計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,第,8,章 計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編制,,數(shù)控編程的基本概念,,,自動(dòng)編程語(yǔ)言和數(shù)控程序系統(tǒng),,圖形交互式自動(dòng)編程,,,數(shù)控程序的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng),,,第一節(jié) 數(shù)控編程的基本概念,一、數(shù)控加工的特點(diǎn),數(shù)控加工過(guò)程,,,加工精度高,,,生產(chǎn)效率高,,,自動(dòng)化程度高,,,工件成本低,,,生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間段,,,有利于實(shí)現(xiàn),CAD,系統(tǒng)、,CAPP,系統(tǒng)、,CAM,系統(tǒng)的集成,,,二、數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟,,1,、工藝方案分析,,,分析零件圖樣，進(jìn)行工藝處理，確定工藝過(guò)程2,、數(shù)學(xué)處理,,,計(jì)算刀具中心軌跡，獲得刀位文件3,、編寫(xiě)零件加工程序,,按照規(guī)定的程序格式和編程指令，逐段寫(xiě)出零件加工程序4,、控制介質(zhì)的制備及輸入程序,,,穿孔紙帶控制介質(zhì)或直接通信5,、程序校核與試切,,,1,、手工編程,,,,手工編程也稱(chēng)人工編程，即從分析零件圖樣、制定零件工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)值、編寫(xiě)加工程序清單、制備控制介質(zhì)直至程序校核等都是靠人工來(lái)完成的三、數(shù)控程序編制的方法,,,2,、自動(dòng)編程,自動(dòng)編程,也稱(chēng)為計(jì)算機(jī)輔助零件編程,，即數(shù)控機(jī)床編制工作的大部分或部分是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。

1,）以數(shù)控編程語(yǔ)言為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法,,編程時(shí)，編程人員依據(jù)所用數(shù)控語(yǔ)言的編程手冊(cè)以及零件圖樣，以語(yǔ)言的形式表達(dá)出加工的全部?jī)?nèi)容，然后再把這些內(nèi)容全部輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，制作出可以直接用于數(shù)控加工的,NC,程序2,）以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)的交互式自動(dòng)編程方法,,以,CAD,的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計(jì)算機(jī)上，形成零件的圖形文件，然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，采用人機(jī)交互的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上指定被加工的部件，再輸入相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡,第二節(jié) 自動(dòng)編程語(yǔ)言和 數(shù)控程序系統(tǒng),一、語(yǔ)言編程的步驟,,自動(dòng)編程的步驟,,,二、,APT,自動(dòng)編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介,,APT,(Automatically Programmed Tools),是,50,年代中期由美國(guó)麻省理工學(xué)院研究開(kāi)發(fā)的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)主要由,前置處理程序,和,后置處理程序,兩大部分組成前置,處理程序完成刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡的計(jì)算，獲得,刀位數(shù)據(jù),后置處理程序,將刀位數(shù)據(jù)變成針對(duì)某一特定數(shù)控機(jī)床的,加工程序,APT,自動(dòng)編程語(yǔ)言與算法語(yǔ)言相類(lèi)似，它是由,基本符號(hào),、,語(yǔ)法,和,語(yǔ)義,幾部分構(gòu)成的。

1),基本符號(hào),,數(shù)控語(yǔ)言中的基本符號(hào)是語(yǔ)言中不能再分的成分，語(yǔ)言中的其它成分均由基本符號(hào)組成常用的基本符號(hào)有字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、算術(shù)運(yùn)算符號(hào)等，其中標(biāo)點(diǎn)符號(hào)用來(lái)分隔語(yǔ)句的詞匯和其它成分APT,自動(dòng)編程語(yǔ)言中常用的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和算術(shù)符號(hào)如下：,,1),逗號(hào)“，”,用于分隔語(yǔ)句內(nèi)的詞匯、標(biāo)識(shí)符和數(shù)據(jù)例如：,,C,1,=CIRCLE/0,，,0,，,25,,2),斜杠“,/”,,用來(lái)分隔語(yǔ)句的主部和輔部，或者在計(jì)算語(yǔ)句中作除法運(yùn)算符號(hào)例如：,,GOFWD/C,1,，,A=B/D,,3),星號(hào)“*”,乘法運(yùn)算符號(hào)例如：,,A=B*C,,,4),雙星號(hào)“**”或“,↑”,,指數(shù)運(yùn)算符號(hào)例如：,,A=B**2,或,A=B↑2,,5),正號(hào)“,+”,,用來(lái)表示算術(shù)加法或規(guī)定一個(gè)數(shù)6),負(fù)號(hào)“,-”,,用來(lái)表示算術(shù)減法或規(guī)定一個(gè)數(shù)例如：,,P2=POINT/+2,，,-15,，,-26,,7),單美元符號(hào)“,$”,,表示語(yǔ)句尚未結(jié)束，延續(xù)到下一行例如：,,L,1,=LINE/RIGHT,，,TANTO,，,C,2,，,RIGHT,，,$,,TANTO,，,C,1,,8),雙美元符號(hào)“,$$”,,表示語(yǔ)句從該符號(hào)之后起至行結(jié)束止無(wú)指令，一般用作注釋。

9),冒號(hào)“：”,用于分隔語(yǔ)句及其標(biāo)號(hào)10),方括號(hào)“,[ ]”,,用于給出子曲線的起點(diǎn)號(hào)和終點(diǎn)號(hào)，或用于復(fù)合語(yǔ)句及下標(biāo)變量中例如：,,Q,1,=TABCYL/P,1,，,P,2,，,P,3,…P,n,,GOFWD/C,2,，,PAST,，,Q,1,[10,，,12],,11),等號(hào)“,=”,,用于定義時(shí)給定一個(gè)名字或者給標(biāo)識(shí)符號(hào)賦值用例如：,,P1=POINT,／,X,，,Y,，,Z,,12),圓括號(hào)“,( )”,,用于括上算術(shù)自變量及幾何圖形語(yǔ)句中的嵌套定義部分例如：,,A=ABS(B),,GOFWD/(CIRCLE/2,，,12,，,2),,13),小數(shù)點(diǎn)“．”,用于分隔數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分2),詞 匯,,在,APT,自動(dòng)編程系統(tǒng)中大約有,300,個(gè)詞匯，其中一半用于編程中的控制功能，另一半用于描述零件幾何形狀、定義刀具軌跡等例如：,POINT(,點(diǎn),),、,LINE(,線,),等為描述幾何形狀的詞匯；,XLARGE(X,大,),、,YLARGE(Y,大,),等為表示位置狀況的詞匯；,TANTO(,相切,),、,PERPTO(,垂直,),為表示幾何關(guān)系的詞匯；,TLIFT(,刀具在左,),、,TLON(,刀具在上,),為描述刀具與工件關(guān)系的詞匯；,GOFWD(,向前,),、,GOBACK(,向后,),為描述刀具運(yùn)動(dòng)方向的詞匯；,DRILL(,鉆孔,),、,BORE(,鏜孔,),為描述工藝類(lèi)型的詞匯，等等。

3),語(yǔ) 句,,,語(yǔ)句是數(shù)控編程語(yǔ)言中有獨(dú)立意義的基本單位它由詞匯數(shù)值、標(biāo)識(shí)符號(hào)等按一定語(yǔ)法規(guī)則組成按語(yǔ)句在程序中的作用來(lái)分，大致有,4,類(lèi)1),幾何定義語(yǔ)句,用來(lái)定義點(diǎn)線和面等幾何元素并予以賦名APT,語(yǔ)言中能夠定義的幾何元素有點(diǎn)、線、平面、圓柱、錐體、球、二次曲面等,17,種，如教材中表,5-7,所示幾何定義語(yǔ)句的一般格式為,,標(biāo)識(shí)符,=APT,幾何元素,/,參數(shù),，例如：,,P,1,=POINT/2,，,4,，,1.5,,P,2,=POINT/INTOF,，,L,1,，,L,2,,其中,INTOF,表示相交，,L,1,，,L,2,為直線；語(yǔ)句表示由,2,條直線交點(diǎn)表示的點(diǎn)L,1,=LINE/3,，,2,，,0,，,0,，,-2,，,0,,L,2,=LINE/P,，,PARLEL,，,L,1,,其中,P,為已知的點(diǎn)，,PARLEL,表示平行，,L,1,為已知的一條直線；語(yǔ)句表示定義一條過(guò)已知點(diǎn)且平行于已知直線的直線C,1,=CIRCLE/10,，,60,，,12.5,,幾何定義語(yǔ)句分為,簡(jiǎn)單幾何定義語(yǔ)句,和,帶嵌套的幾何定義語(yǔ)句,上述各例為簡(jiǎn)單幾何定義語(yǔ)句在帶嵌套的幾何定義語(yǔ)句中，允許將一種幾何定義語(yǔ)句用括號(hào)括起來(lái)，作為一個(gè)組采用事先處理的方式來(lái)表達(dá)。

例如：,,L,2,=LINE/(POINT,／,40,，,20),，,ATANEL,，,45,,其中圓括號(hào)內(nèi)為事先定義的點(diǎn)，,ATANEL,表示直線與,x,軸正向的夾角，,45,為角度值2),刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句,,,用來(lái)模擬加工過(guò)程中刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡為了定義刀具在空間的位置和運(yùn)動(dòng)，引進(jìn)了如圖所示,3,個(gè)控制面的概念，即零件面,(PS),、導(dǎo)向面,(DS),和檢查面,(CS),零件面是刀具一連串運(yùn)動(dòng)過(guò)程中刀具切削點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形成的表面，它是控制切削深度的表面導(dǎo)向面是引導(dǎo)刀具運(yùn)動(dòng)的面，由此確定刀具與零件表面之間的位置關(guān)系檢查面是刀具運(yùn)動(dòng)終止位置的限定面描述刀具與零件面關(guān)系的詞匯如圖,(a),所示，有,TLONPS,和,TLOFPS,，分別表示刀具中心正好位于零件面上和不位于零件面上,描述刀具與導(dǎo)向面關(guān)系的語(yǔ)句如圖,(b),所示，有,TLLFT(,刀具在左,),、,TLRGT(,刀具在右,),、,TLON(,刀具在上,),之分；,,,描述刀具與檢查面關(guān)系的詞匯如圖,(c),所示，有,TO(,走到,),、,ON(,走上,),、,PAST(,走過(guò),),等描述運(yùn)動(dòng)方向的詞匯如圖所示，它是指當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于上一個(gè)已終止的運(yùn)動(dòng)方向而言的。

例如：,GOLFT(,向左,),、,GORGT(,向右,),、,GOFWD(,向前,),、,GOBACK(,向后,),等3),工藝數(shù)據(jù)語(yǔ)句,,,工藝數(shù)據(jù)及一些控制功能也是自動(dòng)編程中必須給定的，例如：,,SPINDL/n,，,CLW,給出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向；,,CUTTER/d,，,r,給出銑刀直徑和刀尖圓弧半徑；,,OUTTOL/τ INTOL/τ,： 給出輪廓加工的外容差和內(nèi)容差；,,MATERL/FE,給出材料名稱(chēng)及代號(hào)等4),初始語(yǔ)句和終止語(yǔ)句,,初始語(yǔ)句也稱(chēng)程序名稱(chēng)語(yǔ)句，由“,PARTNO”,和名稱(chēng)組成終止語(yǔ)句表示零件程序的終了，用,FINI,表示利用,APT,數(shù)控編程語(yǔ)言編寫(xiě)如圖所示銑削零件的數(shù)控銑削源程序PARTNO/ADAPT EXAMPLE,,$$PART GEOMETRY DEFINITIONS,,C,1,=CIRCLE/10,，,60,，,12.5,,C,2,=CIRCLE/40,，,-20,，,14.5,,C,4,=CIRCLE/0,，,0,，,25,,C,3,=CIRCLE/TANTO,，,OUT,，,C,4,，,OUT,，,C,2,，,YSMALL,，,RADIUS,，,12.5,,L,1,=LINE/XSMALL,，,TANTO,，,C,4,,，,ATANGL,，,90,,L,2,=LINE/-25,，,72.5,，,10,，,72.5,,L,3,=LINE/RIGHT,，,TANTO,，,C,2,，,RIGHT,，,TANTO,，,C,1,,,,$$ DEFINE DATUM AND MACHINING,,SPINDL/2000,，,CLW,,FROM/0,，,0,，,30,,GODLTA/-50,，,0,，,0,,PSIS/(PLANE/0,，,0,，,1,，,-2),,GO/PAST,，,L,2,,TLLFT,，,GORGT/L,2,,GOFWD/C,1,,,GOFWD/L,3,,GOFWD/C,2,，,TANTO,，,C,3,,GOFWD/C,3,，,TANTO,，,C,4,,GOFWD/C,4,,GOFWD/L,1,，,PAST,，,L,2,,GODLTA/0,，,0,，,32,,GOTO/0,，,0,，,30,,SPINDL/OFF,,CLPRNT,,NOPOST,,FINI,,,三、數(shù)控程序系統(tǒng),,,數(shù)控程序系統(tǒng)由前置處理程序和后置處理程序兩大部分組成，前置處理部分包括輸入翻譯和計(jì)算階段，零件加工源程序輸入計(jì)算機(jī)后，經(jīng)過(guò)輸入翻譯、數(shù)學(xué)處理，計(jì)算出刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)文件。

后置處理程序?qū)⒌段粩?shù)據(jù)和有關(guān)的工藝參數(shù)、輔助信息處理成具體的數(shù)控機(jī)床所要求的指令和程序格式，并自動(dòng)地輸出零件加工程序單，由穿孔紙帶或計(jì)算機(jī)將加工指令通過(guò)接口直接傳送給數(shù)控機(jī)床數(shù)控程序系統(tǒng)的工作大致可分為三個(gè)階段進(jìn)行：輸入翻譯階段、軌跡計(jì)算階段和后置處理階段1,）輸入翻譯階段,,（,2,）軌跡計(jì)算階段,,（,3,）后置處理階段,,,,一、圖形交互式自動(dòng)編程的基本步驟,,所謂圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形交互技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)的數(shù)控加工程序自動(dòng)編程系統(tǒng)，使用者利用計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備以及屏幕顯示設(shè)備通過(guò)交互操作，建立、編輯零件輪廓的幾何模型，選擇加工工藝策略，生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，利用屏幕動(dòng)態(tài)模擬顯示數(shù)控加工過(guò)程，最后生成數(shù)控加工程序第三節(jié) 圖形交互式自動(dòng)編程,,,幾何造型就是利用三維造型,CAD,軟件或,CAM,軟件的三維造型、編輯修改、曲線曲面造型功能把要加工的工件的三維幾何模型構(gòu)造出來(lái)，并將零件被加工部位的幾何圖形準(zhǔn)確地繪制在計(jì)算機(jī)屏幕上與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)形成零件三維幾何模型數(shù)據(jù)庫(kù)這些三維幾何模型數(shù)據(jù)是下一步刀具軌跡計(jì)算的依據(jù)自動(dòng)編程過(guò)程中，交互式圖形編程軟件將根據(jù)加工要求提取這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析判斷和必要的數(shù)學(xué)處理，形成加工的刀具位置數(shù)據(jù)。

從總體上講，其編程的基本原理及基本步驟大體上是一致的，歸納起來(lái)可分為五大步驟：,1,、幾何造型,,,,2,、加工工藝決策,,選擇合理的加工方案以及工藝參數(shù)是準(zhǔn)確、高效加工工件的前提條件加工工藝決策內(nèi)容包括定義毛坯尺寸、邊界、刀具尺寸、刀具基準(zhǔn)點(diǎn)、進(jìn)給率、快進(jìn)路徑以及切削加工方式首先按模型形狀及尺寸大小設(shè)置毛坯的尺寸形狀，然后定義邊界和加工區(qū)域，選擇合適的刀具類(lèi)型及其參數(shù)CAM,系統(tǒng)中有不同的切削加工方式供編程中選擇，可為粗加工、半精加工、精加工各個(gè)階段選擇相應(yīng)的切削加工方式3,、刀位軌跡的計(jì)算及生成,,圖形交互式自動(dòng)編程的刀位軌跡的生成是面向屏幕上的零件模型交互進(jìn)行的首先在刀位軌跡生成菜單中選擇所需的菜單項(xiàng)；然后根據(jù)屏幕提示，用光標(biāo)選擇相應(yīng)的圖形目標(biāo)，指定相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，輸入所需的各種參數(shù)；交互式圖形編程軟件將自動(dòng)從圖形文件中提取編程所需的信息，進(jìn)行分析判斷，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成刀位數(shù)據(jù)，存人指定的刀位文件中或直接進(jìn)行后置處理生成數(shù)控加工程序，同時(shí)在屏幕上顯示出刀位軌跡圖形4,、后置處理,,由于各種機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同在進(jìn)行后置處理前，編程人員需對(duì)該文件進(jìn)行編輯，按文件規(guī)定的格式定義數(shù)控指令文件所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容，在執(zhí)行后置處理命令時(shí)將自行按設(shè)計(jì)文件定義的內(nèi)容，生成所需要的數(shù)控指令文件。

5,、程序輸出,,圖形交互式自動(dòng)編程軟件在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)生成刀位軌跡圖形文件和數(shù)控程序文件，可采用打印機(jī)打印數(shù)控加工程序單，也可在繪圖機(jī)上繪制出刀位軌跡圖，使機(jī)床操作者更加直觀地了解加工的走刀過(guò)程，還可使用計(jì)算機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的紙帶穿孔機(jī)制作穿孔紙帶，提供給有讀帶裝置的機(jī)床控制系統(tǒng)使用，對(duì)于有標(biāo)準(zhǔn)通信接口的機(jī)床控制系統(tǒng)可以和計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，由計(jì)算機(jī)將加工程序直接送給機(jī)床控制系統(tǒng)第四節(jié) 數(shù)控加工仿真,目前數(shù)控程序檢驗(yàn)方法主要有：試切、刀具軌跡仿真、三維動(dòng)態(tài)切削仿真和虛擬加工仿真等方法試切法是,NC,程序檢驗(yàn)的有效方法傳統(tǒng)的試切是采用塑模、蠟?zāi)；蚰灸Ｔ趯?zhuān)用設(shè)備上進(jìn)行的，通過(guò)塑模、蠟?zāi)；蚰灸Ａ慵叽绲恼_性來(lái)判斷數(shù)控加工程序是否正確但試切過(guò)程不僅占用了加工設(shè)備的工作時(shí)間，需要操作人員在整個(gè)加工周期內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，而且加工中的各種危險(xiǎn)同樣難以避免一、試切法,,,,用計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)，從軟件上實(shí)現(xiàn)零件的試切過(guò)程，將數(shù)控程序的執(zhí)行過(guò)程在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，是數(shù)控加工程序檢驗(yàn)的有效方法在動(dòng)態(tài)模擬時(shí)，刀具可以實(shí)時(shí)在屏幕上移動(dòng)，刀具與工件接觸之處，工件的形狀就會(huì)按刀具移動(dòng)的軌跡發(fā)生相應(yīng)的變化觀察者可在屏幕上看到的是連續(xù)的、逼真的加工過(guò)程。

利用這種視覺(jué)檢驗(yàn)裝置，就可以很容易發(fā)現(xiàn)刀具和工件之間的碰撞及其它錯(cuò)誤的程序指令,1,、刀位軌跡仿真法,2,、三維動(dòng)態(tài)切削仿真法,,3,、虛擬加工仿真法,,二、數(shù)控加工仿真,,,,作 業(yè),,,1,、敘述數(shù)控加工編程的基本過(guò)程及其主要工作內(nèi)容2,、什么是圖形交互式自動(dòng)編程？簡(jiǎn)述其基本工作過(guò)程。