数控加工编程与集成技术.ppt

第七章数控加工编程,7.1数控编程方法7.2数控编程中的刀位计算7.3数控编程中的工艺策略7.4后置处理及DNC,7.1数控编程方法及其发展,1、手工编程2、数控语言自动编程3、CAD/CAM系统自动编程,手工编程特点：不需辅助工具，效率低、出错率高，难以对复杂零件编程。,1、手工编程,2、数控语言自动编程,输入编译,数值处理,刀位文件CLDATA,后置处理,机床加工,穿孔纸带磁盘RS232C,零件图样,数控语言,零件源程序,程序员,计算机,原理：应用专用数控语言编制零件源程序，经编译生成刀具运动轨迹，和中性刀位文件(CLDataFile)，经后置处理生成相应机床数控加工程序。,特点：比手工编程效率高，解决复杂曲面编程问题。但专用词汇及语句格式繁多，仍存在编程效率与机床加工速度间的矛盾。,数控语言的产生与发展,1953年MIT开始研究数控自动编程；1955年公布APT自动编程系统；之后的近40年不断推出新版本，如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等；德国EXAPT、法国IFAPT；日本FAPT；我国在上世纪70年代推出SKC、ZCX车铣编程系统。,数控语言APT简介,APT数控语言格式：命令/参数例：GODLTA/20,20,-5增量走刀数控语言常用语句：初始语句：例：PARNO几何定义语句：例POINT、LINE、CIRCLE、PLANE等刀具定义语句：例CUTTER刀具运动语句：例GOLFT、GORGT、GOFWD等切削用量语句：例FEDRAT、SPEED等容许误差语句：例OUTTOL、INTOL后置处理语句：例MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等,加工图示零件APT源程序：PARTNO/TEMPLATE；初始语句，TEMPLATE为程序名称MACHINE/FANUC,6M；后置处理程序的调用CLPRNT；打印刀具轨迹数据OUTTOL/0.002；外轮廓逼近容差INTOL/0.002；内轮廓逼近容差CUTTER/10；平头立铣刀，直径=10mmL1=LINE/20,20,20,70；定义直线L1几何定义L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1；定义直线L2L4=LINE/20,20,46,20；定义直线L4L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4；定义直线L3C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RADIUS,10；定义圆弧C1XYPL=PLANE/0,0,1,0；定义平面XYPLSETPT=POINT/-10,-10,10,FROM/SETPT；指定起刀点运动轨迹定义FEDRAT/2400；快速进给GODLTA/20,20,-5；增量走刀SPINDL/ON；主轴启动COOLNT/ON；冷却液开FEDRAT/100；指定切削速度GO/TO,L1,TO,XYPL,TO,L4；初始运动指定TLLFT,GOLFT/L1,PASTL2；沿直线L1左边切削直至超过直线L2GORGT/L2,TANTO,C1；右转切削L2直至切于圆C1GOFWD/C1,PAST,L3；沿圆C1切削直至超过L3GOFWD/L3,PAST,L4；沿直线L3切削直至超过L4GORGT/L4,PAST,L1；右转切削L4直至超过L1GODLTA/0,0,10；增量走刀SPINDL/OFF；主轴停止FEDRAT/2400；快速进给GOTO/SETPT；返回起刀点END；机床停止FINI；零件源程序结束,3、CAD/CAM系统自动编程,CAD/CAM系统数控编程原理,CAD造型,加工工艺分析加工面选择工艺参数确定,刀轨文件生成,刀位验证编辑修改,后置处理,加工仿真,机床加工,加工参数库,刀具库材料库,几种数控编程方法的比较,7.2数控编程中的刀位计算,1、非圆曲线刀位点计算2、球头铣刀行距的确定3、平面型腔加工刀位点的计算4、转角过渡处理5、曲面加工中的刀位计算6、刀具干涉检验,1、非圆曲线刀位点计算,直线段逼近,各直线逼近方法比较,双圆弧段逼近,直线元素内切双圆弧外切双圆弧P1,p2,p3,p4P1,p4在p2p3P1,p4在p2p3接近一直线连线同侧连线两侧(-0.05),2、球头铣刀行距的确定,平面,曲面,残留高度H90)延长两轨迹B1D、DB2构成形成尖角c)方角过度：（夹角90)在两附加轨迹段之间插入过渡直线D1D2，使B1D1=B2D2=BB1d)三角过度：应用较少。,5、曲面加工中的刀位计算,参数曲面,参数域,等参数曲线法：刀具沿参数曲面向或向等参数线进行切削加工，计算速度快。,任意切片法：刀具沿参数曲面与一组平行平面截交线进行切削加工，这种方法刀位计算消耗时间较长。,等高线法：刀具由高到低沿参数曲面与一组水平平面截交线进行切削加工，这种方法刀位计算时间最长。,7.3数控编程中的工艺策略,1、粗精加工的工艺选择2、刀具的切入和切出引导3、加工路线的确定及优化,刀具的选用粗加工：是切除绝大部分多余材料，切削用量较大，刀具负荷重，一般选用平底铣刀，刀具的直径尽可能选大。精加工：是保证加工面精度要求，切削用量较小，刀具负荷轻，根据加工表面形状可选择平底刀、球头刀或圆角铣刀。应优先选用平底刀，应尽量选择圆角铣刀，而少用球头刀。在刀具直径选择上：先用大直径刀具完成大部分的曲面加工，再用小直径刀具进行清角或局部加工。,1、粗精加工的工艺选择,加工路径的选择粗加工：加工路径一般选择单向切削，可保证切削过程稳定，可避免顺逆铣工作状态的变化。精加工：切削力较小，对顺逆铣反映不敏感，加工路径可采用双向切削，以减少空行程，提高切削效率。,进刀方式的选择粗加工：主要考虑刀具切削刃强度；精加工：主要考虑被加工表面质量。,铣刀端面刃切削能力差，对于型腔加工可采用斜角切入。,粗加工一般采用分层切削,2、刀具的切入和切出引导,二维圆弧切入/切出引导,二维圆弧切入/切出引导应用实例,二维垂直切入/切出引导应用实例,二维平行切入/切出引导应用实例,潜入式水平式法向式切向式,三维切削刀具切入切出引导,3、加工路线的确定及优化,加工路线确定原则：获得良好的加工精度和表面质量走刀路线短空程少数据计算工作量小,a)沿直纹母线走刀好,b)沿横截面线走刀不好,加工路线确定实例,a)行切法b)环切法c)综合法计算简单表面质量好两者综合,型腔加工路线确定,a)水平走刀b)沿最长路径角度走刀好不好,走刀角度的选择,孔加工相邻距离最近优化法,孔加工例图,通常加工序列,优化加工序列可节省近一半定位时间,孔加工配对优化法,使用不同刀具时的优化,不好好,7.4后置处理及DNC,后置处理：刀位计算后，CAM系统将生成一个刀位文件,该文件不能直接送给数控机床使用，尚需其转换为机床控制代码。,10TOOLPATH/P2,TOOL,T220TLDATA/MILL,0.3750,0.0000,1.0000,0.0000,0.000030MSYS/0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.00000000.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000,0.000000040PAINT/PATH50PAINT/SPEED,560PAINT/TOOL,FULL,170PAINT/COLOR,180RAPID90GOTO/-0.2875,3.2861,0.5000100PAINT/COLOR,3110FEDRAT/IPM,10.0000120GOTO/0.0000,3.2861,0.5000130GOTO/6.0000,3.2861,0.5000140PAINT/COLOR,1150RAPID160GOTO/6.0000,3.3361,0.5500170PAINT/SPEED,10180PAINT/TOOL,NOMORE190END-OF-PATH典型的刀位文件CLS,专用后置处理模块工作原理,通用后置处理模块工作原理（如UG）,DNC含义：,a)BTR(BehindTaperReader),b)MCU（MachineControlUnit）,目前DNC两种不同注释：DNC：DirectNumericControlDNC：DistributedNumericalControl,DNC通信接口：25针RS232C串行接口DNC通信协议：字符位数：EIA标准7位，ISO标准8位奇偶校验位：奇数位校验（Odd)偶数位校验（Even)停止位：1位或位传输速率：1200,2400,4800,9600,19200,第八章CAD/CAM集成技术,8.1CAD/CAM集成系统总体结构8.2产品定义数据模型8.3产品数据交换标准8.4基于PDM平台的CAD/CAM集成技术8.5网络化制造技术,8.1CAD/CAM集成系统总体结构与关键技术,1、CAD/CAM集成系统总体结构2、CAD/CAM信息集成方式3、CAD/CAM集成的关键技术,1、CAD/CAM集成系统总体结构,2、CAD/CAM信息集成方式1)专用格式文件方式2)中性数据文件集成方式3)工程数据库集成方法,1)专用格式文件方式:特点：集成原理简单，接口程序易于实现，运行效率高，但需要设计较多的专用格式转换接口，适于小范围、结构简单的CAD/CAM系统的信息集成。,通过专用格式数据文件的集成方法,2)中性数据文件集成方式：特点：数据转换接口数少，便于应用系统的开发和使用，是目前CAD/CAM集成系统应用较多的有效方法之一。,通过标准格式数据文件的集成方式,3)工程数据库集成方法特点：各子系统通过用户接口直接存取或操作数据库，大大提高了集成系统的运行速度，提高了系统集成化程度。,利用工程数据库的集成方法,3、CAD/CAM集成的关键技术,8.2产品定义数据模型1、零件信息模型,基于特征的零件信息模型的总体结构,零件层：主要反映零件的总体信息；特征层：包含零件各类特征信息及其相互间关系；几何层：记录了零件的点、线、面等几何信息和拓扑信息。,基于特征的零件信息模型实例,轴的零件图,基于特征的零件信息模型数据结构,基于特征的零件信息模型数据结构,2、产品信息模型零件信息模型：仅限于单个零件的几何信息和工艺信息，而不能反映整个产品的结构组成、各零（部）件之间的装配关系、相互间的约束、以及产品的装配工艺信息等。产品信息模型：指产品从毛坯到成品的整个设计和制造过程所需要的信息总和，是由产品结构信息模型和产品工艺信息模型组合而成的复合模型。,产品结构树,产品结构信息：工程图形信息装配图对应的是产品、部件、组件，零件图对应的是零件；基本属性信息包括产品、部件、组件及零件的图号、名称、规格、来源（自制件、标准件、外协件、外购件等）、重量、数量、计量单位等；装配信息用以描述产品与部件、部件与组件、组件与零件之间的装配结构关系。,产品零部件的自动编码,产品结构数字码编码规则,产品结构的可视化处理,产品工艺信息模型,8.3产品数据交换标准一、产品数据交换标准的发展1981年美国发布初始化图形交换标准IGES；1982年美国麦道公司制定并实施产品定义数据接口标准PDDI；1984年美国国家标准技术局（NIST）制定产品数据交换规范PDES；1984年法国宇航局制定数据交换规范SET；1989年欧共体发布CADInterface标准CAD*I；ISO在PDES基础上开发产品模型数据交换标准STEP，受到广泛的重视，目前仍在发展完善之中。,IGES数据交换原理:通过IGES中性数据文件进行图形数据的交换，系统应备有前置处理和后置处理模块。,IGES标准存在的不足：仅对图形信息进行交换，无法描述工艺信息以及产品模型其它信息；数据格式过于复杂，可读型差；标准定义不严密，时有数据丢失现象。,三、STEP标准,STEP是什么：STEP(STandardfortheExchangeofProductModelData)是一种产品模型数据交换标准。该标准规定了产品设计、制造以至产品全生命周期所需的有关产品形状、模型、材料、加工方法、装配顺序等信息的定义，对数据交换形式进行了描述。STEP由一系列独立的标准文件组成，可独立地进行开发和发布。众多软件公司是STEP标准的制定单位，CAD/CAM软件系统均己把STEP列为数据交换接口，并利用STEP最新成果不断改进完善自身系统。,STEP的构成：由五大部分7个系列文件组成。,1）标准描述语言（1,10）专用描述语言EXPRESS，该语言参考了多种语言的功能，有强大的信息模型描述能力。2）集成资源(40,100）是STEP的核心，采用Express语言描述。通用集成资源：独立于具体产品信息；应用集成资源：描述某应用领域数据，并依赖于通用集成资源支持。3）应用协议（200）用以说明各个应用领域的产品数据模型文本，以满足各类不同工业应用的需求。4）实现形式（20）规定具体的方法或格式实现产品信息的交换，分为4级。第一级中型文件交换；第二级工作格式交换，即产品数据结构在内存中的表现形式；第三级数据库交换，满足数据共享的需要；第四级知识库交换，为满足未来发展需要的一种交换形式。5）一致性测试（30）即测试其数据交换是否符合原来意图。,通用集成资源及其引用,应用集成资源及其引用,STEP的应用,产品开发部门的需求，包括设计部门内的并行作业、集成化产品开发；计算机辅助应用系统供应商的需求，包括接口的标准化和产品概念模型的标准化。,8.4基于PDM平台的CAD/CAM集成技术,PDM系统：是建立在关系型数据库管理系统基础上的面向对象的产品数据管理应用系统，是一项管理所有与产品相关的信息和过程的技术。PDM是理想的CAD/CAM集成平台和工具：可以集成或封装多种开发环境和工具，按不同的用途和目的分门别类地进行信息集成和管理，实现真正意义上的CAD/CAPP/CAM无缝集成。,l电子资料室管理和检索PDM最基本的功能，PDM核心。l产品配置管理以电子资料室为底层支持，以物料清单BOM为组织核心，把产品所有工程数据和文档联系起来，对产品相互关系管理。l工作流程管理实现产品设计与修改过程的跟踪与控制，包括工程数据资料的提交、修改控制、监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。l项目管理功能实现项目实施过程中的计划、人员以及相关数据的管理与配置，进行项目运行状态监控，完成计划反馈。,PDM功能,基于PDM平台CAD/CAM系统集成模式应用封装包括应用工具以及由其产生文件的封装，例如：在PDM系统中可启动封装后二维CAD系统，进行图形修改。特点：集成简单方便，易于实现，只能满足文件整体的应用集成。接口交换是将共享的数据模型抽取出来，将其定义到PDM整体模型中去，例如：三维CAD系统与PDM建立交换后，其产品结构树将保持一致。特点：难度大大高于应用封装，要了解两者组织结构。紧密集成允许两者互相调用有关服务，执行相关的操作，实现真正的一体化，要求建立互动的共享信息模型，一方创建或修改时，另一方面能跟之随动。特点：难度最大，取决于双方的开放性，如EDS公司的UGII和IMAN集成。,基于PDM平台的CAD/CAM集成系统体系结构,PDM与CAD/CAPP/CAM集成信息流,8.5网络化制造技术1、网络制造的内涵和功能结构,网络化制造：制造性企业利用Internet进行产品的协同设计及制造过程。网络化制造技术：是将网络技术与制造技术相结合的所有相关技术的总称，涉及制造型企业各种生产经营活动。网络化制造功能目的：分享核心竟争优势；缩短产品投放市场所需时间；协同产品开发和合作；增加市场占有份额，快速进入市场。,网络制造功能结构,2、网络制造中的共享信息1）制造资源信息包括企业概况信息和企业制造能力信息，如企业产品、企业设备、工艺能力等。2）产品设计与制造信息包括产品设计与制造的各种软硬件资源和经验，如实体建模、有限无分析、应力分析、快速原型制造、虚拟现实、加工和制造仿真等。3）管理信息包括办公自动化、物流管理、经营管理、生产管理、销售管理、人事管理、成本管理和财务管理等