第七章数控车床自动编程.docx

1、第七章数控车床自动编程7 数控车床自动编程随着现代加工业的发展，实际生产过程中，比较复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，手工编程已满足不了实际生产的要求。如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加项目序，在这种需求推动下，数控自动编程得到了很大的发展。7. 1什么叫自动编程自动编程又称为计算机辅助编程。其定义是：利用计算机(含外围设备和相应的前置、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加项目序单和数控带的一种编程方式。7. 2自动编程的工作过程自动编程的工作过程如图7-1所示。图7-1 自动编程的工作过程从自动编程的工作过程中可以看出，数控语言、编译程序和通用电子计算机是实

2、现自动编程的必备条件。7.2.1数控语言数控语言是指其语言、语法程序所必需的一套规定语句及其应用规则。通过数控语言而编写的零件程序与用规定地址指令和格式编写的可直接用于机床的零件加项目序有着本质的区别，这种程序称为零件源程序，又称为计算机输入程序。零件源程序是电子计算机进行各种处理工作的依据，其内容包括零件的形状、尺寸、刀具及其动作、切削条件等方面参数，以及机床的各种辅助功能等。零件源程序(单和带必须在自动编程的准备工作中，由手工方式提前准备好，以便计算机接收。7.2.2编译程序为了使电子计算机识别零件源程序，必须在计算机内存放有处理零件源程序的软件，即编译程序。编译程序可对其源程序的语句、语

3、法进行检查(自诊断，然后阅读、译码、分类，以及进行十二进制数的转换等。不同的编译程序可以处理不同的源程序。7.2.3通用电子计算机通用电子计算机是自动编程的核心设备，被称为自动编程的“主机”。该计算机将其输入的零件源程序通过相应的编译程序进行翻译、轨迹计算及工艺处理等前置处理工作后，由针对特定机床和加工性质(车、铣、电等的机内后置处理程序处理，然后通过联网的外围设备制成加项目序单和数控带。7. 3自动编程的分类方法自动编程一般可按所用设备(编程系统、插补类型和编程语言等进行分类，目前多按所用设备(除数控机床已具备其直接编程功能外分类。7.3.1微机自动编程以单板、单片微机作为自动编程的硬件设备

4、，可称为价廉物美的选择。其产品包括从低档(如电火花线切割机床用TP80l等至高档(如加工中心用：HP一486/33u等的多种型号、规格，但和大、中型通用计算机相比，其自动编程软件还存在着较大局限性。7. 3. 2小型机自动编程小型机自动编程系统的针对性强，通常具有一定的工艺处理及一些专用功能。例如，德国的EXAPT-l(点位加工、EXAPT-2(车削加工和EXAPT-3(铣削加工等属于这一类。7. 3. 3大型机自动编程大型机的字长通常为32位或64位，速度在1.0MIPS以上，内存2MB以上。例如国内较多院校、研究机构和大型企业配置的IBM43系列计算机多为这一类。目前，因为有APTX等高水

5、平软件的支持，大型机自动编程系统越来越成熟，应用的领域也更加广阔。7. 3. 4工作站自动编程数控自动编程工作站(CAD/CAM具有计算及图形交互处理功能，又被誉为“交钥匙”系统。工作站常以小型计算机为主机，并辅以多种硬件构成。该工作站适用于25轴自动编程及数据库管理和网络通讯等。7. 4自动编程的特点7. 4. 1编程系统的处理功能以APT编程系统为代表的自动编程，多数只能对前置处理阶段中的编程几何图形、刀具运动轨迹和后置(输出处理阶段的各项目进行处理，其工艺处理方面的项目仍需由人工进行。以EXAPT系统为代表的自动编程，除可进行上述各处理内容以外，还增加了较复杂的工艺处理：即在其系统软件中

6、，存有指定机床、刀具、工件材料及切削用量等各种工艺文件，通过这些文件，可以自动选择毛坯、确定刀具、走刀路线及切削用量等。有的编程系统还可以自动地确定加工过程所需要的全部信息和实现部分工艺过程的“最佳化的处理功能。7. 4. 2系统的运行方式，系统即可一次性自动处理完成其编程工作，其间不需要人工对处理过程进行干预，自动化程度高。但处理结果如有差错，则需通过修改其源程序后，再重新运行，有时需要反复运行多次，才能得到满意的加项目序。2）人机对话运行这种运行方式是人与编程计算机之间，通过其键盘和屏幕等装置，给计算机某些数控语言之外的命令，以实现与计算机的“实时对话”。这种运行方式有利于简化编程过程，缩

7、短编程时间，减少编程差错，并且只需一次运行即可得到满意的结果。7. 4. 3系统的信息处理系统有关。所以，其前置处理软件对各类数控机床(系统均具有通用性，仅后置处理软件才具有专用性。性文件，并将其两个处理阶段合并进行。这种处理方式的专用性较强，一般只能针对具体的加工(如点位、车、铣等方式进行。7. 5自动编程的优点l）编程人员只须使用自动编程系统所规定的专用语言编写源程序，减少了数学分析和复杂计算，省去了手工填写零件的加项目序单及打制穿孔带等。因此，人工的工作量较小。2）处理迅速、准确，不易出错。即使因源程序写错而造成程序出错，也能方便地查找，因为编程系统能自动输出产生错误的位置及类型。3）编

8、写源程序的过程简明、清晰，易于掌握。新一代自动编程系统与传统的编程系统不同，操作者不需要学习任何一种专用编程语言；它又与会话式编程系统不同，描述零件轨迹时不必与计算机进行冗长和繁琐的对话。随后，又以APT系统为基础，于1958年开发了APT-系统，于1962年开发了APT-系统，于1970年开发了APT-系统。除美国先后发展了很多型号的自动编程系统外，国外其他较典型的自动编程系统有德国的EXAPT、日本的FAPT、法国的IFAPT和前苏联的CNC-T等。我国在推广和应用自动编程方面，虽然起步较晚，但发展十分迅速。随着数控加工技术和微机技术的发展，我国已有了自己的自动编程系统和应用软件，如CAM

9、一251系统、SAPT会话型系统、IBMPC等通用计算机采用的自动编程应用软件和三维曲面造型的SCAD自动编程系统软件；还有多种适应其系统的自动编程语言，如EAPT、SAPT、SKC和Z80汇编语言等。7. 8自动编程的发展自动编程技术发展很快，在不长的时间里，已经历了三代变化：第一代以计算机辅助计算复杂几何参数为特征；第二代可通过计算机选择毛坯、刀具及确定走刀路线等；第三代除可完成上述工作外，还能自动确定最佳的加工工艺参数，以解决工艺过程优化问题。下面简介几种新型自动编程系统。7. 8. 1图形交互自动编程系统这是一种直观性好、使用简便、速度快、精度高，并便于校验的先进编程系统。采用该系统进

10、行编程时，通常以专用计算机辅助设计(CAD软件为基础，利用该软件的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成图形文件。然后调用数控编程模块，采用人机交互对话(如输入相应的工艺参数等的方式，计算机即可自动将零件的加项目序编制出来，并在计算机的屏幕上进行动态模拟显示。7. 8. 2数控图形编程系统该系统由光笔、荧光屏、键盘及与之联接的计算机组成。编程时，编程人员用光笔和键盘在荧光屏上描绘出零件轮廓，然后使光笔沿着刀具加工零件的相应轨迹移动，计算机即可自动编制出该零件的加项目序并制出其数控带。7. 8. 3语音数控自动编程(VNC系统电子语音识别技术与计算机(数控技术的结合，产生了用音频数据

11、(指令输入的自动编程系统。该系统主要包括头戴送话器(小型话筒、预信息处理机(语音翻译器和小型计算机，必要时可配置图像显示器、电传打字机和数控带穿孔机等外围设备。编程时，编程人员不需具备专门的编程技术，也不需要编写和输入“源程序”，只要把规定使用的专门词汇(指令按需要讲给话筒即可，计算机则会将编好的加项目序通过图像显示器、电传打字机或纸带穿孔机等外围设备输出。总之，数控自动编程的发展趋势是，更快速、更可靠、更简便和性价比更好。如可以直接输入CAD图形进行编程；工艺处理的专家系统软件用于优化编程；具有动态仿真功能，利于程序的校验和修正；系统的几何造型功能更强，算法更先进，理论更完善，误差更小；配置

12、有通用性较强的后置处理程序，以适应不同加工的需要等等。7. 9现代自动编程系统简介数控自动编程的初期是利用通用微机或专用的编程器，在专用编程软件例如APT系统）的支持下，以人机对话的方式来确定加工对象和加工条件，然后编程器自动进行运算和生成加工指令，这种自动编程方式，对于形状简单轮廓由直线和圆弧组成）的零件，可以快速得完成编程工作。目前在安装有高版本数控系统的机床上，这种自动编程方式，已经完全集成在机床的内部例如西门子810系统）。但是如果零件的轮廓是曲线样条或是三维曲面组成，这种自动编程是无法生成加项目序的，解决的办法是利用CADCAM软件来进行数控自动编程。随着微电子技术和CAD技术的发展

13、，自动编程系统已逐渐过渡到以图形交互为基础，与CAD相集成的CAD/CAM一体化的编程方法。与以前的APT等语言型的自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。采用CAD/CAM数控编程系统进行自动编程已经成为数控编程的主要方式。目前，商品化的CADCAM软件比较多，应用情况也各有不同，下表列出了国内应用比较广泛的CAM软件的基本情况。软件名称基本情况Pro/Engineer是美国PTC公司出品的CADCAMCAE一体化的大型软件，功能强大，支持三轴到五轴的加工，同样因为相关模块比较多，学习掌握，需

14、要较多的时间。欲了解更多情况请访问其网站。网址：CATIAIBM下属的Dassault公司出品的CADCAMCAE一体化的大型软件，功能强大，支持三轴到五轴的加工，支持高速加工，因为相关模块比较多，学习掌握的时间也较长。欲了解更多情况请访问其网站。网址：Ideas也是美国EDS公司出品的CADCAMCAE一体化的大型软件，因为目前与UG软件在功能方面有较多重复，EDS公司准备将Ideas的优点融合到UG中，让两个软件合并成为一个功能更强的软件。欲了解更多情况请访问其网站。Cimatron是以色列的CIMATRON公司出品的CADCAM集成软件，相对于前面的大型软件来说，是一个中端的专业加工软件

15、，支持三轴到五轴的加工，支持高速加工，在模具行业应用广泛。欲了解更多情况请访问其网站。网址：PowerMILL是英国的Delcam Plc出品的专业CAM软件，是目前唯一一个与CAD系统相分离的CAM软件，其功能强大，加工策略非常丰富的数控加工编程软件，目前，支持3轴到5轴的铣削加工，支持高速加工。欲了解更多情况请访问其网站。网址：MasterCAM是美国CNCSoftware,INC开发的CAD/CAM系统，是最早在微机上开发应用的CADCAM软件，用户数量最多，许多学校都广泛使用此软件来作为机械制造及NC程序编制的范例软件。网址：EdgeCAM是英国Pathtrace公司开发的一个中端的C

16、AD/CAM系统，更多情况请访问其网站。网址：CAXA是国内北航海尔软件有限公司出品的数控加工软件，其功能与前面介绍的软件相比较，在功能上稍差一些，但价格便宜。更多情况请访问其网站。网址：当然，还有一些CAM软件，因为目前国内用户数量比较少，所以，没有出现在上面的表格内，例如Cam-tool、WorkNC等。上述的CAM软件在功能、价格、服务等方面各有侧重，功能越强大，价格也越贵，对于使用者来说，应根据自己的实际情况，在充分调研的基础上，来选择购买合适的CADCAM软件。掌握并充分利用CADCAM软件，可以帮助我们将微型计算机与CNC机床组成面向加工的系统，大大提高设计效率和质量，减少编程时间

17、，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产制造水平。因为目前CAM系统在CADCAM中仍处于相对独立状态，因此无论上表中的那一个CAM软件都需要在引入零件CAD模型中几何信息的基础上，由人工交互方式，添加被加工的具体对象、约束条件、刀具与切削用量、工艺参数等信息，因而这些CAM软件的编程过程基本相同。其操作步骤可归纳如下：第一步，理解零件图纸或其它的模型数据，确定加工内容。第二步，确定加工工艺装卡、刀具、毛坯情况等），根据工艺确定刀具原点位置即用户坐标系）。第三步，利用CAD功能建立加工模型或通过数据接口读入已有的CAD模型数据文件，并根据编程需要，进行适当的删减与增补。第四步，选择合适的加工策

18、略，CAM软件根据前面提高的信息，自动生成刀具轨迹。第五步，进行加工仿真或刀具路径模拟，以确认加工结果和刀具路径与我们设想的一致。第六步，通过与加工机床相对应的后置处理文件，CAM软件将刀具路径转换成加工代码。第七步，将加工代码G代码）传输到加工机床上，完成零件加工。因为零件的难易程度各不相同，上述的操作步骤将会依据零件实际情况，而有所删减和增补。7. 10 CAXA数控车2000自动编程系统CAXA是我国一家高科技软件企业，以推动中国CAD/CAM技术的应用和制造业信息化的发展为目标。经过近十年的发展，特别是从1997年以中小企业可以接受的价位推出“CAXA电子图板97”以来，CAXA系列软

19、件就为我国CAD/CAM技术的应用发挥了积极的作用。7.10.1界面介绍 CAXA数控车基本应用界面如图7-2所示，和其他windows风格的软件一样，各种应用功能通过菜单条和工具条驱动；状态条指导用户进行操作并提示当前状态和所处位置：绘图区显示各种绘图操作的结果；同时，绘图区和参数栏为用户实现各种功能提供数据的交互。7.10. 2功能驱动方式CAXA数控车采用菜单驱动、工具条驱动和热键驱动相结合的方式，以用户对CAXA数控车运用的熟练程度，用户可以选择不同的命令驱动方式。7.10. 2. 1主菜单命令菜单条包含系统所有功能项，为方便使用，CAXA数控车把菜单项按不同类别分类。功能基本分类如下

20、：、保存、另存为、数据输入、数据输出、退出等。2）编辑模块它主要对已的对象进行编辑，包括撤消、恢复、剪切、复制、粘贴、删除、元素不可见、元素可见、元素颜色修改、元素层修改等。3）应用模块应用模块是最重要的模块，CAXA数控车各种曲线生成、线面编辑、图7-2 CAXA数控车2000主界面后置处理、轨迹生成、几何变换等功组能项都在其中。曲线生成包括：直线、圆、圆弧、样条、点、公式曲线、多边形、二次曲线、椭圆、等距线等。轨迹生成：刀具库管理、平面轮廓加工、平面区域加工、参数线加工、限制线加工、曲面轮廓加工、曲面区域加工、投影加工、曲线加工、粗加工、钻孔、等高线加工和轨迹生成批处理等。后置处理包括：后

21、置设置、生成G代码和校核G代码。线面编辑包括：曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合、曲线拉伸等。几何变换包括：平移、平面旋转、旋转、平面镜像、镜像、阵列和缩放等。4）设置模块设置模块下面的项主要是用来设置当前工作状态、拾取状态和用户界面的布局，它包括：当前颜色、层设置、拾取过滤设置、系统设置、绘制草图、曲面真实感、特征窗口和自定义。5）工具模块坐标系：创建坐标系、激活坐标系、删除坐标系、隐藏坐标系、显示所有坐标系。显示工具：旋转、平移、放大、全局、远近、视向定位、全屏显示。查询：坐标、距离、角度、元素属性。7.10. 2. 2弹出菜单CAXA数控车弹出菜单是用来当前命令状态下的子命令，通过空

22、格键弹出，不同的命令执行状态下可能有不同的子命令组主要分为点工具组、矢量工具组、选择集拾取工具组、轮廓拾取工具组和岛拾取工具组。如果子命令是用来设置某种子状态，CAXA数控车在状态条中显示提示用户。1）点工具包括：缺省点、屏幕点、端点、中点、交点、圆心、垂足点、切点、最近点、控制点、刀位点和存在点等。2）矢量工具包括：直线方向、X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向、2轴正方向、Z轴负方向和端点切矢等。3）选择集拾取工具包括：拾取添加、拾取所有、拾取取消、取消尾项和取消所有等。4）轮廓拾取工具包括：单今拾取、链拾取和限制链拾取等：岛拾取工具单个拾取、链拾取和限制链拾取等。5）岛拾取工具

23、单个拾取、链拾取和限制链拾取等。7. 10. 2. 3工具条驱动 CAXA数控车与其它Windows应用程序一样，为比较熟练的用户提供了工具条命令驱动方式，它把用户经常使用的功能分类组成工具组，放在显眼的地方以备用户方便使用。CAXA数控车为用户提供了标准栏、草图绘制栏、显示栏、曲线栏、特征栏、曲面栏和线面编辑栏，同时，CAXA数控车为用户提供了自定义功能，用户可以把自己经常使用的功能编辑成组，放在最适当的地方。图7-3 CAXA数控车2000工具条7.10.2.4鼠标、键盘和热键1）鼠标键鼠标左键可以用来激活菜单，确定位置点、拾取元素等。例如，要运行画直线功能，要先把鼠标光标移动到“直线”图

24、标上，然后按鼠标左键，激活画直线功能，这时，在命令提示区出现下一步操作的提示：“输入起点”。把鼠标光标移动到绘图区内，按鼠标左键，输入一个位置点，再根据提示输入第二个位置点，就生成了一条直线。鼠标右键用来确认拾取、结束操作，终止命令。和数值键可以激活一个坐标输入条，在输入条中可以输入坐标值。如果坐标值以开始，表示一个相对于前一个输入点的相对坐标；在某些情况也可以输入字符串。3）空格键弹出工具点菜单。例如：在系统要求输入点时，按空格键可以弹出点工具菜单。：显示旋转。Ctrl+方向键(、：显示平移。Shift+：显示放大。 Shift+：显示缩小。7. 10. 2. 5定义自己的工作方式考虑到不同

25、的用户有不同的工作习惯，不同的用户不同的工作重点，不同的用户有不同的熟练程度，CAXA数控车为用户提供了自定义操作，他可以根据不同的喜好定制不同的菜单、热键、工具条，也可以为特殊的按钮更换自己喜欢的图标。如果您打算定制自己的菜单、热键或工具条，您可以通过“设置”主菜单点击“自定义”子菜单，CAXA数控车会弹出如图7-4对话框。图7-4 CAXA数控车自定义对话框1）定制新的菜单工具条选中自定义对话框中的工具条属性页，会出现如图7-5的页面：图7-5 自定义中的工具条页面从工具条页面点击“新键”按钮，出现工具条命名对话框，在“工具条名称：”一栏中输入“我的工具”，然后按“OK”按扭，就会增加一个

26、工具条“我的工具”，并出现一个空的工具条。如图7-6、7-7所示：图7-6 工具条命名对话框图7-7 创建新工具条点“命令”属性页,选取“类别”中的“编辑”，在“命令”，栏中显示出功能列表，把“删除”功能拖到空的工具条中，如果从工具条中拖动，同时按住Ctrl键拖动，表示复制一个按钮，如图7-8所示。然后，重复上述操作，把“应用”中的“直线”、“圆弧”、“曲线拉伸”功能拖到工具条中，最后结果如图7-9所示。如果您希望以菜单的形式出现，可以在按钮上点鼠标右键，在弹出菜单上选择文本，会出现拉伸菜单项，这样，就完成了一个自定义工具条。如图7-8所示。图7-8 拖动工具按钮图7-9 新定义的工具条图7-

27、10 带菜单的工具条定制方法2）自定义热健例如，要把“编辑”模块中的“剪切”功能定义快捷键“Shifi+X”。点自定义对话框中“键盘”属性页，出现快捷键定义对话框。在“类”框中选择“编辑”一项，然后在“命令”框中选择“剪切”项。再用鼠标点击“按下新加速键”下的一栏输入条。这时按“Shifi+X”键，该栏中显示出快捷键。按“指定”按扭确定把“剪切”功能定义快捷键“Shiff+X”。按“Close”按扭关闭对话框。此时，如果按“Shin+X”键，等于点击了一下剪切按钮，会执行“剪切”命令。图7-11 热键定义过程3）重置原有状态当用户对现有的自定义状态不是很满意或别的原因希望还原为原有状态时，可以通过执行全部重置