机床数控技术.ppt

1 第五章数控机床编程 第一节概述 第二节数控机床的坐标系 第三节 指令编程应用与举例 第四节数控加工程序编制举例 第五节程序编制中的数学处理 第六节自动编程 2 第一节概述 二 数控编程的代码 三 数控加工程序的结构 四 最小设定单位 一 什么是数控编程 3 在数控编程以前 首先对零件图纸规定的技术要求 几何形状 加工内容 加工精度等进行分析 在分析的基础上确定加工方案 加工路线 对刀点 刀具和削用量等 然后进行必要的坐标计算 在完成工艺分析并获得坐标的基础上 将确定的工艺过程 工艺参数 刀具位移量与方向以及其它辅助动作 按走刀路线和所用数控系统规定的指令代码及程序格式编制出程序单 经验证后通过MDI RS232C接口 USB接口等多种方式输入到数控系统 以控制数控机床自动加工 这种从分析零件图纸开始 到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程 NCProgramming 一 数控编程的概念 4 1 数控编程的步骤 1 确定工艺过程 考虑通用的一般工艺原则 考虑充分发挥数控机床的指令功能 走刀次数少 对毛坯的基准面和余量有一定要求 走刀路线短 换刀次数少 加工安全可靠 要求 5 1 数控编程的步骤 2 计算加工轨迹和加工尺寸 在规定的坐标系中计算 零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值 直线 起点 终点坐标 几何元素的交点 切点坐标 刀具中心运动轨迹坐标 圆弧 起点 终点 圆心坐标 半径 6 1 数控编程的步骤 3 编写程序单 按一定的格式 用规定的代码逐段编写加工程序 另外 填写相关的工艺文件 数控加工工序卡片数控刀具卡片机床调整单 7 1 数控编程的步骤 4 制作控制介质 将程序单的内容记录在控制介质上 5 程序校验和试切削 检查方法 机床空运转 图形显示 显示刀具轨迹 动态模拟 模拟刀具与工件的加工过程 首件试切 零件的加工精度零件的表面粗糙度 8 2 数控编程的方法分类 手工编程和自动编程 手工编程手工编程是指由人工完成数控编程的全部工作 包括零件图纸分析 工艺处理 数学处理 程序编制等 具备机械工艺知识数值计算能力熟悉数控代码 编程规则 编程人员 适合于 几何形状比较简单的零件 一般的点位加工零件 经济 省时 9 2 数控编程的方法分类 自动编程自动编程是指由计算机来完成数控编程的大部分或全部工作 如数学处理 加工仿真 数控加工程序生成等 自动编程方法减轻了编程人员的劳动强度 缩短了编程时间 提高了编程质量 同时解决了手工编程无法解决的复杂零件的编程难题 也利于与CAD的集成 工件表面形状越复杂 工艺过程越繁琐 自动编程的优势就越明显 编程人员 零件源程序 图形交互构件建几何图形 适合于 几何形状复杂的零件 有复杂曲面的零件几何形状并不复杂 但程序量很大的零件 10 一 穿孔带及其代码 二 G指令 M指令及其它指令 二 数控编程的代码 国际上通用的八单位数控穿孔带有ISO和EIA代码 1 G指令 准备功能 功能 规定机床运动轨迹 坐标系 坐标平面 刀具补偿 暂停等操作 组成 G后带二位数字组成 共后有100种 G00 G99 有模态 续效 指令与非模态指令之分 11 1 G指令 准备功能 G指令按功能分成若干组 第 2 栏标有字母 且字母相同的G代码为同一组 不同组的G代码在同一个程序段中可以有多个 同组的G代码在同一个程序段中 只能出现一个 N03G01G17X20 N04G00G01X20Y50 第 2 栏标有字母的 对应的G指令为模态代码 续效指令 续效指令 模态代码 这种代码在某个程序段出现后 其功能就一直保持有效 直到后面程序段中又出现同组的另一个代码 原代码才失效 N01G01G17X20Y30M03M08 N02X50Y40 N03X70Y 20M00 N04G00X300Y500M05M09 N05 非续效指令 非模态代码 其功能仅在所出现的程序段中有效 12 2 M指令 辅助功能 M00 程序暂停指令 执行后 机床的主轴 进给 冷却液等所有动作全都自动停止 程序中全部的模态信息保持不变 此时可进行一些比较固定的手工操作 如测量工件 换刀等 M01 任选停止指令 计划停止指令 执行过程与M00指令相似 但只有当控制面板上 任选停止 按钮被按下时 该指令才有效 否则该指令不起作用 主要用于 在加工一批工件时 对工件上的关键尺寸进行停机抽样检测 13 2 M指令 辅助功能 M02 程序结束指令 用在程序的最后一个程序段中 表示程序结束 该指令执行后 机床的主轴 进给 冷却液等所有动作全都自动停止 整个系统复位 加工结束 执行后 程序的内部指针停在程序的最后 若要再次运行程序 需要重新调用 M30 程序结束指令 执行过程与M02指令相似 用在程序的最后一个程序段中 表示程序结束 执行后 程序的内部指针停在程序的开头 若要再次运行程序 不需要重新调用 按下控制面板上 循环启动 按钮即可 14 2 M指令 辅助功能 M03 主轴正转指令 指令执行后 机床主轴正转启动 M04 主轴反转指令 指令执行后 机床主轴反转启动 M05 主轴停止指令 指令执行后 机床主轴停止转动 M06 换刀指令 执行后 车床 刀塔转位换刀加工中心 从刀库取刀 换刀 15 3 F S T D指令 F指令 进给速度指令 组成 F后带若干位数字 如F150 F3500等 它是模态指令 单位 mm min 米制 或in min 英制 S指令 切削速度 主轴转速指令 组成 S后带若干位数字 如S500 S3500等 它是模态指令 单位 r min T指令 刀具号指令 组成 T后跟两位数字 如T11 D02等 非模态指令 指定所选择的刀具号 刀具补偿号 例M06T02 选择第2号刀具 进行换刀 铣床 16 三 数控加工程序的结构 一 程序的组成 一个完整的数控加工程序由程序名 程序体和程序结束三部分组成 程序名是一个程序必需的标识符 由地址符后带若干位数字组成 地址符常见的有 O P 等 程序体表示数控加工要完成的全部动作 是整个程序的核心 由许多程序段组成 每个程序段由一个或多个指令构成 程序结束是以程序结束指令M02或M30 结束整个程序的运行 17 二 程序段格式 目前广泛采用地址符可变程序段格式 字地址程序段格式 地址符可变程序段格式的特点 程序段中的每个指令均以字母 地址符 开始 其后再跟数字或无符号的数字 指令字在程序段中的顺序没有严格的规定 即可以任意顺序的书写 上段相同的摸态指令 包括G M F S及尺寸指令等 可以省略不写 18 程序举例及说明 0021N01G91G00X50Y60 N02G01X100Y500F150S300T12M03 N03X200Y350 N10G00X 50Y 60M02 程序段开头 代码字 具体指令 程序段结束符 程序段号 地址符带符号数字 程序开头程序编号 整个程序结束 程序段 表示一个完整的加工工步或动作 10个程序段 19 代码字 指令字 20 三 主程序和子程序 主程序 N01 N02 N11调用子程序1 N28调用子程序8 NXX M02 子程序1 N01 NXX M99 子程序8 N01 NXX M99 21 四 最小设定单位 数控机床的数控系统发出一个脉冲指令后 经伺服系统的转换 放大 反馈后推动机床上的工件 或刀具 实际移动的最小位移量 叫做数控机床的最小设定单位 脉冲当量 脉冲当量 移动轴脉冲当量旋转轴脉冲当量 直线位移 0 001mm 脉冲角位移 0 001度 脉冲 22 第二节数控机床的坐标系 一 直线进给和圆周进给运动坐标系 标准坐标系 基本坐标系 是一个右手笛卡儿坐标系统 它由三个互为垂直的直线坐标轴X Y Z组成 它们之间的相互关系由右手定则决定 见图 图中各手指所指的方向为各坐标轴的正向 回转坐标的命名 围绕X Y Z轴转动的回转坐标轴分别称为A B C 其方向的正负由右手螺旋法则而定 见图 附加坐标轴的命名 平行于标准坐标系中相应坐标轴的进给轴 称为附加坐标轴 分别用轴U V W表示 23 右手笛卡儿坐标 24 在编程中 坐标轴的方向总是刀具相对工件的运动方向 用X Y Z A B C等表示 在实际中 对数控机床的坐标轴进行标注时 根据坐标轴的实际运动情况 用工件相对刀具的运动方向进行标注 此时需用X Y Z A B C 等表示 以示区别 显然有 X X Y Y Z Z A A B B C C 标准规定 即表示刀具固定 工件运动的坐标 X Y Z A B C 按相对运动关系 工件运动方向与刀具运动方向相反 车床 刀具做实际的进给运动 铣床 工作台带着工件做实际的进给运动 25 坐标轴的确定顺序和方法 Z坐标方位 对只有一个主轴 且主轴无摆动运动的 则平行主轴轴线的坐标轴为Z坐标 对没有主轴或有多个主轴的数控机床 则规定垂直于工件装夹面的方向的坐标轴为Z坐标 对主轴能摆动 且在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行的数控机床 该坐标轴便是Z坐标 对主轴能摆动 若在摆动的范围内与多个坐标平行的数控机床 则取垂直于工件装夹面方向的坐标轴为Z坐标 Z坐标正方向 刀具远离工件的方向 26 X坐标 轴 1 在刀具旋转的机床上 铣床 钻床 镗床等 对Z轴线在水平方向的机床 规定从刀具轴 主轴 向工件看时 X坐标的正方向指向右边 对Z轴线在竖直方向且为单立柱的机床 规定由刀具向立柱看时 X坐标的正方向指向右边 对Z轴线在竖直方向且为双立柱的机床 如 龙门机床 规定由刀具向左立柱看时 X坐标的正方向指向右边 2 在工件旋转的机床上 车床 磨床等 X坐标的方位 是工件的径向并平行于横向拖板 X坐标正方向 是刀具离开工件旋转中心的方向 27 Y坐标 利用已确定的X Z坐标的正方向 用右手定则或右手螺旋法则 确定Y坐标的正方向 右手定则 大拇指指向 X 中指指向 Z 则 Y方向为食指指向 右手螺旋法则 在XZ平面 从Z至X 拇指所指的方向为 28 数控机床坐标系示例 a 数控车床 29 数控机床坐标系示例 c 卧式铣床 d 五坐标铣床 Z轴 镗杆运动W轴 立柱运动U轴 镗头径向运动 30 二 机床坐标系与工件坐标系 一 机床原点与机床坐标系 1 机床原点 机床坐标系的零点 这个原点是在机床调试完成后便确定了 是机床上固有的点 机床原点的建立 用回零方式建立 机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程 车床 机床原点定义在主轴旋转中心线与卡盘后端面的交点 立式铣床 机床原点定义在X向 Y向工作台和Z向主轴箱向正方向运动到达的极限位置 31 二 机床坐标系与工件坐标系 一 机床原点与机床坐标系 2 机床坐标系 以机床原点为坐标系原点的坐标系 是机床固有的坐标系 它具有唯一性 机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系 x z O机 X Z 32 二 机床坐标系与工件坐标系 二 工件原点与工件坐标系 工件原点 为编程方便在零件 工装夹具上选定的某一点或与之相关的点 该点也可以与对刀点重合 工件坐标系 以工件原点为零点建立的一个坐标系 编程时 所有的尺寸都基于此坐标系计算 现代数控机床均可设置多个工件坐标系 在加工时通过G指令进行切换 工件原点偏置 工件随夹具在机床上安装后 工件原点与机床原点间的距离 O机 起刀点 O工 33 三 绝对坐标与相对坐标 1 绝对坐标 所有坐标值均从某一固定坐标原点计量的坐标系 2 相对坐标 运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的坐标系 绝对坐标 XA 30YA 35XB 12YB 15 相对坐标 XB 18YB 20XA 18YA 20 34 第三节 指令编程应用与举例 一 坐标指令 二 快速定位指令 三 直线插补指令 四 圆弧插补指令 五 刀具半径补偿指令 六 刀具长度补偿指令 七 暂停指令 35 一 坐标指令 1 G90指令 G90指令 表示程序中的编程尺寸值是在某个坐标系下按其绝对坐标给定的 2 G91指令 G91指令 表示程序中编程尺寸值是相对于本段的起点 即编程尺寸值是本程序段各轴的移动值增量 故G91又称增量坐标指令 3 G92指令 坐标系设定的预置寄存指令 它只有在采用绝对坐标编程时才有意义 规定了刀具起刀点到工件原点的距离 编程格式 车床 G92X Y 相对坐标指令 绝对坐标指令 工件坐标系设定指令 铣床 G92X Y Z 36 4 平面指令 坐标平面选择指令 G17 G18 G19分别表示规定的操作在XY ZX YZ坐标平面内 一 坐标指令 对于三坐标控制 任意两坐标可联动的铣床和加工中心 默认 XY平面选择 此时G17可省略 对于两坐标控制的机床 如车床 只有X轴 Z轴构成的ZX平面 无须使用上述指令 37 二 快速定位指令 G00指令 编程格式 G00XaYbZc 功能 指令刀具从当前点 以数控系统预先调定的快进速度 快速移动到程序段所指令的下一个定位点 a b c 格式车床 G00X Z 铣床 G00X Y Z 若用了G90 X Y Z值是运动终点在工件坐标系下的坐标值 X Y Z值是运动终点相对于当前点的坐标增量 若用了G91 一般用作为空行程运动 38 三 直线插补指令 G01指令 编程格式 G01XaYbZcFf 功能 指令多坐标 2 3坐标 以联动的方式 按程序段中规定的合成进给速度f 使刀具相对于工件按直线方式 由当前位置移动到程序段中规定的位置 a b c 当前位置是直线的起点 为已知点 而程序段中指定的坐标值即为终点坐标 若用了G90 X Y Z值是运动终点在工件坐标系下的坐标值 若用了G91 X Y Z值是运动终点相对于当前点的坐标增量 车床 G01X Z F 铣床 G01X Y Z F 39 举例一 铣削加工图示轮廓 P为起刀点 刀具由P点快速移至A点 然后沿A B O A方向铣削 再快速返回P点 编写加工程序 绝对坐标编程 1050 N10G92X28Y20Z0 N20G90G00X16S600M03 N30G01X 8Y8F100 N40X0Y0 N50X16Y20 N60G00X28M02 相对坐标编程 1050 N10G92X28Y20Z0 可省 N20G91G00X 12S600M03 N30G01X 24Y 12F100 N40X8Y 8 N50X16Y20 N60G00X12Y0M02 40 精车图示零件轮廓 40外圆不加工 设A为起刀点 刀具由A点快进至B点 在工件右端面前2mm 然后沿B C D E F方向切削 再快退至A点 举例二 直径方式 绝对坐标编程 O1030 N01G92X50Z10 N02G90G00X20Z2M03S600 N03G01X20Z 14F100 N04X28Z 38 N05Z 48 N06X42 N07G00X50Z10 N08M02 41 四 圆弧插补指令 G02 G03指令 编程格式 G02 G03 X Y I J F LF G02顺时针圆弧插补 G03 逆时针圆弧插补 续效指令 42 沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察 来判别圆弧的顺 逆时针方向 如图所示 顺 逆方向判别规则 从正向往负向看 例XY平面的G02 43 四 圆弧插补指令 G02X Y I J F G02X Z I K F G02Y Z J K F XY平面顺时针圆弧插补 ZX平面 YZ平面 若用了G90 X Y Z值是圆弧终点在工件坐标系下的坐标值 若用了G91 X Y Z值是圆弧终点相对于圆弧起点的坐标增量 另 F为刀具移动时的合成进给速度 I J K是圆弧起点相对于圆心的坐标增量 注 1 用G02 G03之前 一般要先用G17 G18 G19指定平面 2 G02 G03指令中X Y Z I J K必须与指定平面中的轴相对应 I J K是圆心相对于圆弧起点的坐标增量 根据编程说明书决定 44 四 圆弧插补指令 G02X Y R F R 圆弧半径 G02X Z R F G02Y Z R F XY平面顺时针圆弧插补 ZX平面 YZ平面 若用了G90 X Y Z值是圆弧终点在工件坐标系下的坐标值 若用了G91 X Y Z值是圆弧终点相对于圆弧起点的坐标增量 当圆心角小于180度时 R为正值 否则为负值 半径R法 45 四 圆弧插补指令 铣削加工图示零件 设A为起刀点 从A点沿圆弧C1 C2 C3到D点停止 进给速度为100mm min 绝对坐标 圆心坐标法编程 1002G92X0Y18Z0 G90G02X18Y0I0J18F100S300 G03X68Y0I 25J0 G02X88Y20I0J 20M02 相对坐标 圆心坐标法编程 1002G91G02X18Y 18I0J18F100S300 G03X50Y0I 25J0 G02X20Y20I0J 20M02 46 四 圆弧插补指令 绝对坐标 半径R法编程 G92X0Y18Z0 G90G02X18Y0R18F100S300 G03X68Y0R25 G02X88Y20R 20M02 相对坐标 半径R法编程 1002G91G02X18Y 18R18F100S300 G03X50Y0R25 G02X20Y20R 20M02 47 编程实例 绝对坐标编程 1001G92X 10Y 10Z0 N01G90G17G00X10Y10S300 N02G01X30F100 N03G03X40Y20I0J 10 N04G02X30Y30I0J 10 N05G01X10Y20 N06Y10 N07G00X 10Y 10M02 相对坐标编程 1001N01G91G17G00X20Y20S300 N02G01X20F100 N03G03X10Y10I0J 10 N04G02X 10Y10I0J 10 N05G01X 20Y 10 N06Y 10 N07G00X 20Y 20M02 48 五 刀具半径补偿指令 G40 G41 G42指令 G01 G02 G03 G41D X Y 左刀补 沿加工方向看刀具在左边 G01 G02 G03 G42D X Y 右刀补 沿加工方向看刀具在右边 刀具半径补偿注销 G01 G02 G03 G40D X Y 编程时假定的理想刀具半径与实际使用的刀具半径之差作为偏置设定在偏置存储器D01 D99中 在实际使用的刀具选定后 将其与编程刀具半径的差值事先在偏置寄存器中设定 就可以实现用实际选定的刀具进行正确的加工 而不必对加工程序进行修改 功能 49 绝对坐标编程 1001N01G92X 10Y 10Z0 N02S300M03 N03G90G17G00G42D01X10Y10 N04G01X30F100 N05G03X40Y20I0J 10 N06G02X30Y30I0J 10 N07G01X10Y20 N08Y10 N09G00G40X 10Y 10M02 相对坐标编程 1001N01S300M03N01G91G17G00G42D01X20Y20 N02G01X20F100 N03G03X10Y10I0J 10 N04G02X 10Y10I0J 10 N05G01X 20Y 10 N06Y 10 N07G00G40X 20Y 20M02 50 六 刀具长度补偿指令 G40 G44 G43指令 G01G43D Z 刀具长度正补偿G01G44D Z 刀具长度负补偿G01G40Z 刀具长度注销 编程时假定的理想刀具长度与实际使用的刀具长度之差作为偏置设定在偏置存储器D01 D99中 在实际使用的刀具选定后 将其与编程刀具长度的差值事先在偏置寄存器中设定 就可以实现用实际选定的刀具进行正确的加工 而不必对加工程序进行修改 功能 格式 D00 H00 51 编程位置 实际位置 加工A B C孔 刀具长度补偿值H01 4 0 1002 N1G91G00X120Y80M03 N2G43Z 32H01 N3G01Z 21S200F100 N4G04P2000 N5G00Z21 N6X30Y 50 N7G01Z 41 N8G00Z41 N9X50Y30 N10G01Z 25 N11G04P2000 N12G00Z57H00 N13X 200Y 60 N14M02 52 七 暂停指令 G04指令 编程格式 G04X 或G04F 其中 X F其后的数值表示暂停时间 ms 或是刀具 工件的转数 视具体数控系统而定 功能 可使刀具作短时的无进给运动 用途 用于车削环槽 钻孔等光整加工 用作时间匹配 对于那些动作较长的外部 或者为了使某一操作有足够的时间可靠的完成 可在程序中插入该指令 53 第四节数控加工程序编程举例 一 数控铣削加工程序编程 平面轮廓 立体轮廓 如凸轮 模具 叶片 螺旋桨 2 5坐标数控铣床加工 54 G17G01G42X149997Y974H21 至E点 G02X122565Y 56043R72 E F X54839Y 75443R93 F G G01G42X 7539Y 68589H22 G02X 37601Y57855R69 G H H A G01G42X7955Y87463H23 A B G02X102740Y89511R90 B C X148525Y20984R95 X149997Y974R150 C D D E G01G40Y 15000 55 二 数控钻镗攻丝加工程序编程 固定循环动作顺序组成 动作1X轴和Y轴的定位动作2快速移动至R点平面动作3孔加工动作4孔底的动作动作5返回到R点动作6快速移动至初始点定位平面的轴和钻孔轴如表所示 56 G54G90G00X 80Y 62 至孔1 G43Z100H01S200M03 G98G81Z 90R2F50 孔深85 5 X 250 孔2 X 375Y 80Z 120 孔3深115 5 X 355Y 133 孔4 Y 185 孔5 X 160Z 50 孔6 X 80Y 150 孔7 G80G00Z100M05 回到起始点 注 G54 选择第一加工坐标系G98 固定循环返回到初始点钻孔后退到R R离工件面2mm Z 57 第五节程序编制中的数学处理 任务 根据零件图样 加工路线和允许的加工误差 计算出数控装置所需的输入数据 基点和节点的计算 基点 零件轮廓上各几何元素之间的连接点 直线与直线的交点 直线与圆弧的交点 切点 圆弧与圆弧的交点 切点 直线 圆弧与二次曲线的交点 切点 如果零件轮廓是由直线与圆弧组成 数控机床具有直线和圆弧插补功能 刀具半径补偿功能 只要计算零件轮廓基点坐标 58 一 非圆曲线节点的计算 如果零件轮廓是由非圆曲线组成 则数值计算任务稍繁琐 一般的数控机床只具有直线和圆弧插补功能 无法直接插补加工出非圆曲线 采用 逼近 思想 在允许的误差范围内 非圆曲线 小曲线段 分割成若干个 用直线段 或圆弧段 逼近 逼近直线段 逼近圆弧段 二者的交点或切点 节点 59 一 等间距直线逼近法 1 7的值代人方程 f x 可求出坐标值y1 y2 从而求得节点A1 A12的坐标值 间距的大小一般根据零件加工精度要求凭经验选取 求出节点坐标后 再验算由分段造成的逼近误差是否小于允许值 只需验算 坐标增量值最大的线段 如A1A2段 曲率比较大的线段 如A5A6段 以及有拐点的线段 如A6A7段 大于允许值时应缩小等间距坐标的增量值 重新计算节点和验算逼近误差 60 设图中A1A2是要验算的线段 曲线的方程 A1A2的坐标已知为 1 1 2 2 则过A1A2的直线方程为 一 等间距直线逼近法 距直线A1A2为 允的等距线的方程为 式中 A 1 2 2 1 1 x2 1 1 2 如果无解 即没有交点 表示逼近误差小于 允 将方程与曲线方程 f x 联立求解 如果只有一个解 即等距线与轮廓曲线相切 表示逼近误差等于 允 如果有两个或两个以上的解 表示逼近误差大于 允 61 二 等弦长直线逼近法 该法是每个程序段的直线段长度相等 由于零件轮廓曲线各处的曲率不同 因此 各段的逼近误差不相等 必须使最大误差仍小于 允 已知零件轮廓曲线的方程为 f x 则曲线的曲率半径为 将上式对 求一次导数 并令其值为零 便可得到最小曲率半径 min 逼近的弦长 以曲线的起点 为圆心 l为半径作圆 得交点b的坐标 并按上述方法求交点 即可求得节点 的坐标值 62 三 等误差直线逼近法 以a点为圆心的允差圆的方程为 公切线 的方程y kx十b 联立方程求得 式中F x y是允差圆的方程 y f x 为轮廓曲线的方程 k 过 点且平行于 的直线的方程为y ya k x xa 求此方程与轮廓曲线 f x 的交点就是节点b 再从b点开始 重复上述的计算步骤 可以求出其他各节点 63 四 等误差圆弧逼近法 1 轮廓曲线 在起点 xn yn 处的曲率中心的坐标 n n 和曲率半径 n 2 以点 n n 为圆心 n士 允为半径作圆 与曲线相交 求其交点为 xn 1 yn 1 圆的方程为 3 以 xn yn 为起点 xn 1 yn 1 为终点 半径为 n圆弧段就是所要求的逼近圆弧段 圆心 m m 4 重复上述步骤可依次求出其他逼近圆弧段 64 第六节自动编程 一 自动编程的概念 自动编程的特点是编程工作主要由计算机完成 在自动编程方式下 编程人员只需采用某种方式输入工件的几何信息以及工艺信息 计算机就可以自动完成数据处理 编写零件加工程序 制作程序信息载体以及程序检验的工作而无须人的参与 二 自动编程的分类 一 使用的计算机硬件种类划分 可分为 微机自动编程 小型计算机自动编程 大型计算机自动编程 工作站自动编程 依靠机床本身的数控系统进行自动编程 二 按程序编制系统 编程机 与数控系统紧密程度划分1 离线自动编程与数控系统相脱离 采用独立机器进行程序编制工作称为离线自动编程 其特点是可为多台数控机床编程 功能多而强 编程时不占用机床工作时间 随着计算机硬件价格的下降 离线编程将是未来的趋势 2 在线自动编程数控系统不仅用于控制机床 而且用于自动编程 称为在线自动编程 65 三 编程信息的输入方式划分 1 语言自动编程 这是在自动编程初期发展起来的一种编程技术 语言自动编程的基本方法是 编程人员在分析零件加工工艺的基础上 采用编程系统所规定的数控语言 对零件的几何信息 工艺参数 切削加工时刀具和工件的相对运动轨迹和加工过程进行描述形成所谓 零件源程序 然后 把零件源程序输入计算机 由存于计算机内的数控编程系统软件自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算 加工程序的编制和控制介质的制备 或加工程序的输入 所编程序的检查等工作 2 图形自动编程 这是一种先进的自动编程技术 目前很多CAD CAM系统都采用这种方法 在这种方法中 编程人员直接输入各种图形要素 从而在计算机内部建立起加工对象的几何模型 然后编程人员在该模型上进行工艺规划 选择刀具 确定切削用量以及走刀方式 之后由计算机自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算 加工程序的编制和控制介质的制备 或加工程序的输入 等工作 此外 计算机系统还能够对所生成的程序进行检查与模拟仿真 以消除错误 减少试切 66 自动编程 三 自动编程的发展 1952年 美国麻省理工学院 MIT 研制成功世界上第一台数控铣床 1955年公布并发布了世界上第一个语言自动编程系统APTI AutomaticalProgrammedTools 1956年美国宇航工业协会 AIA 在APTI的基础上组织研究自动编程系统 于1958年发展为APTII系统 AIA继续对APT进行了改进 并成立了APT长期规划组织ALRP APTLongRangeProgram 由美国伊利诺斯理工学院负责 到了70年代 成立了计算机辅助制造的国际机构 CAM I 它取代了ALRP 又发展了APTIV系统 到80年代 又发展到具有定义和编制复杂曲面加工程序功能的APTIV SS 67 自动编程 参考APT语言系统的思想 先后开发了许多具有各自特色的小型语言自动系统 如美国的ADAPT AUTOSPOT 英国的2C 2CL 2PC 德国的EXAPT 1 点位加工 EXAPT 2 车削加工 EXAPT 3 铣削加工 法国的IFAPT P 点位加工 IFAPT C 轮廓加工 IFAPT CP 点位轮廓加工 日本的FAPT HAPT等数控自动语言编程系统 APT系统及其派生系统都属于语言自动编程系统 语言自动编程是由编程人员根据零件图纸 结合加工工艺手工编写源程序 再由编程系统处理生成数控代码 因而从零件设计到数控加工程序的生成各部分工作相互隔离 即影响编程效率 又使得语言自动编程系统难以和CAD数据库以及CAPP系统有效连接 不容易作到高度的自动化 集成化 APT语言经过近30年的发展 功能大而全 使其语言专用词多 语法规则复杂多样 况且大多数APT语言自动编程系统都采用了字符界面 这导致了系统用户界面不友好 68 由于语言自动编程的上述缺点 使人们开始研究图形自动编程技术 自动编程 1998年UnigraphicsSolutions公司开发出UGIICAD CAM系统 该系统也是目前应用最广泛的CAD CAM集成软件之一 1978年 法国达索飞机公司开发出具有三维设计 分析与数控编程一体化功能的CATIA系统 如法国的Euclid 美国的MasterCAM SurfCAM Pro Engineer 以色列的Cimatron 英国的HyperMill等 90年代中期以后 CAD CAM集成数控图形自动编程向集成化 智能化 网络化 并行化和虚拟化方向迅速发展 1965年 美国洛克西德飞机制造公司首先组织了一个专门小组进行图形自动编程的研制并于1972年以CA