數(shù)控編程第二十四講

數(shù)控編程第二十四講1第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三三、交互式圖形數(shù)控編程1、概述語言自動(dòng)編程提高了編程的速度和精度。但存在缺點(diǎn)：用語言形式描述幾何圖形信息和加工過程，再有計(jì)算機(jī)處理生成加工程序，直觀性差；編程過程比較復(fù)雜，不易掌握，編制過程中不便于階段性檢查；零件模型收語言描述能力的限制，也使系統(tǒng)的幾何定義部分過于龐大；零件的設(shè)計(jì)與加工之間適用圖紙傳遞數(shù)據(jù)，阻礙了設(shè)計(jì)與直至一體化。第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三“圖像數(shù)控編程技術(shù)”有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示、交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成、走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等問題，推動(dòng)了CAD/CAM向一體化方向發(fā)展。如圖，為圖形數(shù)控編程系統(tǒng)的組成，其中幾何數(shù)據(jù)庫管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心。第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三一般的，利用圖形數(shù)控編程系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，首先要對(duì)加工零件進(jìn)行幾何造型，然后對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行后置處理。（1）幾何造型所謂幾何造型是指物體的計(jì)算機(jī)表示方法。三維幾何造型分為兩類：實(shí)體造型和線框造型。實(shí)體造型以圖模型和布爾模型為幾何造型的基礎(chǔ)，側(cè)重于零件的工程分析，所示在CAD基礎(chǔ)上擴(kuò)充了數(shù)控加工功能。第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三如美國IBM的CADAM、美國SDRC的I-DEAS、英國CIS的MEDUSA、美國PTC的Pro/ENGINEER等，均CADCAM集成。線框造型以非均勻有理B樣條(NURBS)為模型，以線素方式定義幾何造型，解決三維曲線和曲面的表示方法，曲面求交等。是以曲面建模技術(shù)和數(shù)控加工相結(jié)合為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展起來的一種體系。如美國CNCSoftware的MasterCAM，美國MICROCONTROLSYSTEMS的SurfCAM等。第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三軟件的選擇首先搞清需求，即軟件的功能要與加工對(duì)象及現(xiàn)有數(shù)控加工能力相適應(yīng)，關(guān)鍵是零件的幾何造型、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算和后置處理功能。軟件的先進(jìn)性還體現(xiàn)在方便和直觀的幾何造型和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的編輯、加工過程的三維仿真、支持?jǐn)?shù)控機(jī)床多軸聯(lián)動(dòng)功能，以及通訊功能。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（2）刀位軌跡的生成刀位軌跡的生成可分成四種情況：點(diǎn)位加工、平面輪廓加工、槽腔加工和曲面加工。1）點(diǎn)位加工時(shí)的刀位軌跡一般通過指點(diǎn)菜單或輸入命令激活刀位軌跡生成的功能，之后，按提示在圖形上用光標(biāo)指點(diǎn)出編程原點(diǎn)、選擇好加工目標(biāo)圖形、輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，刀位軌跡就會(huì)自動(dòng)生成并顯示，同時(shí)生成刀位軌跡文件。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三2）輪廓加工時(shí)的刀位軌跡此時(shí)有兩種方法：①采用交互繪圖的方法，使用造等距線的指令，將加工輪廓線按實(shí)際情況左偏或右偏一個(gè)刀具半徑，直接在屏幕上生成加工刀位軌跡，并交互編程。適于無刀補(bǔ)功能的控制系統(tǒng)。第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三②直接對(duì)零件的輪廓圖形進(jìn)行編程。在編程過程中除了要按提示輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，并用光標(biāo)指定編程原點(diǎn)、起刀點(diǎn)、起切線或走刀方向及退刀點(diǎn)之外，還要根據(jù)提示指定刀補(bǔ)方式并選擇零件輪廓作為加工目標(biāo)，軟件自動(dòng)編程并加入刀補(bǔ)指令。機(jī)床要有刀補(bǔ)功能。第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（3）槽腔零件加工時(shí)的刀位軌跡也有兩種刀位軌跡生成方法：①把槽腔加工作為輪廓加工的一種特例來處理。采用交互繪圖的方法，使用造等距線的指令及其他圖形編輯修改指令交互繪制生成環(huán)形或之字形刀位軌跡，然后進(jìn)行交互編程。②在激活刀位軌跡生成命令后，對(duì)照?qǐng)D形用光標(biāo)交互地指定槽腔的邊界圖形及中間的弧島圖形，并指點(diǎn)編程原點(diǎn)、起刀點(diǎn)、退刀點(diǎn)、交互地輸入加工參數(shù)、刀具半徑、起刀方式（環(huán)形或之字形），軟件自動(dòng)生成加工刀位軌跡。第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三4）曲面加工時(shí)的刀位軌跡在曲面造型完成之后，進(jìn)入刀位軌跡生成的分菜單，選取相應(yīng)的菜單項(xiàng)，輸入相應(yīng)參數(shù)，軟件自動(dòng)生成刀位軌跡文件。①截面線造型法。適用于零件圖已給出曲面若干截面線型值點(diǎn)的坐標(biāo)值的情況，先用曲線擬合指令將各截面線的型值點(diǎn)擬合成曲線，然后再用曲面擬合指令將各截面線擬合成光滑曲面。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三②回轉(zhuǎn)曲面造型法。適用于各種回轉(zhuǎn)面的造型。首先根據(jù)零件圖給出的已知條件構(gòu)造母線（可以是直線、圓弧或各種平面曲線）。然后用回轉(zhuǎn)面生成指令，令母線繞指定軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)指定的角度，生成回轉(zhuǎn)曲面。③型值點(diǎn)造型法。適用于零件圖已給出了曲面上的若干型值點(diǎn)的情況，此時(shí)利用以點(diǎn)擬合曲面的指令，直接擬合曲面。第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三④邊界線造型法。適用于零件圖已給出了曲面的四個(gè)邊界線的數(shù)據(jù)的情況。此時(shí)首先生成邊界線，然后用相應(yīng)的邊界線曲面擬合指令，擬合出曲面。⑤曲線掃描造型法。此時(shí)零件圖給出的是一條掃描母線和一條導(dǎo)動(dòng)線的數(shù)據(jù)?？上葮?gòu)造掃描母線和導(dǎo)動(dòng)線，然后用相應(yīng)的指令，讓掃描母線沿導(dǎo)動(dòng)線運(yùn)動(dòng)而生成曲面。第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（3）后置處理后置處理的目的是形成數(shù)控指令文件。由于各種機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所以所使用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同。在后置處理前，編程人員需對(duì)該文件進(jìn)行編輯，按文件規(guī)定的格式定義數(shù)控指令文件所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容。軟件在執(zhí)行后置處理命令時(shí)將自動(dòng)按設(shè)計(jì)文件定義的內(nèi)容，輸出所需的數(shù)控指令文件。有些軟件采用固定的模塊化結(jié)構(gòu)，其功能模塊和控制系統(tǒng)是一一對(duì)應(yīng)的，后置處理過程已經(jīng)固化在模塊中，在生成刀位軌跡的同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行后置處理。第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三2、MasterCAM軟件MasterCAM軟件是由美國CNCSoftware公司于1984年推出的基于微機(jī)平臺(tái)的CAD/CAM系統(tǒng)。MasterCAM早期的3.0版本對(duì)三維圖形只有線框造型處理功能；4.0版本起增加了曲面造型功能；5.0版本增強(qiáng)了曲面、高階曲線的生成、編輯功能、多曲面的過渡倒圓處理、多重曲面的連續(xù)加工、曲面的過切檢查和消除等功能；第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三MasterCAM介紹CNCSoftware公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM----Mastercam8.0的基本功能，共分為五部分：一、Mastercam簡介二、Mastercam8.0窗口三、繪制二維圖形四、三維實(shí)體造型五、機(jī)械加工基礎(chǔ)第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三一、Mastercam簡介Mastercam是美國CNC公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件。自1984年誕生以來，就以其強(qiáng)大的加工功能聞名于世根據(jù)國際CAD/CAM領(lǐng)域的權(quán)威調(diào)查公司CIMdata.Inc.的最新數(shù)據(jù)顯示，它的裝機(jī)量居世界第一。它作為基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件,雖然不如工作站級(jí)軟件功能全,模塊多,但就其性能價(jià)格比來說更有靈活性,對(duì)硬件的要求不高，操作靈活。第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三安裝和運(yùn)行Mastercam8.0要求系統(tǒng)具備以下條件：操作系統(tǒng)：Windows9.x/NT/2000;內(nèi)存：最低16MB內(nèi)存，建議使用64MB內(nèi)存；硬盤：240MB以上；安裝和運(yùn)行Mastercam8.0要求系統(tǒng)具備以下條件：CPU:486/33即可安裝并運(yùn)行Mastercam8.0，但其速度很慢，建議用Pentium133以上的CPU；顯示器：800x600VGA；CD-ROM：倍速以上。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三二、Mastercam8.0窗口界面第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三三、繪制二維圖形這部分內(nèi)容將介紹如何使用Mastercam中的繪圖命令來繪制二維圖形，主要是介紹繪制直線和繪制圓弧的命令,同時(shí)舉一個(gè)繪制多邊形的例子。3.1繪制直線在主菜單中依次選擇Create--Line在主菜單區(qū)彈出如圖所示的Line子菜單。第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了7.0和8.0，在很大程度上增強(qiáng)了造型編輯功能和工藝處理能力。軟件完成包含從圖形生成、編輯、幾何變換、圖形接口轉(zhuǎn)換到刀具運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算、工藝參數(shù)輸入、通用后置程序處理、加工過程仿真及和機(jī)床通訊。對(duì)于MasterCAM，將專門安排講解。第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三第四章計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)CNC的軌跡控制原理第四節(jié)進(jìn)給速度和加減速控制第五節(jié)CNC的輸入輸出與通信功能第三節(jié)刀具位置補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償?shù)诙?，共三十九頁，編輯?023年，星期三第四章第一節(jié)概述一、CNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能二、CNC的硬件結(jié)構(gòu)三、CNC的軟件結(jié)構(gòu)第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三一、CNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能1、數(shù)字控制的任務(wù)數(shù)控機(jī)床的任務(wù)，主要在于制造各種規(guī)定的幾何形狀。機(jī)械制造技術(shù)中，被加工零件的幾何形狀千變?nèi)f化，主要有回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件。從控制技術(shù)觀點(diǎn)來分析各種加工方法時(shí)，主要著眼于幾何規(guī)律方面的控制。第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三機(jī)械制造工藝中的數(shù)字控制就是使工件與刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成規(guī)定的幾何軌跡，及一些輔助控制。機(jī)床數(shù)字控制的根本任務(wù)就是運(yùn)動(dòng)軌跡程量控制和開關(guān)量控制?？傮w采用G、M代碼和S、T、F等。柔性自動(dòng)化要求CNC具有通信和DNC功能。市場個(gè)性化和適應(yīng)性要求CNC自身具有結(jié)構(gòu)上的開放性和功能上的可重構(gòu)性。第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三2、CNC系統(tǒng)的組成。根據(jù)機(jī)床數(shù)字控制任務(wù)，CNC系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)作為控制部件，通過常駐在其內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，從而能對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。只要改變計(jì)算機(jī)的控制軟件就能實(shí)現(xiàn)一種新的控制方法，這是CNC的最大特點(diǎn)，其基本結(jié)構(gòu)組成如圖。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三圖中給出了整個(gè)機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成框圖，是在通?？傮w考慮機(jī)床控制功能意義上的概念。實(shí)際的CNC可以不含伺服驅(qū)動(dòng)和某些輸入輸出設(shè)備。第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三3、CNC控制器一般的工作過程CNC的工作是在計(jì)算機(jī)硬件的支持下，執(zhí)行軟件控制功能的全過程。（1）輸入：輸入CNC控制器通常有零件程序、機(jī)床參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。機(jī)床參數(shù)和除刀具尺寸外的補(bǔ)償數(shù)據(jù)一般在機(jī)床出廠或在用戶安裝調(diào)試時(shí)已設(shè)定好，所以主要是零件程序和刀具尺寸補(bǔ)償數(shù)據(jù)的輸入。輸入形式有光電閱讀機(jī)紙帶輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入和連接上級(jí)計(jì)算機(jī)的DNC接口輸入。CNC輸入工作方式有存儲(chǔ)方式和NC方式，前者將整個(gè)零件程序全部輸入再調(diào)出，后者邊輸入邊加工。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（2）譯碼譯碼處理是將零件程序的一個(gè)程序段作為單位進(jìn)行處理。譯碼處理將零件輪廓信息、進(jìn)給速度F和其他輔助信息（M、S、T）解釋后，存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。在譯碼過程中還要完成對(duì)程序段的語法檢查，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即報(bào)警。（3）刀具補(bǔ)償：刀具補(bǔ)償是指刀具長度和刀具半徑的補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償作用就是把零件輪廓軌跡按已定的刀具尺寸數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。高檔CNC刀具補(bǔ)償還包括程序段之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)接和過切削判斷，即C刀具補(bǔ)償功能。第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（4）進(jìn)給速度處理：數(shù)控加工程序給定的刀具相對(duì)工件的移動(dòng)速度是在各坐標(biāo)合成運(yùn)動(dòng)方向上的速度，即F代碼指令值。速度處理先按合成速度來計(jì)算各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向的分速度，為插補(bǔ)時(shí)計(jì)算各進(jìn)給坐標(biāo)的行程量準(zhǔn)備。同時(shí)處理機(jī)床的最低和最高速度限制及自動(dòng)加減速。（5）插補(bǔ)：要進(jìn)行軌跡加工，CNC必須從一條已知起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線上自動(dòng)進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)密化”工作，此即所謂插補(bǔ)。插補(bǔ)是在規(guī)定的周期內(nèi)執(zhí)行一次，即在每個(gè)周期內(nèi)，按指令進(jìn)給速度計(jì)算出一個(gè)微小的直線數(shù)據(jù)段，經(jīng)過若干插補(bǔ)周期后，完成一個(gè)程序段加工。第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（6）位置控制：位置控制是處在伺服回路的位置環(huán)上，如圖。其主要工作是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。這部分工作可由硬件或軟件來完成，通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償。第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（7）I/O處理：主要是指CNC與機(jī)床之間電氣信號(hào)的輸入、輸出處理和控制。（8）顯示：為操作者提供方便，包括：零件程序、參數(shù)、刀具位置、機(jī)床狀態(tài)、報(bào)警信息等顯示。有些CNC還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖形顯示。（9）診斷：自動(dòng)故障診斷是現(xiàn)代CNC所必須具備的功能，通常有聯(lián)機(jī)診斷和脫機(jī)診斷兩種功能。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三聯(lián)機(jī)診斷是指CNC中的自診斷程序，融合在各個(gè)部分，隨時(shí)檢查不正常的事件。脫機(jī)診斷是在CNC不工作情況下的診斷，通過配備的各種脫機(jī)診斷程序?qū)Υ鎯?chǔ)器、外圍設(shè)備接口和I/O接口進(jìn)行檢查。脫機(jī)診斷也可采用遠(yuǎn)程通信方式進(jìn)行，即所謂的遠(yuǎn)程診斷。遠(yuǎn)程診斷是把用戶的CNC通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信診斷中心的計(jì)算機(jī)相連，由診斷中心計(jì)算機(jī)對(duì)CNC進(jìn)行診斷、故障定位和修復(fù)第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三CNC的工作內(nèi)容和過程概括為如圖表示。第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三4、CNC控制器的功能CNC控制器的功能通常包括基本功能和選擇功能。通常有：（1）軸控制功能：CNC可控制的和同時(shí)控制的軸數(shù)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的軸有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸，有基本軸和附加軸?？刂戚S數(shù)越多，尤其是同時(shí)控制的軸數(shù)越多，CNC控制器就越輔助，多軸聯(lián)動(dòng)的零件程序編制也越困難。（2）準(zhǔn)備功能：也稱G功能，用來指令機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式，包括基本移動(dòng)、平面選擇、準(zhǔn)備設(shè)定、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、米英制轉(zhuǎn)換等指令。第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期三（3）插補(bǔ)功能：CNC通過軟件插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡。分為粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)。粗插補(bǔ)時(shí)，軟件每次插補(bǔ)一個(gè)小線段數(shù)據(jù)。精插補(bǔ)時(shí)，伺服接口根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果，將小線段分成單個(gè)脈沖輸出。（4）進(jìn)給功能：用F直接指令各軸進(jìn)給速度，包括：①切削進(jìn)給速度，以每分鐘進(jìn)給的毫米數(shù)指定。②同步進(jìn)給速度，以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給的毫米數(shù)規(guī)定，主軸需裝位置編碼器，目的是便于切螺紋。③快速進(jìn)給速度，通過參數(shù)設(shè)定，用G00指令。④進(jìn)給倍率，通過面板上的進(jìn)給倍率開關(guān)給