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1、第七章 数控加工编程7.1 数控编程方法7.2 数控编程中的刀位计算7.3数控编程中的工艺策略7.4 后置处理及DNC7.1 数控编程方法及其发展 1、手工编程2、数控语言自动编程3、CAD/CAM系统自动编程工艺分析数值计算NC程序编制输入 NC程序首件试切修改零件图手工编程特点：不需辅助工具，效率低、出错率高，难以对复杂零件编程。1、手工编程2、数控语言自动编程输入编译数值处理刀位文件CLDATA后置处理机床加工穿孔纸带磁盘RS232C零件图样 数控语言 零件源程序程序员计算机原理：应用专用数控语言编制零件源程序，经编译生成刀具运动轨迹，和中性刀位文件(CLData File)，经后置处理
2、生成相应机床数控加工程序。特点：比手工编程效率高，解决复杂曲面编程问题。但专用词汇及语句格式繁多，仍存在编程效率与机床加工速度间的矛盾。数控语言的产生与发展 1953年MIT开始研究数控自动编程；1955年公布APT自动编程系统；之后的近40年不断推出新版本，如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等；德国EXAPT、法国IFAPT；日本FAPT；我国在上世纪70年代推出SKC、ZCX车铣编程系统。数控语言APT简介APT数控语言格式：命令/参数 例：GODLTA/20,20,-5 增量走刀数控语言常用语句：初始语句：例：PARNO 几何定义语句：例 POINT、LINE
3、、CIRCLE、PLANE等 刀具定义语句：例 CUTTER 刀具运动语句：例 GOLFT、GORGT、GOFWD等 切削用量语句：例 FEDRAT、SPEED等 容许误差语句：例OUTTOL、INTOL 后置处理语句：例 MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等加工图示零件APT源程序：PARTNO/TEMPLATE；初始语句，TEMPLATE为程序名称 MACHINE/FANUC,6M；后置处理程序的调用 CLPRNT；打印刀具轨迹数据 OUTTOL/0.002；外轮廓逼近容差 INTOL/0.002；内轮廓逼近容差 CUTTER/10；平头立铣刀，直径=10mm L1=LIN
4、E/20,20,20,70；定义直线L1 几何定义 L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1；定义直线L2 L4=LINE/20,20,46,20；定义直线L4 L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4；定义直线L3 C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RADIUS,10；定义圆弧C1 XYPL=PLANE/0,0,1,0；定义平面XYPL SETPT=POINT/-10,-10,10 FROM/SETPT；指定起刀点 运动轨迹定义 FEDRAT/2400；快速进给 GODLTA/20,20,-5；增量走刀 SPIN
5、DL/ON；主轴启动 COOLNT/ON；冷却液开 FEDRAT/100；指定切削速度 GO/TO,L1,TO,XYPL,TO,L4；初始运动指定 TLLFT,GOLFT/L1,PAST L2；沿直线L1左边切削直至超过直线L2 GORGT/L2,TANTO,C1；右转切削L2直至切于圆C1 GOFWD/C1,PAST,L3；沿圆C1切削直至超过L3 GOFWD/L3,PAST,L4；沿直线L3切削直至超过L4 GORGT/L4,PAST,L1；右转切削L4直至超过L1 GODLTA/0,0,10；增量走刀 SPINDL/OFF；主轴停止 FEDRAT/2400；快速进给 GOTO/SETPT
6、；返回起刀点 END；机床停止 FINI；零件源程序结束3、CAD/CAM系统自动编程CAD/CAM系统数控编程原理CAD造型加工工艺分析加工面选择工艺参数确定刀轨文件生成刀位验证编辑修改后置处理加工仿真机床加工加工参数库刀具库材料库手工编程数控语言自动编程CAD/CAM系统自动编程无须软件工具效率低，出错率高需记忆数控代码难以完成复杂型面编程能从事复杂型面编程不需记忆具体数控代码编程量大没有图形支持用户不需编源程序有图形支持便于实现系统集成几种数控编程方法的比较7.2 数控编程中的刀位计算1、非圆曲线刀位点计算2、球头铣刀行距的确定3、平面型腔加工刀位点的计算4、转角过渡处理5、曲面加工中的
7、刀位计算6、刀具干涉检验1、非圆曲线刀位点计算直线段逼近各直线逼近方法比较等间距法 等弦长法 等误差法计算简单，合理间距选取是关键以最小曲率半径处加工精度确定弦长分割线段多，求解最小曲率半径是关键计算过程复杂，分割的程序段少双圆弧段逼近直线元素内切双圆弧外切双圆弧P1,p2,p3,p4P1,p4在p2p3P1,p4在p2p3接近一直线连线同侧连线两侧(-0.05)2、球头铣刀行距的确定平面 曲面残留高度H粗糙度要求Ra 3、平面型腔加工刀位点的计算行切走刀路线a)往返走刀b)单向走刀包含岛屿平面型腔简图型腔加工方法：有行切法和环切法行切法：刀具按平行于某坐标轴方向或一组平行线方向走刀。刀位计算
8、简单，遇到岛屿抬刀越过岛屿，或沿岛屿边界绕过去。刀位计算步骤：型腔轮廓边界定义；确定走刀偏置量；计算内外偏置环；干涉检查，去除无效环，形成新内外边界环；重复循环，新环不断生成、分裂、退化直至消失。环切法:是环绕型腔边界进行切削加工方法。a)外轮廓偏置环自相交 判别自相交后每个新生封闭环，保留顺时针走向封闭环，去除逆时针封闭环。b)外偏置环与内偏置环互交 将收缩偏置环与扩张偏置环合成一个新边界环，扩张环的岛屿将自然消失。c)多个内偏置环互交 将相交的多个内轮廓偏置环合成为一个新的内轮廓封闭环，所包含的岛屿合并为一个大岛屿。偏置环干涉处理方法外偏置环自交：保留顺时针走向环，去除逆时针走向环岛屿偏置
9、环自交：保留逆时针走向环去除顺时针走向环4、转角过渡处理a)圆弧过渡：添加一段附加圆弧B1B2b)尖角过渡：（夹角90)延长两轨迹B1D、DB2构成形成尖角c)方角过度：（夹角90)在两附加轨迹段之间插入过渡直线D1D2，使B1D1=B2D2=BB1d)三角过度：应用较少。5、曲面加工中的刀位计算参数曲面参数域等参数曲线法：刀具沿参数曲面向或向等参数线进行切削加工，计算速度快。任意切片法：刀具沿参数曲面与一组平行平面截交线进行切削加工，这种方法刀位计算消耗时间较长。等高线法：刀具由高到低沿参数曲面与一组水平平面截交线进行切削加工，这种方法刀位计算时间最长。7.3 数控编程中的工艺策略1、粗精加
10、工的工艺选择2、刀具的切入和切出引导3、加工路线的确定及优化刀具的选用 粗加工：是切除绝大部分多余材料，切削用量较大，刀具负荷重，一般选用平底铣刀，刀具的直径尽可能选大。精加工：是保证加工面精度要求，切削用量较小，刀具负荷轻，根据加工表面形状可选择平底刀、球头刀或圆角铣刀。应优先选用平底刀，应尽量选择圆角铣刀，而少用球头刀。在刀具直径选择上：先用大直径刀具完成大部分的曲面加工，再用小直径刀具进行清角或局部加工。1、粗精加工的工艺选择加工路径的选择粗加工：加工路径一般选择单向切削，可保证切削过程 稳定，可避免顺逆铣工作状态的变化。精加工：切削力较小，对顺逆铣反映不敏感，加工路径 可采用双向切削，
11、以减少空行程，提高切削效率。进刀方式的选择 粗加工：主要考虑刀具切削刃强度；精加工：主要考虑被加工表面质量。铣刀端面刃切削能力差，对于型腔加工可采用斜角切入。粗加工一般采用分层切削 2、刀具的切入和切出引导二维圆弧切入/切出引导二维圆弧切入/切出引导应用实例二维垂直切入/切出引导应用实例二维平行切入/切出引导应用实例潜入式水平式法向式切向式三维切削刀具切入切出引导3、加工路线的确定及优化加工路线确定原则：获得良好的加工精度和表面质量走刀路线短空程少数据计算工作量小a)沿直纹母线走刀好b)沿横截面线走刀不好加工路线确定实例a)行切法b)环切法c)综合法计算简单表面质量好两者综合型腔加工路线确定a
12、)水平走刀b)沿最长路径角度走刀好不好走刀角度的选择孔加工相邻距离最近优化法孔加工例图 通常加工序列 优化加工序列可节省近一半定位时间孔加工配对优化法使用不同刀具时的优化不好好7.4 后置处理及DNC后置处理：刀位计算后，CAM系统将生成一个刀位文件,该文件不能直接送给数控机床使用，尚需其转换为机床控制代码。10TOOL PATH/P2,TOOL,T220TLDATA/MILL,0.3750,0.0000,1.0000,0.0000,0.000030MSYS/0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000 0.0000000,0.0000000,0.000000
13、0,1.0000000,0.000000040PAINT/PATH50PAINT/SPEED,560PAINT/TOOL,FULL,170PAINT/COLOR,180RAPID90GOTO/-0.2875,3.2861,0.5000100PAINT/COLOR,3110FEDRAT/IPM,10.0000120GOTO/0.0000,3.2861,0.5000130GOTO/6.0000,3.2861,0.5000140PAINT/COLOR,1150RAPID160GOTO/6.0000,3.3361,0.5500170PAINT/SPEED,10180PAINT/TOOL,NOMORE1
14、90END-OF-PATH 典型的刀位文件CLS专用后置处理模块工作原理刀位文件CLSFanuc后置处理模块Fagor后置处理模块Siemens后置处理模块Fanuc系统NC代码Fagor系统NC代码Siemens系统NC代码通用后置处理模块工作原理（如UG）机床数据文件生成器MDFG通用后置处理模块机床NC代码刀位文件CLS机床数据文件MDFDNC含义：a)BTR(Behind Taper Reader)b)MCU（Machine Control Unit）目前DNC两种不同注释：DNC：Direct Numeric ControlDNC：Distributed Numerical Cont
15、rolDNC通信接口：25针RS232C串行接口 DNC通信协议：字符位数：EIA标准 7位，ISO标准 8位 奇偶校验位：奇数位校验（Odd)偶数位校验（Even)停止位：1位或位 传输速率：1200,2400,4800,9600,19200 第八章 CAD/CAM集成技术8.1 CAD/CAM集成系统总体结构8.2 产品定义数据模型8.3 产品数据交换标准8.4 基于PDM平台的CAD/CAM集成技术8.5 网络化制造技术8.1 CAD/CAM 集成系统总体结构与关键技术1、CAD/CAM集成系统总体结构2、CAD/CAM信息集成方式3、CAD/CAM集成的关键技术1、CAD/CAM集成系
16、统总体结构2、CAD/CAM信息集成方式 1)专用格式文件方式 2)中性数据文件集成方式 3)工程数据库集成方法1)专用格式文件方式:特点：集 成 原 理 简 单，接 口 程 序 易 于 实 现，运 行 效 率 高，但 需 要 设 计 较 多的专用格式转换接口，适于小范围、结构简单的CAD/CAM 系统的信息集成。通过专用格式数据文件的集成方法2)中性数据文件集成方式：特点：数 据 转 换 接 口 数少，便 于 应 用 系 统 的 开 发 和 使 用，是 目 前CAD/CAM 集成系统应用较多的有效方法之一。通过标准格式数据文件的集成方式3)工程数据库集成方法特点：各 子 系 统 通 过 用
17、户 接 口 直 接 存 取 或 操 作 数 据 库，大 大 提 高 了 集 成 系统的运行速度，提高了系统集成化程度。利用工程数据库的集成方法3、CAD/CAM集成的关键技术8.2产品定义数据模型1、零件信息模型基于特征的零件信息模型的总体结构零件层：主要反映零件的总体信息；特征层：包含零件各类特征信息及其相互间关系；几何层：记录了零件的点、线、面等几何信息和拓扑信息。基于特征的零件信息模型实例轴的零件图基于特征的零件信息模型数据结构基于特征的零件信息模型数据结构2、产品信息模型零 件 信 息 模 型：仅 限 于 单 个 零 件 的 几 何 信 息 和 工 艺 信 息，而 不 能 反 映 整
18、个 产 品 的 结 构 组 成、各 零（部）件 之 间 的 装 配关系、相互间的约束、以及产品的装配工艺信息等。产 品 信 息 模 型：指 产 品 从 毛 坯 到 成 品 的 整 个 设 计 和 制 造 过程 所 需 要 的 信 息 总 和，是 由 产 品 结 构 信 息 模 型 和 产 品 工 艺 信息模型组合而成的复合模型。产品结构树产品结构信息：工程图形信息 装配图对应的是产品、部件、组件，零件图对应的是零件；基 本 属 性 信 息 包 括 产 品、部 件、组 件 及 零 件 的 图 号、名 称、规 格、来 源（自 制 件、标 准 件、外 协 件、外 购 件 等）、重 量、数量、计量单位
19、等；装 配 信 息 用 以 描 述 产 品 与 部 件、部 件 与 组 件、组 件 与 零 件之间的装配结构关系。产品零部件的自动编码产品结构数字码编码规则 产品结构的可视化处理产品工艺信息模型 8.3产品数据交换标准一、产品数据交换标准的发展1981年美国发布初始化图形交换标准IGES；1982年美国麦道公司制定并实施产品定义数据接口标准PDDI；1984年美国国家标准技术局（NIST）制定产品数据交换规范PDES；1984年法国宇航局制定数据交换规范SET；1989年欧共体发布CADInterface标准CAD*I；ISO在PDES基础上开发产品模型数据交换标准STEP，受到广泛的重视，目
20、前仍在发展完善之中。IGES数据交换原理:通过IGES中性数据文件进行图形数据的交换，系统应备有前置处理和后置处理模块。IGES标准存在的不足：仅对图形信息进行交换，无法描述工艺信息以及产品模型其它信息；数据格式过于复杂，可读型差；标准定义不严密，时有数据丢失现象。三、STEP 标准STEP是什么：STEP(STandard for the Exchange of Product Model Data)是一种产品模型数据交换标准。该标准规定了产品设计、制造以至产品全生命周期所需的有关产品形状、模型、材料、加工方法、装配顺序等信息的定义，对数据交换形式进行了描述。STEP由一系列独立的标准文件组
21、成，可独立地进行开发和发布。众多软件公司是STEP标准的制定单位，CAD/CAM软件系统均己把STEP列为数据交换接口，并利用STEP最新成果不断改进完善自身系统。STEP 的构成：由五大部分7个系列文件组成。1）标准描述语言（1,10）专用描述语言EXPRESS，该语言参考了多种语言 的功能，有强大的信息模型描述能力。2）集成资源(40,100）是STEP的核心，采用Express语言描述。通用集成资源：独立于具体产品信息；应用集成资源：描述某应用领域数据，并依赖于通用集成资源支持。3）应用协议（200）用以说明各个应用领域的产品数据模型文本，以满足各类不同工业应用的需求。4）实现形式（20
22、）规定具体的方法或格式实现产品信息的交换，分为4级。第一级中型文件交换；第二级工作格式交换，即产品数据结构在内存中的表现形式；第三级数据库交换，满足数据共享的需要；第四级知识库交换，为满足未来发展需要的一种交换形式。5）一致性测试（30）即测试其数据交换是否符合原来意图。通用集成资源及其引用应用集成资源及其引用STEP的应用产品开发部门的需求，包括设计部门内的并行作业、集成化产品开发；计算机辅助应用系统供应商的需求，包括接口的标准化和产品概念模型的标准化。8.4基于PDM平台的CAD/CAM集成技术PDM系统：是建立在关系型数据库管理系统基础上的面向对象的产品数据 管理应用系统，是一项管理所有
23、与产品相关的信息和过程的技术。PDM是理想的CAD/CAM集成平台和工具：可以集成或封装多种开发环境和工具，按不同的用途和目的分门别类地进行信息集成和管理，实现真正意义上的CAD/CAPP/CAM无缝集成。l电子资料室管理和检索 PDM最基本的功能，PDM核心。l产品配置管理 以电子资料室为底层支持，以物料清单BOM为组织核心，把产品所有工程数据和文档联系起来，对产品相互关系管理。l工作流程管理 实现产品设计与修改过程的跟踪与控制，包括工程数据资料的提交、修改控制、监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。l项目管理功能 实现项目实施过程中的计划、人员以及相关数据的管理与配置，进行项目运行状态
24、监控，完成计划反馈。PDM功能基于PDM平台CAD/CAM系统集成模式 应用封装 包括应用工具以及由其产生文件的封装，例如：在PDM系统中可启动封装后二维CAD系统，进行图形修改。特点：集成简单方便，易于实现，只能满足文件整体的应用集成。接口交换 是将共享的数据模型抽取出来，将其定义到PDM整体模型中去，例如：三维CAD系统与PDM建立交换后，其产品结构树将保持一致。特点：难度大大高于应用封装，要了解两者组织结构。紧密集成 允许两者互相调用有关服务，执行相关的操作，实现真正的一体化，要求建立互动的共享信息模型，一方创建或修改时，另一方面能跟之随动。特点：难度最大，取决于双方的开放性，如EDS公
25、司的UGII和IMAN集成。基于PDM平台的CAD/CAM集成系统体系结构PDM与CAD/CAPP/CAM集成信息流 8.5网络化制造技术1、网络制造的内涵和功能结构网络化制造：制造性企业利用Internet进行产品的协同设计及制造过程。网络化制造技术：是将网络技术与制造技术相结合的所有相关技术的 总称，涉及制造型企业各种生产经营活动。网络化制造功能目的：分享核心竟争优势；缩短产品投放市场所需时间；协同产品开发和合作；增加市场占有份额，快速进入市场。网络制造功能结构2、网络制造中的共享信息1）制造资源信息 包括企业概况信息和企业制造能力信息，如企业产 品、企业设备、工艺能力等。2）产品设计与制
26、造信息 包括产品设计与制造的各种软硬件资源和经 验，如实体建模、有限无分析、应力分析、快速原型制造、虚 拟现实、加工和制造仿真等。3）管理信息 包括办公自动化、物流管理、经营管理、生产管理、销 售管理、人事管理、成本管理和财务管理等。4）质量信息 产品质量指标、质量计划、保证体系、检验手段装备。5）业务信息 产品订单、产品样本、技术参数等。网络制造的信息共享结构框架数据共享应用软件系统环境网络环境3、网络制造的关键技术1）网络设计的关键技术网络设计描述语言 建立适合网络传输的建模语言，提高可视化速度和交互式访问可用性是必不可少的。网络设计数据获取与在线决策支持 在线决策支持可加强对专业化知识的
27、纵向整合，提高产品设计中专业化知识的可用度。基于WEB的高效可视化 可视化与知识系统的信息交换成为产品设计系统的核心，建立基于网络3D数据可视化的知识驱动机制，实现基于知识的可视化设计是未来网络设计研究的一个重点。在线协同设计模型 在网络设计语言基础上，构建网络设计的协同化整体框架,实现设计参与性、知识构造与知识利用的协同化。设计流程重组 包括设计环节的重组和增删面向网络的设计环节，建立新的网络化设计流程模型，与生产、流通进行无缝连接。3）网络信息共享的关键技术硬件网关 网关功能是捕捉MAP和TCP/IP网卡以及现场总线的连接，实现TCPIP与MAP、现场总线的信息共享，为此需要开发专用的软件，以建立一条透明可靠的传输通道。CGI技术 由于CGI（通用网关接口）自身存在的不易开发、纠错、变更成本高等缺陷，因而CGI只能进行一些简单的数据事务处理。JAVA技术 用JAVA语言编写客户方程序，完成报文的转换。ISAPI ISAPI（应用程序接口）是微软提供的一套面向Internet服务的 API接口，它能实现CGI提供的全部功能。ADO技术 ADO（Active Data Object）是在OLEDB标准的基础上定义的一种面向对象、与语言无关的数据库应用编程接口，特别适合于非关系型数据库或WEB环境下数据库的访问。