《計算機輔助設(shè)計及制造》課件4.2

1、14.24.224.2.1 CAM4.2.1 CAM的支撐系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)( (* *) ) 4.24.2 CAD CADCAMCAM系統(tǒng)由計算機和外部設(shè)備以及相應(yīng)的軟件組成，系統(tǒng)由計算機和外部設(shè)備以及相應(yīng)的軟件組成，如如圖圖4-14-1所示。所示。圖圖4-1 CAD4-1 CADCAMCAM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)34.2.1.1 4.2.1.1 硬件硬件( (* *) )4.24.2 CAD CADCAMCAM硬件系統(tǒng)主要包括主機、外存儲器、輸入輸出設(shè)備硬件系統(tǒng)主要包括主機、外存儲器、輸入輸出設(shè)備及其他通信接口。及其他通信接口。 1 1主機主機 (1)(1)小型機或超級小型機系統(tǒng)小型機或超級

2、小型機系統(tǒng) (2)(2)以超級微機組成的工程工作站以超級微機組成的工程工作站 (3)(3)個人微機系統(tǒng)個人微機系統(tǒng) 2 2外存儲器外存儲器 3 3輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備 CADCADCAMCAM系統(tǒng)的硬件設(shè)備系統(tǒng)的硬件設(shè)備還包括：還包括：圖形顯示器圖形顯示器( (一般采用一般采用21in21in，分辨率為分辨率為1024X7681024X768或或1280X1024)1280X1024)、通信接口和生產(chǎn)裝置、通信接口和生產(chǎn)裝置( (如數(shù)控機如數(shù)控機床、自動測試裝置等床、自動測試裝置等) )。44.2.1.2 4.2.1.2 軟件軟件( (* *) )4.24.2 CAD CADCAMCAM系

3、統(tǒng)中與硬件配套的軟件已形成了一個完整的系統(tǒng)中與硬件配套的軟件已形成了一個完整的體系，該軟件系統(tǒng)可分為體系，該軟件系統(tǒng)可分為三個層次：三個層次：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。有些應(yīng)用軟件可直接在系統(tǒng)軟件下開發(fā)和運行，而有些應(yīng)軟件。有些應(yīng)用軟件可直接在系統(tǒng)軟件下開發(fā)和運行，而有些應(yīng)用軟件需要有特殊的支撐軟件環(huán)境。用軟件需要有特殊的支撐軟件環(huán)境。 1.1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 (1)(1)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) (2)(2)語言編譯系統(tǒng)語言編譯系統(tǒng) 2.2.支撐軟件支撐軟件 (1)(1)計算機分析軟件計算機分析軟件 (2)(2)圖形支撐軟件系統(tǒng)圖形支撐軟件系統(tǒng) (3)(3)數(shù)據(jù)庫管理系

4、統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (4)(4)計算機網(wǎng)絡(luò)工作軟件計算機網(wǎng)絡(luò)工作軟件 3.3.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件54.2.2 CAM4.2.2 CAM的應(yīng)用的應(yīng)用 4.24.2 隨著計算機硬、軟件技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著計算機硬、軟件技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CADCADCAMCAM技術(shù)日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴大。當(dāng)今技術(shù)日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴大。當(dāng)今CADCADCAMCAM已廣泛應(yīng)用于已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的全過程。其產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的全過程。其應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域已遍及機械、電子、造船、已遍及機械、電子、造船、航空、汽車、建筑、紡織、輕工及工程建設(shè)等部門。航空、汽車、建筑、紡織、輕工及工程建設(shè)等部門。 典型

5、的典型的CAMCAM應(yīng)用應(yīng)用是汽車車身模具的數(shù)控加工。是汽車車身模具的數(shù)控加工。 ProProE E、UGUG、SolidWorksSolidWorks、CATIACATIA等等三維軟件三維軟件都具有都具有CADCADCAMCAM功能，在三維設(shè)計的基礎(chǔ)上，可以在加工模塊經(jīng)過一系列加工表功能，在三維設(shè)計的基礎(chǔ)上，可以在加工模塊經(jīng)過一系列加工表面的設(shè)置，生成零件的加工走刀軌跡和數(shù)控加工代碼，可以將該面的設(shè)置，生成零件的加工走刀軌跡和數(shù)控加工代碼，可以將該數(shù)控代碼輸入數(shù)控系統(tǒng)中加工出所設(shè)計的產(chǎn)品零件。數(shù)控代碼輸入數(shù)控系統(tǒng)中加工出所設(shè)計的產(chǎn)品零件。 64.34.374.3.1 數(shù)控加工概述數(shù)控加工概述

6、4.34.34.3.1.1 4.3.1.1 數(shù)控加工概念數(shù)控加工概念( (* *) )4.3.1.2 4.3.1.2 數(shù)控加工的發(fā)展階段數(shù)控加工的發(fā)展階段4.3.1.3 4.3.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢數(shù)控未來發(fā)展的趨勢4.3.1.4 4.3.1.4 數(shù)控裝置類型數(shù)控裝置類型( (* *) )4.3.1.5 4.3.1.5 數(shù)控機床的組成和工作原理數(shù)控機床的組成和工作原理( (* *) )84.3.1.1 4.3.1.1 數(shù)控加工概念數(shù)控加工概念( (* *) )4.34.3 數(shù)控加工數(shù)控加工(Numerical Control Machine)(Numerical Control Mach

7、ine)是數(shù)控機床應(yīng)用是數(shù)控機床應(yīng)用數(shù)字化信息實現(xiàn)機床控制的一種技術(shù)。數(shù)控設(shè)備的核心是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字化信息實現(xiàn)機床控制的一種技術(shù)。數(shù)控設(shè)備的核心是數(shù)控系統(tǒng)，就是用一臺控制計算機來進行運算，指揮數(shù)控設(shè)備進行自動控制。就是用一臺控制計算機來進行運算，指揮數(shù)控設(shè)備進行自動控制。下面是下面是數(shù)控技術(shù)的一些基本概念和常用功能數(shù)控技術(shù)的一些基本概念和常用功能。1.APT1.APT語言語言2.2.最小設(shè)定單位最小設(shè)定單位3.3.最小移動單位最小移動單位4.4.程序段格式程序段格式( (數(shù)控紙帶格式數(shù)控紙帶格式) )5.ISO5.ISO代碼及代碼及EIAEIA代碼代碼6.6.插補插補7.7.工具位置偏移工具位

8、置偏移8.8.刀尖刀尖R R的補償?shù)难a償9.9.自動加減速自動加減速1010手動數(shù)據(jù)輸入手動數(shù)據(jù)輸入(MDl)(MDl)11.11.通用顯示器通用顯示器(DPL)(DPL)12.12.視頻顯示器視頻顯示器(CRT)(CRT)13.13.進給率數(shù)進給率數(shù)(FRN)(FRN)14.14.程序中停、重新啟動功能程序中停、重新啟動功能15.15.進給保持進給保持16.16.程序保護功能程序保護功能17.17.固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能18.18.紙帶存儲和編輯功能紙帶存儲和編輯功能19.19.錄返功能錄返功能94.3.1.2 4.3.1.2 數(shù)控加工的發(fā)展階段數(shù)控加工的發(fā)展階段4.34.3 數(shù)控機床是綜

9、合應(yīng)用了微電子、計算機、自動控制、自動數(shù)控機床是綜合應(yīng)用了微電子、計算機、自動控制、自動檢測和精密加工等新技術(shù)的新型機床，就其數(shù)控系統(tǒng)而言已經(jīng)歷了檢測和精密加工等新技術(shù)的新型機床，就其數(shù)控系統(tǒng)而言已經(jīng)歷了兩個階段兩個階段( (六代六代) )。 1 1數(shù)控數(shù)控(NC)(NC)階段階段(1952(195219701970年年) ) 1952 1952年，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床，使傳統(tǒng)機床發(fā)生了質(zhì)年，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床，使傳統(tǒng)機床發(fā)生了質(zhì)的變化。隨著元器件的發(fā)展，該階段歷經(jīng)了三代，即的變化。隨著元器件的發(fā)展，該階段歷經(jīng)了三代，即19521952年的第年的第一一代代電子管、電子管、1959

10、1959年的第年的第二二代代晶體管和晶體管和19651965年的第年的第三三代代小規(guī)模小規(guī)模集成電路。集成電路。 2 2計算機數(shù)控計算機數(shù)控(CNC)(CNC)階段階段(1970(1970年年現(xiàn)在現(xiàn)在) ) 計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即19701970年的第年的第四四代代小型計算小型計算機、機、19741974年的第年的第五五代代微處理器和微處理器和19901990年的第年的第六六代代微機微機( (國外稱國外稱為為PC-BASED)PC-BASED)。104.3.1.3 4.3.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢數(shù)控未來發(fā)展的趨勢4.34.31 1向開放式、基于向開放式

11、、基于PCPC的第六代方向發(fā)展的第六代方向發(fā)展2 2向高速化和高精度化發(fā)展向高速化和高精度化發(fā)展3 3向智能化方向發(fā)展向智能化方向發(fā)展4 4柔性化柔性化5 5工藝復(fù)合性和多軸化工藝復(fù)合性和多軸化114.3.1.4 4.3.1.4 數(shù)控裝置類型數(shù)控裝置類型( (* *) )4.34.3 1.1.硬件式數(shù)控系統(tǒng)硬件式數(shù)控系統(tǒng)(NC(NC系統(tǒng)系統(tǒng)) ) NCNC系統(tǒng)是早期數(shù)控系統(tǒng)。在此系統(tǒng)的數(shù)控裝置中，輸入、譯系統(tǒng)是早期數(shù)控系統(tǒng)。在此系統(tǒng)的數(shù)控裝置中，輸入、譯碼、插補運算、輸出等控制功能均由專門設(shè)計的硬件連接的邏輯碼、插補運算、輸出等控制功能均由專門設(shè)計的硬件連接的邏輯電路來實現(xiàn)。電路來實現(xiàn)。 2.

12、2.軟件式數(shù)控系統(tǒng)軟件式數(shù)控系統(tǒng)(CNC(CNC系統(tǒng)系統(tǒng)) ) CNC CNC系統(tǒng)由大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路組成。在此裝置中，系統(tǒng)由大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路組成。在此裝置中，采用小型機或微機作為控制單元，其主要功能幾乎全由軟件來實采用小型機或微機作為控制單元，其主要功能幾乎全由軟件來實現(xiàn)；對于不同的系統(tǒng)，只需編制不同的軟件就可以實現(xiàn)不同的控現(xiàn)；對于不同的系統(tǒng)，只需編制不同的軟件就可以實現(xiàn)不同的控制功能，而硬件幾乎可以通用。制功能，而硬件幾乎可以通用。124.3.1.5 4.3.1.5 數(shù)控機床的組成和工作原理數(shù)控機床的組成和工作原理( (* *) )4.34.3 數(shù)控機床通常由以下幾部分組成：

13、數(shù)控機床通常由以下幾部分組成： 程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強電控制程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強電控制裝置、檢測裝置、機床裝置、檢測裝置、機床( (主運動，進給運動，輔助操作主運動，進給運動，輔助操作) )。其原理。其原理框圖如框圖如圖圖4-24-2所示。所示。圖圖4-2 4-2 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的組成13 數(shù)控機床主要組成部分數(shù)控機床主要組成部分4.34.31.1.程序載體程序載體2.2.輸入裝置輸入裝置3.3.數(shù)控裝置數(shù)控裝置4.4.強電控制裝置強電控制裝置5.5.伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)6.6.機床機床144.3.2 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)( (* *)

14、 ) 4.34.3 CNCCNC系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)的核心是CNCCNC裝置。裝置。 CNCCNC裝置裝置主要用于控制機床的運動，完成各種曲線輪廓的主要用于控制機床的運動，完成各種曲線輪廓的加工。不論進行哪種曲線加工，加工。不論進行哪種曲線加工，CNCCNC裝置都執(zhí)行同一基本控制裝置都執(zhí)行同一基本控制流程，即流程，即首先首先讀取零件程序讀取零件程序( (輸人輸人) )，再再進行進行程序段的譯碼和預(yù)程序段的譯碼和預(yù)處理處理( (刀具補償處理和進給速度處理刀具補償處理和進給速度處理) )，然后然后根據(jù)程序段指令，根據(jù)程序段指令，進行插補計算和位置伺服控制。進行插補計算和位置伺服控制。 CNCCNC裝置

15、除了執(zhí)行基本控制流程外，還應(yīng)具有顯示、裝置除了執(zhí)行基本控制流程外，還應(yīng)具有顯示、I IO O處理及診斷等功能。處理及診斷等功能。154.3.2.1 4.3.2.1 數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)4.34.31.1.微處理器微處理器CPUCPU2.2.存儲器存儲器3.3.I IO O設(shè)備設(shè)備4.4.PLCPLC及開關(guān)量及開關(guān)量I IO O接口接口5.5.位置控制裝置位置控制裝置 (1)(1)開環(huán)控制開環(huán)控制 (2)(2)閉環(huán)控制閉環(huán)控制 (3)(3)半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制16(1)(1)開環(huán)控制開環(huán)控制4.34.3 這種控制方式通常不帶位置測量元件，伺服驅(qū)動元件為這種控制方式通常不帶位置測量元件

16、，伺服驅(qū)動元件為步進電動機或脈沖電動機。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運算，分步進電動機或脈沖電動機。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運算，分配出指令脈沖，每一個脈沖送給步進電動機或脈沖電動機，它就配出指令脈沖，每一個脈沖送給步進電動機或脈沖電動機，它就轉(zhuǎn)過一個角度，再通過傳動機構(gòu)使被控制的工作臺移動。轉(zhuǎn)過一個角度，再通過傳動機構(gòu)使被控制的工作臺移動。圖圖4-3 4-3 開環(huán)控制框圖開環(huán)控制框圖17(2)(2)閉環(huán)控制閉環(huán)控制4.34.3 這種控制方式這種控制方式必須必須有測量元件。如有測量元件。如圖圖4-44-4所示，所示，A A為速度測量為速度測量元件，元件，C C為位置測量元件。當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較

17、電路時，此為位置測量元件。當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動、沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉(zhuǎn)動，時若工作臺沒有移動、沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉(zhuǎn)動，通過通過A A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C C將工作實際位移將工作實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與指令值進行比較，用比較的差量反饋回去，在位置比較電路中與指令值進行比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止，即為閉環(huán)控制。值進行控制，直到差值消除為止，即為閉環(huán)控制。圖圖4-4 4-4 閉環(huán)控制框圖閉環(huán)控制框圖18(3)(3)半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制4.34.3 這種控制方式

18、對這種控制方式對工作臺的實際位置不進行檢測工作臺的實際位置不進行檢測，而是由，而是由與伺服電動機有聯(lián)系的測量元件與伺服電動機有聯(lián)系的測量元件( (如測速發(fā)電機如測速發(fā)電機A A和光電編碼器或和光電編碼器或分解器分解器B B等等) )間接檢測出伺服電動機的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際間接檢測出伺服電動機的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。圖圖4-5 4-5 半閉環(huán)控制框圖半閉環(huán)控制框圖194.3.2.2 CNC4.3.2.2 CNC裝置的主要功用裝置的主要功用4.34.31.1.輸入輸入2.2.譯碼譯碼3.3.

19、刀具補償?shù)毒哐a償4.4.進給速度處理進給速度處理5.5.插補插補6.6.位置控制位置控制7.7.開關(guān)量處理開關(guān)量處理8.8.顯示顯示9.9.診斷診斷204.3.2.3 4.3.2.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件數(shù)控系統(tǒng)軟件( (* *) ) 4.34.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件由管理軟件和控制軟件兩個部分組成。數(shù)控系統(tǒng)軟件由管理軟件和控制軟件兩個部分組成。 管理軟件管理軟件是監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理；是監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理；控制軟件控制軟件是根據(jù)是根據(jù)用戶編制的加工程序，控制機床運行。用戶編制的加工程序，控制機床運行。 1 1管理模塊程序設(shè)計管理模塊程序設(shè)計 該模塊應(yīng)根據(jù)軟件總體設(shè)計方案來安排，一般包

20、括：系統(tǒng)的初該模塊應(yīng)根據(jù)軟件總體設(shè)計方案來安排，一般包括：系統(tǒng)的初始化、鍵盤分析與顯示、數(shù)控程序讀人、指令分析、編輯修改和系始化、鍵盤分析與顯示、數(shù)控程序讀人、指令分析、編輯修改和系統(tǒng)診斷等。這些程序用來實現(xiàn)人機對話、系統(tǒng)監(jiān)控和指揮整個系統(tǒng)統(tǒng)診斷等。這些程序用來實現(xiàn)人機對話、系統(tǒng)監(jiān)控和指揮整個系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作，以完成程序規(guī)定的功能。軟件協(xié)調(diào)工作，以完成程序規(guī)定的功能。 2 2控制軟件控制軟件 (1)(1)插補軟件插補軟件 (2)(2)升降速處理軟件升降速處理軟件214.3.3 數(shù)控插補技術(shù)數(shù)控插補技術(shù)( (* *) ) 4.34.3 數(shù)控機床按加工路線可分為點位控制、點位直線控制數(shù)控機床按加工路線可分為點位控制、點位直線控制和輪廓控制三類。和輪廓控制三類。 1 1點位控制系統(tǒng)與點位直線切削控制系統(tǒng)點位控制系統(tǒng)與點位直線切削控制系統(tǒng) 2 2輪廓控制系統(tǒng)輪廓控制系統(tǒng) 3 3插補方法插補方法圖圖4-6