第八章-计算机辅助数控加工编程

1、 第八章第八章 计算机辅助数控加工编程计算机辅助数控加工编程主要内容：主要内容： 1. 数控编程基础数控编程基础 2. 自动编程语言（自动编程语言（APT）编程技术）编程技术 3. 图形交互式自动编程技术图形交互式自动编程技术 4. 数控程序的检验与仿真数控程序的检验与仿真8.1 8.1 数控编程基础数控编程基础8.1.1 数控加工编程的概念数控加工编程的概念 （1）特点：）特点：更换加工对象，不需调整机床，只更换加工对象，不需调整机床，只 需更换控制程序。适用于单件、小需更换控制程序。适用于单件、小 批量自动化生产。批量自动化生产。（2）数控加工过程）数控加工过程零件图零件图数控装置数控装置

2、数控编程数控编程机床机床零件零件毛坯毛坯CAPP零件模型零件模型CAM（3）数控加工的优点）数控加工的优点 a. 加工精度高：尺寸精度加工精度高：尺寸精度0.10.005mm，质量，质量 稳定。稳定。 b. 生产率高：省去多次装夹、检测。生产率高：省去多次装夹、检测。 c. 自动化程度高：手（机）动装夹，自动加工。自动化程度高：手（机）动装夹，自动加工。 d. 生产准备时间短：换件不用调整机床。生产准备时间短：换件不用调整机床。 e. 数字信息：便于与数字信息：便于与CAD/CAM系统连接，实系统连接，实 现计算机管理与控制。现计算机管理与控制。 （4）数控机床坐标系命名）数控机床坐标系命名8

3、.1.2 数控编程方法数控编程方法 （1）手工编程）手工编程 a. 步骤：步骤：读图，确定工艺路线及参数；读图，确定工艺路线及参数；计算机床运动所需数据；计算机床运动所需数据；编程。编程。b. 复杂形状轮廓加工复杂形状轮廓加工手工编程简单形状零件；手工编程简单形状零件；手工编程与加工时间比：手工编程与加工时间比： 30：1复杂轮廓零件复杂轮廓零件,数值计算工数值计算工作量大，容易出错。作量大，容易出错。2. 自动编程自动编程 （1）语言编程）语言编程 利用专用语言和符号描述图形几何形状、利用专用语言和符号描述图形几何形状、 刀具运动轨迹、顺序及其工艺参数，得刀具运动轨迹、顺序及其工艺参数，得

4、到零件源程序。到零件源程序。 （2）数控软件）数控软件 a. 根据源程序计算刀具运动轨迹（刀具根据源程序计算刀具运动轨迹（刀具 中心相对于零件的运动轨迹），得到中心相对于零件的运动轨迹），得到 刀位文件。刀位文件。 b. 针对具体针对具体NC机床（不同机床的数控机床（不同机床的数控 系统），利用相应的后置处理程序，系统），利用相应的后置处理程序， 处理（翻译）成数控指令程序。处理（翻译）成数控指令程序。（3）优点：）优点：编程速度快、质量高、方便、效率编程速度快、质量高、方便、效率 高。复杂计算由计算机完成，能完高。复杂计算由计算机完成，能完 成手工不能实现的工作。成手工不能实现的工作。 1.

5、 加工工艺决策加工工艺决策 （1） 确定加工方案确定加工方案 （2）工夹具的设计和选择）工夹具的设计和选择 （3）选择合理的走刀路线）选择合理的走刀路线 a.尽量缩短走刀路线，减少空尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。走刀行程，提高生产效率。 b.合理选取起刀点、切入点和合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。没有冲击。 8.1.3 数控加工程序编程的内容与步骤数控加工程序编程的内容与步骤 c. 保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。 d. 保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工保证加工过程的安

6、全性，避免刀具与非加工面的干涉。面的干涉。 （4）选择合理的刀具）选择合理的刀具 （5）确定）确定合理的切削用量合理的切削用量 2. 刀位轨迹计算刀位轨迹计算 a. 基本计算基本计算几何元素的起点和终点、相邻几何元素的几何元素的起点和终点、相邻几何元素的交点或切点计算交点或切点计算圆形刀具（铣刀）的中心运动轨迹圆形刀具（铣刀）的中心运动轨迹b. 工件坐标系的工件坐标系的选择原则选择原则为为: 所选的工件坐标系应使程序编制简单；所选的工件坐标系应使程序编制简单； 工件坐标系原点应选在容易找正、并在工件坐标系原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置；加工过程中便于检查的位置； 引起的加工误

7、差小。引起的加工误差小。 3. 编制或生成加工程序清单编制或生成加工程序清单 4. 程序输入程序输入5. 数控加工程序正确性校验数控加工程序正确性校验 8.1.4 计算机辅助数控加工编程的一般原理计算机辅助数控加工编程的一般原理 通用计算机通用计算机主主 信信 息息处理模块处理模块后置处理后置处理模模 块块加工程序加工程序输入信息输入信息数控系统驱动程序数控系统驱动程序计算机辅助数控加工编程的一般过程计算机辅助数控加工编程的一般过程 8.1.5 8.1.5 数控编程术语与标准数控编程术语与标准 b. G指令（准备功能指令）指令（准备功能指令） *ISO制定的与有些国家（日本）稍有不同。制定的与

8、有些国家（日本）稍有不同。 常用准备功能指令常用准备功能指令*G指令在数控系统插补运算前要预先指定，指令在数控系统插补运算前要预先指定，ISO的的G功功能有能有100种。种。代代码码功功能能代代码码功功能能M00程程序序停停机机M07开开 2 号号冷冷却却液液M01选选择择停停机机，按按“选选择择停停”起起作作用用M08开开 1 号号冷冷却却液液M02程程序序结结束束M09关关闭闭冷冷却却液液M03主主轴轴顺顺时时针针方方向向旋旋转转M10夹夹紧紧M04主主轴轴逆逆时时针针方方向向旋旋转转M11松松开开M05主主轴轴停停转转M30程程序序终终了了，自自动动倒倒带带M06换换刀刀常用辅助功能指令

9、常用辅助功能指令c. M指令（辅助功能指令）指令（辅助功能指令）*M指令功能有指令功能有100种，是数控加工时机床操作需要予以种，是数控加工时机床操作需要予以指定的工艺性指令。指定的工艺性指令。1.数控机床的坐标系定义数控机床的坐标系定义 ISO标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机床的坐标系进行命名，在这个坐标系下定义刀具位置及床的坐标系进行命名，在这个坐标系下定义刀具位置及其运动的轨迹。其运动的轨迹。 右手直角坐标系右手直角坐标系 坐标轴命名时，不论加工中是刀具移动，还是被加坐标轴命名时，不论加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，一律假定工件相

10、对静止不动而刀具移动，工工件移动，一律假定工件相对静止不动而刀具移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。 确定机床坐标轴时先确定轴，再确定轴和确定机床坐标轴时先确定轴，再确定轴和轴。轴。对于有主轴的机床，如车床、铣床等则以机对于有主轴的机床，如车床、铣床等则以机床主轴轴线方向作为床主轴轴线方向作为Z轴方向。轴方向。 轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。 轴方向可以根据已选定的、轴方向，按右轴方向可以根据已选定的、轴方向，按右手直角坐标系来确定。手直角坐标系来确定。 5.切触点与切触点曲线切

11、触点与切触点曲线（1）切触点）切触点 切削过程中刀具与工件曲面的理论接触点称为切触点。切削过程中刀具与工件曲面的理论接触点称为切触点。切触点是变化的。切触点是变化的。（2）切触点曲线）切触点曲线 指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。切触点曲指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。切触点曲线是生成刀具轨迹的基本要素，线是生成刀具轨迹的基本要素， 切触点曲线由刀具中心切触点曲线由刀具中心轨迹隐式定义。轨迹隐式定义。切触点切触点 6.刀位点数据与刀具运动轨迹刀位点数据与刀具运动轨迹 （1）刀位点数据）刀位点数据 是指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的是指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的坐标

12、值。刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀坐标值。刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀具中心点和刀轴矢量来进行描述，其中刀具中心点具中心点和刀轴矢量来进行描述，其中刀具中心点可以是刀心点（如球心），也可以是刀尖点。可以是刀心点（如球心），也可以是刀尖点。 （2）刀具运动轨迹）刀具运动轨迹 是指在加工过程中由刀位点运动所构成的曲线，是指在加工过程中由刀位点运动所构成的曲线，曲线上的每一点还包含着一个刀轴矢量。对于二、曲线上的每一点还包含着一个刀轴矢量。对于二、三坐标数控加工，刀具运动轨迹一般由切触点曲线三坐标数控加工，刀具运动轨迹一般由切触点曲线经过刀具偏置计算得到，计算结果一般存放于刀位经过刀具

13、偏置计算得到，计算结果一般存放于刀位文件之中。文件之中。 8.1.6数控铣削编程实例数控铣削编程实例 1.根据图样要求，确定工艺方案及加工路线。根据图样要求，确定工艺方案及加工路线。 2.选择刀具。选择刀具。 3.确定切削用量。确定切削用量。 4.确定工件坐标系与对刀点。确定工件坐标系与对刀点。 5.编制程序：编制程序： O1220； N0010 G92 X400.0 Y200.0 Z300.0； N0020 G90 G00 X5.0 Y-20.0； N0030 Z-5.0 M03； N0040 G01 G41 H01 X5.0 Y-10.0 F150； N0050 Y35.0； N0060

14、G01 G91 X10.0 Y10.0； N0070 X11.8 Y0； N0080 G02 X30.5 Y-5.0 R20.0； N0090 G03 X17.3 Y-10.0 R20.0； N0100 G01 G90 X80.0 Y25.0； N0120 Y0； N0130 X-10.0 ； N0140 G00 G40 X5 Y-20.0 M05； N0150 G28 X0 Y0 Z0 ； N0160 M30 ； （1 1）自动编程语言发展概况）自动编程语言发展概况 a.APTa.APT（Automatically Programmed tools) Automatically Progra

15、mmed tools) 1955 1958 1961 1970 APT APTII APTIII APTIV 点位点位 曲线曲线 35轴轴 曲面曲面 b. 其它数控语言其它数控语言 EXAPT（德国）（德国）FAPT、HAPT（日本）（日本） IFAPT（法国）（法国）MODAPT（意大利）（意大利） SKC、ECX（中国）（中国）85年年ISO公布基于公布基于APT的的NC 编程语言编程语言8 .2 APT语言编程技术语言编程技术 c.APT语言的特点语言的特点 a. 多种处理功能：点位、平面、曲线、空间多种处理功能：点位、平面、曲线、空间 曲面（曲面（5轴加工）；轴加工）； b. 语言风格

16、接近自然语言，易掌握；语言风格接近自然语言，易掌握； c. 编程可靠性高；编程可靠性高； d. 灵活、数据处理量小。灵活、数据处理量小。8.2.2 APT语言编程语言编程（1）基本符号）基本符号 a.“，”分隔符。分隔符。C1=CIRCLE/0,0,25; b. “/” 分隔语句的主、辅部分和除号。分隔语句的主、辅部分和除号。 GOFWD/C1; A=B/D; c. “*”乘方表示。乘方表示。A=B*2 d. “$”续行。续行。 L1=LINE/RIGHT，TANTO C2，$ RIGHT，TANTO，C1； e. “：”分隔语句及标号。分隔语句及标号。 f. “ ”给出曲线的起点和终点号，或

17、下标给出曲线的起点和终点号，或下标 变量。变量。 （2）基本词汇）基本词汇 最多由六个字母组成，共最多由六个字母组成，共300多个。多个。 a. 几何元素：几何元素：POINT（点），（点），LINE（线），（线）， PLANE（平面）。（平面）。 b. 几何关系和位置状况：几何关系和位置状况：PARLEL（平行），（平行）， PERPTO（垂直），（垂直），TANTO（相切）。（相切）。 c. 函数：函数：SINF（正弦）（正弦）COSF（余弦）（余弦）EXPF （指数），（指数），SQRTF（平方根）。（平方根）。 d. 加工词汇：加工词汇：BORE（镗），（镗），CHAM（倒（倒 角），

18、角），ROUGH（粗加工），（粗加工），DVSJSE（加（加 工余量），工余量），FEED（进给量），（进给量），TOLER （容差）。（容差）。 e. 刀具词汇：刀具词汇：TURNTL（车刀），（车刀），MILTL （铣刀），（铣刀），DRITL（钻头）。（钻头）。 f. 刀具运动：刀具运动：GOFWD（向前），（向前）， GODLTA（走增量），（走增量），TLLFT（刀具在左）。（刀具在左）。（3）语句）语句 几何定义语句几何定义语句 刀具运动语句刀具运动语句 工艺参数语句工艺参数语句3. APT语言基本语句语言基本语句 格式：标识符格式：标识符 = APT几何元素几何元素/定义方式定义

19、方式 （1）几何定义语句：）几何定义语句：描述零件几何图形。描述零件几何图形。 a. 点的定义点的定义 给定坐标定义点：给定坐标定义点：P1=POINT/10，20，15；两直线的交点：两直线的交点：Pt = POINT/INTOF,L1,L2;直线和圆的交点直线和圆的交点0yxL1PtL20yxC1P1L1P2P1=POINT/XSMALL,INTOF,L1,C1;P2=POINT/XLARGE,INTOF,L1,C1;或或P1=POINT/YSMALL.INTOF,L1,C1;b. 直线的定义直线的定义过两点定义直线过两点定义直线L=LINE/X1,Y1,X2,Y2;(x2,y2)（x1,

20、y1)c. 圆的定义圆的定义由圆心、半径定义圆：由圆心、半径定义圆：C1 = CIRCLE/X，Y，R；三点定义圆：三点定义圆：C1 = CIRCLE/P1，P2，P3； d. 平面的定义平面的定义不共线的三点定义：不共线的三点定义：PL = PLANE/P1，P2，P3；通过一点平行于另一平面的平面通过一点平行于另一平面的平面 PL = PLANE/P，PARLEL，PL1；用平面方程：用平面方程：AX + BY + CZ = D， 由由4个系数定义平面：个系数定义平面： PL = PLANE/A，B，C，D；导向面（导向面（DS）零件表面（零件表面（PS）检查面（检查面（CS）刀具刀具（2

21、）刀具运动语句）刀具运动语句 a. 三个控制面三个控制面 DS:Driver Surface CS:Check Surface PS:Part Surfaceb. 描述刀具与零件表面关系的词汇描述刀具与零件表面关系的词汇TLONPS刀具中心正好位于零件表面刀具中心正好位于零件表面TLOFPS刀具中心不在零件表面上刀具中心不在零件表面上刀具刀具零件表面零件表面刀具刀具零件表面零件表面c. 刀具与导向面关系刀具与导向面关系TLLPT刀具在导向面左边刀具在导向面左边TLRGT刀具在导向面右边刀具在导向面右边TLON刀具正好在导向面上刀具正好在导向面上DSDS刀具刀具TLLFTDSDS刀具刀具TLRG

22、TDS刀具刀具TLONd. 刀具与检查面的关系刀具与检查面的关系TO 走刀到检查面走刀到检查面ON 刀具中心在检查面上刀具中心在检查面上PAST 走刀过检查面走刀过检查面DSCSTO刀具刀具DSCSON刀具刀具DSCSPAST刀具刀具e. 刀具运动方向刀具运动方向 GOLET向左向左 GOFWD向前向前 GORGT向右向右 GOBACK向后向后（3）工艺数据语句）工艺数据语句 a. 主轴转速及方向：主轴转速及方向：SPWDL/N，CLW b. 铣刀直径及刀尖圆角半径：铣刀直径及刀尖圆角半径：CUTTER/D，R c. 加工外容差及内容差加工外容差及内容差 OUTTOL/ INTOL/e. 材料

23、名称及代号：材料名称及代号：MATERL/FRf. 初始语句初始语句程序名：程序名：PARTO + 名称名称g. 终止语句终止语句程序结束：程序结束：FINI设计曲线切削形成的曲线内容差外容差外容差和内容差的定义8.2.3APT语言编程步骤语言编程步骤1.分析零件图分析零件图 2.选择坐标系选择坐标系 3.确定几何元素标识符确定几何元素标识符4.进行工艺分析进行工艺分析 5.确定对刀方法和对刀点确定对刀方法和对刀点 6.选择容差、刀具等工艺参数选择容差、刀具等工艺参数 7.编写几何定义语句编写几何定义语句 8.编写刀具运动定义语句编写刀具运动定义语句 9.插入其它语句插入其它语句 10.检验零

24、件源程序检验零件源程序 11.填写源程序清单填写源程序清单 8.2 4 APT自动编程系统信息处理自动编程系统信息处理零件源程序零件源程序后置处理后置处理输入翻译输入翻译数值计算数值计算穿孔纸带穿孔纸带加工程序单加工程序单编译系统编译系统通用计算机通用计算机APT自动编程系统信息处理过程自动编程系统信息处理过程 1.源程序翻译源程序翻译 即语言处理阶段。它按源程序的顺序，一个即语言处理阶段。它按源程序的顺序，一个符号一个符号地依次阅读，将符号一个符号地依次阅读，将APT的词汇及相的词汇及相关的数据转换为计算机处理的代码关的数据转换为计算机处理的代码 。2.数值计算阶段数值计算阶段 该阶段的工作

25、类似于手工编程时的基点和节点坐该阶段的工作类似于手工编程时的基点和节点坐标数据的计算。标数据的计算。依次读取翻译阶段结果数据计算参数、存储计算参数刀具位置存储刀具位置后置处理信息存储后置处理相关集合元素处理基点计算存储程序完切削运动YN后置处理读入计算阶段结果刀位坐标？坐标增量计算NC代码转换、输出程序结束？停机计算机阶段的信息处理计算机阶段的信息处理后置处理阶段的信息处理后置处理阶段的信息处理 3.后置处理阶段后置处理阶段 按照计算阶段的信息，通过后置处理即可生成符合具体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。数控机床要求的零件加工程序。 XL1C3C2C

26、1L2L3YC40ZX02572.520R12.5R APT语言编语言编 程示例程示例PARTNO/ADAPT EXAMPLE$ PART GEOMETRY DEFINITIONSC1=CIRCLE/10,60,12.5C2=CIRCLE/40,-20,14.5C4=CIRCLE/0,0,25C3=CIRCLE/TANTO,OUT,C4,OUT, C2,YSMALL,RADIUS,12.5L1=LINE/XSMALL,TANTO,C4,ATANGL,90L2=LINE/-25,72.5,10,72.5L3=LINE/RIGHT,TANTO,C2,RIGHT,TANTO,C1$ DEFINE CUTTER AND