机电一体化毕业设计（论文）数控自动编程的应用.doc

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1、 郑州工业安全职业学院毕业论文（设计）题 目 数控自动编程的应用 姓 名 系 别 机电工程系 专 业 机电一体化 年 级 机电一体化（四）班 指导教师 2011年 5 月 28 日 毕业论文（设计）成绩评定表学 生姓 名学生所在系机电工程系专业班级机电一体化（四）班毕业论文（设计）课题名称数控自动编程的应用指导教师评语（应包括选题是否恰当、是否理论联系实际、论点是否正确、论证是否充分、语言是否通顺、结构是否合理、行文是否规范）：成 绩：指导教师签名： 年 月 日系学术委员会意见（同意给优、良、及格、不及格等次）签名： 年 月 日 目录内容摘要1引言2第一章 数控自动编程及其分类31.1数控语言

2、编程41.2会话式自动编程41.3实物模型式自动编程51.4图形交互式自动编程5第二章 自动编程的特点6第三章 自动编程系统及其工作原理7第四章 Pro /ENGI NEER CAD /CAM系统及其应用8参考文献10致谢11内容摘要数控自动编程是利用计算机和相应的编程软件编制数控加工程序的过程,以及数控自动编程的广泛应用关键词：数控自动编程分类、特点、工作原理及应用 CAD/CAM Pro/E引言 前言：数控编程是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参量、机床的运动和刃具位移等内容,按照数字控制机床的编程格局和能辨认的语言记录在程序单上的全过程。程序编制的方法首要有手工编程和AUTO编程两类。近

3、年来数字控制技术发展患上十分迅速,数字控制机床出格是数控车床的普及率越来越高,可是,数控车床在加工过程当中遇到大概轮廓较庞大的零件时,用人工编著数控程序要花费大量的时间,且易堕落。接纳CAD/CAM集成技术使成为事实数控加工程序的图形化AUTO编程是现今的主流。目前外洋有许多高档的CAD软件,如Pro/E、UG、IDEAS、MasterCA加工效率明显增强。第一章 数控自动编程及其分类由非直线轮廓、 非圆弧轮廓构成具有复杂曲面结构机械零件的应用越来越广泛。这类零件的数控编程主要有数控宏指令编程和数控自动编程。与手工编程和数控宏指令编程相比 ,数控自动编程方法具有速度快 ,精度高、 直观性好、

4、使用方便和便于检查等优点。自动编程使得一些计算繁琐、 手工编程困难或无法编出的程序能够顺利完成 ,解决了手工编程难以完成的复杂曲面的编程问题 ,大大地促进了数控技术的发展。数控自动编程 (通常简称为自动编程 )也称为计算机辅助编程 ,指的是数控程序的编制工作大部分或全部由计算机完成。如刀位点坐标值计算、 编写零件加工程序单等 ,有时甚至能帮助进行工艺处理。自动编程过程所需的计算机及其外设等硬件与系统软件构成了计算机零件程序编制系统或自动编程系统 ,简称编程系统。自数控机床问世以来 ,一些进的工业国家都在大力开展自动编程技术研究与应用 ,自动编程系统发展到今天,己经出现了品种繁多 ,功能各异的编

5、程系统 ,主要有:数控语言编程、 会话式自动编程、 实物模型式自动编程和图形交互式自动编程等。1.1数控语言编程数控语言编程是发展最早的自动编程方法 ,它是一种在数控语言和编译程序支撑下 ,以自动编程语言为基础的自动编程方法。这种编程方法采用词汇式语言描述工件、 刀具的几何形状、 几何元素之间相互关系、 进给路线和工艺参数 ,编程人员根据零件图样要求用这种自动编程语言 (数控语言 )编写零件的源程序 ,相应的编译程序对源程序自动的进行编译、 计算、 处理 ,产生刀位文件 (CLData File) ,最后通过后置处理得出加工程序。数控语言编程中最具代表性的是 APT (Aut o2matica

6、lly Pr ogrammed Too1 s)数控编程语言系统 ,它也是世界上发展最早的自动编程语言。该系统可分成由 APT语言编写的零件源程序、 通用计算机以及编译程序 (系统软件 )三部分组成 。通过 APT自动编程系统这种方法编制出的是数控加工的源程序 ,还不能直接用于数控加工 ,必须经过编译才能产生实用的数控加工程序。编译程序的作用是使计算机具有处理零件源程序和自动输出具体机床加工程序的能力,主要完成零件源程序翻译、 数值计算生成刀位文件、 后置处理形成加工程序等任务。数控语言编程系统不能表示复杂的几何形体 ,没有直观图形显示 ,也不能验证零件形状和刀位轨迹的正确性。预编程的工作量比较

7、大 ,这种编程方法已逐渐被其它编程方法所取代。1.2会话式自动编程会话式自动编程是在数控语言自动编程的基础上 ,增加了“ 会话 ” 功能 ,利用人的声音作为输入信息 ,编程员通过与计算机和显示器直接对话的方式 ,输入必要的数据和指令 ,指令计算机编制、修改数控加工程序。首次使用会话式编程系统编程时 ,编程员必须对着话筒讲该系统约定的各种词汇和数字 ,让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字命令使系统“ 熟悉 ” 编程员的“ 声音 ” 。在随后的使用中只需对着话筒讲出所需指令 ,就可随时对编程系统及机床进行适当的控制。如可随时停止或开始处理过程;随时打印零件加工程序单或某一中间结果;随时给出数

8、控机床的脉冲当量等后置处理参数;还可用菜单方式输入零件源程序及操作过程等。日本的 FAPT、 荷兰的 M IT URN、 美国的NCPTS、 我国的 SAPT等均是会话式自动编程系统。1.3实物模型式自动编程实物模型式自动编程适用于有模型或实物 ,而无尺寸的零件加工的程序编制。这种编程方式具有一台坐标测量机用于模型或实物的尺寸测量 ,再由计算机将所测数据进行处理 ,最后控制输出设备输出零件加工程序单或穿孔纸带 ,测量和加工过程可同步进行 ,即一边测量一边加工。也有一些数控机床具有所谓示教再现 ( Teach andPlay back)的功能 ,机床带有传感器 ,按照实际加工路线 ,测量出实物或

9、模型的尺寸 ,存储在数控系统内 ,经处理后生成加工程序 ,此后便根据加工程序对以后的零件进行加工。实物模型式自动编程也称为数字化技术自动编程。1.4图形交互式自动编程图形交互式自动编程是以计算机绘图为基础的自动编程方法 ,需要 CAD /CAM自动编程软件支持。这种编程系统实质上一个集成化的 CAD /CAM系统 ,一般由几何造型、 刀具轨迹生成、 刀具轨迹编辑、 刀位验证、 后置处理、 NC程序生成、 向数控机床传输 NC程序等部分组成。这种软件通常以 CAD软件为基础 ,利用 CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上 ,形成零件的图形文件 ,然后调用数控编程模块 ,采用人机交

10、互的方式 ,在计算机屏幕上指定被加工的部位 ,输入相应的工艺参数 ,计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序。CAD /CAM编程是当前最先进的数控加工编程方法,它利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何形状计算机化、 轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程 ,操作过程形象直观 ,效率高、 出错几率低。而且还可以通过软件的数据接口共享已有的 CAD设计结果 ,实现 CAD /CAM集成一体化 ,实现无图纸设计制造。采用 CAD /CAM数控编程系统进行自动编程是当前复杂零件普遍采用的数控编程方法和现代自动编程的主流发展方向 ,现今所说的自动编程一般指的就是图形交互式自动编程。有鉴于

11、此 ,以下介绍都是针对图形交互式自动编程方法。第二章 自动编程的特点与手工编程相比 ,自动编程具有以下主要特点:1)数字处理能力强:对复杂零件 ,特别是空间曲面零件 ,以及几何要素虽不复杂但程序量很大的零件,计算相当繁琐 ,采用手工程序编制是难以完成的。采用自动编程既快速又准确。功能较强的自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特种曲面。2)能快速、 自动生成数控程序:在完成计算刀具运动轨迹之后 ,后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控程序 ,且数控程序不会出现语法错误。3)后置处理程序灵活多变:同一个零件在不同的数控机床上加工 ,由于数控系统的指令形式不尽相同 ,机床的辅助功能也不

12、一样 ,伺服系统的特性也有差别 ,因此 ,数控程序也应该是不一样的。但前置处理过程中 ,大量的数学处理 ,轨迹计算却是一致的。这就是说 ,前置处理可以通用化 ,只要稍微改变一下后置处理程序,就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来。对于不同的数控机床 ,取用不同的后置处理程序 ,等于完成了一个新的自动编程系统 ,极大的扩展了自动编程系统的使用范围。4)程序自检、 纠错能力强:采用自动编程 ,程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误 ,或刀具与工件干涉 ,相撞等等。但自动编程能够借助于计算机在屏幕上对数控程序进行动态模拟 ,连续、 逼真的显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓 ,发现问题及时

13、修改 ,快速又方便。现在 ,往往在前置处理阶段 ,计算出刀具运动轨迹以后立即进行动态模拟检查 ,确定无误以后再进入后置处理 ,编写出正确的数控程序来。5)便于实现与数控系统的通讯:自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口 ,实现编程系统和数控系统的通讯。编程系统可以把自动生成的数控程序经通讯接口直接输入数控系统 ,控制数控机床加工 ,无需再制备穿孔纸带等控制介质 ,而且可以做到边输入 ,边加工 ,不必忧虑数控系统内存不够大 ,免除了将数控程序分段。自动编程的通讯功能进一步提高了编成效率缩短了生产周期。自动编程大大地减轻了编程人员的劳动强度 ,极大地提高了编程效率和编写程序的准确性 ,同时

14、解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。工作表面形状愈复杂 ,工艺过程愈繁琐 ,自动编程的优势愈明显。但是 ,自动编程产生的加工程序长度一般比较长 ,同样的零件 ,自动编程的程序长度可能是手工编程的程序的长度的几倍甚至几十倍 ,其加工时间也相应地会有所增长 ,这是其无法修正的根本缺陷;自动编程产生的加工程序难以判读、 分析、 修改。基本由简单的加工指令如直线、 圆弧等组合而成 ,没有全面应用数控系统的丰富指令 ,例如子程序、 固定循环、 镜像指令、 宏指令等 ,更谈不上编程技巧的应用 ,程序质量上存在一定的缺陷;自动编程不能做到通用化 ,目前市场上数控系统的种类繁多,品牌、 型号不一,

15、档次高低不同,各种系统之间的兼容性较差。自动编程软件不可能做到兼容并蓄,只能针对某些品牌、某种型号的数控系统应用,限制了其应用范围。第三章 自动编程系统及其工作原理随着计算机技术和软件的发展 ,图形交互式自动编程的应该日益广泛。目前 ,市场上常见的图形交互自动编程软件的种类很多 ,功能也越来越强 ,体现了设计制造一体化的思想。现代常用的自动编程软件有: MasterCAM、 Ci matr on、 Pr o /E、UG、I - DEAS、 CATI A、 Power Mill、 CAXA等一大批CAD /CAM软件 ,它们都是性能较完善的三维 CAD造型和数控编程一体化的软件 ,具有智能型后置

16、处理环境 ,可以面向众多的数控机床和大多数数控系统。这些软件的功能、 风格虽有所不同 ,但数控编程的基本原理和基本步骤大体上是一致的。它们都是以计算机图形学为基础的自动编程软件 ,并有效地解决了几何造型、 零件几何形状的显示、 交互式设计、 修改以及刀具轨迹生成 ,加工过程的仿真、 显示、 验证等问题。若按 CAD /CAM软件系统的流派 ,自动编程技术可分为两种主要模式:基于特征的自动编程技术和基于曲面模型的自动编程技术 。基于曲面模型的 CAD /CAM系统一般只用于数控编程 ,其零件设计 (或几何造型 )功能是专为数控编程服务的 ,针对性强且易于使用 ,典型的软件系统有 MasterCA

17、M、 SurfCAM等数控系统;以实体模型为基础的 CAD /CAM系统其实体模型一般不是专为数控编程而设计的 ,编程中系统需要对实体模型进行可加工性分析 ,识别加工特征并对加工特征进行工艺规划后才能进行数控编程 ,编程过程复杂且需要在人机交互方式下进行。各种CAD /CAM自动编程系统均可分为前置处理和后置处理两大模块。前置处理模块在整个集成系统中主要完成以下任务: 对零件图进行自动分析和识别 ,提取零件参数信息 ,如分析零件的加工部位; 用户预设 ,计算机自动获取或交互获取刀具轨迹的起始点和终点; 判断零件的工艺类型 ,如钻、 铰、 铣平面等; 判断闭合轮廓的内外 ,非闭合轮廓的上下加工的

18、方向 ,如逆铣或顺铣; 自动从图形文件中提取编程所需的信息 ,进行分析判断 ,计算节点数据 ,得到刀具的加工轨迹; 根据零件的工艺信息 ,通过切削参数数据库得到加工时的切削参数; 根据切削参数和刀具轨迹得到刀位数据文件。后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容 ,由于各种机床使用的数控系统各不相同 ,每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同 ,后置处理的作用就是将通用前置处理生成的刀位数据转换成转换成针对某一特定数控系统的数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、 机床运动非线性误差校核修正、 机床运动的平稳性校核修正、 进给速度校核修正及代码转换等。后置处理作为 C

19、AD /CAM系统与制造机床的纽带 ,直接影响自动编程系统的使用效果和零件的加工质量、 效率及机床运行的可靠性。第四章 Pro /ENGI NEER CAD /CAM系统及其应用Pr o /ENGI NEER (通常简称为 Pr o /E)是由美国PTC公司推出的一款功能强大的三维 CAD /CAM参数化软件系统 ,也是当今最强大的三维设计和制造软件之一 ,其内容含盖了产品从概念设计、 工业造型设计、 逆向工程、 三维模型设计、 产品装配、压力分析、 动态模拟与仿真、 工业图输出 ,到生产加工成产品的全过程和产品数据管理等方面内容 ,应用领域涉及航空航天、 汽车、 机械、 电子、 数控 (NC

20、)加工、 工业设计、 家电、 玩具等行业 ,是一个全方位的 3D产品开发软件。基于特征、 全尺寸约束、 尺寸驱动设计修改、 全数据相关等特点使其具有强大而完美的功能 ,并几乎成为 CAD /CAM领域的一面旗帜和标准。在数控自动编程方面 , Pro /E中还包含的一个功能模块 Pr o /NC数控加工制造模块。该模块又包括 Pr o /NC - M I LL (数控铣加工 )、 Pr o /NC -T URN (数控车加工 )、 Pr o /NC - WEDM (电火花加工 )及 Pr o /NC - ADVANCED (高级加工 )等机床加工子模块。它可以利用计算机软件对已建立的实体零件图或

21、零件的模具模型零件图进行加工模型设置、 加工程序设置等 ,即设置该加工零件的毛坯、 加工工艺、 模拟加工 ,并生成适合于不同数控设备的数控加工程序。我们还可以通过模拟加工观察刀具的加工轨迹 ,确认走刀路线是否安全合理 ,通过不同的剖切面查看工件的内部形态。Pro /NC加工模块具有强大的加工、 后置处理功能,且编制加工程序的流程与实际加工的思维逻辑是相似的。自动编程技术优于手工编程 ,这是不容置疑的 ,但是并不等于说凡是编程必选自动编程。编程方法的选择必须考虑被加工零件形状的复杂程度、 数值计算的难度和工作量的大小、 现有设备条件 (计算机、 编程系统等 )以及时间和费用等诸多因素 ,一般来说

22、加工形状简单的零件 ,例如点位加工或直线切削零件 ,用手工编程所需的时间和费用与计算机自动编程所需的时间和费用相差不大 ,这时采用手工编程比较合适。参考文献1李善术，数控机床及其应用，北京；机械工业出版社，20012王爱玲，现代数控机床实用操作技术，国防工业出版社，2005年版。3周永俊。MasterCAM铣削/车削应用指南。清化大学出版社，20024于春生。数控机床编程及应用。高等教育出版社，20035胡友树。数控车床编程、操作及实训。合肥工业大学出版社，2005致谢通过这一阶段的努力，我的毕业论文数控自动编程的应用终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的导师裴创辉老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名郑安学子。感谢各位老师的批评指导。