1、第1章 自動編程基礎(chǔ),隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工消費品生產(chǎn)的高速增長，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機械加工的重要基礎(chǔ)與技術(shù)。數(shù)控加工的應(yīng)用可提高生產(chǎn)率、穩(wěn)定加工質(zhì)量、縮短加工周期、增加生產(chǎn)柔性、實現(xiàn)對各種復(fù)雜精密零件的自動化加工，如圖1.1所示的車銑中心。易于在工廠或車間實行計算機管理，還使車間設(shè)備總數(shù)減少、節(jié)省人力、改善勞動條件，有利于加快產(chǎn)品的開發(fā)和更新?lián)Q代，提高企業(yè)對市場的適應(yīng)能力并提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益。,1.1 CAD/ CAE/CAM軟件應(yīng)用,CAD/ CAE/CAM（計算機輔助設(shè)計、分析及制造）構(gòu)成了一個現(xiàn)代制造業(yè)計算機應(yīng)用的主要部分。對于機械制造行

2、業(yè)，設(shè)計、制造水平和產(chǎn)品的質(zhì)量、成本息息相關(guān)。人工設(shè)計、單件生產(chǎn)這種傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式已無法適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求。采用CAD/ CAE/CAM的技術(shù)已成為整個制造行業(yè)當前和將來技術(shù)發(fā)展的重點。,1.1.1 CAD/CAE/CAM特點,對于產(chǎn)品從設(shè)計、驗證、制造整個過程的CAD/ CAE/CAM 軟件解決方案的大型軟件，一般具備以下技術(shù)特點： 1集成化:一個完全集成的CAD/CAE/CAM軟件，能對產(chǎn)品進行計算機輔助設(shè)計、計算機輔助分析和計算機輔助制造整個開發(fā)過程，如圖1.2所示。 2相關(guān)性:通過主模型的相關(guān)性能快速地完成產(chǎn)品分析、裝配、二維工程圖、加工等。同時主模型的更改能反應(yīng)到子檔，子檔的更

3、改也會對主模型進行更新，如圖1.3所示。 3并行協(xié)作:通過使用主模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品可視化運用Internet遠程連接各企業(yè)計算機，使在不同企業(yè)、不同地方的工程師參與產(chǎn)品的開發(fā)。,1.1.2 CAD/CAE /CAM軟件分類,CAD/CAE/CAM技術(shù)伴隨計算機的發(fā)展歷史，先后走過大型機、小型機、工作站、微型計算機，現(xiàn)在主要以微型計算機平臺CAD/CAE/CAM軟件為主，企業(yè)可以根據(jù)自身的條件采購適合的CAD/CAE/CAM軟件?，F(xiàn)在主要流行的軟件有以下幾大類型。 1大型軟件:大型CAD/CAE/CAM軟件有Unigraphics、Pro/Engineer、CATIA等。這類軟件的特點是高

4、效的參數(shù)化設(shè)計、變量化設(shè)計及特征造型技術(shù)與傳統(tǒng)的實體和曲面造型功能結(jié)合在一起，加工類型完備，計算準確，實用性強，是航空、汽車、造船行業(yè)的首選軟件。 2中型軟件:CIMATRON是中型CAD/CAM軟件的代表。這類軟件實用性強，提供了比較靈活的用戶界面、優(yōu)良的三維造型、工程繪圖、全面的數(shù)控加工、各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。 3 獨立軟件:相對獨立的CAD、CAM系統(tǒng)有Autocad、Mastercam、Surfcam等。這類軟件功能單一，針對性強。比如Mastercam主要通過中性文件（stp、igs）從其他CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。系統(tǒng)主要有交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡

5、生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。,1.2 數(shù)控編制基礎(chǔ),數(shù)控機床（NC）是一種高效的自動化數(shù)字加工設(shè)備，它嚴格按照加工程序，自動地對被加工工件進行加工。數(shù)控系統(tǒng)外部輸入的直接用于加工的程序稱（手工輸入、網(wǎng)絡(luò)傳輸、DNC傳輸）為數(shù)控程序。執(zhí)行數(shù)控程序?qū)?yīng)的是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)軟件，數(shù)控系統(tǒng)是用于數(shù)控機床工作的核心部分。 數(shù)控系統(tǒng)的種類繁多，使用的數(shù)控程序語言規(guī)則和格式也不一定相同，學習時以ISO國際標準為主的數(shù)控編制方法。當針對某一類型的數(shù)控機床編制加工程序時，應(yīng)該嚴格按機床編程手冊中的規(guī)定。,1.2.1 數(shù)控程序編制的概念,在編制數(shù)控加工程序前，應(yīng)首先了解：

6、數(shù)控程序編制的主要工作內(nèi)容，程序編制的工作步驟，每一步應(yīng)遵循的工作原則等，最終才能獲得滿足要求的數(shù)控程序，如下列所示的程序樣本： % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X.0733 Y.0484 S500 M03 N0050 G43 Z1.2992 H00 N0060 Z1.0236 N0070 G1 X.0569 Y.0695 Z1.0164 F150 M08 N0080 X.0317 Y.084 Z1.0087 N0090 X-.0073 Y.0895 Z.9981 . %,1.2.2 數(shù)

7、控編制步驟,數(shù)控編制是數(shù)控加工的一項重要工作，是機床開動的前提。合格的數(shù)控程序不僅要保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機床得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機床能安全、可靠、高效的工作。 數(shù)控編程是指從零件圖紙到得到數(shù)控加工程序的全部工作過程，如圖1.4所示。編程工作主要包括以下幾大類型。,1.2.3 數(shù)控程序編制的方法,數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種：手工編程和自動編程。 1手工編程:手工編程指由人工來完成數(shù)控編程中各個階段的工作，如圖1.5所示。一般對幾何形狀不太復(fù)雜的零件（平面輪廓類型），所需的加工程序短，計算比較簡單，用手工編程比較合適。 手工編程的特點：耗費時間較長

8、，容易出現(xiàn)錯誤，無法勝任復(fù)雜形狀零件的編程。 2計算機自動編程:自動編程是指在編程過程中，除了分析圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成。手工編程的極限為2.5軸加工，而采用自動編程可以達到35軸聯(lián)動加工。完全能勝任雜形狀零件的編程，比如螺旋槳、機翼的加工。,1.2.4 程序格式,程序段是可作為一個單位來處理的、連續(xù)的字組，是數(shù)控加工程序中的一條語句。一個數(shù)控加工程序是若干個程序段組成的。 1程序段格式 程序段格式是指程序段中的字、字符和數(shù)據(jù)的安排形式?，F(xiàn)在一般使用字地址可變程序段格式，每個字長不固定，各個程序段中的長度和功能字的個數(shù)都是可變的。地址可變程序段格式中，在上一

9、程序段中寫明的、本程序段里又不變化的那些字仍然有效，可以不再重寫。這種功能字稱之為續(xù)效字。 2加工程序的一般格式 （1）程序開始符、結(jié)束符 （2）程序名 （3）程序主體 （4）程序結(jié)束指令,1.3 機床的坐標系,規(guī)定數(shù)控機床的坐標系及運動方向，是為了準確地描述機床的運動，簡化程序編制的方法及保證紀錄數(shù)據(jù)的互換性。控機床的坐標系和運動方向均已標準化，ISO和我國機械工業(yè)部都擬定了命名的標準，對機床坐標系和運動方向作了明文規(guī)定。,1.3.1 機床坐標系的確定,由于數(shù)控機床的種類繁多，機床坐標系的統(tǒng)一性有利用編程的方便。機床坐標系的確定主要包含：坐標系和運動方向的命名原則，機床坐標系的規(guī)定和運動方向

10、。 1坐標系和運動方向的命名原則:由于數(shù)控機床的種類繁多，為了編程的方便。不管是在任何數(shù)控機床上，都始終認為工件是靜止的，而刀具是運動的。因此編程人員不需要考慮機床工件與刀具具體運動的情況，就可以依據(jù)零件圖樣，確定數(shù)控機床的加工過程。 2機床坐標系的規(guī)定:數(shù)控機床上運動的位移和運動的方向需要通過坐標系來實現(xiàn)，這個坐標系被稱作為機床坐標系。在數(shù)控機床工作時，機床各軸的運動是由數(shù)控裝置來控制的，機床坐標系就確定了機床的成形運動和輔助運動，比如數(shù)控銑床上有的3個軸的運動：縱向運動、橫向運動以及垂向運動 。 3運動方向 以右手笛卡爾直角坐標為基礎(chǔ)，遠離某個刀具與工件距離的方向即為該坐標軸的正方向，如圖

11、1.8所示為數(shù)控車床上兩個運動的正方向。,1.3.2 機床原點的設(shè)置,機床原點是指在機床上設(shè)置的一個固定點，即機床坐標系的原點。它在機床生產(chǎn)企業(yè)裝配、調(diào)試時就已確定下來，是數(shù)控機床進行加工運動的基準參考點。 1數(shù)控車床的原點 在數(shù)控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處。同時，通過設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機床原點設(shè)定在X、Z坐標的正方向極限位置上。 2數(shù)控銑床的原點 在數(shù)控銑床上，機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上。,1.3.3 機床參考點,機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標

12、值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數(shù)。 通常在數(shù)控銑床上機床原點和機床參考點是重合的；而在數(shù)控車床上機床參考點是離機床原點最遠的極限點。圖1.9所示為數(shù)控車床的參考點與機床原點。 數(shù)控機床開機時，必須先返回機床原點，而確定機床原點的運動就是刀架返回參考點的操作，這樣通過確認參考點，就確定了機床原點。只有機床參考點被確認后，刀具（或工作臺）移動才有基準。,1.3.4 編程坐標系,編程坐標系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。 編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置，如圖1.10所示，其中O1即為編程坐標系原點。,1.3.

13、5 工件坐標系,工件坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。工件坐標也稱為程序原點，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點在機床坐標系中的位置。 在加工過程中，數(shù)控機床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點位置和程序要求進行加工的。編程人員在編制程序時，只要根據(jù)零件圖樣就可以選定編程原點、建立編程坐標系、計算坐標數(shù)值，而不必考慮工件毛坯裝夾的實際位置。,1.4 刀具的補償,刀具的補償包括長度補償、半徑補償。尤其是刀具半徑尺寸影響最大，在零件輪廓銑削加工時，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補償功能，如圖1.11所

14、示。,1.4.1 長度補償,在實際加工當中刀具的長度不統(tǒng)一、刀具磨損、更換刀具等原因引起刀具長度尺寸變化時，編程人員不必考慮刀具的實際長度及對程序的影響?？梢酝ㄟ^使用刀具長度補償指令來解決問題，在程序中使用補償，并在數(shù)控機床上用MDI方式輸入刀具的補償量，就可以正確的加工。當?shù)毒吣p也只要修正刀具的長度補償量，而不必調(diào)整程序或刀具的加持長度，如圖1.12所示。 G43：刀具長度正補償，將Z坐標值與長度補償?shù)牧肯嗉印?G44：刀具長度負補償，將Z坐標值與長度補償?shù)牧肯鄿p。 G49：撤消補償。 刀具的長度補償格式為： G01 G43（或G44 ）H （建立補償） （切削加工） G49 （補償撤消）

15、,1.4.2 半徑補償,在零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響（車刀受刀尖半徑的影響），刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補償功能。 1刀補指令:G40：取消刀尖半徑補償； G41：左刀補(在刀具前進方向左側(cè)補償)，如圖1.13所示。 G42：右刀補(在刀具前進方向右側(cè)補償)，如圖1.13所示。 G40、G41、G42 都是模態(tài)代碼，可相互注銷。 2補償格式 從G40 方式變?yōu)镚41或G42方式的第一個程序段，稱為起始補償程序段。 G40 X0. Y15. ； G41 X10 ；（起始補償程序段） ； 在起始

16、補償段刀具進行偏置移動。該段后的第一個程序段中，刀具在程序段的起始處刀尖中心線的運動軌跡垂直。 3 取消補償 從G41 或G42方式中，變到G40 的程序段稱為取消偏置程序段。 G41 X0. Y15 ； ； G40 ；（補償取消程序段） 取消補償程序段的前一個程序段的終點，刀尖R中心垂直于編程軌跡。在G40的程序段中，刀具移向終點。,1.5 數(shù)控加工工藝設(shè)計,數(shù)控機床的加工工藝與通用機床的加工工藝有許多相同之處，但在數(shù)控機床上加工的零件要比通用機床加工零件的工藝規(guī)程要復(fù)雜。在數(shù)控加工前，要將機床的運動過程、零件的工藝過程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序。 在進行數(shù)控加工工藝設(shè)計時

17、，一般應(yīng)進行以下幾方面的工作：數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇、數(shù)控加工工藝性分析和數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計。,1.5.1 數(shù)控加工內(nèi)容的選擇,對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上完成，只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些適合進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。 在選擇時，一般可按下列順序考慮： 普通機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。 普通機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容。 普通機床加工效率低、勞動強度大的內(nèi)容。,1.5.2 數(shù)控加工工藝性分析,數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣，零件種類不同則工藝不同，結(jié)合編程的可能性和方便性以下提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。 尺寸標注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點。 幾何要素的條件應(yīng)完整、準確。 定位基準可靠。 統(tǒng)一幾何類型及尺寸。,1.5.3 數(shù)控加工路線的設(shè)計,理想的