《計算機(jī)輔助設(shè)計與制造》電子教案11

1、 第11 計算機(jī)輔助數(shù)控程序編制 11.1 數(shù)控編程的基本概念 11.1.1 數(shù)控加工的特點 數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法。 數(shù)控加工過程是用數(shù)控裝置或計算機(jī)代替人工操縱機(jī)床進(jìn)行自動化加工的過程。圖11.1為數(shù)控加工過程示意圖 圖11.1 數(shù)控加工過程示意圖1 數(shù)控加工具有如下特點： (1) 加工精度高 (2) 生產(chǎn)效率高 (3) 自動化程度高 (4) 生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短 (5) 數(shù)控加工使用數(shù)字信息，便于計算機(jī)控制和管理，容易連接CAD系統(tǒng)，形成CAD/CAM集成系統(tǒng)。2 11.1.2 數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟 1工藝方案分析 在分析零件圖樣、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備條件的基礎(chǔ)上

2、，首先分析并擬訂工藝方案，即確認(rèn)加工對象是否適合于數(shù)控加工、毛坯的選擇、工序的劃分以及選用合適的數(shù)控機(jī)床。 2工序詳細(xì)設(shè)計 工序的詳細(xì)設(shè)計，包括工件的定位與夾緊、工步劃分、刀具選擇、切削用量的確定、走刀分配以及工藝文件的編制等內(nèi)容。 在上述工序詳細(xì)設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工序卡的編制，工序卡一般包括工步與走刀的序號、加工部位與尺寸、刀號與補(bǔ)償號、刀具型式與規(guī)格、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量以及工時等內(nèi)容。3 3運動軌跡的坐標(biāo)值計算 首先建立零件坐標(biāo)系，作為各坐標(biāo)尺寸的基準(zhǔn)，計算各次運動軌跡的程序坐標(biāo)值，作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。坐標(biāo)值計算主要包括基點、節(jié)點及輔助計算三部分： (1) 基點計算 零件輪廓一般是由直線

3、、圓弧及曲線等幾何元素組成，所以要計算相鄰兩個幾何要素的交點或切點（即基點）的坐標(biāo)值。 (2) 節(jié)點計算 由于數(shù)控系統(tǒng)一般只具備直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能，所以對非圓曲線還要計算該曲線本身用直線段逼近或圓弧段逼近相鄰線段的交點或切點（節(jié)點）坐標(biāo)值。 (3) 輔助計算 輔助計算包括刀具的引入與退出路線的坐標(biāo)值計算、脈沖數(shù)的計算與圓整及坐標(biāo)系的換算等。4 4加工程序單的編寫 根據(jù)上述已確定的工序卡和所計算的運動軌跡坐標(biāo)值，用數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼與程序格式逐段編寫加工程序單。 5控制介質(zhì)的制備 將程序單上的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，作為數(shù)控機(jī)床的輸入信息?？刂平橘|(zhì)有穿孔帶和磁帶等。 6程序校核與試切 一般

4、的校核方法是將程序輸送給機(jī)床進(jìn)行空運轉(zhuǎn)畫圖檢查。該方法只能檢查運動的正確性，而不能檢查出由于計算或刀具調(diào)整不當(dāng)造成的誤差，所以還必須進(jìn)行首件試切作綜合檢查，若有錯誤，可根據(jù)問題的性質(zhì)進(jìn)行修改和補(bǔ)償，直到滿足圖樣要求。 5 11.1.3 數(shù)控程序編制的方法 1手工編程 手工編程也可稱為人工編程。手工編程的主要步驟和內(nèi)容如下： (1) 根據(jù)零件圖樣對零件進(jìn)行工藝分析，在分析的基礎(chǔ)上確定加工路線和工藝參數(shù)。 (2) 根據(jù)零件的幾何形狀和尺寸，計算數(shù)控機(jī)床運動所需數(shù)據(jù)。 (3) 根據(jù)計算結(jié)果及確定的加工路線，按規(guī)定的格式和代碼編寫零件加工程序單。 (4) 按程序單在穿孔機(jī)或卡片上穿孔、制成控制介質(zhì)。

5、6 2自動編程 隨著計算機(jī)技術(shù)和算法語言的發(fā)展，首先提出了用“語言程序”的方法實現(xiàn)自動編程。 所謂“語言程序”就是用專用的語言和符號來描述零件圖樣上的幾何形狀及具相對零件運動的軌跡、順序和其它工藝參數(shù)等。這個程序稱為零件的源程序。零件源程序編好后，輸入給計算機(jī)?！皵?shù)控軟件”分兩步對零件源程序進(jìn)行處理。第一步是計算刀具中心相對零件運動軌跡。第二步是針對具體NC機(jī)床的功能產(chǎn)生控制指令的后置處理程序。 圖11.4 數(shù)據(jù)自動編程過程 7 11.2 自動編程語言 11.2.1 自動編程語言的發(fā)展概況 現(xiàn)在國際上流行的數(shù)控自動編程語言有上百種，其中流傳最廣、影響最深、最具有代表性的是美國MIT研制的APT

6、系統(tǒng)（Automatically Programmed Tools）。我國機(jī)械工業(yè)部1982年發(fā)布的NC機(jī)床自動編程語言標(biāo)準(zhǔn)（JB311282）采用了APT的詞匯語法；1985年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO公布的NC機(jī)床自動編程語言（ISO43421985）也是以APT語言為基礎(chǔ)的。 APT語言系統(tǒng)的特點是： (1) APT語言有多種多樣的處理能力。 (2) 用APT語言編寫的零件源程序接近英語自然語言。 (3) APT編程可靠性高。 (4) 富有靈活性。 (5) 數(shù)據(jù)處理所需費用少，制備時間短。 8 11.2.2 APT語言的基本組成 1基本符號 數(shù)控語言中的基本符號是語言中不能再分的成分。語言中的

7、其它成分均由基本符號組成。常用的基本符號有字母、數(shù)字、標(biāo)點符號、算術(shù)運算符號等。APT自動編程語言中常用到的標(biāo)點符號和算術(shù)符號如下： (1) 逗號“，” 用于分隔語句內(nèi)的詞匯、標(biāo)識符和數(shù)據(jù) (2) 斜杠“/” 用來分隔語句的主部和輔部，或者在計算語句中作除法運算符號。 (3) 星號“*” 這是乘法運算符號。 (4) 雙星號“*”或“” 這是指數(shù)運算符號。 9 (5) 正號“+” 用來表示算術(shù)加法或規(guī)定一個數(shù)的符號。 (6) 負(fù)號“” 用來表示算術(shù)減法或規(guī)定一個數(shù)的符號。 (7) 符號“$” 表示語句尚未結(jié)束，延續(xù)到下一行。 (8) 冒號“：” 用于分隔語句及其標(biāo)號。 (9) 方括號“ ” 用于

8、給出子曲線的起點號和終點號，或用于復(fù)合語句及下標(biāo)變量中。 (10) 等號“=” 用于定義時給定一個名字或者給標(biāo)識符號賦值用。 (11)分號“；” 作為語句結(jié)束符號。 (12) 圓括號“（ ）” 用于括上算術(shù)自變量及幾何圖形語句中的嵌套定義部分。 (13) 小數(shù)點“.” 用于分隔數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分。 10 2詞匯 詞匯是APT語言所規(guī)定的具有特定意義的單詞。APT語言中，大約有300多個詞匯，按其作用大致可分為下列幾種： (1) 幾何元素詞匯 如POINT（點），LINE（線），PLANE（平面）等。 (2) 幾何關(guān)系和位置狀況詞匯 如PARLEL（平行），PERPTO（垂直），TANTO（

9、相切）等。 (3) 與計算有關(guān)和函數(shù)類詞匯 如SINF（正弦），COSF（余弦），EXPF（指數(shù)），SQRTF（平方根）等。 (4) 加工工藝詞匯 如BORE（鏜孔），CHAM（倒角），ROUGH（粗加工），DVSJSE（加工余量）等。 (5) 刀具名稱詞匯 如TURNTL（車刀），MILTL（銑刀），DRITL（鉆頭）等。 (6) 與刀具運動有關(guān)的詞匯 如GOFWD（向前），GODLTA（走增量），TLLFT（刀具在左）等。11 3語句 語句是數(shù)控編程語言中具有獨立意義的基本單位。它由詞匯、數(shù)值、標(biāo)識符號等按語法規(guī)則組成。按語句在程序中的作用大致右分為幾何定義語句、刀具運動語句、工藝數(shù)據(jù)語句

10、等幾類。 11.2.3 APT語言基本語句 1幾何定義語句 幾何定義語句是為了描述零件的幾何圖形而設(shè)置的。 幾何定義語句的一般形式為 標(biāo)識符=APT幾何元素/定義方式12 (1) 點的定義 1） 由給定坐標(biāo)值定義點 其格式為 標(biāo)識符=POINT/ x，y，z 2）由兩直線的交點定義點 其格式為 標(biāo)識符=POINT/INTOF，line1，line2 3）由直線和圓的交點定義點 P1=POINT/XSMALL，INTOF，L1，C1 4）兩圓交點定義格式 標(biāo)識符=POINT/ Circle , Circle13 5）用圓心定義點格式 標(biāo)識符=POINT/CENTER，Circle 6）極座標(biāo)定義

11、格式 格式：標(biāo)識符=POINT/RTHEIA，radius，degrees (2) 直線定義（共六種） 1）通過兩點定義格式為 標(biāo)識符=LINE/x1, y1, x2, y2 標(biāo)識符=LINE/point, point 2）通過一點并與坐標(biāo)軸x成某一角度： 格式：標(biāo)識符=LINE/point, STANGL, degrees 3）通過一點與給定直線成某一角度： 格式：標(biāo)識符=LINE/point, ATANGL, degrees, line 144）與給定直線相平行并隔一定距離：格式：標(biāo)識符=LINE/PARLEL， line, offset5）過一點與圓相切格式：標(biāo)識符=LINE/POINT

12、， , TANTO, circle6）切于兩圓：格式：標(biāo)識符=LINE/ , TANTO, circle， 15(3) 圓定義1）用圓心和半徑定義：格式：標(biāo)識符=CIRCLE/x, y, radius2）用圓中心并切于給定圓定義：格式：標(biāo)識符=CIRLE/CENTER，point， ，TANTO，circle3）過三點定義圓格式：標(biāo)識符=CIRCLE/point1, point2, point34）利用半徑和切于兩交線定義圓5）用半徑并切于一線一圓定義：6）用半徑并切于兩個圓定義： 16 (4) 平面的定義 1） 不共線的三點定義 格式：標(biāo)識符=PLANE/P1，P2，P3 2）通過一點平行于

13、另一平面的平面 格式：標(biāo)識符=PLANE/P，PARLEL，PL1 3）用平面方程式AX+BY+CZ=D的四個系數(shù)定義的平面 格式：標(biāo)識符=PLANE/A，B，C，D (5) 矢量的定義 格式：標(biāo)識符=VECTOR/參數(shù)17 1）用x、y、z矢量元素定義 格式：VECTOR/x、y、z 2）用兩點定義 格式：VECTOR/Point1，Point2， (6) 點群定義 在點位控制孔系的加工中，使用點群，它依賴于點群組內(nèi)的對稱形狀進(jìn)行定義，表示格式如下： 符號=PATERN/參數(shù) (7) 短陣定義 其格式為：符號MATRIX/參數(shù) 一般有在參考平面中旋轉(zhuǎn)、指定比例、平面對稱、旋轉(zhuǎn)和平移等幾種定義

14、方法 18 2刀具運動語句 刀具運動語句是用來模擬加工過程中刀具運動的軌跡。為了定義刀具在空間的位置和運動，引進(jìn)了如圖11.25所示三個控制面的概念，即零件表面（PS）、導(dǎo)向面（DS）和檢查面（CS）。零件面是刀具在加工運動過程中，刀具端點運動形成的表面。它是控制切削深度的表面。導(dǎo)向面是在加工運動中，刀具與零件接觸的第二個表面，是引導(dǎo)刀具運動的面，由此可以確定刀具與零件表面之間的位置關(guān)系。檢查面是刀具運動終止位置的限定面，刀具在到達(dá)檢查面之前，一直保持與零件面和導(dǎo)向面所給定的關(guān)系，在到達(dá)檢查面后，可以重新給出新的運動語句。 圖11.25 19通過上述三個控制面就可聯(lián)合確定刀具的運動。(1) 刀

15、具起始位置的指定格式FROM/ (2) 連續(xù)切削用初始運動語句格式：GO/ ，DS， ，PS， ，CS(3) 連續(xù)切削運動詞語格式： /DS， ，CS20 (4) 點位運動指令 1）GODLTA GODLTA/語句表示刀具從當(dāng)前位置移動某一增量。 2）GOTO GOTO是一個絕對運動語句，表示刀具從當(dāng)前位置以直線方式移動到語句中規(guī)定的點。 (5) 刀具描述 刀具描述格式為： CUTTER/d CUTTER/d,r CUTTER/d, r, e, f , h (6) 公差的描述 公差描述格式為： INTOL dsval, psval, cslval, cs2val OUTTOL/dsval, p

16、sval, cslval, cs2val TOLER/dsval, psval, cslval, cs2val21 11.2.4 后置處理命令 后置處理程序通過CLDATA與幾何處理程序相連系。后置處理程序的功能可概括為： 1）將CLDATA轉(zhuǎn)換為機(jī)床的坐標(biāo)； 2）將CLDATA轉(zhuǎn)換為具有： 主軸或工作臺最大行程； 變換切削速度和進(jìn)給速度； 變換準(zhǔn)備、輔助功能； 完成直線和圓弧插補(bǔ)； 控制拐角加工時的超調(diào)量和； 控制程序帶閱讀時間、伺服調(diào)整時間等控制功能的NC程序段。 3）提供： 要求的程序帶； 特征列表打印和； 其他操作指令輸出。 22 GPOST（Generalised post proc

17、essor）是美國通用計算機(jī)公司推出的商業(yè)化的通用后置處理程序。它是按照APT刀具定位文件設(shè)計的，能對多種機(jī)床加工控制輪廓進(jìn)行計算，輸出操作指定機(jī)床的控制介質(zhì)。 特定機(jī)床的后置處理程序，利用人機(jī)對話方式，由GPOST讀出要求的選擇文件，處理CLDATA文件而產(chǎn)生。選擇文件包括控制GPOST功能的必要信息。 最常用的后置處理指令有： AUXFUN、CLEAPR、COOLNT、COUPLE、CUTCOM、CYCLE、CYCLE、FEDRAT、LEADER、LOADTL、OPSKIP、PITCH、PREFUN、PEWIND、SAFPOS、SAFPOS、AFPOS、SAFPOS、SELCTL、LENG

18、TH、SPINDL、SPINDL、HREAD、TOOLNO、LENGTH、TOOLNO、OSETNO 11.2.5 APT語言編程實例23 11.3 數(shù)控程序系統(tǒng) 數(shù)控程序系統(tǒng)按其應(yīng)用范圍可分為兩大類。第一類是不限定加工對象、適用范圍廣泛的通用系統(tǒng)。上述APT系統(tǒng)就是通用系統(tǒng)的典型代表。另一類是適用于特定目標(biāo)的、針對性較強(qiáng)的專用系統(tǒng)。其中通用系統(tǒng)按其功能又可分為幾何處理系統(tǒng)和工藝處理系統(tǒng)。 數(shù)控程序系統(tǒng)的工作大致可分為三個階段進(jìn)行：即輸入翻譯階段，軌跡計算階段和后置處理階段。 (1) 輸入翻譯階段 它是為計算刀具運動軌跡階段作準(zhǔn)備。此階段的主要功能是按源程序的順序，一個符號一個符號地依次閱讀并處理源程序。 (2) 軌跡計算階段