数控机床-自动编程及应用

2020年6月12日星期五,1,机床编程与加工,沈阳工业大学辽阳校区机械系谢宝玲2005.7.14,2020年6月12日星期五,2,自动编程系统由数控语言编程系统和图形编程系统。,第七章自动编程及应用,7.1自动编程概述,数控语言编程系统最主要的是美国的APT（AutomaticallyProgrammedTools自动化编程工具），它是一种发展最早、容量最大、功能全面又成熟的数控编程语言，能用于点位、连续控制系统以及25坐标数控机床，可以加工极为复杂的空间曲面。,数控图形编程系统是利用图形输入装置直接向计算机输入被加工零件的图形，无需再对图形信息进行转换，大大减少了人为错误，比语言编程系统具有更多的优越性和广泛的适应性，提高了编程的效率和质量。目前，生产实际中应用较多的商品化的CAD/CAM系统主要有国外引进的Unigraphics、Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、Mastercam、SDRC/I-DEAS、DELCAM等。,2020年6月12日星期五,3,二、数控自动编程过程,编程人员根据零件图样的要求，使用数控自动编程语言写出零件加工的源程序，在将该程序输入计算机，经过编译、计算处理后生成加工用的目标程序，再通过外设自动输出零件加工的程序单，绘出零件加工刀具的轨迹图或制成穿孔纸带。,2020年6月12日星期五,4,用数控语言实现加工程序编制自动化，是计算机辅助编程的主要形式。全世界实际应用而且比较著名的数控语言系统有100余种，其中最主要的是APT（AutomaticallyProgrammedTools）语言系统。,7.2APT编程语言概述,APT自动编程语言的发展。1955年推出APT1958年完成APTII，适用于曲线自动编程1961年提出APTIII，适用于35坐标立体曲面自动编程70年代推出APTIV，适用于自由曲面自动编程在APT的基础上，世界各工业国家也各自发展了各具特色的数控语言系统。德国EXAPT日本FAPT和HAPT法国IFAPT意大利MODAPT,2020年6月12日星期五,5,7.2.1APT语言的基本组成,与通用计算机语言相似，用APT语言编制的加工程序是由一系列语句所构成，每个语句由一些关键词汇和基本符号组成，也就是说APT语言由基本符号、词汇和语句组成。,2020年6月12日星期五,6,逗号“，”用于分隔语句内的词汇、标识符和数据。例如：C1=CIRCLE/0,0,25；斜杠“/”用来将语句分隔为主部和辅部，或者在计算语句中作除法运算符号。例如：GOFWD/C1；A=B/D；(3)星号“*”这是乘法运算符号。例如：A=B*C,1、基本符号,数控语言中的基本符号是语言中不能再分的基本成分。语言中的其它成分均由基本符号组成。APT自动编程语言中常用到的标点符号和算术符号如下：,2020年6月12日星期五,7,(4)双星号“*”或“”这是指数运算符号。例如：A=B*2或A=B2(5)正号“+”用来表示算术加法或规定一个数的符号。(6)负号“-”用来表示算术减法或规定一个数的符号。例如：P2=POINT/+2，-15，-26,(7)双单美元符号“$”为续行符，表示语句未结束，延续到下一行。例如：L1=LINE/RIGHT，$TANTO，C2，RIGHT，TANTO，C1；,(8)冒号“：”用于分隔语句及其标号。,(9)方括号“”用于给出子曲线的起点和终点，或用于复合语句及下标变量中。例如：GOFWD/C2，PAST，Q110，12；,2020年6月12日星期五,8,等号“=”用于给定一个名字或者给标识符号赋值用。例如：P1=POINT/X，Y，Z；分号“；”作为语句结束符号。圆括号“（）”用于括上算术自变量及几何图形语言中的嵌套定义部分。例如：GOFWD/（CIRCLE/2，12，2）；(13)小数点“.”用于分隔数的整数部分和小数部分。,2020年6月12日星期五,9,(1)几何元素词汇如POINT（点），LINE（线），PLANE（平面）等。(2)几何位置关系状况词汇如PARLEL（平行），PERPTO（垂直），TANTO（相切）等。(3)函数类词汇如SINF（正弦），COSF（余弦），EXPF（指数），SQRTF（平方根）等。(4)加工工艺词汇如OVSJSE（加工余量），FEED（进给量），TOLER（容差）等。(5)刀具名称词汇如TURNTL（车刀），MILTL（铣刀），DRITL（钻头）等。(6)与刀具运动有关的词汇如GOFWD（向前），GODLTA（走增量），TLLFT（刀具在左）等。,2、词汇,词汇是APT语言所规定的具有特定意义的单词的集合。每一个单词由6个以下字母组成，编程人员不得把它们当作其他符号使用。APT语言中，大约有300多个词汇，按其作用大致可分为下列几种：,2020年6月12日星期五,10,3数字数字包括09，APT的数值是带有正负号的整数或小数，无符号时作为正数处理。角度值以度和度的十进制小数表示。,4标识符标识符也称名字，用来定义零件程序中的一个量，使在编制零件源程序时用户给图形的几何元素或子程序起的名称。APT语言中规定：标识符必须是以字母开头的6个以内的英文字母与数字的组合，但不许用APT专用的关键字。CIRC1=CIRCLE/x，y，r；定义了一个圆，后面的程序中便可用CIRC1来表示此圆。而标识符PIN/10是错误的，它用了除字母和数字以外的符号。标识符还可以作为识别语句的符号，主要用于循环程序中的转移识别语句。,2020年6月12日星期五,11,5、语句,语句是数控编程语言中具有独立意义的基本单位。它由词汇、数值、标识符号等按语法规则组成。按语句在程序中的作用大致可分为几何定义语句、刀具运动语句、工艺数据语句等几类。,几何定义语句用于描述零件的几何图形。APT语言可以定义17种几何元素，其中主要有点、直线、平面、圆、椭圆、双曲线、圆柱、圆锥、球、二次曲面、自由曲面等。,几何元素名=几何元素类型/元素类型定义方式,表达方式：,例如：C1=CIRCLE/10，60，12.5其中C1为标识符，CIRCLE为几何元素类型，10，60，12.5分别为圆的圆心坐标和半径。,2020年6月12日星期五,12,1、由给定坐标值定义点格式:Pi=POINT/x，y，z;例如：P=POINT/20，25，15;,点的定义语句,2、由两直线的交点定义点格式：Pi=POINT/INTOF，line1，line2;其中INTOF表示相交，line1，line2为事先已定义过的两条直线。例如：P2=POINT/INTOF，L1，L2;,2020年6月12日星期五,13,3、由直线和圆的交点定义点P1=POINT/XSMALL，INTOF，L1，C1；P2=POINT/YSMALL，INTOF，L1，C1；或P3=POINT/YLARGE，INTOF，L1，C1；P4=POINT/XLARGE，INTOF，L1，C1；其中取交点中X与Y坐标值中的大值还是小值，由编程人员根据图形任选其中一项。,2020年6月12日星期五,14,4、由圆和圆的交点定义点P1=POINT/XSMALL，INTOF，C1，C2；P2=POINT/YSMALL，INTOF，C1，C2；或P1=POINT/YLARGE，INTOF，C1，C2；P2=POINT/XLARGE，INTOF，C1，C2；其中取交点中X与Y坐标值中的大值还是小值，由编程人员根据图形任选其中一项。,2020年6月12日星期五,15,5、由圆上点与圆心的连线与x轴的夹角格式：Pi=POINT/Ci，ATANGL，;,7、点的极坐标定义P1=POINT/RTHETA,YXPLAN，r，；P1=POINT/RTHETA,YZPLAN，r，；P1=POINT/RTHETA,ZXPLAN，r，；,6、圆心点格式：Pi=POINT/CENTER，Cj;,2020年6月12日星期五,16,8、用极坐标的增量定义P1=POINT/Pj，THETAR，r；P1=POINT/Pj，RTHEA，r，；,9、用已知点的坐标增量定义P1=POINT/Pj，DELTA，x，y，z；,2020年6月12日星期五,17,直线的定义,1、通过两点的直线L=LINE/P1，P2；或L=LINE/x1，y1，x2，y2；,2、过一点P且平行于已知直线L1=LINE/P1，PARLEL，Lk；,2020年6月12日星期五,18,3、过一点P与圆相切的直线L1=LINE/P1，LEFT，TANTO，C；L2=LINE/P2，RIGHT，TANTO，C；其中LEFT，RIGHT表示左、右，以点P与圆心联线方向为基准，TANTO表示相切。,4、过一点P且垂直于已知直线L1=LINE/P1，PERPTO，Lk；,2020年6月12日星期五,19,6.与两圆相切的直线L1=LINE/RIGHT，TANTO，C1，RIGHT，TANTO，C2；L2=LINE/RIGHT，TANTO，C1，LEFT，TANTO，C2；左右相切是以第一个圆的圆心向第二个圆的圆心作连线的方向为基准。,5、与已知直线平行且成定距离的直线L1=LINE/PARLEL，L1，XLARGE，r；L1=LINE/PARLEL，L1，XSMALL，r;L1=LINE/PARLEL，L1，YLARGE，r;L1=LINE/PARLEL，L1，YSMALL，r;,2020年6月12日星期五,20,1、用半径和圆心定义的圆C1=CIRCLE/x，y，r；其中，x，y为圆心坐标，r为圆的半径。,圆的定义,2、用已知三点定义圆C1=CIRCLE/P1，P2，P3；,3、用圆心和切线定义圆C1=CIRCLE/CENTER，PC，TANTO，L；其中PC为已知圆心，L为已定义之直线。,2020年6月12日星期五,21,4、利用圆心和圆上的一点C1=CIRCLE/CENTER，P1,P2；,、已知圆心并与另一圆相切的定义C3=CIRCLE/CENTER，Pi，LARGE，TANTO，C2；C3=CIRCLE/CENTER，Pi，SMALL，TANTO，C2；,2020年6月12日星期五,22,C1：C1=CIRCLE/XSMALL，L2，YLARGE，OUT，C2，RADIUS，10;C3：C3=CIRCLE/XSMALL，L2，YSMALL，IN，C2，RADIUS，10;,6、已知半径并与某直线和圆相切的圆C3=CIRCLE/YLARGE,Lj,YLARGE,OUT,C1,RADIUS,r;YSMALLYSMALLINXLARGEXLARGEXMALLXMALL,2020年6月12日星期五,23,7.2.2、刀具运动语句,（1）刀具形状的指定格式：CUTTER/d，r，e，f，b，h格式中字母的意义如图所示。一般常用的简单语句是CUTTEER/d，r,2020年6月12日星期五,24,(2）容差APT系统对任何曲线都用直线段逼近，因此刀具的实际轨迹与理论轮廓间存在差值，这个差值需要在零件源程序中指定。APT语言中有三种容差语句表示容差的大小，即OUTTOL/t（外容差），INTOL/t（内容差），TOLER/tn（容差值），其中t，tn为理论轮廓与逼近直线段允许的最大偏差,2020年6月12日星期五,25,刀具运动语句是用来规定加工过程中刀具运动的轨迹。为了定义刀具在空间的位置和运动，引入如下图所示三个控制面的概念，即零件面(PS)、导向面(DS)和检查面(CS)。,(3)刀具运动控制面,2020年6月12日星期五,26,、零件面（Partsurface）是刀具在加工运动过程中，刀具端点运动形成的表面。它是控制切削深度的表现。,、导向面（Drivesurface）是在加工运动中，刀具与零件接触的第二个表面，是引导刀具运动的面，由此可以确定刀具与零件表面之间的位置关系。,、检查面(Checksurface)是刀具运动终止位置的限定面，刀具在到达检查面之前，一直保持与零件面和导向面所给定的关系，在到达检查面后，可以重新给出新的运动语句。,2020年6月12日星期五,27,通过上述三个控制面就可联合确定刀具的运动。例如描述刀具与零件面关系的词汇如右上图所示，有TLONPS和TLOFPS分别表示刀具中心正好位于零件面上和不位于零件面上。描述刀具与导向面关系的词汇，有TLIFT（刀具在导向面左边），TLRGT（刀具在导向面右边），TLON（刀具在导向面上）之分。所谓左右是沿运动方向向前看，刀具在导向面的左边还是右边。描述刀具与检查面关系的词汇，有TO（走向检查面），ON（走到检查面上），PAST（走过检查面）等。描述运动方向的语句，是指当前运动方向相对于上一个已终止的运动方向而言的。例如，GOLFT（向左），GORGT（向右），GOFWD（向前），GOBACK（向后）等。,2020年6月12日星期五,28,在APT中，只能定义直线，而不能定义线段，只能定义整圆，而不能定义圆弧，因此刀具运动在什么位置停止，需要检查面来确定。TANTO刀具停在导动面和检查面的切点上。PSTAN刀具停在零件面与检查面的切点上。,2020年6月12日星期五,29,1、工艺数据及一些控制功能也是自动编程中必须给定的例如：,7.2.3工艺数据语句、初始语句和终止语句,（）SPINDL/n，CLW表示了机床主轴转数及旋转方向。（）CUTTER/d，r给出了铣刀直径和刀尖圆角半径。（）OUTTOL/INTOL/给出轮廓加工的外容差和内容差。外容差和内容差的定义。（）MATERL/FE给出材料名称及代号等等。,2020年6月12日星期五,30,、初始语句也称程序名称语句，由“PARTNO”和名称组成。,、终止语句表示零件加工程序的结束，用FINI表示。,2020年6月12日星期五,31,1、分析零件图在编制零件源程序之前，详细分析零件图，明确构成零件加工轮廓的几何元素，确定出图纸给出的几何元素的主参数及各个几何元素之间的几何关系。,7.2.4应用APT语言编制零件源程序应遵循如下步骤：,2、选择坐标系确定坐标系原点位置及坐标轴方向的原则是使编程简便、几何元素的参数换算简单，确保所有的几何元素都能够较简便地在所选定的坐标系中定义。,3、确定几何元素标识符确定几何元素标识符，实际上是建立起抽象的零件加工轮廓描述模型，为在后续编程中定义几何表面和编写刀具运动语句提供便利。,2020年6月12日星期五,32,4、进行工艺分析这一过程与手工编程相似，要依据加工轮廓、工件材料、加工精度、切削余量等条件，选择加工起刀点、加工路线，并选择工装夹具等。,5、确定对刀方法和对刀点对刀点是程序的起点，要根据刀具类型和加工路线等因素合理选择。而对刀方法是关系到重复加工精度的重要环节，批量加工时可以在夹具上设置专门的对刀装置。走刀路线的确定原则是保证加工要求、路线简捷、合理，并便于编程，依据机床、工件及刀具的类型及特点，并要与对刀点和起刀点一起综合考虑。,2020年6月12日星期五,33,6、选择容差、刀具等工艺参数容差和刀具要依据工件的加工要求和机床的加工能力来选择。定义语句如下：INTOL/0.01（内容差为0.01）OUTTOL/0.01（外容差为0.01）CUTTER/12（铣刀直径为12）其他工艺参数和特有指令要根据特定的数控机床而定，具体语句示例如下：FEDRAT/50（进给速度为50mm/min）SPINDL/900，CLW（主轴转速为900rpm，顺时针转）COOLNT/FLOOD（冷却液开）COOLNT/OFF（冷却液关）,2020年6月12日星期五,34,7、编写几何定义语句根据加工轮廓几何元素之间的几何关系，依次编写几何定义语句。,8、编写刀具运动定义语句根据走刀路线，编写刀具运动定义语句。,9、插入其它语句这类语句主要包括后置处理指令及程序结束指令。,10、检验零件源程序常见错误包括功能错误和语法错误。功能错误主要有定义错误。所有错误尽可能在上机前改正，以提高上机效率。11、填写源程序清单,2020年6月12日星期五,35,7.2.5程序举例,加工如图所示的零件，粗实线为零件轮廓，细实线为刀具中心轨迹，走刀方向为箭头所示方向，试用APT编程语言编写零件源程序。,PRATNO/EXAMPLE-001LIMING-11-MAY-1999MACHIN/F6M,2020年6月12日星期五,36,CLPRNTOUTTOL/0.05INTOL/0.05CUTTER/10SETPT=POINT/-10,-20,0P1=POINT/10,20P2=POINT/10,60P4=POINT/70,20P3=POINT/P4,RTHEA40,45L1=LINE/P1,P2L4=LINE/P1,P4L3=LINE/P4,SLOPE,1L2=LINE/PARLEL,L3,YLARGE,40,2020年6月12日星期五,37,C1=CIRCLE/L1,XLARGE,P2,RADIUS,16C2=CIRCLE/XSMALL,L2,XLARGE,OUT,C1,RADIUS,10C3=CIRCLE/L3,XSMALL,P3,RADIUS,20XYPL=PLANE/0,0,2,0FROM/SETPTGODLTA/10,20,-5,FEDRAT/20SPINDL/1500CLWCOOL