自动编程基础

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随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。数控技术是现代机械加工的重要基础与技术。数控加工的应用可提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，如图1.1所示的车铣中心。易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。

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1.1  CAD/ CAE/CAM软件应用

$ h5 J: C% U( R- p- L/ X# zCAD/ CAE/CAM（计算机辅助设计、分析及制造）构成了一个现代制造业计算机应用的主要部分。对于机械制造行业，设计、制造水平和产品的质量、成本息息相关。人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。采用CAD/ CAE/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。
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1.1.1  CAD/CAE/CAM特点

对于产品从设计、验证、制造整个过程的CAD/ CAE/CAM 软件解决方案的大型软件，一般具备以下技术特点：
1．集成化:一个完全集成的CAD/CAE/CAM软件，能对产品进行计算机辅助设计、计算机辅助分析和计算机辅助制造整个开发过程，如图1.2所示。
  B3 C7 H. A; d5 @% M& J) h2．相关性:通过主模型的相关性能快速地完成产品分析、装配、二维工程图、加工等。同时主模型的更改能反应到子档，子档的更改也会对主模型进行更新，如图1.3所示。
3．并行协作:通过使用主模型、产品数据管理、产品可视化运用Internet远程连接各企业计算机，使在不同企业、不同地方的工程师参与产品的开发。

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1.1.2  CAD/CAE /CAM软件分类
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0 g( u- r0 i7 c  U; }! uCAD/CAE/CAM技术伴随计算机的发展历史，先后走过大型机、小型机、工作站、微型计算机，现在主要以微型计算机平台CAD/CAE/CAM软件为主，企业可以根据自身的条件采购适合的CAD/CAE/CAM软件。现在主要流行的软件有以下几大类型。

1．大型软件:大型CAD/CAE/CAM软件有Unigraphics、Pro/Engineer、CATIA等。这类软件的特点是高效的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工类型完备，计算准确，实用性强，是航空、汽车、造船行业的首选软件。
4 Q+ k0 W1 Y1 t0 J  S+ N2．中型软件:CIMATRON是中型CAD/CAM软件的代表。这类软件实用性强，提供了比较灵活的用户界面、优良的三维造型、工程绘图、全面的数控加工、各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。
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3． 独立软件:相对独立的CAD、CAM系统有Autocad、Mastercam、Surfcam等。这类软件功能单一，针对性强。比如Mastercam主要通过中性文件（stp、igs）从其他CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。

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1.2  数控编制基础
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$ {+ C) R* r7 H9 U5 l% W# T数控机床（NC）是一种高效的自动化数字加工设备，它严格按照加工程序，自动地对被加工工件进行加工。数控系统外部输入的直接用于加工的程序称（手工输入、网络传输、DNC传输）为数控程序。执行数控程序对应的是数控系统内部的数控系统软件，数控系统是用于数控机床工作的核心部分。
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数控系统的种类繁多，使用的数控程序语言规则和格式也不一定相同，学习时以ISO国际标准为主的数控编制方法。当针对某一类型的数控机床编制加工程序时，应该严格按机床编程手册中的规定。
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1.2.1  数控程序编制的概念
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( T" u" I* n# A在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序，如下列所示的程序样本：
" O! w+ y) M8 F%
N0010 G40 G17 G90 G70
- X% ?% u0 `. W3 E  MN0020 G91 G28 Z0.0
N0030 T00 M06
N0040 G0 G90 X.0733 Y.0484 S500 M03
- p7 h2 H, x, l% n$ rN0050 G43 Z1.2992 H00
' ]& D& X" E# [2 PN0060 Z1.0236
N0070 G1 X.0569 Y.0695 Z1.0164 F150 M08
# N0 ^- s+ d6 C3 g6 o/ T- p. a/ fN0080 X.0317 Y.084 Z1.0087
2 v& m$ ^6 T' I5 X0 g* T7 A! P; tN0090 X-.0073 Y.0895 Z.9981
......
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1.2.2  数控编制步骤
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数控编制是数控加工的一项重要工作，是机床开动的前提。合格的数控程序不仅要保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。

9 V0 S# u+ D6 ?  H6 j* r数控编程是指从零件图纸到得到数控加工程序的全部工作过程，如图1.4所示。编程工作主要包括以下几大类型。
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5 y; S( w  _. h) S

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1.2.3  数控程序编制的方法
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. @9 J+ k4 T% K9 ^$ [数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编程和自动编程。
1．手工编程:手工编程指由人工来完成数控编程中各个阶段的工作，如图1.5所示。一般对几何形状不太复杂的零件（平面轮廓类型），所需的加工程序短，计算比较简单，用手工编程比较合适。
7 w: ~4 R# P! V+ i. r9 F+ O( O手工编程的特点：耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。
2．计算机自动编程:自动编程是指在编程过程中，除了分析图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。手工编程的极限为2.5轴加工，而采用自动编程可以达到3~5轴联动加工。完全能胜任杂形状零件的编程，比如螺旋桨、机翼的加工。
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* M' b7 I2 R0 Z. M7 l
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1.2.4  程序格式
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程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。
1 l6 v3 V% V: u% [) C. f1．程序段格式
程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写。这种功能字称之为续效字。
2．加工程序的一般格式
（1）程序开始符、结束符
（2）程序名
. E3 o* ^2 Q+ L* d+ t2 l/ @% B（3）程序主体
/ p; Q+ U& ]0 k9 N9 k2 ?（4）程序结束指令
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" I' r" i- U( v$ N) d% H
* H* D. m4 v. e- d$ |
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1.3  机床的坐标系

, g  S( D7 H0 N规定数控机床的坐标系及运动方向，是为了准确地描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性。控机床的坐标系和运动方向均已标准化，ISO和我国机械工业部都拟定了命名的标准，对机床坐标系和运动方向作了明文规定。
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