数控自动编程与加工

淮安信息职业技术学院毕业设计论文PAGE3423-数控自动编程与加工摘要本设计是关于数控自动编程与加工的应用与设计。基于CAXA软件数控系统自动编程与加工。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAXA、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并利用CAXA数控车软件完成零件的二维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。利用FANUC仿真软件完成仿真加工。利用CAXA软件自动编程。

关键词：数控技术；CAXA数控车；二维造型；仿真加工；自动编程目录TOC\o"1-4"\h\z\u1.自动编程基础11.1自动编程的特点11.2自动编程的基本步骤11.2.1分析零件图样确定加工工艺11.2.2几何造型21.2.3对几何图形进行定义21.2.4输入必须的工艺参数21.2.5自动生成数控程序21.2.6输出程序21.3常见自动编程的方法21.3.1CAXA数控车22.数控系统编程介绍(CAXA数控车)32.1CAD/CAM系统42.2CAXA数控车进行自动编程的基本步骤42.3零件加工程序的评价52.4CAXA编制的零件加工程序的优化53.零件自动编程与加工63.1加工工艺的确定63.1.1确定装夹位置63.1.2选择刀具（表）63.1.3确定加工工艺63.2刀具轨迹生成及后期G代码生成7-183.2.1端口参数和设置183.2.2利用软件将计算机用CAXA自动生成的程序传输到数控系统193.2.3零件切削19结论20参考文献21致谢2222-1自动编程基础1.1自动编程的特点使用计算机(或编程机)进行数控机床程序编制工作，即由计算机(或编程机)自动地进行数值计算，编写零件加工程序单，自动地打印输出加工程序单，并将程序记录到控制介质上。数控机床的程序编制工作的大部分或全部由计算机(或编程机)完成的过程，即为自动程序编制。

自动编程是通过数控自动程序编制系统实现的。自动编程系统由硬件及软件两部分。硬件主要有计算机、绘图机、打印机及其他一些外围设备；软件即计算机编程系统，又称编译软件。

与手工编程相比，自动编程具有如下特点。

1)数学处理能力强。对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是异形轮廓零件，以及几何要素虽不复杂，但数控机床程序量很大的零件，计算则相当繁琐，采用手工程序编制是难以完成的。而自动编程借助于系统软件强大的数学处理能力，人们只需给计算机输入该曲线的描述语句或零件图样，计算机就能自动计算出加工该曲线的刀具轨迹，快速而又准确。

2)能快速、自动生成数控程序。自动编程在完成计算刀具运动轨迹之后，后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控程序，且该数控机床程序不会出现语法错误。当然自动生成程序的速度还取决于计算机硬件的档次，档次越高，速度越快。

3)后置处理程序灵活多变。自动生成适用于不同数控机床的数控程序，它灵活多变，可以适应不同的数控机床。

4)程序自检、纠错能力强。自动编程能够借助于计算机在屏幕上对数控程序进行动态模拟，连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓，发现问题并及时修改，快速又方便。

5)便于实现与数控机床系统的通信。自动编程可以把自动生成的数控机床程序经通信接口直接输入数控系统，控制数控机床加工。可以做到边输入，边加工，不必忧虑数控系统内存不够大，免除了将数控程序分段。1.2自动编程的基本步骤1.2.1分析零件图样确定加工工艺在图形交互自动编程中，同一个轮廓，往往可以有几种不同的生成方法导致加工方法不同。所以本步骤主要是确定合适的加工方法。1.2.2几何造型把被加工零件的加工要求用几何图形描述出来，作为原始信息输入给计数机，作为图形自动编程的依据，即原始条件。1.2.3对几何图形进行定义面对一个几何图形，编程系统并不是立即明白如何处理。需要程序源对几何图形进行定义，定义的过程就是告诉编程系统处理该几何图形的方法。不同的定义方法导致不同的处理方法，最终采用不同的加工方法。1.2.4输入必须的工艺参数把确定的工艺参数，通过“对话”的方式告诉编程系统，以便编程系统在确定刀具轨迹时使用。1.2.5自动生成数控程序;自动生成数控程序是由自动编程系统的后置处理程序模块来完成的。不同的数控系统，数控程序指令程序不完全相同，只需修改,设定以个后置程序，就能生成与数控系统一至的数控程序来。1.2.6输出程序因为数控自动编程系统在计算机上运行，所以具备计数机所具有的一切输出手段。值得一提的是利用计算机和数控系统都有通讯接口，只要自动编程系统具有通讯模块即可完成计数机与数控系统直接通讯，把数控系统程序直接输送给数控系统，控制数控系统进行加工。1.3常见自动编程的方法1.3.1CAXA数控车CAXA数控车具有CAD软件的强大绘图功能和完善的外部数据接口，可以绘制任意复杂的图形，可通过DXF、IGES等数据接口与其它系统交换数据。CAXA数控车具有功能强大，使用简单的轨迹生成及通用后置处理功能。该软件提供了功能强大、使用简洁的轨迹生成手段，可按加工要求生成各种复杂图形的加工轨迹。通用的后置处理模块使CAXA数控车可以满足各种机床的代码格式，可输出G代码，并可对生成的代码进行校验及加工仿真。CAXA数控车为您的二维绘图及数控车加工工作提供了一个很好的解决方案。（1）图形编辑功能CAXA数控车中优秀的图形编辑功能，其操作速度是手工编程无可比。曲线分成点、直线、圆弧、样条、组合曲线等类型。工作坐标系可任意定义，并在多坐标系间随意切换；图层、颜色、拾取过滤工具应有尽有，系统完善。（2）加工仿真内外轮廓及端面的粗、精车削，切槽、钻孔、车螺纹功能齐全；任意样条曲线的车削；自定义公式曲线车削；加工轨迹自动干涉排除功能，避免人为因素的判断失误；支持不具有循环指令的老机床编程，解决这类机床手工编程的繁琐工作；支持小内存机床系统加工大程序，自动将大程序分段输出功能；开放的通用后置功能，允许根据特种机床自定义加工代码；刀具库定义支持车加工中心；代码反读功能可以随时察看编程输出后的代码图形；仿真功能提供加工前程序的最后检验；DXF、IGES数据接口通行无阻，可接受任意其他软件的数据。（3）技术性能CAXA数控车的主要加工功能有：轮廓粗车：该功能用于实现对工件外轮廓表面、内轮廓表面和端面的粗车加工，用来快速清除毛坯的多余部分；轮廓精车：实现对工件外轮廓表面、内轮廓表面和端面的精车加工；切槽：该功能用于在工件外轮廓表面、内轮廓表面和端面切槽；钻中心孔：该功能用于在工件的旋转中心钻中心孔；车螺纹：该功能为非固定循环方式加工螺纹，可对螺纹加工中的各种工艺条件，加工方式进行灵活的控制；螺纹固定循环：该功能采用固定循环方式加工螺纹；参数修改：对生成的轨迹不满意时可以用参数修改功能对轨迹的各种参数进行修改，以生成新的加工轨迹；刀具管理：该功能定义、确定刀具的有关数据，以便于用户从刀具库中获取刀具信息和对刀具库进行维护；轨迹仿真：对已有的加工轨迹进行加工过程模拟，以检查加工轨迹的正确性。2数控系统编程介绍（CAXA数控车）数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。2.1CAD/CAM系统20世纪90年代以前，市场上销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，它还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。2.2利用CAXA数控车自动编程的基本步骤(1)CAXA系统的编程基本步骤如下：(2)理解图纸(3)建立加工图形或通过数据接口读入(4)确定加工工艺（装卡、刀具等）(5)生成刀具轨迹(6)后期处理生成NC代码(7)输出加工代码2.3零件加工程序的评价一个零件的加工程序决不是唯一的，诸多程序（方案）中，肯定有最优的。可否从以下方面评价：（1）保证程序是正确的，零件加工质量稳定。（2）程序方便调试和修改，程序的可读性好。（3）程序的稳定性好。（4）充分发挥系统功能，使程序最短。（5）程序的通用性好。若有系列零件，则只需编一种，其余只要修改关键尺寸，程序即可使用。（6）编程成本低。为编出某一程序，所花的人工费用和机器费用要低。当然人工成本与编程员的熟练程度有关，不便量化。但是只需一个计算器和一台计算机辅助编程系统，其成本是可比的。具体的零件，要根据实际情况决定。在实际编程中要有优化意识，尤其用CAXA编制的零件加工程序，由于CAXA的后置处理功能比较弱，更应该进行优化。2.4CAXA编制的零件加工程序的优化由于CAXA具有很强的图形数学处理功能，免去了手工编程中繁琐的数学计算。由于数控系统及机床各异，CAXA的后置处理，尽管有专用后置或万能后置，但与机床数控系统功能相比，仍有相当差距。在实际使用中，若能既充分发挥CAXA的优点，又能避免其不足，还能充分发挥数控系统的功能和操作者的实践经验，就需要对CAXA编制的零件加工程序进行优化，使之编出一个高水准的零件加工程序。3数控车床典型零件的自动编程与加工图3.1二维零件图3.1加工工艺的确定程序的确定目前主要依靠数控自动编程进行3.1.1确定装夹位置(1)用45号钢作为加工材料(2)圆钢Φ80x120mm(3)夹具：三爪卡盘3.1.2选择刀具（表）表3.2刀具表刀具名称刀具规格外圆刀Kr50°切槽刀刀宽4mm镗孔刀Kr15°3.1.3确定加工工艺先加工零件的右端，然后夹住零件的右端加工零件的左端。3.2刀具轨迹及代码生成建立了加工模型后，即可利用CAXA数控车系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA数控车中提供了多种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA数控车在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA数控车中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承。在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA数控车提供的后期处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。如图示：图3.3建立右端轮廓毛坯图3.4右端外轮廓粗加工参数设置图3.5右端外轮廓粗加工走到路线程序：O1234G99M03S1200T0101G00X84.443Z3.419G00Z3.000G00X78.000G01Z-18.820F0.200G00X83.000G00Z3.000G00X74.000G01Z-18.000F0.200G00X79.000G00Z3.000G00X70.000G01Z-18.000F0.200G00X75.000G00Z3.000G00X66.000G01Z-18.000F0.200G00X71.000G00Z3.000G00X62.000G01Z-18.000F0.200G00X67.000G00Z3.000G00X58.400G01Z-18.000F0.200G00X79.000G00X84.443G00Z3.419M30图3.6右端外轮廓精加工参数设置图3.7右端外轮廓精加工走刀路线程序O1235G50G99S2000M03S1400T0101G00X85.050Z4.600G00Z1.600G00X80.000G00X54.000G01Z-0.234F0.100G01X56.000Z-1.234G01Z-19.000G01X75.531G01X78.000Z-20.234G01Z-24.400G00X80.000G00X85.050G00Z4.600M30图3.8右端内轮廓的毛坯建立图3.9右端内轮廓加工参数设置图3.10右端内轮廓粗精加工的走刀路线程序O1236G50G99S2000M03S1400T0303G00X25.652Z3.091G00Z3.000G00X28.600G00X29.600G01Z-33.000F0.300G00X28.600G00Z3.000G00X33.600G01Z-25.000F0.300G00X28.600G00Z3.000G00X37.600G01Z-25.000F0.300G00X32.600G00Z3.000G00X41.600G01Z-24.969F0.300G00X40.600G00Z3.000G00X45.600G01Z-23.400F0.300G00X28.600G00X25.652G00Z3.091M03S1400T0303G00X23.856Z3.956M30图3.11建立左端外轮廓的毛坯图3.12左端外圆的粗精加工的参数设置图3.13左端外圆粗精加工的走刀路线程序：O1237G50G00S1400T0101M03M08G00X87.421Z5.164G00Z3.000G00X79.000G00X78.000G01Z-4.250F0.100G01X79.673G01Z-86.100G03X79.859Z-87.761R72.828G03X76.297Z-76.654R144.673G03X77.273Z-79.689R117.797G03X78.065Z-82.747R86.886G03X78.544Z-85.251R80.718G03X78.860Z-87.777R72.328G01X79.000Z-91.383G00X81.000G00X94.968G00Z8.628M09M30图3.14左端外圆加工槽的参数图3.15左端外圆槽的加工路线程序：O1238G99M03S1200T0202G00X91.686Z-11.481G00Z-11.750G00X73.333G01X54.000F0.100G00X78.957G00X74.957G01X54.000F0.100G00X91.686G00Z-11.481...G00Z-90.000G00X63.530G01X54.000F0.100G00X64.084G01X54.000F0.100G00X88.565G00Z-90.222M30图3.16左端内轮廓的粗精加的参数设置图3.17左端内轮廓的粗精加工走刀路线程序：O1239G99M03S1200T0303G00X19.859Z4.440G00Z3.000G00X25.000G00X26.000G01Z-81.000F0.300G00X21.000...G00Z1.600G00X22.800G00X50.000G01Z-0.400F0.100G01Z-79.400G03X44.800Z-82.000R2.600G01X24.800G00X22.800G00X18.378G00Z6.413M303.3加工代码输出（通讯）生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA数控车可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。RS-232-C接口在数控机床上有9针或25针串口，其特点是简单，用一根RS232C电缆和电脑进行连接，实现在计算机和数控机床之间进行系统参数、PMC参数、螺距补偿参数、加工程序、刀补等数据传输，完成数据备份和数据恢复，以及DNC加工和诊断维修。3.3.1端口参数和设置串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位、奇偶校验和流控制。对于两个进行通行的端口，这些参数必须相同：(1)波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率，例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。(2)数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。(3)停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。(4)流控制：在进行数据通讯的设备之间，以某种协议方式来告诉对方何时开始传送数据，或根据对方的信号来进入数据接收状态以控制数据流的启停，它们的联络过程就叫“握手”或“流控制”，RS232可以用硬件握手或软件握手方式来进行通讯。软件握手（Xon/Xoff）：通常用在实际数据是控制字符的情况下。只需三条接口线，即“TXD发送数据”、“RXD接收数据”和“SG信号地”，因为控制字符在传输线上和普通字符没有区别，这些字符在通信中由接收方发送，使发送方暂停。这种只需三线（地，发送，接收）的通讯协议方式应用较为广泛。所以常采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。(6)通讯端口的设置：设备双方数据必须设置相同，否则不能正常通讯。计算机端参数设置，采用CAXA数控车自带的通讯软件，进行传输。图3.18软件参数如下图3.3.2利用软件，将计算机用CAXA自动生成的程序传输到数控系统。3.3.3零件切削加工PAGE26-结论与手工编程相比，自动编程速度快，质量好，这是因为自动编程具有以下主要特点。1.数字处理能力强：对复杂零件，特别是空间曲面零件，以及几何要素虽不复杂但程序量很大的零件，计算相当繁琐，采用手工程序编制是难以完成的。采用自动编程既快速又准确。功能较强的自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特种曲面。2.能快速、自动生成数控程序：在完成计算刀具运动轨迹之后，后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控程序，且数控程序不会出现语法错误。3.后置处理程序灵活多变：同一个零件在不同的数控机床上加工，由于数控系统的指令形式不尽相同，机床的辅助功能也不一样，伺服系统的特性也有差别，因此，数控程序也应该是不一样的。但前置处理过程中，大量的数学处理，轨迹计算却是一致的。这就是说，前置处理可以通用化，只要稍微改变一下后置处理程序，就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来。对于不同的数控机床，取用不同的后置处理程序，等于完成了一个新的自动编程系统，