中北大學(xué)機(jī)械CADCAM技術(shù)第八章數(shù)控編程和仿真

1、第八章 數(shù)控編程和仿真8.1 數(shù)控編程方法及其發(fā)展8.2 數(shù)控編程系統(tǒng)中基本概念與術(shù)語8.3 數(shù)控編程中的刀位計算8.4 數(shù)控編程中的工藝策略8.5 后置處理及DNC8.1 數(shù)控編程方法及其發(fā)展 1、手工編程2、數(shù)控語言自動編程3、CAD/CAM系統(tǒng)自動編程工藝分析數(shù)值計算NC程序編制輸入NC程序首件試切修改零件圖零件圖手工編程特點：手工編程特點： 不需輔助工具，效率低、出錯率高，難以對復(fù)雜零件編程。 1、手工編程2、數(shù)控語言自動編程輸入編譯數(shù)值處理刀位文件CLDATA后置處理機(jī)床加工穿孔紙帶磁盤零件圖樣數(shù)控語言零件源程序程序員計算機(jī)原理原理：應(yīng)用專用數(shù)控語言編制零件源程序，經(jīng)編譯生成刀具運動

2、軌跡，和中性刀位文件(CLData File)，經(jīng)后置處理生成相應(yīng)機(jī)床數(shù)控加工程序。特點：特點：比手工編程效率高，解決復(fù)雜曲面編程問題。但專用詞匯及語句格式繁多，仍存在編程效率與機(jī)床加工速度間的矛盾。數(shù)控語言的產(chǎn)生與發(fā)展 1952年MIT開始研究數(shù)控自動編程； 1954年公布APT自動編程系統(tǒng)； 之后的近40年不斷推出新版本，如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等； 德國EXAPT、法國IFAPT； 日本FAPT； 我國在上世紀(jì)70年代推出SKC、ZCX車銑編程系統(tǒng)。數(shù)控語言數(shù)控語言APTAPT簡介簡介APT數(shù)控語言格式數(shù)控語言格式： 命令/參數(shù) 例：GODLTA/2

3、0,20,-5 增量走刀數(shù)控語言常用語句：數(shù)控語言常用語句： 初始語句初始語句： 例：PARNO 幾何定義語句幾何定義語句：例 POINT、LINE、CIRCLE、PLANE等 刀具定義語句刀具定義語句：例 CUTTER 刀具運動語句刀具運動語句：例 GOLFT、GORGT、GOFWD等 切削用量語句切削用量語句：例 FEDRAT、SPEED等 容許誤差語句容許誤差語句：例OUTTOL、INTOL 后置處理語句后置處理語句：例 MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等加工圖示零件加工圖示零件APTAPT源程序：源程序： PARTNO/TEMPLATE ；初始語句，TEMPLATE為

4、程序名稱 MACHINE/FANUC,6M；后置處理程序的調(diào)用 CLPRNT ；打印刀具軌跡數(shù)據(jù) OUTTOL/0.002 ；外輪廓逼近容差 INTOL/0.002 ；內(nèi)輪廓逼近容差 CUTTER/10 ；平頭立銑刀，直徑=10mm L1=LINE/20,20,20,70 ；定義直線L1 幾何定義幾何定義 L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1 ；定義直線L2 L4=LINE/20,20,46,20 ；定義直線L4 L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4 ；定義直線L3 C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RAD

5、IUS,10 ；定義圓弧C1 XYPL=PLANE/0,0,1,0 ；定義平面XYPL SETPT=POINT/-10,-10,10 FROM/SETPT ；指定起刀點 運動軌跡定義運動軌跡定義 FEDRAT/2400 ；快速進(jìn)給 GODLTA/20,20,-5 ；增量走刀 SPINDL/ON ；主軸啟動 COOLNT/ON ；冷卻液開 FEDRAT/100 ；指定切削速度 GO/TO,L1,TO,XYPL,TO,L4 ；初始運動指定 TLLFT,GOLFT/L1,PAST L2 ；沿直線L1左邊切削直至超過直線L2 GORGT/L2,TANTO,C1 ；右轉(zhuǎn)切削L2直至切于圓C1 GOFWD

6、/C1,PAST,L3 ；沿圓C1切削直至超過L3 GOFWD/L3,PAST,L4 ；沿直線L3切削直至超過L4 GORGT/L4,PAST,L1 ；右轉(zhuǎn)切削L4直至超過L1 GODLTA/0,0,10 ；增量走刀 SPINDL/OFF ；主軸停止 FEDRAT/2400 ；快速進(jìn)給 GOTO/SETPT ；返回起刀點 END ；機(jī)床停止 FINI ；零件源程序結(jié)束3、CAD/CAM系統(tǒng)自動編程CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控編程原理CAD造型加工工藝分析加工面選擇工藝參數(shù)確定刀軌文件生成刀位驗證編輯修改后置處理加工仿真機(jī)床加工加工參數(shù)庫刀具庫材料庫手工編程數(shù)控語言自動編程CAD/CAM系統(tǒng)自動編程無

7、須軟件工具效率低，出錯率高需記憶數(shù)控代碼難以完成復(fù)雜型面編程能從事復(fù)雜型面編程不需記憶具體數(shù)控代碼編程量大沒有圖形支持用戶不需編源程序有圖形支持便于實現(xiàn)系統(tǒng)集成幾種數(shù)控編程方法的比較幾種數(shù)控編程方法的比較8.2 數(shù)控編程系統(tǒng)中的基本概念和術(shù)語1 1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)2 2、常用切削刀具、常用切削刀具3 3、刀具運動控制面、刀具運動控制面4 4、切削加工中的階段劃分、切削加工中的階段劃分 1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)定義數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)定義（假設(shè)工件不動，刀具相對工件運動） Z Z軸：軸：與主軸平行，正向-使工件尺寸增大方向 X X軸：軸：與工件裝夾面平行，

8、水平，與Z軸垂直 車床：沿工件徑向，離開工件軸線方向為正向 銑床 臥式：由主軸向工件看，右手方向為正向 立式：由主軸向立柱看，右手方向為正向 Y Y軸：軸：與Z,X軸垂直，符合右手定律 A,B,CA,B,C軸軸：分別繞X,Y,Z軸右旋前進(jìn)方向WILLEMIN公司(瑞士威力銘 )主軸可擺動的五軸加工中心機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系MCSMCS（Machine Coordinate System)： 有固定的坐標(biāo)原點，是機(jī)床廠商通過回零開關(guān)由硬件設(shè)定。參考坐標(biāo)系參考坐標(biāo)系RCSRCS（Reference Coordinate System)： 是用戶為了編程方便，通過G代碼由軟件設(shè)定，坐標(biāo)原點不固定。2

9、2、常用切削刀具、常用切削刀具 球頭銑刀 圓角銑刀 平底銑刀刀觸點：刀觸點：在加工過程中刀具與工件的實際接觸點(A)。刀位點：刀位點： 數(shù)控編程中用以表示刀具位置的坐標(biāo)點(O)。 球頭刀設(shè)于球心，圓角銑刀和平底銑刀位于端面中心刀位點計算：刀位點計算：計算接觸點處法向量沿法向量從A點偏移圓角半徑r沿刀具徑向偏移（R-r) (R-刀具半徑)沿刀具軸線向刀具端部移動ra)5參數(shù) b)7參數(shù) c)10參數(shù) 刀具參數(shù)定義刀具參數(shù)定義3 3、刀具運動控制面、刀具運動控制面零件面：零件面：零件上已加工生成的表面，用以控制切削深度；導(dǎo)動面：導(dǎo)動面：控引導(dǎo)刀具運動的面，用以控制刀具運動方向；檢查面：檢查面：確定

10、走刀的終止位置，檢查切削過程的干涉。刀具與導(dǎo)動面的關(guān)系刀具與導(dǎo)動面的關(guān)系刀具與檢查面的關(guān)系刀具與檢查面的關(guān)系4 4、切削加工中的階段劃分、切削加工中的階段劃分起始運動階段 接近運動階段 切入運動階段切削加工階段 退出切削階段 返回階段8.3 數(shù)控編程中的刀位計算1 1、非圓曲線刀位點計算、非圓曲線刀位點計算2 2、球頭銑刀行距的確定、球頭銑刀行距的確定3 3、平面型腔加工刀位點的計算、平面型腔加工刀位點的計算4 4、轉(zhuǎn)角過渡處理、轉(zhuǎn)角過渡處理5 5、曲面加工中的刀位計算、曲面加工中的刀位計算6 6、刀具干涉檢驗、刀具干涉檢驗1 1、非圓曲線刀位點計算、非圓曲線刀位點計算直線段逼近直線段逼近各直

11、線逼近方法比較各直線逼近方法比較等間距法等弦長法等誤差法計算簡單，合理間距選取是關(guān)鍵以最小曲率半徑處加工精度確定弦長分割線段多，求解最小曲率半徑是關(guān)鍵計算過程復(fù)雜，分割的程序段少雙圓弧段逼近雙圓弧段逼近直線元素 內(nèi)切雙圓弧 外切雙圓弧 P1,p2,p3,p4 P1,p4在p2p3 P1,p4在p2p3 接近一直線 連線同側(cè) 連線兩側(cè) (- 0.05)2 2、球頭銑刀行距的確定、球頭銑刀行距的確定）刀H2(2rHs平面平面曲面曲面殘留高度殘留高度H 90) 延長兩軌跡B1D、DB2構(gòu)成形成尖角c)方角過度方角過度：（夾角 90) 在兩附加軌跡段之間插入過渡直線D1D2，使B1D1=B2D2=BB

12、1 d)三角過度三角過度：應(yīng)用較少。5 5、曲面加工中的刀位計算、曲面加工中的刀位計算),(vuPP 2121vvvuuu參數(shù)曲面參數(shù)域等參數(shù)曲線法：等參數(shù)曲線法： 刀具沿參數(shù)曲面 向或 向等參數(shù)線進(jìn)行切削加工，計算速度快。uuv任意切片法：任意切片法： 刀具沿參數(shù)曲面與一組平行平面截交線 進(jìn)行切削加工，這種方法刀位計算消耗時間較長。等高線法等高線法： 刀具由高到低沿參數(shù)曲面與一組水平平面截交線進(jìn)行切削加工，這種方法刀位計算時間最長。6 6、刀具干涉檢驗、刀具干涉檢驗 數(shù)控加工過程中，加工表面曲率半徑小于刀具半徑時的過切現(xiàn)象。刀具運動方向的干涉檢查刀具運動方向的干涉檢查 運動方向上存在的干涉可

13、排除 非運動方向上的干涉不能排除全方位干涉檢查全方位干涉檢查 通過計算刀具中心到離散小曲面片距離檢查。曲面曲率變化大測點多曲面平坦，檢測點少8.4 數(shù)控編程中的工藝策略1 1、粗精加工的工藝選擇、粗精加工的工藝選擇2 2、刀具的切入和切出引導(dǎo)、刀具的切入和切出引導(dǎo)3 3、加工路線的確定及優(yōu)化、加工路線的確定及優(yōu)化刀具的選用刀具的選用 粗加工粗加工：是切除絕大部分多余材料，切削用量較大，刀具負(fù)荷重，一般選用平底銑刀，刀具的直徑盡可能選大。 精加工：精加工：是保證加工面精度要求，切削用量較小，刀具負(fù)荷輕，根據(jù)加工表面形狀可選擇平底刀、球頭刀或圓角銑刀。應(yīng)優(yōu)先選用平底刀，應(yīng)盡量選擇圓角銑刀，而少用球

14、頭刀。 在刀具直徑選擇上：在刀具直徑選擇上：先用大直徑刀具完成大部分的曲面加工，再用小直徑刀具進(jìn)行清角或局部加工。1 1、粗精加工的工藝選擇、粗精加工的工藝選擇加工路徑的選擇加工路徑的選擇粗加工：粗加工：加工路徑一般選擇單向切削，可保證切削過程 穩(wěn)定，可避免順逆銑工作狀態(tài)的變化。精加工：精加工：切削力較小，對順逆銑反映不敏感，加工路徑 可采用雙向切削，以減少空行程，提高切削效率。進(jìn)刀方式的選擇進(jìn)刀方式的選擇 粗加工粗加工：主要考慮刀具切削刃強(qiáng)度； 精加工精加工：主要考慮被加工表面質(zhì)量。 銑刀端面刃切削能力差，對于型腔加工可采用斜角切入。粗加工一般采用分層切削 2 2、刀具的切入和切出引導(dǎo)、刀具

15、的切入和切出引導(dǎo)二維圓弧切入二維圓弧切入/切出引導(dǎo)切出引導(dǎo)二維圓弧切入二維圓弧切入/切出引導(dǎo)應(yīng)用實例切出引導(dǎo)應(yīng)用實例二維垂直切入二維垂直切入/切出切出引導(dǎo)應(yīng)用實例引導(dǎo)應(yīng)用實例二維平行切入二維平行切入/切出切出引導(dǎo)應(yīng)用實例引導(dǎo)應(yīng)用實例潛入式 水平式 法向式 切向式三維切削刀具切入切出引導(dǎo)三維切削刀具切入切出引導(dǎo)3 3、加工路線的確定及優(yōu)化、加工路線的確定及優(yōu)化加工路線確定原則加工路線確定原則：獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量走刀路線短空程少數(shù)據(jù)計算工作量小a)沿直紋母線走刀好b)沿橫截面線走刀不好加工路線確定實例 a)行切法 b)環(huán)切法 c)綜合法 計算簡單 表面質(zhì)量好 兩者綜合型腔加工路線確定型腔

16、加工路線確定 a)水平走刀 b)沿最長路徑角度走刀 好 不好走刀角度的選擇走刀角度的選擇孔加工相鄰距離最近優(yōu)化法孔加工相鄰距離最近優(yōu)化法孔加工例圖通常加工序列優(yōu)化加工序列可節(jié)省近一半定位時間孔加工配對優(yōu)化法孔加工配對優(yōu)化法使用不同刀具時的優(yōu)化使用不同刀具時的優(yōu)化不好 好8.5 后置處理及DNC后置處理：后置處理：刀位計算后，CAM系統(tǒng)將生成一個刀位文件,該文件不能直接送給數(shù)控機(jī)床使用，尚需其轉(zhuǎn)換為機(jī)床控制代碼。10 TOOL PATH/P2, TOOL, T220 TLDATA/MILL, 0.3750, 0.0000, 1.0000, 0.0000, 0.000030 MSYS/0.0000

17、000, 0.0000000, 0.0000000, 1.0000000 0.0000000, 0.0000000, 0.0000000, 1.0000000, 0.000000040 PAINT/PATH50 PAINT/SPEED,560 PAINT/TOOL,FULL,170 PAINT/COLOR,180 RAPID90 GOTO/-0.2875,3.2861,0.5000100 PAINT/COLOR,3110 FEDRAT/IPM,10.0000120 GOTO/0.0000,3.2861,0.5000130 GOTO/6.0000,3.2861,0.5000140 PAINT/C

18、OLOR,1150 RAPID160 GOTO/6.0000,3.3361,0.5500170 PAINT/SPEED,10180 PAINT/TOOL,NOMORE190 END-OF-PATH 典型的刀位文件典型的刀位文件CLSCLS 專用后置處理模塊工作原理專用后置處理模塊工作原理刀位文件CLSFanuc后置處理模塊Fagor后置處理模塊Siemens后置處理模塊Fanuc系統(tǒng)NC代碼Fagor系統(tǒng)NC代碼Siemens系統(tǒng)NC代碼通用后置處理模塊工作原理（如通用后置處理模塊工作原理（如UG）機(jī)床數(shù)據(jù)文件生成器MDFG通用后置處理模塊機(jī)床NC代碼刀位文件CLS機(jī)床數(shù)據(jù)文件MDFDNCDNC含義含義： a)BTR(Behind Taper Reader)b)MCU（Machine Control Unit）目前目前DNC兩種不同注釋兩種不同注釋：DNCDNC：Direct Numeric ControlDNCDNC：Distributed Numerical ControlDNCDNC通信接口：通信接口： 25針RS232C串行接口 DNCDNC通信協(xié)議通信協(xié)議： 字符位數(shù)：字符位數(shù)： EIA標(biāo)準(zhǔn) 7位， ISO標(biāo)準(zhǔn) 8位 奇偶校驗位奇偶校驗位：奇數(shù)位校驗（Odd) 偶數(shù)位校驗（Even) 停止位停止位： 1位或位 傳