《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造》課件4.2

1、14.24.224.2.1 CAM4.2.1 CAM的支撐系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)( (* *) ) 4.24.2 CAD CADCAMCAM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，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，如如圖圖4-14-1所示。所示。圖圖4-1 CAD4-1 CADCAMCAM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)34.2.1.1 4.2.1.1 硬件硬件( (* *) )4.24.2 CAD CADCAMCAM硬件系統(tǒng)主要包括主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備硬件系統(tǒng)主要包括主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備及其他通信接口。及其他通信接口。 1 1主機(jī)主機(jī) (1)(1)小型機(jī)或超級(jí)小型機(jī)系統(tǒng)小型機(jī)或超級(jí)

2、小型機(jī)系統(tǒng) (2)(2)以超級(jí)微機(jī)組成的工程工作站以超級(jí)微機(jī)組成的工程工作站 (3)(3)個(gè)人微機(jī)系統(tǒng)個(gè)人微機(jī)系統(tǒng) 2 2外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器 3 3輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備 CADCADCAMCAM系統(tǒng)的硬件設(shè)備系統(tǒng)的硬件設(shè)備還包括：還包括：圖形顯示器圖形顯示器( (一般采用一般采用21in21in，分辨率為分辨率為1024X7681024X768或或1280X1024)1280X1024)、通信接口和生產(chǎn)裝置、通信接口和生產(chǎn)裝置( (如數(shù)控機(jī)如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)測(cè)試裝置等床、自動(dòng)測(cè)試裝置等) )。44.2.1.2 4.2.1.2 軟件軟件( (* *) )4.24.2 CAD CADCAMCAM系

3、統(tǒng)中與硬件配套的軟件已形成了一個(gè)完整的系統(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)可分為體系，該軟件系統(tǒng)可分為三個(gè)層次：三個(gè)層次：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用系統(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)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。用軟件需要有特殊的支撐軟件環(huán)境。 1.1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 (1)(1)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) (2)(2)語言編譯系統(tǒng)語言編譯系統(tǒng) 2.2.支撐軟件支撐軟件 (1)(1)計(jì)算機(jī)分析軟件計(jì)算機(jī)分析軟件 (2)(2)圖形支撐軟件系統(tǒng)圖形支撐軟件系統(tǒng) (3)(3)數(shù)據(jù)庫管理系

4、統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (4)(4)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作軟件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作軟件 3.3.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件54.2.2 CAM4.2.2 CAM的應(yīng)用的應(yīng)用 4.24.2 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，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，CADCADCAMCAM技術(shù)日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。當(dāng)今技術(shù)日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。當(dāng)今CADCADCAMCAM已廣泛應(yīng)用于已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的全過程。其產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的全過程。其應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域已遍及機(jī)械、電子、造船、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。航空、汽車、建筑、紡織、輕工及工程建設(shè)等部門。 典型

5、的典型的CAMCAM應(yīng)用應(yīng)用是汽車車身模具的數(shù)控加工。是汽車車身模具的數(shù)控加工。 ProProE E、UGUG、SolidWorksSolidWorks、CATIACATIA等等三維軟件三維軟件都具有都具有CADCADCAMCAM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。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。 64.34.374.3.1 數(shù)控加工概述數(shù)控加工概述

6、4.34.34.3.1.1 4.3.1.1 數(shù)控加工概念數(shù)控加工概念( (* *) )4.3.1.2 4.3.1.2 數(shù)控加工的發(fā)展階段數(shù)控加工的發(fā)展階段4.3.1.3 4.3.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)4.3.1.4 4.3.1.4 數(shù)控裝置類型數(shù)控裝置類型( (* *) )4.3.1.5 4.3.1.5 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理( (* *) )84.3.1.1 4.3.1.1 數(shù)控加工概念數(shù)控加工概念( (* *) )4.34.3 數(shù)控加工數(shù)控加工(Numerical Control Machine)(Numerical Control Mach

7、ine)是數(shù)控機(jī)床應(yīng)用是數(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)，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(tái)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(dòng)控制。就是用一臺(tái)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(dòng)控制。下面是下面是數(shù)控技術(shù)的一些基本概念和常用功能數(shù)控技術(shù)的一些基本概念和常用功能。1.APT1.APT語言語言2.2.最小設(shè)定單位最小設(shè)定單位3.3.最小移動(dòng)單位最小移動(dòng)單位4.4.程序段格式程序段格式( (數(shù)控紙帶格式數(shù)控紙帶格式) )5.ISO5.ISO代碼及代碼及EIAEIA代碼代碼6.6.插補(bǔ)插補(bǔ)7.7.工具位置偏移工具位

8、置偏移8.8.刀尖刀尖R R的補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償9.9.自動(dòng)加減速自動(dòng)加減速1010手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入(MDl)(MDl)11.11.通用顯示器通用顯示器(DPL)(DPL)12.12.視頻顯示器視頻顯示器(CRT)(CRT)13.13.進(jìn)給率數(shù)進(jìn)給率數(shù)(FRN)(FRN)14.14.程序中停、重新啟動(dòng)功能程序中停、重新啟動(dòng)功能15.15.進(jìn)給保持進(jìn)給保持16.16.程序保護(hù)功能程序保護(hù)功能17.17.固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能18.18.紙帶存儲(chǔ)和編輯功能紙帶存儲(chǔ)和編輯功能19.19.錄返功能錄返功能94.3.1.2 4.3.1.2 數(shù)控加工的發(fā)展階段數(shù)控加工的發(fā)展階段4.34.3 數(shù)控機(jī)床是綜

9、合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)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)歷了檢測(cè)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)階段兩個(gè)階段( (六代六代) )。 1 1數(shù)控?cái)?shù)控(NC)(NC)階段階段(1952(195219701970年年) ) 1952 1952年，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)生了質(zhì)年，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)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，即的變化。隨著元器件的發(fā)展，該階段歷經(jīng)了三代，即19521952年的第年的第一一代代電子管、電子管、1959

10、1959年的第年的第二二代代晶體管和晶體管和19651965年的第年的第三三代代小規(guī)模小規(guī)模集成電路。集成電路。 2 2計(jì)算機(jī)數(shù)控計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)(CNC)階段階段(1970(1970年年現(xiàn)在現(xiàn)在) ) 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即19701970年的第年的第四四代代小型計(jì)算小型計(jì)算機(jī)、機(jī)、19741974年的第年的第五五代代微處理器和微處理器和19901990年的第年的第六六代代微機(jī)微機(jī)( (國(guó)外稱國(guó)外稱為為PC-BASED)PC-BASED)。104.3.1.3 4.3.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)4.34.31 1向開放式、基于向開放式

11、、基于PCPC的第六代方向發(fā)展的第六代方向發(fā)展2 2向高速化和高精度化發(fā)展向高速化和高精度化發(fā)展3 3向智能化方向發(fā)展向智能化方向發(fā)展4 4柔性化柔性化5 5工藝復(fù)合性和多軸化工藝復(fù)合性和多軸化114.3.1.4 4.3.1.4 數(shù)控裝置類型數(shù)控裝置類型( (* *) )4.34.3 1.1.硬件式數(shù)控系統(tǒng)硬件式數(shù)控系統(tǒng)(NC(NC系統(tǒng)系統(tǒng)) ) NCNC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)。電路來實(shí)現(xiàn)。 2.

12、2.軟件式數(shù)控系統(tǒng)軟件式數(shù)控系統(tǒng)(CNC(CNC系統(tǒng)系統(tǒng)) ) CNC 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，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)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(duì)于不同的系統(tǒng)，只需編制不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控現(xiàn)；對(duì)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。制功能，而硬件幾乎可以通用。124.3.1.5 4.3.1.5 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理( (* *) )4.34.3 數(shù)控機(jī)床通常由以下幾部分組成：

13、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(dòng)系統(tǒng)、強(qiáng)電控制程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、強(qiáng)電控制裝置、檢測(cè)裝置、機(jī)床裝置、檢測(cè)裝置、機(jī)床( (主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，輔助操作主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，輔助操作) )。其原理。其原理框圖如框圖如圖圖4-24-2所示。所示。圖圖4-2 4-2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成13 數(shù)控機(jī)床主要組成部分?jǐn)?shù)控機(jī)床主要組成部分4.34.31.1.程序載體程序載體2.2.輸入裝置輸入裝置3.3.數(shù)控裝置數(shù)控裝置4.4.強(qiáng)電控制裝置強(qiáng)電控制裝置5.5.伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)6.6.機(jī)床機(jī)床144.3.2 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)( (* *)

14、 ) 4.34.3 CNCCNC系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)的核心是CNCCNC裝置。裝置。 CNCCNC裝置裝置主要用于控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，完成各種曲線輪廓的主要用于控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，完成各種曲線輪廓的加工。不論進(jìn)行哪種曲線加工，加工。不論進(jìn)行哪種曲線加工，CNCCNC裝置都執(zhí)行同一基本控制裝置都執(zhí)行同一基本控制流程，即流程，即首先首先讀取零件程序讀取零件程序( (輸人輸人) )，再再進(jìn)行進(jìn)行程序段的譯碼和預(yù)程序段的譯碼和預(yù)處理處理( (刀具補(bǔ)償處理和進(jìn)給速度處理刀具補(bǔ)償處理和進(jìn)給速度處理) )，然后然后根據(jù)程序段指令，根據(jù)程序段指令，進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算和位置伺服控制。進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算和位置伺服控制。 CNCCNC裝置

15、除了執(zhí)行基本控制流程外，還應(yīng)具有顯示、裝置除了執(zhí)行基本控制流程外，還應(yīng)具有顯示、I IO O處理及診斷等功能。處理及診斷等功能。154.3.2.1 4.3.2.1 數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)4.34.31.1.微處理器微處理器CPUCPU2.2.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器3.3.I IO O設(shè)備設(shè)備4.4.PLCPLC及開關(guān)量及開關(guān)量I IO O接口接口5.5.位置控制裝置位置控制裝置 (1)(1)開環(huán)控制開環(huán)控制 (2)(2)閉環(huán)控制閉環(huán)控制 (3)(3)半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制16(1)(1)開環(huán)控制開環(huán)控制4.34.3 這種控制方式通常不帶位置測(cè)量元件，伺服驅(qū)動(dòng)元件為這種控制方式通常不帶位置測(cè)量元件

16、，伺服驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或脈沖電動(dòng)機(jī)。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，分步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或脈沖電動(dòng)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(dòng)機(jī)或脈沖電動(dòng)機(jī)，它就配出指令脈沖，每一個(gè)脈沖送給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或脈沖電動(dòng)機(jī)，它就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，再通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使被控制的工作臺(tái)移動(dòng)。轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，再通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使被控制的工作臺(tái)移動(dòng)。圖圖4-3 4-3 開環(huán)控制框圖開環(huán)控制框圖17(2)(2)閉環(huán)控制閉環(huán)控制4.34.3 這種控制方式這種控制方式必須必須有測(cè)量元件。如有測(cè)量元件。如圖圖4-44-4所示，所示，A A為速度測(cè)量為速度測(cè)量元件，元件，C C為位置測(cè)量元件。當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較

17、電路時(shí)，此為位置測(cè)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(tái)沒有移動(dòng)、沒有反饋量，指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)若工作臺(tái)沒有移動(dòng)、沒有反饋量，指令值使得伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過通過A A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過C C將工作實(shí)際位移將工作實(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。值進(jìn)行控制，直到差值消除為止，即為閉環(huán)控制。圖圖4-4 4-4 閉環(huán)控制框圖閉環(huán)控制框圖18(3)(3)半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制4.34.3 這種控制方式

18、對(duì)這種控制方式對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置不進(jìn)行檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置不進(jìn)行檢測(cè)，而是由，而是由與伺服電動(dòng)機(jī)有聯(lián)系的測(cè)量元件與伺服電動(dòng)機(jī)有聯(lián)系的測(cè)量元件( (如測(cè)速發(fā)電機(jī)如測(cè)速發(fā)電機(jī)A A和光電編碼器或和光電編碼器或分解器分解器B B等等) )間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)際間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)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。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。圖圖4-5 4-5 半閉環(huán)控制框圖半閉環(huán)控制框圖194.3.2.2 CNC4.3.2.2 CNC裝置的主要功用裝置的主要功用4.34.31.1.輸入輸入2.2.譯碼譯碼3.3.

19、刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償4.4.進(jìn)給速度處理進(jìn)給速度處理5.5.插補(bǔ)插補(bǔ)6.6.位置控制位置控制7.7.開關(guān)量處理開關(guān)量處理8.8.顯示顯示9.9.診斷診斷204.3.2.3 4.3.2.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件數(shù)控系統(tǒng)軟件( (* *) ) 4.34.3 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。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。 管理軟件管理軟件是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理；是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理；控制軟件控制軟件是根據(jù)是根據(jù)用戶編制的加工程序，控制機(jī)床運(yùn)行。用戶編制的加工程序，控制機(jī)床運(yùn)行。 1 1管理模塊程序設(shè)計(jì)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

20、括：系統(tǒng)的初該模塊應(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(duì)話、系統(tǒng)監(jiān)控和指揮整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)診斷等。這些程序用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)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。軟件協(xié)調(diào)工作，以完成程序規(guī)定的功能。 2 2控制軟件控制軟件 (1)(1)插補(bǔ)軟件插補(bǔ)軟件 (2)(2)升降速處理軟件升降速處理軟件214.3.3 數(shù)控插補(bǔ)技術(shù)數(shù)控插補(bǔ)技術(shù)( (* *) ) 4.34.3 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。和輪廓控制三類。 1 1點(diǎn)位控制系統(tǒng)與點(diǎn)位直線切削控制系統(tǒng)點(diǎn)位控制系統(tǒng)與點(diǎn)位直線切削控制系統(tǒng) 2 2輪廓控制系統(tǒng)輪廓控制系統(tǒng) 3 3插補(bǔ)方法插補(bǔ)方法圖圖4-6