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1、 第八章 计算机辅助数控加工编程 主要内容： 1. 数控编程基础 2. 自动编程语言（APT）编程技术 3. 图形交互式自动编程技术 4. 数控程序的检验与仿真 8.1 数控编程基础 8.1.1 数控加工编程的概念 （1）特点：更换加工对象，不需调整机床，只 需更换控制程序。适用于单件、小 批量自动化生产。 （2）数控加工过程 零件图数控装置数控编程机床零件 毛坯 CAPP 零件模型CAM （3）数控加工的优点 a. 加工精度高：尺寸精度0.10.005mm，质量 稳定。 b. 生产率高：省去多次装夹、检测。 c. 自动化程度高：手（机）动装夹，自动加工。 d. 生产准备时间短：换件不用调整机
2、床。 e. 数字信息：便于与CAD/CAM系统连接，实 现计算机管理与控制。 （4）数控机床坐标系命名 8.1.2 数控编程方法 （1）手工编程 a. 步骤： 读图，确定工艺路线及参数； 计算机床运动所需数据； 编程。 b. 复杂形状轮廓加工 手工编程简单形状零件； 手工编程与加工时间比： 30：1 复杂轮廓零件,数值计算工 作量大，容易出错。 2. 自动编程 （1）语言编程 利用专用语言和符号描述图形几何形状、 刀具运动轨迹、顺序及其工艺参数，得 到零件源程序。 （2）数控软件 a. 根据源程序计算刀具运动轨迹（刀具 中心相对于零件的运动轨迹），得到 刀位文件。 b. 针对具体NC机床（不同
3、机床的数控 系统），利用相应的后置处理程序， 处理（翻译）成数控指令程序。 （3）优点：编程速度快、质量高、方便、效率 高。复杂计算由计算机完成，能完 成手工不能实现的工作。 1. 加工工艺决策 （1） 确定加工方案 （2）工夹具的设计和选择 （3）选择合理的走刀路线 a.尽量缩短走刀路线，减少空 走刀行程，提高生产效率。 b.合理选取起刀点、切入点和 切入方式，保证切入过程平稳， 没有冲击。 8.1.3 数控加工程序编程的内容与步骤 c. 保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。 d. 保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工 面的干涉。 （4）选择合理的刀具 （5）确定合理的切削用量 2. 刀
4、位轨迹计算 a. 基本计算 几何元素的起点和终点、相邻几何元素的 交点或切点计算 圆形刀具（铣刀）的中心运动轨迹 b. 工件坐标系的选择原则为: 所选的工件坐标系应使程序编制简单； 工件坐标系原点应选在容易找正、并在 加工过程中便于检查的位置； 引起的加工误差小。 3. 编制或生成加工程序清单 4. 程序输入 5. 数控加工程序正确性校验 8.1.4 计算机辅助数控加工编程的一般原理 通用计算机 主 信 息 处理模块 后置处理 模 块 加工程序输入信息 数控系统驱动程序 计算机辅助数控加工编程的一般过程 8.1.5 数控编程术语与标准 b. G指令（准备功能指令） *ISO制定的与有些国家（日
5、本）稍有不同。 常用准备功能指令 *G指令在数控系统插补运算前要预先指定，ISO的G功 能有100种。 常用辅助功能指令 c. M指令（辅助功能指令） *M指令功能有100种，是数控加工时机床操作需要予以 指定的工艺性指令。 1.数控机床的坐标系定义 ISO标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机 床的坐标系进行命名，在这个坐标系下定义刀具位置及 其运动的轨迹。 右手直角坐标系 坐标轴命名时，不论加工中是刀具移动，还是被加 工工件移动，一律假定工件相对静止不动而刀具移动， 并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。 a. 确定机床坐标轴时先确定轴，再确定轴和 轴。对于有主轴的机床，如车
6、床、铣床等则以机 床主轴轴线方向作为Z轴方向。 b. 轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。 c. 轴方向可以根据已选定的、轴方向，按右 手直角坐标系来确定。 5.切触点与切触点曲线 （1）切触点 切削过程中刀具与工件曲面的理论接触点称为切触点。 切触点是变化的。 （2）切触点曲线 指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。切触点曲 线是生成刀具轨迹的基本要素， 切触点曲线由刀具中心 轨迹隐式定义。 切触点 6.刀位点数据与刀具运动轨迹 （1）刀位点数据 是指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的 坐标值。刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀 具中心点和刀轴矢量来进行描述，其中刀具中心点 可以是
7、刀心点（如球心），也可以是刀尖点。 （2）刀具运动轨迹 是指在加工过程中由刀位点运动所构成的曲线， 曲线上的每一点还包含着一个刀轴矢量。对于二、 三坐标数控加工，刀具运动轨迹一般由切触点曲线 经过刀具偏置计算得到，计算结果一般存放于刀位 文件之中。 8.1.6数控铣削编程实例 1.根据图样要求，确定工艺方案及加工路线。 2.选择刀具。 3.确定切削用量。 4.确定工件坐标系与对刀点。 5.编制程序： O1220； N0010 G92 X400.0 Y200.0 Z300.0； N0020 G90 G00 X5.0 Y-20.0； N0030 Z-5.0 M03； N0040 G01 G41 H
8、01 X5.0 Y-10.0 F150； N0050 Y35.0； N0060 G01 G91 X10.0 Y10.0； N0070 X11.8 Y0； N0080 G02 X30.5 Y-5.0 R20.0； N0090 G03 X17.3 Y-10.0 R20.0； N0100 G01 G90 X80.0 Y25.0； N0120 Y0； N0130 X-10.0 ； N0140 G00 G40 X5 Y-20.0 M05； N0150 G28 X0 Y0 Z0 ； N0160 M30 ； （1）自动编程语言发展概况 a.APT（Automatically Programmed tools
9、) 1955 1958 1961 1970 APT APTII APTIII APTIV 点位 曲线 35轴 曲面 b. 其它数控语言 EXAPT（德国）FAPT、HAPT（日本） IFAPT（法国）MODAPT（意大利） SKC、ECX（中国）85年ISO公布基于APT的NC 编程语言 8 .2 APT语言编程技术 c.APT语言的特点 a. 多种处理功能：点位、平面、曲线、空间 曲面（5轴加工）； b. 语言风格接近自然语言，易掌握； c. 编程可靠性高； d. 灵活、数据处理量小。 8.2.2 APT语言编程 （1）基本符号 a.“，”分隔符。C1=CIRCLE/0,0,25; b. “
10、/” 分隔语句的主、辅部分和除号。 GOFWD/C1; A=B/D; c. “*”乘方表示。A=B*2 d. “$”续行。 L1=LINE/RIGHT，TANTO C2，$ RIGHT，TANTO，C1； e. “：”分隔语句及标号。 f. “ ”给出曲线的起点和终点号，或下标 变量。 （2）基本词汇 最多由六个字母组成，共300多个。 a. 几何元素：POINT（点），LINE（线）， PLANE（平面）。 b. 几何关系和位置状况：PARLEL（平行）， PERPTO（垂直），TANTO（相切）。 c. 函数：SINF（正弦）COSF（余弦）EXPF （指数），SQRTF（平方根）。 d.
11、 加工词汇：BORE（镗），CHAM（倒 角），ROUGH（粗加工），DVSJSE（加 工余量），FEED（进给量），TOLER （容差）。 e. 刀具词汇：TURNTL（车刀），MILTL （铣刀），DRITL（钻头）。 f. 刀具运动：GOFWD（向前）， GODLTA（走增量），TLLFT（刀具在左）。 （3）语句 几何定义语句 刀具运动语句 工艺参数语句 3. APT语言基本语句 格式：标识符 = APT几何元素/定义方式 （1）几何定义语句：描述零件几何图形。 a. 点的定义 给定坐标定义点：P1=POINT/10，20，15； 两直线的交点： Pt = POINT/INTOF,L1
12、,L2; 直线和圆的交点 0 y x L1 Pt L2 0 y x C1 P1 L1 P2 P1=POINT/XSMALL,INTOF,L1,C1; P2=POINT/XLARGE,INTOF,L1,C1; 或 P1=POINT/YSMALL.INTOF,L1,C1; b. 直线的定义 过两点定义直线 L=LINE/X1,Y1,X2,Y2; (x2,y2) （x1,y1) c. 圆的定义 由圆心、半径定义圆：C1 = CIRCLE/X，Y，R； 三点定义圆：C1 = CIRCLE/P1，P2，P3； d. 平面的定义 不共线的三点定义：PL = PLANE/P1，P2，P3； 通过一点平行于另
13、一平面的平面 PL = PLANE/P，PARLEL，PL1； 用平面方程：AX + BY + CZ = D， 由4个系数定义平面： PL = PLANE/A，B，C，D； 导向面（DS ） 零件表面（PS ） 检查面（CS ） 刀具 （2）刀具运动语句 a. 三个控制面 DS:Driver Surface CS:Check Surface PS:Part Surface b. 描述刀具与零件表面关系的词汇 TLONPS刀具中心正好位于零件表面 TLOFPS刀具中心不在零件表面上 刀具 零件表面 刀具 零件表面 c. 刀具与导向面关系 TLLPT刀具在导向面左边 TLRGT刀具在导向面右边 T
14、LON刀具正好在导向面上 DSDS 刀具 TLLFT DSDS 刀具 TLRGT DS 刀具 TLON d. 刀具与检查面的关系 TO 走刀到检查面 ON 刀具中心在检查面上 PAST 走刀过检查面 DS CS TO 刀具 DS CS ON 刀具 DS CS PAST 刀具 e. 刀具运动方向 GOLET向左 GOFWD向前 GORGT向右 GOBACK向后 （3）工艺数据语句 a. 主轴转速及方向：SPWDL/N，CLW b. 铣刀直径及刀尖圆角半径：CUTTER/D，R c. 加工外容差及内容差 OUTTOL/ INTOL/ e. 材料名称及代号：MATERL/FR f. 初始语句程序名：
15、PARTO + 名称 g. 终止语句程序结束：FINI 设计曲线 切削形成的曲线 内容差外容差 外容差和内容差的定义 8.2.3APT语言编程步骤 1.分析零件图 2.选择坐标系 3.确定几何元素标识符 4.进行工艺分析 5.确定对刀方法和对刀点 6.选择容差、刀具等工艺参数 7.编写几何定义语句 8.编写刀具运动定义语句 9.插入其它语句 10.检验零件源程序 11.填写源程序清单 8.2 4 APT自动编程系统信息处理 零件源程序后置处理输入翻译数值计算 穿孔纸带 加工程序单 编译系统 通用计算机 APT自动编程系统信息处理过程 1.源程序翻译 即语言处理阶段。它按源程序的顺序，一个 符号
16、一个符号地依次阅读，将APT的词汇及相 关的数据转换为计算机处理的代码 。 2.数值计算阶段 该阶段的工作类似于手工编程时的基点和节点坐 标数据的计算。 依次读取翻译阶段结果数据 计算参数、存储 计算参数 刀具位置存储 刀具位置 后置处理信息 存储 后置处理 相关集合元素 处理 基点计算 存储 程序完 切削运动 Y N 后置处理 读入计算阶段结果 刀位坐标 ？ 坐标增量计算 NC代码转换、输出 程序结束 ？ 停机 计算机阶段的信息处理 后置处理阶段的信息处理 3.后置处理阶段 按照计算阶段的信息，通过后置处理即可生成符合具体 数控机床要求的零件加工程序。 X L1 C3 C2 C1 L2 L3 Y C4 0 Z X 0 25 72
