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数控机床自动编程的方法毕业论文
数控机床自动编程的方法
第一章概述
1.1自动编程的基本原理·····································································4
1.2自动变成的主要特征·····································································4
1.3自动变成的分类············································································5
第二章CAD/CAM集成数据变成系统简介
2.1系统的功能与使用方法································································8
2.2分析加工零件···············································································9
2.3对待加工表面及其约束面进行几何造型······································9
2.4确定工艺步骤并选择合适的刀具·················································9
2.5刀具轨迹生成及刀具轨迹编辑·····················································10
2.6刀具轨迹验证···············································································10
2.7后置处理······················································································10
第三章MasterCAM自动编程软件简介
3.1MasterCAM系统软件简介·····························································10
3.2图形交互自动编程的基本步骤·····················································12
3.3MasterCAM的数据传输·································································23
第四章自动编程的现状和发展
4.1数控语言自动编程·······································································14
4.2自动编程的发展趋向···································································
结束语·····································································································
参考文献································································································
致谢··························································································
第一章概述
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)自动的进行数值计算并编写零件加工程序单,自动的打印输出加工程序但单,并将程序记录到穿孔纸带或其他的数控介质上。
数控机床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,即为自动程序编程。
1.1自动编程的基本原理
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(图1-1)有硬件和软件两部分。
硬件主要有计算机、绘图机、打印机、穿孔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。
自动编程的工作过程如图2-2所示。
1.1.1准备原始数据自动编程系统不会自动地编制出完美的数控程序。
首先,人们必须给计算机输入必要的原始数据,这些是数据描述了被加工零件的所有信息,包括零件的几何形状,尺寸和几何要素之间的相互关系,以及刀具运动轨迹和工艺参数等。
原始数据的表现形式随着自动编程技术的发展越来越多样化,它可以是用数控语言编写的零件源程序,也可以是图形信息,还可以是操作者发出的指令声音等。
这些原始数据是由人工准备的,当然他比直接编制数控程序要简单、方便的多。
1.1.2翻译、输入原始数据一以某种方式输入计算机后,计算机并不能立即识别和处理,必须通过一套预先存放在计算机中的变成系统软件,将它翻译成计算机能够识别和处理的形式,故又称编译软件。
计算机编程系统品种繁多,原始数据的输入方式不同,编程系统也不一样,即使是同一种输入,也有很多种不同的编程系统。
1.1.3数学处理这部分主要是根据已经翻译的原始数据计算出刀具相对工件的运动轨迹。
编译和计算合称为前置处理。
1.1.4后置处理编程系统将前置处理的结果处理结果处理成具体的数控机床所需要的输入信息,即形成零件加工的数控程序。
1.1.5信息的输出将后置处理得到的程序信息输入装置,就能制成控制介质,用于数控机床的输入,也可以利用计算机和数控机床的通讯接口,直接把程序信息输入数控机床,控制数控机床的加工,或边输入、边加工;还可利用打印机打印输出制成程序单。
1.2自动编程的主要特点
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。
1.2.1数学处理能力强对轮廓形状不是有简单的直线、圆弧组成的复杂零件,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,计算则相当繁琐,采用手工程序编制是难以完成的。
例如,对一般二次曲线轮廓形,手工编程必须采用直线或圆弧逼近的方法,算出各节点的坐标值,其中列算式、解方程,虽说能借助计算机计算,但工作量之大是难以想象的。
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二次曲线的描述语句,计算机就能自动计算出加工该曲线的刀具轨迹,快速而准确。
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。
1.2.2能快速、自动生成数控程序对非圆曲面的轮廓加工,手动编程即使解决了节点坐标的计算,也往往因节点过多、程序段很大而使编程工作又慢又容易出错。
自动编程的一大优点之一,就是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,且该数控程序不会出现语法错误。
当然自动生成的速度还取决于计算机硬件的档次,档次越高,速度越快。
1.2.3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,数控程序也是不一样。
但在前置处理过程中,大量的数学处理,轨迹计算却是一致的。
也就是说,前置处理可以通用化,只是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,后置处理相比前置处理工作量要小得多,但灵活多变,适应不同的数控机床。
1.2.4程序自检、纠错能力强复杂零件的数控加工程序往往很长,要一次变成成功,不出一点错误是不现实的。
手工编程时,可能书写笔误,可能算式有问题,也可能程序格式出错,靠人工检查一个个错误是困难的,费时又费力。
采用自动编程,程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误,或刀具与工件干涉,或刀具与机床相撞等。
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,发现问题及时修改,快速又方便。
现在,往往在前置处理阶段,计算出刀具运动轨迹以后立即进行模拟检查,确定无误以后在进入后置处理阶段,计算出刀具运动轨迹以后立即进行动态模拟检查,确定无误以后再进入后置处理,从而编写出正确的数控程序来。
1.2.5便于实现与数控系统的通讯自动编程生成的数控一般制成控制介质输入数控系统,控制数控机床进行加工。
如果数控程序很长,而数控系统的容量有限,不注意一次容纳整个数控程序,必须对数控程序进行分段处理,分批输入比较麻烦。
自动编程系统通讯可以把自动生成的数控程序经通讯接口直接输入数控系统,控制数控机床加工,无需再制备穿孔纸带等控制介质,而且可以做到边输入边加工,不必考虑数控系统内存不够大,免除了将数控程序分段。
自动编程的通讯功能进一步提高编程效率,缩短了生产周期。
自动编程技术优于手工编程,这是不容置疑的。
但是,并不等于说凡是编程必选自动编程。
编程方法的选择必须考虑被加工零件形状的复杂程度、数值计算的难度和工作量的大小、现有设备条件(计算机、编程系统等)以及时间和费用等诸多因素。
一般来说,加工形状简单的零件,如点位加工或直线切削零件,用手工编程所需时间和费用与计算机自动编程所需的时间和费用相差不大,这时采用手工编程比较合适。
1.3自动变成的分类
1952年,美国生产出第一台数控铣床。
1953年,美国麻省理工学院(MIT)私服机构实验室开始研究数控自动编程。
1959年,第一代自动编程系统,即APT系统开始用于生产。
之后短短几十年,自动编程技术飞跃发展,自动编程种类越来越多,极大地促进了数控机床在全球范围内日益广泛的使用。
根据自动编程时原始数据输入方式的不同,自动编程可以分为语言输入、图形输入、语言输入和实物模型输入四种方式。
1.3.1语言数控自动编程语言数控自动编程是指零件加工的几何尺寸、工艺参数、切削用量及辅助要求等原始信息,用数控语言编写成源程序后输入到计算机中,再由计算机通过语言自动编程系统进一步处理后得到零件加工程序单及控制介质。
自动编程技术的研究是从语言编程系统开始的。
其品种多,功能强,适用范围最广,以美国的APT(AutomaticalProgrammedTools)系统最具代表性。
现在使用的APT系统有APT-Ⅱ/APT-Ⅲ、APT-Ⅳ。
其中:
APT-Ⅱ是曲线(平面零件)的自动编程;APT-是3~5坐标立体曲面的自动编程;APT-Ⅳ是自由曲面编程,并可联机和图形输入。
APT系统编程语言的词汇量较多,定义的几合类型也较全面,后置处理程序有近1000个,在各国得到广泛应用。
但APT系统软件庞大,价格昂贵。
因此,各国根据零件加工的特点和用户的需求,参考APT系统的思路,开发出许多具有不同特点的自动编程系统。
如美国的APAPYT,德国的EXAPT1(点位)、EXAPT29(车削)、EXAPT3(铣削),法国的FAPT和HAPT等。
我国在20世纪70年代已研制出SKC、ZCK等用于车削和铣削数控加工的自动编程系统。
近年来又推出了HZAPT、EAPT、SAPT等微机数控自动编程系统。
在语言式数控自动编程中,操作则承担的工作主要就是用数控语言编写零件源程序。
数控语言是有一些基本符号、字母、词汇以及数字组成,并有一定的语法要求,它是自动编程系统的一部分。
所以,不同的自动编程系统,数控语言是各不相同的。
下面就是用APT数控语言编写的图1-3所示零件的源程序。
PARTNOTEMPLATE/*初始语句,说明加工对象是样板
MACHIN/F7M/*后置处理语句,说明数控系统
CLPRNT/*说明需要打印刀位数据清单
INTOL/0.01/*指定用直线段逼近零件
OUTTOL/0.01/*工件轮廓的容许误差
CUTTER/10/*说明选用直径为10mm的平头立铣刀
DEFINITION/*注释语句,说明以下为几何定义语句
PO=POINT/0,-25,0
P1=POINT/150,30,0
P2=POINT/0,0,0
P3=POINT/150,0,0
P4=POINT/45/,110,0
LI=LINE/P2,P3
CI=CIRCLE/CENTER,P1,RADIUS,30
L2=LINE/P4,LEFT,TANTO,C1
L3=LINE/P2,P4
PL1=P2,P3,P4
SPINDL/900,CCW/主轴转述n=900r/min,逆时针旋转
COOLNT/ON/*打开切削液
FROM/PO/*指定起刀点
GO/TO,L1,TO,PL1,TO,L3/*初始运动指令
GORGT/L1,TANTO,C1/*以下说明进给路线
GOFWD/C1,PAST,L2
GOFWD/L2,PAST,L3
GOLEFT/L3,PAST,L1
COOLNT/OFF/*关闭切削液
FEDRAT/500
GOTO/PO/*回起刀点
FINI/*零件源程序结束
使用APT这一典型的数控语言编写零件源程序的方法,现已很少应用了。
编写零件源程序不是一件轻松的工作,大家再赞赏自动编程系统的同时,希望对零件源程序的处理能更方便、简单些,于是产生了会话型自动编程方法。
会话型自动编程系统就是在数控语言自动变成的基础上,增加了“回话”功能。
编程员通过与计算机对话的方式,用会话兴自动编程系统专用的会话命令回答计算机显示屏的提问,输入必要的数据和指令,完成对零件源程序的编辑、修改。
会话型自动编程系统的优点是:
编程员可随时修改零件源程序;随时停止或开始处理过程;随时打印零件加工程序单或某一中间结果;随时给出数控机床的脉冲当量等后置处理参数;可用菜单方式输入零件源程序及操作过程。
日本的FAPT、荷兰的MITURN、美国的NCPTS、我国的SAPT等都是会话型自动编程系统。
表1-1是使用FANUCLIK会话型自动编程系统编写的源程序,需要加工的部分是50mm×60mm的内腔。
加工图1-1所示零件的会话型自动编程
屏幕显示
程序员键入
说明
U:
XLENGTHY
=50.0
内腔边增量长度
V:
YLENGTH
=60.0
内腔边增量宽度
X:
XCO--ORD
=-60.0
内腔棱角尺寸,绝对坐标
Y:
YCO--ORD
=-30.0
R:
RPOINT
=3.0
平面空隙,Z轴
Z:
ZPOINT
=-10.0
内墙深度
W:
CUTTGDEPTH
=5.0
切削速度
E:
FEEDRATET
=50.0
垂直进给率(mm/rain)
T:
TOOLIDNO
=2
刀具编号
Q:
TOOLNAME
=ENDMILL
道具名称
H:
HOFFSETNO
=2
直径偏置名
D:
DOFFSETNO
=12
长度偏置号
M:
COOLANT
=COOLANTM08
切削液类型流动式
S=SPINDLESPEED
=800
主轴转速(r/min)
F:
ROUCHGFEED
=120
铣削进给率(mm/min)
J:
FINISGFEED
=100
(mm/min)精铣进给率
C:
FINISHING
=2.0
精切余量(ram)
K:
CUTDEPTH%
=50.0
切深百分比
1.3.2图形交互自动编程图形交互自动编程是计算机配备了图形终端和必要的软件后进行变成的一种方法。
图形终端由鼠标器、显示器和键盘组成,它既是输入设备,又是输出设备。
利用它能实现人与计算机的“实时对话”,发现错误能及时修改。
编程时,可在终端屏幕上显示出所要加工的零件图形,用户可利用键盘和鼠标器交互确定进给路线和切削用量,计算机便可按预先储存的图形自动编程系统计算刀具轨迹,自动编织出零件的加工程序,并输入程序单和制备控制介质。
凸显交互自动变成方法简化了编程过程,减少了编程差错,缩短了编程时间,降低了变成费用,是一种很有发展前途的自动编程方法。
1.3.3语言提示自动编程语言数控自动编程是利用人的声音作为输入信息,并与计算机和显示器直接对话,使计算机编出加工程序的一种方法。
语言编程系统的构成如图1-5所示。
编程时,编程员只需对着话筒讲出所需的指令即可。
编程前应使系统“熟悉”编程员的“声音”,及首次使用该系统时,编程员必须对着话筒将该系统约定的各种词汇和数字,让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字指令。
用语言自动编程的主要优点是:
便于操作,未经训练的人员也可以使用语言编程系统;可免除打字错误,编程速度快,编程效率高。
1.3.4数字化仪自动编程数字化仪自动编程适用于有模型或实物而无尺寸零件加工的程序编制,因此也称为实物编程。
这种编程方法应具有一台坐标测量机或装有探针,具有相应扫描软件的数控机床,对模型或实物进行扫描。
有计算机将所测数据进行处理,最后控制输出设备,输出零件加工程序单或控制介质,即所谓的探针编程。
自动编程技术的飞速发展不仅体现在品种数量上,还体现在自动编程技术的功能将越来越强。
第三代自动编程技术系统可以自动确定最佳的加工工艺参数,只要给出加工零件的最终加工了尺寸、精度和材料,计算机就能自动地确定加工过程需要的全部信息。
EXAPT语言系统能部分解决工艺过程最优化的问题。
第二章CAD/CAM集成数控编程系统简介
CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)与PDM(产品数据管理)构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。
对于制造行业,设计,制造水平和产平的质量、成本及生产周期息息相关。
人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。
采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。
2.1系统的功能与使用方法
在使用一个CAD/CAM集成数控编程系统进行零件加工编程之前,应对该系统的功能及使用方法有一个比较全面的了解。
2.1.1系统的功能框架对于CAD/CAM集成数控编程系统,首先应了解其总体功能框架,包括造型设计、二维工程绘图、装配、模具设计、制造等功能模块,以及每一个功能模块所包含的内容,特别应关注造型设计中的草图设计、曲面设计、实体造型以及特征造型的功能,因为这些是数控加工编程的基础。
2.1.2系统的数控加工编程能力对于数控加工编程,至于重要的是系统的数控编程能力。
一个系统的数控编程能力主要体现在以下几方面:
1)适用于车削、铣削、线切割(EDM等。
2)可编程的坐标数点位、二坐标、三坐标、四坐标以及五坐标。
3)可编程的对象多坐标点位加工编程、表面区域加工编程(是否具备多曲面区域的加工编程)、轮廓加工编程、曲面交线及过渡区域加工编程、型腔加工编程、曲面通道加工编程等。
4)是否具备刀具轨迹的编辑功能,有哪些编辑手段,如刀具轨迹变换、裁剪、修正、删除、转置、匀化(刀位点加密、浓缩和筛选)、分割及连接等
5)是否具备刀具轨迹验证能力,有哪些验证手段,如刀具轨迹仿真、刀具运动过程仿真、加工过程模拟、截面法验证等。
2.1.3系统的界面和使用方法通过系统提供的手册、例子或教程,熟悉系统的操作界面和风格,掌握系统的使用方法。
2.1.4系统的文件管理方式对于一个零件的数控加工编程方法,最终要得到的是能在制定的数控机床上完成该零件加工的正确数控程序,该程序是以文件形式存在的。
再实际编程时,往往还要构造一些中间文件,如零件模型(或加工单元)文件、工件过程文件(日志文件)、几何元素(曲线、曲面)的数据文件、刀具文件、刀位原文件机床数据文件等。
在使用之前应该熟悉系统对这些文件的管理方式以及它们之间的关系。
2.2分析加工零件
当拿到待加工零件的零件图样或工艺图样(特别是复杂曲面零件和磨具图样)时,首先应对零件图样进行仔细的分析,主要内容如下。
2.2.1分析待加工表面一般来说,在一次加工中,只需对加工零件的部分表面进行加工。
这一步骤的内容是,确定待加工表面及其约束面,并对其几何定义进行分析,必要的时候需要对原始数据进行一定的预处理,要求所有几何元素的定义具有唯一性。
2.2.2确定加工方法根据零件毛坯形状以及待加工表面及其约束面的几何形态,并根据现有机床设备条件,确定零件加工方法及所需机床设备和工件量具。
2.2.3确定编程原点及编程坐标系一般根据零件基准面(或孔)的位置以及待加工表面及其约束面的几何形态,在零件毛皮上选择一个合适的编辑原点及编辑坐标系(也称工件坐标系)。
2.3对待加工表面及其约束面进行性几何造型
这是数控加工编程的第一步。
对于CAD/CAM集成数控编程系统来说,一般可根据几何元素的定义方式,在前面零件分析的基础上,对加工表面及其约束面进行几何造型。
2.4确定工艺步骤并选择合适的刀具
一般来说,可根据加工方法和加工表面及其约束面的几何形态选择合适的刀具类型及刀具尺寸。
但对于某些复杂曲面零件,则需要对加工表面及其约束面的几何形态进行数值计算,根据计算机结果才能确定刀具类型和刀具尺寸。
这是因为对于一些复杂曲面零件的加工,希望所选择的刀具加工效率高,同时又希望所选择的刀具符合加工表面的要求,且不与非加工表面发生干涉和碰撞。
但在某些情况下,加工表面及其约束面的几何形态数据计算很困难,只能根据经验和直觉选择刀具,这时便不能保证所选择的刀具是合适的,在刀具轨迹生成之后,需要进行一定的刀具轨迹验证。
2.5刀具轨迹生成及刀具轨迹编辑
对于CAD/CAM集成数控编程来说,一般可在所定义加工表面及其约束面(或加工单元)上确定其外法向矢量方向,并选择一种走刀方式,根据所选择的刀具(或定义的道具)和加工参数,系统将自动生成所需要的刀具轨迹。
所要求的加工参数包括安全平面、主轴转速、进给速度、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、切削速度、加工余量、进刀/退刀方式等。
当然,对于某一加工方式来说,可能只要求其中的部分加工参数。
一般来说,数控编程系统对所要求的加工参数都有一个缺省值。
刀具轨迹生成以后,如果系统具备刀具轨迹显示及交互轨迹编辑功能,则可以将刀具轨迹显示出来,如果有不太合适的地方,可以在人工交互方式下对刀具轨迹进行适当的编辑与修改。
刀具轨迹计算的结果存放在刀位原文件(.cls)之中。
2.6刀具轨迹验证
如果系统具有轨迹验证功能,可对可能过切、干涉与碰撞的刀位点,采用系统提供的刀具轨迹验证手段进行检验。
值得说明的是,对于非动态图形仿真验证,由于刀具轨迹验证需要大量应用曲面求交算法,计算时间比较长,最好是在批处理方式下进行,检验结果存放在刀具轨迹验证文件之中,供分析和图形显示用。
2.7后置处理
根据所选用的数控系统,调用其机床数据文件,运行数控编程系统提供的后置程序,将刀位原文件转换成数控加工程序。
第三章MasterCAM自动编程与数据传输
MasterCAM是一种图形交互式自动编程系统,它不需要编写零件源程序,只需要把被加工零件的图形信息送给计算机,通过系统软件处理,就能自动生成数控加工程序。
3.1MasterCAM系统软件简介
Mastercam软件是美国CNCSoftware,INC.所研制开发的集计算机辅助设计和制造于一体的软件。
它的CAD模块不仅可以绘制二维和三维零件图形,也能在CAM模块中,对被加工零件直接编制刀具路径和数控加工程序。
它是目前在模具设计和数控加工中使用非常普遍,而且相当成功的软件。
它主要应用于加工中心、数控铣床、数控车床、线切割、雕刻机等数控加工设备。
由于该软件的性能价格比较好,而且学习使用比较方便,因此被许多加工企业所接受。
许多学校也广泛使用此软件作为机械制造及NC程序编制的范例软件。
目前该软件是微机平台上装机量最多、应
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