機電一體化畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)控自動編程的應(yīng)用

1、 鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 數(shù)控自動編程的應(yīng)用 姓 名 系 別 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化 年 級 機電一體化（四）班 指導(dǎo)教師 2011年 5 月 28 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表學(xué) 生姓 名學(xué)生所在系機電工程系專業(yè)班級機電一體化（四）班畢業(yè)論文（設(shè)計）課題名稱數(shù)控自動編程的應(yīng)用指導(dǎo)教師評語（應(yīng)包括選題是否恰當(dāng)、是否理論聯(lián)系實際、論點是否正確、論證是否充分、語言是否通順、結(jié)構(gòu)是否合理、行文是否規(guī)范）：成 績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系學(xué)術(shù)委員會意見（同意給優(yōu)、良、及格、不及格等次）簽名： 年 月 日 目錄內(nèi)容摘要1引言2第一章 數(shù)控自動編程及其分類31.1數(shù)控語言

2、編程41.2會話式自動編程41.3實物模型式自動編程51.4圖形交互式自動編程5第二章 自動編程的特點6第三章 自動編程系統(tǒng)及其工作原理7第四章 pro /engi neer cad /cam系統(tǒng)及其應(yīng)用8參考文獻10致謝11內(nèi)容摘要數(shù)控自動編程是利用計算機和相應(yīng)的編程軟件編制數(shù)控加工程序的過程,以及數(shù)控自動編程的廣泛應(yīng)用關(guān)鍵詞：數(shù)控自動編程分類、特點、工作原理及應(yīng)用 cad/cam pro/e引言 前言：數(shù)控編程是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參量、機床的運動和刃具位移等內(nèi)容,按照數(shù)字控制機床的編程格局和能辨認的語言記錄在程序單上的全過程。程序編制的方法首要有手工編程和auto編程兩類。近

3、年來數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展患上十分迅速,數(shù)字控制機床出格是數(shù)控車床的普及率越來越高,可是,數(shù)控車床在加工過程當(dāng)中遇到大概輪廓較龐大的零件時,用人工編著數(shù)控程序要花費大量的時間,且易墮落。接納cad/cam集成技術(shù)使成為事實數(shù)控加工程序的圖形化auto編程是現(xiàn)今的主流。目前外洋有許多高檔的cad軟件,如pro/e、ug、ideas、masterca加工效率明顯增強。第一章 數(shù)控自動編程及其分類由非直線輪廓、 非圓弧輪廓構(gòu)成具有復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)機械零件的應(yīng)用越來越廣泛。這類零件的數(shù)控編程主要有數(shù)控宏指令編程和數(shù)控自動編程。與手工編程和數(shù)控宏指令編程相比 ,數(shù)控自動編程方法具有速度快 ,精度高、 直觀性好、

4、使用方便和便于檢查等優(yōu)點。自動編程使得一些計算繁瑣、 手工編程困難或無法編出的程序能夠順利完成 ,解決了手工編程難以完成的復(fù)雜曲面的編程問題 ,大大地促進了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。數(shù)控自動編程 (通常簡稱為自動編程 )也稱為計算機輔助編程 ,指的是數(shù)控程序的編制工作大部分或全部由計算機完成。如刀位點坐標值計算、 編寫零件加工程序單等 ,有時甚至能幫助進行工藝處理。自動編程過程所需的計算機及其外設(shè)等硬件與系統(tǒng)軟件構(gòu)成了計算機零件程序編制系統(tǒng)或自動編程系統(tǒng) ,簡稱編程系統(tǒng)。自數(shù)控機床問世以來 ,一些進的工業(yè)國家都在大力開展自動編程技術(shù)研究與應(yīng)用 ,自動編程系統(tǒng)發(fā)展到今天,己經(jīng)出現(xiàn)了品種繁多 ,功能各異的編

5、程系統(tǒng) ,主要有:數(shù)控語言編程、 會話式自動編程、 實物模型式自動編程和圖形交互式自動編程等。1.1數(shù)控語言編程數(shù)控語言編程是發(fā)展最早的自動編程方法 ,它是一種在數(shù)控語言和編譯程序支撐下 ,以自動編程語言為基礎(chǔ)的自動編程方法。這種編程方法采用詞匯式語言描述工件、 刀具的幾何形狀、 幾何元素之間相互關(guān)系、 進給路線和工藝參數(shù) ,編程人員根據(jù)零件圖樣要求用這種自動編程語言 (數(shù)控語言 )編寫零件的源程序 ,相應(yīng)的編譯程序?qū)υ闯绦蜃詣拥倪M行編譯、 計算、 處理 ,產(chǎn)生刀位文件 (cldata file) ,最后通過后置處理得出加工程序。數(shù)控語言編程中最具代表性的是 apt (aut o2matica

6、lly pr ogrammed too1 s)數(shù)控編程語言系統(tǒng) ,它也是世界上發(fā)展最早的自動編程語言。該系統(tǒng)可分成由 apt語言編寫的零件源程序、 通用計算機以及編譯程序 (系統(tǒng)軟件 )三部分組成 。通過 apt自動編程系統(tǒng)這種方法編制出的是數(shù)控加工的源程序 ,還不能直接用于數(shù)控加工 ,必須經(jīng)過編譯才能產(chǎn)生實用的數(shù)控加工程序。編譯程序的作用是使計算機具有處理零件源程序和自動輸出具體機床加工程序的能力,主要完成零件源程序翻譯、 數(shù)值計算生成刀位文件、 后置處理形成加工程序等任務(wù)。數(shù)控語言編程系統(tǒng)不能表示復(fù)雜的幾何形體 ,沒有直觀圖形顯示 ,也不能驗證零件形狀和刀位軌跡的正確性。預(yù)編程的工作量比較

7、大 ,這種編程方法已逐漸被其它編程方法所取代。1.2會話式自動編程會話式自動編程是在數(shù)控語言自動編程的基礎(chǔ)上 ,增加了“ 會話 ” 功能 ,利用人的聲音作為輸入信息 ,編程員通過與計算機和顯示器直接對話的方式 ,輸入必要的數(shù)據(jù)和指令 ,指令計算機編制、修改數(shù)控加工程序。首次使用會話式編程系統(tǒng)編程時 ,編程員必須對著話筒講該系統(tǒng)約定的各種詞匯和數(shù)字 ,讓系統(tǒng)記錄下來并轉(zhuǎn)換成計算機可以接受的數(shù)字命令使系統(tǒng)“ 熟悉 ” 編程員的“ 聲音 ” 。在隨后的使用中只需對著話筒講出所需指令 ,就可隨時對編程系統(tǒng)及機床進行適當(dāng)?shù)目刂?。如可隨時停止或開始處理過程;隨時打印零件加工程序單或某一中間結(jié)果;隨時給出數(shù)

8、控機床的脈沖當(dāng)量等后置處理參數(shù);還可用菜單方式輸入零件源程序及操作過程等。日本的 fapt、 荷蘭的 m it urn、 美國的ncpts、 我國的 sapt等均是會話式自動編程系統(tǒng)。1.3實物模型式自動編程實物模型式自動編程適用于有模型或?qū)嵨?,而無尺寸的零件加工的程序編制。這種編程方式具有一臺坐標測量機用于模型或?qū)嵨锏某叽鐪y量 ,再由計算機將所測數(shù)據(jù)進行處理 ,最后控制輸出設(shè)備輸出零件加工程序單或穿孔紙帶 ,測量和加工過程可同步進行 ,即一邊測量一邊加工。也有一些數(shù)控機床具有所謂示教再現(xiàn) ( teach andplay back)的功能 ,機床帶有傳感器 ,按照實際加工路線 ,測量出實物或

9、模型的尺寸 ,存儲在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi) ,經(jīng)處理后生成加工程序 ,此后便根據(jù)加工程序?qū)σ院蟮牧慵M行加工。實物模型式自動編程也稱為數(shù)字化技術(shù)自動編程。1.4圖形交互式自動編程圖形交互式自動編程是以計算機繪圖為基礎(chǔ)的自動編程方法 ,需要 cad /cam自動編程軟件支持。這種編程系統(tǒng)實質(zhì)上一個集成化的 cad /cam系統(tǒng) ,一般由幾何造型、 刀具軌跡生成、 刀具軌跡編輯、 刀位驗證、 后置處理、 nc程序生成、 向數(shù)控機床傳輸 nc程序等部分組成。這種軟件通常以 cad軟件為基礎(chǔ) ,利用 cad軟件的圖形編輯功能將零件的幾何圖形繪制到計算機上 ,形成零件的圖形文件 ,然后調(diào)用數(shù)控編程模塊 ,采用人機交

10、互的方式 ,在計算機屏幕上指定被加工的部位 ,輸入相應(yīng)的工藝參數(shù) ,計算機便可自動進行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序。cad /cam編程是當(dāng)前最先進的數(shù)控加工編程方法,它利用計算機以人機交互圖形方式完成零件幾何形狀計算機化、 軌跡生成與加工仿真到數(shù)控程序生成全過程 ,操作過程形象直觀 ,效率高、 出錯幾率低。而且還可以通過軟件的數(shù)據(jù)接口共享已有的 cad設(shè)計結(jié)果 ,實現(xiàn) cad /cam集成一體化 ,實現(xiàn)無圖紙設(shè)計制造。采用 cad /cam數(shù)控編程系統(tǒng)進行自動編程是當(dāng)前復(fù)雜零件普遍采用的數(shù)控編程方法和現(xiàn)代自動編程的主流發(fā)展方向 ,現(xiàn)今所說的自動編程一般指的就是圖形交互式自動編程。有鑒于

11、此 ,以下介紹都是針對圖形交互式自動編程方法。第二章 自動編程的特點與手工編程相比 ,自動編程具有以下主要特點:1)數(shù)字處理能力強:對復(fù)雜零件 ,特別是空間曲面零件 ,以及幾何要素雖不復(fù)雜但程序量很大的零件,計算相當(dāng)繁瑣 ,采用手工程序編制是難以完成的。采用自動編程既快速又準確。功能較強的自動編程系統(tǒng)還能處理手工編程難以勝任的二次曲面和特種曲面。2)能快速、 自動生成數(shù)控程序:在完成計算刀具運動軌跡之后 ,后置處理程序能在極短的時間內(nèi)自動生成數(shù)控程序 ,且數(shù)控程序不會出現(xiàn)語法錯誤。3)后置處理程序靈活多變:同一個零件在不同的數(shù)控機床上加工 ,由于數(shù)控系統(tǒng)的指令形式不盡相同 ,機床的輔助功能也不

12、一樣 ,伺服系統(tǒng)的特性也有差別 ,因此 ,數(shù)控程序也應(yīng)該是不一樣的。但前置處理過程中 ,大量的數(shù)學(xué)處理 ,軌跡計算卻是一致的。這就是說 ,前置處理可以通用化 ,只要稍微改變一下后置處理程序,就能自動生成適用于不同數(shù)控機床的數(shù)控程序來。對于不同的數(shù)控機床 ,取用不同的后置處理程序 ,等于完成了一個新的自動編程系統(tǒng) ,極大的擴展了自動編程系統(tǒng)的使用范圍。4)程序自檢、 糾錯能力強:采用自動編程 ,程序有錯主要是原始數(shù)據(jù)不正確而導(dǎo)致刀具運動軌跡有誤 ,或刀具與工件干涉 ,相撞等等。但自動編程能夠借助于計算機在屏幕上對數(shù)控程序進行動態(tài)模擬 ,連續(xù)、 逼真的顯示刀具加工軌跡和零件加工輪廓 ,發(fā)現(xiàn)問題及時

13、修改 ,快速又方便?，F(xiàn)在 ,往往在前置處理階段 ,計算出刀具運動軌跡以后立即進行動態(tài)模擬檢查 ,確定無誤以后再進入后置處理 ,編寫出正確的數(shù)控程序來。5)便于實現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通訊:自動編程系統(tǒng)可以利用計算機和數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口 ,實現(xiàn)編程系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的通訊。編程系統(tǒng)可以把自動生成的數(shù)控程序經(jīng)通訊接口直接輸入數(shù)控系統(tǒng) ,控制數(shù)控機床加工 ,無需再制備穿孔紙帶等控制介質(zhì) ,而且可以做到邊輸入 ,邊加工 ,不必憂慮數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存不夠大 ,免除了將數(shù)控程序分段。自動編程的通訊功能進一步提高了編成效率縮短了生產(chǎn)周期。自動編程大大地減輕了編程人員的勞動強度 ,極大地提高了編程效率和編寫程序的準確性 ,同時

14、解決了手工編程無法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。工作表面形狀愈復(fù)雜 ,工藝過程愈繁瑣 ,自動編程的優(yōu)勢愈明顯。但是 ,自動編程產(chǎn)生的加工程序長度一般比較長 ,同樣的零件 ,自動編程的程序長度可能是手工編程的程序的長度的幾倍甚至幾十倍 ,其加工時間也相應(yīng)地會有所增長 ,這是其無法修正的根本缺陷;自動編程產(chǎn)生的加工程序難以判讀、 分析、 修改?；居珊唵蔚募庸ぶ噶钊缰本€、 圓弧等組合而成 ,沒有全面應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)的豐富指令 ,例如子程序、 固定循環(huán)、 鏡像指令、 宏指令等 ,更談不上編程技巧的應(yīng)用 ,程序質(zhì)量上存在一定的缺陷;自動編程不能做到通用化 ,目前市場上數(shù)控系統(tǒng)的種類繁多,品牌、 型號不一,

15、檔次高低不同,各種系統(tǒng)之間的兼容性較差。自動編程軟件不可能做到兼容并蓄,只能針對某些品牌、某種型號的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用,限制了其應(yīng)用范圍。第三章 自動編程系統(tǒng)及其工作原理隨著計算機技術(shù)和軟件的發(fā)展 ,圖形交互式自動編程的應(yīng)該日益廣泛。目前 ,市場上常見的圖形交互自動編程軟件的種類很多 ,功能也越來越強 ,體現(xiàn)了設(shè)計制造一體化的思想。現(xiàn)代常用的自動編程軟件有: mastercam、 ci matr on、 pr o /e、ug、i - deas、 cati a、 power mill、 caxa等一大批cad /cam軟件 ,它們都是性能較完善的三維 cad造型和數(shù)控編程一體化的軟件 ,具有智能型后置

16、處理環(huán)境 ,可以面向眾多的數(shù)控機床和大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)。這些軟件的功能、 風(fēng)格雖有所不同 ,但數(shù)控編程的基本原理和基本步驟大體上是一致的。它們都是以計算機圖形學(xué)為基礎(chǔ)的自動編程軟件 ,并有效地解決了幾何造型、 零件幾何形狀的顯示、 交互式設(shè)計、 修改以及刀具軌跡生成 ,加工過程的仿真、 顯示、 驗證等問題。若按 cad /cam軟件系統(tǒng)的流派 ,自動編程技術(shù)可分為兩種主要模式:基于特征的自動編程技術(shù)和基于曲面模型的自動編程技術(shù) ?；谇婺Ｐ偷?cad /cam系統(tǒng)一般只用于數(shù)控編程 ,其零件設(shè)計 (或幾何造型 )功能是專為數(shù)控編程服務(wù)的 ,針對性強且易于使用 ,典型的軟件系統(tǒng)有 masterca

17、m、 surfcam等數(shù)控系統(tǒng);以實體模型為基礎(chǔ)的 cad /cam系統(tǒng)其實體模型一般不是專為數(shù)控編程而設(shè)計的 ,編程中系統(tǒng)需要對實體模型進行可加工性分析 ,識別加工特征并對加工特征進行工藝規(guī)劃后才能進行數(shù)控編程 ,編程過程復(fù)雜且需要在人機交互方式下進行。各種cad /cam自動編程系統(tǒng)均可分為前置處理和后置處理兩大模塊。前置處理模塊在整個集成系統(tǒng)中主要完成以下任務(wù): 對零件圖進行自動分析和識別 ,提取零件參數(shù)信息 ,如分析零件的加工部位; 用戶預(yù)設(shè) ,計算機自動獲取或交互獲取刀具軌跡的起始點和終點; 判斷零件的工藝類型 ,如鉆、 鉸、 銑平面等; 判斷閉合輪廓的內(nèi)外 ,非閉合輪廓的上下加工的

18、方向 ,如逆銑或順銑; 自動從圖形文件中提取編程所需的信息 ,進行分析判斷 ,計算節(jié)點數(shù)據(jù) ,得到刀具的加工軌跡; 根據(jù)零件的工藝信息 ,通過切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫得到加工時的切削參數(shù); 根據(jù)切削參數(shù)和刀具軌跡得到刀位數(shù)據(jù)文件。后置處理是數(shù)控加工編程技術(shù)的一個重要內(nèi)容 ,由于各種機床使用的數(shù)控系統(tǒng)各不相同 ,每一種數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的代碼及格式不盡相同 ,后置處理的作用就是將通用前置處理生成的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成針對某一特定數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序。其技術(shù)內(nèi)容包括機床運動學(xué)建模與求解、機床結(jié)構(gòu)誤差補償、 機床運動非線性誤差校核修正、 機床運動的平穩(wěn)性校核修正、 進給速度校核修正及代碼轉(zhuǎn)換等。后置處理作為 c

19、ad /cam系統(tǒng)與制造機床的紐帶 ,直接影響自動編程系統(tǒng)的使用效果和零件的加工質(zhì)量、 效率及機床運行的可靠性。第四章 pro /engi neer cad /cam系統(tǒng)及其應(yīng)用pr o /engi neer (通常簡稱為 pr o /e)是由美國ptc公司推出的一款功能強大的三維 cad /cam參數(shù)化軟件系統(tǒng) ,也是當(dāng)今最強大的三維設(shè)計和制造軟件之一 ,其內(nèi)容含蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、 工業(yè)造型設(shè)計、 逆向工程、 三維模型設(shè)計、 產(chǎn)品裝配、壓力分析、 動態(tài)模擬與仿真、 工業(yè)圖輸出 ,到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面內(nèi)容 ,應(yīng)用領(lǐng)域涉及航空航天、 汽車、 機械、 電子、 數(shù)控 (nc

20、)加工、 工業(yè)設(shè)計、 家電、 玩具等行業(yè) ,是一個全方位的 3d產(chǎn)品開發(fā)軟件。基于特征、 全尺寸約束、 尺寸驅(qū)動設(shè)計修改、 全數(shù)據(jù)相關(guān)等特點使其具有強大而完美的功能 ,并幾乎成為 cad /cam領(lǐng)域的一面旗幟和標準。在數(shù)控自動編程方面 , pro /e中還包含的一個功能模塊 pr o /nc數(shù)控加工制造模塊。該模塊又包括 pr o /nc - m i ll (數(shù)控銑加工 )、 pr o /nc -t urn (數(shù)控車加工 )、 pr o /nc - wedm (電火花加工 )及 pr o /nc - advanced (高級加工 )等機床加工子模塊。它可以利用計算機軟件對已建立的實體零件圖或零件的模具模型零件圖進行加工模型設(shè)置、 加工程序設(shè)置等 ,即設(shè)置該加工零件的毛坯、 加工工藝、 模擬加工 ,并生成適合于不同數(shù)控設(shè)備的數(shù)控加工程序。我們還可以通過模擬加工觀察刀具的加工軌跡 ,確認走刀路線是否安全合理 ,通過不同的剖切面查看工件的內(nèi)部形態(tài)。pro /nc加工模塊具有強大的加工、