第六章 數(shù)控加工編程基礎(chǔ)和數(shù)控機床編程及加工

第六章數(shù)控加工編程基礎(chǔ)6.1概述6.2常見的數(shù)控系統(tǒng)6.3后置處理及DNC6.4數(shù)控編程系統(tǒng)概念6.5刀位計算基本原理6.6數(shù)控編程系統(tǒng)應(yīng)用的策略?6.1概述6.1.1CAM系統(tǒng)的發(fā)展過程

數(shù)控加工編程是CAD/CAM系統(tǒng)中的重要模塊之一。由CAD系統(tǒng)所生成的產(chǎn)品以及數(shù)字模型與制造工藝有關(guān)的產(chǎn)品信息在CAM系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的應(yīng)用模型，設(shè)計與制造所用模型的唯一性保證了產(chǎn)品的精確定義與制造；應(yīng)用CAM系統(tǒng)，產(chǎn)品制造工程師可以在產(chǎn)品的零件模型上完成全部加工過程的模擬，選擇優(yōu)化的加工方法，并通過對刀具軌跡的驗證以確認加工的正確性、工藝性、以及可靠性，從而實現(xiàn)了產(chǎn)品虛擬設(shè)計與制造的完整過程；數(shù)控加工編程系統(tǒng)的應(yīng)用對縮短產(chǎn)品的制造周期，減少生產(chǎn)的準備時間，尤其是對于批量小、變化快、復(fù)雜程度大和精度要求高的產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢。?

CAM技術(shù)的起源于1950年數(shù)控機床的研究。起初通過手工穿孔紙帶進行編程加工，用于編程的數(shù)控碼（NCCode）主要是在兩個二維坐標系統(tǒng)上的一些少量控制指令以及主軸轉(zhuǎn)速和進給速度的控制指令。與計算機機器語言非常相近，將其改進為近似匯編語言的數(shù)控語言。?在此領(lǐng)域的初步發(fā)展中，最重要的進展是APT語言（AUTOMATiCrogrammingTool）及其處理器與后置處理器（PostProcessor）的研制成果。語言結(jié)構(gòu)簡單，其處理器可以完成二維和三維的刀具軌跡計算和插值運算。70年代初期，出現(xiàn)了一系列的CAD／CAM集成系統(tǒng)，用戶可以通過交互系統(tǒng)直觀地、方便地檢查刀具軌跡的生成情況。圖形可以縮放、旋轉(zhuǎn)，刀具軌跡可以修改（Modify）或者修剪（Triming）。?6.1.2CAM系統(tǒng)的基本組成

目前系統(tǒng)的應(yīng)用大致也可以分為幾種類型：(1)CAD/CAM系統(tǒng)完全獨立；

(2)CAD/CAM系統(tǒng)與單個數(shù)控機床或若干臺機床以一定的控制網(wǎng)絡(luò)相互連接。

通常將這種直接把數(shù)控信息傳送給數(shù)控裝置的方式稱之為DNC（DirectNumericalControl）。

(3)CAD/CAM系統(tǒng)通過一定的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相互連接。?

CAM系統(tǒng)從用途上分類一般有：

(1)二軸至二軸半的切削加工，主要是二維加工并階段性沿第三軸擴展；

(2)三軸以上的切削加工主要是曲面加工，曲面雕刻加工；

(3)電火花加工EDN（包括2軸以上）；

(4)線切割加工（WireCut）；

(5)板金加工（FabriCation），包括沖裁（Punch）、排樣優(yōu)化（Nest）以及分段沖裁（Nib－bling）；(6)等離子加工（Plasma）以及激光加工（Laser）。?

按刀具的運動方式劃分類型有：(1)點到點加工（PoinToPoint），孔加工；(2)線加工，包括直線、平面曲線和空間曲線；(3)曲面加工。?

CAM系統(tǒng)還包括一些輔助功能。其中有：(1)加工參考坐標系的確定；

(2)刀具軌跡的變換（Transformation）；

(3)刀具軌跡的修改與編輯（ModifyandEdit）；

(4)各種庫文件的管理（LibraryManagement）；

(5)后置處理（Postprocess）；

(6)系統(tǒng)內(nèi)部宏定義語言以及宏控制（Macro）。?刀具軌跡的修改與編輯一般有2種方式：(1)通過交互設(shè)備直接從圖形上對軌跡修改；(2)由刀具軌跡輸人文件CISF進行文本修改。

CLSF文件由類似APT語言的語句寫成。?6.2常見的數(shù)控系統(tǒng)6.2.1SIEMENS系統(tǒng)簡介

SINUMERIK802D，其核心部件-PCU（面板控制單元）將CNC、PLC、人機界面和通訊等功能集成于一體?？煽啃愿摺⒁子诎惭b。SINUMERIK802D可控制4個進給軸和一個數(shù)字或模擬主軸。通過生產(chǎn)現(xiàn)場總線PROFIBUS將驅(qū)動器、輸入輸出模塊連接起來。?模塊化的驅(qū)動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數(shù)字化的動力。通過視窗化的調(diào)試工具軟件，可以便捷地設(shè)置驅(qū)動參數(shù)，并對驅(qū)動器的控制參數(shù)進行動態(tài)優(yōu)化。SINUMERIK802D集成了內(nèi)置PLC系統(tǒng)，對機床進行邏輯控制。采用標準的PLC的編程語言Micro/WIN進行控制邏輯設(shè)計。并且隨機提供標準的PLC子程序庫和實例程序，簡化了制造廠設(shè)計過程，縮短了設(shè)計周期。?功能：控制車床、鉆銑床可控制4個進給軸和一個數(shù)字或模擬主軸三軸聯(lián)動，具有直線插補、平面圓弧插補、螺旋線插補、空間圓弧（CIP）插補等控制方式螺紋加工、變距螺紋加工旋轉(zhuǎn)軸控制端面和柱面坐標轉(zhuǎn)換（C軸功能）前饋控制、加速度突變限制程序預(yù)讀可達35段?刀具壽命監(jiān)控主軸準停，剛性攻絲、恒線速切削FRAME功能（坐標的平移、旋轉(zhuǎn)、鏡象、縮放）標準G代碼編程（DIN66025）和西門子高級語言編程ISO標準編程車削、銑削工藝循環(huán)編程藍圖編程極坐標編程程序存儲器容量達340K字節(jié)?6.2.2FANUC系統(tǒng)簡介

CNC單元的硬件結(jié)構(gòu):基本配置有主板、存儲器板、I/O板、伺服軸控制板和電源。

(1)主板：有主CPU用于系統(tǒng)主控，原來用80386，從2023年起改用80486/DX2。此外，顯示的CRT控制也在該板上。?(2)存儲器板：①系統(tǒng)的控制軟件ROM(共5片)。②伺服控制軟件ROM1片；③PMC-L的ROM芯片2片，用于存儲機床的強電控制邏輯程序；④RAM芯片，用于寄存CPU的中間運算數(shù)據(jù)，根據(jù)需要安裝。⑤CMOSRAM,用于存儲系統(tǒng)和機床參數(shù)、零件加工程序。根據(jù)用戶要求配置,最大可為128K字節(jié)。CMOSRAM與4.5V電池相連，關(guān)機時保存信息。?(3)I/O板：是CNC單元與機床強電柜的接口。接收或輸出24V直流信號，由PMC實施輸入/輸出控制。I/O點數(shù)可根據(jù)機床的復(fù)雜程度選擇。標準配置為104個輸入點，72個輸出點。

(4)進給伺服控制板：上有2個CPU(TMS320)，用于伺服的數(shù)字控制。每個CPU控制2個軸，一塊板可控制4個軸。該板接受主CPU分配的伺服控制指令，輸出6個相位各差60°的脈寬調(diào)制信號(每軸)，加于各軸的伺服驅(qū)動的功率放大器上。(5)電源：主要有5V直流電，用于各板的供電。24V直流電，用于單元內(nèi)各繼電器控制。?PMC控制：

PMC就是可編程序機床控制器，是專門用于控制機床的PLC。

進給伺服驅(qū)動：

系統(tǒng)進給軸的驅(qū)動使用交流同步電動機，目前為α系列。用于高速加工。

主軸驅(qū)動：

系統(tǒng)可以同時控制2個主軸電動機,可以是2個數(shù)字式控制的電機，也可以一個數(shù)字式，另一個為模擬式控制電機。

主軸控制用單獨的CPU控制，處理器為TMS-320。從CNC單元輸出的控制指令用一條光纜送到主軸的控制單元，數(shù)據(jù)為串行傳送，因此可靠性比較高。?

系統(tǒng)的功能：

①Cs軸輪廓控制。

②剛性攻絲。

③PMC軸控制。

④主軸雙刀架。

⑤0.1μm分辨率。

⑥加工程序的后臺編輯。

⑦菜單編程。

⑧圖形會話在線自動編程。

⑨用戶宏程序。?6.3后置處理及DNC在一般CAD/CAM系統(tǒng)上生成的刀具加工軌跡文件（CL）送入加工設(shè)備可以有兩種方式：用穿孔機打出穿孔帶再由機床讀人；采用計算機直接數(shù)控方式（DNC）。計算機數(shù)控CNC與直接數(shù)控DNC之間主要的區(qū)別之一，在于系統(tǒng)中信息流的密度。CNC系統(tǒng)是根據(jù)加工的進程控制信息傳輸，故可看作是偽靜態(tài)的；DNC系統(tǒng)同時控制多臺機床、多根加工軸，具有足夠高的信息傳輸密度，故可以看作是動態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸。?6.3.1后置處理CAD/CAM系統(tǒng)在后置處理的幾種方式：(1)首先將系統(tǒng)內(nèi)部定義的刀具運動軌跡文件轉(zhuǎn)換為程序員可閱讀的標準APT語言格式文件，若送人機床須再經(jīng)后置處理轉(zhuǎn)換為機床數(shù)控程序。(2)將生成的刀具運動軌跡文件用圖形顯示方式提供給程序員，程序員可以在屏幕上進行編輯，再經(jīng)過后置處理系統(tǒng)處理后送人機床。(3)采用以上兩種并存的方式。?后置處理系統(tǒng)與具體的數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，因此，一般的CAD/CAM系統(tǒng)總配置了大量的后置處理程序供用戶選擇使用。?后置處理系統(tǒng)包括以下幾個部分：(1)控制部分（Control）:起主控制作用，包括控制刀位數(shù)據(jù)文件（CLDATA）的輸人，適時調(diào)用輔助功能以及將控制轉(zhuǎn)移到刀具運動計算部分，并在完成某一階段處理后輸出數(shù)控指令代碼程序（NCCode）。(2)輸入部分（Input）:擔負刀具運動數(shù)據(jù)文件（CLDATA）的輸入和加工操作參數(shù)設(shè)置文件（operationParameterSet）的輸入，在主控部分主導(dǎo)下進行。?

(3)輔助部分（AuxiLiary）:與特定機床的數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)，在主控部分的控制下，對刀具運動的輸出確定功能和指令模式，刀具調(diào)用T和輔助指令M。(4)運動部分（Motion）:處理零件系統(tǒng)機床坐標系的變換，刀具運動坐標計算及轉(zhuǎn)換，包括線性化和插補處理。(5)輸出部分（Output）:在主控下接受輔助和運動部分的指令和數(shù)據(jù)，并按一定機床數(shù)控系統(tǒng)要求的格式輸出加工的指令代碼程序。?后置處理系統(tǒng)實質(zhì)：是對刀位文件CLF，以及加工操作參數(shù)文件OPF進行編譯的系統(tǒng)。?6.3.2DNC系統(tǒng)

后置處理器完成的NC數(shù)控程序送入機床有三種方式:：(1)程序經(jīng)穿孔機打出穿孔帶，再由機床的紙帶閱讀機輸入機床控制系統(tǒng)；(2)將程序存放于磁盤等其它存儲媒介上，再由機床數(shù)控系統(tǒng)所帶的驅(qū)動器讀入(3)直接由DNC系統(tǒng)將程序傳輸給機床數(shù)控系統(tǒng)。

最早的DNC系統(tǒng)同時產(chǎn)生于日本和美國。?DNC系統(tǒng)在構(gòu)造上一般有兩種類型：(1)BTR（Behind－the－tape）方式:對早期帶有紙帶閱讀系統(tǒng)機床實現(xiàn)DNC的一種變通，采用DNC計算機的通訊電纜替代了紙帶機（TapeReader）。

(2)MCU（MachineContrdUnit）專用機床控制單元方式:

通過專用單元取得較精確圓弧插值，并比BTR方式有更快的傳遞速度和機床執(zhí)行速度。由于其功能可以用軟件寫入。?近年來DNC系統(tǒng)突出的特征：(1)DNC系統(tǒng)的基本功能已由其原先在DNC中的主導(dǎo)地位退向輔助地位；

(2)由于NC加工過程的在線數(shù)據(jù)輸人方式的淘汰，基本功能高于擴展功能的優(yōu)先權(quán)已不復(fù)存在；

(3)數(shù)控代碼程序逐步向較通用的表示形式發(fā)展；

(4)擴展功能逐步增加并對基本功能產(chǎn)生重大影響；

(5)對數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用的依賴性大大增加。?DNC系統(tǒng)的進一步發(fā)展有三個主要方面：

(1)高度集成化CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的應(yīng)用，使信息從設(shè)計分析到制造管理高度集成；

(2)計算機輔助工藝計劃以及制造過程的信息集成；

(3)制造設(shè)備、運載設(shè)備以及存儲設(shè)備的高度自動化和柔性化。?6.3.3DNC通訊接口

串行傳送：在一根傳輸線上一位一位的傳送數(shù)據(jù)。

特點：

1、在一根傳輸線上即傳送數(shù)據(jù)信息，又傳送聯(lián)絡(luò)控制信息；

2、數(shù)據(jù)格式有固定要求，分異步和同步數(shù)據(jù)格式，對應(yīng)的分為異步通訊和同步通訊；

3、串行通訊對信號的邏輯定義與TTL不兼容，需要進行邏輯關(guān)系和邏輯電平轉(zhuǎn)換；

4、串行通訊的速率需要控制，要求雙方約定通信傳輸?shù)牟ㄌ芈省?并口的特點：

1、在多根數(shù)據(jù)線上以數(shù)據(jù)字節(jié)為單位與I/O設(shè)備或被控對象傳送信息；

2、除少數(shù)場合外，一般要求在接口和外設(shè)之間至少還要設(shè)置兩根握手（聯(lián)絡(luò)）信號線，以便進行互鎖異步握手方式（即查詢方式）的通信；

3、在并口中，8位或16位是一起行動的，當交換數(shù)據(jù)時，即使只用到其中的一位，也是一次輸入/輸出8位或16位；

4、并行傳送的信息不要求固定的格式。?一、串口目前一般的數(shù)控系統(tǒng)都提供了標準RS232C或RS422或RS423串行接口RS232C標準是最初擬制的終端設(shè)備與調(diào)制解調(diào)之間的連接規(guī)定。

RS232C的總線采用十／一12伏電壓脈沖進行信息傳送，在30水線長內(nèi)的最大數(shù)據(jù)傳輸率達20230b/s。在通訊中要表示接口設(shè)備是否準備好的信息必須從接收設(shè)備送回來，這個信息被稱為流量控制（flowControl）或握手（handshaking）。?

一般有兩種握手方式：硬件握手和軟件握手。兩種握手都要用到從接收設(shè)備返回到傳送設(shè)備的信號。

硬件握手：只要接收設(shè)備準備好它就沿著專用的握手電路（DR）傳送一個正電壓給傳送設(shè)備，當發(fā)送計算機接收到一個負電壓時，它就將停止數(shù)據(jù)的傳送。?

軟件握手：信號是在數(shù)據(jù)線（2和3）上進行傳送，在軟件握手上建立了一些標準協(xié)議，最通用的是XON/XOFF協(xié)議。

在XON/XOFF協(xié)議下，要想使發(fā)送設(shè)備停止數(shù)據(jù)發(fā)送，接收設(shè)備只需發(fā)送一個ASCll字符DC3（十進制的19，十六進制的13）給發(fā)送設(shè)備，如果要想恢復(fù)發(fā)送設(shè)備繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則接收設(shè)備需發(fā)送一個DC1（十進制17，十六進制的11）。RS232C的缺點在于速度較低以及在長距離傳輸時容易受到干擾。?二、并口并行的通訊系統(tǒng)下，數(shù)臺計算機可以同時并行工作，在8位總線系統(tǒng)下幾臺計算機的并行傳輸速率可以達1MB/S。在微機系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的是IEEM88總線標準，僅適合于較短距離的通訊，工作中對干擾極為敏感。?三、協(xié)議在串行異步通訊情況下，為保證數(shù)據(jù)傳送的正確性，計算機與數(shù)控系統(tǒng)之間必須有一個一致的協(xié)議（Protocols）。一個數(shù)據(jù)字符所使用的位數(shù)根據(jù)不同協(xié)議而不同，通常不是8位就是7位，每發(fā)送一個字符，就得傳送一個組。奇偶校驗：是檢驗正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否正確被接收的一種方法。發(fā)送設(shè)備將根據(jù)數(shù)據(jù)位的內(nèi)容附加一個0或1，接收設(shè)備檢查此奇偶位是否還保持與其它位的正確關(guān)系，如果不保持正確關(guān)系，那么在傳輸過程中可能產(chǎn)生了錯誤。?奇偶校驗種類：(1)Evenparity偶校驗，指數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)加上奇偶校驗位使1的總數(shù)為偶數(shù)。例如字母A的二進制是01000001，其中1的個數(shù)為2是偶數(shù)，則奇偶校驗位應(yīng)為0，使總的1的個數(shù)保持偶數(shù)。(2)Oddparity奇校驗，指數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)加上奇偶校驗位總數(shù)位奇數(shù)。

(3)NOparity無校驗，指沒有奇偶校驗位。

(4)Space校驗（或零校驗），有一位奇偶校驗位，但總是0。

(5)Mark校驗，其方法與Space校驗的方法相同，只是校驗位總是1。?每個幀的尾部總要發(fā)送一個停止位（StopBit）

波特率（BaudRate）：在1秒鐘內(nèi)的離散信號數(shù)。對于二進制通訊來說，就是指每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)（bitspersecondbps）。一般典型使用的bps有110、150、300、600，1200、、4800、9600和19200。??6.4數(shù)控編程系統(tǒng)概念6.4.1數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)

在數(shù)控機床上的坐標軸和運動方向的定義國際標準化組織ISO已有標準制定。1)機床的直線運動采用笛卡爾直角坐標系，其坐標為X、Y、Z并用右手定律判定方向。Z軸：與機床的傳遞主功率的主軸軸線一致。如果在機床上存在多根加工軸，則使用最多的那根軸線可定為Z軸。對沒有主軸的機床，Z軸垂直于工作臺面。Z軸的正向規(guī)定為增大工件和刀具距離的方向。?X軸：水平，且與工件的裝夾面平行，與Z軸垂直。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，X軸沿工件的徑向，刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是X軸的正向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，工作臺的左右移動為X軸線，且正向為右方。Y軸：與Z、X軸垂直，且方向按右手直角坐標系確定。?2)對于繞坐標X、Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)與擺動運動，定義為A、B、C軸。其方向按右旋螺紋前進的方向確定。3)與X、Y、Z主要方向平行的直線運動，可稱為U、V、W坐標軸，也有稱之為第二坐標系。4)為編程方便，一律按刀具相對于工件運動來確定坐標系。?機床坐標系統(tǒng)簡稱MCS（MachineCoordinateSystem）。這個坐標系的原點所取得的位置，即為加工的基準。此外，有些系統(tǒng)中還允許用戶選擇參考坐標系，簡稱RCS（Ref-erenceCoordinateSys－tem）。往往是在這樣的情況下使用參考坐標系：當用戶從工件的某個部分加工完畢后，移動刀具到另一部分加工，如果不必重新設(shè)置一些加工參數(shù)，則可以使用RCS解決。?數(shù)控多軸加工實例五軸聯(lián)動1五軸聯(lián)動2五軸聯(lián)動3五軸聯(lián)動4五軸聯(lián)動5五軸聯(lián)動6?6.4.2切削刀具的參數(shù)定義

數(shù)控銑床在切削加工中，最常采用的刀具類型主要有三種，即平瑞銑刀（ENDMILL）、帶圓角的銑刀（BULLNOSECUTTER）以及球頭銑刀（BALLNOSECUTTER）。?(1)平端銑刀（ENDMILL）

主要參數(shù)是銑刀直徑D，刀刃數(shù)（Flutes）以及刀具的有效切削長度L，端銑刀端角半徑（ComerRadius）為零。一般在數(shù)控程序中以端面中心點為刀位輸出點（Outpatpoint)多用在平面加工中，在曲面加工中根據(jù)工件形狀也可采用這類刀具。?(2)圓角銑刀

端部帶有圓角（D/2＞r），有整體式和鑲刀片式。其NC輸出點為端部圓的中心點。

?(3)球頭銑刀

在帶有復(fù)雜曲面的工件加工中廣泛應(yīng)用，其參數(shù)D/2=R。NC程序的輸出點可以是球的中心也可以是球頭最下一點。?6.4.3切削加工中的階段劃分

切削加工中的階段一般有八個：1、刀具由機床原點運動到加工的起點（StartPoint），是快速運動階段（RapidMOVE）；（快移）2、由起點到切入開始點（EngagePoint）為刀具接近運動階段（Approach）。這一階段刀具的進給速度也可以是快速運動（Engage）。（接近）3、以切入的行程控制刀具的開始切入點階段，其進給速度應(yīng)略低于正常切削進給量，以保證安全。（進刀）?4、刀具切入后第一條加工軌跡（FirstCut）階段，可以由用戶自行定義其加工進給量；（第一刀）5、切削；刀具每條切削軌跡（CutPath）之間的移動量，稱之為每步切人量（Stepover）或行距。6、刀具完成切削后退出切削行程（Retract）階段，一般取切削進給速度；（退刀）7、返回加工起點階段（Return），刀具運動速度可取快速。（返回）8、由加工起點返回機床原點階段；（快移）?6.5刀位計算基本原理6.5.1二維數(shù)控編程的基本原理

在數(shù)控加工中，數(shù)控機床根據(jù)加工過程中同時控制的軸數(shù)可分為二坐標，三坐標、四坐標以及五坐標等。如：X、Z軸采用數(shù)控，則稱為二坐標數(shù)控機床。數(shù)控機床中兩坐標連動是指機床的三個主坐標X、Y、Z中同時只能控制兩個坐標動作，而第三個坐標只是階段性運動。三坐標連動是指機床的三個坐標軸可同時控制。用來加工帶有簡單曲面外形的零件。在三坐標連動基礎(chǔ)上加工刀具擺動為A軸或轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)為C軸，稱為四坐標加工或五坐標加工。?1）數(shù)控程序

數(shù)控程序是由多個程序段組成（BLOCK），而程序段一般用文字地址格式表示。例如N120G01X150Y300F450；

其中N120是程序段的序號，G01代表直線描補的功能，X150和Y300是X、Y軸的移動坐標或距離，F(xiàn)450是當前的進給速度，“；”表示段的結(jié)束。?NC代碼主要可分為以下幾個部分：

O碼位于NC碼的最前端的碼。由地址0和4位數(shù)字所組成，用于表示程序號。N碼位于NC碼中各功能塊的前端。由地址N和三位數(shù)字所組成，用來表示段（BIDCK）程序的序號。G碼表示動作方式（MODE）的碼。由地址G和H位數(shù)字所構(gòu)成，用來表示不同的動作方式

?F碼代表刀具的進給量。由地址F和數(shù)值組成，進給量大J、由數(shù)值確定。S碼表示機床主軸的轉(zhuǎn)速。由地址S和轉(zhuǎn)速大小的數(shù)值組成。T碼刀具選擇代碼。由地址T和H位刀具號組成。M碼表示一些輔助功能（如機床主軸起動、停止，冷卻液的開、關(guān)等）的代碼，由地址M和兩位數(shù)字組成。?2）二維半加工軌跡生成基本原理

1.建立被加工的邊界輪廓曲線；2.從邊界表中取出元素，并決定其偏置的距離和方向；3.生成新的圖素表，直到舊的邊界表為空。?在CAM系統(tǒng)中不僅僅考慮圖形處理技術(shù)，而且還必須考慮CAM所特有的制造工藝和在工程意義上的一定規(guī)則與要求。它主要有以下幾方面：1.刀具形狀以及直徑用于計算刀具的偏移補償（CutterCompensation）2.容許誤差的指定

最大容許誤差主要有兩方面的內(nèi)容：即Int．Tol．和OutTol.Int．Tol．是指定向著零件內(nèi)側(cè)的最大偏差量。

OutTol．是指定向著刀具的零件外側(cè)的最大偏移量。?3）刀具運動控制面的定義

一般輪廓控制運動由導(dǎo)動面（DriveSurface）、零件面（Partsurface）和檢查面（CheckSurface）這樣三個控制面確定其運動。

下面說明這三個面的定義。①導(dǎo)動面——是在進行指定的切削運動的過程中，引導(dǎo)刀具保持在指定公差范圍內(nèi)運動的面。

②零件面——主要在刀具沿導(dǎo)動面運動時控制刀具高度（Z）的面。

③檢查面——指定刀具在保持導(dǎo)動面與零件面的給定關(guān)系情況下的運動停止位置的面。?4）導(dǎo)動面和刀具的關(guān)系

導(dǎo)動面和刀具存在三種相對關(guān)系，即刀具在導(dǎo)動曲線的右手、刀具在導(dǎo)動曲線的左手以及刀具在導(dǎo)動曲線之上運動。5）檢查面和刀具的關(guān)系即刀具前緣切于檢查面（TO）、刀具運動停止在檢查面上（ON）、刀具后緣切于檢查面上（PAST）、刀具切于導(dǎo)動面和檢查面的切點上（TANTO）。

6）棱角過渡的處理直線連接過渡、圓弧連接過渡或圓弧切線過渡方法。?7）提刀安全平面（ClearancePlan）的確定①避免刀具與零件函臺、夾具或壓板沖撞；

②為操作人員提供觀察加工情況的空間；

③盡量節(jié)省刀具空行程的長度。8）刀具的進刀和退刀（Leadin&Leadout）加工中考慮刀具的進刀和退刀的意義在于：使刀具比較安全的接近被加工的工件；使加工表面過渡光滑，不留有接刀痕；提供加工中刀具補償功能的過渡段。進刀和退刀從方式上分類主要有：沿Z軸方向進刀和退刀；沿加工路徑的切線方向進刀或退刀；沿與加工路徑相切的圓弧進刀或退刀；沿空間某一方向線進刀或退刀；沿加工路徑的法線方向進刀或退刀。?6.5.2三維數(shù)控編程的基本原理

三維CAM系統(tǒng)的任務(wù)是完成含有曲面形體零件的加工模擬。

用參數(shù)表示的曲面方程P=P（u，v）?

曲面的范圍通常用兩個參數(shù)的變化區(qū)間所描述的UV參數(shù)平面給出。CAM系統(tǒng)計算刀具軌跡的方法主要有:(1)采用解析的方法求刀位點；(2)采用數(shù)值計算的方法求刀位點；?(3)將曲面分成小片的三角形面進行刀位計算；思路是：按一定規(guī)律連接相鄰的三個型值點生成小三角片，每個三角片的形心為刀觸點。通過三點確定該小平面的法向，即可計算刀位點。順序連接各個刀位點，就可以形成走刀軌跡。優(yōu)點是：不論原始曲面如何復(fù)雜，在算法上均有統(tǒng)一性；計算結(jié)果可靠，算法穩(wěn)定性好。

?(4)用線架表示曲面進行刀位計算。即實際加工的零件外形是由刀具的曲線運動軌跡的復(fù)合生成的。?6.5.3曲面加工中的零件表面質(zhì)量控制曲面加工中控制加工精度主要有兩個指標：1.加工步距（Stepover）；2.加工殘留刀痕高度（Scallop）。?在應(yīng)用CAM系統(tǒng)時應(yīng)注意幾個方面以便優(yōu)化加工：(1)精加工如用球頭刀，則選用的原則應(yīng)當是先用大半徑球刀，再用小半徑球刀。(2)對于具有凸形曲面的零件精加工，應(yīng)當盡可能采用大半徑球刀加工，以便在獲得相同零件加工表面質(zhì)量下減少加工的行數(shù)。(3)對于平端銑刀和圓角銑刀，在精加工中刀路方向應(yīng)確定沿刀具等效半徑最大方向。(4)加工的步距——是指刀具沿一路徑移動每步的大小.?6.5.4刀具干涉檢驗刀位計算中如果僅考慮刀觸點則在加工中有可能產(chǎn)生刀具過切的現(xiàn)象。

主要有：(1)無干涉檢驗（NOGougeAvoidance）；

(2)刀具運動方向干涉檢驗（In－lineGougeAvoidance）；

(3)全方位刀具干涉檢驗（FullGougeAvoidance）；

(4)多曲面刀具干涉檢驗（CubeGongAvoidane）。?6.6數(shù)控編程系統(tǒng)應(yīng)用的策略6.6.1應(yīng)用CAM系統(tǒng)的加工策略正確的應(yīng)用CAM系統(tǒng)是非常重要的，這不僅要求CAM系統(tǒng)有靈活的方法選擇和精確的刀路計算而且還需要程序員有一定的生產(chǎn)加工經(jīng)驗。對于曲面的精加工，刀具的進刀和退刀方式對加工影響不大，但困難的是粗加工的進刀與刀。?粗加工選擇進刀的一般原則是：(1)對具有凸臺形狀的零件加工，（如模具的凸模加工），刀具應(yīng)由工件的外部向里進刀。(2)對具有凹腔形狀的零件加工，（如模具的凹模加工），應(yīng)事先預(yù)估工藝孔以便刀具落至合適的高度后再進給加工。(3)對于半精加工，刀具應(yīng)以一定的斜角切人工件或者按粗加工的進刀方法進刀。?CAM系統(tǒng)在粗、精加工的刀路選擇上的方法：(1)粗加工刀路一般應(yīng)選擇單向切削，刀具在一條軌跡上完成后應(yīng)提拉至安全平面，再快速運動到下一個行距的起始點落下。(2)精加工刀路一般可以采用雙向切削，這樣刀路比較節(jié)省，效率較高，但對一些比較陡峭的曲面，推薦選用單向切削，并且刀具切削由上往下運動?？紤]這些原則的根據(jù)是，粗加工切削量較大，因此切削狀態(tài)與用戶選擇的順銑與逆銑方式有較大關(guān)系，故單向切削可保持狀態(tài)不變。?

精加工切削量小，采用雙向切削刀具不用提拉，故可節(jié)省空程。CAM系統(tǒng)的應(yīng)用中一般在粗加工中應(yīng)選擇盡可能大直徑的刀具；精加工中，如果曲面屬于直紋曲面或無凹形，應(yīng)盡量選擇圓角銑刀而不用球頭鐵刀。加工中，刀具的選擇應(yīng)是由大到小逐步渡，即先用大直徑刀具完成曲面的大部分加工，再用小直徑刀具清角或局部加工。?6.6.2加工刀路的優(yōu)化

加工刀路的優(yōu)化（optimization）主要用于加工中各子程序的程序優(yōu)化（order）以便取得較短的刀具運動路線。僅考慮刀具運動軌跡最短這樣的目標，則可能引起加工中多次換刀；而僅考慮刀具分類優(yōu)化，則在優(yōu)化中沒有考慮起點與終點，故同樣引起不優(yōu)化的結(jié)果。?6.6.3編程系統(tǒng)應(yīng)用的圖表管理

集成的CAD/CAM系統(tǒng)強調(diào)無圖作業(yè)，但CAM實際應(yīng)用中仍有一圖一表，圖是指工件裝夾圖（SetupSheet），表則是指加工工藝方案記錄表。?機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。數(shù)控編程的目的機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。數(shù)控編程的內(nèi)容機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

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