控程序系統(tǒng)三、數(shù)控程序系統(tǒng) 數(shù)控程序系統(tǒng)由前置處理程序和后置處理程序兩大部分組成，前置處理部分包括輸入翻譯和計(jì)算階段，零件加工源程序輸入計(jì)算機(jī)后，經(jīng)過輸入翻譯、數(shù)學(xué)處理，計(jì)算出刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)文件。后置處理程序?qū)⒌段粩?shù)據(jù)和有關(guān)的工藝參數(shù)、輔助信息處理成具體的數(shù)控機(jī)床所要求的指令和程序格式，并自動(dòng)地輸出零件加工程序單，由穿孔紙帶或計(jì)算機(jī)將加工指令通過接口直接傳送給數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控程序系統(tǒng)的工作大致可分為三個(gè)階段進(jìn)行：輸入翻譯階段、軌跡計(jì)算階段和后置處理階段。 （1）輸入翻譯階段）輸入翻譯階

15、段 （2）軌跡計(jì)算階段）軌跡計(jì)算階段 （3）后置處理階段）后置處理階段 一、圖形交互式自動(dòng)編程的基本步驟一、圖形交互式自動(dòng)編程的基本步驟 所謂圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形交互技術(shù)開發(fā)出來的數(shù)控加工程序自動(dòng)編程系統(tǒng)，使用者利用計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備以及屏幕顯示設(shè)備通過交互操作，建立、編輯零件輪廓的幾何模型，選擇加工工藝策略，生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，利用屏幕動(dòng)態(tài)模擬顯示數(shù)控加工過程，最后生成數(shù)控加工程序。 第三節(jié)第三節(jié) 圖形交互式自動(dòng)編程圖形交互式自動(dòng)編程 幾何造型就是利用三維造型CAD軟件或CAM軟件的三維造型、編輯修改、曲線曲面造型功能把要加工的工件的三維幾何模型構(gòu)造出來，并將零件被

16、加工部位的幾何圖形準(zhǔn)確地繪制在計(jì)算機(jī)屏幕上。與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)形成零件三維幾何模型數(shù)據(jù)庫。這些三維幾何模型數(shù)據(jù)是下一步刀具軌跡計(jì)算的依據(jù)。自動(dòng)編程過程中，交互式圖形編程軟件將根據(jù)加工要求提取這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析判斷和必要的數(shù)學(xué)處理，形成加工的刀具位置數(shù)據(jù)。 從總體上講，其編程的基本原理及基本步驟大體上是一致的，歸納起來可分為五大步驟： 1 1、幾何造型、幾何造型 2 2、加工工藝決策、加工工藝決策 選擇合理的加工方案以及工藝參數(shù)是準(zhǔn)確、高效加工工件的前提條件。加工工藝決策內(nèi)容包括定義毛坯尺寸、邊界、刀具尺寸、刀具基準(zhǔn)點(diǎn)、進(jìn)給率、快進(jìn)路徑以及切削加工方式。首先按模型形狀及尺寸大小設(shè)置毛坯的尺

17、寸形狀，然后定義邊界和加工區(qū)域，選擇合適的刀具類型及其參數(shù)。 CAM系統(tǒng)中有不同的切削加工方式供編程中選擇，可為粗加工、半精加工、精加工各個(gè)階段選擇相應(yīng)的切削加工方式。 3 3、刀位軌跡的計(jì)算及生成、刀位軌跡的計(jì)算及生成 圖形交互式自動(dòng)編程的刀位軌跡的生成是面向屏幕上的零件模型交互進(jìn)行的。首先在刀位軌跡生成菜單中選擇所需的菜單項(xiàng)；然后根據(jù)屏幕提示，用光標(biāo)選擇相應(yīng)的圖形目標(biāo)，指定相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，輸入所需的各種參數(shù)；交互式圖形編程軟件將自動(dòng)從圖形文件中提取編程所需的信息，進(jìn)行分析判斷，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成刀位數(shù)據(jù)，存人指定的刀位文件中或直接進(jìn)行后置處理生成數(shù)控加工程序，同時(shí)在屏幕上顯示出刀位

18、軌跡圖形。 4 4、后置處理、后置處理 由于各種機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同。在進(jìn)行后置處理前，編程人員需對該文件進(jìn)行編輯，按文件規(guī)定的格式定義數(shù)控指令文件所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容，在執(zhí)行后置處理命令時(shí)將自行按設(shè)計(jì)文件定義的內(nèi)容，生成所需要的數(shù)控指令文件。5 5、程序輸出、程序輸出 圖形交互式自動(dòng)編程軟件在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)生成刀位軌跡圖形文件和數(shù)控程序文件，可采用打印機(jī)打印數(shù)控加工程序單，也可在繪圖機(jī)上繪制出刀位軌跡圖，使機(jī)床操作者更加直觀地了解加工的走刀過程，還可使用計(jì)算機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的紙帶穿孔機(jī)制作穿孔紙帶，提供給有讀帶裝置的機(jī)床控制系統(tǒng)使用，對于有標(biāo)準(zhǔn)通信接口的機(jī)床控制系統(tǒng)可以和計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，由計(jì)算機(jī)將加工程序直接送給機(jī)床控制系統(tǒng)。 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)控加工仿真數(shù)控加工仿真目前數(shù)控程序檢驗(yàn)方法主要有：試切、刀具軌跡仿真、三維動(dòng)態(tài)切削仿真和虛擬加工仿真等方法。 試切法是NC程序檢驗(yàn)的有效方法。傳統(tǒng)的試切是采用塑模、蠟?zāi)；蚰灸Ｔ趯Ｓ迷O(shè)備上進(jìn)行的，通過塑模、蠟?zāi)；蚰灸Ａ慵叽绲恼_性來判斷數(shù)控加工程序是否正確。但試切過程不僅占用了加工設(shè)備的工作時(shí)間，需要操作人員在整個(gè)加工周期內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，而且加工中的各種危險(xiǎn)同樣難以避免。 一、試切法一、試切法 用計(jì)算機(jī)仿真模擬系