数控自动编程

数控机床编程与操作第9章数控机床自动编程1主要内容1.自动编程基础知识2.数控语言自动编程3.数控图形自动编程2第1节自动编程基础知识自动编程的概念自动编程的分类自动编程的发展3一.自动编程的概念手工编程：零件形状比较简单。自动编程特点：计算机。4一.自动编程的概念目前，分析零件图纸以及工艺处理仍需人工完成，随着技术进步，将来的数控自动编程系统将从只能处理几何参数发展到能够处理工艺参数。即按加工的材料、零件几何尺寸、公差等原始条件，自动选择刀具、决定工序和切削用量等数控加工中的全部信息。5二.自动编程的分类（一）使用计算机硬件种类划分：微机自动编程，小型计算机自动编程，大型计算机自动编程，工作站自动编程，依靠机床本身的数控系统进行自动编程（二）编程机与数控系统紧密程度划分：1、离线自动编程：与数控系统相脱离，采用独立机器进行程序编制工作称为离线自动编程。其特点是可为多台数控机床编程，功能多而强，编程时不占用机床工作时间。随着计算机硬件价格的下降，离线编程将是未来的趋势。2、在线自动编程：数控系统不仅用于控制机床，而且用于自动编程，称为在线自动编程。6（三）编程信息的输入方式划分1、语言自动编程：自动编程初期。基本方法是：编程人员在分析零件加工工艺的基础上，采用编程系统所规定的数控语言，对零件的几何信息、工艺参数、切削加工时刀具和工件的相对运动轨迹和加工过程进行描述形成所谓“零件源程序”。然后，把零件源程序输入计算机，由存于计算机内的数控编程系统软件自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算，加工程序的编制和控制介质的制备（或加工程序的输入）、所编程序的检查等工作。72、图形自动编程：是一种先进的自动编程技术，目前很多CAD/CAM系统都采用这种方法。在这种方法中，编程人员直接输入各种图形要素，从而在计算机内部建立起加工对象的几何模型，然后编程人员在该模型上进行工艺规划、选择刀具、确定切削用量以及走刀方式，之后由计算机自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算，加工程序的编制和控制介质的制备（或加工程序的输入）等工作。此外，计算机系统还能够对所生成的程序进行检查与模拟仿真，以消除错误，减少试切。83、其它输入方式的自动编程：语音自动编程：采用语音识别技术，直接采用音频数据作为自动编程的输入。数字化自动编程：通过三坐标测量机，对已有零件或实物模型进行测量，然后将测得的数据直接送往数控编程系统，将其处理成数控加工指令，形成加工程序。9三.自动编程的发展1.语言自动编程的产生、发展及其特点2.图形自动编程的产生、发展与其特点3.发展趋势10语言自动编程的产生、发展及其特点1952年，美国麻省理工学院（MIT）研制成功世界上第一台数控铣床1955年，第一个语言自动编程系统APTI（AutomaticalProgrammedTools）1956年，美国宇航工业协会（AIA）在APTI的基础上组织研究自动编程系统，于1958年发展为APTII系统。1961年在圣地亚哥规划集中了14名有经验的程序员，在贝茨领导下开发出了APTIII系统。AIA继续对APT进行了改进，并成立了APT长期规划组织ALRP（APTLongRangeProgram），由美国伊利诺斯理工学院负责。70年代，成立了计算机辅助制造的国际机构（CAM-I），它取代了ALRP，又发展了APTIV系统。80年代，又发展到具有定义和编制复杂曲面加工程序功能的APTIV/SS。11APT是一种通用系统，试图兼顾方方面面，使系统变的较为庞大，需要使用大型计算机才能运行，费用昂贵。为此，各国根据加工的特点和用户的不同需要，参考APT语言系统的思想，先后开发了许多具有各自特色的小型语言自动系统。如美国的ADAPT、AUTOSPOT；英国的2C、2CL、2PC；德国的EXAPT-1（点位加工）、EXAPT-2（车削加工）、EXAPT-3（铣削加工）；法国的IFAPT-P（点位加工）、IFAPT-C（轮廓加工）、IFAPT-CP（点位轮廓加工）；日本的FAPT、HAPT等数控自动语言编程系统。12我国自上世纪50年代末期开始研制数控机床，60年代中期开始数控自动编程方面的研究工作。70年代已研制出了SKC、ZCK、ZBC-1等具有两维半铣削加工、车削加工等功能的数控语言自动编程系统。后来又研制成功具有复杂曲面编程功能的数控语言自动编程系统CAM-251。随着微机性能价格比的提高，后来又推出了HZAPT、EAPT、SAPT等微机数控语言自动编程系统。13特点：汇编语言高级语言，促进数控机床发展直观性差，编程过程复杂抽象，不易掌握难以描述复杂的几何形状缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段，不便于进行阶段性的检查零件设计到数控加工程序的生成各部分工作相互隔离，即影响编程效率。难以和CAD数据库以及CAPP系统有效连接，不容易作到高度的自动化，集成化功能大而全，使其语言专用词多，语法规则复杂多样，况且大多数APT语言自动编程系统都采用了字符界面，这导致了系统用户界面不友好。14图形自动编程的产生、发展与其特点硬件基础：图形显示器（1964，美国）理论基础：计算机图形学的发展1965年，美国洛克西德飞机制造公司首先组织了一个专门小组进行图形自动编程的研制并于1972年以CADAM为名正式投入使用，该系统具有计算机辅助设计、绘图和数控编程一体化功能。151978年，法国达索飞机公司开发出具有三维设计、分析与数控编程一体化功能的CATIA系统，该系统经过不断发展，目前已成为应用最广泛的CAD/CAM集成软件之一，在航空和汽车工业具有广泛的应用。1983年，美国McDonnellDouglasAutomation（1991年并入GeneralMotor公司下属的EDS公司，1998年成为EDS公司的独立子公司，即现在的UnigraphicsSolutions公司）开发出UGIICAD/CAM系统，该系统也是目前应用最广泛的CAD/CAM集成软件之一。16从上世纪80年代以后，各种不同的CAD/CAM集成数控图形自动编程系统发展起来，如法国的Euclid；美国的MasterCAM，SurfCAM，Pro/Engineer；以色列的Cimatron；英国的HyperMill等。90年代中期以后，CAD/CAM集成数控图形自动编程向集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化方向迅速发展。17我国起步较晚。如：北京北航海尔软件有限公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)研制成功的CAXA-ME制造工程师；广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统——金银花(Lonicera)系统；浙江大天电子信息工程有限公司开发的GS—CAD/CAM系统；华中理工大学机械学院开发的开目CAM系统；西北工业大学的NUP-CAD/CAM系统。18特点：速度快、精度高、直观性好，简便易学，便于检查与纠错，便于实现CAD/CAM一体化等优点。图形自动编程技术已成为目前国内外先进的集成CAD/CAM自动编程系统所普遍采用的方法。19发展趋势（1）从系统结构来看，将趋于模块化。（2）从加工角度来看，工艺处理能力逐步得到加强。（3）从系统输入角度看，逐步由面向点、线、面等几何要素发展到面向面、孔、槽等工程要素。（4）系统的集成化：CAM与CAD、CAPP、CAT一体化。（5）系统的智能化与自动化。（6）系统的网络化。（7）系统的并行化。（8）系统的虚拟化。（VR）20第2节数控语言自动编程数控语言自动编程过程21数控语言自动编程软件系统组成⑴零件源程序：零件源程序（也叫零件程序）是一种由编程人员用特定数控编程语言（如APT）编写的，包含有零件加工形状与尺寸、刀具动作路线、切削条件、机床辅助功能（如冷却液开关）等零件几何与工艺信息的程序。⑵系统程序（或编译程序）：系统程序（或编译程序）是由数控自动编程系统开发商提供的、用于控制计算机完成自动编程过程的程序。22第3节数控图形自动编程基于CAD/CAM的数控自动编程的基本步骤231、加工零件及其工艺分析主要任务有：①零件几何尺寸、公差及精度要求的核准；②确定加工方法、工夹量具及刀具；③确定编程原点及编程坐标系；④确定走刀路线及工艺参数。2、加工部位建模随着建模技术及机械集成技术的发展，将来的数控编程软件将可以直接从CAD模块获得相关信息，而无须对加工部位再进行建模。243、工艺参数的输入工艺参数有：刀具类型、尺寸与材料；切削用量（主轴转速、进给速度、切削深度及加工余量）；毛胚信息（尺寸、材料等）；其它信息（安全平面、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、进退刀方式、走刀方式、冷却方式等）。随着CAPP技术的发展，这些工艺参数可以直接由CAPP系统来给出，这一步也就可以省掉了。254、刀具轨迹生成及编辑编程系统进行分析判断，自动完成有关基点、节点的计算，并对这些数据进行编排形成刀位数据，存入指定的刀位文件中。5、刀位轨迹的验证与仿真6、后置处理将刀位数据文件转换为数控系统所能接受的数控加工程序。7、程序输出26基于CAD/CAM的数控自动编程系统关键技术（一）零件建模（造型）根据零件模型输入、存储及显示方法的不同，现有的零件模型大致有四大类：①线框模型②表面模型③实体模型④特征模型27（二）刀具轨迹生成与编辑一般包括走刀轨迹的安排、刀位点的计算、刀位点的优化与编排等三个步骤。具体处理一般分为二维轮廓加工、腔槽加工、曲面加工、多坐标曲面加工及车削加工等情况分别进行处理。28（三）刀位轨迹的验证刀具轨迹验证的方法较多，常见的有显示法验证、截面法验证、数值验证和加工过程仿真验证（四）后置处理专用后置处理系统和通用后置处理系统29常用CAD/CAM软件1．Pro/E（Pro/Engineer）是美国PTC公司（ParametricTechnologyCorporation，参数技术公司）开发的大型CAD/CAM/CAE集成软件。它采用面向对象的统一数据库和全参数化造型技术，为三维实体造型提供了一个优良的平台，可用于设计和加工复杂的零件。

302．UG（Unigraphics）软件起源于美国麦道飞机公司，后于1991年11月并入世界上最大的软件公司——EDS公司不仅具有复杂造型和数控加工的功能，还具有管理复杂产品装配，进行多种设计方案的对比分析和优化等能力，广泛应用于航空、航天，汽车、通用机械及模具等领域。313．SolidEdge是通用机械CAD/CAE/CAM一体化软件，三维实体造型系统。SolidEdgeV5采用了Unigraphicssolutions的parasolid造型内核作为软件核心。SolidEdge将装配设计、零件造型、钣金设计和图纸生成结合在一起，为用户提供了从二维到三维的设计及加工等功能。324．Cimatron软件是以色列Cimatron公司的产品，最早被用来设计开发幼狮喷气式战斗机及潜艇等。该软件是一套全功能、高度集成的CAD/CAE/CAM系统，现已被广泛地应用于机械、电子、交通运输、航空航天、科研等行业。Cimatron软件的CAM模块为加工制造业提供了从2轴到5轴的可靠的NC功能。335．CATIA的产品开发商DassaultSystem（达索）成立于1981年。它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，已经成为航空航天业的主流软件、汽车工业的事实标准。346．MechanicalDesktop是Autodesk公司为机械设计专门设计的新系统。MechanicalDesktop通过融合二维与三维的设计扩展了AutoCAD设计环境的能力。这套CAD/CAE/CAM软件可以由MDT/Inventor完成三维模型及其装配设计，利用MSC/FEA进行需要的分析，利用HyperMILL系统进行相关零部件的数控编程，自动生成NC代码。357．SolidCAM是专业多轴数控加工软件，SolidCAM提供的加工方式有二轴半加工，三轴加工，3+2多面加工，旋转加工，驱动旋转加工和电线放电加工。SolidCAM

提供基于Windows的数据加工系统并与SolidWorks完全集成。368．PowerMILL

AutoCAM是一基于知识库的智能加工模块，它为简单快速刀具路径产生提供了最终解决方案。该程序的使用十分简单，仅需简单输入需进行加工的CAD模型，指定毛坯尺寸以及将使用的加工机床——包括是使用传统加工还是