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4.1 計(jì)算機(jī)輔助制造概述,4.1.1 計(jì)算機(jī)輔助制造的概念(*),4.1.2 數(shù)字化制造,4.1.3 網(wǎng)絡(luò)化制造,4.1.4 CAM的發(fā)展與未來,返回,,1,4.1.1 計(jì)算機(jī)輔助制造的概念(*),,,計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM) 有狹義和廣義兩個(gè)概念。 1.CAM的狹義概念 ① 最初CAM的狹義概念 ② 現(xiàn)在CAM的狹義概念 2.CAM的廣義概念,返回,2,4.1.2 數(shù)字化制造,,,1. 數(shù)字化制造的定義 是用數(shù)字化定量、表述、存儲、處理和控制產(chǎn)品生產(chǎn)的方法，支持產(chǎn)品全生命周期和企業(yè)的全局優(yōu)化運(yùn)作，它是CAD／CAM／CAE集成化技術(shù)，是以MRPⅡ、MIS、PDM為主體的制造信息支持系統(tǒng)。 2.數(shù)字化制造時(shí)代主要表現(xiàn) 1) 從社會經(jīng)濟(jì)角度來看 2) 從科學(xué)技術(shù)發(fā)展來看,返回,3,4.1.3 網(wǎng)絡(luò)化制造,,,4.1.3.1 網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的總體構(gòu)想 NMS具有以下特點(diǎn)： 1)層次結(jié)構(gòu)的相似性。 2)分布式、開放的體系結(jié)構(gòu)。 3)良好的容錯(cuò)能力、可擴(kuò)展和可重組性。 4)互聯(lián)性。 5)互操作性。 6)數(shù)據(jù)、知識和信息的分布性。 7)多樣化。硬件平臺、操作系統(tǒng)和應(yīng)用平臺的多樣化。 4.1.3.2 NMS的關(guān)鍵技術(shù) 1．分布式對象技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn) 2．MAS技術(shù),返回,4,4.1.4 CAM的發(fā)展與未來,,,4.1.4.1 新一代CAM產(chǎn)生的必然性與發(fā)展趨勢 1．第一代CAM：APT 2．第二代CAM：曲面CAM系統(tǒng) 4.1.4.2 CAM的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題 1．CAD／CAM混合化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系 2．面向曲面，以局部加工為基本處理方式 4.1.4.3 CAM系統(tǒng)在生產(chǎn)組織與管理上的問題 4.1.4.4 制造業(yè)新技術(shù)對CAM的特殊要求 1．安全性要求 2．工藝性要求 3. 高效率要求 4.1.4.5 新一代CAM的基本結(jié)構(gòu)與主要特征預(yù)測 4.1.4.6 對生產(chǎn)與管理方式產(chǎn)生積極的影響,返回,5,4.2 CAM的支撐系統(tǒng),4.2.1 CAM的支撐系統(tǒng)(*),返回,4.2.2 CAM的應(yīng)用,,,6,4.2.1 CAM的支撐系統(tǒng)(*),,,CAD／CAM系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備以及相應(yīng)的軟件組成， 如圖4-1所示。,返回,圖4-1 CAD／CAM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),7,4.2.1.1 硬件(*),,,CAD／CAM硬件系統(tǒng)主要包括主機(jī)、外存儲器、輸入輸出設(shè)備及其他通信接口。 1．主機(jī) (1)小型機(jī)或超級小型機(jī)系統(tǒng) (2)以超級微機(jī)組成的工程工作站 (3)個(gè)人微機(jī)系統(tǒng) 2．外存儲器 3．輸入輸出設(shè)備 CAD／CAM系統(tǒng)的硬件設(shè)備還包括：圖形顯示器(一般采用21in，分辨率為1024X768或1280X1024)、通信接口和生產(chǎn)裝置(如數(shù)控機(jī)床、自動測試裝置等)。,返回,8,4.2.1.2 軟件(*),,,CAD／CAM系統(tǒng)中與硬件配套的軟件已形成了一個(gè)完整的 體系，該軟件系統(tǒng)可分為三個(gè)層次：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。有些應(yīng)用軟件可直接在系統(tǒng)軟件下開發(fā)和運(yùn)行，而有些應(yīng)用軟件需要有特殊的支撐軟件環(huán)境。 1.系統(tǒng)軟件 (1)操作系統(tǒng) (2)語言編譯系統(tǒng) 2.支撐軟件 (1)計(jì)算機(jī)分析軟件 (2)圖形支撐軟件系統(tǒng) (3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (4)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作軟件 3.應(yīng)用軟件,返回,9,4.2.2 CAM的應(yīng)用,,,隨著計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CAD／CAM技術(shù)日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。當(dāng)今CAD／CAM已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的全過程。其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及機(jī)械、電子、造船、航空、汽車、建筑、紡織、輕工及工程建設(shè)等部門。 典型的CAM應(yīng)用是汽車車身模具的數(shù)控加工。 Pro／E、UG、SolidWorks、CATIA等三維軟件都具有CAD／CAM功能，在三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以在加工模塊經(jīng)過一系列加工表面的設(shè)置，生成零件的加工走刀軌跡和數(shù)控加工代碼，可以將該數(shù)控代碼輸入數(shù)控系統(tǒng)中加工出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品零件。,返回,10,4.3 數(shù)控加工技術(shù),4.3.1 數(shù)控加工概述,返回,4.3.2 數(shù)控系統(tǒng),4.3.3 數(shù)控插補(bǔ)技術(shù),4.3.4 數(shù)控機(jī)床,4.3.5 數(shù)控編程基礎(chǔ),4.3.7 數(shù)控編程基本指令,4.3.8 數(shù)控編程實(shí)例,4.3.6 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系,,,11,4.3.1 數(shù)控加工概述,返回,,,4.3.1.1 數(shù)控加工概念(*) 4.3.1.2 數(shù)控加工的發(fā)展階段 4.3.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 4.3.1.4 數(shù)控裝置類型(*) 4.3.1.5 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理(*),12,4.3.1.1 數(shù)控加工概念(*),返回,,,數(shù)控加工(Numerical Control Machine)是數(shù)控機(jī)床應(yīng)用 數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的一種技術(shù)。數(shù)控設(shè)備的核心是數(shù)控系統(tǒng)，就是用一臺控制計(jì)算機(jī)來進(jìn)行運(yùn)算，指揮數(shù)控設(shè)備進(jìn)行自動控制。下面是數(shù)控技術(shù)的一些基本概念和常用功能。,1.APT語言 2.最小設(shè)定單位 3.最小移動單位 4.程序段格式(數(shù)控紙帶格式) 5.ISO代碼及EIA代碼 6.插補(bǔ) 7.工具位置偏移 8.刀尖R的補(bǔ)償 9.自動加減速 10．手動數(shù)據(jù)輸入(MDl),11.通用顯示器(DPL) 12.視頻顯示器(CRT) 13.進(jìn)給率數(shù)(FRN) 14.程序中停、重新啟動功能 15.進(jìn)給保持 16.程序保護(hù)功能 17.固定循環(huán)功能 18.紙帶存儲和編輯功能 19.錄返功能,13,4.3.1.2 數(shù)控加工的發(fā)展階段,返回,,,數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動控制、自動 檢測和精密加工等新技術(shù)的新型機(jī)床，就其數(shù)控系統(tǒng)而言已經(jīng)歷了兩個(gè)階段(六代)。 1．?dāng)?shù)控(NC)階段(1952—1970年) 1952年，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床，使傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)生了質(zhì)的變化。隨著元器件的發(fā)展，該階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代—電子管、1959年的第二代—晶體管和1965年的第三代—小規(guī)模集成電路。 2．計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段(1970年—現(xiàn)在) 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即1970年的第四代—小型計(jì)算機(jī)、1974年的第五代—微處理器和1990年的第六代—微機(jī)(國外稱為PC-BASED)。,14,4.3.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢,返回,,,1．向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展 2．向高速化和高精度化發(fā)展 3．向智能化方向發(fā)展 4．柔性化 5．工藝復(fù)合性和多軸化,15,4.3.1.4 數(shù)控裝置類型(*),返回,,,1.硬件式數(shù)控系統(tǒng)(NC系統(tǒng)) NC系統(tǒng)是早期數(shù)控系統(tǒng)。在此系統(tǒng)的數(shù)控裝置中，輸入、譯碼、插補(bǔ)運(yùn)算、輸出等控制功能均由專門設(shè)計(jì)的硬件連接的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。 2.軟件式數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng)) CNC系統(tǒng)由大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路組成。在此裝置中，采用小型機(jī)或微機(jī)作為控制單元，其主要功能幾乎全由軟件來實(shí)現(xiàn)；對于不同的系統(tǒng)，只需編制不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，而硬件幾乎可以通用。,16,4.3.1.5 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理(*),返回,,,數(shù)控機(jī)床通常由以下幾部分組成： 程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強(qiáng)電控制裝置、檢測裝置、機(jī)床(主運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動，輔助操作)。其原理框圖如圖4-2所示。,圖4-2 數(shù)控機(jī)床的組成,17, 數(shù)控機(jī)床主要組成部分,返回,,,1.程序載體 2.輸入裝置 3.數(shù)控裝置 4.強(qiáng)電控制裝置 5.伺服控制系統(tǒng) 6.機(jī)床,18,4.3.2 數(shù)控系統(tǒng)(*),返回,,,CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。 CNC裝置主要用于控制機(jī)床的運(yùn)動，完成各種曲線輪廓的加工。不論進(jìn)行哪種曲線加工，CNC裝置都執(zhí)行同一基本控制流程，即首先讀取零件程序(輸人)，再進(jìn)行程序段的譯碼和預(yù)處理(刀具補(bǔ)償處理和進(jìn)給速度處理)，然后根據(jù)程序段指令，進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算和位置伺服控制。 CNC裝置除了執(zhí)行基本控制流程外，還應(yīng)具有顯示、I／O處理及診斷等功能。,19,4.3.2.1 數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu),返回,,,1.微處理器CPU 2.存儲器 3.I／O設(shè)備 4.PLC及開關(guān)量I／O接口 5.位置控制裝置 (1)開環(huán)控制 (2)閉環(huán)控制 (3)半閉環(huán)控制,20,(1)開環(huán)控制,返回,,,這種控制方式通常不帶位置測量元件，伺服驅(qū)動元件為 步進(jìn)電動機(jī)或脈沖電動機(jī)。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，分配出指令脈沖，每一個(gè)脈沖送給步進(jìn)電動機(jī)或脈沖電動機(jī)，它就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，再通過傳動機(jī)構(gòu)使被控制的工作臺移動。,圖4-3 開環(huán)控制框圖,21,(2)閉環(huán)控制,返回,,,這種控制方式必須有測量元件。如圖4-4所示，A為速度測量元件，C為位置測量元件。當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，此時(shí)若工作臺沒有移動、沒有反饋量，指令值使得伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與指令值進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止，即為閉環(huán)控制。,圖4-4 閉環(huán)控制框圖,22,(3)半閉環(huán)控制,返回,,,這種控制方式對工作臺的實(shí)際位置不進(jìn)行檢測，而是由 與伺服電動機(jī)有聯(lián)系的測量元件(如測速發(fā)電機(jī)A和光電編碼器或分解器B等)間接檢測出伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。,圖4-5 半閉環(huán)控制框圖,23,4.3.2.2 CNC裝置的主要功用,返回,,,1.輸入 2.譯碼 3.刀具補(bǔ)償 4.進(jìn)給速度處理 5.插補(bǔ) 6.位置控制 7.開關(guān)量處理 8.顯示 9.診斷,24,4.3.2.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件(*),返回,,,數(shù)控系統(tǒng)軟件由管理軟件和控制軟件兩個(gè)部分組成。 管理軟件是監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理；控制軟件是根據(jù)用戶編制的加工程序，控制機(jī)床運(yùn)行。 1．管理模塊程序設(shè)計(jì) 該模塊應(yīng)根據(jù)軟件總體設(shè)計(jì)方案來安排，一般包括：系統(tǒng)的初始化、鍵盤分析與顯示、數(shù)控程序讀人、指令分析、編輯修改和系統(tǒng)診斷等。這些程序用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、系統(tǒng)監(jiān)控和指揮整個(gè)系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作，以完成程序規(guī)定的功能。 2．控制軟件 (1)插補(bǔ)軟件 (2)升降速處理軟件,25,4.3.3 數(shù)控插補(bǔ)技術(shù)(*),返回,,,數(shù)控機(jī)床按加工路線可分為點(diǎn)位控制、點(diǎn)位／直線控制 和輪廓控制三類。 1．點(diǎn)位控制系統(tǒng)與點(diǎn)位／直線切削控制系統(tǒng) 2．輪廓控制系統(tǒng) 3．插補(bǔ)方法,圖4-6 插補(bǔ)原理,26,4.3.4 數(shù)控機(jī)床(*),返回,,,數(shù)控機(jī)床是把對機(jī)床的各種控制、操作要求、動作等，用 數(shù)字和文字編碼的形式表示出來，再通過信息載體(如穿孔紙帶)送給專用電子計(jì)算機(jī)或數(shù)控裝置，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的變換處理，發(fā)出各種指令，控制機(jī)床按照預(yù)先要求的操作順序依次動作，自動進(jìn)行加工。 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是：對零件的適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)率較高、加工精度較高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、勞動強(qiáng)度低和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短。 1.數(shù)控機(jī)床的工作原理 2.數(shù)控機(jī)床的分類 3.簡易數(shù)控機(jī)床,27, 簡易數(shù)控機(jī)床,返回,,,圖4-7所示為簡易數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制系統(tǒng)。這是一臺完成直線運(yùn)動切削功能的機(jī)床控制系統(tǒng)。工件放在工作臺上，由電動機(jī)通過齒輪傳動使進(jìn)給絲杠轉(zhuǎn)動，帶動工作臺向右移動，將工件的斜線部分切削掉。,圖4-7 簡易數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制系統(tǒng),28,4.3.5 數(shù)控編程基礎(chǔ)(*),返回,,,1．?dāng)?shù)控編程的內(nèi)容 2．?dāng)?shù)控編程的步驟 (1)分析零件圖樣 (2)工藝處理階段 (3)數(shù)學(xué)處理階段 (4)編寫程序單 (5)制作控制介質(zhì) (6)程序校驗(yàn)和首件試加工 3．?dāng)?shù)控編程的方法 (1)手工編程(Manual Programming) (2)自動編程(Automatic Programming) 4．?dāng)?shù)控編程的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),29, 數(shù)控編程方法,返回,,,任何一臺數(shù)控機(jī)床，都必須將動作的順序編成有規(guī)律的加工程序，然后輸入數(shù)控機(jī)床去控制加工。對于比較復(fù)雜的工件，需要進(jìn)行計(jì)算或借助于計(jì)算機(jī)處理，然后輸出必要的數(shù)據(jù)。我們把從零件圖紙到制成數(shù)控系統(tǒng)輸入紙帶數(shù)據(jù)處理的全部過程，稱之為程序編制。 程序編制分為手工編程和自動編程兩大類。圖4-8所示是從一張零件圖到加工的兩種程序編制的處理流程圖。,圖4-8 程序編制的流程,30,(1)手工編程,返回,,,手工編程的過程如下： 1)計(jì)算刀具的位置。求出每一線段相交點(diǎn)的坐標(biāo)值，按照數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)定字長，將長線分段，并得到數(shù)據(jù)值。 2)列出程序單。 3)按程序單進(jìn)行紙帶穿孔。 4)對穿孔的紙帶進(jìn)行檢查。,圖4-9 手工編程順序,31,(2)自動編程,返回,,,自動編程的過程如下： 1)計(jì)算數(shù)據(jù)的給出、定義和預(yù)處理，把輸入的原始數(shù)據(jù)翻譯成機(jī)器語言。 2)計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。 3)將計(jì)算結(jié)果按照某系統(tǒng)給定的后置處理程序，變成適用的數(shù)字程序控制(簡稱NC)能識別的程序格式。 4)穿孔輸出及打印程序單。,圖4-10 自動編程的順序,32,4.3.6 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系(*),返回,,,4.3.6.1 坐標(biāo)軸的運(yùn)動方向及命名 4.3.6.2 機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系,圖4-11 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系,圖4-12 工作原點(diǎn)偏置,33,4.3.7 數(shù)控編程基本指令(*),返回,,,手工編程中使用的工藝指令可分為兩類：一類是準(zhǔn)備性 工藝指令，是在數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)運(yùn)算之前需要預(yù)先規(guī)定，為插補(bǔ)運(yùn)算作好準(zhǔn)備的工藝指令。另一類是輔助性工藝指令，這類指令與數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)運(yùn)算無關(guān)，而是根據(jù)操作機(jī)床的需要予以規(guī)定的工藝指令。,圖4-13 程序段的格式,34, 地址字符意義,返回,,,表4-1 地址字符表,35,4.3.7.1 準(zhǔn)備功能G指令(*),返回,,,1．快速點(diǎn)定位指令GOO 格式：GOO α——β——γ——δ——* 2．直線插補(bǔ)指令G01 格式：G01 α——β——γ——δ—— F ——* 3．圓弧插補(bǔ)指令G02和G03 4．刀具半徑補(bǔ)償指令G40、G41、G42 G41——左偏刀具半徑補(bǔ)償。 G42——右偏刀具半徑補(bǔ)償。 G40——刀具補(bǔ)償／刀具偏置注銷。 5．工件坐標(biāo)系設(shè)定指令G92 格式：G92 X——Y——Z——γ——δ——* 6．絕對尺寸及增量尺寸編程指令G90、G9l,36, 準(zhǔn)備功能G指令,返回,,,表4-2 準(zhǔn)備功能G指令,37, 準(zhǔn)備功能G指令（續(xù)）,返回,,,表4-2 準(zhǔn)備功能G指令（續(xù)）,38, 常用的準(zhǔn)備功能G指令,返回,,,常用的G功能指令代碼,39,4.3.7.2 輔助功能M指令(*),返回,,,1. 程序停止指令M00 2．程序結(jié)束指令M02 3．換刀指令M06 4．主軸定向停止指令M19 5．主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止指令M03、M04、M05,40, 輔助功能M指令,返回,,,表4-3 輔助功能M指令,41, 輔助功能M指令（續(xù)）,返回,,,表4-3 輔助功能M指令（續(xù)）,42,常用的輔助功能M指令代碼(*),返回,,,表4-3 常用的輔助功能M指令代碼,43,4.3.8 數(shù)控編程實(shí)例(*),返回,,,本節(jié)以輪廓銑削加工為例介紹銑削數(shù)控加工程序編制。 在立式數(shù)控銑床上加工圖4-14所示的零件輪廓外形，寫出數(shù)控加工程序單，并給出刀具中心軌跡圖。,圖4-14 數(shù)控銑削零件圖,44, 數(shù)控加工程序單,返回,,,分析圖4-14所示的零件，可以選擇刀具的直徑為φ10mm，偏置號 為H01，偏置量為+5.0mm.偏置指令為非模態(tài)，僅在制定程序段有效。加工路線從O點(diǎn)開始，經(jīng)過A、B、C、D、E、F、G、H、H′、I′、I、J、A，又回到O點(diǎn)。數(shù)控程序如下： N01 G91 G46 GOO X35.0 Y18.0 H01 刀具快速到A點(diǎn) N02 G47 G01 X22.0 F120 切削進(jìn)給AB N03 Y20.0 切削進(jìn)給BC N04 G48 X20.0 切削進(jìn)給CD N05 Y-20.0 切削進(jìn)給DE N06 G45 X35.0 切削進(jìn)給EF N07 G45 G03 X15.0 Y15.0 I0 J15.0 切削進(jìn)給FG N08 G45 G01 Y12.0 切削進(jìn)給GH N09 G46 XO 切削進(jìn)給HH′ N10 G46 G02 X-15 Y15.0 IO J15.0 切削進(jìn)給H′I′ N11 G45 G01 Y0 切削進(jìn)給I′I N12 G47 X-77.0 切削進(jìn)給IJ N13 G47 Y-42 切削進(jìn)給JA N14 G46 X-35 Y-18 快速返回O點(diǎn),45, 舉例1 （試題）,返回,,,2006.4 分析題,46, 例1 答案,返回,,,47,,返回,, 舉例2：銑削平面輪廓零件,直線-圓弧輪廓零件,48,,返回,, 按FANUC—6M系統(tǒng)編寫數(shù)控加工程序,走刀路線的確定與程序段劃分,49,FANUC—6M系統(tǒng)加工程序單,,返回,, 例2 數(shù)控加工程序單,50, 舉例3 （試題）,返回,,,2006.11 分析題,51, 例3 （平面輪廓零件圖 ）,返回,,,52, 例3 答案,返回,,,53, 舉例4 （試題）,返回,,,2007.11 分析題,54, 例4 （答案）,返回,,,55, 舉例5 （試題）,返回,,,2008.5 分析題,56, 數(shù)控機(jī)床的程序編制（補(bǔ)充）,,,在數(shù)控機(jī)床上加工零件，首先要編制零件的加工程序，然后才能加工。本節(jié)討論以下內(nèi)容： 一、程序編制的基本概念 二、手工編程 三、自動編程,返回,57,一、程序編制的基本概念,,,程序編制，就是根據(jù)加工零件圖樣的要求，用規(guī)定的代碼和程序格式，把加工零件的全部工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移量及其它輔助動作(換刀、冷卻等)編成加工程序單，并將其全部內(nèi)容記錄在信息載體上．從零件圖樣的分析開始，到獲得數(shù)控機(jī)床所需的信息載體(如穿孔帶、磁帶)的全過程稱為程序編制。,程序編制過程,返回,58,（一） 程序格式和結(jié)構(gòu),,,程序格式就是有關(guān)字母、數(shù)字和符號的安排和含義的規(guī)定。不同的數(shù)控系統(tǒng)往往有不同的程序格式，目前應(yīng)用最廣泛的是字地址程序格式。這種程序格式的優(yōu)點(diǎn)是程序簡短、直觀， 不易出錯(cuò)，故逐漸取代了其它程序格式。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已對其制訂了IS06983一I一1982標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹這種程序格式的結(jié)構(gòu)。例如，某一加工程序： ％ N001 G01 X70 Z-25 F0.2 S300 T0101 M03 LF N002 X100 Z-50 … N025 GOO X400 Z300 M02 EM,返回,59,程序段內(nèi)字的順序,,,各字的先后順序并不嚴(yán)格，但為編程方便起見，一般習(xí)慣的排列順序如下：,在同一程序段中X、Y、F、S、T等字不能重復(fù)，但不同組的G功能或M功能可以多于一個(gè)；不需要的字略去；與上一程序段相同的模態(tài)（續(xù)效）字可以省略。,返回,60,程序段內(nèi)字的類型,,,① 程序段序號字N_ ② 準(zhǔn)備功能字G_ ③ 尺寸字X_、Y_、Z_、… ④ 進(jìn)給功能字F_ ⑤ 主軸轉(zhuǎn)速功能字S_ ⑥ 刀具功能字T_ ⑦ 輔助功能字M_ ⑧ 程序段結(jié)束符LF或NL等,返回,61,⑴ 程序段序號,,,程序段序號由地址碼N和后面的若干位數(shù)字構(gòu)成， 用來識別程序段的編號。例如，N001、N010分別表示 是第一程序段和第10程序段。,返回,62,⑵ 準(zhǔn)備功能G,,,準(zhǔn)備功能由地址碼G和兩位數(shù)字構(gòu)成，從GOO～G99共100種。 用來描述機(jī)床的動作類型，是使機(jī)床準(zhǔn)備好某種加工方式的指令，如插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償?shù)?。?zhǔn)備功能G代碼的定義見P140表5-1。 表中序號(2)所列各字母a、c、…，k，i所對應(yīng)的G代碼為續(xù)效代碼。它表示一經(jīng)被應(yīng)用(如a組中的G01)，直到·出現(xiàn)同組(a組)其它任一G代碼(如G02)時(shí)才失效，否則在下一程序段保留繼續(xù)有效，而且可以省略不寫。 表中序號(3)有符號(*)的G代碼，僅在本程序段有效，下一程序段需要時(shí)必須重寫． 序號(4)功能說明中的“不指定”代碼用作將來修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，有可能指定新的功能定義，“永不指定”代碼，即使將來修訂時(shí)也不指定新的定義。機(jī)床設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要自行定義除表中已有定義的新功能，并在機(jī)床說明書中予以規(guī)定。,返回,63,⑶ 尺寸字,,,尺寸字是給定機(jī)床各坐標(biāo)軸位移量的方向和數(shù)值的。在上面例舉的程序中，X70字表示刀具位移至X軸正向70mm處，Z-25字表示刀具位移至Z軸負(fù)方向25mm處。坐標(biāo)尺寸數(shù)據(jù)多用以mm為單位的小數(shù)點(diǎn)編程，也有用相應(yīng)的脈沖數(shù)編程。如果脈沖當(dāng)量(即輸出一個(gè)指令脈沖，機(jī)床移動部件的最小位移量)為0．001mm，則用脈沖數(shù)編程時(shí)，Z-25寫為Z-25000。,返回,64,進(jìn)給功能字由進(jìn)給地址符F及數(shù)字組成，數(shù)字表示所選定的進(jìn)給速度。上例程序中的F0.2字為進(jìn)給量0.2mm／r，對于與主軸轉(zhuǎn)速無關(guān)的進(jìn)給速度，單位為mm／min，車削螺紋時(shí)為mm／r。進(jìn)給功能字中不包括進(jìn)給單位。 對應(yīng)于某一坐標(biāo)軸的進(jìn)給功能字要寫在該坐標(biāo)字之后，對應(yīng)于該程序段兩坐標(biāo)或多坐標(biāo)的共同進(jìn)給功能字，則寫在最后一個(gè)坐標(biāo)字之后。上例中的F0.2就是X和Z兩坐標(biāo)的共同進(jìn)給功能字。,⑷ 進(jìn)給功能F,,,返回,65,⑸ 主軸轉(zhuǎn)速功能S,主軸轉(zhuǎn)速功能字由地址符S和數(shù)字組成，數(shù)字表示所選定的主軸轉(zhuǎn)速。上例加工程序中的S300字表示主軸轉(zhuǎn)速為300r／min。主軸轉(zhuǎn)速功能字中不包括轉(zhuǎn)速單位，統(tǒng)一規(guī)定為r／min。 對于主運(yùn)動是直線運(yùn)動的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速功能字可以表示為切削速度（m／min）,,,返回,66,⑹ 刀具功能T,刀具功能字由地址符T和數(shù)字組成，在自動換刀的數(shù)控機(jī)床中，該指令用以選擇所需的刀具。 刀具功能字中的數(shù)字表示指定刀具的號碼。在數(shù)控車床上通常把刀具號和刀補(bǔ)撥碼盤號合在一起，用兩位數(shù)字或四位數(shù)字表示刀具功能。如上例程序中T0101字，前兩位數(shù)字表示選1號刀，后兩位數(shù)字表示用第一號撥碼盤進(jìn)行刀具補(bǔ)償。 T功能字中數(shù)字的位數(shù)及其所代表的刀具名稱和刀補(bǔ)號，由各種數(shù)控機(jī)床的程序格式說明中具體規(guī)定。,,,返回,67,⑺ 輔助功能M,它是控制機(jī)床開一關(guān)功能的指令。如主軸的開，停，切削液的開、閉，運(yùn)動部件的夾緊與松開等輔助動作。M功能字由地址符M及其后的兩位數(shù)字組成，從M00—M99共100種。P142表5-2為我國JB3208—83標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的M代碼定義。 由M代碼定義可知，上例加工程序中M03表示主軸正轉(zhuǎn)。 輔助功能中“不指定”代碼和“永不指定”代碼的意義與準(zhǔn)備功能G的不指定代碼和永不指定代碼相同。 各種數(shù)控系統(tǒng)的M功能并不完全相同。因此，在編程時(shí)必須了解所使用的數(shù)控系統(tǒng)的M功能。,,,返回,68,⑻ 程序段結(jié)束符,它列在程序段的最后一個(gè)有用的字符之后。在ISO編碼表中，程序段結(jié)束符是“LF”或“NL”。在每一程序段結(jié)束時(shí)，均應(yīng)加上程序段結(jié)束符LF（或NL等）。 上述表明，零件加工程序中，每個(gè)程序段都表示一個(gè)完整的操作。如上例中的第1號程序段，命令機(jī)床用1號刀，以o.2mm／r的進(jìn)給量和300r/min的主軸正向轉(zhuǎn)速，直線位移至X70和Z-25處；第2號程序段命令機(jī)床用與第1程序段同樣的刀具、進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速，直線位移至X100和Z-50處；…；第25號程序段命令機(jī)床快速點(diǎn)定位(G00)，也就是使刀具從所在點(diǎn)以最快速度移動到X400和Z300處。進(jìn)給速度F對G00程序無效。,,,返回,69,常用G功能代碼,,,返回,70,常用M功能代碼,,,返回,71,（二） 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系,,,統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系，規(guī)定坐標(biāo)軸的名稱及其運(yùn)動的正、負(fù)方向，可使編程簡便并使所編程序?qū)ν愋蜋C(jī)床具有互換性。目前國際上已統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系。,返回,72,數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系。如圖5-9所示。 Z軸 規(guī)定平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸為Z軸，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎较?+Z)。當(dāng)機(jī)床有幾個(gè)主軸時(shí)，則選擇一個(gè)垂直于工件裝卡面的主軸為Z軸。如機(jī)床沒有主軸，則Z軸垂直于工件裝卡面(如刨床)。 X軸 為水平方向且垂直于X軸。對于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如車床、磨床)，取平行于橫向滑座的方向(工件徑向)為X坐標(biāo)，同樣，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎较?；對于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如銑床、鏜床)：當(dāng)Z軸為水平時(shí)， 沿刀具主軸后端向工件方向看，向右方向?yàn)閄軸的正向；當(dāng)Z軸為垂直時(shí)，·對單立柱機(jī)床，面對刀具主軸向立柱方向看，向右方向?yàn)閄軸的正向。工件和刀具都不旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如刨床)取X軸與主切削運(yùn)動方向平行，并以切削運(yùn)動方向作為其正方向。 Y軸 垂直于X及Z坐標(biāo)。當(dāng)+Z、+X確定后，按右手定則即可判定Y軸正方向。,（1） 坐標(biāo)軸的設(shè)定,,,返回,73,用右手坐標(biāo)系設(shè)定坐標(biāo)軸,,,圖4-01 右手坐標(biāo)系,返回,74,數(shù)控車床的坐標(biāo)系,,,圖4-02a 數(shù)控車床坐標(biāo)系,返回,75,數(shù)控銑床的坐標(biāo)系,,,圖4-02b 數(shù)控銑床坐標(biāo)系,返回,76,數(shù)控龍門刨床的坐標(biāo)系,,,圖4-02c 數(shù)控龍門刨床坐標(biāo)系,返回,77,在數(shù)控加工過程中，為了描述刀具相對工件運(yùn)動的各點(diǎn)的 坐標(biāo)位置，必須確定坐標(biāo)系的原點(diǎn)。此點(diǎn)是根據(jù)具體機(jī)床具備的坐標(biāo)系，從編程方便(按圖樣標(biāo)注的尺寸)及加工精度的要求而設(shè)定的。 描述數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系中點(diǎn)的位置有兩種坐標(biāo)：,（2） 坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)設(shè)定,,,① 絕對坐標(biāo) 如圖4-03中，刀具從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，則A，B兩點(diǎn)的絕對坐標(biāo)分別為： XA=30 YA=35 XB=13 YB=15 ② 增量(相對)坐標(biāo) 如圖4-03中，在A點(diǎn)建立U、V坐標(biāo)系，終點(diǎn)B的增量坐標(biāo)為： UB=13 VB=15,圖4-03 絕對坐標(biāo)及增量坐標(biāo),返回,78,數(shù)控車床坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)定,,,圖4-04 數(shù)控車床坐標(biāo)系設(shè)定,圖4-04中所示： O—為絕對坐標(biāo)系原點(diǎn)(編程原點(diǎn))； A—為機(jī)械原點(diǎn)(又稱機(jī)床原點(diǎn))； B—為換刀點(diǎn)，是指刀架轉(zhuǎn)位換刀時(shí)的位置。,返回,79,刀具起始位置設(shè)定,,,在程序編制中，用坐標(biāo)系設(shè)定指令(ISO代碼中為G92)來設(shè)定刀具相對于工件起始位置的坐標(biāo)系。圖5-12中，設(shè)刀具的初始位置在B點(diǎn)。其坐標(biāo)系設(shè)定程序?yàn)?G92 X320 Z300 它表示刀尖B處在XOZ坐標(biāo)系的X320和Z300處(通常規(guī)定車削的X坐標(biāo)數(shù)據(jù)用直徑值表示)。,返回,80,二、手工編程,,,程序編制方法可以分手工編程和自動編程兩大類。手工編程是用人工編寫零件程序代碼。對于幾何形狀較為簡單的零件，計(jì)算工作量較少，程序又不長，用手工編程比較經(jīng)濟(jì)而及時(shí)。 手工編程一般有以下幾個(gè)步驟： 1．工藝分析 2．坐標(biāo)計(jì)算 3．編寫加工程序單 4．制備信息載體 下面以車削加工編程為例，介紹手工編程的基本方法。,返回,81,車削加工編程,,,圖4-05為一車削零件圖，圖中φ85mm不加工，要求編其終加工程序。,圖4-05 車削零件圖,圖4-06 刀具布置圖,返回,82,零件安裝在卡盤上，程序原點(diǎn)O設(shè)在卡盤端面的中心，圖中 刀尖點(diǎn)A為起刀點(diǎn)，同時(shí)也是換刀點(diǎn)，其坐標(biāo)位置如圖示。加工路線與普通車削相同，所選刀具及其布置如圖5-14所示，I號刀車外圓，Ⅱ號刀切槽。采用對刀顯微鏡以I號刀為準(zhǔn)進(jìn)行對刀。 車外圓時(shí)進(jìn)給量為0.15mm／r，主軸轉(zhuǎn)速為630r/min，切槽時(shí)進(jìn)給量為0.10mm／r，主軸轉(zhuǎn)速為315r／min，切槽到尺寸時(shí)，用暫停程序(G04)使刀具作短時(shí)間的無進(jìn)給光整加工。此槽空轉(zhuǎn)5r，用代碼U50表示U/F=50／10=5r。,1．工藝分析,,,返回,83,該機(jī)床有刀具補(bǔ)償功能，可直接按零件圖的幾何尺寸編程， 此處采用絕對坐標(biāo)和增量坐標(biāo)混合編程的方法，絕對值用X，Z地址，增量值用U、W地址(不采用G90和G91代碼)。各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)等坐標(biāo)計(jì)算比較簡單，現(xiàn)對圓弧段程序和坐標(biāo)計(jì)算加以說明。 圓弧程序應(yīng)包括圓弧的順逆、圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)及圓心坐標(biāo)(規(guī)定為相對于圓弧起點(diǎn)的增量值)。圓弧順逆的判斷方法是，沿圓弧所在平面(此例為XZ平面)的另一坐標(biāo)的負(fù)方向(即-Y，從紙面向上)看去，順時(shí)針(即此圓弧)方向插補(bǔ)指令為G02，逆時(shí)針方向?yàn)镚03。圓弧右端點(diǎn)為起點(diǎn)，即增量坐標(biāo)系(U，W)的原點(diǎn)，終點(diǎn)的增量坐標(biāo)為U0和W-60，圓心的增量坐標(biāo)規(guī)定用I和K表示，即I63.25和K-30。本例坐標(biāo)尺寸數(shù)據(jù)用脈沖數(shù)表示，脈沖當(dāng)量為0.01，所以程序中尺寸字?jǐn)?shù)據(jù)比圖上標(biāo)注尺寸大100倍。,2．坐標(biāo)計(jì)算,,,返回,84,在工藝分析和坐標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)上，編寫加工程序單如表4-01。表中，主軸轉(zhuǎn)速代碼S31、S23分別表示630、316r／min。進(jìn)給量也用脈沖數(shù)表示，如F15為0.15mm／r。T功能字用兩位數(shù)字，如T11為I號刀具用1號刀補(bǔ)，T10為I號刀注銷刀補(bǔ)，T22與T11類同。對刀誤差由數(shù)控面板上的鍵盤輸入。輔助功能字M的意義與表5-2規(guī)定相同。,3．編寫加工程序單,,,返回,85,車削加工程序單,,,表4-01 車削加工程序單,返回,86,按照規(guī)定的代碼，將程序單的內(nèi)容記錄在信息載體(如穿孔帶)上，也可直接通過鍵盤輸入數(shù)控裝置。 從表4-01所示程序單中可以看出，從機(jī)床開始啟動到零件加工完畢，每一個(gè)動作都作了規(guī)定。正因?yàn)槿绱?，程序單中不能漏掉或?qū)戝e(cuò)任何一個(gè)細(xì)小的過程。必須嚴(yán)格按照所用機(jī)床規(guī)定的程序格式填寫“程序單”中每一個(gè)符號、字母和數(shù)字，否則數(shù)控裝置就不能正常運(yùn)算，機(jī)床也就無法加工出符合要求的零件。,4．制備信息載體,,,返回,87,三、自動編程,,,對于形狀復(fù)雜的零件，或者程序量很大的零件，手工編程相當(dāng)繁瑣，耗費(fèi)時(shí)間長、效率低，并容易出錯(cuò)，甚至很難勝任，因而發(fā)展了應(yīng)用計(jì)算機(jī)來編程的方法，這種方法就稱為自動編程。 在自動編程過程中，人工只須用數(shù)控語言(常用APT語言)編寫零件源程序，源程序只描述零件圖的幾何形狀、尺寸、幾何要素間的相互關(guān)系以及運(yùn)動順序、工藝參數(shù)等，至于其它如工步劃分／運(yùn)動軌跡計(jì)算、切削用量選擇、加工程序單的編制以及穿孔帶的制作等都由計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備自動地完成。,返回,88,自動編程過程,,,圖4-07 自動編程的過程,返回,89,§4 思考題與習(xí)題,,1．CAM和數(shù)字化制造的概念是什么? 2．CAM的支撐系統(tǒng)包括哪些? 3．什么是數(shù)控加工? 數(shù)控裝置有哪些類型? 4．?dāng)?shù)控裝置有哪些硬件結(jié)構(gòu)? 5．CNC(軟件式數(shù)控系統(tǒng))裝置的主要作用是什么? 6．?dāng)⑹鰯?shù)控機(jī)床的組成和工作原理。 7．?dāng)⑹鰯?shù)控編程的內(nèi)容和步驟。 8．?dāng)?shù)控編程的方法有哪些? 9．CimatronNC包括哪些功能? 都有什么特點(diǎn)? 10．CimatronNC的加工步驟是什么? 請舉例。,,,返回,90,