2012whhit数控技术-202编程技术

1、第2章 计算机数控（CNC）系统12.1 数控技术的功能分析2.2 自动编程技术2.3 运动轨迹控制2.4 现代数控的插补技术2.5 现代数控技术的体系结构2.2 自动编程技术22.2.1 概述2.2.2 自动编程的分类2.2.3 自动编程的工作原理2.2.4 CAD/CAM自动编程基本步骤2.2.5 典型的自动编程系统2.2.6 自动编程的发展方向2.2.1 概述3 与手工编程相区别，自动编程使用CAD软件制作零件或产品模型，再利用软件的CAM功能生成数控加工程序，称为自动编程。 在以往的学习中，已经感受到手工编程的复杂和繁琐。应该说，手工编程是基础，在少数情况下，手工编程是比较方便的，除此

2、之外，原则上都应采用数控自动编程技术。2.2.1 概述4 手工编程工作量很大，通常只是对一些简单的零件进行手工编程。但是对于几何形状复杂，或者虽不复杂但程序量很大的零件（如一个零件上有数千孔），编程的工作量是相当繁重的，这时手工编程便很难胜任，即使能够编制出，也是相当费时的，而且易出错。一般认为，手工编程仅适用于3轴联动以下加工程序的编制，3轴联动（含3轴）以上的加工程序必须采用自动编程。据有关资料介绍，一般手工编程时间与加工时间之比平均为30:1，在数控机床不能开动的原因中，有2030%是由于等待编程。因此，编程自动化是人们的迫切需求。 2.2.1 概述5 正因为客观上的迫切需要，20世纪5

3、0年初第一台数控机床问世不久，为了发挥NC机床高效的特点和满足复杂零件加工需求，MIT便开始自动编程技术的研究，从那时到现在，自动编程技术有了很大的发展，从最早的语言式自动编程系统到现在的交互式图形自动编程系统，极大地满足了人们对复杂零件的加工需求，丰富数控加工技术的内容。 2.2.1 概述6 自动编程是借助计算机及其外围设备装置自动完成从零件图构造、零件加工程序编制到控制介质制作等工作的一种编程方法。目前，除工艺处理仍主要依靠人工进行外，编程中的数学处理、编写程序单、制作控制介质、程序校验等各项工作均已通过自动编程达到了较高的计算机自动处理的程度。与手工编程相比，自动编程解决了手工编程难以处

4、理的复杂零件的编程问题，既减轻劳动强度、缩短编程时间，又可减少差错，使编程工作简便。实现自动编程的环境要求71硬件环境 根据所选用的自动编程系统，配置相应的计算机及其外围设备硬件。计算机主要由中央处理器（CPU）、存储器和接口电路组成。外围设备包括输入设备、输出设备、外存储器和其它设备等。实现自动编程的环境要求82软件环境 软件是指程序、文档和使用说明书的集合。其中文档是指与程序的计划、设计、制作、调试和维护等相关的资料；使用说明书是指计算机和程序的用户手册、操作手册等；程序是用某种语言表达的由计算机去处理的一系列步骤，习惯也将程序简称为软件，它包括系统软件和应用软件两大类。自动编程的主要特点

5、9与手工编程相比，自动编程速度快，质量好，具有以下主要特点。 1.数字处理能力强：2.能快速、自动生成数控程序：3.后置处理程序灵活多变：4.程序自检、纠错能力强：5.便于实现与数控系统的通讯：2.2.2 自动编程的分类10 自动编程技术发展迅速，至今已形成繁多的种类。从不同的角度出发，自动编程有不同的分类。1.按使用的计算机硬件种类划分 微机自动编程、小型机自动编程、大型机自动编程、工作站自动编程、以及机床本身的数控系统进行自动编程 。自动编程的分类112.按编程系统与数控系统紧密程度划分(1)在线程序编制：使自动编程与数控系统连在一起的方法。(2) 离线程序编制：与数控系统相脱离，单独进行

6、程序编制。这种程序编制系统可为多台数控机床编制程序，其功能多而强。编制程序时不占用机床工作时间。 自动编程的分类123.按编程信息的输入方式划分 (1) 语言(APT语言)自动编程：加工零件的几何尺寸、工艺要求、切削参数及辅助信息等都用数控语言编写成源程序后，输入到计算机中，再由计算机进一步处理得到零件加工程序单。 (2)图形自动编程：用图形输入设备(如数字化仪)直接地把图形信息输入给计算机并在CRT上显示出来；再进一步处理，最终得到加工程序及控制介质。目前很多CAD/CAM系统都采用这种方式。(3)其它方式的自动编程：语音自动编程、数字化自动编程(坐标测量机、数据采集编程一体化)。 这里重点

7、介绍图形交互式自动编程。数控语言编程手册APT/ADAPT/AUTOSTOP/SKC/ZCK数控语言自动编程CAD软件CAM软件NC代码图形交互式自动编程2.2.3 自动编程的基本工作原理15 交互式图形自动编程采用图形输入方式，通过激活屏幕上的相应菜单，利用自动编程系统提供的图形生成和编辑功能，在计算机上完成零件造型；同时以人机交互方式指定零件的加工部位、加工方式、加工方向，输入相应的工艺参数，软件自动生成刀具路径文件，形成刀具运动的加工轨迹；再经过后置处理，最终生成适合指定数控装置的数控加工程序，并通过通信接口，把数控加工程序送给机床数控装置，完成加工。自动编程的基本工作原理16 在交互式

8、图形自动编程中，需要输入两种数据来产生加工程序：零件几何模型数据和切削加工工艺数据。 交互式图形自动编程实现了从图样模型数控编程和加工的一体化，其主要处理过程分别是： 零件几何造型、生成刀具路径文件、后置处理。后置处理生成零件加工程序之后可进行加工的模拟仿真。建立零件几何模型17 交互式图形自动编程系统可通过以下三种方法获取和建立零件几何模型。(1)利用软件本身提供的CAD设计模块；(2)将其它CAD/CAM软件生成的图形，通过标准图形转换接口(如STEP、DXFIGES、STL、DWG、PARASLD、CADL、NFL等)，转换成本软件系统的图形格式；(3)利用坐标测量机数据或三维多层扫描数

9、据生成零件几何模型数据。18轮廓加工钻孔(点位)加工挖槽（带岛）加工单曲面加工多曲面粗精加工生成刀具路径 首先确定加工类型(下图)，指定加工部位、选择走刀路线或切削方式19生成刀具路径-前置处理 选取或输入刀具类型、刀号、刀具直径、刀具补偿号、加工余量、进给速度主轴转速、退刀安全高度、切削次数及余量、刀具半径及长度补偿、进退刀延伸线值等加工所需的全部工艺切削参数。面铣刀方肩铣刀仿形铣刀三面刃和螺纹铣刀整体硬质合金铣刀常用铣刀后置处理20 后置处理的目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序。由于各种机床使用的数控系统各不相同，例如有FANUC, SIEMENS, AB, GE等系统，每一种数

10、控系统所规定的代码及格式不尽相同，为此，自动编程软件系统通常提供多种专用的或通用的后置处理文件，这些后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序。早期的后置处理文件是不开放的，使用者无法修改。目前绝大多数优秀的CAD/CAM软件提供开放式的通用后置处理文件。使用者可以根据自己的需要打开文件，按照希望输出的数控加工程序格式，修改文件中相关的内容。这种通用后置处理文件，只要稍加修改，就能满足多种数控系统的要求。 模拟仿真21 系统在生成了刀位文件后模拟显示刀具运动的加工轨迹是非常必要的，它可以检查编程过程中可能出现的错误。通常自动编程系统提供了一些模拟方法，下面简要介绍线架模拟和

11、实体模拟基本过程： 模拟仿真22（1）线架模拟中可以设置的参数有：以步进方式一步步模拟或自动连续模拟；步进方式中按设定的步进增量值方式运动或按端点方式运动； 运动中每一步保留刀具显示的静态模拟或不保留刀具显示的动态模拟； 刀具旋转； 模拟控制器刀具补偿； 模拟旋转轴； 换刀时刷新刀具路径；刀具轨迹涂色；显示刀具和夹具等。 模拟仿真23（2）实体模拟可以设置的参数有：模拟实体加工过程或仅显示最终加工零件实体； 零件毛坯定义； 视角设置； 光源设置； 步长设置； 显示加工被除去的体积； 显示加工时间； 暂停模拟设置； 透视设置等。 模拟仿真通讯24 通常自动编程系统还会提供计算机与数控机床之间数控

12、加工程序的通讯传输。通过RS232通讯接口，可以实现计算机与数控机床之间NC程序的双向传输（接受，发送和终端模拟），可以设置NC程序格式（ASC , EIA, BIN）,通讯连接口（COM1, COM2），传输速度（波特率），奇偶校验，数据位数，停止位数及发送延时参数等有关的通讯参数。2.2.4基于CAD/CAM自动编程的基本步骤25 在数控自动编程系统中，图形交互数控自动编程系统是目前国内外普遍采用的CAD/CAM软件，它具有速度快、精度高、直观性好、实用简便、便于检查等优点，其编程内容和步骤的流程如图所示。加工部位建模工艺参数输入刀具轨迹生成与编辑后置处理刀具轨迹验证、仿真加工程序输出错误

13、加工零件及其工艺分析1.加工零件及其工艺分析26加工零件及其工艺分析的主要任务有：(1)零件几何尺寸、公差及精度要求的核准。(2)确定加工方法、工夹量具及刀具(3)确定编程原点及编程坐标系。(4)确定走刀路线及下艺参数。2.加工部位建模27 机床加工部位建模是利用CADCAM集成数控编程软件的图形绘制、编辑修改、曲线曲面及实体造型等功能将军件被加工部位的几何形状准确绘制在计算机屏幕上，同时在计算机 内部以一定的数据结构对该图形加以记录加工部位建模实质上是人将零件加工部位的相 关信息提供给计算机的一种手段，它是自动编程系统进行自动编程的依据和基础。随着建 模技术及机械集成技术的发展，将来的数控编

14、程软件将可以直接从CAD模块获得相关信息，而无须对加工部位再进行建模。3.工艺参数的输入28 利用编程系统的相关菜单与对话框等，将第一步分析的一些与工艺有的参数输入到系统中。所需输人的工艺参数有：(1)机床刀具类型、尺寸与材料；(2)切削用量(主轴转 速、进给速度、切削深度及加工余量)；(3)毛坯信息(尺寸、材料等)；(4)其他信息(安全平面、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、进刀方式、走刀方式、冷却方式等)。 当然对于某一加工方式而言，可能只要求其中的部分了艺参数。随着CAPP技术的发展，这些工艺参数可以直接由CAPP系统来给出，这时工艺参数的输入这一步也就可以省掉了4.刀具轨迹生成及编辑

15、29 完成上述操作后，编程系统将根据这些参数进行分析判断，自动完成有关基点、节点的 计算，井对这些数据进行编排形成刀位数据，存人指定的刀位文件中。 刀具轨迹生成后，对于具备刀具轨迹显示及交互编辑功能的系统，还可以将刀具轨迹显示出来，如果有不太合适的地方，可以在人工交互方式下对刀具轨迹进行适当的编辑与修改。又叫前置处理。5.刀位具轨迹的验证与仿真30 对于生成的刀具轨迹数据，还可以利用系统的验证与仿真模块检查其正确性与合理性所谓刀具轨迹验证(CL Data Check或NC Verification)是指军用计算机图形显示器把加工过程中的零件模型、刀具轨迹、刀具外形一起显示出来，以模拟零件的加工

16、过程，检查刀具轨迹是否正确、加工过程是否发生过切，所选择的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理、刀具与约束面是否发生于涉与碰撞。而仿真是指在计算机屏幕上采用真实感图形显示技术，把加工过程中的零件模型、机床模型、央具模型及刀具模型动态显示出来，模拟零件的实际加工过程。仿真过程的真实感较强，基本上具有试切加工的验证效果(对于由于刀具受力变形、刀具强度及韧性不够等问题仍然无法达到试切验证的目标)。6.后置处理31 与APT语言自动编程一样，基于CADCAM的数控自动编程也需要进行后置处理，以便将刀位数据文件转换为数控系统所能接受的数控加工程序。7.加工程序输出32 对于经后置处理而生成的数控加工程序，

17、可以利用打印机打印出清单，供人工阅读；还可以与编程计算机直接联机，由计算机将加加程序直接送给机床控制系统。由数控机床完成加工。33加工结果34加工结果前、后处理技术任务35 前置处理任务：完成对用数控语言编写的源程序进行翻译、处理与计算，最终形成一个记录刀具中心运动轨迹位置数据的文件(CL文件)，作为不同数控机床的后置处理程序的输入数据。 后置处理任务：将前置处理程序输出的CL文件中的刀位数据及有关信息转换成特定数控机床控制系统所要求的数控加工程序。 国别公司软件中国北航海尔软件公司CAXA以色列CimatronCimatron美国CNC Software MasterCAM美国PTCPro/Engineer美国EDSUG 法国达索公司Catia2.2.5 典型的自动编程系统37CAXA 软件CAXA的CAD模块38CAXA 软件CAXA的CAM模块39Pro/E 软件 Pro/E的CAD模块40Pro/E 软件 Pro/E的CAM模块41UG 软件UG的CAD模块42UG 软件UG的CAM模块43拟合生成曲线 蒙面生成实体模型 加工如图所示的汽轮机叶片 典型系统UG应用举例44加工零件设置选择加工参数 典型系统UG应用举例45生成加工轨迹 加工仿真 典型系统UG应用举例46生成G代码 后处理设置典型系统UG应用举例47Maste