計(jì)算機(jī)輔助制造

1、計(jì)算機(jī)輔助制造一.計(jì)算機(jī)輔助制造的概念二.計(jì)算機(jī)輔助制造的發(fā)展歷程三.基本組成四.CAD/CAM系統(tǒng)編程五.數(shù)控語言編程1一.計(jì)算機(jī)輔助制造的概念計(jì)算機(jī)輔助制造是指在機(jī)械制造業(yè)中，利用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)通過各種數(shù)值控制機(jī)床和設(shè)備，自動(dòng)完成離散產(chǎn)品的加工、裝配 、檢測和包裝等制造過程。簡稱cam。2計(jì)算機(jī)輔助制造應(yīng)用除cam的狹義定義外，國際計(jì)算機(jī)輔助制造組織（ cam-i ）關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助制造有一個(gè)廣義的定義：“通過直接的或間接的計(jì)算機(jī)與企業(yè)的物質(zhì)資源或人力資源的聯(lián)接界面，把計(jì)算機(jī)技術(shù)有效地應(yīng)用于企業(yè)的管理、控制和加工操作?！卑凑者@一定義，計(jì)算機(jī)輔助制造包括企業(yè)生產(chǎn)信息管理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad

2、 ）和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)、制造3部分。計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn) 、制造又包括連續(xù)生產(chǎn)過程控制和離散零件自動(dòng)制造兩種計(jì)算機(jī)控制方式。這種廣義的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)又稱為整體制造系統(tǒng)（ims）。采用計(jì)算機(jī)輔助制造零件、部件，可改善對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和品種多變的適應(yīng)能力，提高加工速CAM系統(tǒng)及包括的內(nèi)容度和生產(chǎn)自動(dòng)化水平，縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和批量生產(chǎn)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。3二.計(jì)算機(jī)輔助制造的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)輔助制造的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。 1952年美國麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機(jī)床。此后發(fā)展了一系列

3、的數(shù)控機(jī)床，包括稱為“加工中心”的多功能機(jī)床，能計(jì)算機(jī)輔助制造仿真從刀庫中自動(dòng)換刀和自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。加工程序的編制不但需要相當(dāng)多的人工，而且容易出錯(cuò)，最早的CAM便是計(jì)算機(jī)輔助加工零件編程工作。麻省理工學(xué)院于1950年研究開發(fā)數(shù)控機(jī)床的加工零件編程語言APT，它是類似FORTRAN的高級語言。增強(qiáng)了幾何定義、刀具運(yùn)動(dòng)等語句，應(yīng)用APT使編寫程序變得簡單。這種計(jì)算機(jī)輔助編程是批處理的。 4CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動(dòng)化兩方面的功能。CAM所涉及的范

4、圍，包括計(jì)算機(jī)數(shù)控，計(jì)算機(jī)輔助過程設(shè)計(jì)數(shù)控除了在機(jī)床應(yīng)用以外，還廣泛地用于其它各種設(shè)備的控制，如沖壓機(jī)、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動(dòng)繪圖儀、焊接機(jī)、裝配機(jī)、檢查機(jī)、自動(dòng)編織機(jī)、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個(gè)相應(yīng)行業(yè)CAM的基礎(chǔ)。 5計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測一個(gè)廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個(gè)總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。 從自動(dòng)化的角度看，數(shù)控機(jī)床加工是一個(gè)工序自動(dòng)化的加工過程，加工中心是實(shí)現(xiàn)零件部分或全部機(jī)械加工過程自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動(dòng)化加工過程，

5、而計(jì)算機(jī)輔助制造是計(jì)算機(jī)進(jìn)入制造過程這樣一個(gè)總的概念。 6一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩計(jì)算機(jī)輔助制造工藝級或三級計(jì)算機(jī)組成，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過處理的信息，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作，并對下屬的計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過程或管理工作。 計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲(chǔ)裝置、檢測裝置、計(jì)算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)

6、量控制等。7三.基本組成（一）數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的控制部分，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機(jī)交互的方式生 數(shù)控系統(tǒng)功能成數(shù)控加工程序，然后通過電脈沖數(shù)，再經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)機(jī)床部件作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。 8傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床（NC）上，零件的加工信息是存儲(chǔ)在數(shù)控紙帶上的，通過光電閱讀機(jī)讀取數(shù)控紙帶上的信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工控制。后來發(fā)展到計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），功能得到很大的提高，可以將一次加工的所有信?閱讀機(jī)。更先進(jìn)的CNC機(jī)床甚至可以去掉光電閱讀機(jī)，直接在計(jì)算機(jī)上編程，或者直接接收來自CAPP的信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。后一種CNC機(jī)床是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)常

7、具有以下功能： 9 (1) 多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制; (2) 刀具位置補(bǔ)償; (3) 系統(tǒng)故障診斷; (4) 在線編程; (5) 加工、編程并行作業(yè); (6) 加工仿真; (7) 刀具管理和監(jiān)控; (8) 在線檢測。 10（二）數(shù)控編程原理 所謂數(shù)控編程是根據(jù)來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動(dòng)或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)）兩種系統(tǒng)。其中ISO代碼是七位補(bǔ)偶代碼，即第8位為補(bǔ)偶位；而EIA代碼是六位補(bǔ)奇碼，即第5列為補(bǔ)奇位。補(bǔ)偶和補(bǔ)奇的目的是為了便于檢驗(yàn)紙帶閱讀機(jī)的讀錯(cuò)信息。一般的數(shù)控程序是由程序字組成，而程

8、序字則是由用英文字母代表的地址碼和地址碼后的數(shù)字和符號組成。每個(gè)程序都代表著一個(gè)特殊功能，如G00表示點(diǎn)位控制，G33表示等螺距螺紋切削，M05表示主軸停轉(zhuǎn)等。一般情況下，一條數(shù)控加工指令是若干個(gè)程序字組成的，如N012G00G49X070Y055T21中的N012表示第12條指令，G00表示點(diǎn)位控制，G49表示刀補(bǔ)準(zhǔn)備功能，X070和Y055表示X和Y的坐標(biāo)值，T21表示刀具編號指令。整個(gè)指令的意義是：快速運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)（70，55），一號刀取2號撥盤上刀補(bǔ)值。11四.CAD/CAM系統(tǒng)編程采用數(shù)控語言編程雖比手工編程簡化許多，但仍需要編程人員編寫源程序，仍比較費(fèi)時(shí)。為此，后來又發(fā)CAD/CAM系

9、統(tǒng)編程展了CAD/CAM編程技術(shù)。到目前幾乎所有大型CAD/CAM應(yīng)用軟件都具備數(shù)控編程功能。在使用這種系統(tǒng)編程時(shí)，編程人員不需要編寫數(shù)控源程序，只需要從CAD數(shù)據(jù)庫中調(diào)出零件圖形文件，并顯示在屏幕上，采用多級功能菜單作為人機(jī)界面。編程過程中，系統(tǒng)還會(huì)給出大量的提示。這種方式操作方便，容易學(xué)習(xí)，又可大大提高編程效率。一般CAD/CAM系統(tǒng)編程部分都包括下面的基本內(nèi)容：查詢被加工部位圖形元素的幾何信息；對設(shè)計(jì)信息進(jìn)行工藝處理；刀具中心軌跡計(jì)算；定義刀具類型；定義刀位文件數(shù)據(jù)。12對于一些功能強(qiáng)大的CAD/CAM系統(tǒng)，甚至還包括數(shù)據(jù)后置處理器，自動(dòng)生成數(shù)控加工源程序，并進(jìn)行加工模擬，用來檢驗(yàn)數(shù)控程序的正確性。圖3-4-5為這種系統(tǒng)的示意圖。13五.數(shù)控語言編程使用數(shù)控語言編程往往被稱為“自動(dòng)編程”，這種叫法來源于APT（Automatically Programmed Tools）數(shù)控編程語言。事實(shí)上，它并不是自動(dòng)化的編程工具，只是比手工編程前進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)了用“高級編程語言”來編寫數(shù)控程序。用數(shù)控語言編程就是用專用的語言和符號來描述零件的幾何形狀和刀具相對零件運(yùn)動(dòng)的軌跡、順序和其他 14 由于采用類似于計(jì)算機(jī)高級語言的數(shù)控語言來描述加工過程，大大簡化了編程過程，特別是省去了數(shù)值計(jì)算過程，提高了編程效率。用數(shù)控語言編寫的程序稱為源程序，計(jì)算機(jī)接受源程序后，首先進(jìn)行