《计算机辅助设计及制造》课件4.2

1、14.24.224.2.1 CAM4.2.1 CAM的支撑系统的支撑系统( (* *) ) 4.24.2 CAD CADCAMCAM系统由计算机和外部设备以及相应的软件组成，系统由计算机和外部设备以及相应的软件组成，如如图图4-14-1所示。所示。图图4-1 CAD4-1 CADCAMCAM系统基本结构系统基本结构34.2.1.1 4.2.1.1 硬件硬件( (* *) )4.24.2 CAD CADCAMCAM硬件系统主要包括主机、外存储器、输入输出设备硬件系统主要包括主机、外存储器、输入输出设备及其他通信接口。及其他通信接口。 1 1主机主机 (1)(1)小型机或超级小型机系统小型机或超级

2、小型机系统 (2)(2)以超级微机组成的工程工作站以超级微机组成的工程工作站 (3)(3)个人微机系统个人微机系统 2 2外存储器外存储器 3 3输入输出设备输入输出设备 CADCADCAMCAM系统的硬件设备系统的硬件设备还包括：还包括：图形显示器图形显示器( (一般采用一般采用21in21in，分辨率为分辨率为1024X7681024X768或或1280X1024)1280X1024)、通信接口和生产装置、通信接口和生产装置( (如数控机如数控机床、自动测试装置等床、自动测试装置等) )。44.2.1.2 4.2.1.2 软件软件( (* *) )4.24.2 CAD CADCAMCAM系

3、统中与硬件配套的软件已形成了一个完整的系统中与硬件配套的软件已形成了一个完整的体系，该软件系统可分为体系，该软件系统可分为三个层次：三个层次：系统软件、支撑软件和应用系统软件、支撑软件和应用软件。有些应用软件可直接在系统软件下开发和运行，而有些应软件。有些应用软件可直接在系统软件下开发和运行，而有些应用软件需要有特殊的支撑软件环境。用软件需要有特殊的支撑软件环境。 1.1.系统软件系统软件 (1)(1)操作系统操作系统 (2)(2)语言编译系统语言编译系统 2.2.支撑软件支撑软件 (1)(1)计算机分析软件计算机分析软件 (2)(2)图形支撑软件系统图形支撑软件系统 (3)(3)数据库管理系

4、统数据库管理系统 (4)(4)计算机网络工作软件计算机网络工作软件 3.3.应用软件应用软件54.2.2 CAM4.2.2 CAM的应用的应用 4.24.2 随着计算机硬、软件技术和其他科学技术的发展，随着计算机硬、软件技术和其他科学技术的发展，CADCADCAMCAM技术日趋完善，应用范围不断扩大。当今技术日趋完善，应用范围不断扩大。当今CADCADCAMCAM已广泛应用于已广泛应用于产品设计生产的全过程。其产品设计生产的全过程。其应用领域应用领域已遍及机械、电子、造船、已遍及机械、电子、造船、航空、汽车、建筑、纺织、轻工及工程建设等部门。航空、汽车、建筑、纺织、轻工及工程建设等部门。 典型

5、的典型的CAMCAM应用应用是汽车车身模具的数控加工。是汽车车身模具的数控加工。 ProProE E、UGUG、SolidWorksSolidWorks、CATIACATIA等等三维软件三维软件都具有都具有CADCADCAMCAM功能，在三维设计的基础上，可以在加工模块经过一系列加工表功能，在三维设计的基础上，可以在加工模块经过一系列加工表面的设置，生成零件的加工走刀轨迹和数控加工代码，可以将该面的设置，生成零件的加工走刀轨迹和数控加工代码，可以将该数控代码输入数控系统中加工出所设计的产品零件。数控代码输入数控系统中加工出所设计的产品零件。 64.34.374.3.1 数控加工概述数控加工概述

6、4.34.34.3.1.1 4.3.1.1 数控加工概念数控加工概念( (* *) )4.3.1.2 4.3.1.2 数控加工的发展阶段数控加工的发展阶段4.3.1.3 4.3.1.3 数控未来发展的趋势数控未来发展的趋势4.3.1.4 4.3.1.4 数控装置类型数控装置类型( (* *) )4.3.1.5 4.3.1.5 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理( (* *) )84.3.1.1 4.3.1.1 数控加工概念数控加工概念( (* *) )4.34.3 数控加工数控加工(Numerical Control Machine)(Numerical Control Mach

7、ine)是数控机床应用是数控机床应用数字化信息实现机床控制的一种技术。数控设备的核心是数控系统，数字化信息实现机床控制的一种技术。数控设备的核心是数控系统，就是用一台控制计算机来进行运算，指挥数控设备进行自动控制。就是用一台控制计算机来进行运算，指挥数控设备进行自动控制。下面是下面是数控技术的一些基本概念和常用功能数控技术的一些基本概念和常用功能。1.APT1.APT语言语言2.2.最小设定单位最小设定单位3.3.最小移动单位最小移动单位4.4.程序段格式程序段格式( (数控纸带格式数控纸带格式) )5.ISO5.ISO代码及代码及EIAEIA代码代码6.6.插补插补7.7.工具位置偏移工具位

8、置偏移8.8.刀尖刀尖R R的补偿的补偿9.9.自动加减速自动加减速1010手动数据输入手动数据输入(MDl)(MDl)11.11.通用显示器通用显示器(DPL)(DPL)12.12.视频显示器视频显示器(CRT)(CRT)13.13.进给率数进给率数(FRN)(FRN)14.14.程序中停、重新启动功能程序中停、重新启动功能15.15.进给保持进给保持16.16.程序保护功能程序保护功能17.17.固定循环功能固定循环功能18.18.纸带存储和编辑功能纸带存储和编辑功能19.19.录返功能录返功能94.3.1.2 4.3.1.2 数控加工的发展阶段数控加工的发展阶段4.34.3 数控机床是综

9、合应用了微电子、计算机、自动控制、自动数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动控制、自动检测和精密加工等新技术的新型机床，就其数控系统而言已经历了检测和精密加工等新技术的新型机床，就其数控系统而言已经历了两个阶段两个阶段( (六代六代) )。 1 1数控数控(NC)(NC)阶段阶段(1952(195219701970年年) ) 1952 1952年，在美国诞生了第一台数控机床，使传统机床发生了质年，在美国诞生了第一台数控机床，使传统机床发生了质的变化。随着元器件的发展，该阶段历经了三代，即的变化。随着元器件的发展，该阶段历经了三代，即19521952年的第年的第一一代代电子管、电子管、1959

10、1959年的第年的第二二代代晶体管和晶体管和19651965年的第年的第三三代代小规模小规模集成电路。集成电路。 2 2计算机数控计算机数控(CNC)(CNC)阶段阶段(1970(1970年年现在现在) ) 计算机数控阶段也经历了三代，即计算机数控阶段也经历了三代，即19701970年的第年的第四四代代小型计算小型计算机、机、19741974年的第年的第五五代代微处理器和微处理器和19901990年的第年的第六六代代微机微机( (国外称国外称为为PC-BASED)PC-BASED)。104.3.1.3 4.3.1.3 数控未来发展的趋势数控未来发展的趋势4.34.31 1向开放式、基于向开放式

11、、基于PCPC的第六代方向发展的第六代方向发展2 2向高速化和高精度化发展向高速化和高精度化发展3 3向智能化方向发展向智能化方向发展4 4柔性化柔性化5 5工艺复合性和多轴化工艺复合性和多轴化114.3.1.4 4.3.1.4 数控装置类型数控装置类型( (* *) )4.34.3 1.1.硬件式数控系统硬件式数控系统(NC(NC系统系统) ) NCNC系统是早期数控系统。在此系统的数控装置中，输入、译系统是早期数控系统。在此系统的数控装置中，输入、译码、插补运算、输出等控制功能均由专门设计的硬件连接的逻辑码、插补运算、输出等控制功能均由专门设计的硬件连接的逻辑电路来实现。电路来实现。 2.

12、2.软件式数控系统软件式数控系统(CNC(CNC系统系统) ) CNC CNC系统由大规模及超大规模集成电路组成。在此装置中，系统由大规模及超大规模集成电路组成。在此装置中，采用小型机或微机作为控制单元，其主要功能几乎全由软件来实采用小型机或微机作为控制单元，其主要功能几乎全由软件来实现；对于不同的系统，只需编制不同的软件就可以实现不同的控现；对于不同的系统，只需编制不同的软件就可以实现不同的控制功能，而硬件几乎可以通用。制功能，而硬件几乎可以通用。124.3.1.5 4.3.1.5 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理( (* *) )4.34.3 数控机床通常由以下几部分组成：

13、数控机床通常由以下几部分组成： 程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动系统、强电控制程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动系统、强电控制装置、检测装置、机床装置、检测装置、机床( (主运动，进给运动，辅助操作主运动，进给运动，辅助操作) )。其原理。其原理框图如框图如图图4-24-2所示。所示。图图4-2 4-2 数控机床的组成数控机床的组成13 数控机床主要组成部分数控机床主要组成部分4.34.31.1.程序载体程序载体2.2.输入装置输入装置3.3.数控装置数控装置4.4.强电控制装置强电控制装置5.5.伺服控制系统伺服控制系统6.6.机床机床144.3.2 数控系统数控系统( (* *)

14、 ) 4.34.3 CNCCNC系统的核心是系统的核心是CNCCNC装置。装置。 CNCCNC装置装置主要用于控制机床的运动，完成各种曲线轮廓的主要用于控制机床的运动，完成各种曲线轮廓的加工。不论进行哪种曲线加工，加工。不论进行哪种曲线加工，CNCCNC装置都执行同一基本控制装置都执行同一基本控制流程，即流程，即首先首先读取零件程序读取零件程序( (输人输人) )，再再进行进行程序段的译码和预程序段的译码和预处理处理( (刀具补偿处理和进给速度处理刀具补偿处理和进给速度处理) )，然后然后根据程序段指令，根据程序段指令，进行插补计算和位置伺服控制。进行插补计算和位置伺服控制。 CNCCNC装置

15、除了执行基本控制流程外，还应具有显示、装置除了执行基本控制流程外，还应具有显示、I IO O处理及诊断等功能。处理及诊断等功能。154.3.2.1 4.3.2.1 数控装置硬件结构数控装置硬件结构4.34.31.1.微处理器微处理器CPUCPU2.2.存储器存储器3.3.I IO O设备设备4.4.PLCPLC及开关量及开关量I IO O接口接口5.5.位置控制装置位置控制装置 (1)(1)开环控制开环控制 (2)(2)闭环控制闭环控制 (3)(3)半闭环控制半闭环控制16(1)(1)开环控制开环控制4.34.3 这种控制方式通常不带位置测量元件，伺服驱动元件为这种控制方式通常不带位置测量元件

16、，伺服驱动元件为步进电动机或脉冲电动机。输入的数据经过数控系统的运算，分步进电动机或脉冲电动机。输入的数据经过数控系统的运算，分配出指令脉冲，每一个脉冲送给步进电动机或脉冲电动机，它就配出指令脉冲，每一个脉冲送给步进电动机或脉冲电动机，它就转过一个角度，再通过传动机构使被控制的工作台移动。转过一个角度，再通过传动机构使被控制的工作台移动。图图4-3 4-3 开环控制框图开环控制框图17(2)(2)闭环控制闭环控制4.34.3 这种控制方式这种控制方式必须必须有测量元件。如有测量元件。如图图4-44-4所示，所示，A A为速度测量为速度测量元件，元件，C C为位置测量元件。当指令值发送到位置比较

17、电路时，此为位置测量元件。当指令值发送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动、没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，时若工作台没有移动、没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过通过A A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C C将工作实际位移将工作实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与指令值进行比较，用比较的差量反馈回去，在位置比较电路中与指令值进行比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止，即为闭环控制。值进行控制，直到差值消除为止，即为闭环控制。图图4-4 4-4 闭环控制框图闭环控制框图18(3)(3)半闭环控制半闭环控制4.34.3 这种控制方式

18、对这种控制方式对工作台的实际位置不进行检测工作台的实际位置不进行检测，而是由，而是由与伺服电动机有联系的测量元件与伺服电动机有联系的测量元件( (如测速发电机如测速发电机A A和光电编码器或和光电编码器或分解器分解器B B等等) )间接检测出伺服电动机的转角，推算出工作台的实际间接检测出伺服电动机的转角，推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。图图4-5 4-5 半闭环控制框图半闭环控制框图194.3.2.2 CNC4.3.2.2 CNC装置的主要功用装置的主要功用4.34.31.1.输入输入2.2.译码译码3.3.

19、刀具补偿刀具补偿4.4.进给速度处理进给速度处理5.5.插补插补6.6.位置控制位置控制7.7.开关量处理开关量处理8.8.显示显示9.9.诊断诊断204.3.2.3 4.3.2.3 数控系统软件数控系统软件( (* *) ) 4.34.3 数控系统软件由管理软件和控制软件两个部分组成。数控系统软件由管理软件和控制软件两个部分组成。 管理软件管理软件是监测系统状态并提供基本操作管理；是监测系统状态并提供基本操作管理；控制软件控制软件是根据是根据用户编制的加工程序，控制机床运行。用户编制的加工程序，控制机床运行。 1 1管理模块程序设计管理模块程序设计 该模块应根据软件总体设计方案来安排，一般包

20、括：系统的初该模块应根据软件总体设计方案来安排，一般包括：系统的初始化、键盘分析与显示、数控程序读人、指令分析、编辑修改和系始化、键盘分析与显示、数控程序读人、指令分析、编辑修改和系统诊断等。这些程序用来实现人机对话、系统监控和指挥整个系统统诊断等。这些程序用来实现人机对话、系统监控和指挥整个系统软件协调工作，以完成程序规定的功能。软件协调工作，以完成程序规定的功能。 2 2控制软件控制软件 (1)(1)插补软件插补软件 (2)(2)升降速处理软件升降速处理软件214.3.3 数控插补技术数控插补技术( (* *) ) 4.34.3 数控机床按加工路线可分为点位控制、点位直线控制数控机床按加工路线可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制三类。和轮廓控制三类。 1 1点位控制系统与点位直线切削控制系统点位控制系统与点位直线切削控制系统 2 2轮廓控制系统轮廓控制系统 3 3插补方法插补方法图图4-6