数控编程第二十四讲

数控编程第二十四讲1第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三三、交互式图形数控编程1、概述语言自动编程提高了编程的速度和精度。但存在缺点：用语言形式描述几何图形信息和加工过程，再有计算机处理生成加工程序，直观性差；编程过程比较复杂，不易掌握，编制过程中不便于阶段性检查；零件模型收语言描述能力的限制，也使系统的几何定义部分过于庞大；零件的设计与加工之间适用图纸传递数据，阻碍了设计与直至一体化。第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三“图像数控编程技术”有效地解决了几何造型、零件几何形状的显示、交互设计、修改及刀具轨迹生成、走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD/CAM向一体化方向发展。如图，为图形数控编程系统的组成，其中几何数据库管理模块是整个系统的核心。第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三一般的，利用图形数控编程系统进行数控编程时，首先要对加工零件进行几何造型，然后对刀具运动轨迹进行计算，最后对刀具运动轨迹进行后置处理。（1）几何造型所谓几何造型是指物体的计算机表示方法。三维几何造型分为两类：实体造型和线框造型。实体造型以图模型和布尔模型为几何造型的基础，侧重于零件的工程分析，所示在CAD基础上扩充了数控加工功能。第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三如美国IBM的CADAM、美国SDRC的I-DEAS、英国CIS的MEDUSA、美国PTC的Pro/ENGINEER等，均CADCAM集成。线框造型以非均匀有理B样条(NURBS)为模型，以线素方式定义几何造型，解决三维曲线和曲面的表示方法，曲面求交等。是以曲面建模技术和数控加工相结合为基础，逐步发展起来的一种体系。如美国CNCSoftware的MasterCAM，美国MICROCONTROLSYSTEMS的SurfCAM等。第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三软件的选择首先搞清需求，即软件的功能要与加工对象及现有数控加工能力相适应，关键是零件的几何造型、刀具运动轨迹计算和后置处理功能。软件的先进性还体现在方便和直观的几何造型和刀具运动轨迹的编辑、加工过程的三维仿真、支持数控机床多轴联动功能，以及通讯功能。第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（2）刀位轨迹的生成刀位轨迹的生成可分成四种情况：点位加工、平面轮廓加工、槽腔加工和曲面加工。1）点位加工时的刀位轨迹一般通过指点菜单或输入命令激活刀位轨迹生成的功能，之后，按提示在图形上用光标指点出编程原点、选择好加工目标图形、输入相应的加工参数，刀位轨迹就会自动生成并显示，同时生成刀位轨迹文件。第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三2）轮廓加工时的刀位轨迹此时有两种方法：①采用交互绘图的方法，使用造等距线的指令，将加工轮廓线按实际情况左偏或右偏一个刀具半径，直接在屏幕上生成加工刀位轨迹，并交互编程。适于无刀补功能的控制系统。第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期三②直接对零件的轮廓图形进行编程。在编程过程中除了要按提示输入相应的加工参数，并用光标指定编程原点、起刀点、起切线或走刀方向及退刀点之外，还要根据提示指定刀补方式并选择零件轮廓作为加工目标，软件自动编程并加入刀补指令。机床要有刀补功能。第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（3）槽腔零件加工时的刀位轨迹也有两种刀位轨迹生成方法：①把槽腔加工作为轮廓加工的一种特例来处理。采用交互绘图的方法，使用造等距线的指令及其他图形编辑修改指令交互绘制生成环形或之字形刀位轨迹，然后进行交互编程。②在激活刀位轨迹生成命令后，对照图形用光标交互地指定槽腔的边界图形及中间的弧岛图形，并指点编程原点、起刀点、退刀点、交互地输入加工参数、刀具半径、起刀方式（环形或之字形），软件自动生成加工刀位轨迹。第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期三4）曲面加工时的刀位轨迹在曲面造型完成之后，进入刀位轨迹生成的分菜单，选取相应的菜单项，输入相应参数，软件自动生成刀位轨迹文件。①截面线造型法。适用于零件图已给出曲面若干截面线型值点的坐标值的情况，先用曲线拟合指令将各截面线的型值点拟合成曲线，然后再用曲面拟合指令将各截面线拟合成光滑曲面。第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三②回转曲面造型法。适用于各种回转面的造型。首先根据零件图给出的已知条件构造母线（可以是直线、圆弧或各种平面曲线）。然后用回转面生成指令，令母线绕指定轴旋转一个指定的角度，生成回转曲面。③型值点造型法。适用于零件图已给出了曲面上的若干型值点的情况，此时利用以点拟合曲面的指令，直接拟合曲面。第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三④边界线造型法。适用于零件图已给出了曲面的四个边界线的数据的情况。此时首先生成边界线，然后用相应的边界线曲面拟合指令，拟合出曲面。⑤曲线扫描造型法。此时零件图给出的是一条扫描母线和一条导动线的数据。可先构造扫描母线和导动线，然后用相应的指令，让扫描母线沿导动线运动而生成曲面。第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（3）后置处理后置处理的目的是形成数控指令文件。由于各种机床使用的控制系统不同，所以所使用的数控指令文件的代码及格式也有所不同。在后置处理前，编程人员需对该文件进行编辑，按文件规定的格式定义数控指令文件所使用的代码、程序格式、圆整化方式等内容。软件在执行后置处理命令时将自动按设计文件定义的内容，输出所需的数控指令文件。有些软件采用固定的模块化结构，其功能模块和控制系统是一一对应的，后置处理过程已经固化在模块中，在生成刀位轨迹的同时自动进行后置处理。第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三2、MasterCAM软件MasterCAM软件是由美国CNCSoftware公司于1984年推出的基于微机平台的CAD/CAM系统。MasterCAM早期的3.0版本对三维图形只有线框造型处理功能；4.0版本起增加了曲面造型功能；5.0版本增强了曲面、高阶曲线的生成、编辑功能、多曲面的过渡倒圆处理、多重曲面的连续加工、曲面的过切检查和消除等功能；第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三MasterCAM介绍CNCSoftware公司开发的基于PC平台的CAD/CAM----Mastercam8.0的基本功能，共分为五部分：一、Mastercam简介二、Mastercam8.0窗口三、绘制二维图形四、三维实体造型五、机械加工基础第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三一、Mastercam简介Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。自1984年诞生以来，就以其强大的加工功能闻名于世根据国际CAD/CAM领域的权威调查公司CIMdata.Inc.的最新数据显示，它的装机量居世界第一。它作为基于PC平台的CAD/CAM软件,虽然不如工作站级软件功能全,模块多,但就其性能价格比来说更有灵活性,对硬件的要求不高，操作灵活。第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三安装和运行Mastercam8.0要求系统具备以下条件：操作系统：Windows9.x/NT/2000;内存：最低16MB内存，建议使用64MB内存；硬盘：240MB以上；安装和运行Mastercam8.0要求系统具备以下条件：CPU:486/33即可安装并运行Mastercam8.0，但其速度很慢，建议用Pentium133以上的CPU；显示器：800x600VGA；CD-ROM：倍速以上。第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期三二、Mastercam8.0窗口界面第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期三三、绘制二维图形这部分内容将介绍如何使用Mastercam中的绘图命令来绘制二维图形，主要是介绍绘制直线和绘制圆弧的命令,同时举一个绘制多边形的例子。3.1绘制直线在主菜单中依次选择Create--Line在主菜单区弹出如图所示的Line子菜单。第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期三现在已经发展到了7.0和8.0，在很大程度上增强了造型编辑功能和工艺处理能力。软件完成包含从图形生成、编辑、几何变换、图形接口转换到刀具运动轨迹计算、工艺参数输入、通用后置程序处理、加工过程仿真及和机床通讯。对于MasterCAM，将专门安排讲解。第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三第四章计算机数控系统第一节概述第二节CNC的轨迹控制原理第四节进给速度和加减速控制第五节CNC的输入输出与通信功能第三节刀具位置补偿和半径补偿第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三第四章第一节概述一、CNC系统的构成与功能二、CNC的硬件结构三、CNC的软件结构第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三一、CNC系统的构成与功能1、数字控制的任务数控机床的任务，主要在于制造各种规定的几何形状。机械制造技术中，被加工零件的几何形状千变万化，主要有回转体零件和非回转体零件。从控制技术观点来分析各种加工方法时，主要着眼于几何规律方面的控制。第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三机械制造工艺中的数字控制就是使工件与刀具的相对运动形成规定的几何轨迹，及一些辅助控制。机床数字控制的根本任务就是运动轨迹程量控制和开关量控制。总体采用G、M代码和S、T、F等。柔性自动化要求CNC具有通信和DNC功能。市场个性化和适应性要求CNC自身具有结构上的开放性和功能上的可重构性。第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三2、CNC系统的组成。根据机床数字控制任务，CNC系统采用了计算机作为控制部件，通过常驻在其内部的数控系统软件实现部分或全部数控功能，从而能对机床运动进行实时控制。只要改变计算机的控制软件就能实现一种新的控制方法，这是CNC的最大特点，其基本结构组成如图。第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三图中给出了整个机床计算机数控系统的组成框图，是在通常总体考虑机床控制功能意义上的概念。实际的CNC可以不含伺服驱动和某些输入输出设备。第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三3、CNC控制器一般的工作过程CNC的工作是在计算机硬件的支持下，执行软件控制功能的全过程。（1）输入：输入CNC控制器通常有零件程序、机床参数和补偿数据。机床参数和除刀具尺寸外的补偿数据一般在机床出厂或在用户安装调试时已设定好，所以主要是零件程序和刀具尺寸补偿数据的输入。输入形式有光电阅读机纸带输入、键盘输入、磁盘输入和连接上级计算机的DNC接口输入。CNC输入工作方式有存储方式和NC方式，前者将整个零件程序全部输入再调出，后者边输入边加工。第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（2）译码译码处理是将零件程序的一个程序段作为单位进行处理。译码处理将零件轮廓信息、进给速度F和其他辅助信息（M、S、T）解释后，存放在指定的内存专用区域。在译码过程中还要完成对程序段的语法检查，发现错误立即报警。（3）刀具补偿：刀具补偿是指刀具长度和刀具半径的补偿。刀具补偿作用就是把零件轮廓轨迹按已定的刀具尺寸数据自动转换成刀具中心轨迹。高档CNC刀具补偿还包括程序段之间的自动转接和过切削判断，即C刀具补偿功能。第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（4）进给速度处理：数控加工程序给定的刀具相对工件的移动速度是在各坐标合成运动方向上的速度，即F代码指令值。速度处理先按合成速度来计算各进给运动坐标方向的分速度，为插补时计算各进给坐标的行程量准备。同时处理机床的最低和最高速度限制及自动加减速。（5）插补：要进行轨迹加工，CNC必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行“数据点密化”工作，此即所谓插补。插补是在规定的周期内执行一次，即在每个周期内，按指令进给速度计算出一个微小的直线数据段，经过若干插补周期后，完成一个程序段加工。第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（6）位置控制：位置控制是处在伺服回路的位置环上，如图。其主要工作是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。这部分工作可由硬件或软件来完成，通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿。第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（7）I/O处理：主要是指CNC与机床之间电气信号的输入、输出处理和控制。（8）显示：为操作者提供方便，包括：零件程序、参数、刀具位置、机床状态、报警信息等显示。有些CNC还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。（9）诊断：自动故障诊断是现代CNC所必须具备的功能，通常有联机诊断和脱机诊断两种功能。第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三联机诊断是指CNC中的自诊断程序，融合在各个部分，随时检查不正常的事件。脱机诊断是在CNC不工作情况下的诊断，通过配备的各种脱机诊断程序对存储器、外围设备接口和I/O接口进行检查。脱机诊断也可采用远程通信方式进行，即所谓的远程诊断。远程诊断是把用户的CNC通过网络与远程通信诊断中心的计算机相连，由诊断中心计算机对CNC进行诊断、故障定位和修复第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三CNC的工作内容和过程概括为如图表示。第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三4、CNC控制器的功能CNC控制器的功能通常包括基本功能和选择功能。通常有：（1）轴控制功能：CNC可控制的和同时控制的轴数。对于数控机床运动的轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。控制轴数越多，尤其是同时控制的轴数越多，CNC控制器就越辅助，多轴联动的零件程序编制也越困难。（2）准备功能：也称G功能，用来指令机床运动方式，包括基本移动、平面选择、准备设定、刀具补偿、固定循环、米英制转换等指令。第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三（3）插补功能：CNC通过软件插补实现刀具运动的轨迹。分为粗插补和精插补。粗插补时，软件每次插补一个小线段数据。精插补时，伺服接口根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲输出。（4）进给功能：用F直接指令各轴进给速度，包括：①切削进给速度，以每分钟进给的毫米数指定。②同步进给速度，以主轴每转进给的毫米数规定，主轴需装位置编码器，目的是便于切螺纹。③快速进给速度，通过参数设定，用G00指令。④进给倍率，通过面板上的进给倍率开关给