數(shù)控編程第二十四講

數(shù)控編程第二十四講1第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六三、交互式圖形數(shù)控編程1、概述語言自動編程提高了編程的速度和精度。但存在缺點：用語言形式描述幾何圖形信息和加工過程，再有計算機處理生成加工程序，直觀性差；編程過程比較復(fù)雜，不易掌握，編制過程中不便于階段性檢查；零件模型收語言描述能力的限制，也使系統(tǒng)的幾何定義部分過于龐大；零件的設(shè)計與加工之間適用圖紙傳遞數(shù)據(jù)，阻礙了設(shè)計與直至一體化。第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六“圖像數(shù)控編程技術(shù)”有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示、交互設(shè)計、修改及刀具軌跡生成、走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD/CAM向一體化方向發(fā)展。如圖，為圖形數(shù)控編程系統(tǒng)的組成，其中幾何數(shù)據(jù)庫管理模塊是整個系統(tǒng)的核心。第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六一般的，利用圖形數(shù)控編程系統(tǒng)進行數(shù)控編程時，首先要對加工零件進行幾何造型，然后對刀具運動軌跡進行計算，最后對刀具運動軌跡進行后置處理。（1）幾何造型所謂幾何造型是指物體的計算機表示方法。三維幾何造型分為兩類：實體造型和線框造型。實體造型以圖模型和布爾模型為幾何造型的基礎(chǔ)，側(cè)重于零件的工程分析，所示在CAD基礎(chǔ)上擴充了數(shù)控加工功能。第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六如美國IBM的CADAM、美國SDRC的I-DEAS、英國CIS的MEDUSA、美國PTC的Pro/ENGINEER等，均CADCAM集成。線框造型以非均勻有理B樣條(NURBS)為模型，以線素方式定義幾何造型，解決三維曲線和曲面的表示方法，曲面求交等。是以曲面建模技術(shù)和數(shù)控加工相結(jié)合為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展起來的一種體系。如美國CNCSoftware的MasterCAM，美國MICROCONTROLSYSTEMS的SurfCAM等。第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六軟件的選擇首先搞清需求，即軟件的功能要與加工對象及現(xiàn)有數(shù)控加工能力相適應(yīng)，關(guān)鍵是零件的幾何造型、刀具運動軌跡計算和后置處理功能。軟件的先進性還體現(xiàn)在方便和直觀的幾何造型和刀具運動軌跡的編輯、加工過程的三維仿真、支持數(shù)控機床多軸聯(lián)動功能，以及通訊功能。第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（2）刀位軌跡的生成刀位軌跡的生成可分成四種情況：點位加工、平面輪廓加工、槽腔加工和曲面加工。1）點位加工時的刀位軌跡一般通過指點菜單或輸入命令激活刀位軌跡生成的功能，之后，按提示在圖形上用光標指點出編程原點、選擇好加工目標圖形、輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，刀位軌跡就會自動生成并顯示，同時生成刀位軌跡文件。第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六2）輪廓加工時的刀位軌跡此時有兩種方法：①采用交互繪圖的方法，使用造等距線的指令，將加工輪廓線按實際情況左偏或右偏一個刀具半徑，直接在屏幕上生成加工刀位軌跡，并交互編程。適于無刀補功能的控制系統(tǒng)。第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六②直接對零件的輪廓圖形進行編程。在編程過程中除了要按提示輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，并用光標指定編程原點、起刀點、起切線或走刀方向及退刀點之外，還要根據(jù)提示指定刀補方式并選擇零件輪廓作為加工目標，軟件自動編程并加入刀補指令。機床要有刀補功能。第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（3）槽腔零件加工時的刀位軌跡也有兩種刀位軌跡生成方法：①把槽腔加工作為輪廓加工的一種特例來處理。采用交互繪圖的方法，使用造等距線的指令及其他圖形編輯修改指令交互繪制生成環(huán)形或之字形刀位軌跡，然后進行交互編程。②在激活刀位軌跡生成命令后，對照圖形用光標交互地指定槽腔的邊界圖形及中間的弧島圖形，并指點編程原點、起刀點、退刀點、交互地輸入加工參數(shù)、刀具半徑、起刀方式（環(huán)形或之字形），軟件自動生成加工刀位軌跡。第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六4）曲面加工時的刀位軌跡在曲面造型完成之后，進入刀位軌跡生成的分菜單，選取相應(yīng)的菜單項，輸入相應(yīng)參數(shù)，軟件自動生成刀位軌跡文件。①截面線造型法。適用于零件圖已給出曲面若干截面線型值點的坐標值的情況，先用曲線擬合指令將各截面線的型值點擬合成曲線，然后再用曲面擬合指令將各截面線擬合成光滑曲面。第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六②回轉(zhuǎn)曲面造型法。適用于各種回轉(zhuǎn)面的造型。首先根據(jù)零件圖給出的已知條件構(gòu)造母線（可以是直線、圓弧或各種平面曲線）。然后用回轉(zhuǎn)面生成指令，令母線繞指定軸旋轉(zhuǎn)一個指定的角度，生成回轉(zhuǎn)曲面。③型值點造型法。適用于零件圖已給出了曲面上的若干型值點的情況，此時利用以點擬合曲面的指令，直接擬合曲面。第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六④邊界線造型法。適用于零件圖已給出了曲面的四個邊界線的數(shù)據(jù)的情況。此時首先生成邊界線，然后用相應(yīng)的邊界線曲面擬合指令，擬合出曲面。⑤曲線掃描造型法。此時零件圖給出的是一條掃描母線和一條導(dǎo)動線的數(shù)據(jù)?？上葮?gòu)造掃描母線和導(dǎo)動線，然后用相應(yīng)的指令，讓掃描母線沿導(dǎo)動線運動而生成曲面。第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（3）后置處理后置處理的目的是形成數(shù)控指令文件。由于各種機床使用的控制系統(tǒng)不同，所以所使用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同。在后置處理前，編程人員需對該文件進行編輯，按文件規(guī)定的格式定義數(shù)控指令文件所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容。軟件在執(zhí)行后置處理命令時將自動按設(shè)計文件定義的內(nèi)容，輸出所需的數(shù)控指令文件。有些軟件采用固定的模塊化結(jié)構(gòu)，其功能模塊和控制系統(tǒng)是一一對應(yīng)的，后置處理過程已經(jīng)固化在模塊中，在生成刀位軌跡的同時自動進行后置處理。第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六2、MasterCAM軟件MasterCAM軟件是由美國CNCSoftware公司于1984年推出的基于微機平臺的CAD/CAM系統(tǒng)。MasterCAM早期的3.0版本對三維圖形只有線框造型處理功能；4.0版本起增加了曲面造型功能；5.0版本增強了曲面、高階曲線的生成、編輯功能、多曲面的過渡倒圓處理、多重曲面的連續(xù)加工、曲面的過切檢查和消除等功能；第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六MasterCAM介紹CNCSoftware公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM----Mastercam8.0的基本功能，共分為五部分：一、Mastercam簡介二、Mastercam8.0窗口三、繪制二維圖形四、三維實體造型五、機械加工基礎(chǔ)第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六一、Mastercam簡介Mastercam是美國CNC公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。自1984年誕生以來，就以其強大的加工功能聞名于世根據(jù)國際CAD/CAM領(lǐng)域的權(quán)威調(diào)查公司CIMdata.Inc.的最新數(shù)據(jù)顯示，它的裝機量居世界第一。它作為基于PC平臺的CAD/CAM軟件,雖然不如工作站級軟件功能全,模塊多,但就其性能價格比來說更有靈活性,對硬件的要求不高，操作靈活。第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六安裝和運行Mastercam8.0要求系統(tǒng)具備以下條件：操作系統(tǒng)：Windows9.x/NT/2000;內(nèi)存：最低16MB內(nèi)存，建議使用64MB內(nèi)存；硬盤：240MB以上；安裝和運行Mastercam8.0要求系統(tǒng)具備以下條件：CPU:486/33即可安裝并運行Mastercam8.0，但其速度很慢，建議用Pentium133以上的CPU；顯示器：800x600VGA；CD-ROM：倍速以上。第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六二、Mastercam8.0窗口界面第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六三、繪制二維圖形這部分內(nèi)容將介紹如何使用Mastercam中的繪圖命令來繪制二維圖形，主要是介紹繪制直線和繪制圓弧的命令,同時舉一個繪制多邊形的例子。3.1繪制直線在主菜單中依次選擇Create--Line在主菜單區(qū)彈出如圖所示的Line子菜單。第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了7.0和8.0，在很大程度上增強了造型編輯功能和工藝處理能力。軟件完成包含從圖形生成、編輯、幾何變換、圖形接口轉(zhuǎn)換到刀具運動軌跡計算、工藝參數(shù)輸入、通用后置程序處理、加工過程仿真及和機床通訊。對于MasterCAM，將專門安排講解。第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六第四章計算機數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)CNC的軌跡控制原理第四節(jié)進給速度和加減速控制第五節(jié)CNC的輸入輸出與通信功能第三節(jié)刀具位置補償和半徑補償?shù)?2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六第四章第一節(jié)概述一、CNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能二、CNC的硬件結(jié)構(gòu)三、CNC的軟件結(jié)構(gòu)第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六一、CNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能1、數(shù)字控制的任務(wù)數(shù)控機床的任務(wù)，主要在于制造各種規(guī)定的幾何形狀。機械制造技術(shù)中，被加工零件的幾何形狀千變?nèi)f化，主要有回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件。從控制技術(shù)觀點來分析各種加工方法時，主要著眼于幾何規(guī)律方面的控制。第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六機械制造工藝中的數(shù)字控制就是使工件與刀具的相對運動形成規(guī)定的幾何軌跡，及一些輔助控制。機床數(shù)字控制的根本任務(wù)就是運動軌跡程量控制和開關(guān)量控制?？傮w采用G、M代碼和S、T、F等。柔性自動化要求CNC具有通信和DNC功能。市場個性化和適應(yīng)性要求CNC自身具有結(jié)構(gòu)上的開放性和功能上的可重構(gòu)性。第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六2、CNC系統(tǒng)的組成。根據(jù)機床數(shù)字控制任務(wù)，CNC系統(tǒng)采用了計算機作為控制部件，通過常駐在其內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，從而能對機床運動進行實時控制。只要改變計算機的控制軟件就能實現(xiàn)一種新的控制方法，這是CNC的最大特點，其基本結(jié)構(gòu)組成如圖。第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六圖中給出了整個機床計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成框圖，是在通?？傮w考慮機床控制功能意義上的概念。實際的CNC可以不含伺服驅(qū)動和某些輸入輸出設(shè)備。第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六3、CNC控制器一般的工作過程CNC的工作是在計算機硬件的支持下，執(zhí)行軟件控制功能的全過程。（1）輸入：輸入CNC控制器通常有零件程序、機床參數(shù)和補償數(shù)據(jù)。機床參數(shù)和除刀具尺寸外的補償數(shù)據(jù)一般在機床出廠或在用戶安裝調(diào)試時已設(shè)定好，所以主要是零件程序和刀具尺寸補償數(shù)據(jù)的輸入。輸入形式有光電閱讀機紙帶輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入和連接上級計算機的DNC接口輸入。CNC輸入工作方式有存儲方式和NC方式，前者將整個零件程序全部輸入再調(diào)出，后者邊輸入邊加工。第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（2）譯碼譯碼處理是將零件程序的一個程序段作為單位進行處理。譯碼處理將零件輪廓信息、進給速度F和其他輔助信息（M、S、T）解釋后，存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。在譯碼過程中還要完成對程序段的語法檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警。（3）刀具補償：刀具補償是指刀具長度和刀具半徑的補償。刀具補償作用就是把零件輪廓軌跡按已定的刀具尺寸數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。高檔CNC刀具補償還包括程序段之間的自動轉(zhuǎn)接和過切削判斷，即C刀具補償功能。第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（4）進給速度處理：數(shù)控加工程序給定的刀具相對工件的移動速度是在各坐標合成運動方向上的速度，即F代碼指令值。速度處理先按合成速度來計算各進給運動坐標方向的分速度，為插補時計算各進給坐標的行程量準備。同時處理機床的最低和最高速度限制及自動加減速。（5）插補：要進行軌跡加工，CNC必須從一條已知起點和終點的曲線上自動進行“數(shù)據(jù)點密化”工作，此即所謂插補。插補是在規(guī)定的周期內(nèi)執(zhí)行一次，即在每個周期內(nèi)，按指令進給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段，經(jīng)過若干插補周期后，完成一個程序段加工。第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（6）位置控制：位置控制是處在伺服回路的位置環(huán)上，如圖。其主要工作是在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電動機。這部分工作可由硬件或軟件來完成，通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償。第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（7）I/O處理：主要是指CNC與機床之間電氣信號的輸入、輸出處理和控制。（8）顯示：為操作者提供方便，包括：零件程序、參數(shù)、刀具位置、機床狀態(tài)、報警信息等顯示。有些CNC還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形顯示。（9）診斷：自動故障診斷是現(xiàn)代CNC所必須具備的功能，通常有聯(lián)機診斷和脫機診斷兩種功能。第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六聯(lián)機診斷是指CNC中的自診斷程序，融合在各個部分，隨時檢查不正常的事件。脫機診斷是在CNC不工作情況下的診斷，通過配備的各種脫機診斷程序?qū)Υ鎯ζ鳌⑼鈬O(shè)備接口和I/O接口進行檢查。脫機診斷也可采用遠程通信方式進行，即所謂的遠程診斷。遠程診斷是把用戶的CNC通過網(wǎng)絡(luò)與遠程通信診斷中心的計算機相連，由診斷中心計算機對CNC進行診斷、故障定位和修復(fù)第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六CNC的工作內(nèi)容和過程概括為如圖表示。第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六4、CNC控制器的功能CNC控制器的功能通常包括基本功能和選擇功能。通常有：（1）軸控制功能：CNC可控制的和同時控制的軸數(shù)。對于數(shù)控機床運動的軸有移動軸和回轉(zhuǎn)軸，有基本軸和附加軸?？刂戚S數(shù)越多，尤其是同時控制的軸數(shù)越多，CNC控制器就越輔助，多軸聯(lián)動的零件程序編制也越困難。（2）準備功能：也稱G功能，用來指令機床運動方式，包括基本移動、平面選擇、準備設(shè)定、刀具補償、固定循環(huán)、米英制轉(zhuǎn)換等指令。第35頁，共39頁，2023年，2月20日，星期六（3）插補功能：CNC通過軟件插補實現(xiàn)刀具運動的軌跡。分為粗插補和精插補。粗插補時，軟件每次插補一個小線段數(shù)據(jù)。精插補時，伺服接口根據(jù)粗插補的結(jié)果，將小線段分成單個脈沖輸出。（4）進給功能：用F直接指令各軸進給速度，包括：①切削進給速度，以每分鐘進給的毫米數(shù)指定。②同步進給速度，以主軸每轉(zhuǎn)進給的毫米數(shù)規(guī)定，主軸需裝位置編碼器，目的是便于切螺紋。③快速進給速度，通過參數(shù)設(shè)定，用G00指令。④進給倍率，通過面板上的進給倍率開