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1、4.1 概述4.2 数控机床的有关功能规定4.3数控编程,第四章 材料加工CAM技术基础,学习目标：掌握数控加工以及数控编程的内容，了解数控机床的有关功能规定，了解数控加工工艺知识，理解数控编程。学习重点：数控编程的内容。学习难点：数控编程。,4.1 概述,数控加工的基本概念数控机床的组成、分类及发展计算机在数控中的应用,数控加工实质上是由数控装置或系统代替人操纵机床进行机械零件加工的一种自动化加工方法。 所用的机床设备称为数字控制机床，简称数控机床或NC（Numerical Control）机床。 数控机床具有广泛的适应性。,数控加工,数控机床的组成,按数控机床的加工功能不同分类 (1)点位
2、控制数控机床 (2)直线控制数控机床 (3)轮廓控制数控机床按所用伺服系统的不同分类 (1) 开环数控机床 (2) 半闭环数控机床 (3) 闭环数控机床,数控机床的分类,20世纪50年代 1952年 第一台数控铣床 数控装置 电子管元件1959年 晶体管元件和印制电路板（数控装置第二代 ）1965年 集成电路（数控装置第三代 ） 20世纪60年代 小型计算机化（数控装置第四代） 1974年 微处理器和半导体存储器 第五代 微型计算机数控装置20 世纪80年代初 人机对话式自动编制程序的数控装置目前 高速化、高精度化、智能化、多功能化发展,数控机床的发展,数控编程主要内容有：分析零件图纸，进行工
3、艺处理，确定加工工艺过程；数值计算；编制零件加工程序；制作控制介质；校核程序及工件试切。,数控编程内容与步骤,数控编程的步骤,确定加工工艺过程分析图样,数值计算,编写程序清单,制备控制介质,首件试切程序校验,零件图,数控机床,1分析图样、确定加工工艺过程 首先需对零件的图纸及技术要求详细的分析，明确加工的内容及要求。 然后，需确定加工方案、加工工艺过程、加工路线、设计工夹具、选择刀具以及合理的切削用量等。,2数值计算 根据零件的几何形状，确定走刀路线及数控系统的功能，计算出刀具运动的轨迹，得到刀位数据。 对于由直线、圆弧组成的较简单的平面零件，只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点的坐标
4、值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值。 对于自由曲线、自由曲面、组合曲面的计算更为复杂，一般用计算机来完成数值计算。,3编写零件加工程序单 在完成工艺处理及数值计算后，按照数控系统规定的程序格式和编程指令，逐段写出零件程序清单。4制备控制介质 以前，大多数控机床程序的输入是通过穿孔纸带控制介质实现的。现在也可通过控制面板或直接通讯的方法将程序输送到数控系统中。,5程序校验及首件试切 在数控机床上，过去试验的方法以笔代替刀具，坐标纸代替工件进行空运转画图，检查机床运动轨迹与动作的正确性。现在在具有图形显示屏幕的数控机床上，用显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程的方法。 首件试切不仅
5、可查出程序是否有错误，还可知道加工精度是否符合要求。随着计算机科学的不断发展，可采用先进的数控加工仿真系统，对数控程序进行检验。,数控编程方法,数控编程可以分为两类：一 手工编程 人工完成编制数控加工程序的过程。二 自动编程 自动编程即用计算机编制数控加工程序的过程。,4.2 数控机床的有关功能规定,数控机床程序编制的有关规定数控机床的坐标和运动方向的规定,穿孔纸带和代码,常用的标准纸带有五单位和八单位两种，国际常用的八单位穿孔带有两种标准代码。 EIA(美国电子工业协会)代码 ISO(国际标准化组织)代码 ISO代码具有信息量大、可靠性高、与当今数据传输系统统一等有点，目前世界上各种数控系统
6、大多采用ISO代码。,程序段格式,常用的有三种：固定顺序程序段格式，带分隔符的固定顺序程序段格式和字地址程序段格式。,用于功能不多的数控装置,控制系统简单，编程不直观,编程直观灵活，便于检查，目前使用最多,程序段是指为了完成某一动作要求所需的功能“字” 的组合。“字”是表示某一功能的一组代码符号。,程序段格式是指一个程序段中各字的排列顺序及其表达形式。,功能字,准备功能字G G00 点位控制坐标功能字:X、Y、Z、A、B、C等 X-100辅助功能字M M05 主轴停转进给功能字F 主轴转速功能字S S650 主轴的转速为650 r/min刀具功能字T,程序段,N001 G91 G00 X100
7、 Y80 S650 M03;,主轴顺时针方向旋转,相对坐标编程,表示刀具以空行程速度从原来位置向X轴正方向移动100mm，向Y轴正方向移动80mm,主轴转速650r/min,程序段顺序号,结束符号；或LF,坐标系,数控机床的坐标系采用直角笛卡尔坐标系，符合右手法则。 X轴通常平行于工件的装卡面，与主要切削进给方向平行。 Z轴是平行于机床主轴中心线的坐标轴。 机床坐标系，坐标原点在机床上某一点，固定不变，出厂时已确定。 工件坐标系，编程使用，以工件上某一点为原点建立坐标系。,4.3 数控编程,手工编程自动编程,手工编程,手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定
8、加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。 对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。,加工程序,N001 G90 （EOB）N002 G00 X0 Y3000 Z4000 S717 M03（EOB）N003 G08 X6000 Z0 F0417（EOB）N004 G09 X7000 F0500 M08（EOB）N005 G01 X15000
9、F0063（EOB）N012 G08 X0 Z4000 F0357 M05（EOB）N013 M09（EOB）N014 M00（EOB）,绝对坐标,点位控制,加速,直线插补,关闭切削液,程序停止,减速,主轴顺时针旋转,开1号切削液,主轴停转,自动编程,（1）数控语言自动编程（2）图形交互式自动编程,（1）数控语言自动编程 从20世纪50年代的APT（Automatically Programmed Tool）到后来发展的APT衍生语言。 程序员所要做的工作是根据图样和工艺要求，使用规定的编程语言，编写零件加工源程序，并将其输入计算机，计算机自动地进行数值计算，并编译出零件加工程序。根据要求还可
10、自动打印出程序清单，制作控制介质或直接将零件程序传送至数控机床。,（2）图形交互式自动编程 利用被加工零件的二维或三维图形，由专用软件用窗口对话框的方式生成的加工程序，对复杂的曲面加工更为方便。,数控语言自动编程,语言自动编程的一般原理： （1）编制源程序阶段 用专门的数控语言人工编写，用以描述零件的几何形状、尺寸大小、工艺路线工艺参数及刀具相对零件的运动轨迹等内容。 （2）编写目标程序阶段 零件源程序编好后，输入给计算机，由计算机完成后续工作直至自动生成机床数控系统所需的加工程序，称之为目标程序。 计算机内的数控软件完成：（一）主信息处理（前置处理）（二）后置处理,语言自动编程的过程,语言编
11、程系统的信息处理过程,（1）输入翻译阶段 翻译阶段即语言处理阶段，为计算刀具运动轨迹阶段作准备。它按源程序的顺序，一个符号一个符号地依次阅读，将APT的词汇及相关的数据转换为计算机处理的代码。 （2）轨迹计算阶段 其作用是处理连续运动语句，产生刀具运动的一系列有序的坐标数据。计算刀具运动轨迹，得到刀位数据文件。,1 前置处理,2 后置处理 产生所有具体数控机床的数控程序。 按照计算阶段的信息，通过后置处理即可生成符合具体数控机床要求的零件加工程序。 从而将计算阶段目标程序给出的数据、工艺参数及其它有关信息转变成具体数控机床所要求的指令和程序格式。 后置处理程序与具体的数控机床和数控系统有关，数
12、控系统不同，代码也不同。,图形交互自动编程,所谓图形交互式自动编程系统就是应用计算机图形交互技术开发出来的数控加工程序自动编程系统，使用者利用计算机键盘、鼠标等输入设备以及屏幕显示设备通过交互操作，建立、编辑零件轮廓的几何模型，选择加工工艺策略，生成刀具运动轨迹，利用屏幕动态模拟显示数控加工过程，最后生成数控加工程序。,（1）零件图样及加工工艺分析（2）几何造型 （3）刀位轨迹的计算及生成（4）后置处理 （5）程序输出,图形交互式自动编程的基本步骤,（1）零件图样及加工工艺分析 数控编程的基础，目前主要靠人工进行。分析零件的加工部位，确定有关工件的装夹位置、工件坐标系、刀具尺寸、加工路线及加工
13、工艺参数等。,（2）几何造型,几何造型就是利用三维造型CAD软件或CAM软件的三维造型、编辑修改、曲线曲面造型功能把要加工的工件的三维几何模型构造出来，并将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上。 与此同时，在计算机内自动形成零件三维几何模型数据库。这些三维几何模型数据是下一步刀具轨迹计算的依据。,（3）刀位轨迹的计算及生成,图形交互式自动编程的刀位轨迹的生成是面向屏幕上的零件模型交互进行的。,（4）后置处理,形成数控加工文件。 由于各数控系统不同，所用的指令代码及格式也不同。软件设置一个后置处理惯用文件。 在进行后置处理前，编程人员需对该文件进行编辑，按文件规定的格式定义数控指令文
14、件所使用的代码、程序格式等内容，在执行后置处理命令时将自行按设计文件定义的内容，生成所需要的数控指令文件。,（5）程序输出,图形交互式自动编程软件在计算机内自动生成刀位轨迹文件和数控指令文件，可采用打印机打印数控加工程序单，也可在绘图机上绘制出刀位轨迹图。,（1） 图形编程将加工零件的几何造型、刀位计算、图形显示和后置处理结合到一起。（2）不需要编写零件加工源程序，用户界面友好，使用简便、直观、准确、便于检查。 （3）编程方法简便易学，使用方便。（4） 编程的速度快、效率高、准确性好。 （5） 有利于实现与其他功能的结合。,图形交互式自动编程的特点,Master CAM软件是美国CNC Sof
15、tware INC 研发的基于PC平台的CAD/CAM系统。这是专为复杂外形及曲面加工所设计的最经济有效的CAD/CAM工具软件，它在造型功能、加工功能、仿真模拟、显示屏幕以及数据接口等领域均有上乘表现，包括美国在内的各工业大国皆一致采用此系统。 它可以帮助用户轻松构建2D或3D图形，并可以通过设置刀具路径及参数来加工出用户需要的成品。它所构建的图形全部适用于Master CAM中的两轴至五轴铣削模块、车铣复合加工模块以及线切割等模块，也可以与其他的CAD软件的输出图形兼容，例如DXF、IGES、STL、STA文件等。,Master CAM,Pro/Engineer,该软件的应用领域主要是针对
16、产品的三维实体模型建立、三维实体零件的加工、以及设计产品的有限元分析。Pro/ENGINEER自从问世以来，已发展成为当今世界最普及的三维CAD/CAM系统之一，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电和玩具等各行各业。Pro/ENGINEER是一个全方位的三维产品设计开发软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析和产品数据库管理等多种功能。,UG,UG是UNIGRAPHIC的简称，它起源于美国麦道飞机公司，以CAD/CAM一体化而著称，可以支持不同的硬件平台。该软件已广泛应用于机械、模具、汽车
17、及航空领域。整个软件可划分为三个部分：CAD部分：包含特征造型、曲线、草图、自由成形特征及曲面、绘图、装配等模块。在此部分可以进行3D线框造型、3D实体造型、2D工程绘图、工程装配及检验、钣金设计等。 CAM部分：包含一般加工、NC铣削加工、NC车削加工、线切割等模块。在此部分根据CAD生成的模型或从外部输入的CAD模型，选择相应的加工方法、刀具、工艺参数等，生成加工刀具位置源文件，再经过后置处理成对应机床的加工程序即可使用。 CAE部分：包含有限元分析、机构分析等模块。在此部分能够对各种不同的设计方案进行快速的工作模拟，进行结构解析和运动特性解析，预测产品性能及功能。,1. 简要叙述数控加工编程的基本过程及其主要工作内容。 2. 试分析比较常用的几种数控编程方法，简要说明其原理和特点。,思考题,
