现代数控编程技术(第01讲--概述).pdf

现代数控编程技术(第01讲--概述).pdf

《现代数控编程技术(第01讲--概述).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代数控编程技术(第01讲--概述).pdf（75页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

现代数控编程技术现代数控编程技术主讲教师：

彭芳瑜杨建中主讲教师：

彭芳瑜杨建中国家数控系统工程技术研究中心国家数控系统工程技术研究中心有问题探讨，请联系：

有问题探讨，请联系：

Tel：

87543747（彭彭）87542513-12（杨杨）Email：

（彭彭）（杨杨）你们应该学会什么？

你们应该学会什么？

1）掌握数控编程所涉及的基本理论和方法）掌握数控编程所涉及的基本理论和方法2）掌握基本加工阶段的刀具轨迹生成算法）掌握基本加工阶段的刀具轨迹生成算法3）使用）使用CAD/CAM软件软件考核：

考核：

1.考试考试（开卷开卷）2.作业作业如何讲授？

如何讲授？

讲课讲课+讨论讨论教材：

教材：

彭芳瑜，数控加工工艺与编程，华中科技大学出版社彭芳瑜，数控加工工艺与编程，华中科技大学出版社参考：

参考：

周济，数控加工技术，国防工业出版社朱心雄，自由曲线曲面造型技术，科学出版社周济，数控加工技术，国防工业出版社朱心雄，自由曲线曲面造型技术，科学出版社课程主要结构课程主要结构序号名称授课演示研讨序号名称授课演示研讨1概述概述2.50.52数控加工工艺与编程基础数控加工工艺与编程基础0.750.253数控加工编程的几何造型基础数控加工编程的几何造型基础3.50.54三轴数控铣削加工工艺与编程三轴数控铣削加工工艺与编程70.50.55多轴数控铣削加工工艺与编程多轴数控铣削加工工艺与编程30.50.51.1数控加工技术概况数控加工技术概况1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1.4数控加工技术发展现状与趋势数控加工技术发展现状与趋势第1讲概述第1讲概述1.1数控加工技术概况数控加工技术概况1、数控加工技术的起源、数控加工技术的起源数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术。

它综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控和机械制造等学科的内容。

目前在制造业中数控加工已得到了广泛应用，并在制造业中已开始占据主导地位。

1947年，美国帕森斯（Parsons）公司为精确制作直升机机翼、桨叶和飞机框架，提出了用数字信息来控制机床自动加工外形复杂零件的设想。

1949年，美国空军为了在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件，开始与帕森斯公司和麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作。

1952年，帕森斯公司和麻省理工学院（M.I.T）合作研制了世界上第一台数控机床三坐标立式铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况2、数控加工技术基本概念、数控加工技术基本概念是指高效、高质、柔性、低耗地实现产品零件特别是复杂形状零件数控加工的有关理论、方法与实现技术，它是CIMS、敏捷制造、智能制造等先进制造技术的基础与关键技术。

从广义的角度看，数控加工技术涉及机床数控技术机床数控技术和数控编程技术数控编程技术两大方面。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况3、数控加工与传统加工的比较、数控加工与传统加工的比较工艺分析工艺分析数控加工程序数控加工程序工序卡工序卡BACKCTRINSCRTABALT0SHIZENDWHOMETPgDOPgUJRSTE65“432？

198:

7YXVUSRPQNMKLIHFGDCABESC14彩色显示器空运行Z轴锁定MST锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电源关开自动方式选择回零手摇点动步进单段驱动器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010090增量倍率1000101001坐标轴选择ZYX传统加工数控加工传统加工数控加工1.1数控加工技术概况数控加工技术概况1）数控加工的特点：

）数控加工的特点：

具有复杂形状加工能力具有复杂形状加工能力数控加工运动任意可控性使其能够完成复杂形状零件加工。

加工的零件精度高，一致性好加工的零件精度高，一致性好数控机床在整体设计中考虑了整机刚度和零件的制造精度，又采用高精度的滚珠丝杠传动副，机床的定位精度和重复定位精度高。

特别是有的数控机床具有加工过程自动监测和误差补偿等功能，因而能可靠地保证加工精度和尺寸的稳定性。

消除了操作者的主观误差，保证了零件加工的一致性，确保加工质量的稳定。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况生产效率高生产效率高与普通机床加工相比，数控加工一般可提高生产效率34倍甚至更高，在加工复杂零件时生产率可提高十几倍甚至几十倍。

特别是五坐标加工中心和柔性制造单元等设备，零件一次装夹后能完成几乎所有部位的加工，不仅可以消除多次装夹引起的定位误差，且可大大减少加工辅助操作，使加工效率进一步提高。

高柔性高柔性只需改变零件程序就可适应不同品种的零件加工，且几乎不需要制造专用工装夹具，因此加工柔性好，有利于缩短产品的研制与生产周期。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况功能复合化程度高功能复合化程度高功能复合的数控机床，在一台机床上可完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。

数控切削加工方法与特种加工（如电加工、激光加工、超声加工等）方法或热加工（如焊接）方法的复合，也形成各种新的复合加工机。

自动化程度高，自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度便于产品研制便于产品研制1.1数控加工技术概况数控加工技术概况4、数控加工的应用范围、数控加工的应用范围数控机床具有普通机床所不具备的许多优点。

而且它的应用范围还在不断扩大，但是在目前还不能完全取代普通机床，也就是说，它不能以最经济的方式来解决加工制造中所有问题。

根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按适应程度将零件分为下列三类。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况1）最适应类）最适应类形状复杂：

加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件；用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况2）较适应类）较适应类在通用机床上加工时极易受人为因素（如：

情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件；在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件需要多次更改设计后才能定型的零件；在通用机床上加工需要作长时间调整的零件；用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。

1.1数控加工技术概况数控加工技术概况第1讲概述第1讲概述1.1数控加工技术概况数控加工技术概况1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1.4数控加工技术发展现状与趋势数控加工技术发展现状与趋势1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1、数控编程的概念、数控编程的概念数控编程就是生成数控机床进行零件加工的数控程序的过程。

具体说就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。

实体模型图纸CAD文件数字化测量建模加工过程规划刀具轨迹生成机床运动指令生成仿真评价优化测量过程规划测量轨迹测量运动指令生成结果评价测量数据机床主机伺服驱动系统传感系统仿真评价优化有效测量代码有效加工代码加工要求数控机床加工,检测数控编程数控系统测量机2、数控编程的主要过程、数控编程的主要过程包括：

分析零件图样、工艺处理、数学处理、编写程序单、输入数控系统及程序检验。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1）分析零件图样和工艺处理）分析零件图样和工艺处理对零件图样进行分析以明确加工的内容及要求、确定加工方案、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量。

确定加工方案：

确定加工方案：

考虑数控机床使用的合理性及经济性，充分发挥数控机床的功能。

工夹具的设计和选择：

工夹具的设计和选择：

工夹具要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。

夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系。

正确选择编程原点及编程坐标系。

正确选择编程原点及编程坐标系。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况选择合理的走刀路线：

选择合理的走刀路线：

尽量缩短走刀路线，较少空走刀，提高生产效率；合理选择起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击；保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉；有利于简化数值计算，较少程序段数目和编程工作量。

选择合理的刀具：

选择合理的刀具：

根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具。

确定合理的切削用量：

确定合理的切削用量：

在工艺处理中必须正确确定切削用量。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况2）数学处理）数学处理在完成工艺处理之后，根据零件的几何尺寸、加工路线和刀具半径补偿方式计算刀具运动轨迹，获得刀位数据。

3）编写零件加工程序单、输入数控机床及程序检验）编写零件加工程序单、输入数控机床及程序检验工艺处理和数值计算完成后，编程员使用数控机床的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写零件加工程序单。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况3、数控编程的方法、数控编程的方法手工编程自动编程APT语言自动编程CAD/CAM集成系统数控编程（图形编程）数控编程1.2数控编程技术概况数控编程技术概况4、手工编程、手工编程整个编程过程由人工完成。

对编程人员的要求高，不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力。

适用于：

点位加工和几何形状不太复杂的零件。

计算较简单，程序段不多的场合。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1.2数控编程技术概况数控编程技术概况据国外统计：

用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：

1。

数控机床不能开动的原因中，有2030%是由于加工程序不能及时编制出造成的。

手工编程步骤计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改错误修改1.2数控编程技术概况数控编程技术概况N02G90G00X50Y80绝对坐标编程，刀具快速由对刀点到点S（50,80,35）N03G01Z-7.0M03F500S600由点S刀点S（50,80,-7）,主轴顺时针方向旋转快速进给速度500，主轴转速600N04G01G42D#101X0Y50F200由点S到点F（0,50,-7）,建立刀补，进给速度变为200N05G03Y-50J-50逆时针方向圆弧插补，加工圆弧FEN06G03X18.856Y-36.667R20.0加工圆弧EDN07G01X28.284Y-10.236加工直线DCN08G03X28.284Y10.236R30.0加工圆弧CBN09G01X18.856Y36.667加工直线BAN10G03X0Y50R20加工圆弧AFN11G01X-10由点F刀点G（-10,50,-7）N12G01Z35.0F500由点G到点G（-10,50,35）N13G40X0Y0M05取消刀补，回到对刀点，主轴停止N14M30程序结束1.2数控编程技术概况数控编程技术概况5、APT语言自动编程语言自动编程APT是自动编程工具（AutomaticallyProgrammedTool）的简称，是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。

APT语言自动编程就是把用APT语言书写好的零件加工程序输入计算机，经计算机的APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDatafile），然后进行数控后置处理，生成数控系统能接收的零件数控加工程序的过程。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1）APT自动编程语言的发展自动编程语言的发展APT语言始于50年代初，是在美国麻省理工学院（MIT）电子系研究所进行的。

1953年推出APT。

1958年，美国航空空间协会在麻省理工学院地协助下，研制成功了APT，它增加了翻译APT语言的能力，用立体定义曲线的功能自动求出线段终点的坐标值。

1961年推出了APT（立体切削用）。

其后，APT几经发展，形成了诸如APT-（算法改进，增加多坐标曲面加工编程），APT-AC（Advancedcontouring）（增加切削数据库管理系统）和APT-/SS（SculpturedSurface）（增加雕塑曲面加工编程功能）等先进版。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况在APT的基础上，世界各工业国家也各自发展了各具特色的数控语言系统。

美国Compact、ADAPT德国EXAPT、日本FAPT和HAPT英国ZCL法国IFAPT、意大利MODAPT，中国SKC系列、ZCX、CAM251、EAPT、HXAPT等。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况2）APT语言自动编程特点语言自动编程特点1.2数控编程技术概况数控编程技术概况APT语言自动编程优点语言自动编程优点可靠性高：

可自动诊错；通用性好：

用各种不同数控装置的后置处理程序就可以翻译出各种加工用的指令程序；能描述数学公式；APT语言自动编程的缺点语言自动编程的缺点只能处理几何形状的信息，而对进给顺序、刀具形式及尺寸、切削用量等工艺参数要求，还需要依靠编程员的经验和查阅手册进行脱机处理。

解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件编程难题解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件编程难题PARTNOEXANPLE作为零件程序标题打印在程序单的上面MACHIN/OKI400调出相应的后置处理程序，OKI400为后置处理程序的名称CUTTER/7给出刀具的直径OUTTOL/.05给出计算出来的刀具位置和正确图形的最大容许偏差FEDRAT/120以mm/min为单位给出进给速度120SETPPT=POINT/0.0点（0,0）用SETPT标识符来定义L1=LINE/0,10,50,10定义以L1为标识符的直线L2=LINE/50,0,50,30定义以L2为标识符的直线L3=LINE/40,30,50,30定义以L3为标识符的直线L4=LINE/20,30,20,10定义以L4为标识符的直线C1=CIRCLE/30,30,10定义以C1为标识符，点（30,30）为圆心，半径为10mm的圆COOLNT/FLOOD供给冷却液SPTNDL/ON主轴旋转FROM/SETPT从SETPT定义的点开始切削1.2数控编程技术概况数控编程技术概况INDIRP/（POINT/0,10）定义处指向点（0,10）的方向，给出刀具下一个运动的方向GOTO,L1将刀具沿着垂直于L1的方向移动到与直线L1相切的位置TLRGT,GORGT/L1,PAST,L2刀具运动相切于工件的右侧,刀具沿L1走过L2并与之相切GORGT/L2,PAST,L3刀具沿直线L2右侧走过L3并与之相切GORGT/L3,TO,C1刀具沿直线L3右侧走到并切于圆弧C1GORGT/C1,TANTOL4刀具沿圆弧C1右侧走到并切于直线L4GOFWD/L4,ON,L1刀具沿直线L4右侧走上直线L1GOTO/SETPT是刀具以直线走刀SETPT点SPINDL/OFF主轴停止旋转COOLNT/OFF冷却液关STOP程序完ENDNC装置的阅读机和机床停机FINI通知APT系统，零件程序结束1.2数控编程技术概况数控编程技术概况6、CAD/CAM集成系统数控编程集成系统数控编程是以待加工零件CAD模型为基础的一种集加工工艺规划（processplanning）及数控编程为一体的自动编程方法。

主要特点：

零件的几何形状可在零件设计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何设计模块在图形交互方式下定义、显示和修改，最终得到零件的几何模型。

一般过程包括：

定义或选择刀具，定义刀具相对于零件表面的运动方式，确定切削加工参数，生成走刀轨迹，动态图形仿真显示加工过程，程序验证和后置处理。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1）零件）零件CAD模型的描述模型的描述包括：

表面模型和实体模型。

其中表面模型在数控编程中应用更广泛，表面模型的零件几何造型功能是专门为数控编程服务的，针对性强。

右图所示给予表面模型的数控编程系统原理。

零件几何造型表面模型工艺规划刀具定义刀具轨迹定义加工工艺规范定义APT原程序刀位文件零件NC加工程序程序验证及加工过程动态图形仿真ATP编译程序后置处理生成1.2数控编程技术概况数控编程技术概况实体模型一般不是专为数控编程服务的，为了用于数控编程往往需要对实体模型进行可加工性分析，识别加工特征，并对加工特征进行加工工艺规划，最后进行数控编程，需要在人工交互方式下进行。

加工特征可加工性分析工艺规划刀具定义刀具轨迹定义加工工艺规范定义APT原程序刀位文件零件NC加工程序程序验证及加工过程动态图形仿真ATP编译程序后置处理零件实体模型零件（特征）设计生成提取识别产品设计人员制造工艺师1.2数控编程技术概况数控编程技术概况2）CAD/CAM集成系统数控编程的发展集成系统数控编程的发展经历了以下几个阶段：

APT语言，50年代由美国麻省理工学院（MIT）开发。

APTII，APTIII（增加了立体切削用），60年代，美国MIT组织美国各大飞机公司共同开发。

APT-IV（增加多坐标曲面加工编程），APT-AC（增加切削数据库管理系统），70年代，基APTIII.APT衍生语言，如ADAPT（美国），EXAPT（德国），FAPT（日本）等。

CADAM系统，1972年，美国洛克希德加利福尼亚飞机公司开发。

具有计算机辅助设计、绘图和数控编程一体化功能。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况CATIA系统，1978年，法国达索飞机公司开发并不断发展。

UGII，1983年美国McDonnellDouglasAutomation开发，1991年并入GeneralMotor公司下属的EDS，1998年成为EDS公司的独立子公司，即现在的UnigraphicsSolutions公司。

80年代后，各种不同的CAD/CAM集成数控编程系统如雨后春笋般发展起来，如Euclid，mastercam，surfacam,pro/e等。

90年代中期以后，CAD/CAM集成数控编程系统向集成化，智能化，网路化，并行化和虚拟化方向发展。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况3）CAD/CAM集成数控编程系统的原理集成数控编程系统的原理系统组成系统组成几何造型刀具轨迹生成刀具轨迹编辑刀具轨迹验证后置处理图形显示几何模型内核运行控制用户界面1.2数控编程技术概况数控编程技术概况系统分析系统分析几何模型内核（几何引擎）：

是整个系统的核心。

最常用的主要有：

Parasolid：

UGNX，SolidWorks，SolidEdge，VisiSeriesACIS：

AutoCAD，Cimatron，CADKey，TurboCADGraniteone:

Pro/EShapManager:

AutodeskOpenCASCADE:

Euclid几何造型模块：

常用的几何模型有表面模型、实体模型和加工特征单元模型最常用的几何模型表示方法是边界表示（B-RepBondaryRepresentatino）和构造实体几何（CSG-ConstructiveSolidGeometry）1.2数控编程技术概况数控编程技术概况刀具轨迹生成模块：

根据所选用的刀具及加工方式进行刀位计算，生成数控加工刀具轨迹。

刀具轨迹编辑模块：

根据加工单元的约束条件对刀具轨迹进行裁减、编辑和修改。

刀具轨迹验证模块：

检验刀具轨迹的正确性，检验刀具是否发生干涉和碰撞，检验刀具是否啃切加工表面图形显示模块：

贯穿整个设计与加工编程过程。

用户界面：

提供用户一个良好的操作环境。

运行控制模块：

用来支持用户界面所有的输入方式到各功能模块之间的接口。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况4）CAD/CAM集成数控编程系统的应用集成数控编程系统的应用了解系统的功能框架：

包括造型设计、二维工程绘图、装配、制造等功能模块。

了解系统的数控加工编程能力使用范围：

车、铣、线切割等可编程的坐标数：

点位、二轴、三轴等可编程的对象：

多坐标点位加工编程，轮廓加工编程，型腔加工编程等是否具有刀具轨迹的编辑功能是否具有刀具轨迹验证功能了解系统的文件管理方式：

数控程序，零件模型文件，几何元素的数据文件，刀具文件，机床数据文件等。

1.2数控编程技术概况数控编程技术概况第1讲概述第1讲概述1.1数控加工技术概况数控加工技术概况1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1.4数控加工技术发展现状与趋势数控加工技术发展现状与趋势1、商业、商业CAD/CAM软件简介软件简介1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介其它加工专业软件美国STARRAG的STARRAG程序美国NREC的MAX-5和MAX-AB瑞士LIECHTI的TurboSoft软件斯坦福大学与Norwegian公司合作开发的叶轮制造项目PROFRAK叶轮叶片类零件侧铣加工的CAM软件FLAMINGO1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介2、数控加工编程软件（、数控加工编程软件（CAM软件）市场份额软件）市场份额1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1）CAM软件加工功能市场份额软件加工功能市场份额1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介Cimdata根据税收得到的市场份额统计数据。

如果按使用率，多轴加工的统计数据还会更高。

2）CAM软件编程功能市场份额软件编程功能市场份额1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介Cimdata根据税收得到的市场份额统计数据。

1.4商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介第1讲概述第1讲概述1.1数控加工技术概况数控加工技术概况1.2数控编程技术概况数控编程技术概况1.3商用商用CAD/CAM软件简介软件简介1.4数控加工技术发展现状与趋势数控加工技术发展现状与趋势1.4数控加工技术的发展现状与趋势数控加工技术的发展现状与趋势11、数控加工技术的起源、数控加工技术的起源Parsons公司和公司和M.I.T.伺服机构研究所，伺服机构研究所，1952年开发的世界第一台三轴联动数控铣床年开发的世界第一台三轴联动数控铣床电子管控制系统电子管控制系统1.4数控加工技术的发展现状与趋势数控加工技术的发展现状与趋势法那科开发的第一台数控机床法那科开发的第一台数控机床运行高速化运行高速化运行高速化运行高速化加工高精化加工高精化加工高精化加工高精化功能复合化功能复合化功能复合化功能复合化控制智能化控制智能化控制智能化控制智能化驱动并联化驱动并联化驱动并联化驱动并联化1.4数控加工技术的发展现状与趋势数控加工技术的发展现状与趋势22、数控加工技术的发展趋势、数控加工技术的发展趋势1）运行高速