数控加工程序设计东北大学PPT课件

1、2022-2-21第二步：第二步：11222可解得交点)( 线方程联立曲率圆率圆方程编程允许误差nnnnnyxxfyRyx，考虑允允第第2页页/共共57页页第1页/共57页2022-2-22第三步：第三步： 可以确定其他圆弧重复上述步骤坐标可以求得圆弧段的圆心联立求解求的圆半径为，, 的圆圆心，即,和然后再求通过2212122211nnnnnnnnnnnRyyxxRyyxxRyxyx第第3页页/共共57页页第2页/共57页2022-2-23（2）用彼此相切的圆弧）用彼此相切的圆弧 特点是逼近轮廓的相邻各圆弧彼此是相切的，最大误差等于编程允许误差。 若曲线上有四个点A、B、C、D，AD段曲线用两

2、个相切圆弧M、N逼近。两圆弧的切点为G。 最大误差发生在B、C两点允允CNDNBMAMMNRRNM第第4页页/共共57页页第3页/共57页2022-2-24列表曲线的插值与拟合列表曲线的插值与拟合 用列表点(离散点)描述的轮廓曲线需要两次逼近(存在二次逼近误差)； 第一次要用数学方程式逼近列表曲线，第二次用插补功能直线或圆弧逼近 列表函数是由离散点定义的曲线，各列表点称为型值点。(1)(1)牛顿插值法 牛顿插值法，用通过各型值点的插值多项式来拟合各型面曲线，一般选用插值多项式的前三项(抛物线) 逼近精度已能满足要求 适用于型值点比较光顺的情况第第5页页/共共57页页第4页/共57页2022-2

3、-25（2）圆弧样条（双圆弧法）圆弧样条（双圆弧法） 是用连续的圆弧逼近列表曲线，此方法具有“保凸”性，可应用在曲率较大的情况，具有计算方法简单以及可以直接用于圆弧插补的数控机床。 双圆弧法是通过连续四个型值点确定中间两个型值点间的几何元素和参数。第第6页页/共共57页页第5页/共57页2022-2-262.4 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析 编制出合理的、实用的加工程序，要求编程人员不仅要了解数控机床的工艺原理，确定合理的切削用量，正确选用刀具的夹紧方法，并熟悉检测方法。 数控机床编程员首先是一个好的工艺员。(1)(1)对刀点和换刀点确定对刀点和换刀点确定 对刀点对刀点是刀具相对零件运

4、动的起点，也是程序的起点。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。第第7页页/共共57页页第6页/共57页2022-2-27对刀点选择的原则：对刀点选择的原则：为提高零件的加工精度，应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上；对刀点应选在对刀方便的位置，便于观察和检测；对于建立了绝对坐标系统的数控机床，最好选在坐标系的原点上，或选在已知坐标值的点上；在加工中心机床上，换刀点位置应在工件的外部的合适位置，避免换刀时刀具与工件、夹具和机床相碰。 第第8页页/共共57页页第7页/共57页2022-2-28 刀具在机床上的位置是由刀具在机床上的位置是由“刀位点刀位点”的位置来表示的。

5、的位置来表示的。 平头立铣刀、端铣刀类刀具的刀位点在底面中心； 钻头的刀位点为钻尖； 球头铣刀的刀位点为球心； 车刀和镗刀类刀具的刀位点为刀尖。对刀时，应使对刀时，应使“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”重合重合。第第9页页/共共57页页第8页/共57页2022-2-29 对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。因此在批量生产中，要考虑对刀点的重复定位精度。 一般情况下，刀具在加工一段时间后或每次启动机床时，都要进行一次刀具回机床原点或参考点的操作，以减少对刀点累积误差的产生。 加工过程中要进行换刀，编程时应考虑不同工序间的换刀位置，换刀点应设置在工件外合适的位置。第第10页页/共共57页

6、页第9页/共57页2022-2-210(2)(2)工件的装夹方式工件的装夹方式 数控机床加工时，应合理选择定位基准和夹紧方式。 定位方式应具有较高的定位精度，尽量使零件能够一次安装，完成零件所有待加工面的加工。 应尽量采用通用夹具或组合夹具，必要时可以设计专用夹具。 选择夹具时要考虑数控机床加工的特点，保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，同时要协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。第第11页页/共共57页页第10页/共57页2022-2-211(3)(3)加工工序的划分加工工序的划分 采用工序集中的原则安排工序，即尽可能在一次装夹中就能完成全部工序。 工件的粗加工应尽可能安排在普通机床上

7、完成之后，再装夹到数控机床上进行加工。加工工序划分的原则如下： 按粗、精加工划分工序 按先面后孔划分工序 先基准后其他 按所用刀具划分工序第第12页页/共共57页页第11页/共57页2022-2-212(4)(4)刀具的选择刀具的选择 数控机床的刀具选择应考虑工件材质、加工轮廓类型、机床允许的切削用量以及刚性和耐用度等因素。 编程时，要规定刀具的结构尺寸和调整尺寸。 对自动换刀的数控机床，在刀具装到机床上以前，要在机外(机内)预调装置(如对刀仪对刀)中，根据编程确定的参数，调整到规定的尺寸或测出精确的尺寸。 在加工前，将刀具有关尺寸输入到数控装置。第第13页页/共共57页页第12页/共57页2

8、022-2-213(5)(5)加工路线的确定加工路线的确定 应在保证零件加工精度和表面粗糙度前提下，充分发挥数控机床的效能。 确定加工路线时应考虑以下几点：应尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间；在铣削零件轮廓时，要尽量采用顺铣加工方式，以减小机床的颤振，降低零件的表面粗糙度，提高加工精度；选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切人和进给中途停顿。进、退刀位置应选在不重要的位置；加工路线一般是先加工外轮廓，再加工内轮廓。第第14页页/共共57页页第13页/共57页2022-2-214(6)(6)切削用量的确定切削用量的确定 切削用量是指主轴转速、进给速度和切削深度。 进给速度主要受工件的

9、加工精度、表面粗糙度和刀具、工件材料的影响，最大进给速度还受到机床刚度和进给系统性能的制约。 加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度值应取小一些。 切削深度的确定：在系统刚度允许的情况下，尽量选择切削深度等于加工余量，以减少加工次数、提高加工效率。 对加工精度和表面粗糙度质量要求较高的工件，应留出精加工余量。第第15页页/共共57页页第14页/共57页2022-2-2152.5 数控自动编程数控自动编程 对形状复杂的零件或空间曲面零件，计算非常复杂繁琐，在许多情况下用手工编程几乎是不可能。 在数控机床出现不久，人们就开始了对自动编程方法的研究。 现在国际上流行的数控自动编程语言有上百种，其中最

10、有代表性的当届美国麻省理工学院在1955年研制的自动编程系统，奠定了APT语言自动编程的基础。 目前应用较多的自动编程系统，一种是语言式自动编程系统，另一种式图形交互式自动第第16页页/共共57页页第15页/共57页2022-2-216 MIT于1958年又开发出用于平面曲线加工的自动编程APT， 1962年研究成功用于2-5轴坐标立体曲面的自动编程APT， 1970年研究成功用于自由曲面加工的APT。 世界其他一些国家也相继开发和研究了自己的自动编程系统，如德国的EXAPT、法国的IFAPT、日本的FAFT和HAPT、意大利的MODAPT、中国的SKC和ZCX等。 1985年国际标准化组织发

11、布了NC机床自动编程语言标准(1SO 4342-1985) 。第第17页页/共共57页页第16页/共57页2022-2-217语言式自动编程的特点语言式自动编程的特点 语言式自动编程方法是编程人员根据工件的图样要求，分析其工艺特点，以源程序形式表达出加工的全部内容。 然后再把这些内容全部输入到计算机中进行处理，制作出可以直接用于数控机床的数控加工程序可以直接用于数控机床的数控加工程序。 源程序是用数控系统规定的语言和语法编写的，如APT语言等。第第18页页/共共57页页第17页/共57页2022-2-218 源程序不能直接被数控机床所接受，必须经过计算机的编译并经后置处理后，才能输出数控加工程

12、序给数控机床。 计算机对源程序的处理方式是编程人员必须一次性将编程信息全部向计算机交待清楚，计算机则对这些信息一次处理完毕，并马上得到结果。第第19页页/共共57页页第18页/共57页2022-2-219语言式自动编程系统可分为两类：语言式自动编程系统可分为两类： 一类是大而全的系统，如APT系统，其功能齐全，语言词汇较多。其主信息处理已通用化，后置处理相当庞大和完善，它对计算机的配置要求较高。 另一类是小而专的系统，如FAPT系统，其针对性强，使用成本低，可在小型计算机或微型计算机实现，便于在广大的中小企业推广使用。 第第20页页/共共57页页第19页/共57页2022-2-220第第21页

13、页/共共57页页第20页/共57页2022-2-221第第22页页/共共57页页第21页/共57页2022-2-222 N01 工件号/1127 ；工件号1127； N02 机床/1，0.01 ；插补器代码1，脉冲当量0.01; N03 刀具直径/10 ；铣刀直径 10mm N04 允差/0.01 ；程序计算允差0.01 N05 P0=点/0,0,0 ；定义坐标原点； N06 P1=点/65,30,0 ；定义点； N07 P2=点/240,30,0 ； N08 P3=点/240,110,0 ； N09 P4=点/210,140,0 ； N10 P5=点/95,140,0 ； N11 P6=点/

14、65,110,0 ； N12 P7=点/240,240,0 ； 第第23页页/共共57页页第22页/共57页2022-2-223 N13 P8点95,110,0 ； N14 L1线P1,P2 ；定义直线； N15 L2线P2,P3 ； N16 L3线P4，P5 ； N17 L4线P6，P1 ； N18 C1圆圆心,P7,半径,30；定义圆； N19 C2圆圆心,P8,半径,30； N20 起刀点0,0,10 ；铣刀端面中心位置； N21 进速l ；第一级速度； N22 法向走到,L1 ；起始点走到L1； N23 进速2 ；换加工速度； N24 走增量0,0,-15 ；刀具切入深度15mm;第第

15、24页页/共共57页页第23页/共57页2022-2-224 N25 向右/L1,L2 ；刀具向右拐沿L1走上L2； N26 向左/L2,C1 ；刀具向左拐沿L2走上C1； N27 向左/C1,L3 ；刀具向左拐沿C1走上上3； N28 向左/L3,C2 ；刀具向左拐沿L3走上C2； N29 向前/C2,L4 ；刀具切入并沿C2走上L4； N30 向前/L4,L1 ；刀具切出并沿L4走上L1； N31 进速/1 ；换第一级速度； N32 走增量/0,0,15 ；沿Z轴正方向移动15mm; N33 退刀点/0,0,10 ；回到起刀点； N34 停车 ； N35 程序完 ；全部程序结束。第第25页

16、页/共共57页页第24页/共57页2022-2-225语句的成分语句的成分 JB语言的语句由字符串、无符号数、关键词以及标识符组成。 (1)字符 包括分隔符和运算符以及数字、字母 (2)无符号数 通常为十进制数。 (3)关键词 例如点(POINT)、直线(LINE)、向右(GORGT)。 (4)标识符 由l-6个字母和数字组成，并且以字母开头。标识符由编程人员自己确定，如上面的P1、C1、L1等，但是在一个源程序中不能重复使用。第第26页页/共共57页页第25页/共57页2022-2-226语句结构语句结构 每一条语句都有一定的格式，例如C1圆/圆心,P7,半径,30； 整个语句由两部分组成，

17、用 斜杠“/”隔开， 其左边为主部，说明是何种语句，其中“Cl”是标识符，“圆”是关键词，称为主关键词主关键词； 右边为附加说明，“圆心”、“半径”是关键词，称为辅助关键词辅助关键词，“P7”是已经定义过标识符标识符(实例中“P7”被定义为一个“点”)，30是无符号数无符号数，各成分之间用逗号“，”隔开。第第27页页/共共57页页第26页/共57页2022-2-227几何定义语句几何定义语句用于对点、直线、圆以及平面等几何图形下定义。表达式为：几何名称（标识符）几何类型/定义点定义语句：用直角坐标定义点 定义：点、X,Y,Z 例：P1=点/55,40,50用已知直线相交定义点 用一条直线与一圆

18、相交定义点用二圆相交定义点用给定极坐标定义点圆心点的定义第第28页页/共共57页页第27页/共57页2022-2-228第第29页页/共共57页页第28页/共57页2022-2-229直线的定义过两点定义一条直线过一点与另一直线平行定义一条直线过一点与另一直线垂直定义一条直线过一点与另一圆相切定义一条直线过一点与另一直线成一定夹角定义一条直线用指定坐标轴的截距与X X轴的夹角定义一条直线 第第30页页/共共57页页第29页/共57页2022-2-230第第31页页/共共57页页第30页/共57页2022-2-231圆定义语句 用圆心和半径定义一个圆 用圆心和圆与给定直线相切定义一个圆 用圆心和

19、圆上一点定义一个圆 用圆上三点定义一个圆 用圆心与给定圆相切定义一个圆 用圆上两点和半径定义一个圆 第第32页页/共共57页页第31页/共57页2022-2-232第第33页页/共共57页页第32页/共57页2022-2-233运动语句运动语句 运动语句描述工件加工过程中，刀具运动的顺序和状态，并生成刀具运动轨迹的数据,供后置处理应用。 运动语句包括点位控制、初始运动以及连续运动点位控制、初始运动以及连续运动等语句。(1)点位控制语句 不需要特殊计算即可以使刀具到达运动的终点，常用于起刀、落刀、抬刀、返回原点等场合。包括起刀点、走到点、走增量、退刀点等语句。起刀点语句 语法：起刀点(X坐标)，

20、(Y坐标)，(Z坐标)； 或 起刀点(点标识符)；第第34页页/共共57页页第33页/共57页2022-2-234 走到点语句走到点语句 语法：走到点(X坐标)，(Y坐标)，(Z坐标)； 或 走到点(点标识符)；走增量语句走增量语句 语法：走增量(X坐标)，(Y坐标)，(Z坐标)；退刀语句退刀语句 语法：退刀点(X坐标)，(Y坐标)，Z坐标)； 或 退刀点(点标识符)； 第第35页页/共共57页页第34页/共57页2022-2-235(2)(2)初始进给语句初始进给语句包括点向、法向语句。点向语句 过P0、P1点的直线与检查元的交点为P2，根据刀具与检根据刀具与检查元在查元在P2点的接触状态，

21、可以分为走到点的接触状态，可以分为走到(To)、走上、走上(ON)和走过和走过(PAST)三种情况。三种情况。 语法：点向/ (点标识符), (接触区分词), (检查元)；第第36页页/共共57页页第35页/共57页2022-2-236法向进刀语句法向进刀语句 使刀具从当前位置沿检查元(曲线)的法线方向移动。刀具与检查元的接触状态同样可以分为走到（走到（TO）、走上）、走上(ON)和走过和走过(PAST)，如图所示。 语法：语法：法向， 第第37页页/共共57页页第36页/共57页2022-2-237(3)(3)连续运动语句连续运动语句 控制刀具走刀路线进行切削的语句。该语句表明刀具按何方向和

22、沿什么轨迹运动，又运动到何位置停止。语法：语法：，； 或 ，； 或 ，控制点，； 方向指示词表示本次运动相对前次运动的转向，有向左向左(GOLFT)(GOLFT)、向右向右 (GORGT)(GORGT)、向前、向前(GOFWD)(GOFWD)、向后、向后 (GOBACK)(GOBACK)、向上、向上(GOUP)(GOUP)以及以及向下向下(GODOWN) (GODOWN) 。向左和向右是按前一运动的前进方向。向左和向右是按前一运动的前进方向( (图中虚线所图中虚线所示方向示方向) )区分左右的；区分左右的；直线与圆相切时与前一运动同向为向前；与前一运动方向相反时为向后；沿刀具轴线方向(即Z方向

23、)运动时，向“+Z”方向(刀具退出)为向上，“-Z”方向(刀具伸出)为向下 第第38页页/共共57页页第37页/共57页2022-2-238 导动元是本次运动的几何要素名字，它表明本次运动时刀按怎样的运动轨迹进行切削。检查元是后一次运动的几何要素名字，它表明刀沿导动元运动的终点位置。在连续切削时，导动元与检查元总是递代的，即本次切削的检查元就是下次切削时的导动元。第第39页页/共共57页页第38页/共57页2022-2-239图形交互自动编程图形交互自动编程 是通过专用的计算机软件来实现一种计算机辅助编程技术。 通常以机械设计计算机辅助设计软件为基础，利用CAD软件的图形编辑功能，将零件的几何

24、图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件； 然后再调用数控编程模块，在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工工艺参数，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，同时在计算机屏幕上动态显示出刀具的加工轨迹。第第40页页/共共57页页第39页/共57页2022-2-240 （一）图形交互自动编程的特点（1）该方法简便、直观、准确、便于检查的优点。（2）和相应的CAD软件有机地连接在一起，有利于CAD/CAM一体化（3）整个过程都是交互进行的，这种方法简单易学，在编程过程中可以随时发现问题，并进行必要修改（4）编程过程中，图形数据的提取、节点数据的计算、程序的编制和输出都是由计算

25、机自动进行的。因此，编程速度快、效率高、准确性高。（5）此类软件通常在通用计算机上运行，不需要专用的编程机，所以非常便于普及和推广。第第41页页/共共57页页第40页/共57页2022-2-241（1）零件图样及加工工艺分析（2）几何造型 几何造型就是利用图形交互式自动编程软件将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机上。与此同时，计算机自动生成零件的图形数据文件。（3）启动数控加工编程功能选择加工方法（4）选择刀具并输入刀具参数和切削用量； （二）图形交互自动编程的步骤第第42页页/共共57页页第41页/共57页2022-2-242（5）刀位轨迹的计算及生成 刀位轨迹大致可分为四种：点位加

26、工刀位轨迹；平面轮廓加工轨迹；槽腔加工刀位轨迹；曲面加工刀位轨迹（6）后置处理 由于各种机床使用的控制系统不同，所使用的数控指令文件的代码及格式也有所不同。 为了解决这个问题，通常设置一个后置处理文件。（7）程序输出 利用串行接口（如R232）将程序输入到CNC系统中；对于特别大的程序可采用DNC 在线加工方式，即边传输边加工第第43页页/共共57页页第42页/共57页2022-2-243软件简介软件简介 现在，工作站和微机平台CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。下面我们将分别介绍国内外一些流行的软件。 （一）国外软件 (1)Unigraphics (2) SOLIDEDGE (3) AutoCAD （4）MDT (5)Solid Works (6) Cimatron(8)IDEAS （二）国内软件 (1) 高华CAD (2)CAXA电子图板和CAXAME (3) GSCAD98 (4) 金银花系统 (5) 开目CAD第第44页页/共共