2012whhit數(shù)控技術(shù)-202編程技術(shù)

1、第2章 計算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)12.1 數(shù)控技術(shù)的功能分析2.2 自動編程技術(shù)2.3 運(yùn)動軌跡控制2.4 現(xiàn)代數(shù)控的插補(bǔ)技術(shù)2.5 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)2.2 自動編程技術(shù)22.2.1 概述2.2.2 自動編程的分類2.2.3 自動編程的工作原理2.2.4 CAD/CAM自動編程基本步驟2.2.5 典型的自動編程系統(tǒng)2.2.6 自動編程的發(fā)展方向2.2.1 概述3 與手工編程相區(qū)別，自動編程使用CAD軟件制作零件或產(chǎn)品模型，再利用軟件的CAM功能生成數(shù)控加工程序，稱為自動編程。 在以往的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)感受到手工編程的復(fù)雜和繁瑣。應(yīng)該說，手工編程是基礎(chǔ)，在少數(shù)情況下，手工編程是比較方便的，除此

2、之外，原則上都應(yīng)采用數(shù)控自動編程技術(shù)。2.2.1 概述4 手工編程工作量很大，通常只是對一些簡單的零件進(jìn)行手工編程。但是對于幾何形狀復(fù)雜，或者雖不復(fù)雜但程序量很大的零件（如一個零件上有數(shù)千孔），編程的工作量是相當(dāng)繁重的，這時手工編程便很難勝任，即使能夠編制出，也是相當(dāng)費(fèi)時的，而且易出錯。一般認(rèn)為，手工編程僅適用于3軸聯(lián)動以下加工程序的編制，3軸聯(lián)動（含3軸）以上的加工程序必須采用自動編程。據(jù)有關(guān)資料介紹，一般手工編程時間與加工時間之比平均為30:1，在數(shù)控機(jī)床不能開動的原因中，有2030%是由于等待編程。因此，編程自動化是人們的迫切需求。 2.2.1 概述5 正因?yàn)榭陀^上的迫切需要，20世紀(jì)5

3、0年初第一臺數(shù)控機(jī)床問世不久，為了發(fā)揮NC機(jī)床高效的特點(diǎn)和滿足復(fù)雜零件加工需求，MIT便開始自動編程技術(shù)的研究，從那時到現(xiàn)在，自動編程技術(shù)有了很大的發(fā)展，從最早的語言式自動編程系統(tǒng)到現(xiàn)在的交互式圖形自動編程系統(tǒng)，極大地滿足了人們對復(fù)雜零件的加工需求，豐富數(shù)控加工技術(shù)的內(nèi)容。 2.2.1 概述6 自動編程是借助計算機(jī)及其外圍設(shè)備裝置自動完成從零件圖構(gòu)造、零件加工程序編制到控制介質(zhì)制作等工作的一種編程方法。目前，除工藝處理仍主要依靠人工進(jìn)行外，編程中的數(shù)學(xué)處理、編寫程序單、制作控制介質(zhì)、程序校驗(yàn)等各項(xiàng)工作均已通過自動編程達(dá)到了較高的計算機(jī)自動處理的程度。與手工編程相比，自動編程解決了手工編程難以處

4、理的復(fù)雜零件的編程問題，既減輕勞動強(qiáng)度、縮短編程時間，又可減少差錯，使編程工作簡便。實(shí)現(xiàn)自動編程的環(huán)境要求71硬件環(huán)境 根據(jù)所選用的自動編程系統(tǒng)，配置相應(yīng)的計算機(jī)及其外圍設(shè)備硬件。計算機(jī)主要由中央處理器（CPU）、存儲器和接口電路組成。外圍設(shè)備包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存儲器和其它設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)自動編程的環(huán)境要求82軟件環(huán)境 軟件是指程序、文檔和使用說明書的集合。其中文檔是指與程序的計劃、設(shè)計、制作、調(diào)試和維護(hù)等相關(guān)的資料；使用說明書是指計算機(jī)和程序的用戶手冊、操作手冊等；程序是用某種語言表達(dá)的由計算機(jī)去處理的一系列步驟，習(xí)慣也將程序簡稱為軟件，它包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。自動編程的主要特點(diǎn)

5、9與手工編程相比，自動編程速度快，質(zhì)量好，具有以下主要特點(diǎn)。 1.數(shù)字處理能力強(qiáng)：2.能快速、自動生成數(shù)控程序：3.后置處理程序靈活多變：4.程序自檢、糾錯能力強(qiáng)：5.便于實(shí)現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通訊：2.2.2 自動編程的分類10 自動編程技術(shù)發(fā)展迅速，至今已形成繁多的種類。從不同的角度出發(fā)，自動編程有不同的分類。1.按使用的計算機(jī)硬件種類劃分 微機(jī)自動編程、小型機(jī)自動編程、大型機(jī)自動編程、工作站自動編程、以及機(jī)床本身的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動編程 。自動編程的分類112.按編程系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)緊密程度劃分(1)在線程序編制：使自動編程與數(shù)控系統(tǒng)連在一起的方法。(2) 離線程序編制：與數(shù)控系統(tǒng)相脫離，單獨(dú)進(jìn)行

6、程序編制。這種程序編制系統(tǒng)可為多臺數(shù)控機(jī)床編制程序，其功能多而強(qiáng)。編制程序時不占用機(jī)床工作時間。 自動編程的分類123.按編程信息的輸入方式劃分 (1) 語言(APT語言)自動編程：加工零件的幾何尺寸、工藝要求、切削參數(shù)及輔助信息等都用數(shù)控語言編寫成源程序后，輸入到計算機(jī)中，再由計算機(jī)進(jìn)一步處理得到零件加工程序單。 (2)圖形自動編程：用圖形輸入設(shè)備(如數(shù)字化儀)直接地把圖形信息輸入給計算機(jī)并在CRT上顯示出來；再進(jìn)一步處理，最終得到加工程序及控制介質(zhì)。目前很多CAD/CAM系統(tǒng)都采用這種方式。(3)其它方式的自動編程：語音自動編程、數(shù)字化自動編程(坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)據(jù)采集編程一體化)。 這里重點(diǎn)

7、介紹圖形交互式自動編程。數(shù)控語言編程手冊APT/ADAPT/AUTOSTOP/SKC/ZCK數(shù)控語言自動編程CAD軟件CAM軟件NC代碼圖形交互式自動編程2.2.3 自動編程的基本工作原理15 交互式圖形自動編程采用圖形輸入方式，通過激活屏幕上的相應(yīng)菜單，利用自動編程系統(tǒng)提供的圖形生成和編輯功能，在計算機(jī)上完成零件造型；同時以人機(jī)交互方式指定零件的加工部位、加工方式、加工方向，輸入相應(yīng)的工藝參數(shù)，軟件自動生成刀具路徑文件，形成刀具運(yùn)動的加工軌跡；再經(jīng)過后置處理，最終生成適合指定數(shù)控裝置的數(shù)控加工程序，并通過通信接口，把數(shù)控加工程序送給機(jī)床數(shù)控裝置，完成加工。自動編程的基本工作原理16 在交互式

8、圖形自動編程中，需要輸入兩種數(shù)據(jù)來產(chǎn)生加工程序：零件幾何模型數(shù)據(jù)和切削加工工藝數(shù)據(jù)。 交互式圖形自動編程實(shí)現(xiàn)了從圖樣模型數(shù)控編程和加工的一體化，其主要處理過程分別是： 零件幾何造型、生成刀具路徑文件、后置處理。后置處理生成零件加工程序之后可進(jìn)行加工的模擬仿真。建立零件幾何模型17 交互式圖形自動編程系統(tǒng)可通過以下三種方法獲取和建立零件幾何模型。(1)利用軟件本身提供的CAD設(shè)計模塊；(2)將其它CAD/CAM軟件生成的圖形，通過標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口(如STEP、DXFIGES、STL、DWG、PARASLD、CADL、NFL等)，轉(zhuǎn)換成本軟件系統(tǒng)的圖形格式；(3)利用坐標(biāo)測量機(jī)數(shù)據(jù)或三維多層掃描數(shù)

9、據(jù)生成零件幾何模型數(shù)據(jù)。18輪廓加工鉆孔(點(diǎn)位)加工挖槽（帶島）加工單曲面加工多曲面粗精加工生成刀具路徑 首先確定加工類型(下圖)，指定加工部位、選擇走刀路線或切削方式19生成刀具路徑-前置處理 選取或輸入刀具類型、刀號、刀具直徑、刀具補(bǔ)償號、加工余量、進(jìn)給速度主軸轉(zhuǎn)速、退刀安全高度、切削次數(shù)及余量、刀具半徑及長度補(bǔ)償、進(jìn)退刀延伸線值等加工所需的全部工藝切削參數(shù)。面銑刀方肩銑刀仿形銑刀三面刃和螺紋銑刀整體硬質(zhì)合金銑刀常用銑刀后置處理20 后置處理的目的是生成針對某一特定數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序。由于各種機(jī)床使用的數(shù)控系統(tǒng)各不相同，例如有FANUC, SIEMENS, AB, GE等系統(tǒng)，每一種數(shù)

10、控系統(tǒng)所規(guī)定的代碼及格式不盡相同，為此，自動編程軟件系統(tǒng)通常提供多種專用的或通用的后置處理文件，這些后置處理文件的作用是將已生成的刀位文件轉(zhuǎn)變成合適的數(shù)控加工程序。早期的后置處理文件是不開放的，使用者無法修改。目前絕大多數(shù)優(yōu)秀的CAD/CAM軟件提供開放式的通用后置處理文件。使用者可以根據(jù)自己的需要打開文件，按照希望輸出的數(shù)控加工程序格式，修改文件中相關(guān)的內(nèi)容。這種通用后置處理文件，只要稍加修改，就能滿足多種數(shù)控系統(tǒng)的要求。 模擬仿真21 系統(tǒng)在生成了刀位文件后模擬顯示刀具運(yùn)動的加工軌跡是非常必要的，它可以檢查編程過程中可能出現(xiàn)的錯誤。通常自動編程系統(tǒng)提供了一些模擬方法，下面簡要介紹線架模擬和

11、實(shí)體模擬基本過程： 模擬仿真22（1）線架模擬中可以設(shè)置的參數(shù)有：以步進(jìn)方式一步步模擬或自動連續(xù)模擬；步進(jìn)方式中按設(shè)定的步進(jìn)增量值方式運(yùn)動或按端點(diǎn)方式運(yùn)動； 運(yùn)動中每一步保留刀具顯示的靜態(tài)模擬或不保留刀具顯示的動態(tài)模擬； 刀具旋轉(zhuǎn)； 模擬控制器刀具補(bǔ)償； 模擬旋轉(zhuǎn)軸； 換刀時刷新刀具路徑；刀具軌跡涂色；顯示刀具和夾具等。 模擬仿真23（2）實(shí)體模擬可以設(shè)置的參數(shù)有：模擬實(shí)體加工過程或僅顯示最終加工零件實(shí)體； 零件毛坯定義； 視角設(shè)置； 光源設(shè)置； 步長設(shè)置； 顯示加工被除去的體積； 顯示加工時間； 暫停模擬設(shè)置； 透視設(shè)置等。 模擬仿真通訊24 通常自動編程系統(tǒng)還會提供計算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間數(shù)控

12、加工程序的通訊傳輸。通過RS232通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間NC程序的雙向傳輸（接受，發(fā)送和終端模擬），可以設(shè)置NC程序格式（ASC , EIA, BIN）,通訊連接口（COM1, COM2），傳輸速度（波特率），奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位數(shù)，停止位數(shù)及發(fā)送延時參數(shù)等有關(guān)的通訊參數(shù)。2.2.4基于CAD/CAM自動編程的基本步驟25 在數(shù)控自動編程系統(tǒng)中，圖形交互數(shù)控自動編程系統(tǒng)是目前國內(nèi)外普遍采用的CAD/CAM軟件，它具有速度快、精度高、直觀性好、實(shí)用簡便、便于檢查等優(yōu)點(diǎn)，其編程內(nèi)容和步驟的流程如圖所示。加工部位建模工藝參數(shù)輸入刀具軌跡生成與編輯后置處理刀具軌跡驗(yàn)證、仿真加工程序輸出錯誤

13、加工零件及其工藝分析1.加工零件及其工藝分析26加工零件及其工藝分析的主要任務(wù)有：(1)零件幾何尺寸、公差及精度要求的核準(zhǔn)。(2)確定加工方法、工夾量具及刀具(3)確定編程原點(diǎn)及編程坐標(biāo)系。(4)確定走刀路線及下藝參數(shù)。2.加工部位建模27 機(jī)床加工部位建模是利用CADCAM集成數(shù)控編程軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面及實(shí)體造型等功能將軍件被加工部位的幾何形狀準(zhǔn)確繪制在計算機(jī)屏幕上，同時在計算機(jī) 內(nèi)部以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對該圖形加以記錄加工部位建模實(shí)質(zhì)上是人將零件加工部位的相 關(guān)信息提供給計算機(jī)的一種手段，它是自動編程系統(tǒng)進(jìn)行自動編程的依據(jù)和基礎(chǔ)。隨著建 模技術(shù)及機(jī)械集成技術(shù)的發(fā)展，將來的數(shù)控編

14、程軟件將可以直接從CAD模塊獲得相關(guān)信息，而無須對加工部位再進(jìn)行建模。3.工藝參數(shù)的輸入28 利用編程系統(tǒng)的相關(guān)菜單與對話框等，將第一步分析的一些與工藝有的參數(shù)輸入到系統(tǒng)中。所需輸人的工藝參數(shù)有：(1)機(jī)床刀具類型、尺寸與材料；(2)切削用量(主軸轉(zhuǎn) 速、進(jìn)給速度、切削深度及加工余量)；(3)毛坯信息(尺寸、材料等)；(4)其他信息(安全平面、線性逼近誤差、刀具軌跡間的殘留高度、進(jìn)刀方式、走刀方式、冷卻方式等)。 當(dāng)然對于某一加工方式而言，可能只要求其中的部分了藝參數(shù)。隨著CAPP技術(shù)的發(fā)展，這些工藝參數(shù)可以直接由CAPP系統(tǒng)來給出，這時工藝參數(shù)的輸入這一步也就可以省掉了4.刀具軌跡生成及編輯

15、29 完成上述操作后，編程系統(tǒng)將根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行分析判斷，自動完成有關(guān)基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的 計算，井對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編排形成刀位數(shù)據(jù)，存人指定的刀位文件中。 刀具軌跡生成后，對于具備刀具軌跡顯示及交互編輯功能的系統(tǒng)，還可以將刀具軌跡顯示出來，如果有不太合適的地方，可以在人工交互方式下對刀具軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬇c修改。又叫前置處理。5.刀位具軌跡的驗(yàn)證與仿真30 對于生成的刀具軌跡數(shù)據(jù)，還可以利用系統(tǒng)的驗(yàn)證與仿真模塊檢查其正確性與合理性所謂刀具軌跡驗(yàn)證(CL Data Check或NC Verification)是指軍用計算機(jī)圖形顯示器把加工過程中的零件模型、刀具軌跡、刀具外形一起顯示出來，以模擬零件的加工

16、過程，檢查刀具軌跡是否正確、加工過程是否發(fā)生過切，所選擇的刀具、走刀路線、進(jìn)退刀方式是否合理、刀具與約束面是否發(fā)生于涉與碰撞。而仿真是指在計算機(jī)屏幕上采用真實(shí)感圖形顯示技術(shù)，把加工過程中的零件模型、機(jī)床模型、央具模型及刀具模型動態(tài)顯示出來，模擬零件的實(shí)際加工過程。仿真過程的真實(shí)感較強(qiáng)，基本上具有試切加工的驗(yàn)證效果(對于由于刀具受力變形、刀具強(qiáng)度及韌性不夠等問題仍然無法達(dá)到試切驗(yàn)證的目標(biāo))。6.后置處理31 與APT語言自動編程一樣，基于CADCAM的數(shù)控自動編程也需要進(jìn)行后置處理，以便將刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)控系統(tǒng)所能接受的數(shù)控加工程序。7.加工程序輸出32 對于經(jīng)后置處理而生成的數(shù)控加工程序，

17、可以利用打印機(jī)打印出清單，供人工閱讀；還可以與編程計算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，由計算機(jī)將加加程序直接送給機(jī)床控制系統(tǒng)。由數(shù)控機(jī)床完成加工。33加工結(jié)果34加工結(jié)果前、后處理技術(shù)任務(wù)35 前置處理任務(wù)：完成對用數(shù)控語言編寫的源程序進(jìn)行翻譯、處理與計算，最終形成一個記錄刀具中心運(yùn)動軌跡位置數(shù)據(jù)的文件(CL文件)，作為不同數(shù)控機(jī)床的后置處理程序的輸入數(shù)據(jù)。 后置處理任務(wù)：將前置處理程序輸出的CL文件中的刀位數(shù)據(jù)及有關(guān)信息轉(zhuǎn)換成特定數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)所要求的數(shù)控加工程序。 國別公司軟件中國北航海爾軟件公司CAXA以色列CimatronCimatron美國CNC Software MasterCAM美國PTCPro/Engineer美國EDSUG 法國達(dá)索公司Catia2.2.5 典型的自動編程系統(tǒng)37CAXA 軟件CAXA的CAD模塊38CAXA 軟件CAXA的CAM模塊39Pro/E 軟件 Pro/E的CAD模塊40Pro/E 軟件 Pro/E的CAM模塊41UG 軟件UG的CAD模塊42UG 軟件UG的CAM模塊43擬合生成曲線 蒙面生成實(shí)體模型 加工如圖所示的汽輪機(jī)葉片 典型系統(tǒng)UG應(yīng)用舉例44加工零件設(shè)置選擇加工參數(shù) 典型系統(tǒng)UG應(yīng)用舉例45生成加工軌跡 加工仿真 典型系統(tǒng)UG應(yīng)用舉例46生成G代碼 后處理設(shè)置典型系統(tǒng)UG應(yīng)用舉例47Maste