第第8 8章章 计算机辅助数控编制计算机辅助数控编制 数控编程的基本概念数控编程的基本概念 自动编程语言和数控程序系统自动编程语言和数控程序系统 图形交互式自动编程图形交互式自动编程 数控程序的动态模拟系统数控程序的动态模拟系统第一节第一节 数控编程的基本概念数控编程的基本概念一、数控加工的特点一、数控加工的特点数控加工过程数控加工过程加工精度高加工精度高生产效率高生产效率高自动化程度高自动化程度高工件成本低工件成本低生产准备时间段生产准备时间段有利于实现有利于实现CAD系统、系统、CAPP系统、系统、CAM系统的系统的集成集成二、数控编程的内容和步骤二、数控编程的内容和步骤1 1、工艺方案分析、工艺方案分析 分析零件图样，进行工艺处理，确定工艺过程。2 2、数学处理、数学处理计算刀具中心轨迹，获得刀位文件。3 3、编写零件加工程序、编写零件加工程序按照规定的程序格式和编程指令，逐段写出零件加工程序。4 4、控制介质的制备及输入程序、控制介质的制备及输入程序 穿孔纸带控制介质或直接通信。5 5、程序校核与试切、程序校核与试切1 1、手工编程、手工编程手工编程也称人工编程，即从分析零件图样、制定零件工艺规程、计算刀具运动轨迹坐标值、编写加工程序清单、制备控制介质直至程序校核等都是靠人工来完成的。三、数控程序编制的方法三、数控程序编制的方法2 2、自动编程、自动编程 自动编程也称为计算机辅助零件编程，即数控机床编制工作的大部分或部分是由计算机来完成的。（1）以数控编程语言为基础的自动编程方法）以数控编程语言为基础的自动编程方法编程时，编程人员依据所用数控语言的编程手册以及零件图样，以语言的形式表达出加工的全部内容，然后再把这些内容全部输入计算机中进行处理，制作出可以直接用于数控加工的NC程序。（2）以计算机绘图为基础的交互式自动编程方法）以计算机绘图为基础的交互式自动编程方法 以CAD的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机屏幕上指定被加工的部件，再输入相应的加工工艺参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在屏幕上动态显示刀具的加工轨迹。第二节第二节 自动编程语言和自动编程语言和 数控程序系统数控程序系统一、语言编程的步骤一、语言编程的步骤 自动编程的步骤自动编程的步骤二、二、APT自动编程语言简介自动编程语言简介APT(AutomaticallyProgrammedTools)是50年代中期由美国麻省理工学院研究开发的数控自动编程系统。主要由前置处理程序和后置处理程序两大部分组成。 前置处理程序完成刀具运动中心轨迹的计算，获得刀位数刀位数据据。后置处理程序后置处理程序将刀位数据变成针对某一特定数控机床的加工程序加工程序。APT自动编程语言与算法语言相类似，它是由基基本本符符号号、语语法法和语义语义几部分构成的。 (1)基本符号基本符号数控语言中的基本符号是语言中不能再分的成分，语言中的其它成分均由基本符号组成。常用的基本符号有字母、数字、标点符号、算术运算符号等，其中标点符号用来分隔语句的词汇和其它成分。APT自动编程语言中常用的标点符号和算术符号如下：1)逗号逗号“，”用于分隔语句内的词汇、标识符和数据。例如：C1=CIRCLE/0，0，252)斜斜杠杠“/”用来分隔语句的主部和辅部，或者在计算语句中作除法运算符号。例如：GOFWD/C1，A=B/D3)星号星号“*”乘法运算符号。例如：A=B*C4)双星号双星号“*”或或“”指数运算符号。例如：A=B*2或A=B25)正号正号“+”用来表示算术加法或规定一个数。6)负号负号“-”用来表示算术减法或规定一个数。例如：P2=POINT/+2，-15，-267)单美元符号单美元符号“$”表示语句尚未结束，延续到下一行。例如：L1=LINE/RIGHT，TANTO，C2，RIGHT，$TANTO，C18)双双美美元元符符号号“$”表示语句从该符号之后起至行结束止无指令，一般用作注释。9)冒号冒号“：”用于分隔语句及其标号。10)方方括括号号“ ”用于给出子曲线的起点号和终点号，或用于复合语句及下标变量中。例如：Q1=TABCYL/P1，P2，P3PnGOFWD/C2，PAST，Q110，1211)等等号号“=”用于定义时给定一个名字或者给标识符号赋值用。例如：P1=POINTX，Y，Z12)圆圆括括号号“( )”用于括上算术自变量及几何图形语句中的嵌套定义部分。例如：A=ABS(B)GOFWD/(CIRCLE/2，12，2)13)小数点小数点“”用于分隔数的整数部分和小数部分。(2)词词 汇汇在APT自动编程系统中大约有300个词汇，其中一半用于编程中的控制功能，另一半用于描述零件几何形状、定义刀具轨迹等。例如：POINT(点)、LINE(线)等为描述几何形状的词汇；XLARGE(X大)、YLARGE(Y大)等为表示位置状况的词汇；TANTO(相切)、PERPTO(垂直)为表示几何关系的词汇；TLIFT(刀具在左)、TLON(刀具在上)为描述刀具与工件关系的词汇；GOFWD(向前)、GOBACK(向后)为描述刀具运动方向的词汇；DRILL(钻孔)、BORE(镗孔)为描述工艺类型的词汇，等等。(3)语语 句句语句是数控编程语言中有独立意义的基本单位。它由词汇数值、标识符号等按一定语法规则组成。按语句在程序中的作用来分，大致有4类。1)几何定义语句几何定义语句用来定义点线和面等几何元素并予以赋名。APT语言中能够定义的几何元素有点、线、平面、圆柱、锥体、球、二次曲面等17种，如教材中表5-7所示。几何定义语句的一般格式为标识符标识符=APT几何元素几何元素/参数参数，例如：P1=POINT/2，4，P2=POINT/INTOF，L1，L2其中INTOF表示相交，L1，L2为直线；语句表示由2条直线交点表示的点。L1=LINE/3，2，0，0，-2，0L2=LINE/P，PARLEL，L1其中P为已知的点，PARLEL表示平行，L1为已知的一条直线；语句表示定义一条过已知点且平行于已知直线的直线。C1=CIRCLE/10，60，12.5几何定义语句分为简简单单几几何何定定义义语语句句和带带嵌嵌套套的的几几何何定定义义语语句句。上述各例为简单几何定义语句。在带嵌套的几何定义语句中，允许将一种几何定义语句用括号括起来，作为一个组采用事先处理的方式来表达。例如：L2=LINE/(POINT40，20)，ATANEL，45其中圆括号内为事先定义的点，ATANEL表示直线与x轴正向的夹角，45为角度值。2)刀具运动语句刀具运动语句用来模拟加工过程中刀具运动的轨迹。为了定义刀具在空间的位置和运动，引进了如图所示3个控制面的概念，即零件面(PS)、导向面(DS)和检查面(CS)。零件面是刀具一连串运动过程中刀具切削点运动形成的表面，它是控制切削深度的表面。导向面是引导刀具运动的面，由此确定刀具与零件表面之间的位置关系。检查面是刀具运动终止位置的限定面。描述刀具与零件面关系的词汇如图(a)所示，有TLONPS和TLOFPS，分别表示刀具中心正好位于零件面上和不位于零件面上描述刀具与导向面关系的语句如图(b)所示，有TLLFT(刀具在左)、TLRGT(刀具在右)、TLON(刀具在上)之分；描述刀具与检查面关系的词汇如图(c)所示，有TO(走到)、ON(走上)、PAST(走过)等。描述运动方向的词汇如图所示，它是指当前运动方向相对于上一个已终止的运动方向而言的。例如：GOLFT(向左)、GORGT(向右)、GOFWD(向前)、GOBACK(向后)等。3)工艺数据语句工艺数据语句工艺数据及一些控制功能也是自动编程中必须给定的，例如：SPINDL/n，CLW给出机床主轴转数及旋转方向；CUTTER/d，r给出铣刀直径和刀尖圆弧半径；OUTTOL/INTOL/：给出轮廓加工的外容差和内容差；MATERL/FE给出材料名称及代号等。4)初始语句和终止语句初始语句和终止语句初始语句也称程序名称语句，由“PARTNO”和名称组成。终止语句表示零件程序的终了，用FINI表示。利用APT数控编程语言编写如图所示铣削零件的数控铣削源程序。PARTNO/ADAPTEXAMPLE$PARTGEOMETRYDEFINITIONSC1=CIRCLE/10，60，C2=CIRCLE/40，-20，C4=CIRCLE/0，0，25C3=CIRCLE/TANTO， OUT， C4， OUT， C2， YSMALL，RADIUS，L1=LINE/XSMALL，TANTO，C4，ATANGL，90L2=LINE/-25，10，L3=LINE/RIGHT，TANTO，C2，RIGHT，TANTO，C1$DEFINEDATUMANDMACHININGSPINDL/2000，CLWFROM/0，0，30GODLTA/-50，0，0PSIS/(PLANE/0，0，1，-2)GO/PAST，L2TLLFT，GORGT/L2GOFWD/C1GOFWD/L3GOFWD/C2，TANTO，C3GOFWD/C3，TANTO，C4GOFWD/C4GOFWD/L1，PAST，L2GODLTA/0，0，32GOTO/0，0，30SPINDL/OFFCLPRNTNOPOSTFINI三、数控程序系统三、数控程序系统 数控程序系统由前置处理程序和后置处理程序两大部分组成，前置处理部分包括输入翻译和计算阶段，零件加工源程序输入计算机后，经过输入翻译、数学处理，计算出刀具运动中心轨迹，得到刀位数据文件。后置处理程序将刀位数据和有关的工艺参数、辅助信息处理成具体的数控机床所要求的指令和程序格式，并自动地输出零件加工程序单，由穿孔纸带或计算机将加工指令通过接口直接传送给数控机床。数控程序系统的工作大致可分为三个阶段进行：输入翻译阶段、轨迹计算阶段和后置处理阶段。（1）输入翻译阶段）输入翻译阶段（2）轨迹计算阶段）轨迹计算阶段（3）后置处理阶段）后置处理阶段一、图形交互式自动编程的基本步骤一、图形交互式自动编程的基本步骤 所谓图形交互式自动编程系统就是应用计算机图形交互技术开发出来的数控加工程序自动编程系统，使用者利用计算机键盘、鼠标等输入设备以及屏幕显示设备通过交互操作，建立、编辑零件轮廓的几何模型，选择加工工艺策略，生成刀具运动轨迹，利用屏幕动态模拟显示数控加工过程，最后生成数控加工程序。第三节第三节 图形交互式自动编程图形交互式自动编程几何造型就是利用三维造型CAD软件或CAM软件的三维造型、编辑修改、曲线曲面造型功能把要加工的工件的三维几何模型构造出来，并将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上。与此同时，在计算机内自动形成零件三维几何模型数据库。这些三维几何模型数据是下一步刀具轨迹计算的依据。自动编程过程中，交互式图形编程软件将根据加工要求提取这些数据，进行分析判断和必要的数学处理，形成加工的刀具位置数据。从总体上讲，其编程的基本原理及基本步骤大体上是一致的，归纳起来可分为五大步骤：1 1、几何造型、几何造型 2 2、加工工艺决策、加工工艺决策 选择合理的加工方案以及工艺参数是准确、高效加工工件的前提条件。加工工艺决策内容包括定义毛坯尺寸、边界、刀具尺寸、刀具基准点、进给率、快进路径以及切削加工方式。首先按模型形状及尺寸大小设置毛坯的尺寸形状，然后定义边界和加工区域，选择合适的刀具类型及其参数。CAM系统中有不同的切削加工方式供编程中选择，可为粗加工、半精加工、精加工各个阶段选择相应的切削加工方式。3 3、刀位轨迹的计算及生成、刀位轨迹的计算及生成 图形交互式自动编程的刀位轨迹的生成是面向屏幕上的零件模型交互进行的。首先在刀位轨迹生成菜单中选择所需的菜单项；然后根据屏幕提示，用光标选择相应的图形目标，指定相应的坐标点，输入所需的各种参数；交互式图形编程软件将自动从图形文件中提取编程所需的信息，进行分析判断，计算出节点数据，并将其转换成刀位数据，存人指定的刀位文件中或直接进行后置处理生成数控加工程序，同时在屏幕上显示出刀位轨迹图形。 4 4、后置处理、后置处理 由于各种机床使用的控制系统不同，所用的数控指令文件的代码及格式也有所不同。在进行后置处理前，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，在执行后置处理命令时将自行按设计文件定义的内容，生成所需要的数控指令文件。5 5、程序输出、程序输出 图形交互式自动编程软件在计算机内自动生成刀位轨迹图形文件和数控程序文件，可采用打印机打印数控加工程序单，也可在绘图机上绘制出刀位轨迹图，使机床操作者更加直观地了解加工的走刀过程，还可使用计算机直接驱动的纸带穿孔机制作穿孔纸带，提供给有读带装置的机床控制系统使用，对于有标准通信接口的机床控制系统可以和计算机直接联机，由计算机将加工程序直接送给机床控制系统。第四节第四节 数控加工仿真数控加工仿真目前数控程序检验方法主要有：试切、刀具轨迹仿真、三维动态切削仿真和虚拟加工仿真等方法。试切法是NC程序检验的有效方法。传统的试切是采用塑模、蜡模或木模在专用设备上进行的，通过塑模、蜡模或木模零件尺寸的正确性来判断数控加工程序是否正确。但试切过程不仅占用了加工设备的工作时间，需要操作人员在整个加工周期内进行监控，而且加工中的各种危险同样难以避免。 一、试切法一、试切法 用计算机仿真模拟系统，从软件上实现零件的试切过程，将数控程序的执行过程在计算机屏幕上显示出来，是数控加工程序检验的有效方法。在动态模拟时，刀具可以实时在屏幕上移动，刀具与工件接触之处，工件的形状就会按刀具移动的轨迹发生相应的变化。观察者可在屏幕上看到的是连续的、逼真的加工过程。利用这种视觉检验装置，就可以很容易发现刀具和工件之间的碰撞及其它错误的程序指令1、刀位轨迹仿真法、刀位轨迹仿真法 2、三维动态切削仿真法、三维动态切削仿真法 3、虚拟加工仿真法、虚拟加工仿真法 二、数控加工仿真二、数控加工仿真 作 业1、叙述数控加工编程的基本过程及其主要工作内容。2、什么是图形交互式自动编程？简述其基本工作过程。