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1、第11章 计算机辅助数控程序编制 11.0 数控技术概述,一. 数控技术的产生及发展,数控机床（ numeriacal conctrol machine tool）就是通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。其实质就是技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。,第一台数控机床是美国PASONS公司与麻省理工学院(MIT) 于1952年合作研制成功。1959年美国克耐杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称MC）。,20世纪80年代初,出现了以加工中心或车削中心为主体, 配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元,简称FMC。近几年又出现了以数控
2、机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(简称 CIMS),实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。, www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- ,二. 数控机床的组成及工作原理,如图所示,数控机床主要由CNC数控系统和机床主体组成。,图1.1 数控机床的基本组成,1. 程序编制及程序载体：,数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。程序载体有 穿孔纸带、磁带、软磁盘、硬磁盘、光盘等。,2. 输入装置：,存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给
3、 CNC 装 置，有读带机、软盘驱动器、光驱等。,3. 数控装置CNC：,数控装置是数控机床的核心,它由硬件和软件组成。硬件由各种输入输出接口电路、微处理器(CPU)、存储器等组成。其作用是：接受输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。,4. 伺服驱动系统 ：,伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一, 执行由 CNC 装置输出的运动指令。,伺服驱动系统：伺服驱动电路+伺服驱动装置 伺服驱动装置：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。,步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机的工作原理：,5. 检
4、测装置：,检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分,其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测,将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统,实现闭环或半闭环控制。,6. 机床主体：,数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件,用于完成各种切削加工。,7. 辅助装置：,数控机床在实现整机的全自动化控制中，为了提高生产率、加工精度等，还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。,三. 数控机床的分类,1. 按加工方式分类：,切削机床类。如数控车床、铣床、镗床、钻床和加工中心等,成型机床类。如数控冲压
5、机、弯管机、折弯机等,特种加工机床类。如数控电火花、线切割、激光加工机床等,其它机床类。如数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等,2. 按伺服控制方式分类：,开环控制数控机床（见图1-2）,闭环控制数控机床（见图1-3）,半闭环控制数控机床（见图1-4）,数控机床实例：,图1-5 数控洗床,数控机床演示,11.1 数控编程的基本概念 11.1.1 数控加工的特点数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控加工过程是用数控装置或计算机代替人工操纵机床进行自动化加工的过程。图11.1为数控加工过程示意图。程序载体记录了为达到零件图样要求的形状和尺寸而编写的数控程序，经数控系统
6、处理之后产生相应的操作指令，控制机床运动，从而完成零件的自动化加工过程。 图11.1 数控加工过程示意图,数控加工具有如下特点：(1) 加工精度高：尺寸精度一般在0.0050.1范围内，不受零件形状复杂程序的影响。(2) 生产效率高：加工过程中省去了划线、多次装夹定位、检测等工序，有效地提高了生产率。 (3) 自动化程度高：除了用手工装卸工件外，全部加工过程都由机床自动完成，减轻了劳动强度，改善了劳动条件。 (4) 生产准备时间短：可以省去许多用专工装设备的设计与制造。 (5) 数控加工使用数字信息：便于计算机控制和管理，容易连接CAD系统，形成CAD/CAM集成系统。,1工艺方案分析在分析零
7、件图样、生产批量、现有数控设备条件的基础上，首先分析并拟订工艺方案，即确认加工对象是否适合于数控加工、毛坯的选择、工序的划分以及选用合适的数控机床。,2工序详细设计工序的详细设计，包括工件的定位与夹紧、工步划分、刀具选择、切削用量的确定、走刀分配以及工艺文件的编制等内容。在上述工序详细设计的基础上，进行工序卡的编制，工序卡一般包括工步与走刀的序号、加工部位与尺寸、刀号与补偿号、刀具型式与规格、主轴转速、进给量以及工时等内容。,11.1.2 数控编程的内容和步骤,3运动轨迹的坐标值计算首先建立零件坐标系，作为各坐标尺寸的基准，计算各次运动轨迹的程序坐标值，作为数控系统的输入数据。坐标值计算主要包
8、括基点、节点及辅助计算三部分：,(1) 基点计算 零件轮廓一般是由直线、圆弧及曲线等几何元素组成，所以要计算相邻两个几何要素的交点或切点（即基点）的坐标值。,(2) 节点计算 由于数控系统一般只具备直线插补和圆弧插补功能，所以对非圆曲线还要计算该曲线本身用直线段逼近或圆弧段逼近相邻线段的交点或切点（节点）坐标值。,(3) 辅助计算 辅助计算包括刀具的引入与退出路线的坐标值计算、脉冲数的计算与圆整及坐标系的换算等。,4加工程序单的编写根据上述已确定的工序卡和所计算的运动轨迹坐标值，用数控机床规定的指令代码与程序格式逐段编写加工程序单。,5控制介质的制备将程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控机
9、床的输入信息。控制介质有穿孔带、磁带、软磁盘、硬磁盘、光盘等。,6程序校核与试切一般的校核方法是将程序输送给机床进行空运转画图检查。该方法只能检查运动的正确性，而不能检查出由于计算或刀具调整不当造成的误差，所以还必须进行首件试切作综合检查，若有错误，可根据问题的性质进行修改和补偿，直到满足图样要求。,11.1.3 数控程序编制的方法1手工编程手工编程也可称为人工编程。手工编程的主要步骤和内容如下：(1) 根据零件图样对零件进行工艺分析，在分析的基础上确定加工路线和工艺参数。(2) 根据零件的几何形状和尺寸，计算数控机床运动所需数据。(3) 根据计算结果及确定的加工路线，按规定的格式和代码编写零
10、件加工程序单。(4) 按程序单在穿孔机或卡片上穿孔、或存入磁盘制成控制介质。,2自动编程随着计算机技术和算法语言的发展，首先提出了用“语言程序”的方法实现自动编程。所谓“语言程序”就是用专用的语言和符号来描述零件图样上的几何形状及其相对零件运动的轨迹、顺序和其它工艺参数等。这个程序称为零件的源程序。零件源程序编好后，输入给计算机。“数控软件”分两步对零件源程序进行处理。第一步是计算刀具中心相对零件运动轨迹。第二步是针对具体NC机床的功能产生控制指令的后置处理程序。图11.6 数据自动编程过程,11.1.4 G代码数控程序的编制,一. 常用G指令的含义及应用:,G指令用来规定刀具和工件的相对运动
11、轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等加工操作。 （1）绝对值和增量值编程指令(G90，G91)G90绝对坐标系G91增量坐标系,（2）定位（快速）指令（G00）,G90 G00 X40.0 Y70.0；G91 G00 X-60.0 Y40.0；,（3）直线插补指令（G01）,绝对坐标：G01 X20 Y30 相对坐标：G01 X-80 Y-50,（4）坐标平面设定指令（G17，G18，G19）G17-xy平面;G18-zx平面;G19-yz平面.,（5）圆弧插补指令 顺时针圆弧插补指令（G02） 逆时针圆弧插补指令（G03） 方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往
12、负向观察,G17 G02 X- Y- I- J- LF 或G17 G02 X- Y- R- LF G17 G03 X- Y- I- J- LF 或G17 G03 X- Y- R- LF,其中： X、Y的值是指圆弧插补的终点坐标值； I、J是指圆弧起点相对于圆心的增量坐标；（此处选择该方法） 或：I、J是指圆弧圆心相对于圆弧起点的增量坐标； R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角180时，R值为正， 当圆弧的圆心角180时，R值为负。,圆弧插补示例，加工轨迹如图,绝对编程方式：G92 X200.0 Y40.0 LFG90 G03 X140.0 Y100.0 I60.0 J0 LFG02 X120.0
13、Y60.0 I50.0 J0 LF,90 120 140 200,或 G92 X200.0 Y40.0 LFG90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 LFG02 X120.0 Y60.0 R50.0；,6. G92设定加工坐标系指令（G92）（指定对刀点）,表11.1 常用准备功能指令,二. 常用M指令的含义及应用,讲例题：,例：已知被加工零件的轮廓ABCD，试用G代码编写加工程序。,N01 G92 X10 Y10,N02 G90 G17 G00 X15 Y15 LF,N03 G01 X115 Y15 LF,N04 G02 X145 Y45 I-30 J0 LF,N05 G01
14、X145 Y75 LF,N06 G01 X15 Y75 LF,N07 G01 X15 Y15 LF,N08 G00 X10 Y10 M02 LF,11.2 自动编程语言11.2.1 自动编程语言的发展概况现在国际上流行的数控自动编程语言有上百种，其中流传最广、影响最深、最具有代表性的是美国MIT研制的APT系统（Automatically Programmed Tools）。我国机械工业部1982年发布的NC机床自动编程语言标准（JB311282）采用了APT的词汇语法；1985年国际标准化组织ISO公布的NC机床自动编程语言（ISO43421985）也是以APT语言为基础的。,APT语言系统
15、的特点是：(1) APT语言有多种多样的处理能力。(2) 用APT语言编写的零件源程序接近英语自然语言。(3) APT编程可靠性高。(4) 富有灵活性。(5) 数据处理所需费用少，制备时间短。 这一节自学。,11.3 数控程序系统数控程序系统按其应用范围可分为两大类。第一类是不限定加工对象、适用范围广泛的通用系统。上述APT系统就是通用系统的典型代表。另一类是适用于特定目标的、针对性较强的专用系统。其中通用系统按其功能又可分为几何处理系统和工艺处理系统。数控程序系统的工作大致可分为三个阶段进行：即输入翻译阶段，轨迹计算阶段和后置处理阶段。(1) 输入翻译阶段 它是为计算刀具运动轨迹阶段作准备。此阶段的主要功能是按源程序的顺序，一个符号一个符号地依次阅读并处理源程序。(2) 轨迹计算阶段 这个阶段的功能类似于手工编程中基点、节点和刀具中心轨迹的计算。对于有工艺处理能力的程序系统还包括工艺过程和工艺参数的确定。(3) 后置处理阶段 后置处理阶段的功能包括增量计算、脉冲当量转换以及编写程序单和制成数控纸带等，从而将计算阶段目标程序给出的数据、工艺参数及其它有关信息转变成数控装置的输入信息。,
