计算机辅助制造考研

计算机辅助制造(CAM)

第一章CAD/CAM概述1.1、CAD/CAM概念3一、CAD/CAM概念计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)

计算机辅助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)CAD/CAM：是指以计算机为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图形信息，以进行产品的设计和制造。43、CAD/CAM技术发展动力:三个环境变化51.2、CAD/CAM系统简介61、基本概念CAD－－从方程求解计算和绘图入手，发展到现在的诸项内容：建立数学模型、工程分析、产品设计（包括方案设计、总体设计、零部件设计）、动态模拟仿真等.

CAD/CAM系统是围绕着产品的设计与制造两大部分独立发展起来的，但现在两者是紧密结合在一起的。CAM－－从手工编程、自动编程,到现在还包括：工艺装备设计、数字化（图形化）控制、工艺过程规划CAPP（ComputerAidedProgressPlanning）、机器人、柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）、有限元技术、成组技术、工厂管理、CIMS等.7CAD与CAM是如何紧密结合在一起的？设计数据NC程序82、CAD/CAM系统的类型93、CAD/CAM系统应具备的功能

一个比较完善的CAD/CAM系统，其系统程序应由三部分构成：存储和管理设计制造信息的工程数据库。图形信息交换和处理的交互式图形显示的程序包；产品设计制造的数值计算和处理的程序包；

CAD/CAM系统应具备的功能如下：103、CAD/CAM系统应具备的功能雕塑曲面造型(SurfaceModeling)功能实体造型(So1idModeling)功能物体质量特性计算功能

三维运动机构的分析和仿真功能二、三维图形的转换功能

三维几何模型的显示处理功能

有限元法FEM(FiniteElementMethod)网格自动生成的功能优化设计功能数控加工(数控车、线切割、电火花和二～五轴铣削加工)功能信息处理和信息管理功能

建立一个与系统规模匹配的统一的数据库以实现设计、制造、管理的信息共享，并达到自动检索、快速存取和不同系统间的交换和传输的目的。121.3、CAD/CAM系统组成1、系统的组成132、系统的选择与配置CAD/CAM系统的选择与配置对CAD/CAM技术的应用和推广至关重要，要根据用户应用CAD/CAM系统的目的与对象、经费额和其它已有相关设备的情况，综合考虑，选择合适的CAD/CAM系统及其配置。141.4、CAD/CAM的新技术1、CIMS技术CIM是CAD（计算机辅助设计）、CAPP（计算机辅助工艺规划）、CAM（计算机辅助制造）、MRP（制造资源规划）等自动化技术发展的延续和更高水平的集成。计算机集成制造系统CIMS（书中定义）是在CIM思想指导下建立的制造系统，是在信息技术、自动化技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件把制造过程中各种分散的自动化系统有机地集成起来，以形成适用于多品种、中小批量生产并能产生总体高效益的智能制造系统。151、CIMS技术CIMS的体系结构及组成管理信息系统产品工程设计系统制造工程控制系统质量保证系统物资存储运输与保障系统数据库系统网络系统美国制造业协会1993版CIMS轮图162、PDM技术：产品数据管理产品数据管理（ProductDataManagement，简称PDM）将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息孤岛集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一的管理，准确地描述了企业意图的全部信息。（书中定义）PDM是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。PDM明确定位为面向制造业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。PDM的核心思想:设计数据的有序、设计过程的优化和资源共享。173、并行工程传统的产品开发方式是一个顺序的开发过程，是一种“抛过墙”式的产品开发方式183、并行工程并行工程（ConcurrentEngineering，简称CE）于20世纪80年代中期由美国国防研究机构概括和提出，是一种先进的企业全局管理和集成模式。它将企业中复杂的工程设计、制造和经营管理过程中的各种作业，按最终目标，在时间和空间上并行交互进行，从而缩短了传统串行作业方式所需的时间和反复修改的次数，大幅度提高了作业质量，加快进程，降低了成本193、并行工程并行工程（ConcurrentEngineering，简称CE）1986年美国国防分析研究所的R-338研究报告对并行工程所做的定义为：“并行工程是对产品及其相关的各种过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化设计的一种系统方法。这种工作模式力图使开发者们在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。”203、并行工程两种不同的工作方式：串行作业和并行作业并行作业是一种对产品及其相关过程进行并行一体化设计的系统化的工作模式。并行作业的工作方式是：以空间资源换取时间资源，从而加快工作的速度。串行作业方式则相反，它以时间来换取空间。制造系统与制造工程中的串行作业和并行作业如下图所示。213、并行工程并行工程强调设计的“可制造性”“可装配性”和“可检测性”；并行工程强调产品的“可生产性”;并行工程强调并行交叉；并行工程强调“尽早开始工作”;并行工程强调产品的“可使用性”、“可维修性”和“可报废性”;并行工程强调面向过程(process-oriented)和面向对象（object-oriented）;并行工程强调系统集成与整体优化。并行工程的本质223、并行工程并行工程的关键技术产品开发过程建模、仿真与优化分析；产品生命周期数据管理;数字化产品建模及支持并行设计的CAX/DFX数据集成；面向装配的设计（DFA）;面向制造的设计（DFM）;质量功能配置（QFD）;集成产品开发团队的组织、实施及群组协同工作环境。计算机辅助工程分析（CAE）毛坯铸件分析（ZCAE）234、其它新技术1）计算机支持的协同工作协同：两个或两个以上的不同资源,协同一致地完成某一目标的过程或能力,其目的是如何提高整个工作的效率—computersupportedcooperativework(CSCW)地域分散的一个群体借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一项或一组任务。（书中定义）CSCW的三要素：通信、合作、协调.CSCW的分类:按合作方式-----完全同步系统、完全异步系统、混合系统.按地域分布-----当场合作、虚拟当场合作、局部远程合作、远程合作.24

—以Internet为技术手段的全新制造技术。目标：面对市场机遇及需求,利用因特网为标志的信息高速公路,灵活而迅速的组织社会制造资源,把分散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力,按资源优势互补的原则,把它们迅速组合成为一种没有围墙、超越空间约束、靠电子手段联系、统一指挥的经营实体,以便快速推出高质量、低成本的新产品.4、其它新技术网络化制造的理论是在协同论、系统论、信息论等相关理论的基础上发展起来的,是“先进制造技术”学科领域的前沿课题和研究热点.2）网络化制造254、其它新技术网络化制造创新化市场创新管理创新产品创新过程创新数字化设计和制造数字化信息高度集成市场运作数字化知识的高度集成知识化知识是企业的财富高素质的知识员工学习型企业集成化企业集成与环境的集成管理与技术集成虚拟化（协同）商务协同自组织打破异地分布时空阻隔敏捷化快速响应以用户为中心效率与效益的统一智能化动态自适应自协调自学习模块化产品模块化企业模块化过程模块化快速配置网络化设计营销采购直接化减少中环节直接面向用户和供应商2）网络化制造的特点264、其它新技术

—virtualmanufacturingtechnology(VMT),对真实产品制造的动态模拟的软件技术。虚拟制造的分类：以设计为中心的虚拟制造；以生产为中心的虚拟制造；以控制为中心的虚拟制造虚拟制造的核心技术：建模技术----生产模型、产品模型、工艺模型仿真技术----缩短决策时间,避免资金、人力和时间浪费VMT在制造业的应用：虚拟企业、虚拟产品设计、虚拟产品制造、虚拟生产过程.3）虚拟制造274、其它新技术4）敏捷制造

—AgileManufacturing(AM),快速响应市场需求,最短时间内开发出高质量的产品。敏捷制造企业具有如下特点：1、高度柔性：制造柔性和组织管理柔性2、先进的技术系统3、高素质人员4、用户的参与284、其它新技术5）绿色制造技术

GreenManufacturing—是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境和资源效率的现代制造,是现代制造业的可持续发展模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低。

请思考，在机械加工行业，哪些因素可能导致污染？要实现绿色制造需要考虑改进哪些方面？294、其它新技术绿色制造技术的内容：绿色设计:面向环境的设计(designfortheenvironment,DFE)绿色材料:在满足一定功能要求的前提下,具有良好环境兼容性的材料绿色工艺:又称清洁工艺,指既能提高经济效益又能减少环境影响的工艺绿色包装:摒弃求新、求异的消费观念,简化包装,减少资源的浪费、环境的污染及废弃物的处理费用绿色处理:寿命终了的产品最终通过回收又进入下一个生命周期的循环5）绿色制造技术304、其它新技术5）绿色制造技术绿色制造技术的发展与应用绿色化、人性化和安全性愈加受到重视。随着技术的发展不断深化，世界各国也更加关注新技术对人与生物的安全性影响，更加重视产业的安全技术。请列举你所知道的绿色制造产品？电动汽车，油、气混合动力汽车。天燃气汽车。第二章

数控机床的基本概念2.1、数控机床的定义323、数控技术(NUMERICALCONTROL）概念:以数字化信息实现控制的应用技术分类：硬件数控技术：以硬件作为控制器靠硬件完成运算;功能简单;存储量小计算机控制(CNC):以计算机作为控制器靠软件完成运算;功能强大;存储量大数控系统对机床控制的类别:顺序控制:换刀、主轴调速、冷却液关启、工作台限位等开关量的控制数字控制:进给传动控制，即对刀具、工作台的运行的顺序、位移量以至速度实现控制。334、数控机床的优点传统机械式自动机床、仿形机床的缺点:需要辅助工装自动机床—需要制作凸轮、挡块等辅助装置仿形机床—需要制作标准零件加工过程是模拟量传递加工精度低加工零件变更需重新准备辅助装置数控机床与仿形机床相比显著优点：当加工对象变化时，只需重新编制程序344、数控机床的优点概括起来数控机床优点如下：1)有利于提高加工精度，保证同批零件的一致性；2)可以提高生产效率，一般可提高加工效率3~5倍；3）适合于复杂形状零件加工；（只提高了编程难度，而无须各种工装）4)有利于实现管理和机械加工的自动化。355、数控机床的不足之处概括起来数控机床不足之处如下：1)设备造价昂贵，机时费用高；2)工作环境要求苛刻（温度、湿度、灰尘等）；3)工艺、编程、操作、维修保养人员素质要求高362.2、数控机床的组成371.数控机床的主要组成部分381)NC程序(控制介质）包含加工过程中的所有信息，主要有3种：几何信息：确定加工零件的几何形状，如位移、圆心、曲面法矢量等.辅助功能信息：说明加工条件，如刀具几何参数、进给速度和主轴转速、开关冷却液、程序结束等.准备功能信息：说明插补类型、加工坐标平面、实现刀具半径补偿等.391)NC程序(控制介质）NC程序传入NC机床的途径:穿孔纸带键盘手工敲入拷贝：CF卡I/O通讯接口：RS232(com),网卡402)数控装置由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成:输入装置：接收外部的输入程序存储器：对输入程序进行存储控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作运算器：接收控制信息，对几何信息进行插补运算并向输出装置发出进给脉冲输出装置：将脉冲输出给伺服系统41脉冲插补脉冲当量：概念：相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量（包括移动量和转动量）叫做脉冲当量（用δ来表示）。单位：mm/脉冲、度/脉冲脉冲当量决定了NC机床的精度及程序小数点的位数和最小值。机床坐标轴运动量Δ=N

δN为整数常用的脉冲当量：

0.01mm/脉冲、0.005mm/脉冲、0.001mm/脉冲

0.01度/脉冲、0.005度/脉冲、0.001度/脉冲42数控机床的插补插补概念：在数控加工时，数控装置需要在规定加工轮廓的起点和终点之间进行中间点的坐标计算，然后按计算结果向各坐标轴直线插补圆弧插补分配适量的脉冲数，从而得到相应轴方向上的数控运动。这种坐标点的“密化计算”称作插补。完成插补运算的装置称为插补器。插补类型:

直线(一次);圆弧(二次)；空间样条曲线(三次)YXOF>0P(xi,yj)A(xe,ye)F<0YF>0P(xi,yj)A(x0，y0)F<0XORRPE43

数控装置工作流程示图2)数控装置工作流程442)数控装置工作流程（新）数控装置工作流程示图452

数控机床工作流程462.3、数控机床的分类471.按工艺用途划分一般数控机床数控铣床数控车床数控镗床数控钻床数控冲床数控磨床数控加工中心48用途

:二维轮廓、复杂结构、复杂型面等，可用于孔加工一般数控机床数控铣床工作特点：切削时刀具运动方向不受方向限制类别:

立铣、卧铣、龙门铣等49一般数控机床数控车床用途：用于加工回转类零件，有卧车和立车工作特点：刀具不旋转，零件旋转刀具只做轴向与径向运动数控镗床用途：用于精度较高的孔加工(G76)

工作特点：工作时镗刀只能沿机床主轴方向运动50一般数控机床数控镗床用途：用于精度较高的孔加工(G76)工作特点：工作时镗刀只能沿机床主轴方向运动精度等级：0.01mm以内数控钻床用途：传统机械孔及电子线路版孔加工(G81)

工作特点：刀具旋转,钻孔时钻头只做轴向进给效率极高：300-400孔／分，孔径：Min可达0.1mm51一般数控机床数控冲床用途：用于钣金件的孔与形状加工效率极高：300-500孔／分工作特点：工作时，冲头不旋转，只做轴向进给数控磨床用途：用于配合面的加工，表面质量精度高工作特点：磨头高速旋转,可做三个方向的运动加工二维型面、孔、较小的三维曲面，精度光度高精度等级：0.005-0.001mm以内52思考：孔的加工方法有哪些？冲，线切割，钻，（电火花），铣，铰，车，镗，磨按照精度等级从低到高53数控加工中心

带有刀库及自动换刀装置的数控机床，习惯上称为加工中心——MachiningCenter,可使多道工序在一次装夹中完成，使加工精度和效率大大提高。

加工中心的优点：可以减少机床数量，便于管理，对于多工序的零件只要一台机床就能完成全部工序加工，并可以减少半成品的库存率；可以减少多次装夹的定位误差，提高零件加工精度；由于工序集中，减少了辅助时间，提高了生产率；大大减少了专用工夹量具的数量，进一步缩短了生产准备时间，降低了成本。542.按运动轨迹划分点位控制（PositionControl）数控机床：特点：只控制起点和终点的精确位置，与中间过程无关包括：数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机共性：中间过程属“非切削段”552.按运动轨迹划分点位直线控制数控机床PositionandStraightCutcontrol：特点：这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位，还要控制刀具沿某一个坐标轴方向作直线运动的速度和路线。它是点位控制和单坐标控制的结合，可有多个坐标但不能联动，起终点之间属“切削段”。加工零件类型：带台阶的圆柱零件、方形零件该类设备有：简易数控车床、数控铣床等562.按运动轨迹划分轮廓控制数控机床ContourControl：实现两个或两个以上坐标做关联运动，即联动控制内容：程序规定的轨迹、速度该类设备有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床等。加工零件类型：可加工曲线、曲面类零件57按照对机床所走的实际位置有无反馈划分：开环系统：半闭环系统：闭环系统

：补偿没跟上机床怎么处理？无反馈,精度低,中小型设备,成本低有反馈,精度高,精密、大型设备,成本高有部分反馈,精度较高,中小型设备,成本适中那种机床稳定性好？三种机床的作用？3.按伺服系统控制方式划分58两坐标、三坐标、四坐标、五坐标NC机床1）两坐标NC机床：类型：线切割、二坐标铣（二轴半）用途：可加工二维轮廓零件。2

）三坐标联动的NC机床:可实现X、Y、Z三个坐标联动用途：可用于加工曲面类零件坐标轴及转角是如何规定的?4.按同时控制的坐标轴划分：594.按同时控制的坐标轴划分：四坐标联动:除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和另一旋转轴实现联动

用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零件和平面内斜孔的壳体类零件。类别：按旋转轴划分：ＸＹＺＡ、ＸＹＺＢ、ＸＹＺＣ与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。604.按同时控制的坐标轴划分：五坐标联动:除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和两个旋转轴实现联动（ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ）结构：两个旋转坐标都在主轴上；两个旋转坐标都在工作台上；一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件614.按同时控制的坐标轴划分：五坐标联动:除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和两个旋转轴实现联动（ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ）结构：两个旋转坐标都在主轴上；两个旋转坐标都在工作台上；一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件62评价数控机床的性能的综合指标:机床精度--定位精度重复定位精度机床的主轴转速—转/分钟,rpm机床的快速进给—毫米/分钟,mm/min.机床坐标轴数--XYZABC机床行程及工作台大小--圆形、方、长方XYZABC数控系统类别型号--FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等机床的脉冲当量--0.001、0.005、0.01开、闭环系统--开、闭、半闭是否为加工中心及刀库数量注:数控实验室现场参观题632.4、数控加工中的几个基本概念641.机床的切削运动概念：刀具相对工件运动，并进行切削的过程。切削运动是相对运动，一般视工件为静止，而刀具运动切削运动的构成：刀具的整体移动：平移＋摆动刀具自身的旋转运动652.数控编程方法数控编程可以分为手工编程和自动编程两种手工编程：是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、计算数控机床所需输入的数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。自动编程即用计算机来实现零件的数控编程工作，即把零件的几何尺寸和数据输入计算机，根据计算机建立的零件数学模型来计算刀具加工轨迹，生成数控加工程序的过程，主要有APT语言编程和图形编程。662.6、高速铣削技术672.高速切削的特征1)高切削速度2)高进给速度3)高加工精度4)优良的加工表面质量683.高速铣削（HSM）的优点1)切削力随速度增加而下降2)加工零件精度高，变形小3)切削温度低4)表面质量高，残余应力较小，表层组织结构基本保持基体的结构5)HSM机床激振频率远离工艺系统的固有频率（振动小)694.高速铣削技术的应用1）模具的高速铣削粗精加工一次完成，可不抛光，极大提高了加工效率。可加工高硬度材料，硬度可达60HRC。2）难加工材料的高速铣削

解决镍基合金、钛合金的高效加工。加工中易硬化、切削温度高、刀具磨损严重。采用超高速加工，切削速度为常规10倍，效率高，刀具磨损减缓，表面质量好。3）解决薄壁结构的加工难题第三章

数控加工程序手工编制3.1、数控编程的基本知识71一、机床、造型、编程坐标系

机床坐标系、编程坐标系和造型(建模)坐标系三者之间既有联系又有区别,均符合右手规则。1、机床坐标系(XNCYNCZNC)：数控机床本身的坐标系，其方向由生产商设定,原点在机床安装调试中设置，一般不做更改。2、造型坐标系(XYZ)

：设计人员在利用计算机建模时设定的坐标系，其方向原点无任何限制。为了便于编程计算和检查加工程序,尽量使造型坐标系和编程坐标系重合。3、编程坐标系(XMYMZM)：工艺人员在编程时设定的坐标系，其方向必须与机床坐标系一致。72零件的找正：调整零件的装夹方向使编程坐标系与机床坐标系平行,并找出零件编程坐标系原点OM在机床坐标系XNCYNCZNC

中的坐标位置的过程,为零件的找正。编程原点坐标值可记入机床的专用指令（G51~G59）,自动实现两坐标间的转换。如图所示.一、机床、造型、编程坐标系确定编程坐标原点OM在加工坐标系中坐标的过程称为找正73二、数控加工的控制方式普通机床：操作者根据工艺规范，制定出加工路线，靠手工操作和经验完成。零件精度由机床和操作工人水平决定。2.自动仿形：控制依靠凸轮、挡块或靠模实现。零件精度由机床和辅助工装决定。3.NC机床：工序、走刀路线的规划、进给、转速、开停等均由程序控制。零件精度由机床和编程人员决定。74三、数控加工的过程75四、刀柄与刀具1.刀柄：主轴与刀具的联系环节,用以夹持刀具2.刀具的类型３．刀位点：刀具的基准点－刀尖或刀心

作用：传递扭矩、夹持刀具分类：１）普通刀柄２）液压刀柄刀具类型：平底刀球头刀环形刀锥形刀鼓形刀等刀具的旋向：刀具是右旋的

76五、刀具补偿功能

刀具补偿一般包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。前者使刀具垂直于走刀平面偏移一个刀具长度修正值；后者可以使刀具在二维走刀平面内相对编程轨迹偏移一个刀具半径修正值。ZH△L771)刀具半径补偿刀具半径补偿：一般数控系统可根据程序给出的零件实际轮廓，使刀具中心自动偏置一个刀具半径，从而加工出零件，把数控系统的这一功能称之为刀具半径补偿功能。加工内轮廓时，刀具中心向零件内轮廓方向偏置一刀具半径值;加工外轮廓时，刀具中心向零件轮廓外方向偏置一刀具半径值781)刀具半径补偿刀具补偿功能带来的优点：a）减少编程人员工作量。b）可提高程序使用自由度。c）可部分解决刀具磨损问题。d）可提高零件的加工精度。79刀具半径补偿有左偏刀补和右偏刀补两种方式：左偏刀补：沿着刀具运动方向看，刀具始终在被加工轮廓的左侧右偏刀补：沿着刀具运动方向看，刀具始终在被加工轮廓的右侧

a)刀具半径左偏补偿b)刀具半径右偏补偿1)刀具半径补偿802)刀具长度补偿刀长补偿：数控系统允许修改刀具的实际长度值，从而使刀具实际加工的位置比理论位置抬高或下降一高度，把数控系统的这一功能称之为刀具长度补偿功能。ZH△LZH△La）程序给定刀长大于实际刀长

b）程序给定刀长小于实际刀长优点：可方便实现零件的分层加工，简化编程。刀具长度的计算方法刀位点在球头中心球头刀刀长如何计算？思考：抬高或降低某一高度值是否可获得均匀余量？81确定零件的装夹方式及夹具选择1)夹具的作用：将零件固定在工作台上以进行加工。2)选择夹具时注意事项：保证加工零件时的开敞性和稳定性。3)夹具的类型：a.组合夹具：可根据被加工零件的特点由通用元件拼装组合出不同类型的夹具。优点:重复使用、效率高、生产准备周期短。b.真空(磁力)平台装夹：零件与工作台间抽真空，形成压紧力。优点:装夹快，工件夹持均匀，开敞性好。c.专用夹具：为加工某种零件而特制的夹具。82确定加工坐标系原点2)确定原则：(1).便于数学处理，简化程序(2).机床上易找正(3).加工过程易于检查加工坐标系原点是数控加工中刀具运动的基准点。程序中刀位点的坐标计算以该点为基准，所以也称为程序原点。

它可以设在零件面上、夹具表面上或机床工作台面上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。程序原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。1）坐标系原点定义：83走刀路线的选择走刀路线的规划走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。1)确定走刀路线的原则：a.保证零件的加工精度和光洁度b.方便数值计算，减少程序段数c.缩短走刀路线，减少空程d.易于增加零件刚性f.刀具轨迹变化尽量做到平缓；e．尽量避免刀具在加工中向下；g.精加工最好采用顺铣。84走刀路线的选择2)逆铣和顺铣（非常重要的概念）另一种定义：对于右旋刀具来讲

沿着刀具的前进方向看，如果刀具在被加工轮廓的右侧，称为逆铣；刀具在被加工轮廓的左侧称之为顺铣。严格定义：顺逆铣的加工特点：逆铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相同;顺铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相反。

逆铣：一般加工啃刀，加工易产生过切；顺铣：一般加工让刀，加工不到位。85刀具的选择

数控加工对刀具的要求很高。不仅要刚度好、精度好，还要使用寿命长。1)材料:

优质高速钢,硬质合金,耐磨涂层,陶瓷材料等2)类别:

种类繁多（1）整体刀具：如立铣刀用于铣削平面零件的周边轮廓，球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀用于数控加工型面（2）可转位刀具：刀体与刀片分开，刀片一般采用粉末压铸而成，并带有涂层（CVD，PVD，金属陶瓷，PCBN）。优点：刀片磨损后更换方便；刀具成本低。86确定加工用量：1）切削深度的确定主要根据机床、工件和刀具的刚度决定。讨论：加工中刀具的刚性与哪些因素有关？加工用量包括切削深度和宽度、主轴转速、进给速度等。2）切削宽度：加工时每相邻两刀之间的距离L，又称为行距.

粗加工切削宽度由刀具、机床、零件的刚性决定；精加工可根据零件的粗糙度计算确定。

要降低表面粗糙度，可缩小行距，但加工效率降低；因此在保证行距不变的前提下，应选择较大半径的刀具,可明显降低残留高度。87确定加工用量：转速刀具厂商根据被切削材料、刀具材料、切削深度、切削宽度等建立了刀具切削线速度

vc(m/min)查询表（3）转速(S)的确定：如果有切削参数库，可直接查切削参数库；否则，根据实际经验,并配合刀具厂家提供的刀具切削线速度vc

(m/min)

查表计算来确定。主轴转速n(r/min)根据允许的切削速度vc

(m/min)选取

D----工件或刀具的直径(mm)88确定加工用量：进给速度（4）进给速度（量）F(mm/min)a.定义：刀具每分钟移动的路径之和。c.控制方式：

I.编程人员在程序中给定一个Ｆ值；

II.操作人员可根据实际情况用倍率调节旋扭进行调节。b.确定方式：根据零件的加工精度、表面光洁度、切削深度、宽度以及刀具和工件材料而选择。89确定加工用量：进给速度d.

四、五坐标F值规定：

■若既含有移动坐标又含有角度坐标，则进给速度“F”只按移动坐标计算，而转动坐标按“线性变化规律”做从动。■若程序中只含有角度坐标：A、B、C则Ｆ表示角度每一分钟转的度数例如：N1G1A10F100表示Ａ角每分钟转100度；例如：N10G1X0Y0Z0B0

N11G1X10B100F10执行“N11”所需时间为：１０／１０＝１分钟所以B的转速为：100/1=100度/min90确定加工用量：进给速度e、有关Ｆ的计算：■角度分坐标的计算：■只含移动坐标走直线时，已知Ｆ，如何计算各坐标上的分速度：

有如下两句NC加工程序“N5G1X0Y0A10B90F20，N6G1X60Y80A-80B200F50”当数控机床执行完第5句后，执行第6句时，请计算数控机床分别在X，Y轴方向及A，B轴的进给速度。

91确定加工用量：进给速度N5G1X0Y0A10B90F20，N6G1X60Y80A-80B200F5092确定加工用量：进给速度■按刀补编程时，有的数控系统对F值的控制是按零件的实际编程轮廓来计算的f、选用F时的一些特殊情况：进给速度Ｆ的设置必须注意避免下列情况的发生：设R=1r=20（加工外轮廓）若程序中指定:F＝100mmpm有如下关系:

则刀心处速度：

易啃切或报废零件，必须采取限制措施。93确定加工用量：进给速度■刀心编程有关Ｆ的特殊情况：加工内轮廓设Ｆ=Ｖc=200，Ｒ=10，r=994确定加工用量：进给速度加工图示螺旋槽：S(200,0)E(210,0)采用如下方法进行加工：刀具沿Ｘ轴由Ｓ到Ｅ做直线运动，Ｃ轴旋转360度■含有转动坐标有关Ｆ的一些特殊情况：程序指令如下：N10G1X200Y0Z0C0N11G1X210C360F100加工时间为：t=(210-200)/100=0.1minC转动速度为：360/0.1=3600度/minF≈3.14*200*2/0.1=12560mmpm解决方法：系统对A、B、C做限制，如:F(A)=100F(B)=10095六、数控编程的工艺处理1.认真分析零件图纸，明确加工内容和技术要求2.制定加工方案，选择加工机床类型3.确定零件的装夹方式4.确定加工坐标系原点5.走刀路线的选择6.刀具的选择7.确定加工用量8.程序编制过程中的误差控制96程序编制过程中的误差控制3)圆整化误差：这是将工件尺寸换算成机床的脉冲当量时由于圆整化所产生的误差程序编制中的误差主要有三部分组成：1)逼近误差：用近似方程所表述的形状与原始零件之间的误差。（一次逼近误差）2)插补误差：用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线所产生的编程误差。点位加工时只存在圆整化误差吗?轮廓加工时逼近误差、插补误差、圆整化误差有可能都存在。问题1：数控系统的插补与此处的插补概念一样吗？

2：圆整化误差最大为脉冲当量的多少？97七、数控加工误差的来源1)、编程误差2)、数控机床带来的误差3)、环境带来的误差4)、装夹找正带来的误差5)、刀具带来的误差6)、加工工艺方法带来的误差983.2、数控程序的格式及功能字99一、数控加工程序的结构

所谓数控加工程序，就是用数控机床输入信息规定的自动控制语言和格式来表示的一套可使数控机床实现对零件自动加工的指令。它是机床数控系统的应用软件，加工程序中包含的工艺及技术信息包括：工艺过程、切削参数、刀具位移与方向，其它辅助动作（换刀、换向、冷却、启停等）及各动作顺序等。100数控程序控制指令格式XYZABC---运动坐标，XYZ表示直线运动，ABC代表绕相应轴的旋转.IJK---------系统不一样，意义不同：PHILIPS-532SIEMENS-840D表示圆心位置FANUC-220A定义刀补方向及圆心的相对位置N01G17G01G41X6000Y-3000I1000J4000101数控程序控制指令格式S-----------速度功能指令，规定主轴旋转速度.N10S800N10S800N10G1X10Y20Z80S800转速也是可以调节的：50%--120%T-------------刀具功能指令，指定选用刀具编号N5T10M6(M66)N10G1XYZM13102数控程序控制指令格式M----------辅助功能字，控制机床的辅助动作.M08----打开冷却液M13---打开冷却液并启动主轴M00---程序暂停(刀具、钻头上有铁屑，可以去掉)M06-----自动换刀M66-----手动换刀M03、M04、M05—主轴正转、反转、停转指令

M30-----主轴停止，关冷却液，程序结束103二、常用功能字

准备功能G指令由字母G及其后的二位（目前已出现三位）数字组成。G指令的主要作用是指定数控机床运动方式，为数控系统的插补运算作好准备。

件的夹紧与松开等常用的指令称为工艺指令。工艺指令包括准备性工艺指令（G指令）和辅助性工艺指令（M指令）两类，它们是程序编制中最常用的指令。在数控加工程序中，描述数控机床的运动方式，加工种类，主轴的开、停、换向，冷却液的开、关，刀具的更换，运动部1).G1（G01）-直线插补数控系统不同,完成同一动作的NC代码也不同（1）FANUC-220A--相对坐标编程，脉冲当量为0.005mm/脉冲。N10G1X11345Y5705N11G1X8660Y-5480N…G1X(Xe-Xs)

Y(Ye-Ys)终点坐标减起点坐标并进行圆整化后×1000.

11.350×1000=1135031.3469-20=11.3469≈11.347

11.345×1000=11345（2）Philips-532

FANUC-OI-MB

Siemens-840D

绝对坐标编程脉冲当量为0.001mmN10G1X31.347Y20.703N11G1X40.006Y15.220N…G1XXe

YYe(1)FANUC-220A(0.005mm/脉冲,相对坐标编程)亏弧:

N10G3X-5415Y9910I-9950J1000盈弧:

N11G3X-5415Y9910I4535J8910

-5.41021.6659-27.0800=-5.4141≈-5.414

-5.415×1000=-5415N…G2/G3X(Xe-Xs)Y(Ye-Ys)I(Xc-Xs)J(Yc-Ys)(终点相对于起点的增量和圆心相对于起点的增量圆整化后×1000)2)G2/G3-圆弧插补

G02顺时针

G03逆时针(2)FANUC-OI-MB(0.001mm/脉冲,绝对)亏弧：N10G3X21.666Y25.083R10盈弧：N11G3X21.666Y25.083R-10N…G2/G3XXeYYeR+…(圆心角≤180°)N…G2/G3XXeYYeR-

(圆心角＞180°)(3)Philips-532(0.001mm/脉冲,绝对)亏弧：N10G3X21.666Y25.083R10盈弧：N11G3X21.666Y25.083I31.616J24.084N…G2/G3XXeYYeR…(圆心角≤

180°)N…G2/G3XXeYYeIXcJYc(圆心角＞

180°)亏弧：N10G3X21.666Y25.083I-9.950J0.998盈弧：N11G3X21.666Y25.083I4.536J8.912(4)Siemens-840D(0.001mm/脉冲,绝对)N…G2/G3XXeYYeI(Xc-Xs)J(Yc-Ys)思考:坐标系分别变成XOZ和YOZ后,程序又如何编制?(5)HeidenhainITNC530(0.001mm/脉冲,绝对)亏弧：10CRX21.666Y25.083R+10DR+盈弧：11CRX21.666Y25.083R-10DR+…CRXXeYYeR+(圆心角<

180°)DR+(逆)…CRXXeYYeR-(圆心角≥

180°)DR-(顺)1113.3、简单数控编程示例二维轮廓手工编制NC加工程序A(0,40)(100,80)BR60Q(122.2834,24.2914)QC(182.2834,24.2914)D(182.2834,0)E(95,0)F(97,10)G(52.413,0)OR25PP(72.4855,14.9029)●●●●●●●●●(Y)N1N3G02X82285Y-55710N4G01Y-24290CR

//走CD段N5G39I-100000CR//尖角过渡N6G01X-182285CR//走DO段N7G39J40000CR//尖角过渡N2G01X100000Y40000CR//走AB段FANUC-220A控制系统脉冲当量0.005mm,S为起刀点,

相对坐标编程,

左偏刀补编程N8G01Y40000CR//走OAN9G40G01X-60000Y30000M30CR//取消刀补,退回S,主轴停转,关冷却液G17G91G01G41X60000Y-30000I100000J40000F2S500H01M03CR作业1:对图示轮廓,用FANUC-220A控制系统按右偏刀补方式完成其NC编程,

S为起刀点.I22285J-55710CR//ＢＣ段圆弧

114FANUC-220A控制系统:新图编程N6G01X-87285CRN7G39I2000J10000CRN8G01X2000Y10000CRN9G03X-44585Y-10000N10G39I-10000CRN11G01X-52415CRN12G39J40000CRN13G01Y40000CRN14G40X-60000Y30000M30CRI-24515J4905CR115＊FANUC-220A数控系统编程要点提示：(2)脉冲当量0.005mm/脉冲,末位圆整化成0或5，使误差最小(1)相对坐标编程，G91(3)圆整后的数值×1000(4)直线段的刀补方向一般是在上一段通过给出该段直线的矢量方向ＩＪＫ来确定。另外ＩＪＫ还用来表示圆弧的圆心相对于圆弧起点的位置.(5)尖角过度G39：IJK的值仅表示矢量方向，与大小无关；A(0,40)(100,80)BR60Q(122.2834,24.2914)QC(182.2834,24.2914)D(182.2834,0)E(95,0)F(97,10)G(52.413,0)OR25PP(72.4855,14.9029)●●●●●●●●●(Y)N10000(TEMPLET,WLK,FR6,07.11.2)N1T16M66S800//手动换刀,刀号16，主轴转速800％PM

//主程序格式要求N3G51//机床原点N4G56

//调用加工坐标系原点N2G18//指定加工平面XOZN5G0X-30Y100Z-30B0M13

//刀具快速移动到起点，B轴转到0度,打开冷却液,主轴转动N6G01Y20F5000N7G01Y-3F300

//刀具以较快的进给速度至表面下3mmN8G43Z0//单坐标靠刀指令N9G42//右偏刀方式刀补

N10G1X182.283Z0F100//加工OA

N11G1Z24.291//加工直线ABN12G3X100Z80R60//加工圆弧BCN14G1Z0//加工DON15G40N16G1Y10F300//抬刀N18M30

//程序结束N13G1X0Z40//加工CDN17G0X-30Y100Z-30

//退刀至起始位置2.MH600E\Philips-532控制系统脉冲当量0.001mm,

s为起刀点,右偏刀补作业2:对图示轮廓,用MH600EPhilips-532控制系统按左偏刀补方式完成其NC编程,S为起刀点118Philips-532控制系统:新图编程N10G1X52.413N11G02X97Z10N12G01X95Z0N13G01X182.283N14G01Z24.291N15G03X100Z80N16G01X0Z40N17G01N18G40N19G01Y10F300N20G0X-30Y100Z-30N21M30Z-2Z0I72.486K14.903R60A(0,40)(100,80)BR60Q(122.2834,24.2914)QC(182.2834,24.2914)D(182.2834,0)E(95,0)F(97,10)G(52.413,0)OR25PP(72.4855,14.9029)●●●●●●●●●Y120N2000

//程序序号N1G90G17M03S300

//选择加工平面主轴转速，刀具顺时针旋转N3T10M6

//选择刀具N4G43H02

//刀具长度补偿N5G0X-60Y70Z100M08

//刀具快速移动到起点，打开冷却液N6G1Z10F3000

//刀具快速移动N7G1Z-3F500

//刀具以较快的进给速度移至底面下3mmN8G41G1X0Y40D20F100//左偏刀补,并走刀到点ＡN10X100Y80

//加工到Ｂ点N12G2X182.283Y24.291R60

//加工圆弧BCN13G1Y0

//加工直线CDN14G1X0

//加工到o点N15G1Y40

//加工到AN18G0X-60Y70Z100

//快速退刀至起始位置N19M30

//程序结束,与例2相同％PM

//主程序格式要求N16G40

//取消半径补偿N17G1Z10F2000

//刀具退回Z=10平面N2G56

//设置加工坐标系原点3.VMC-850\FANUC-0I-MB控制系统,脉冲当量0.001mm,s为起刀点,左偏刀补,作业3:对图示轮廓,用FANUC-OI-MB

控制系统按右偏刀补方式完成其NC编程,S为起刀点%

//程序结束标志121Y40FANUC-0I-MB控制系统:新图编程N13G01X95N14G01X97Y10N15G03X52.413Y0N16G01X0N17G01N18G40N19G01Z10F300N20G0X-60Y70Z100N21M30%Y43R-25122●●刀具是直径为20毫米的平底刀……..N14G1X0N15G1X0Y40N16G40N17G1X-5Y43F2000N18G0X-60Y70Z100N19M30编程中应注意的问题:123刀具是直径为20毫米的平底刀……..N14G1X0N15G1X0Y40N16G1X-20N16G40N18G0X-60Y70Z100N19M30编程中应注意的问题:A(0,40)(100,80)BR60Q(122.2834,24.2914)QC(182.2834,24.2914)D(182.2834,0)E(95,0)F(97,10)G(52.413,0)OR25PP(72.4855,14.9029)●●●●●●●●●Y;$PATH=/_N_WKS_DIR/_N_T_WPDT=“FR5”TC(TOOLCHANGE）S300M13G17G56G90//（可省）N10G0X-60Y70Z100A0B0N11G1Z10F8000N12G1Z-3F2000N13G41G1X0Y40F100N15X100Y80N16G2X182.283Y24.291I22.283J-55.709N17G1Y0N18G1X0N19G1Y43N21G1Z10F3000N22G0X-60Y70Z100N23M30N20G404.SAJO-12000P\Siemens-840D控制系统，脉冲当量0.001mm,

s为起刀点,左偏刀补％_N_PART4_MPF

//主程序格式要求作业4:对图示轮廓,用Siemens-840D控制系统按右偏刀补方式完成其NC编程,S为起刀点126N18G01X95N19G01X97Y10N20G03X52.413Y0N21G01X0N22G01N23G40N24G01Z10F300N25G0X-60Y70Z100N26M30Siemens-840D控制系统:新图编程Y43I-24.515J4.9031275.MikronUCP1350/HeidenhainiTNC530脉冲当量0.001mm,绝对坐标编程该系统与前四种现代数控系统有比较大的区别：功能更强大；

通用语言化编程；128HeidenhainiTNC530Y+X+129编程示例：0BEGINPGMTEMPLETMM1TOOLCALL“FR5”ZS1003M132CYCLDEF247DATUMSETTINGQ339=24LZ+250R0FMAX5LX-20Y60R0FMAX6LZ10R0FMAXHeidenhainiTNC530R0无刀具半径补偿A(0,40)A′●●●S(-20,60)●R5●7LZ-3R0F10008APPRLCTX0Y40R5RLF100LT切向切入LN法向切入LCT直线圆弧切向切入RL左偏刀补RR右偏刀补APPR进刀7LZ-3R0F10008APPRLCTX0Y40R5RLF1009LX100Y8010CRX182.283Y24.291R+60DR-11LY012LX9513LX97Y1014CRX52.413Y0R-25DR+15LX016LY4017DEPLTLEN20F100018LZ250R0FMAX19M3020ENDPGMTEMPLETMMCR圆弧插补DEP离开，退刀A(0,40)(100,80)BR60Q(122.2834,24.2914)QC(182.2834,24.2914)D(182.2834,0)E(95,0)F(97,10)G(52.413,0)OR25PP(72.4855,14.9029)●●●●●●●●●Y作业4:对图示轮廓,用HeidenhainiTNC530控制系统按右偏刀补方式完成其NC编程,S为起刀点1336.孔数控加工程序编制:专用G指令----G81G83

等,看教材.7.数控车程序编制:看教材数控编程及实际切削加工实验：设备：VMC-850数控系统：FANUC0I-MB

要求：按例题轮廓，刀具右偏补偿编程；掌握程序传输过程；掌握零件装夹、找正过程；掌握程序执行和加工过程；第四章

APT语言自动编程4.1、APT语言自动编程概述135二.APT语言自动编程过程及特点APT语言是用接近自然的语言进行编程。1、APT语言编程过程：工艺人员完成APT系统完成136

二.APT语言自动编程过程及特点

2.APT编程优缺点：(1)源语言接近自然语言，易为工艺人员接受，工艺人员不用学习数学方法和计算机编程技巧1)APT编程优点（相对手工编程）：(2)软件资源丰富点位、2-5坐标加工、绘制模线、后置处理等(3)程序成熟，诊断能力强（用户易查错）137

二.APT语言自动编程过程及特点

2.APT编程优缺点：2)APT编程缺点（相对图形编程系统）：(1)无法实现设计制造一体化。(2)不直观：无图形显示。(3)发展早，没有采用计算机几何学的最新理论成果，所以有些复杂问题不能很好的解决。(4)源程序书写、编辑和修改不如图形编程系统方便。(5)相对图形编程系统来讲，易出问题。◆

APT编程外部修改

◆

图形编程内部修改138三.APT语言的构成APT编程是用接近自然语言的方式进行编程：

每个APT系统都规定了一套基本符号、字母和数字，它们构成APT源程序。按功能可划分为四类：1.几何图形定义语句：用来定义被加工零件的几何形状。2.运动语句：用来描述刀具的切削运动轨迹。3.后置处理语句：用于指定特定的机床和控制系统，另外F、S等也属于后置处理的范畴。4.辅助功能语句：用来标识零件、刀具、公差等。1394.2、几何图形定义语句140几何图形定义语句

几何图形定义语句用来描述零件的几何形状、进退刀点位置、进刀方向等，为描述走刀路线做准备。[几何元素标志符]=[几何元素专用字]

/

[元素定义方式]

固定格式：用户为几何元素定义的名字(字母开头)APT的专用字(不超过6个字母,大写)给定元素的参数141

例如圆的定义语句：C1=CIRCLE/10，60，12.5其中：“C1”为几何元素标志符；“CIRCLE”为几何元素专用字；“10，60，12.5”分别为圆的圆心坐标和半径。几何图形定义语句142一.基本元素定义（1）由两直线的交点定义点：其格式为：

标识符=POINT/INTOF，LINE1，LINE2

其中INTOF表示相交，LINE1，LINE2为事先已定义过的两条直线。若定义好两直线L1、L2，求交点：P=POINT/INTOF，L1，L2；143（2）过一点P与圆相切的直线：

L1=LINE/P1，LEFT，TANTO，C；

修饰词判断方法：

通过已知点与圆心连线，从已知点向圆心看，若切点在辅助线的左边，即为LEFT；若切点在右即为RIGHTL2=LINE/P2，LEFT，TANTO，C；二.解析曲线和曲面的定义144

公切线定义

（3）与两圆相切的直线：L1=LINE/RIGHT，TANTO，C1，RIGHT，TANTO，C2L2=LINE/LEFT，TANTO，C1，LEFT，TANTO，C2修饰词判断方法：首先建立基准线，其方向以第一切点所在圆心，指向第二个切点所在圆心，左、右是指出切点在圆心连线的左右位置。二.解析曲线和曲面的定义145

公切线定义

L3=LINE/RIGHT，TANTO，C2，LEFT，TANTO，C1L4=LINE/LEFT，TANTO，C２，RIGHT，TANTO，C1二.解析曲线和曲面的定义1462.圆的定义：C1=CIRCLE/CENTER，P1,RADIUS,r

（1）用圆心和半径定义的圆：其中，P1为圆心点，x,y为圆心坐标点，r为圆的半径。

二.解析曲线和曲面的定义C1=CIRCLE/x，y,r

147（2）用已知三点(不共线)定义圆：C1=CIRCLE/P1，P2，P3（3）用圆心和切线定义圆：

C1=CIRCLE/CENTER，PC，TANTO，L

其中PC为已知圆心，

L为已定义之直线。二.解析曲线和曲面的定义148图4-3多约束圆定义C1=CIRCLE/YLARGE,LIN,XSMALL,OUT,CIR,RADIUS,1（4）直线与圆相交后的内外相切定义圆：其中OUT为外切。二.解析曲线和曲面的定义149（1）用平面方程ax+by+cz=d的四个系数定义平面：PL1=PLANE/a，b，c，d3.平面的定义：二.解析曲线和曲面的定义（2）可以