【導讀】計算機輔助設計是將人和計算機的最佳特性結合起來，輔助進行產品的設計與分析的一。種技術，是綜合了計算機與工程設計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學科。型、分析計算、繪圖和編寫技術文件等設計活動的總稱。評價和設計表示，CAD的功能就是在工程設計的過程中起相應的作用。領域有關應用的統(tǒng)稱，有廣義和狹義之分。以及NC代碼的生成。CAD/CAM技術在機械工業(yè)中的主要應用有以下幾個方面：二維繪圖。系統(tǒng)軟件指操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實用程序等，它用于計算機的管理、控制和維護。如Basic、Fortran、Pascal、C/C++等，這些高級語言均有相應。3．系統(tǒng)實用程序。支撐軟件1、圖形處理軟件。件的功能和質量直接影響CAD/CAM系統(tǒng)的功能和質量。能進行校核，滿足要求后，輸出所需的各種技術文件及圖紙。CAD/CAM系統(tǒng)在產品設計工作中具有較實用的價值，并且在實現(xiàn)上相對也容易一些。三維幾何造型在CAD/CAM中主要應用在設計、圖形、制造和裝配四個方面。此外還能進行工藝。視覺識別、機器人運動學及動力學的分析等。

　　

【正文】 第 8章 計算機輔 助數(shù)控程序編制 數(shù)控編程的基本概念 數(shù)控機床的坐標系統(tǒng) 機床直線運動采用右手笛卡兒直角坐標系，其直線運動坐標軸分別為 X、 Y、 Z，圍繞X、 Y、 Z軸的坐標軸定義為 A、 B、 C軸。 Z軸一般規(guī)定為平行于機床主軸方向。如果在機床上有多跟軸，則使用最多的那根軸線可定義為主軸。 Z軸的正方向規(guī)定為增大刀具和工件距離的方向。 X 軸通常是水平的，且與工件的裝夾面平行，與 Z 軸垂直。對于工件旋轉的機床，如車床的 X軸沿工件的徑向，刀具離開工件旋轉中心的方向為 X軸的正方向。對于刀具旋轉的機 床，如銑床，若 Z軸為水平，則由主軸向工件看，右手方向為 X軸 正方向；若 Z軸為垂直的，則由刀具主軸向立柱看，右手方向為 X軸的正方向。 Y軸是與 X、 Z軸垂直，可由右手定律確定其正方向。 為了編程的方便，無論數(shù)控機床的具體結構是工件固定不動刀具移動，還是刀具固定不動工件移動，確定坐標系時一律按照刀具相對于工件運動的情況。 機床坐標系和參考坐標系 ( 1）機床坐標系 簡稱 MCS（ Machine Coordinate System），是機床上固有的坐標系，并設有固定的原點，機床的坐標原點通常 以機床上固定的基準線和基準面之間的距離來確定的。 （ 2）參考坐標系 簡稱 RCS（ Reference Coordinate System），是允許用戶在編程時所選擇的坐標系。 數(shù)控編程的內容和步驟 加工程序的編制 ，一般要經過工藝方案分析、工序詳細設計、運動軌跡的坐標值計算、編寫程序單、制備控制介質以及程序校核與首件試切等主要步驟。 (3)工藝方案分析 在分析零件圖樣、生產批量、現(xiàn)有數(shù)控設備條件的基礎上，首先分析并擬訂工藝方案，即確認加工對象是否適合于數(shù)控加工、毛坯的選擇、工序的劃分以及選用合 適的數(shù)控機床。 工序詳細設計 數(shù)控加工程序是指一臺機床上對某些零件進行連續(xù)加工的那部分表面的加工程序。也就是在一次裝夾的情況下、各工步及其走刀的加工程序。 運動軌跡的坐標值計算 首先建立零件坐標系，作為各坐標尺寸的基準。然后根據零件圖形的幾何尺寸及已確定的粗、精加工的走刀路線，計算各次運動軌跡的程序坐標值，作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入數(shù)據。坐標值計算主要包括基點、節(jié)點及輔助計算三部分： （ 1）基點計算 零件輪廓一般是由直線、圓弧及曲線等幾何元素組成，所以要計算相鄰兩個幾何元素的交點或切點的坐標值。相應 的還要計算工序間尺寸和大余量多次走刀的坐標值。對于圓形刀具 (如銑刀 )．有時還要計算刀具中心運動軌跡的基點坐標值作為編程數(shù)據。 (2)節(jié)點計算 由于數(shù)控系統(tǒng)一般只具備直線插補和圓弧插補功能，所以對非圓曲線還要計算該曲線本身用直線段逼近或圓弧段逼近相鄰線段的交點或切點 (節(jié)點 )坐標值。 (3)輔助計算 輔助計算包括刀具的引入與退出路線的坐標值計算、脈沖數(shù)的計算與圓整及坐標系的換算等。 加工程序單的編寫 根據上述已確定的工序卡和所計算的運動軌跡坐標值，用數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼與程序格式逐段 編寫加工程序單。還應附上機床調整卡供操作者調整機床用。 控制介質的制備 將程序單上的內容記錄在控制介質上，作為數(shù)控機床的輸入信息。 程序校核和試切 述所編程序和穿孔帶必須經過校核初試切，確認無誤后才能進行正式加工。 數(shù)控程序編制的方法 程序編制的方法主要有手工編程和計算機輔助編程。 手工編程 手工編程也稱為人工編程。手工編程的主要步驟和內容如下： (1)根據零件圖樣對零件進行工藝分析，在分析的基礎上確定加工路線和工藝參數(shù)。 (2)根據零件的幾何形狀和尺寸，計算數(shù)控機 床運動所需數(shù)據。 (3)根據計算結果及確定的加工路線，按規(guī)定的格式和代碼編寫零件加工程序單。 (4)按程序單在穿孔機或卡片機上穿孔、制成控制介質。 控制介質中最常用的是八單位穿孔紙帶。下表為 ISO和 EIA兩種代碼的對照。 常見的準備功能指令 常見的輔助功能指令 例如： 程序清單 (4)自動編程 NC機床出現(xiàn)不久，人們就開始了對自動編程方法的研究。隨著計算機技術和算法語言的發(fā)展，首先提出了用 “語言程序 ”的方法實現(xiàn)自動編程。 所謂 “語言程序 ’’就是用專用的語言和符號來描述 零件圖樣上的幾何形狀及刀具相對零件運動的軌跡、順序和其它工藝參數(shù)等。這個程序稱為零件的源程序。零件源程序編好后，輸入給計算機。為了使計算機能夠識別和處理由相應的數(shù)控語言編寫的零件源程序，事先必須針對一定的加工對象，將編好的一套編譯程序存放在計算機內，這個程序通常稱為 “數(shù)控程序系統(tǒng) ’’或 “數(shù)控軟件 ”。 “數(shù)控軟件 ”分兩步對零件源程序進行處理。 第一步是計算刀具中心相對于零件運動的軌跡； 第二步是針對具體 NC機床的功能產生控制指令的后置處理程序。 整個 NC自動編程的過程如圖所示。從圖中可 見，為實現(xiàn)自動編程，數(shù)控自動編程語言和數(shù)控程序系統(tǒng)是兩個重要的組成部分。 自動編程語言 APT語言系統(tǒng)的特點 APT 語言有多種多樣的處理能力，從點位直線加工、兩坐標曲線加工，直至五坐標空間曲面加工都能處理。 用 APT 語言編寫的零件源程序接近英語自然語言，具有和英語相類似的詞匯，書寫方法也類同英語習慣，容易為編程人員掌握。 APT 編程可靠性高。系統(tǒng)有很強的診斷功能，源程序錯誤可由計算機自行檢查出來。 富有靈活性。 APT 積累了上千種后置 處理程序，刀具軌跡數(shù)據只需計算一次調用不同后置處理程序，制備出所用機床的加工程序和穿孔紙帶。 數(shù)據處理所需費用少，制備時間短。在編制復雜零件程序時尤為經濟。 APT 語言的基本組成 APT 語言由基本符號、詞匯和語句組成 基本符號 詞匯 詞匯是 APT 語言所規(guī)定的具有特定意義的單詞。每一個詞匯由 6 個以下字母組成，按其作用大致可分為下列幾種： (1)幾何元素詞匯 (2)幾何關系和位置狀況詞匯 (3)與計算有關和函數(shù)類詞匯 (4)加工工藝詞匯 (5)刀具名稱詞匯 (6)與刀 具運動有關的詞匯 APT主要詞匯英漢對照表 (5)語句 語句是數(shù)控編程語言中具有獨立意義的基本單位。它由詞匯、數(shù)值、標識符號等按語法規(guī)則組成。按語句在程序中的作用大致可分為幾何定義語句、刀具運動語句、工藝數(shù)據語句等幾類。 （ 1）、幾何定義語句 幾何定義語句是為了描述零件的幾何圖形而設置的。 APT語言可以定義 17種幾何元素，其中主要有點、直線、平面、圓、橢圓、雙曲線、圓柱、圓錐、球、二次曲面、自由曲面等。 （ 2）、刀具運動語句 刀具運動語句是用來模擬加工過程中刀具運動的軌跡。為了定義刀具在空間的 位置和運動，引進了零件表面（ PS）、導向面（ DS）和檢查面（ CS）。通過上述三個控制面就可聯(lián)合確定刀具的運動。 （ 3）工藝數(shù)據語句、初始語句和終止語句 工藝數(shù)據及一些控制功能也是自動編程中必須給定的，例如： SPINDL/n， CLW 表示了機床主軸轉數(shù)及旋轉方向。 CUTTER/d， r 給出了銑刀直徑和刀尖圓角半徑。 初始語句也稱程序名稱語句，由 “PARTNO”和名稱組成。 終止語句表示零件加工程序的結束，用 FINI表示。 數(shù)控程 序系統(tǒng) 數(shù)控程序系統(tǒng)按其應用范圍可分為兩大類。第一類是不限定加工對象、適用范圍廣泛的通用系統(tǒng)。另一類是適用于特定目標的、針對性較強的專用系統(tǒng)。其中通用系統(tǒng)按其功能來說，又可分為幾何處理系統(tǒng)和工藝處理系統(tǒng)。 數(shù)控程序系統(tǒng)的工作大致可分為三個階段進行：即輸入翻譯階段，軌跡計算階段和后置處理階段。 輸入翻譯階段 它是為計算刀具運動軌跡階段作準備。 軌跡計算階段 這個階段的功能類似于手工編程中基點、節(jié)點和刀具中心軌跡的計算。對于有工藝處理能力的程序系統(tǒng)還包括工藝過程和工藝參數(shù)的確定。這個階段的目標程序要 適應各種不同機床后置處理程序的要求，即應是通用的。 3. 后置處理階段 后置處理階段的功能包括增量計算、脈沖當量轉換以及編寫程序單和制成數(shù)控紙帶等，從而將計算階段目標程序給出的數(shù)據、工藝參數(shù)及其它有關信息轉變成數(shù)控裝置的輸入信息。后置處理程序與具體的數(shù)控機床有關，控制系統(tǒng)不同，代碼也不同。 數(shù)控程序的動態(tài)模擬 數(shù)控程序的檢驗 NC程序的編制過程和工藝過程的設計相似，都具有經驗性和動態(tài)性，在程序編制過程中出錯是經常發(fā)生的，為此必須認真檢查和校核 NC程序，通常還要進行首件試切加工。這種試切過程往往要冒一定的風險，稍有不慎，就會發(fā)生事故，或者損壞刀具，甚至損壞機床。 現(xiàn)在可以利用計算機仿真模擬系統(tǒng)，從軟件上實現(xiàn)零件的試切過程，將 NC程序的執(zhí)行過程在計算機屏幕上顯示出來。在動態(tài)模擬時，刀具可以實時地在屏幕上移動，刀具與工件接觸之處，工件的形狀就會按刀具移動的軌跡發(fā)生相應的變化。 對動態(tài)模擬系統(tǒng)的要求 檢查 NC程序中的各種編制錯誤，包括程序結構檢查、語法檢查和詞法檢查。 動態(tài)模擬加工的全過程。 利用 CAD 的圖形軟件，對零件、刀具、夾具及部分加工機床進行圖形描述，按照 NC程序的順序，進行動態(tài)模擬，按實際加工過程在計算機屏幕上顯示出來，檢查因 NC程序的編制錯誤而導致加工過程中的過切、欠切現(xiàn)象以及刀具與夾具的碰撞、刀具與工件的干涉等錯誤。 對給定的工藝極限值能進行監(jiān)控檢測 工藝極限值監(jiān)控的目的是為了防止機床、刀具、夾具的超載。 提供各種形式的過程數(shù)據報告。 數(shù)控程序動態(tài)模擬過程實例 車削 NC程序動態(tài)模擬過程示意圖： 第二章例題