數(shù)控加工編程與集成技術.ppt

第七章 數(shù)控加工編程,7.1 數(shù)控編程方法 7.2 數(shù)控編程中的刀位計算 7.3數(shù)控編程中的工藝策略 7.4 后置處理及DNC,7.1 數(shù)控編程方法及其發(fā)展,1、手工編程 2、數(shù)控語言自動編程 3、CAD/CAM系統(tǒng)自動編程,手工編程特點： 不需輔助工具，效率低、出錯率高，難以對復雜零件編程。,1、手工編程,2、數(shù)控語言自動編程,輸入編譯,數(shù)值處理,刀位文件 CLDATA,后置處理,機床加工,穿孔紙帶 磁盤 RS232C,零件圖樣,數(shù)控語言,零件源程序,程序員,計算機,原理：應用專用數(shù)控語言編制零件源程序，經(jīng)編譯生成刀具運動軌跡，和中性刀位文件(CLData File)，經(jīng)后置處理生成相應機床數(shù)控加工程序。,特點：比手工編程效率高，解決復雜曲面編程問題。但專用詞匯及語句格式繁多，仍存在編程效率與機床加工速度間的矛盾。,數(shù)控語言的產生與發(fā)展,1953年MIT開始研究數(shù)控自動編程； 1955年公布APT自動編程系統(tǒng)； 之后的近40年不斷推出新版本，如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等； 德國EXAPT、法國IFAPT； 日本FAPT； 我國在上世紀70年代推出SKC、ZCX車銑編程系統(tǒng)。,數(shù)控語言APT簡介,APT數(shù)控語言格式： 命令/參數(shù) 例：GODLTA/20,20,-5 增量走刀 數(shù)控語言常用語句： 初始語句： 例：PARNO 幾何定義語句：例 POINT、LINE、CIRCLE、PLANE等 刀具定義語句：例 CUTTER 刀具運動語句：例 GOLFT、GORGT、GOFWD等 切削用量語句：例 FEDRAT、SPEED等 容許誤差語句：例OUTTOL、INTOL 后置處理語句：例 MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等,加工圖示零件APT源程序： PARTNO/TEMPLATE ；初始語句，TEMPLATE為程序名稱 MACHINE/FANUC,6M；后置處理程序的調用 CLPRNT ；打印刀具軌跡數(shù)據(jù) OUTTOL/0.002 ；外輪廓逼近容差 INTOL/0.002 ；內輪廓逼近容差 CUTTER/10 ；平頭立銑刀，直徑=10mm L1=LINE/20,20,20,70 ；定義直線L1 幾何定義 L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1 ；定義直線L2 L4=LINE/20,20,46,20 ；定義直線L4 L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4 ；定義直線L3 C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RADIUS,10 ；定義圓弧C1 XYPL=PLANE/0,0,1,0 ；定義平面XYPL SETPT=POINT/-10,-10,10,FROM/SETPT ；指定起刀點 運動軌跡定義 FEDRAT/2400 ；快速進給 GODLTA/20,20,-5 ；增量走刀 SPINDL/ON ；主軸啟動 COOLNT/ON ；冷卻液開 FEDRAT/100 ；指定切削速度 GO/TO,L1,TO,XYPL,TO,L4 ；初始運動指定 TLLFT,GOLFT/L1,PAST L2 ；沿直線L1左邊切削直至超過直線L2 GORGT/L2,TANTO,C1 ；右轉切削L2直至切于圓C1 GOFWD/C1,PAST,L3 ；沿圓C1切削直至超過L3 GOFWD/L3,PAST,L4 ；沿直線L3切削直至超過L4 GORGT/L4,PAST,L1 ；右轉切削L4直至超過L1 GODLTA/0,0,10 ；增量走刀 SPINDL/OFF ；主軸停止 FEDRAT/2400 ；快速進給 GOTO/SETPT ；返回起刀點 END ；機床停止 FINI ；零件源程序結束,3、CAD/CAM系統(tǒng)自動編程,CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控編程原理,CAD造型,加工工藝分析 加工面選擇 工藝參數(shù)確定,刀軌文件生成,刀位驗證 編輯修改,后置處理,加工仿真,機床加工,加工 參數(shù)庫,刀具庫 材料庫,幾種數(shù)控編程方法的比較,7.2 數(shù)控編程中的刀位計算,1、非圓曲線刀位點計算 2、球頭銑刀行距的確定 3、平面型腔加工刀位點的計算 4、轉角過渡處理 5、曲面加工中的刀位計算 6、刀具干涉檢驗,1、非圓曲線刀位點計算,直線段逼近,各直線逼近方法比較,雙圓弧段逼近,直線元素 內切雙圓弧 外切雙圓弧 P1,p2,p3,p4 P1,p4在p2p3 P1,p4在p2p3 接近一直線 連線同側 連線兩側 (- 0.05),2、球頭銑刀行距的確定,平面,曲面,殘留高度H 粗糙度要求Ra,3、平面型腔加工刀位點的計算,行切走刀路線 a)往返走刀 b)單向走刀,包含島嶼平面型腔簡圖,型腔加工方法：有行切法和環(huán)切法 行切法：刀具按平行于某坐標軸方向或一組平行線方向走刀。刀位計算簡單，遇到島嶼抬刀越過島嶼，或沿島嶼邊界繞過去。,刀位計算步驟： 型腔輪廓邊界定義； 確定走刀偏置量； 計算內外偏置環(huán)； 干涉檢查，去除無效環(huán)，形成新內外邊界環(huán)； 重復循環(huán)，新環(huán)不斷生成、分裂、退化直至消失。,環(huán)切法:是環(huán)繞型腔邊界進行切削加工方法。,a)外輪廓偏置環(huán)自相交 判別自相交后每個新生封閉環(huán)，保留順時針走向封閉環(huán)，去除逆時針封閉環(huán)。 b) 外偏置環(huán)與內偏置環(huán)互交 將收縮偏置環(huán)與擴張偏置環(huán)合成一個新邊界環(huán)，擴張環(huán)的島嶼將自然消失。 c) 多個內偏置環(huán)互交 將相交的多個內輪廓偏置環(huán)合成為一個新的內輪廓封閉環(huán)，所包含的島嶼合并為一個大島嶼。,偏置環(huán)干涉處理方法,外偏置環(huán)自交： 保留順時針走向環(huán)， 去除逆時針走向環(huán),島嶼偏置環(huán)自交： 保留逆時針走向環(huán) 去除順時針走向環(huán),4、轉角過渡處理,a)圓弧過渡： 添加一段附加圓弧B1B2 b)尖角過渡：（夾角 90) 延長兩軌跡B1D、DB2構成形成尖角 c)方角過度：（夾角 90) 在兩附加軌跡段之間插入過渡直線D1D2，使B1D1=B2D2=BB1 d)三角過度：應用較少。,5、曲面加工中的刀位計算,參數(shù)曲面,參數(shù)域,等參數(shù)曲線法： 刀具沿參數(shù)曲面 向或 向等參數(shù)線進行切削加工，計算速度快。,任意切片法： 刀具沿參數(shù)曲面與一組平行平面截交線 進行切削加工，這種方法刀位計算消耗時間較長。,等高線法： 刀具由高到低沿參數(shù)曲面與一組水平平面截交線進行切削加工，這種方法刀位計算時間最長。,7.3 數(shù)控編程中的工藝策略,1、粗精加工的工藝選擇 2、刀具的切入和切出引導 3、加工路線的確定及優(yōu)化,刀具的選用 粗加工：是切除絕大部分多余材料，切削用量較大，刀具負荷重，一般選用平底銑刀，刀具的直徑盡可能選大。 精加工：是保證加工面精度要求，切削用量較小，刀具負荷輕，根據(jù)加工表面形狀可選擇平底刀、球頭刀或圓角銑刀。應優(yōu)先選用平底刀，應盡量選擇圓角銑刀，而少用球頭刀。 在刀具直徑選擇上：先用大直徑刀具完成大部分的曲面加工，再用小直徑刀具進行清角或局部加工。,1、粗精加工的工藝選擇,加工路徑的選擇 粗加工：加工路徑一般選擇單向切削，可保證切削過程 穩(wěn)定，可避免順逆銑工作狀態(tài)的變化。 精加工：切削力較小，對順逆銑反映不敏感，加工路徑 可采用雙向切削，以減少空行程，提高切削效率。,進刀方式的選擇 粗加工：主要考慮刀具切削刃強度； 精加工：主要考慮被加工表面質量。,銑刀端面刃切削能力差，對于型腔加工可采用斜角切入。,粗加工一般采用分層切削,2、刀具的切入和切出引導,二維圓弧切入/切出引導,二維圓弧切入/切出引導應用實例,二維垂直切入/切出 引導應用實例,二維平行切入/切出 引導應用實例,潛入式 水平式 法向式 切向式,三維切削刀具切入切出引導,3、加工路線的確定及優(yōu)化,加工路線確定原則： 獲得良好的加工精度和表面質量 走刀路線短空程少 數(shù)據(jù)計算工作量小,a)沿直紋母線走刀 好,b)沿橫截面線走刀不好,加工路線確定實例,a)行切法 b)環(huán)切法 c)綜合法 計算簡單 表面質量好 兩者綜合,型腔加工路線確定,a)水平走刀 b)沿最長路徑角度走刀 好 不好,走刀角度的選擇,孔加工相鄰距離最近優(yōu)化法,孔加工例圖,通常加工序列,優(yōu)化加工序列 可節(jié)省近一半定位時間,孔加工配對優(yōu)化法,使用不同刀具時的優(yōu)化,不好 好,7.4 后置處理及DNC,后置處理：刀位計算后，CAM系統(tǒng)將生成一個刀位文件,該文件不能直接送給數(shù)控機床使用，尚需其轉換為機床控制代碼。,10 TOOL PATH/P2, TOOL, T2 20 TLDATA/MILL, 0.3750, 0.0000, 1.0000, 0.0000, 0.0000 30 MSYS/0.0000000, 0.0000000, 0.0000000, 1.0000000 0.0000000, 0.0000000, 0.0000000, 1.0000000, 0.0000000 40 PAINT/PATH 50 PAINT/SPEED,5 60 PAINT/TOOL,FULL,1 70 PAINT/COLOR,1 80 RAPID 90 GOTO/-0.2875,3.2861,0.5000 100 PAINT/COLOR,3 110 FEDRAT/IPM,10.0000 120 GOTO/0.0000,3.2861,0.5000 130 GOTO/6.0000,3.2861,0.5000 140 PAINT/COLOR,1 150 RAPID 160 GOTO/6.0000,3.3361,0.5500 170 PAINT/SPEED,10 180 PAINT/TOOL,NOMORE 190 END-OF-PATH 典型的刀位文件CLS,專用后置處理模塊工作原理,通用后置處理模塊工作原理（如UG）,DNC含義：,a)BTR (Behind Taper Reader),b)MCU （Machine Control Unit）,目前DNC兩種不同注釋： DNC：Direct Numeric Control DNC：Distributed Numerical Control,DNC通信接口： 25針RS232C串行接口 DNC通信協(xié)議： 字符位數(shù)： EIA標準 7位， ISO標準 8位 奇偶校驗位：奇數(shù)位校驗（Odd) 偶數(shù)位校驗（Even) 停止位： 1位或位 傳輸速率： 1200, 2400, 4800, 9600,19200,第八章 CAD/CAM集成技術,8.1 CAD/CAM集成系統(tǒng)總體結構 8.2 產品定義數(shù)據(jù)模型 8.3 產品數(shù)據(jù)交換標準 8.4 基于PDM平臺的CAD/CAM集成技術 8.5 網(wǎng)絡化制造技術,8.1 CAD/CAM集成系統(tǒng)總體結構 與關鍵技術,1、CAD/CAM集成系統(tǒng)總體結構 2、CAD/CAM信息集成方式 3、CAD/CAM集成的關鍵技術,1、CAD/CAM集成系統(tǒng)總體結構,2、CAD/CAM信息集成方式 1) 專用格式文件方式 2) 中性數(shù)據(jù)文件集成方式 3) 工程數(shù)據(jù)庫集成方法,1)專用格式文件方式: 特點：集成原理簡單，接口程序易于實現(xiàn)，運行效率高，但需要設計較多的專用格式轉換接口，適于小范圍、結構簡單的CAD/CAM系統(tǒng)的信息集成。,通過專用格式數(shù)據(jù)文件的集成方法,2)中性數(shù)據(jù)文件集成方式： 特點：數(shù)據(jù)轉換接口數(shù)少，便于應用系統(tǒng)的開發(fā)和使用，是目前CAD/CAM集成系統(tǒng)應用較多的有效方法之一。,通過標準格式數(shù)據(jù)文件的集成方式,3)工程數(shù)據(jù)庫集成方法 特點：各子系統(tǒng)通過用戶接口直接存取或操作數(shù)據(jù)庫，大大提高了集成系統(tǒng)的運行速度，提高了系統(tǒng)集成化程度。,利用工程數(shù)據(jù)庫的集成方法,3、CAD/CAM集成的關鍵技術,8.2 產品定義數(shù)據(jù)模型 1、零件信息模型,基于特征的零件信息模型的總體結構,零件層：主要反映零件的總體信息； 特征層：包含零件各類特征信息及其相互間關系； 幾何層：記錄了零件的點、線、面等幾何信息和拓撲信息。,基于特征的零件信息模型實例,軸的零件圖,基于特征的零件信息模型數(shù)據(jù)結構,基于特征的零件信息模型數(shù)據(jù)結構,2、產品信息模型 零件信息模型：僅限于單個零件的幾何信息和工藝信息，而不能反映整個產品的結構組成、各零（部）件之間的裝配關系、相互間的約束、以及產品的裝配工藝信息等。 產品信息模型：指產品從毛坯到成品的整個設計和制造過程所需要的信息總和，是由產品結構信息模型和產品工藝信息模型組合而成的復合模型。,產品結構樹,產品結構信息： 工程圖形信息 裝配圖對應的是產品、部件、組件， 零件圖對應的是零件； 基本屬性信息 包括產品、部件、組件及零件的圖號、名稱、規(guī)格、來源（自制件、標準件、外協(xié)件、外購件等）、重量、數(shù)量、計量單位等； 裝配信息 用以描述產品與部件、部件與組件、組件與零件之間的裝配結構關系。,產品零部件的自動編碼,產品結構數(shù)字碼編碼規(guī)則,產品結構的可視化處理,產品工藝信息模型,8.3 產品數(shù)據(jù)交換標準 一、產品數(shù)據(jù)交換標準的發(fā)展 1981年美國發(fā)布初始化圖形交換標準IGES； 1982年美國麥道公司制定并實施產品定義數(shù)據(jù)接口標準PDDI； 1984年美國國家標準技術局（NIST）制定產品數(shù)據(jù)交換規(guī)范PDES； 1984年法國宇航局制定數(shù)據(jù)交換規(guī)范SET； 1989年歐共體發(fā)布CAD Interface標準CAD*I； ISO在PDES基礎上開發(fā)產品模型數(shù)據(jù)交換標準STEP，受到廣泛的重視，目前仍在發(fā)展完善之中。,IGES數(shù)據(jù)交換原理: 通過IGES中性數(shù)據(jù)文件進行圖形數(shù)據(jù)的交換，系統(tǒng)應備有前置處理和后置處理模塊。,IGES標準存在的不足： 僅對圖形信息進行交換，無法描述工藝信息以及產品模型其它信息； 數(shù)據(jù)格式過于復雜，可讀型差； 標準定義不嚴密，時有數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。,三、STEP標準,STEP是什么： STEP(STandard for the Exchange of Product Model Data)是一種產品模型數(shù)據(jù)交換標準。 該標準規(guī)定了產品設計、制造以至產品全生命周期所需的有關產品形狀、模型、材料、加工方法、裝配順序等信息的定義，對數(shù)據(jù)交換形式進行了描述。 STEP由一系列獨立的標準文件組成，可獨立地進行開發(fā)和發(fā)布。 眾多軟件公司是STEP標準的制定單位，CAD/CAM軟件系統(tǒng)均己把STEP列為數(shù)據(jù)交換接口，并利用STEP最新成果不斷改進完善自身系統(tǒng)。,STEP的構成：由五大部分7個系列文件組成。,1）標準描述語言（1,10） 專用描述語言EXPRESS，該語言參考了多種語言 的功能，有強大的信息模型描述能力。 2）集成資源(40,100） 是STEP的核心，采用Express語言描述。 通用集成資源：獨立于具體產品信息； 應用集成資源：描述某應用領域數(shù)據(jù)，并依賴于通用集成資源支持。 3）應用協(xié)議（200） 用以說明各個應用領域的產品數(shù)據(jù)模型文本， 以滿足各類不同工業(yè)應用的需求。 4）實現(xiàn)形式（20）規(guī)定具體的方法或格式實現(xiàn)產品信息的交換，分為4級。 第一級中型文件交換； 第二級工作格式交換，即產品數(shù)據(jù)結構在內存中的表現(xiàn)形式； 第三級數(shù)據(jù)庫交換，滿足數(shù)據(jù)共享的需要； 第四級知識庫交換，為滿足未來發(fā)展需要的一種交換形式。 5）一致性測試（30） 即測試其數(shù)據(jù)交換是否符合原來意圖。,通用集成資源及其引用,應用集成資源及其引用,STEP的應用,產品開發(fā)部門的需求，包括設計部門內的并行作業(yè)、集成化產品開發(fā)； 計算機輔助應用系統(tǒng)供應商的需求，包括接口的標準化和產品概念模型的標準化 。,8.4 基于PDM平臺的CAD/CAM集成技術,PDM系統(tǒng)： 是建立在關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基礎上的面向對象的產品數(shù)據(jù) 管理應用系統(tǒng)，是一項管理所有與產品相關的信息和過程的技術。 PDM是理想的CAD/CAM集成平臺和工具： 可以集成或封裝多種開發(fā)環(huán)境和工具，按不同的用途和目的分門別類地進行信息集成和管理，實現(xiàn)真正意義上的CAD/CAPP/CAM無縫集成。,l 電子資料室管理和檢索 PDM最基本的功能，PDM核心。 l 產品配置管理 以電子資料室為底層支持，以物料清單BOM為組織核心，把產品所有工程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來，對產品相互關系管理。 l 工作流程管理 實現(xiàn)產品設計與修改過程的跟蹤與控制，包括工程數(shù)據(jù)資料的提交、修改控制、監(jiān)視審批、文檔的分布控制、自動通知控制等。 l 項目管理功能 實現(xiàn)項目實施過程中的計劃、人員以及相關數(shù)據(jù)的管理與配置，進行項目運行狀態(tài)監(jiān)控，完成計劃反饋。,PDM功能,基于PDM平臺CAD/CAM系統(tǒng)集成模式 應用封裝 包括應用工具以及由其產生文件的封裝，例如：在PDM系統(tǒng)中可啟動封裝后二維CAD系統(tǒng)，進行圖形修改。 特點：集成簡單方便，易于實現(xiàn)，只能滿足文件整體的應用集成。 接口交換 是將共享的數(shù)據(jù)模型抽取出來，將其定義到PDM整體模型中去，例如：三維CAD系統(tǒng)與PDM建立交換后，其產品結構樹將保持一致。 特點：難度大大高于應用封裝，要了解兩者組織結構。 緊密集成 允許兩者互相調用有關服務，執(zhí)行相關的操作，實現(xiàn)真正的一體化，要求建立互動的共享信息模型，一方創(chuàng)建或修改時，另一方面能跟之隨動。 特點：難度最大，取決于雙方的開放性，如EDS公司的UGII和IMAN集成。,基于PDM平臺的CAD/CAM集成系統(tǒng)體系結構,PDM與CAD/CAPP/CAM集成信息流,8.5 網(wǎng)絡化制造技術 1、網(wǎng)絡制造的內涵和功能結構,網(wǎng)絡化制造：制造性企業(yè)利用Internet進行產品的協(xié)同設計及制造過程。 網(wǎng)絡化制造技術：是將網(wǎng)絡技術與制造技術相結合的所有相關技術的 總稱，涉及制造型企業(yè)各種生產經(jīng)營活動。 網(wǎng)絡化制造功能目的： 分享核心竟爭優(yōu)勢； 縮短產品投放市場所需時間； 協(xié)同產品開發(fā)和合作； 增加市場占有份額，快速進入市場。,網(wǎng)絡制造功能結構,2、網(wǎng)絡制造中的共享信息 1）制造資源信息 包括企業(yè)概況信息和企業(yè)制造能力信息，如企業(yè)產 品、企業(yè)設備、工藝能力等。 2）產品設計與制造信息 包括產品設計與制造的各種軟硬件資源和經(jīng) 驗，如實體建模、有限無分析、應力分析、快速原型制造、虛 擬現(xiàn)實、加工和制造