第八章-計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程

1、 第八章第八章 計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1. 數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控編程基礎(chǔ) 2. 自動編程語言（自動編程語言（APT）編程技術(shù)）編程技術(shù) 3. 圖形交互式自動編程技術(shù)圖形交互式自動編程技術(shù) 4. 數(shù)控程序的檢驗與仿真數(shù)控程序的檢驗與仿真8.1 8.1 數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控編程基礎(chǔ)8.1.1 數(shù)控加工編程的概念數(shù)控加工編程的概念 （1）特點：）特點：更換加工對象，不需調(diào)整機(jī)床，只更換加工對象，不需調(diào)整機(jī)床，只 需更換控制程序。適用于單件、小需更換控制程序。適用于單件、小 批量自動化生產(chǎn)。批量自動化生產(chǎn)。（2）數(shù)控加工過程）數(shù)控加工過程零件圖零件圖數(shù)控裝置數(shù)控裝置

2、數(shù)控編程數(shù)控編程機(jī)床機(jī)床零件零件毛坯毛坯CAPP零件模型零件模型CAM（3）數(shù)控加工的優(yōu)點）數(shù)控加工的優(yōu)點 a. 加工精度高：尺寸精度加工精度高：尺寸精度0.10.005mm，質(zhì)量，質(zhì)量 穩(wěn)定。穩(wěn)定。 b. 生產(chǎn)率高：省去多次裝夾、檢測。生產(chǎn)率高：省去多次裝夾、檢測。 c. 自動化程度高：手（機(jī)）動裝夾，自動加工。自動化程度高：手（機(jī)）動裝夾，自動加工。 d. 生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短：換件不用調(diào)整機(jī)床。生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短：換件不用調(diào)整機(jī)床。 e. 數(shù)字信息：便于與數(shù)字信息：便于與CAD/CAM系統(tǒng)連接，實系統(tǒng)連接，實 現(xiàn)計算機(jī)管理與控制。現(xiàn)計算機(jī)管理與控制。 （4）數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系命名）數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系命名8

3、.1.2 數(shù)控編程方法數(shù)控編程方法 （1）手工編程）手工編程 a. 步驟：步驟：讀圖，確定工藝路線及參數(shù)；讀圖，確定工藝路線及參數(shù)；計算機(jī)床運動所需數(shù)據(jù)；計算機(jī)床運動所需數(shù)據(jù)；編程。編程。b. 復(fù)雜形狀輪廓加工復(fù)雜形狀輪廓加工手工編程簡單形狀零件；手工編程簡單形狀零件；手工編程與加工時間比：手工編程與加工時間比： 30：1復(fù)雜輪廓零件復(fù)雜輪廓零件,數(shù)值計算工數(shù)值計算工作量大，容易出錯。作量大，容易出錯。2. 自動編程自動編程 （1）語言編程）語言編程 利用專用語言和符號描述圖形幾何形狀、利用專用語言和符號描述圖形幾何形狀、 刀具運動軌跡、順序及其工藝參數(shù)，得刀具運動軌跡、順序及其工藝參數(shù)，得

4、到零件源程序。到零件源程序。 （2）數(shù)控軟件）數(shù)控軟件 a. 根據(jù)源程序計算刀具運動軌跡（刀具根據(jù)源程序計算刀具運動軌跡（刀具 中心相對于零件的運動軌跡），得到中心相對于零件的運動軌跡），得到 刀位文件。刀位文件。 b. 針對具體針對具體NC機(jī)床（不同機(jī)床的數(shù)控機(jī)床（不同機(jī)床的數(shù)控 系統(tǒng)），利用相應(yīng)的后置處理程序，系統(tǒng)），利用相應(yīng)的后置處理程序， 處理（翻譯）成數(shù)控指令程序。處理（翻譯）成數(shù)控指令程序。（3）優(yōu)點：）優(yōu)點：編程速度快、質(zhì)量高、方便、效率編程速度快、質(zhì)量高、方便、效率 高。復(fù)雜計算由計算機(jī)完成，能完高。復(fù)雜計算由計算機(jī)完成，能完 成手工不能實現(xiàn)的工作。成手工不能實現(xiàn)的工作。 1.

5、 加工工藝決策加工工藝決策 （1） 確定加工方案確定加工方案 （2）工夾具的設(shè)計和選擇）工夾具的設(shè)計和選擇 （3）選擇合理的走刀路線）選擇合理的走刀路線 a.盡量縮短走刀路線，減少空盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產(chǎn)效率。走刀行程，提高生產(chǎn)效率。 b.合理選取起刀點、切入點和合理選取起刀點、切入點和切入方式，保證切入過程平穩(wěn)，切入方式，保證切入過程平穩(wěn)，沒有沖擊。沒有沖擊。 8.1.3 數(shù)控加工程序編程的內(nèi)容與步驟數(shù)控加工程序編程的內(nèi)容與步驟 c. 保證加工零件的精度和表面粗糙度的要求。保證加工零件的精度和表面粗糙度的要求。 d. 保證加工過程的安全性，避免刀具與非加工保證加工過程的安

6、全性，避免刀具與非加工面的干涉。面的干涉。 （4）選擇合理的刀具）選擇合理的刀具 （5）確定）確定合理的切削用量合理的切削用量 2. 刀位軌跡計算刀位軌跡計算 a. 基本計算基本計算幾何元素的起點和終點、相鄰幾何元素的幾何元素的起點和終點、相鄰幾何元素的交點或切點計算交點或切點計算圓形刀具（銑刀）的中心運動軌跡圓形刀具（銑刀）的中心運動軌跡b. 工件坐標(biāo)系的工件坐標(biāo)系的選擇原則選擇原則為為: 所選的工件坐標(biāo)系應(yīng)使程序編制簡單；所選的工件坐標(biāo)系應(yīng)使程序編制簡單； 工件坐標(biāo)系原點應(yīng)選在容易找正、并在工件坐標(biāo)系原點應(yīng)選在容易找正、并在加工過程中便于檢查的位置；加工過程中便于檢查的位置； 引起的加工誤

7、差小。引起的加工誤差小。 3. 編制或生成加工程序清單編制或生成加工程序清單 4. 程序輸入程序輸入5. 數(shù)控加工程序正確性校驗數(shù)控加工程序正確性校驗 8.1.4 計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程的一般原理計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程的一般原理 通用計算機(jī)通用計算機(jī)主主 信信 息息處理模塊處理模塊后置處理后置處理模模 塊塊加工程序加工程序輸入信息輸入信息數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動程序數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動程序計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程的一般過程計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程的一般過程 8.1.5 8.1.5 數(shù)控編程術(shù)語與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控編程術(shù)語與標(biāo)準(zhǔn) b. G指令（準(zhǔn)備功能指令）指令（準(zhǔn)備功能指令） *ISO制定的與有些國家（日本）稍有不同。制定的與

8、有些國家（日本）稍有不同。 常用準(zhǔn)備功能指令常用準(zhǔn)備功能指令*G指令在數(shù)控系統(tǒng)插補運算前要預(yù)先指定，指令在數(shù)控系統(tǒng)插補運算前要預(yù)先指定，ISO的的G功功能有能有100種。種。代代碼碼功功能能代代碼碼功功能能M00程程序序停停機(jī)機(jī)M07開開 2 號號冷冷卻卻液液M01選選擇擇停停機(jī)機(jī)，按按“選選擇擇停?！逼鹌鹱髯饔糜肕08開開 1 號號冷冷卻卻液液M02程程序序結(jié)結(jié)束束M09關(guān)關(guān)閉閉冷冷卻卻液液M03主主軸軸順順時時針針方方向向旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)M10夾夾緊緊M04主主軸軸逆逆時時針針方方向向旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)M11松松開開M05主主軸軸停停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)M30程程序序終終了了，自自動動倒倒帶帶M06換換刀刀常用輔助功能指令

9、常用輔助功能指令c. M指令（輔助功能指令）指令（輔助功能指令）*M指令功能有指令功能有100種，是數(shù)控加工時機(jī)床操作需要予以種，是數(shù)控加工時機(jī)床操作需要予以指定的工藝性指令。指定的工藝性指令。1.數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系定義數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系定義 ISO標(biāo)準(zhǔn)中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系對機(jī)標(biāo)準(zhǔn)中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系對機(jī)床的坐標(biāo)系進(jìn)行命名，在這個坐標(biāo)系下定義刀具位置及床的坐標(biāo)系進(jìn)行命名，在這個坐標(biāo)系下定義刀具位置及其運動的軌跡。其運動的軌跡。 右手直角坐標(biāo)系右手直角坐標(biāo)系 坐標(biāo)軸命名時，不論加工中是刀具移動，還是被加坐標(biāo)軸命名時，不論加工中是刀具移動，還是被加工工件移動，一律假定工件相

10、對靜止不動而刀具移動，工工件移動，一律假定工件相對靜止不動而刀具移動，并同時規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)軸的正方向。并同時規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)軸的正方向。 確定機(jī)床坐標(biāo)軸時先確定軸，再確定軸和確定機(jī)床坐標(biāo)軸時先確定軸，再確定軸和軸。軸。對于有主軸的機(jī)床，如車床、銑床等則以機(jī)對于有主軸的機(jī)床，如車床、銑床等則以機(jī)床主軸軸線方向作為床主軸軸線方向作為Z軸方向。軸方向。 軸一般位于與工件安裝面相平行的水平面內(nèi)。軸一般位于與工件安裝面相平行的水平面內(nèi)。 軸方向可以根據(jù)已選定的、軸方向，按右軸方向可以根據(jù)已選定的、軸方向，按右手直角坐標(biāo)系來確定。手直角坐標(biāo)系來確定。 5.切觸點與切觸點曲線切

11、觸點與切觸點曲線（1）切觸點）切觸點 切削過程中刀具與工件曲面的理論接觸點稱為切觸點。切削過程中刀具與工件曲面的理論接觸點稱為切觸點。切觸點是變化的。切觸點是變化的。（2）切觸點曲線）切觸點曲線 指刀具在加工過程中由切觸點構(gòu)成的曲線。切觸點曲指刀具在加工過程中由切觸點構(gòu)成的曲線。切觸點曲線是生成刀具軌跡的基本要素，線是生成刀具軌跡的基本要素， 切觸點曲線由刀具中心切觸點曲線由刀具中心軌跡隱式定義。軌跡隱式定義。切觸點切觸點 6.刀位點數(shù)據(jù)與刀具運動軌跡刀位點數(shù)據(jù)與刀具運動軌跡 （1）刀位點數(shù)據(jù)）刀位點數(shù)據(jù) 是指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程中每一位置所需的是指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程中每一位置所需的坐標(biāo)

12、值。刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀坐標(biāo)值。刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀具中心點和刀軸矢量來進(jìn)行描述，其中刀具中心點具中心點和刀軸矢量來進(jìn)行描述，其中刀具中心點可以是刀心點（如球心），也可以是刀尖點?？梢允堑缎狞c（如球心），也可以是刀尖點。 （2）刀具運動軌跡）刀具運動軌跡 是指在加工過程中由刀位點運動所構(gòu)成的曲線，是指在加工過程中由刀位點運動所構(gòu)成的曲線，曲線上的每一點還包含著一個刀軸矢量。對于二、曲線上的每一點還包含著一個刀軸矢量。對于二、三坐標(biāo)數(shù)控加工，刀具運動軌跡一般由切觸點曲線三坐標(biāo)數(shù)控加工，刀具運動軌跡一般由切觸點曲線經(jīng)過刀具偏置計算得到，計算結(jié)果一般存放于刀位經(jīng)過刀具

13、偏置計算得到，計算結(jié)果一般存放于刀位文件之中。文件之中。 8.1.6數(shù)控銑削編程實例數(shù)控銑削編程實例 1.根據(jù)圖樣要求，確定工藝方案及加工路線。根據(jù)圖樣要求，確定工藝方案及加工路線。 2.選擇刀具。選擇刀具。 3.確定切削用量。確定切削用量。 4.確定工件坐標(biāo)系與對刀點。確定工件坐標(biāo)系與對刀點。 5.編制程序：編制程序： O1220； N0010 G92 X400.0 Y200.0 Z300.0； N0020 G90 G00 X5.0 Y-20.0； N0030 Z-5.0 M03； N0040 G01 G41 H01 X5.0 Y-10.0 F150； N0050 Y35.0； N0060

14、G01 G91 X10.0 Y10.0； N0070 X11.8 Y0； N0080 G02 X30.5 Y-5.0 R20.0； N0090 G03 X17.3 Y-10.0 R20.0； N0100 G01 G90 X80.0 Y25.0； N0120 Y0； N0130 X-10.0 ； N0140 G00 G40 X5 Y-20.0 M05； N0150 G28 X0 Y0 Z0 ； N0160 M30 ； （1 1）自動編程語言發(fā)展概況）自動編程語言發(fā)展概況 a.APTa.APT（Automatically Programmed tools) Automatically Progra

15、mmed tools) 1955 1958 1961 1970 APT APTII APTIII APTIV 點位點位 曲線曲線 35軸軸 曲面曲面 b. 其它數(shù)控語言其它數(shù)控語言 EXAPT（德國）（德國）FAPT、HAPT（日本）（日本） IFAPT（法國）（法國）MODAPT（意大利）（意大利） SKC、ECX（中國）（中國）85年年ISO公布基于公布基于APT的的NC 編程語言編程語言8 .2 APT語言編程技術(shù)語言編程技術(shù) c.APT語言的特點語言的特點 a. 多種處理功能：點位、平面、曲線、空間多種處理功能：點位、平面、曲線、空間 曲面（曲面（5軸加工）；軸加工）； b. 語言風(fēng)格

16、接近自然語言，易掌握；語言風(fēng)格接近自然語言，易掌握； c. 編程可靠性高；編程可靠性高； d. 靈活、數(shù)據(jù)處理量小。靈活、數(shù)據(jù)處理量小。8.2.2 APT語言編程語言編程（1）基本符號）基本符號 a.“，”分隔符。分隔符。C1=CIRCLE/0,0,25; b. “/” 分隔語句的主、輔部分和除號。分隔語句的主、輔部分和除號。 GOFWD/C1; A=B/D; c. “*”乘方表示。乘方表示。A=B*2 d. “$”續(xù)行。續(xù)行。 L1=LINE/RIGHT，TANTO C2，$ RIGHT，TANTO，C1； e. “：”分隔語句及標(biāo)號。分隔語句及標(biāo)號。 f. “ ”給出曲線的起點和終點號，或

17、下標(biāo)給出曲線的起點和終點號，或下標(biāo) 變量。變量。 （2）基本詞匯）基本詞匯 最多由六個字母組成，共最多由六個字母組成，共300多個。多個。 a. 幾何元素：幾何元素：POINT（點），（點），LINE（線），（線）， PLANE（平面）。（平面）。 b. 幾何關(guān)系和位置狀況：幾何關(guān)系和位置狀況：PARLEL（平行），（平行）， PERPTO（垂直），（垂直），TANTO（相切）。（相切）。 c. 函數(shù)：函數(shù)：SINF（正弦）（正弦）COSF（余弦）（余弦）EXPF （指數(shù)），（指數(shù)），SQRTF（平方根）。（平方根）。 d. 加工詞匯：加工詞匯：BORE（鏜），（鏜），CHAM（倒（倒 角），

18、角），ROUGH（粗加工），（粗加工），DVSJSE（加（加 工余量），工余量），F(xiàn)EED（進(jìn)給量），（進(jìn)給量），TOLER （容差）。（容差）。 e. 刀具詞匯：刀具詞匯：TURNTL（車刀），（車刀），MILTL （銑刀），（銑刀），DRITL（鉆頭）。（鉆頭）。 f. 刀具運動：刀具運動：GOFWD（向前），（向前）， GODLTA（走增量），（走增量），TLLFT（刀具在左）。（刀具在左）。（3）語句）語句 幾何定義語句幾何定義語句 刀具運動語句刀具運動語句 工藝參數(shù)語句工藝參數(shù)語句3. APT語言基本語句語言基本語句 格式：標(biāo)識符格式：標(biāo)識符 = APT幾何元素幾何元素/定義方式定義

19、方式 （1）幾何定義語句：）幾何定義語句：描述零件幾何圖形。描述零件幾何圖形。 a. 點的定義點的定義 給定坐標(biāo)定義點：給定坐標(biāo)定義點：P1=POINT/10，20，15；兩直線的交點：兩直線的交點：Pt = POINT/INTOF,L1,L2;直線和圓的交點直線和圓的交點0yxL1PtL20yxC1P1L1P2P1=POINT/XSMALL,INTOF,L1,C1;P2=POINT/XLARGE,INTOF,L1,C1;或或P1=POINT/YSMALL.INTOF,L1,C1;b. 直線的定義直線的定義過兩點定義直線過兩點定義直線L=LINE/X1,Y1,X2,Y2;(x2,y2)（x1,

20、y1)c. 圓的定義圓的定義由圓心、半徑定義圓：由圓心、半徑定義圓：C1 = CIRCLE/X，Y，R；三點定義圓：三點定義圓：C1 = CIRCLE/P1，P2，P3； d. 平面的定義平面的定義不共線的三點定義：不共線的三點定義：PL = PLANE/P1，P2，P3；通過一點平行于另一平面的平面通過一點平行于另一平面的平面 PL = PLANE/P，PARLEL，PL1；用平面方程：用平面方程：AX + BY + CZ = D， 由由4個系數(shù)定義平面：個系數(shù)定義平面： PL = PLANE/A，B，C，D；導(dǎo)向面（導(dǎo)向面（DS）零件表面（零件表面（PS）檢查面（檢查面（CS）刀具刀具（2

21、）刀具運動語句）刀具運動語句 a. 三個控制面三個控制面 DS:Driver Surface CS:Check Surface PS:Part Surfaceb. 描述刀具與零件表面關(guān)系的詞匯描述刀具與零件表面關(guān)系的詞匯TLONPS刀具中心正好位于零件表面刀具中心正好位于零件表面TLOFPS刀具中心不在零件表面上刀具中心不在零件表面上刀具刀具零件表面零件表面刀具刀具零件表面零件表面c. 刀具與導(dǎo)向面關(guān)系刀具與導(dǎo)向面關(guān)系TLLPT刀具在導(dǎo)向面左邊刀具在導(dǎo)向面左邊TLRGT刀具在導(dǎo)向面右邊刀具在導(dǎo)向面右邊TLON刀具正好在導(dǎo)向面上刀具正好在導(dǎo)向面上DSDS刀具刀具TLLFTDSDS刀具刀具TLRG

22、TDS刀具刀具TLONd. 刀具與檢查面的關(guān)系刀具與檢查面的關(guān)系TO 走刀到檢查面走刀到檢查面ON 刀具中心在檢查面上刀具中心在檢查面上PAST 走刀過檢查面走刀過檢查面DSCSTO刀具刀具DSCSON刀具刀具DSCSPAST刀具刀具e. 刀具運動方向刀具運動方向 GOLET向左向左 GOFWD向前向前 GORGT向右向右 GOBACK向后向后（3）工藝數(shù)據(jù)語句）工藝數(shù)據(jù)語句 a. 主軸轉(zhuǎn)速及方向：主軸轉(zhuǎn)速及方向：SPWDL/N，CLW b. 銑刀直徑及刀尖圓角半徑：銑刀直徑及刀尖圓角半徑：CUTTER/D，R c. 加工外容差及內(nèi)容差加工外容差及內(nèi)容差 OUTTOL/ INTOL/e. 材料

23、名稱及代號：材料名稱及代號：MATERL/FRf. 初始語句初始語句程序名：程序名：PARTO + 名稱名稱g. 終止語句終止語句程序結(jié)束：程序結(jié)束：FINI設(shè)計曲線切削形成的曲線內(nèi)容差外容差外容差和內(nèi)容差的定義8.2.3APT語言編程步驟語言編程步驟1.分析零件圖分析零件圖 2.選擇坐標(biāo)系選擇坐標(biāo)系 3.確定幾何元素標(biāo)識符確定幾何元素標(biāo)識符4.進(jìn)行工藝分析進(jìn)行工藝分析 5.確定對刀方法和對刀點確定對刀方法和對刀點 6.選擇容差、刀具等工藝參數(shù)選擇容差、刀具等工藝參數(shù) 7.編寫幾何定義語句編寫幾何定義語句 8.編寫刀具運動定義語句編寫刀具運動定義語句 9.插入其它語句插入其它語句 10.檢驗零

24、件源程序檢驗零件源程序 11.填寫源程序清單填寫源程序清單 8.2 4 APT自動編程系統(tǒng)信息處理自動編程系統(tǒng)信息處理零件源程序零件源程序后置處理后置處理輸入翻譯輸入翻譯數(shù)值計算數(shù)值計算穿孔紙帶穿孔紙帶加工程序單加工程序單編譯系統(tǒng)編譯系統(tǒng)通用計算機(jī)通用計算機(jī)APT自動編程系統(tǒng)信息處理過程自動編程系統(tǒng)信息處理過程 1.源程序翻譯源程序翻譯 即語言處理階段。它按源程序的順序，一個即語言處理階段。它按源程序的順序，一個符號一個符號地依次閱讀，將符號一個符號地依次閱讀，將APT的詞匯及相的詞匯及相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機(jī)處理的代碼關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機(jī)處理的代碼 。2.數(shù)值計算階段數(shù)值計算階段 該階段的工作

25、類似于手工編程時的基點和節(jié)點坐該階段的工作類似于手工編程時的基點和節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)的計算。標(biāo)數(shù)據(jù)的計算。依次讀取翻譯階段結(jié)果數(shù)據(jù)計算參數(shù)、存儲計算參數(shù)刀具位置存儲刀具位置后置處理信息存儲后置處理相關(guān)集合元素處理基點計算存儲程序完切削運動YN后置處理讀入計算階段結(jié)果刀位坐標(biāo)？坐標(biāo)增量計算NC代碼轉(zhuǎn)換、輸出程序結(jié)束？停機(jī)計算機(jī)階段的信息處理計算機(jī)階段的信息處理后置處理階段的信息處理后置處理階段的信息處理 3.后置處理階段后置處理階段 按照計算階段的信息，通過后置處理即可生成符合具體按照計算階段的信息，通過后置處理即可生成符合具體數(shù)控機(jī)床要求的零件加工程序。數(shù)控機(jī)床要求的零件加工程序。 XL1C3C2C

26、1L2L3YC40ZX02572.520R12.5R APT語言編語言編 程示例程示例PARTNO/ADAPT EXAMPLE$ PART GEOMETRY DEFINITIONSC1=CIRCLE/10,60,12.5C2=CIRCLE/40,-20,14.5C4=CIRCLE/0,0,25C3=CIRCLE/TANTO,OUT,C4,OUT, C2,YSMALL,RADIUS,12.5L1=LINE/XSMALL,TANTO,C4,ATANGL,90L2=LINE/-25,72.5,10,72.5L3=LINE/RIGHT,TANTO,C2,RIGHT,TANTO,C1$ DEFINE CUTTER AND