數(shù)控自動(dòng)編程

數(shù)控機(jī)床編程與操作第9章數(shù)控機(jī)床自動(dòng)編程1主要內(nèi)容1.自動(dòng)編程基礎(chǔ)知識(shí)2.數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程3.數(shù)控圖形自動(dòng)編程2第1節(jié)自動(dòng)編程基礎(chǔ)知識(shí)自動(dòng)編程的概念自動(dòng)編程的分類自動(dòng)編程的發(fā)展3一.自動(dòng)編程的概念手工編程：零件形狀比較簡(jiǎn)單。自動(dòng)編程特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)。4一.自動(dòng)編程的概念目前，分析零件圖紙以及工藝處理仍需人工完成，隨著技術(shù)進(jìn)步，將來(lái)的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)將從只能處理幾何參數(shù)發(fā)展到能夠處理工藝參數(shù)。即按加工的材料、零件幾何尺寸、公差等原始條件，自動(dòng)選擇刀具、決定工序和切削用量等數(shù)控加工中的全部信息。5二.自動(dòng)編程的分類（一）使用計(jì)算機(jī)硬件種類劃分：微機(jī)自動(dòng)編程，小型計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，大型計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，工作站自動(dòng)編程，依靠機(jī)床本身的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)編程（二）編程機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)緊密程度劃分：1、離線自動(dòng)編程：與數(shù)控系統(tǒng)相脫離，采用獨(dú)立機(jī)器進(jìn)行程序編制工作稱為離線自動(dòng)編程。其特點(diǎn)是可為多臺(tái)數(shù)控機(jī)床編程，功能多而強(qiáng)，編程時(shí)不占用機(jī)床工作時(shí)間。隨著計(jì)算機(jī)硬件價(jià)格的下降，離線編程將是未來(lái)的趨勢(shì)。2、在線自動(dòng)編程：數(shù)控系統(tǒng)不僅用于控制機(jī)床，而且用于自動(dòng)編程，稱為在線自動(dòng)編程。6（三）編程信息的輸入方式劃分1、語(yǔ)言自動(dòng)編程：自動(dòng)編程初期。基本方法是：編程人員在分析零件加工工藝的基礎(chǔ)上，采用編程系統(tǒng)所規(guī)定的數(shù)控語(yǔ)言，對(duì)零件的幾何信息、工藝參數(shù)、切削加工時(shí)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和加工過程進(jìn)行描述形成所謂“零件源程序”。然后，把零件源程序輸入計(jì)算機(jī)，由存于計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)控編程系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成機(jī)床刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的計(jì)算，加工程序的編制和控制介質(zhì)的制備（或加工程序的輸入）、所編程序的檢查等工作。72、圖形自動(dòng)編程：是一種先進(jìn)的自動(dòng)編程技術(shù)，目前很多CAD/CAM系統(tǒng)都采用這種方法。在這種方法中，編程人員直接輸入各種圖形要素，從而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立起加工對(duì)象的幾何模型，然后編程人員在該模型上進(jìn)行工藝規(guī)劃、選擇刀具、確定切削用量以及走刀方式，之后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成機(jī)床刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的計(jì)算，加工程序的編制和控制介質(zhì)的制備（或加工程序的輸入）等工作。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還能夠?qū)λ傻某绦蜻M(jìn)行檢查與模擬仿真，以消除錯(cuò)誤，減少試切。83、其它輸入方式的自動(dòng)編程：語(yǔ)音自動(dòng)編程：采用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，直接采用音頻數(shù)據(jù)作為自動(dòng)編程的輸入。數(shù)字化自動(dòng)編程：通過三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，對(duì)已有零件或?qū)嵨锬Ｐ瓦M(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)得的數(shù)據(jù)直接送往數(shù)控編程系統(tǒng)，將其處理成數(shù)控加工指令，形成加工程序。9三.自動(dòng)編程的發(fā)展1.語(yǔ)言自動(dòng)編程的產(chǎn)生、發(fā)展及其特點(diǎn)2.圖形自動(dòng)編程的產(chǎn)生、發(fā)展與其特點(diǎn)3.發(fā)展趨勢(shì)10語(yǔ)言自動(dòng)編程的產(chǎn)生、發(fā)展及其特點(diǎn)1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）研制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床1955年，第一個(gè)語(yǔ)言自動(dòng)編程系統(tǒng)APTI（AutomaticalProgrammedTools）1956年，美國(guó)宇航工業(yè)協(xié)會(huì)（AIA）在APTI的基礎(chǔ)上組織研究自動(dòng)編程系統(tǒng)，于1958年發(fā)展為APTII系統(tǒng)。1961年在圣地亞哥規(guī)劃集中了14名有經(jīng)驗(yàn)的程序員，在貝茨領(lǐng)導(dǎo)下開發(fā)出了APTIII系統(tǒng)。AIA繼續(xù)對(duì)APT進(jìn)行了改進(jìn)，并成立了APT長(zhǎng)期規(guī)劃組織ALRP（APTLongRangeProgram），由美國(guó)伊利諾斯理工學(xué)院負(fù)責(zé)。70年代，成立了計(jì)算機(jī)輔助制造的國(guó)際機(jī)構(gòu)（CAM-I），它取代了ALRP，又發(fā)展了APTIV系統(tǒng)。80年代，又發(fā)展到具有定義和編制復(fù)雜曲面加工程序功能的APTIV/SS。11APT是一種通用系統(tǒng)，試圖兼顧方方面面，使系統(tǒng)變的較為龐大，需要使用大型計(jì)算機(jī)才能運(yùn)行，費(fèi)用昂貴。為此，各國(guó)根據(jù)加工的特點(diǎn)和用戶的不同需要，參考APT語(yǔ)言系統(tǒng)的思想，先后開發(fā)了許多具有各自特色的小型語(yǔ)言自動(dòng)系統(tǒng)。如美國(guó)的ADAPT、AUTOSPOT；英國(guó)的2C、2CL、2PC；德國(guó)的EXAPT-1（點(diǎn)位加工）、EXAPT-2（車削加工）、EXAPT-3（銑削加工）；法國(guó)的IFAPT-P（點(diǎn)位加工）、IFAPT-C（輪廓加工）、IFAPT-CP（點(diǎn)位輪廓加工）；日本的FAPT、HAPT等數(shù)控自動(dòng)語(yǔ)言編程系統(tǒng)。12我國(guó)自上世紀(jì)50年代末期開始研制數(shù)控機(jī)床，60年代中期開始數(shù)控自動(dòng)編程方面的研究工作。70年代已研制出了SKC、ZCK、ZBC-1等具有兩維半銑削加工、車削加工等功能的數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程系統(tǒng)。后來(lái)又研制成功具有復(fù)雜曲面編程功能的數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程系統(tǒng)CAM-251。隨著微機(jī)性能價(jià)格比的提高，后來(lái)又推出了HZAPT、EAPT、SAPT等微機(jī)數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程系統(tǒng)。13特點(diǎn)：匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言，促進(jìn)數(shù)控機(jī)床發(fā)展直觀性差，編程過程復(fù)雜抽象，不易掌握難以描述復(fù)雜的幾何形狀缺少對(duì)零件形狀、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗(yàn)證手段，不便于進(jìn)行階段性的檢查零件設(shè)計(jì)到數(shù)控加工程序的生成各部分工作相互隔離，即影響編程效率。難以和CAD數(shù)據(jù)庫(kù)以及CAPP系統(tǒng)有效連接，不容易作到高度的自動(dòng)化，集成化功能大而全，使其語(yǔ)言專用詞多，語(yǔ)法規(guī)則復(fù)雜多樣，況且大多數(shù)APT語(yǔ)言自動(dòng)編程系統(tǒng)都采用了字符界面，這導(dǎo)致了系統(tǒng)用戶界面不友好。14圖形自動(dòng)編程的產(chǎn)生、發(fā)展與其特點(diǎn)硬件基礎(chǔ)：圖形顯示器（1964，美國(guó)）理論基礎(chǔ)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展1965年，美國(guó)洛克西德飛機(jī)制造公司首先組織了一個(gè)專門小組進(jìn)行圖形自動(dòng)編程的研制并于1972年以CADAM為名正式投入使用，該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖和數(shù)控編程一體化功能。151978年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開發(fā)出具有三維設(shè)計(jì)、分析與數(shù)控編程一體化功能的CATIA系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)過不斷發(fā)展，目前已成為應(yīng)用最廣泛的CAD/CAM集成軟件之一，在航空和汽車工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。1983年，美國(guó)McDonnellDouglasAutomation（1991年并入GeneralMotor公司下屬的EDS公司，1998年成為EDS公司的獨(dú)立子公司，即現(xiàn)在的UnigraphicsSolutions公司）開發(fā)出UGIICAD/CAM系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是目前應(yīng)用最廣泛的CAD/CAM集成軟件之一。16從上世紀(jì)80年代以后，各種不同的CAD/CAM集成數(shù)控圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)，如法國(guó)的Euclid；美國(guó)的MasterCAM，SurfCAM，Pro/Engineer；以色列的Cimatron；英國(guó)的HyperMill等。90年代中期以后，CAD/CAM集成數(shù)控圖形自動(dòng)編程向集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化和虛擬化方向迅速發(fā)展。17我國(guó)起步較晚。如：北京北航海爾軟件有限公司(原北京航空航天大學(xué)華正軟件研究所)研制成功的CAXA-ME制造工程師；廣州紅地技術(shù)有限公司開發(fā)的基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM系統(tǒng)——金銀花(Lonicera)系統(tǒng)；浙江大天電子信息工程有限公司開發(fā)的GS—CAD/CAM系統(tǒng)；華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的開目CAM系統(tǒng)；西北工業(yè)大學(xué)的NUP-CAD/CAM系統(tǒng)。18特點(diǎn)：速度快、精度高、直觀性好，簡(jiǎn)便易學(xué)，便于檢查與糾錯(cuò)，便于實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化等優(yōu)點(diǎn)。圖形自動(dòng)編程技術(shù)已成為目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的集成CAD/CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)所普遍采用的方法。19發(fā)展趨勢(shì)（1）從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，將趨于模塊化。（2）從加工角度來(lái)看，工藝處理能力逐步得到加強(qiáng)。（3）從系統(tǒng)輸入角度看，逐步由面向點(diǎn)、線、面等幾何要素發(fā)展到面向面、孔、槽等工程要素。（4）系統(tǒng)的集成化：CAM與CAD、CAPP、CAT一體化。（5）系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化。（6）系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。（7）系統(tǒng)的并行化。（8）系統(tǒng)的虛擬化。（VR）20第2節(jié)數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程過程21數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程軟件系統(tǒng)組成⑴零件源程序：零件源程序（也叫零件程序）是一種由編程人員用特定數(shù)控編程語(yǔ)言（如APT）編寫的，包含有零件加工形狀與尺寸、刀具動(dòng)作路線、切削條件、機(jī)床輔助功能（如冷卻液開關(guān)）等零件幾何與工藝信息的程序。⑵系統(tǒng)程序（或編譯程序）：系統(tǒng)程序（或編譯程序）是由數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)開發(fā)商提供的、用于控制計(jì)算機(jī)完成自動(dòng)編程過程的程序。22第3節(jié)數(shù)控圖形自動(dòng)編程基于CAD/CAM的數(shù)控自動(dòng)編程的基本步驟231、加工零件及其工藝分析主要任務(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確定走刀路線及工藝參數(shù)。2、加工部位建模隨著建模技術(shù)及機(jī)械集成技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)的數(shù)控編程軟件將可以直接從CAD模塊獲得相關(guān)信息，而無(wú)須對(duì)加工部位再進(jìn)行建模。243、工藝參數(shù)的輸入工藝參數(shù)有：刀具類型、尺寸與材料；切削用量（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度及加工余量）；毛胚信息（尺寸、材料等）；其它信息（安全平面、線性逼近誤差、刀具軌跡間的殘留高度、進(jìn)退刀方式、走刀方式、冷卻方式等）。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(lái)給出，這一步也就可以省掉了。254、刀具軌跡生成及編輯編程系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷，自動(dòng)完成有關(guān)基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的計(jì)算，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編排形成刀位數(shù)據(jù)，存入指定的刀位文件中。5、刀位軌跡的驗(yàn)證與仿真6、后置處理將刀位數(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、程序輸出26基于CAD/CAM的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)（一）零件建模（造型）根據(jù)零件模型輸入、存儲(chǔ)及顯示方法的不同，現(xiàn)有的零件模型大致有四大類：①線框模型②表面模型③實(shí)體模型④特征模型27（二）刀具軌跡生成與編輯一般包括走刀軌跡的安排、刀位點(diǎn)的計(jì)算、刀位點(diǎn)的優(yōu)化與編排等三個(gè)步驟。具體處理一般分為二維輪廓加工、腔槽加工、曲面加工、多坐標(biāo)曲面加工及車削加工等情況分別進(jìn)行處理。28（三）刀位軌跡的驗(yàn)證刀具軌跡驗(yàn)證的方法較多，常見的有顯示法驗(yàn)證、截面法驗(yàn)證、數(shù)值驗(yàn)證和加工過程仿真驗(yàn)證（四）后置處理專用后置處理系統(tǒng)和通用后置處理系統(tǒng)29常用CAD/CAM軟件1．Pro/E（Pro/Engineer）是美國(guó)PTC公司（ParametricTechnologyCorporation，參數(shù)技術(shù)公司）開發(fā)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件。它采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和全參數(shù)化造型技術(shù)，為三維實(shí)體造型提供了一個(gè)優(yōu)良的平臺(tái)，可用于設(shè)計(jì)和加工復(fù)雜的零件。

302．UG（Unigraphics）軟件起源于美國(guó)麥道飛機(jī)公司，后于1991年11月并入世界上最大的軟件公司——EDS公司不僅具有復(fù)雜造型和數(shù)控加工的功能，還具有管理復(fù)雜產(chǎn)品裝配，進(jìn)行多種設(shè)計(jì)方案的對(duì)比分析和優(yōu)化等能力，廣泛應(yīng)用于航空、航天，汽車、通用機(jī)械及模具等領(lǐng)域。313．SolidEdge是通用機(jī)械CAD/CAE/CAM一體化軟件，三維實(shí)體造型系統(tǒng)。SolidEdgeV5采用了Unigraphicssolutions的parasolid造型內(nèi)核作為軟件核心。SolidEdge將裝配設(shè)計(jì)、零件造型、鈑金設(shè)計(jì)和圖紙生成結(jié)合在一起，為用戶提供了從二維到三維的設(shè)計(jì)及加工等功能。324．Cimatron軟件是以色列Cimatron公司的產(chǎn)品，最早被用來(lái)設(shè)計(jì)開發(fā)幼獅噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)及潛艇等。該軟件是一套全功能、高度集成的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、交通運(yùn)輸、航空航天、科研等行業(yè)。Cimatron軟件的CAM模塊為加工制造業(yè)提供了從2軸到5軸的可靠的NC功能。335．CATIA的產(chǎn)品開發(fā)商DassaultSystem（達(dá)索）成立于1981年。它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，已經(jīng)成為航空航天業(yè)的主流軟件、汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。346．MechanicalDesktop是Autodesk公司為機(jī)械設(shè)計(jì)專門設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)。MechanicalDesktop通過融合二維與三維的設(shè)計(jì)擴(kuò)展了AutoCAD設(shè)計(jì)環(huán)境的能力。這套CAD/CAE/CAM軟件可以由MDT/Inventor完成三維模型及其裝配設(shè)計(jì)，利用MSC/FEA進(jìn)行需要的分析，利用HyperMILL系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)零部件的數(shù)控編程，自動(dòng)生成NC代碼。357．SolidCAM是專業(yè)多軸數(shù)控加工軟件，SolidCAM提供的加工方式有二軸半加工，三軸加工，3+2多面加工，旋轉(zhuǎn)加工，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)加工和電線放電加工。SolidCAM

提供基于Windows的數(shù)據(jù)加工系統(tǒng)并與SolidWorks完全集成。368．PowerMILL

AutoCAM是一基于知識(shí)庫(kù)的智能加工模塊，它為簡(jiǎn)單快速刀具路徑產(chǎn)生提供了最終解決方案。該程序的使用十分簡(jiǎn)單，僅需簡(jiǎn)單輸入需進(jìn)行加工的CAD模型，指定毛坯尺寸以及將使用的加工機(jī)床——包括是使用傳統(tǒng)加工還是