数控加工工艺与编程2019课件

一、课程内容知识模块学习内容学时基础模块数控编程基础、加工工艺基础14数控车削模块车削工艺及其程序编制10数控铣削模块铣削工艺及其程序编制8数控加工中心模块加工中心工艺及程序编制4自动编程模块Mastercam自动编程语言6综合模块课程设计2周二、课程的性质及要求1性质：考察课2要求：①掌握数控编程的基本概念、指令、工艺分析的方法；②掌握数控车床、铣床、加工中心的编程方法；③了解Mastercam软件编程方法。三、教材及参考资料1《数控加工工艺与编程》2华中科技大学出版社吴晓光主编32《现代数控编程技术及应用》4国防工业出版社王爱玲主编53《数控加工工艺与编程》6西安电子科技大学出版社宋瑞芳主编四、学习目的1、合理制定数控加工的工艺方案。2、合理选择机床、刀具及加工余量。3、掌握编程中数学处理的基本知识及一定的计算机处理能力。4、掌握常用准备功能指令、辅助功能指令，手工编写中等复杂程度零件的数控加工程序。第一节数控机床概述第二节插补原理与计算机数控系统第三节程序编制的基本概念第四节数控编程几何基础第五节程序编制中的基本指令第六节程序编制中的数值计算教学内容1.1数控机床的组成及工作原理数控机床与普通机床的区别：程序控制装置1.1.1数控机床的组成1.1.1数控机床的组成1.1.2数控机床工作原理1.1.3数控加工过程1.2数控机床的分类1.2.1按加工工艺类型的分类普通数控机床加工中心金属成型类数控机床数控特种加工机床1.2.2按工作过程运动轨迹分类点位控制数控机床点位直线控制数控机床轮廓控制的数控机床点位控制数控机床数控钻床数控冲床数控镗床点位直线控制数控机床横向、纵向与坐标轴平行点与点之间任一点的位置和速度都要精确控制两坐标轴间没有联动轮廓控制的数控机床1.2.3按伺服系统控制方式分类开环控制数控机床全闭环控制数控机床半闭环控制的数控机床开环控制数控机床全闭环控制数控机床半闭环控制数控机床一、插补的概念所谓插补就是根据进给速度和给定轮廓线形的要求,在轮廓的已知点之间,确定一些中间点的方法,这种方法称为插补方法或插补原理。而对于每种方法(原理)又可能用不同的计算方法来实现,这种具体的计算方法称为插补计算法。实际加工中的零件形状各式各样：有由直线、圆弧组成的零件轮廓有由诸如自由曲线、曲面、方程曲线和曲面体构成的轮廓，，，，，，，，，，对于这些复杂的轮廓最终还要用直线或者圆弧进行逼近，以便数控加工。为满足几何尺寸精度要求，刀具中心轨迹应与零件轮廓一致，但实际应用时，往往用一小段、一小段的直线或圆弧去逼近，从而使控制算法简单，计算量减少。插补运算：就是对数控系统输入基本数据（如直线的起点、终点座标，圆弧的起点、终点、圆心座标等），应用一定的算法计算，并根据计算结果向相应的座标发出进给指令。对应着每一进给指令，机床在相应的座标方向上移动一定距离，从而将工件加工出所需的轮廓形状。实现这一插补运算的装置称为插补器。控制刀具或工件的运动轨迹，是数控机床轮廓控制的核心。无论是硬件数控（NC）系统还是软件数控(CNC)系统，都有插补装置。在CNC中以软件（即程序）实现插补或者以软件和硬件相结合实现插补；在NC中则完全由硬件实现插补。无论是NC系统还是CNC系统其插补的基本原理都是相同的。对插补概念的理解：根据已给定数据运用一定算法计算计算结果发出进给指令使机床在相应座标方向上移动一定距离（编程）（计算中间点）（座标进给）根据图4－1来理解：XYOABCD●●●●图4－1由于插补方法的重要性,不少学者都致力于插补方法的研究,使之不断有新的、更有效的插补方法应用于CNC系统。目前常用的插补计算法大致分为两类:1、脉冲增量插补法(基准脉冲插补)这类插补法的特点是:1)每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量(一个脉冲当量)。以一个脉冲的方式输出给步进电机。其基本思想是用折线来逼近曲线(包括直线)。2)插补速度与进给速度密切相关,而且还受到步进电机最高运行频率的限制。3)脉冲增量插补的实现方法较简单,通常仅用加法和移位运算方法就可以完成插补。脉冲增量插补法有:逐点比较法、数字积分法等。二、插补方法的分类脉冲增量插补法主要用在采用步进电机驱动的加工系统。2、数字增量插补法(时间增量,数据采样插补)这类插补法的特点是:1)插补程序以一定的时间间隔(插补周期)定时运行,在每个周期内根据进给速度计算出各坐标轴在下一插补周期内的位移增量(数字量)。其基本思想是:用直线(内接玄线、切线等)来逼近曲线(包括直线)。2)插补运算速度与进给速度无严格的关系。因此采用这类算法可以达到较高的速度。3)数字增量插补法较脉冲增量插补法复杂,并对计算机的运算速度有一定的要求。这类算法主要用于交、直流伺服电机为驱动系统的闭环系统及半闭环系统,目前CNC系统中大多采用这种插补算法。刀补处理速度预处理插补处理位控处理伺服驱动PLC控制位置反馈加工程序译码刀补缓冲区运行缓冲区译码缓冲区插补缓冲区CNC装置数据转换流程图4-79逐点比较法的基本思路是被控制对象在按要求的轨迹运动时，每走一步都要和要求的轨迹相比较，由比较结果决策下一步移动的方向。这种算法的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此在两座标数控机床中应用较为普片。逐点比较法既可作直线插补，又可作圆弧插补。逐点比较法的特点在于；每控制机床座标（拖板）走一步时都要完成四个工作节拍，即：◆偏差判别。判别加工点对规定几何轨迹的偏离位置，然后决定拖板的走向；◆进给。控制某座标工作台进给一步，向规定轨迹靠拢，缩小偏差；◆偏差计算。计算新的加工点对规定轨迹的偏差，作为下一步判别走向的依据；◆终点判断。判断是否到达程序规定的加工终点？若到达终点，则停止插补，否则再回到第一拍。（以第一象限为例进行分析）(4-1)令Fi,j＝xeyj－xiye(4-1)1、位置判别(如图4－1所示)根据式4－1分析知：⑴如果Fi,j＝0，则点P在直线OA上；●F＝0⑵如果Fi,j＞0，则点P在直线OA上方；⑶如果Fi,j＜0，则点P在直线OA下方；●F＜0●F＞0因此，可将式（4－1）作为点P所在区域的判别式，常称为偏差判别式。xA(xe，ye)●y0图4－1P(xi，yj)●2、座标进给●F＝0●F＜0●F＞0xA(xe，ye)●y0图3－1如图3－1所示为使加工点向规定的图形轨迹逼近，那么⑴如果点P在直线OA上方即Fi,j＞0时，应向X方向走一步，以逼近直线AB；⑵如果点P在直线OA下方即Fi,j＜0时，应向Y方向走一步，以逼近直线AB；⑶如果点P在直线OA上即Fi,j＝0时，为逼近直线AB既可以向X方向走一步，也可以向Y方向走一步。P(xi，yj)●F＝0●F＜0●F＞0xA(xe，ye)●y0图3－1据上分析，为使加工点向规定的图形轨迹逼近，规定如下：⑴如果点P在直线OA上方时，向X方向走一步；⑵如果点P在直线OA下方时向Y方向走一步；⑶如果点P在直线OA上时，向X方向走一步。P(xi，yj)3、偏差计算如果直接按偏差公式计算偏差，需作两次乘法、一次减法。由于在数控加工过程中，每一步都需要计算偏差，工作量大，为此采用递推的方法来计算偏差。偏差判别公式Fi,j＝xeyj－xiye⑴如果点P在直线OA上方时，Fi,j≥0应向X方向走一步，此时新加工点的座标值为xi+1＝xi+1,yj=yj新加工点的偏差为Fi＋1,j＝xeyj－（xi+1）ye＝xeyj－xiye－ye即Fi＋1,j＝Fi,j－ye（4-2）偏差判别公式Fi,j＝xeyj－xiye⑵如果点P在直线OA下方时，Fi,j＜0应向Y方向走一步，此时新加工点的座标值为xi＝x,yj=yj+1新加工点的偏差为Fi,j＋1＝xeyj+1－xiye＝xeyj+xe-xiye即Fi,j＋1＝Fi,j+xe（4-3）4、终点判别确定加工点是否到达终点。若已到达，则应发出停机或转换新程序段信号。终点判别用X和Y座标要走的总步数来判断。令j＝xe+ye,每走一步J－1，直到J＝0。由上分析知用逐点比较法进行直线插补每走一步都需要完成四个步骤即：⑴位置判别⑵座标进给⑶偏差计算⑷终点判别5、举例：如图3－2所示，设要加工直线OA,其终点座标为A(5,3),其终点计算值j＝xe+ye＝5＋3＝8，加工过程的运算节拍如表3－1所示。x12345y123A(5，3)OP(xi，yj)F≥0F＜0x12345y123A(5，3)OP(xi，yj)F≥0F＜0x12345y123OP(xi，yj)F≥0F＜0A(5，3)●6、其它各象限的直线插补简介：F≥0时；沿X增大的方向进给。F＜0时；沿Y增大的方向进给。+△X(4-4)1、位置判别(如图3－4所示)根据式4-4分析知：⑴如果Fi,j＝0，则点P在圆弧上；⑵如果Fi,j＞0，则点P在圆弧外侧；⑶如果Fi,j＜0，则点P在圆弧内侧；因此，可将式（4－4）作为点P所在区域的判别式，常称为偏差判别式。●Fi,j＞0Fi,j＜0●P(xI，yJ)xyO图3－4●Fi,j＝0Fi,j＝xi2+yj2－R2（4-4）⑴如果点P在圆弧外侧即Fi,j＞0，则应向－X方向进给一步；⑵如果则点P在圆弧内侧即Fi,j＜0，则应向＋Y方向进给一步；●Fi,j＞0Fi,j＜0●P(xI，yJ)xyO图3－4●Fi,j＝02、座标进给如图3-4所示为使加工点向规定的图形轨迹逼近，那么⑶如果点P在圆弧上即Fi,j＝0，则既可向－X方向进给一步，也可向＋Y方向进给一步。Fi,j＝xi2+yj2－R2（4-4）●Fi,j＞0Fi,j＜0●P(xI，yJ)xyO图3－4●Fi,j＝0据上分析，为使加工点向规定的图形轨迹逼近，规定如下：⑴如果点P在圆弧外侧或圆弧上即Fi,j≥0时，向－X方向进给一步；⑵如果则点P在圆弧内侧即Fi,j＜0，向＋Y方向进给一步；3、偏差计算(4-6)(4-5)4、终点判别确定加工点是否到达终点。若已到达，则应发出停机或转换新程序段信号。终点判别用X和Y座标要走的总步数来判断由上分析知用逐点比较法进行圆弧插补每走一步都需要完成四个步骤即：⑴位置判别⑵座标进给⑶偏差计算⑷终点判别j＝xe－x0＋ye－y0令,每走一步J－1，直到J＝0。第一象限逆圆弧插补程序框图，如图3－5所示。5、举例：设要加工圆弧为第一象限逆圆弧AB，如图3－6所示。原点为圆心，起点为A(6，0)，终点为B(0，6)请画出其插补轨迹。终点计算：j＝xe－x0＋ye－y0由知J＝0－6＋6－0＝12加工步骤对照图3－6及表3－3分析。YXO213456132456图3－6A(6,0)B(0,6)YXO213456132456图3－6偏差计计算：Fi,j≥0时向-X方向前进一步后Fi＋1,j＝Fi,j－2xi＋1Fi,j＋1＝Fi,j＋2yj＋1Fi,j＜0时向y方向前进一步后YXO213456132456图3－6Fi＋1,j＝Fi,j－2xi＋1Fi,j＋1＝Fi,j＋2yj＋1YXO213456132456图3－6Fi＋1,j＝Fi,j－2xi＋1Fi,j＋1＝Fi,j＋2yj＋16、其它各象限的圆弧插补简介：注意区分：⑴不同的象限；⑵逆圆弧NR1、NR2、NR3、NR4⑶顺圆弧SR1、SR2、SR3、SR46、圆弧过象限的插补方法：圆弧过象限的特点◆在过象限前后动点的某一个座标的符号会发生改变。◆过象限前后圆弧的走向不变，即逆时针圆弧过象限的转换顺序为：NR1→NR2→NR3→NR4→NR1→，，，，，顺时针圆弧过象限的转换顺序为：SR1→SR4→SR3→SR2→SR1→，，，，，◆圆弧过象限过程中，当动点处于坐标轴上时，必有一个座标值为零。6、圆弧过象限的插补方法：ABCxyo如下图所示，一条圆弧可能会分布在两个或多个象限内，对于这种圆弧的处理有两种方法；⑴按圆弧所在象限分段编程。如可将下图圆弧AC分成第一象限的逆圆弧AB和第二象限的逆圆弧BC，然后按各象限的圆弧插补方法编程。⑵按整段圆弧处理编