第8章 计算机辅助制造技术-殷国富.

应用层 系统管理层
操作系统：Windows，UNIX，Linux 硬件平台：计算机，加工设备 ……
操作系统层 硬件层
图8.1 CAM系统体系结构
数控机床及其编程技术
CAM系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主 体，应用软件为核心组成的面向制造的信息处理系统，应具 有的功能是：人机交互功能、数值计算及图形处理功能、存 储与检索功能、数控加工信息处理功能M系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主 体，应用软件为核心组成的面向制造的信息处理系统，应具 有的功能是：人机交互功能、数值计算及图形处理功能、存 储与检索功能、数控加工信息处理功能、数控加工过程仿真 功能等。
产品制造专业应用软件 ……
工具软件：UG，Pro/E ，MasterCAM，EdgeCAM…… 数据库：Oracle,Sybase, SQL Server…… 网络协议：TCP/IP,SPX/IPX
数控语言及数控加工程序的编制
G指令
⑥ G40，G41，G42——刀具半径补偿指令。数控装置大都具有刀 具半径补偿功能，为编程提供了方便。当铣削零件轮廓时，不需计 算刀具中心运动轨迹，而只需按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿 指令，并在控制面板上使用刀具拨码盘或键盘人工输入刀具半径， 数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。 当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，只需手工输入改变后的 刀具半径，而不必修改已编好的程序或纸带。在用同一把刀具进行 粗、精加工时，设精加工余量为Δ，则粗加工的补偿量为（r+Δ）， 而精加工的补偿量改为r即可。
计算机
零件图
数控语 言
零 件 源 程 序
翻 译 处 理
刀 位 计 算
后 置 处 理
加工程 序
数控机 床
修改
仿真检 查
图8.8 数控自动编程的一般过程
数控机床及其编程技术
数控编程的内容与步骤
数控机床编程的主要内容有：分析零件图样、确定加工工艺过程、 数学处理、编写程序清单、制作控制介质、程序检查、输入程序以 及首件试切。
广义CAM是指利用计算机辅助从毛坯到产品制造全过程的所 有直接与间接的活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流 过程的运行控制、生产控制、质量控制、物料需求计划、成 本控制、库存控制、NC机床、机器人等，涉及到制造活动中 与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送） 的监视、控制和管理等环节。
数控语言及数控加工程序的编制
G指令
⑨ G90，G91——绝对坐标尺寸及增量坐标尺寸编程指令。G90表 示程序输入的坐标值按绝对坐标值取；G91表示程序段的坐标值按 增量坐标值取。 ⑩ G92——坐标系设定指令。G92指令只是设定工件坐标系，并不 产生运动。当绝对尺寸编程时，首先要建立编程坐标系，即设定工 件坐标原点（程序原点）距刀具现在位置多远的地方。换言之，就 是以程序原点为准，确定刀具起始点的坐标值。所设定的坐标值便 由数控装置记忆在相应的坐标轴的存储器中，作为下一程序段用绝 对值编程的基数。
第8章计算机辅助制造技术与应用
CAM技术概述 CAM系统功能和体系结构 数控机床及其编程技术 数控语言及数控加工程序的编制 数控加工过程仿真技术
常用CAM软件系统的功能简介 MastreCAM数控编程实例
CAM技术概述
狭义CAM的含义是：从产品设计到加工制造之间的一切生产 准备活动，它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产 计划的制订、资源需求计划的制订等。目前CAM的狭义概念 进一步缩小为数控编程的同义词，通常仅指数控加工程序的 编制与数控加工过程控制，CAPP已被作为一个专门的功能系 统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的 制订则划分给企业资源计划管理（ERP）系统来完成。
数控语言及数控加工程序的编制
M指令
③ M02——程序结束指令。在全部程序结束时使用该指令，它使主 轴、进给、冷却液送进停止，并使机床复位。 ④ M03，M04，M05——主轴j顺时针旋转（正转）、主轴逆时针旋 转（反转）及主轴停指令。 ⑤ M06——换刀指令用于具有刀库的加工中心数控机床换刀。 ⑥ M07，M08，M09——冷却液开、停指令。M07指令2号冷却液开， M08指令1号冷却液开，M09指令冷却液关闭。 ⑦ M30——程序结束并倒带。该指令除了具有M02的功能外，还能 使纸带倒回到起始位置。 ⑧ M98——子程序调用指令。 ⑨ M99——子程序返回到主程序指令。
G41和G42分别为左（右）偏刀具补偿指令，即沿刀具前进方向 看（假设工件不动），刀具位于零件的左（右）侧时刀具半径补偿。
G40为刀具半径补偿撤消指令。使用该指令后，使G41，G42指 令无效。
数控语言及数控加工程序的编制
G指令
⑦ G43，G44，G49——刀具长度偏置指令。它指令刀具在刀具轴 向（Z方向）相对于程序值伸长或缩短一个给定的偏置距离。即：
实际位移量=程序值±偏置值 其中程序值和偏置值为代数值。当二代数值相加称正偏值，用 G43指定；当二代数值相减称负偏值，用G44指定。G49为偏置注销。 G43，G44指令使编程人员可按假定的刀具长度安装之后，再按 实际刀具长度与编程刀具长度之差作为偏置数据输入即可。 ⑧ G81~G89——固定循环指令。它指令一个切削过程中几个固定的 动作。例如，在钻孔加工中，往往在一个零件上有几个甚至多个孔， 而每一个孔的加工都需要快速接近工件、慢速钻孔、快速退出三个 固定的动作。对于这类典型的、固定的且经常应用的几个固定动作， 用一个固定循环指令程序段去执行，可使程序编制简便。
数控机床及其编程技术
NC编程方法
数控编程的主要内容包括：分析零件图纸，进行工艺处理， 确定工艺过程；计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据；编制 零件加工程序；校核程序。 数控程序的编制方法有两种：手工编程与自动编程。 （1）手工编程 从分析零件图纸、制订工艺规程、计算刀具运动轨迹、编写零 件加工程序、制备控制介质直到程序校核，整个过程全都是由 人工完成，这种编程方法称为手工编程。 （2）自动编程 自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成 数控加工程序的过程。
数控语言及数控加工程序的编制
数控加工程序的结构和格式
数控机床每完成一个工件的加工，需执行一个完整的程序，每个程 序由许多程序段组成。每个程序段是由序号、若干字和结束符号组 成，每个字又由字母和数字组成，有些字母表示某种功能，如G代 码、M代码，有些字母表示坐标，如X、Y、Z、U、V、W、A、B、 C，还有一些表示其它功能的符号。
数控机床及其编程技术
NC编程方法
图8.8所示为数控自动编程的一般过程。编程人员根据零件图纸和数 控语言手册编写一段简短的零件源程序作为计算机的输入，计算机 经过翻译处理该刀具运动轨迹计算，得出刀位数据，再经过后置处 理，最终生成符合具体数控机床要求的零件加工程序。该程序经相 应的传输介质传送至数控机床并进行数控加工。后置处理结果还可 在计算机屏幕上进行仿真加工，以检查处理结果的正确性。
图8.1 CAM系统体系结构
数控机床及其编程技术
数控机床的组成和工作原理
图8.2所示为数控机床的组成，主要包括输入装置、数控
装置、执行装置、检测装置及辅助控制装置几个部分。
数控装置
NC程序
存贮器
输 入 装 置
输 入 运 算 控 制 器
输
运算器
出 控
制
器
主控制器
执行 装置
检测装置 工作台
辅助控 制装置
数控语言及数控加工程序的编制
M指令
M指令，称为辅助功能指令。它是由字母“M”和其后的两位数字 组成，从M00到M99共100种，详见表8–3。这些指令与数控系统的 插补运算无关，主要是为了数控加工、机床操作而设定的工艺性指 令及辅助功能，是数控编程必不可少的。常用的辅助功能指令如下： ① M00——程序停止指令。完成该程序段的其他功能后，主轴、进 给、冷却液送进都停止。此时可执行某一手动操作，如工件调头、 手动变速等。如果再重新按下控制面板上的循环启动按钮，就继续 执行下一程序段。 ② M01——计划（任选）停止指令。该指令与M00相类似。所不同 的是，必须在操作面板上预先撤下“任选停止”按钮，才能使程序 停止，否则M01将不起作用。当零件加工时间较长，或在加工过程 中需要停机检查、测量关键部位以及交换班等情况时，使用该指令 很方便。
N3 G00 X10 Z10 M3 S600 ；
程序段结束字符 辅助功能字 坐标轴移动字 准备功能字 程序段顺序号字
数控语言及数控加工程序的编制
G指令
G指令，即准备功能指令。它是建立数控机床或数控系统工作方式 的一种指令。该指令主要是命令机床作何种运动，为控制系统的插 补运算作好准备。G指令一般都位于程序段中坐标数字指令的前面。 G指令从G00~G99共100种。 ① G00——快速点定位指令。它指令运动部件以点位控制方式和最 快速度移动到程序中指定的位置，先前的F进给速度指令对之不起作 用。它只是快速到位，而无运动轨迹要求。不同坐标轴的运动方式 决定于控制系统的设计，可以不协调。 ② G01——直线插补指令。它以两坐标（或三坐标）插补联动的方 式且按程序段中指定的 F进给速度作任意斜率的直线运动，也就是 使机床进行两坐标（或三坐标）联动运动。其程序格式为：G01 X_Y_Z_F_
数控语言及数控加工程序的编制
G指令
③ G02，G03——圆弧插补指令。G02为顺时针圆弧插补指令， G03为逆时针圆弧插补指令。当要求刀具相对于工件作顺时针方向 的圆弧插补运动时，用G02指令指定，反之则用G03。圆弧的顺、 逆方向按图8.10所示判定。在使用圆弧插补指令之前必须应用平面 选择指令指定圆弧插补的平面。 ④ G04——暂停指令。它指令运动部件作短暂停留或作无进给光整 加工，如车槽程序结束后进行光整成圆、锪沉孔程序结束后进行端 面光整等。 ⑤ G17，G18，G19——坐标平面指令。分别指定X—Y，Z－X， Y—Z平面。当机床只运动于一个平面（如车床只Z—X平面）时，则 平面指令省略。
数控机床及其编程技术
数控机床规格
点位控制机床。点位控制（Positioning Control），又称点到点控 制（Point to Point Control），其主要功能是在坐标系中将刀具从一 点定位到另一点。这类机床的数控系统只能控制刀具从一个位置精确 地移动到另一个位置，而不考虑两点之间的运动路径。这类机床主要 有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床等。 ② 直线控制机床。直线控制（Straight Cut Control），除了控制 刀具从一点到另一点的准确定位外，还要保证运动轨迹必须是一条直 线。这类机床主要有简易数控车床、数控铣床、数控镗床等。具有直 线控制功能的数控机床同时也具有点位控制的功能。 ③ 轮廓控制机床。轮廓控制（Contouring Control），又称连续轨 迹控制（Continuous Path Control），可同时对两个或两个以上的 坐标轴进行连续控制。这类机床在加工时，不仅要控制刀具的起点和 终点，而且还要控制整个加工过程中刀具在每一点的位置。利用这种 控制方式可加工出各种曲线和曲面。这类机床主要有数控车床、数控 磨床和数控铣床。
数控机床及其编程技术
数控机床的坐标系统
数控机床的坐标轴命名规定 为：机床的直线运动采用笛卡 尔直角坐标系，三坐标轴分别 为X，Y，Z轴，按右手定则判 定方向，如图8.5所示。 以X，Y，Z坐标轴线或以与X， Y，Z坐标轴线相平行的直线为 轴线的旋转运动分别称为A，B， C轴。A，B，C轴的正方向按 右手螺旋定律确定。
图8.2 数控机床的组成
数控机床及其编程技术
数控机床工作原理
数控机床工作时，每个坐标方向的拖板都是“一步”、“一 步”地进给的，所形成的运动轨迹是折线，而需要加工的零件 表面却都是光滑的连续曲线和斜线，这一问题可通过插补来解 决。插补分直线插补和圆弧插补两类。
（1）直线插补 在数控机床中要加工直线可采用阶梯形的折线来代替。 （2）圆弧插补。当要在数控机床中加工圆弧时，也是用插补的 方法来加工。此时的插补方法为圆弧插补，其原理同直线插补。
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工具软件：UG，Pro/E ，MasterCAM，EdgeCAM…… 数据库：Oracle,Sybase, SQL Server…… 网络协议：TCP/IP,SPX/IPX
应用层 系统管理层
操作系统：Windows，UNIX，Linux 硬件平台：计算机，加工设备 ……
操作系统层 硬件层