第1章+UG編程+自動編程基礎(chǔ)

1、第1章 自動編程基礎(chǔ)隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工消費(fèi)品生產(chǎn)的高速增長，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械加工的重要基礎(chǔ)與技術(shù)。數(shù)控加工的應(yīng)用可提高生產(chǎn)率、穩(wěn)定加工質(zhì)量、縮短加工周期、增加生產(chǎn)柔性、實(shí)現(xiàn)對各種復(fù)雜精密零件的自動化加工，如圖1.1所示的車銑中心。易于在工廠或車間實(shí)行計算機(jī)管理，還使車間設(shè)備總數(shù)減少、節(jié)省人力、改善勞動條件，有利于加快產(chǎn)品的開發(fā)和更新?lián)Q代，提高企業(yè)對市場的適應(yīng)能力并提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。1.1 CAD/ CAE/CAM軟件應(yīng)用 CAD/ CAE/CAM（計算機(jī)輔助設(shè)計、分析及制造）構(gòu)成了一個現(xiàn)代制造業(yè)計算機(jī)應(yīng)用的主要部分。對于機(jī)械制造行業(yè)，

2、設(shè)計、制造水平和產(chǎn)品的質(zhì)量、成本息息相關(guān)。人工設(shè)計、單件生產(chǎn)這種傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式已無法適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求。采用CAD/ CAE/CAM的技術(shù)已成為整個制造行業(yè)當(dāng)前和將來技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。1.1.1 CAD/CAE/CAM特點(diǎn)對于產(chǎn)品從設(shè)計、驗(yàn)證、制造整個過程的CAD/ CAE/CAM 軟件解決方案的大型軟件，一般具備以下技術(shù)特點(diǎn)：1集成化:一個完全集成的CAD/CAE/CAM軟件，能對產(chǎn)品進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助分析和計算機(jī)輔助制造整個開發(fā)過程，如圖1.2所示。2相關(guān)性:通過主模型的相關(guān)性能快速地完成產(chǎn)品分析、裝配、二維工程圖、加工等。同時主模型的更改能反應(yīng)到子檔，子檔的更改也會對主模

3、型進(jìn)行更新，如圖1.3所示。3并行協(xié)作:通過使用主模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品可視化運(yùn)用Internet遠(yuǎn)程連接各企業(yè)計算機(jī)，使在不同企業(yè)、不同地方的工程師參與產(chǎn)品的開發(fā)。1.1.2 CAD/CAE /CAM軟件分類CAD/CAE/CAM技術(shù)伴隨計算機(jī)的發(fā)展歷史，先后走過大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、微型計算機(jī)，現(xiàn)在主要以微型計算機(jī)平臺CAD/CAE/CAM軟件為主，企業(yè)可以根據(jù)自身的條件采購適合的CAD/CAE/CAM軟件。現(xiàn)在主要流行的軟件有以下幾大類型。1大型軟件:大型CAD/CAE/CAM軟件有Unigraphics、Pro/Engineer、CATIA等。這類軟件的特點(diǎn)是高效的參數(shù)化設(shè)計、變量

4、化設(shè)計及特征造型技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體和曲面造型功能結(jié)合在一起，加工類型完備，計算準(zhǔn)確，實(shí)用性強(qiáng)，是航空、汽車、造船行業(yè)的首選軟件。2中型軟件:CIMATRON是中型CAD/CAM軟件的代表。這類軟件實(shí)用性強(qiáng)，提供了比較靈活的用戶界面、優(yōu)良的三維造型、工程繪圖、全面的數(shù)控加工、各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。3 獨(dú)立軟件:相對獨(dú)立的CAD、CAM系統(tǒng)有Autocad、Mastercam、Surfcam等。這類軟件功能單一，針對性強(qiáng)。比如Mastercam主要通過中性文件（stp、igs）從其他CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。系統(tǒng)主要有交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模

5、塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。 1.2 數(shù)控編制基礎(chǔ) 數(shù)控機(jī)床（NC）是一種高效的自動化數(shù)字加工設(shè)備，它嚴(yán)格按照加工程序，自動地對被加工工件進(jìn)行加工。數(shù)控系統(tǒng)外部輸入的直接用于加工的程序稱（手工輸入、網(wǎng)絡(luò)傳輸、DNC傳輸）為數(shù)控程序。執(zhí)行數(shù)控程序?qū)?yīng)的是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)軟件，數(shù)控系統(tǒng)是用于數(shù)控機(jī)床工作的核心部分。 數(shù)控系統(tǒng)的種類繁多，使用的數(shù)控程序語言規(guī)則和格式也不一定相同，學(xué)習(xí)時以ISO國際標(biāo)準(zhǔn)為主的數(shù)控編制方法。當(dāng)針對某一類型的數(shù)控機(jī)床編制加工程序時，應(yīng)該嚴(yán)格按機(jī)床編程手冊中的規(guī)定。1.2.1 數(shù)控程序編制的概念在編制數(shù)控加工程序前，應(yīng)首先了解：數(shù)控程序編制的主要工作內(nèi)容，

6、程序編制的工作步驟，每一步應(yīng)遵循的工作原則等，最終才能獲得滿足要求的數(shù)控程序，如下列所示的程序樣本：%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T00 M06N0040 G0 G90 X.0733 Y.0484 S500 M03N0050 G43 Z1.2992 H00N0060 Z1.0236N0070 G1 X.0569 Y.0695 Z1.0164 F150 M08N0080 X.0317 Y.084 Z1.0087N0090 X-.0073 Y.0895 Z.9981.%1.2.2 數(shù)控編制步驟數(shù)控編制是數(shù)控加工的一項(xiàng)重要工作，是機(jī)床開動

7、的前提。合格的數(shù)控程序不僅要保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效的工作。數(shù)控編程是指從零件圖紙到得到數(shù)控加工程序的全部工作過程，如圖1.4所示。編程工作主要包括以下幾大類型。1.2.3 數(shù)控程序編制的方法數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種：手工編程和自動編程。1手工編程:手工編程指由人工來完成數(shù)控編程中各個階段的工作，如圖1.5所示。一般對幾何形狀不太復(fù)雜的零件（平面輪廓類型），所需的加工程序短，計算比較簡單，用手工編程比較合適。手工編程的特點(diǎn)：耗費(fèi)時間較長，容易出現(xiàn)錯誤，無法勝任復(fù)雜形狀零件的編程。2計算機(jī)自動編程:自動

8、編程是指在編程過程中，除了分析圖樣和制定工藝方案由人工進(jìn)行外，其余工作均由計算機(jī)輔助完成。手工編程的極限為2.5軸加工，而采用自動編程可以達(dá)到35軸聯(lián)動加工。完全能勝任雜形狀零件的編程，比如螺旋槳、機(jī)翼的加工。1.2.4 程序格式程序段是可作為一個單位來處理的、連續(xù)的字組，是數(shù)控加工程序中的一條語句。一個數(shù)控加工程序是若干個程序段組成的。1程序段格式程序段格式是指程序段中的字、字符和數(shù)據(jù)的安排形式?，F(xiàn)在一般使用字地址可變程序段格式，每個字長不固定，各個程序段中的長度和功能字的個數(shù)都是可變的。地址可變程序段格式中，在上一程序段中寫明的、本程序段里又不變化的那些字仍然有效，可以不再重寫。這種功能字

9、稱之為續(xù)效字。 2加工程序的一般格式（1）程序開始符、結(jié)束符（2）程序名（3）程序主體（4）程序結(jié)束指令1.3 機(jī)床的坐標(biāo)系 規(guī)定數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系及運(yùn)動方向，是為了準(zhǔn)確地描述機(jī)床的運(yùn)動，簡化程序編制的方法及保證紀(jì)錄數(shù)據(jù)的互換性?？貦C(jī)床的坐標(biāo)系和運(yùn)動方向均已標(biāo)準(zhǔn)化，ISO和我國機(jī)械工業(yè)部都擬定了命名的標(biāo)準(zhǔn)，對機(jī)床坐標(biāo)系和運(yùn)動方向作了明文規(guī)定。1.3.1 機(jī)床坐標(biāo)系的確定由于數(shù)控機(jī)床的種類繁多，機(jī)床坐標(biāo)系的統(tǒng)一性有利用編程的方便。機(jī)床坐標(biāo)系的確定主要包含：坐標(biāo)系和運(yùn)動方向的命名原則，機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定和運(yùn)動方向。1坐標(biāo)系和運(yùn)動方向的命名原則:由于數(shù)控機(jī)床的種類繁多，為了編程的方便。不管是在任何數(shù)控機(jī)

10、床上，都始終認(rèn)為工件是靜止的，而刀具是運(yùn)動的。因此編程人員不需要考慮機(jī)床工件與刀具具體運(yùn)動的情況，就可以依據(jù)零件圖樣，確定數(shù)控機(jī)床的加工過程。2機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定:數(shù)控機(jī)床上運(yùn)動的位移和運(yùn)動的方向需要通過坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這個坐標(biāo)系被稱作為機(jī)床坐標(biāo)系。在數(shù)控機(jī)床工作時，機(jī)床各軸的運(yùn)動是由數(shù)控裝置來控制的，機(jī)床坐標(biāo)系就確定了機(jī)床的成形運(yùn)動和輔助運(yùn)動，比如數(shù)控銑床上有的3個軸的運(yùn)動：縱向運(yùn)動、橫向運(yùn)動以及垂向運(yùn)動 。3運(yùn)動方向以右手笛卡爾直角坐標(biāo)為基礎(chǔ)，遠(yuǎn)離某個刀具與工件距離的方向即為該坐標(biāo)軸的正方向，如圖1.8所示為數(shù)控車床上兩個運(yùn)動的正方向。1.3.2 機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置 機(jī)床原點(diǎn)是指在機(jī)床上設(shè)置的一個

11、固定點(diǎn)，即機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。它在機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)裝配、調(diào)試時就已確定下來，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。 1數(shù)控車床的原點(diǎn) 在數(shù)控車床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處。同時，通過設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機(jī)床原點(diǎn)設(shè)定在X、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上。 2數(shù)控銑床的原點(diǎn) 在數(shù)控銑床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在X、Y、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上。1.3.3 機(jī)床參考點(diǎn) 機(jī)床參考點(diǎn)是用于對機(jī)床運(yùn)動進(jìn)行檢測和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)的位置是由機(jī)床制造廠家在每個進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點(diǎn)對機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個已知數(shù)。 通常在數(shù)控銑床上機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是重

12、合的；而在數(shù)控車床上機(jī)床參考點(diǎn)是離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)。圖1.9所示為數(shù)控車床的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床開機(jī)時，必須先返回機(jī)床原點(diǎn)，而確定機(jī)床原點(diǎn)的運(yùn)動就是刀架返回參考點(diǎn)的操作，這樣通過確認(rèn)參考點(diǎn)，就確定了機(jī)床原點(diǎn)。只有機(jī)床參考點(diǎn)被確認(rèn)后，刀具（或工作臺）移動才有基準(zhǔn)。1.3.4 編程坐標(biāo)系 編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。 編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置，如圖1.10所示，其中O1即為編程坐標(biāo)系原點(diǎn)。1.3.5 工件坐標(biāo)系 工件坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)也稱為程序原點(diǎn)，是指零件被裝夾好

13、后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。 在加工過程中，數(shù)控機(jī)床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點(diǎn)位置和程序要求進(jìn)行加工的。編程人員在編制程序時，只要根據(jù)零件圖樣就可以選定編程原點(diǎn)、建立編程坐標(biāo)系、計算坐標(biāo)數(shù)值，而不必考慮工件毛坯裝夾的實(shí)際位置。1.4 刀具的補(bǔ)償 刀具的補(bǔ)償包括長度補(bǔ)償、半徑補(bǔ)償。尤其是刀具半徑尺寸影響最大，在零件輪廓銑削加工時，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補(bǔ)償功能，如圖1.11所示。1.4.1 長度補(bǔ)償在實(shí)際加工當(dāng)中刀具的長度不統(tǒng)一、刀具磨損、更換刀具等原因引起刀具長度尺寸變化時，編程人

14、員不必考慮刀具的實(shí)際長度及對程序的影響?？梢酝ㄟ^使用刀具長度補(bǔ)償指令來解決問題，在程序中使用補(bǔ)償，并在數(shù)控機(jī)床上用MDI方式輸入刀具的補(bǔ)償量，就可以正確的加工。當(dāng)?shù)毒吣p也只要修正刀具的長度補(bǔ)償量，而不必調(diào)整程序或刀具的加持長度，如圖1.12所示。G43：刀具長度正補(bǔ)償，將Z坐標(biāo)值與長度補(bǔ)償?shù)牧肯嗉印44：刀具長度負(fù)補(bǔ)償，將Z坐標(biāo)值與長度補(bǔ)償?shù)牧肯鄿p。G49：撤消補(bǔ)償。刀具的長度補(bǔ)償格式為：G01 G43（或G44 ）H （建立補(bǔ)償） （切削加工）G49 （補(bǔ)償撤消）1.4.2 半徑補(bǔ)償在零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響（車刀受刀尖半徑的影響），刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為

15、了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補(bǔ)償功能。1刀補(bǔ)指令:G40：取消刀尖半徑補(bǔ)償；G41：左刀補(bǔ)(在刀具前進(jìn)方向左側(cè)補(bǔ)償)，如圖1.13所示。G42：右刀補(bǔ)(在刀具前進(jìn)方向右側(cè)補(bǔ)償)，如圖1.13所示。G40、G41、G42 都是模態(tài)代碼，可相互注銷。2補(bǔ)償格式從G40 方式變?yōu)镚41或G42方式的第一個程序段，稱為起始補(bǔ)償程序段。G40 X0. Y15. ；G41 X10 ；（起始補(bǔ)償程序段）；在起始補(bǔ)償段刀具進(jìn)行偏置移動。該段后的第一個程序段中，刀具在程序段的起始處刀尖中心線的運(yùn)動軌跡垂直。3 取消補(bǔ)償從G41 或G42方式中，變到G40 的程序

16、段稱為取消偏置程序段。G41 X0. Y15 ；G40 ；（補(bǔ)償取消程序段）取消補(bǔ)償程序段的前一個程序段的終點(diǎn)，刀尖R中心垂直于編程軌跡。在G40的程序段中，刀具移向終點(diǎn)。1.5 數(shù)控加工工藝設(shè)計 數(shù)控機(jī)床的加工工藝與通用機(jī)床的加工工藝有許多相同之處，但在數(shù)控機(jī)床上加工的零件要比通用機(jī)床加工零件的工藝規(guī)程要復(fù)雜。在數(shù)控加工前，要將機(jī)床的運(yùn)動過程、零件的工藝過程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序。 在進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計時，一般應(yīng)進(jìn)行以下幾方面的工作：數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇、數(shù)控加工工藝性分析和數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計。1.5.1 數(shù)控加工內(nèi)容的選擇 對于一個零件來說，并非全部加工工藝過

17、程都適合在數(shù)控機(jī)床上完成，只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，選擇那些適合進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。 在選擇時，一般可按下列順序考慮： 普通機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。 普通機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容。 普通機(jī)床加工效率低、勞動強(qiáng)度大的內(nèi)容。1.5.2 數(shù)控加工工藝性分析 數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣，零件種類不同則工藝不同，結(jié)合編程的可能性和方便性以下提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。 尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。 幾何要素的條件應(yīng)完整、準(zhǔn)確。 定位基準(zhǔn)可靠。 統(tǒng)一幾何類型及尺寸。1.5.3 數(shù)控加工路線的設(shè)計 理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣的合格工件