第一篇：數(shù)控編程及其發(fā)展
數(shù)控加工技術(shù)概述（轉(zhuǎn)帖）
數(shù)控編程及其發(fā)展
數(shù)控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，其在實現(xiàn)設(shè)計加工自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。在諸如航空工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用。由于生產(chǎn)實際的強烈需求，國內(nèi)外都對數(shù)控編程技術(shù)進行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對數(shù)控編程及其發(fā)展作一些介紹。
1.1 數(shù)控編程的基本概念
數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。它的主要任務(wù)是計算加工走刀中的刀位點（cutter location point簡稱CL點）。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。
1.2 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況
為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計了一種專門用于機械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（Automatically Programmed Tool）。其后，APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APT-AC（Advanced contouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和APT-/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版。
采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。
針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發(fā)集三維設(shè)計、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎(chǔ)上，逐步形成了計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化和智能化方向發(fā)展。
在集成化方面，以開發(fā)符合STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)為主，目前已進行了大量卓有成效的工作，是國內(nèi)外開發(fā)的熱點；在智能化方面，工作剛剛開始，還有待我們?nèi)ヅΑC刀具軌跡生成方法研究發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序。下面就刀具軌跡產(chǎn)生方法作一些介紹。
2.1 基于點、線、面和體的NC刀軌生成方法
CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實體造型發(fā)展階段，一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以點、線為驅(qū)動對象，如孔加工，輪廓加工，平面區(qū)域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復(fù)雜。在曲面和實體造型發(fā)展階段，出現(xiàn)了基于實體的加工。實體加工的加工對象是一個實體（一般為CSG和B-REP混合表示的），它由一些基本體素經(jīng)集合運算（并、交、差運算）而得。實體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開發(fā)，是特征加工的基礎(chǔ)。
實體加工一般有實體輪廓加工和實體區(qū)域加工兩種。實體加工的實現(xiàn)方法為層切法（SLICE），即用一組水平面去切被加工實體，然后對得到的交線產(chǎn)生等距線作為走刀軌跡。本文從系統(tǒng)需要角度出發(fā)，在ACIS幾何造型平臺上實現(xiàn)了這種基于點、線、面和實體的數(shù)控加工。
2.2 基于特征的NC刀軌生成方法
參數(shù)化特征造型已有了一定的發(fā)展時期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數(shù)控編程人員不在對那些低層次的幾何信息（如：點、線、面、實體）進行操作，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉Ψ瞎こ碳夹g(shù)人員習(xí)慣的特征進行數(shù)控編程，大大提高了編程效率。
W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個基于特征的NC代碼生成子系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的工作原理是：零件的每個加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特征組進行加工的總和。那么對整個形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動生成。目前開發(fā)的系統(tǒng)只適用于2.5D零件的加工。
Lee and Chang開發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面內(nèi)嵌入一個最小的長方塊，這樣凸自由曲面特征就被轉(zhuǎn)換成一個凹特征。最小的長方塊與最終產(chǎn)品模型的合并就構(gòu)成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）、切削多面體特征；（2）、切削自由曲面特征；（3）、切削相交特征。
Jong-Yun Jung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問題。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內(nèi)區(qū)域加工兩類，并定義了這兩類加工的切削方向，通過減少切削刀具軌跡達到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的。文章主要針對幾種基本特征（孔、內(nèi)凹、臺階、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑、刀具選擇和加工順序等，并通過IP（Inter Programming）技術(shù)避免重復(fù)走刀，以優(yōu)化非切削刀具軌跡。另外，Jong-Yun Jong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑。
特征加工的基礎(chǔ)是實體加工，當(dāng)然也可認為是更高級的實體加工。但特征加工不同于實體加工，實體加工有它自身的局限性。特征加工與實體加工主要有以下幾點不同：
從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術(shù)人員的操作習(xí)慣，為工程技術(shù)人員所熟知；實體是低層的幾何對象，是經(jīng)過一系列布爾運算而得到的一個幾何體，不帶有任何功能語義信息；實體加工往往是對整個零件（實體）的一次性加工。但實際上一個零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進行加工；有時一個零件既要用到車削，也要用到銑削。因此實體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質(zhì)上解決了上述問題；特征加工具有更多的智能。對于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法，特別是那些已在STEP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特征更是如此。如果我們對所有的標(biāo)準(zhǔn)特征都制定了特定的加工方法，那么對那些由標(biāo)準(zhǔn)特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應(yīng)的工藝特征，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些實體加工是無法實現(xiàn)的；
特征加工有利于實現(xiàn)從CAD、CAPP、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成，實現(xiàn)信息的雙向流動，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎(chǔ)；而實體加工對這些是無能為力的。
2.3 現(xiàn)役幾個主要CAD/CAM系統(tǒng)中的NC刀軌生成方法分析
現(xiàn)役CAM的構(gòu)成及主要功能
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成：一體化的CAD/CAM系統(tǒng)（如：UGII、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對獨立的CAM系統(tǒng)（如：Mastercam、Surfcam等）。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統(tǒng)的NC加工方法進行討論。
UGII加工方法分析
一般認為UGII是業(yè)界中最好，最具代表性的數(shù)控軟件。其最具特點的是其功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能：、Point to Point：完成各種孔加工；、Panar Mill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環(huán)切以及輪廓加工等；、Fixed Contour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動，控制刀具移動的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點或一組曲線；、variable Contour：可變軸投影加工；、Parameter line：等參數(shù)線加工。可對單張曲面或多張曲面連續(xù)加工；、Zig-Zag Surface：裁剪面加工；、Rough to Depth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度；、Cavity Mill：多級深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工；、Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面、導(dǎo)動面和檢查面的思路對刀具的移動提供最大程度的控制。
EDS Unigraphics還包括大量的其它方面的功能，這里就不一一列舉了。
STRATA加工方法分析
STRATA是一個數(shù)控編程系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，它是建立在ACIS幾何建模平臺上的。
它為用戶提供兩種編程開發(fā)環(huán)境，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫。它可支持三軸銑削，車削和線切割NC加工，并可支持線框、曲面和實體幾何建模。其NC刀具軌跡生成方法是基于實體模型。STRATA基于實體的NC刀具軌跡生成類庫提供的加工方法包括：
Profile Toolpath：輪廓加工；
AreaClear Toolpath：平面區(qū)域加工；
SolidProfile Toolpath：實體輪廓加工；
SolidAreaClear Toolpath：實體平面區(qū)域加工；
SolidFace ToolPath：實體表面加工；
SolidSlice ToolPath：實體截平面加工；
Language-based Toolpath：基于語言的刀具軌跡生成。
其它的CAD/CAM軟件，如Euclid, Cimitron, CV,CATIA等的NC功能各有千秋，但其基本內(nèi)容大同小異，沒有本質(zhì)區(qū)別。
2.4 現(xiàn)役CAM系統(tǒng)刀軌生成方法的主要問題
按照傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)的工作方式，CAM系統(tǒng)以直接或間接（通過中性文件）的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點、線、面、或?qū)嶓w為驅(qū)動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床，在整個CAD /CAM及CNC系統(tǒng)的運行過程中存在以下幾方面的問題：
CAM系統(tǒng)只能從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的低層幾何信息，無法自動捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語義信息。因此，整個CAM過程必須在經(jīng)驗豐富的制造工程師的參與下，通過圖形交互來完成。如：制造工程師必須選擇加工對象（點、線、面或?qū)嶓w）、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）、刀具、加工參數(shù)（切削方向、切深、進給量、進給速度等）。整個系統(tǒng)的自動化程度較低。
在CAM系統(tǒng)生成的刀具軌跡中，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過程控制信息（如進給率、主軸轉(zhuǎn)速、換刀等）。因此，下游的CNC系統(tǒng)既無法獲取更高層的設(shè)計要求（如公差、表面光潔度等），也無法得到與生成刀具軌跡有關(guān)的加工工藝參數(shù)。
CAM系統(tǒng)各個模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，各模塊相對獨立。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，三維動態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對象及相關(guān)的加工工藝參數(shù)。
CAM系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關(guān)的特征信息，同樣CAD系統(tǒng)也無法獲取CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息。
這就給并行工程的實施帶來了困難。數(shù)控仿真技術(shù)
3.1計算機仿真的概念及應(yīng)用
從工程的角度來看，仿真就是通過對系統(tǒng)模型的實驗去研究一個已有的或設(shè)計中的系統(tǒng)。分析復(fù)雜的動態(tài)對象，仿真是一種有效的方法，可以減少風(fēng)險，縮短設(shè)計和制造的周期，并節(jié)約投資。計算機仿真就是借助計算機，利用系統(tǒng)模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究的過程。它隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速地發(fā)展，在仿真中占有越來越重要的地位。計算機仿真的過程可通過圖1所示的要素間的三個基本活動來描述：
建?；顒邮峭ㄟ^對實際系統(tǒng)的觀測或檢測，在忽略次要因素及不可檢測變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法進行描述，從而獲得實際系統(tǒng)的簡化近似模型。這里的模型同實際系統(tǒng)的功能與參數(shù)之間應(yīng)具有相似性和對應(yīng)性。
仿真模型是對系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（簡化模型）進行一定的算法處理，使其成為合適的形式（如將數(shù)值積分變?yōu)榈\算模型）之后，成為能被計算機接受的“可計算模型”。仿真模型對實際系統(tǒng)來講是一個二次簡化的模型。
仿真實驗是指將系統(tǒng)的仿真模型在計算機上運行的過程。仿真是通過實驗來研究實際系統(tǒng)的一種技術(shù)，通過仿真技術(shù)可以弄清系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)變量和環(huán)境條件的影響。
計算機仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在兩個方面：應(yīng)用領(lǐng)域的擴大和仿真計算機的智能化。計算機仿真技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴大到社會經(jīng)濟、生物等許多非工程領(lǐng)域，此外，并行處理、人工智能、知識庫和專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展正影響著仿真計算機的發(fā)展。數(shù)控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程，是驗證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測切削過程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。
3.2數(shù)控仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀
數(shù)控機床加工零件是靠數(shù)控指令程序控制完成的。為確保數(shù)控程序的正確性，防止加工過程中干涉和碰撞的發(fā)生，在實際生產(chǎn)中，常采用試切的方法進行檢驗。但這種方法費工費料，代價昂貴，使生產(chǎn)成本上升，增加了產(chǎn)品加工時間和生產(chǎn)周期。后來又采用軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替工件來仿真刀具運動軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），有相當(dāng)大的局限性。對于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蠟、木料、改性樹脂和塑料等）來檢驗加工的切削軌跡。但是，試切要占用數(shù)控機床和加工現(xiàn)場。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計算機仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進展，目前正向提高模型的精確度、仿真計算實時化和改善圖形顯示的真實感等方向發(fā)展。
從試切環(huán)境的模型特點來看，目前NC切削過程仿真分幾何仿真和力學(xué)仿真兩個方面。幾何仿真不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具-工件幾何體的運動，以驗證NC程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯誤而導(dǎo)致的機床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報廢等問題；同時可以減少從產(chǎn)品設(shè)計到制造的時間，降低生產(chǎn)成本。切削過程的力學(xué)仿真屬于物理仿真范疇，它通過仿真切削過程的動態(tài)力學(xué)特性來預(yù)測刀具破損、刀具振動、控制切削參數(shù)，從而達到優(yōu)化切削過程的目的。
幾何仿真技術(shù)的發(fā)展是隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，包括定性圖形顯示和定量干涉驗證兩方面。目前常用的方法有直接實體造型法，基于圖像空間的方法和離散矢量求交法。
3.3直接實體造型法
這種方法是指工件體與刀具運動所形成的包絡(luò)體進行實體布爾差運算，工件體的三維模型隨著切削過程被
不斷更新。
Sungurtekin和Velcker開發(fā)了一個銑床的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用CSG法來記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運算，特別是并運算，將毛坯和一系列刀具掃描過的區(qū)域記錄下來，然后應(yīng)用集合差運算從毛坯中順序除去掃描過的區(qū)域。所謂被掃過的區(qū)域是指切削刀具沿某一軌跡運動時所走過的區(qū)域。在掃描了每段NC代碼后顯示變化了的毛坯形狀。
Kawashima等的接合樹法將毛坯和切削區(qū)域用接合樹（graftree）表示，即除了空和滿兩種結(jié)點，邊界結(jié)點也作為八*樹（oct-tree）的葉結(jié)點，接合樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2。邊界結(jié)點包含半空間，結(jié)點物體利用在這些半空間上的CSG操作來表示。接合樹細分的層次由邊界結(jié)點允許的半空間個數(shù)決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區(qū)域的差運算來實現(xiàn)。毛坯的顯示采用了深度緩沖區(qū)算法，將毛坯劃分為多邊形實現(xiàn)毛坯的可視化。
用基于實體造型的方法實現(xiàn)連續(xù)更新的毛坯的實時可視化，耗時太長，于是一些基于觀察的方法被提出來。
3.4基于圖像空間的方法
這種方法用圖像空間的消隱算法來實現(xiàn)實體布爾運算。Van Hook采用圖象空間離散法實現(xiàn)了加工過程的動態(tài)圖形仿真。他使用類似圖形消隱的z_buffer思想，沿視線方向?qū)⒚骱偷毒唠x散，在每個屏幕象素上毛坯和刀具表示為沿z軸的一個長方體，稱為Dexel結(jié)構(gòu)。刀具切削毛坯的過程簡化為沿視線方向上的一維布爾運算，見圖3，切削過程就變成兩者Dexel結(jié)構(gòu)的比較：
CASE 1：只有毛坯，顯示毛坯，break；
CASE 2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具，break；
CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；
CASE 4：刀具切削毛坯內(nèi)部，刪除毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；
CASE 5：刀具切削毛坯內(nèi)部，創(chuàng)建新的毛坯dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；
CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；
CASE 7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯，break；
CASE 8：只有刀具，顯示刀具，break。
這種方法將實體布爾運算和圖形顯示過程合為一體，使仿真圖形顯示有很好的實時性。
Hsu和Yang提出了一種有效的三軸銑削的實時仿真方法。他們使用z_map作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄一個二維網(wǎng)格的每個方塊處的毛坯高度，即z向值。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只適用于刀軸z向的三軸銑削仿真。對每個銑削操作通過改變刀具運動每一點的深度值，很容易更新z_map值，并更新工件的圖形顯示。
3.5離散矢量求交法
由于現(xiàn)有的實體造型技術(shù)未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空間布爾運算并不精確，使仿真驗證有很大的局限性。為此Chappel提出了一種基于曲面技術(shù)的“點-矢量”(point-vector)法。這種方法將曲面按一定精度離散，用這些離散點來表示該曲面。以每個離散點的法矢為該點的矢量方向，延長與工件的外表面相交。通過仿真刀具的切削過程，計算各個離散點沿法矢到刀具的距離s（如圖4所示）。
設(shè)sg和sm分別為曲面加工的內(nèi)、外偏差，如果sg
總體來說，基于實體造型的方法中幾何模型的表達與實際加工過程相一致，使得仿真的最終結(jié)果與設(shè)計產(chǎn)品間的精確比較成為可能；但實體造型的技術(shù)要求高，計算量大，在目前的計算機實用環(huán)境下較難應(yīng)用于實時檢測和動態(tài)模擬?；趫D像空間的方法速度快得多，能夠?qū)崿F(xiàn)實時仿真，但由于原始數(shù)據(jù)都已轉(zhuǎn)化為像素值，不易進行精確的檢測。離散矢量求交法基于零件的表面處理，能精確描述零件面的加工誤差，主要用于曲面加工的誤差檢測。
第二篇：數(shù)控編程論文
數(shù) 控 編 程 實習(xí)報 告
分院：機電分院 班級：機制4班 姓名：宣
科 學(xué)號：20***3 日期：2016.12.21
數(shù)控編程是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的主要內(nèi)容之一，通常包括分析零件圖樣，確定加工工藝過程;計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù);編寫數(shù)控加工程序;制作控制介質(zhì);校對程序及首件試切。有手工編程和自動編程兩種方法?？傊?，它是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。
本學(xué)期我分院布置了數(shù)控編程的實習(xí)任務(wù)為期2個周期共計2個課時，雖然時間短但是這次實習(xí)收益頗多。
每期的課堂講座先是在機房進行理論學(xué)習(xí)然后下基地進行實踐操作。
手工編程是指編程的各個階段均由人工完成。利用一般的計算工具，通過各種三角函數(shù)計算方式，人工進行刀具軌跡的運算，并進行指令編制。這種方式比較簡單，很容易掌握，適應(yīng)性較大。使用于非模具加工的零件。
編程步驟
人工完成零件加工的數(shù)控工藝 分析零件圖紙 制定工藝決策 確定加工路線 選擇工藝參數(shù) 計算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù) 編寫數(shù)控加工程序單 驗證程序 手工編程 刀軌仿真
優(yōu)點
主要用于點位加工(如鉆、鉸孔)或幾何形狀簡單(如平面、方形槽)零件的加工，計算量小，程序段數(shù)有限，編程直觀易于實現(xiàn)的情況等。
缺點
對于具有空間自由曲面、復(fù)雜型腔的零件，刀具軌跡數(shù)據(jù)計算相當(dāng)繁瑣，工作量大，極易出錯，且很難校對，有些甚至根本無法完成。
第 2 頁 自動編程
定義
對于幾何形狀復(fù)雜的零件需借助計算機使用規(guī)定的數(shù)控語言編寫零件源程序，經(jīng)過處理后生成加工程序，稱為自動編程。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，先進的數(shù)控系統(tǒng)不僅向用戶編程提供了一般的準(zhǔn)備功能和輔助功能，而且為編程提供了擴展數(shù)控功能的手段。FANUC6M數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)編程，應(yīng)用靈活，形式自由，具備計算機高級語言的表達式、邏輯運算及類似的程序流程，使加工程序簡練易懂，實現(xiàn)普通編程難以實現(xiàn)的功能。
數(shù)控編程同計算機編程一樣也有自己的“語言”,但有一點不同的是，現(xiàn)在電腦發(fā)展到了以微軟的Windows為絕對優(yōu)勢占領(lǐng)全球市場.數(shù)控機床就不同了,它還沒發(fā)展到那種相互通用的程度，也就是說，它們在硬件上的差距造就了它們的數(shù)控系統(tǒng)一時還不能達到相互兼容.所以，當(dāng)我要對一個毛坯進行加工時，首先要以我們已經(jīng)擁有的數(shù)控機床采用的是什么型號的系統(tǒng).①通過這次實習(xí)我們了解了現(xiàn)代數(shù)控機床的生產(chǎn)方式和工藝過程。熟悉了一些材料的成形方法和主要機械加工方法及其所用主要設(shè)備的工作原理和典型結(jié)構(gòu)、工夾量具的使用以及安全操作技術(shù)。了解了數(shù)控機床方面的知識和新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備在機床生產(chǎn)上的應(yīng)用。
②在數(shù)控機床的生產(chǎn)裝配以及調(diào)試上，具有初步的獨立操作技能。
③在了解、熟悉和掌握一定的數(shù)控機床的基礎(chǔ)知識和操作技能過程中，培養(yǎng)、提高和加強了我的動手能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
④這次實習(xí)，讓我們明白做事要認真小心細致，不得有半點馬虎。同時也培養(yǎng)了我們堅強不屈的本質(zhì)，不到最后一秒決不放棄的毅力!⑤培養(yǎng)和鍛煉了勞動觀點、質(zhì)量和經(jīng)濟觀念，強化遵守勞動紀(jì)律、遵守安全技術(shù)規(guī)則和愛護國家財產(chǎn)的自覺性，提高了我們的整體綜合素質(zhì)數(shù)控編程實習(xí)心得體會
第 3 頁
第三篇：簡單數(shù)控編程練習(xí)
簡單數(shù)控編程練習(xí)
華中數(shù)控簡單的編程做練習(xí)
螺紋的宏程序
%5
G54 G0 Z50
M03 S1200
#111=#(“#” 為刀尖的實際回轉(zhuǎn)半徑)
G0 X0 Y0
Z1.5(Z軸的起刀點定在正1.5是方便螺紋加工，向下加工的深度位置)
G42 G1 X19 Y0 D111 F100
M98 P11 L9(調(diào)用子程序9次)
G40 G0 X0 Y0
Z50
M30
%11
G91 G02 I-19 Z-1.5 F100(聯(lián)動加工銑削螺紋)M99
9圈就到了Z負12
第四篇：數(shù)控編程復(fù)習(xí)資料
1.數(shù)控機床的程序編制包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫程序單、制作控制介質(zhì)、程序檢驗
2.數(shù)控機床程序編制具體步驟與要求：1）、分析零件圖樣和制定加工工藝方案2）、數(shù)學(xué)處理3）、編寫零件加工程序單及程序檢驗
4.坐標(biāo)系確定原則：1）、刀具相對于靜止工件而運動的原則2）、標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的規(guī)定3）、運動的方向
5.X、Y、Z坐標(biāo) 1）、Z坐標(biāo)的運動：是由傳遞切削動力的主軸所規(guī)定2）、X坐標(biāo)是水平的，平行于工件的裝夾平面3）、Y坐標(biāo)，根據(jù)X和Z坐標(biāo)運動方向.按右手笛卡爾坐標(biāo)系確定
6.機床原點：機床上設(shè)置的一個固定的點，由廠家確定。編程原點：根據(jù)加工零件圖樣選定的編制零件程序的原定。編程坐標(biāo)系的原點：選在零件設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。加工原點：程序原點，零件被裝卡好后，相應(yīng)的編程原點在機床原點坐標(biāo)系中的位置
7.1）、相對于固定的坐標(biāo)原點給出刀具運動位置的坐標(biāo)---絕對坐標(biāo)。2）、相對于前一位置的刀具運動位置的坐標(biāo)值---增量坐標(biāo)
1.數(shù)控加工工藝主要包括：1）、選著并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容2）、零件圖樣的數(shù)控工藝性分析3）、數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計。4）、數(shù)控加工工序設(shè)計。5）、數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。
2.確定走刀路線時主要考慮一下幾點：?尋求最短加工路線，減少空刀時間以提高加工效率?為保證工件輪廓表面加工后的表面粗糙度要求，最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來?刀具的進退刀路線要認真考慮，以盡量減少在輪廓切削中停刀而留下刀痕，也要避免在工件輪廓面垂直上下刀而劃傷工件④要選擇工件在加工后變形小的路線，對橫截面積小的細長零件或薄板零件，應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸或?qū)ΨQ去余量法安排走刀路線。.定位基準(zhǔn)與加緊方案的確定應(yīng)注意：?盡可能做到設(shè)計、工藝與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一?盡量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡量做到在一次裝夾后就能加工出全部待加工表面?避免采用占機人工調(diào)整裝夾方案對刀點的選擇原則1）、所選的對刀點應(yīng)使程序編制簡單2）、對刀點應(yīng)該選擇在容易找正，便于確定零件加工原點的位置3）、對刀點的位置應(yīng)在加工時檢查方便、可靠4）、有利于提到加工精度
5程序編制中的誤差Δ程=f(Δ逼 Δ差 Δ圓)逼近誤差，插補誤差，圓整誤差 6.數(shù)控銑床加工工藝范圍：1)、平面類零件2）、變斜角類零件3）、曲面類零件
7用戶宏功能指令:.在編程工件中，經(jīng)常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那樣存入存儲器。用一總指令代表他們，使用時只需給出這一總指令就能執(zhí)行其功能，所存入的這一系列指令稱為用戶宏功能指令。宏功能立體即可由機床生產(chǎn)廠提供，也可由機床用戶廠自己編制。
8使用用戶宏程序過程中，應(yīng)注意：1）、由G65規(guī)定的H碼不影響偏移量的任何選擇2）、如用于各算術(shù)運算的Ｑ或Ｒ未被指定，則當(dāng)Ｏ處理。３）、在分支轉(zhuǎn)移目標(biāo)中，若序號為負值，則檢索過程是返回向前面的程序段檢查。４）、轉(zhuǎn)移目標(biāo)序號可以是變量．機床基本組成：１）、工作臺。２）走絲機構(gòu)）、供液系統(tǒng)４）、脈沖電源５）、控制系統(tǒng)．?dāng)?shù)控線切割機床坐標(biāo)系符合國家標(biāo)準(zhǔn)：１）、刀具相對于靜止的工件運動２）、采用右手笛卡爾坐標(biāo)系．程序起點按下述原則選定：１）、被切割工件各表面的粗超度要求不同時，應(yīng)在表面粗糙度要求較低的面上選擇起點２）、工件各表面粗超度要求相同時，盡量在截面圖形相交點上選擇起點３）、對于工件各切割面既無技術(shù)要求的差異，又沒有型面交點的工件，程序起點盡量選在便于鉗工修復(fù)的位置上。、３Ｂ指令用于不具備間隙補償功能和錐度補償功能的數(shù)控先切割機床的程序編制．Ｂ分隔符．Ｊ計數(shù)長度.G計數(shù)方向.Z加工指令
13.自動編程工作過程：零件圖樣、準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)、輸入翻譯、數(shù)學(xué)處理、后置處理、穿孔紙帶、數(shù)控機床
14.自動編程基本原理：
1、準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)2）、輸入翻譯3）、數(shù)學(xué)處理4）后置處理5）、信息的輸出
15.自動編程的主要特點：1）、數(shù)學(xué)處理能力強2）、能快速、自動生成數(shù)控程序3）、后置處理程序靈活多變4）、程序自檢，糾錯能力強5）、便于實現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通信 16.自動編程分類：1）、語言數(shù)控自動編程2）、圓形數(shù)控自動編程3）、語音數(shù)控自動編程4）、數(shù)字化技術(shù)自動編程數(shù)控加工專用技術(shù)文件:數(shù)控加工工序卡和數(shù)控加工進給路線圖。哪些零件適合數(shù)控機床？那些不適合？答：適合，1）通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為用選內(nèi)容2）通用機床難加工，質(zhì)量也難保證的內(nèi)容作為重點選擇內(nèi)容3）通用機床效率低，工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富裕的基礎(chǔ)上進行選擇。不適，1）占機調(diào)整時間長2）加工部位分散3）按某些特定的制造依據(jù)加工的型面輪廓。
第五篇：數(shù)控編程實習(xí)
一.實習(xí)目的隨著我國機械加工行業(yè)的發(fā)展數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用,不少職校都開設(shè)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才.通過實習(xí)是為了更好的將理論知識運用到實踐中去,了解現(xiàn)代機械制造工業(yè)的工藝過程,和數(shù)控加工方法及
其所用主要設(shè)備的工作原理,以生產(chǎn)實踐獲的感性知識.二.實習(xí)內(nèi)容
1;安全生產(chǎn)操作規(guī)程:聽老師講解有關(guān)工業(yè)安全方面的知識.遵守操作規(guī)程才是安全的保障.a,進入工作場地須戴好勞動防護用品,女生須戴好工作帽.b,上班前須先對機床和潤滑系統(tǒng)注油.檢查機床分機構(gòu)的完好性.手柄位置的正確性;啟動后應(yīng)使主軸低
速空轉(zhuǎn)1-2分鐘,等機床正常后才能工作.c,工作中需要變速的必須先停車.變換走刀箱,手柄位置要低速時進行.使用電器開的機床不準(zhǔn)用正,反車
作緊急停車,以免打壞齒輪.d,不允許在卡盤上及床身導(dǎo)軌上敲擊校直工作,床面上不準(zhǔn)放置工具或工作.e,更換卡盤或裝夾較重工作時,應(yīng)用木版保護床面如工件不卸,應(yīng)用千斤頂支承.2;機床類型和主要技術(shù)參數(shù):CNC6132
床身上最大回轉(zhuǎn)直徑--340mm
最大加工長度--750mm
主軸通孔直徑--52mm
主軸轉(zhuǎn)速--100-2100r.p,m
縱向進給最大速度--3m/min
橫向進給最大速度--3m/min
X 軸定位精度--±0.01
Z 軸定位精度--±0.02
X 軸重復(fù)定位精度--0.005mm
Z 軸重復(fù)定位精度--0.01mm
主電機功率--4kw
指令方式---絕對值 / 增量值
最大編程尺寸--±9999.999
零件程序貯存量 / 程序量--6KB
刀架刀數(shù)值---4
3;機床結(jié)構(gòu)的組成部分:車床主要由變速箱、主軸箱、掛輪箱、進給箱、溜板箱、卡盤,刀架、尾座、床
身、絲桿、光桿和操縱桿/操作面板(顯示器`軟鍵盤)組成.調(diào)速方式:變速齒輪調(diào)速方式,帶傳動方式,兩個電動機分別驅(qū)動調(diào)速方式.4;刀具的選折:數(shù)控刀具的選擇決定了切削用量的確定,是數(shù)控加工工藝中的重要過程.它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量,同時也對操作者安全問題有影響.應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具.因此刀具的選折很重要.5;我們所用的刀具材料和刀具有:高速鋼刀具;硬質(zhì)合金刀具等.外圓刀.螺紋刀和切斷刀.6;要根據(jù)被加工工件的形狀來選刀具:要考慮零件是否能夠加工出來,以避免少切后者過切的現(xiàn)象.結(jié)合工件材料來選折刀具,考慮工件材料個刀具材料的硬度,選好刀具才能進行加工,避免在切削過程中出現(xiàn)打刀問題.根據(jù)機床主軸轉(zhuǎn)數(shù)和切削用量來選折刀具
7;編程和輸入程序: 按照老師給我的工件圖紙和尺寸進行編寫,我們常用到的主要編程指令有/G90,G71,G72,G73.和程序主要字符:O程序名,T刀具符號,M字符:M03主軸順時針旋轉(zhuǎn);F字功能用于控制
切削進給量;S字功能控制主軸轉(zhuǎn)速;G00快速定位G01直線插補指令;G02/G03順逆圓弧插補和M30程序停止.將編好的程序在機床控制面板上進行輸入,過程中可以對程序進行檢查和摸擬走刀.程序準(zhǔn)備好之后就可以按照操作規(guī)程進行操作加工.8;工件校正:可采用目測方法,和儀器校正法,達到工件和主軸旋轉(zhuǎn)中心線平行即可.9;對刀:首先沿x軸方向切一外圓,用千分尺測量工件直徑,取得讀數(shù)再平端面,完后輸入x/z坐標(biāo)值.其他刀具在實習(xí)過程中我門都采用類似方法.10;加工操作和加工對象:在控制面板進行調(diào)制在參數(shù)中對進給陪率和主軸陪率值進行修調(diào)如:30%`60%`80%.和主軸轉(zhuǎn)數(shù)S500.精度高的回轉(zhuǎn)體工件.表面粗糟度小的回轉(zhuǎn)體零件.輪廓復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件.
點擊咨詢 