数控铣床编程与技能训练教学

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1、第2章数控铣床及其组成,第1章 数控铣床加工技术概述,第3章数控铣床常用附件及使用,第4章数控铣床加工工艺,第5章数控铣床操作与编程,第6章宏程序初步应用,第7章自动编程,第8章数控仿真基础,第1章数控铣床加工技术概述,1.1 数控铣加工技术简介 1.2 数控铣床加工技术的应用及现状,1.1 数控铣加工技术简介,数控技术是现代制造技术的基础,数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点,数控技术是当今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一,1.2 数控铣床加工技术的应用及现状,1.2.1 数控铣床加工技术的应用,1.2.2 我国数控铣削加工的现状,近年来，我国的数控铣

2、削加工技术发展迅速，数控产品的加工技术水平和质量正在不断提升。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定的规模，产品技术性能指标也较为成熟，价格合理，在国际市场上有一定的竞争力。,目前我国数控加工技术的发展还存在着以下不足：,1.信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。,2.产品成熟度较低，可靠性不高。,3.创新能力低，市场竞争力不强。,1.2.3数控铣削加工技术发展趋势,1.高速化加工技术发展迅速,2.高精度化加工技术发展迅速,3.技术集成和技术复合趋势明显,4.智能化新阶段的数字化控制技术,5.极端制造扩张新的技术领域,目前，世界先进制造技术发展迅速，超高速切削、超精密加工技术的应用、

3、柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，使得数控加工技术正在朝着以下几个方向发展：,第2章 数控铣床及其组成,2.1数控铣床的类型及基本组成 2.2数控铣床面板,2.1数控铣床的类型及基本组成,2.1.1数控铣床的类型,数控仿形铣床,数控摇臂铣床,数控万能工具铣床,数控龙门铣床,通常分为,按照主轴放置方式,卧式数控铣床,立式数控铣床,此外，若按照主轴放置方式可有卧式数控铣床和立式数控铣床之分。对立式数控铣床而言，若按Z轴方向运动的实现形式又可有工作台升降式和刀具升降式(固定工作台)。 若按数控装置控制的轴数，可有两坐标联动和三坐标联动之分。若有特定要求，还可考虑加进一个回转的A坐标或

4、C坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台。这时机床应相应地配制成四坐标控制系统。,2.1.2数控铣床的结构组成,数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。,1.主轴箱,2.进给伺服系统,3.控制系统,4.辅助装置,5.机床基础件,2.2数控铣床面板,2.2.1 系统制面板,FANUC 0I 数控系统面板,数控铣床控制面板由数控系统控制面板和机床控制面板两部分组成,2.2.2机床控制面板,FANUC 0I 机床控制面板,方式选择开关 选择操作方式的开关，有以下几种方式： 编辑（EDIT） 编缉方式 自动（MEM或AUTO）存储运转方式（或称自动加工） MD

5、I MDI手动数据输入方式 手动（JOG） 手动连续进给方式 手轮 手动连续进给方式 快速 快速进给方式 回零（REF或ZRN）手动返回参考点方式 DNC 联机通信、计算机直接加工控制方式 示教 示教方式,(13)机床锁定按键开关 (14)选择停止按键开关 (15)程序再启动键开关 (16)手动关闭主轴 (17)手动冷却操作按键 (18)手动选刀操作按键 (19)冲屑和手动润滑按键 (20)急停按钮 (21)程序保护锁匙 (22)电源开关和机床复位按钮 (23)各种状态及报警指示灯,XK5032型数控铣床机床控制面板主要由下列部分主组成：,第3章数控铣床常用附件及使用,3.1 刀 具 3.2

6、夹 具,3.1.1刀具的分类,3.1刀具,数控铣床刀具种类繁多，常用的刀具按切削加工工艺可分为三种。,1.钻削刀具,2.镗削刀具,3.铣削刀具,大部分钻铣用刀具都需要通过标准刀柄夹持转接后与主轴锥孔联接。刀具系统通常由拉钉、刀柄和钻铣刀具等组成。,数控铣床常用刀具及组成,3.1.2铣刀类型选择,1.加工曲面类零件,2.铣较大平面,3.铣小平面 或台阶面,4.铣键槽,5.孔加工,3.1.2铣刀结构选择,铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。选用时，主要可根据刀片排列方式。刀片排

7、列方式可分为平装结构和立装结构两大类。,平装结构(刀片径向排列),立装结构(刀片切向排列),3.1.3 常用数控铣削刀具,常用数控铣削刀具,常用数控铣削刀具,3.2夹具,3.2.1夹具的基本要求,1.为保持零件安装方位与机床坐标系及程编坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系。,2.为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。,3.夹具的刚性与稳定性要好。尽

8、量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。,3.2.2常用夹具种类,1.万能组合夹具,2.专用铣切夹具,3.多工位夹具,4.气动或液压夹具,5.真空夹具,通用夹具,3.2.3铣削夹具的选用原则,在选用夹具时，通常需要考虑产品的生产批量，生产效率，质量保证及经济性等，选用时可参照下列原则：,2.小批或成批生产时可考虑采用专用夹具，但应尽量简单；,3.在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。,1.在生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具、或通用夹具。,只有在组合夹具无法解决工件装夹时才可放弃；,第4

9、章数控铣床加工工艺,4.1 数控铣床加工工艺概述 4.2 数控铣床加工工艺分析 4.3 工件在数控机床上的定位与装夹,4.1.1数控加工的主要对象,（1）由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓；,（2）空间曲线或曲面；,（3）形状虽然简单，但尺寸繁多，检测困难的部位；,（4）用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；,（5）有严格位置尺寸要求的孔或平面；,（6）能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状。,4.1数控铣床加工工艺概述,4.1.2数控加工工艺的特点,（1）数控加工的特点,加工精度高、尺寸稳定,生产效率高,自动化程度高,（2）数控加工工艺的特点,数控工艺比普

10、通机械加工的工艺更加复杂,数控工艺设计主要用于指导编程,数控工艺的自动化程度高、影响因素多,数控工艺编制要有严密的条理性,数控工艺的集成性好,4.2数控铣床加工工艺分析,（1）零件图分析, 尺寸标注方法分析, 零件图的完整性与正确性分析,应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。, 零件技术要求分析, 零件材料分析,（2）零件的结构工艺性分析,零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。,工件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具的规格和换刀的次数，方便编程和

11、提高数控机床加工效率。,工件内槽及缘板间的过渡圆角半径不应过小。,铣工件的槽底平面时，槽底圆角半径r不宜过大。,4.2.2控铣削加工路线的拟定,1.保证零件的加工精度和表面粗糙度要求,2.应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率,3.一次完成轮廓的走刀,4.尽量选择使工件在加工后变形小的路线,3) 铣削封闭的内轮廓表面,内轮廓加工切出,外轮廓加工刀具的切入,4)用圆弧插补方式铣削外整圆,外圆铣削,内圆铣削,5）对于孔位置精度要求较高的零件,6) 铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工,曲面加工的走刀路径,采用单向趋近定位点的方法,4.2.3 数控铣削切削用量的选择,对于不同的加

12、工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择应保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。,1.粗加工时切削用量的选择原则,（1）选取尽可能大的背吃刀量,（2）要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量,（3）根据刀具耐用度确定最佳的切削速度,2.精加工时切削用量的选择原则,（1）根据粗加工后的余量确定背吃刀量,（2）据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量,（3）在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度,4.2.4对刀点与对刀方法,1.对刀点的选择,（1）所选的对刀点应使程序编制简单,

13、（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置,（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置,（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度,（a)钻头的刀位点,（b)圆柱铣刀的刀位点,（c)球头铣刀的刀位点,2.常用的对刀方法,定心锥轴找孔中心,百分表找孔中心,寻边器找对称中心,4.3 工件在数控机床上的定位与装夹,4.3.1 定 位,定位基准,粗基准,精基准,毛配在开始加工时，都是以未加工的表面定位,用已加工的表面作为基准面,1.粗基准的选择,（1）应保证所有加工表面都有足够的加工余量,（2）应保证工件加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度,2. 精基准的选择,精基准选择时应尽可能采

14、用设计基准或装配基准作为定位基准，即基准重合原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。同一零件除第一道工序外，其余加工表面尽量采用同一个精基准，即基准同一原则。基准同一后，可减少定位误差，提高加工精度，使装夹方便。应选择精度较高、形状简单和尺寸较大的表面作为精基准。这样就可以减少定位误差，使定位稳定，还可使工件减少变形。,4.3.2 装夹,1. 工件的夹紧,（1）夹紧装置应具备的基本要求,（2）夹紧力方向和作用点的选择,（3）夹紧力大小的估计,夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工

15、件不会产生过大的夹紧变形。结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑、便于制造和维护。操作简便、安全省力。,夹紧力要朝向主要定位基准。夹紧力的作用点应落在定位原件的支承范围内，并靠近支承原件的几何中心。夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。夹紧力的方向和作用点应施加与工件刚性较好的方向和部位。为提高工件加工部位的刚性，防止工件产生振动，应将夹紧力的作用点尽量靠近工件加工表面。,夹紧力的大小，对工件安装的可靠性、夹紧机构的复杂程度，工件和夹具的变形等有很大关系。,2. 定位与加紧方案的确定,（1）力求设计基准、工艺基准与编程原点的统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。,（2）设法减少装

16、夹次数，尽可能做到一次装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，降低加工辅助时间，充分发挥数控机床效率。,第5章 数控铣床操作与编程,5.1数控铣床的坐标系统,5.2数控铣床程序,5.3常用指令,5.4常用功能,5.1 数控铣床的坐标系统,5.1.1 机床坐标系,5.1.2 机床零点与机床坐标系的建立,5.1.3 工件坐标系与加工坐标系,工件坐标系是编程人员在编程时相对工件建立的坐标系，它只与工件有关，而与机床坐标系无关。,在程序开头就要设置工件坐标系，大多的数控系统可用G92指令建立工件坐标系，或用G54G59指令选择工件坐标系。工件坐标系一

17、旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。,5.2 数控铣床程序,5.2.1 FANUC数控系统简述,FANUC系统的典型构成如下：,1.数控主板：用于核心控制、运算、存储、伺服控制等。新主板集成了PLC功能。,2.PLC板：用于外围动作控制。新系统的PLC板已经和数控主板集成到一起。,3.I/O板：早期的I/O板用于数控系统和外部的开关信号交换。新型的I/O板主要集成了显示接口、键盘接口、手轮接口、操作面板接口及RS232接口等。,4.MMC板：人机接口板。这是个人电脑化的板卡，不是必须匹配的。本身带有CRT、标准键盘、软驱、鼠标、存储卡及串行、并行接口。,5.CRT接口板：用于显示器接

18、口。新系统中，CRT接口被集成到I/O板上。,5.2.2 程序结构,1.程序格式,2.程序段格式,5.2.3 基本编程指令,1. F、S、T指令,1）F功能,2）S功能,S功能用以指定主轴转速，单位是r/min。S是模态指令。S功能只有在主轴速度可调节时才有效。,3）T功能,T是刀具功能字，后跟两位数字指示更换刀具的编号。在加工中心上执行T 指令，则刀库转动来选择所需的刀具，然后等待直到M06指令作用时自动完成换刀。,2. 辅助功能M指令,3. 准备功能G指令,1)单位设定指令G20、G21、G22,2）绝对值编程G90 与增量编程G91,G90是绝对值编程，即即每个编程坐标轴上的编程值是以程

19、序原点为基准；G91是增量编程，即每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。G90和G91可以用于同一个程序中，但要注意其顺序所造成的差异,3）加工平面设定指令G17、G18、G19：,G17选择XY平面；G18选择ZX平面；G19选择YZ平面，如图5-7所示。一般系统默认为G17。该组指令用于选择进行圆弧插补时刀具半径补偿的平面。,4) 加工坐标系的建立,(1)G92-设置加工坐标系,编程格式：G92 X Y Z,G92指令是将加工原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上,(2) G53 -选择机床坐标系,编程格式：G53 G90 X Y Z,G53指令使刀具快

20、速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中X、Y、Z后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。,例：G53 G90 X-100 Y-100 Z-20,(3) G54、G55、G56、G57、G58、G59 选择16号加工坐标系,5.3 常用指令,5.3.1 基本进给指令,1. 快速定位指令G00,程序格式：G90(G91)G00 X_ Y_ Z_ ;,说明：,GOO功能起作用时，其移动速度为系统设定的速度。,不运动的坐标可以省略，省略的坐标轴不作任何运动。, 目标点的坐标值可以用绝对值，也可以用增量值。,机床运行时当Z轴按指令远离工作台时，先Z轴运动，再X、Y轴运动。当Z轴按指令接近工作台时，

21、先X、Y轴运动，再Z轴运动。,2.直线插补指令G01 G01是使刀具以指令的进给速度沿直线移动到目标点。 指令格式为：G90(G91)G01 X_Z_F_；,其中：X、Z表示目标点绝对值坐标（增量坐标值），F表示进给量，若在前面已经指定，可以省略。,说明：,G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程，由数控系统当时的状态(G90、G91)决定。,进给速度由F指令决定F指令也是模态指令，它可以用GOO指令取消。如果在G01程序段之前的程序段没有F指令，而现在的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。因此，G01程序中必须含有F指令。,5.3.2 圆弧插补指令G02、G03,5.3.4固定

22、循环指令,5.4 常用功能,5.4.1刀具半径补偿功能,数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这一问题。,在机床控制面板上，按OFFSET键，进入WEAR界面，在所指定的寄存器号内输入刀具半径值即可。,刀具半径补偿设置方法,5.4.2 刀具长度补偿功能（G43、G44、G49）,G43、G44刀具长度偏置指令 G49刀具长度偏置取消指令,5.4.3

23、 坐标系旋转功能-G68、G69,该指令可使编程图形按照指定旋转中心及旋转方向旋转一定的角度，G68表示开始坐标系旋转，G69用于撤消旋转功能。,编程格式：G68 X Y R . G69,式中：X、Y旋转中心的坐标值(可以是X、Y、Z中的任意两个，它们由当前平面选择指令G17、G18、G19中的一个确定)。当X、Y省略时，G68指令认为当前的位置即为旋转中心。R-旋转角度，逆时针旋转定义为正方向，顺时针旋转定义为负方向。,5.4.3 子程序功能,编程时，为了简化程序的编制，当一个工件上有相同的加工内容时，常用调子程序的方法进行编程。调用子程序的程序叫做主程序。子程序的格式与一般程序相同，只是程

24、序结束字为M99表示子程序结束，并返回到调用子程序的主程序中。,5.4.4 比例及镜像功能（G51 G50）,G51 X Y Z P, ,G50,式中：X、Y、Z-比例中心坐标(绝对方式)；P-比例系数，最小输入量为0.001，比例系数的范围为：0.001999.999。该指令以后的移动指令，从比例中心点开始，实际移动量为原数值的P倍。P值对偏移量无影响。,宏程序的编制方法简单地解释就是： 利用变量编程的方法。 用户利用数控系统提供的变量、数学运算功能、逻辑判断功能、程序循环功能等功能，来实现一些特殊的用法。,第6章 宏程序初步应用,宏指令既可以在主程序体中使用， 也可以当作子程序来调用。,放

25、在主程序体中 N50 #100=30.0 N60 #101=20.0 N70 G01 X#100 Y#101 F500.0 ,当作子程序调用：,主程序 G65 P1000 X30.0 Y20.0 ,宏程序： O1000 #100 = #24 #101 = #25 M99,宏程序中变量的类型： 局部变量：#1#33 公共变量：#100#149，#500#509 系统变量：#1000#5335,变量的赋值（对应）关系1,变量的赋值（对应）关系2,算数式 加法：#i=#j + #k 减法： #i=#j - #k 乘法： #i=#j * #k 除法： #i=#j / #k,正弦 #i=SIN #j 单

26、位：度 余弦 #i=COS #j 单位：度 正切 #i=TAN #j 单位：度 反正切 #i=ATAN #j / #k 单位：度 平方根 #i=SQRT #j 绝对值 #i=ABS #j 取整 #i=ROUND #j,逻辑运算： 等于：EQ 格式： #j EQ #k 不等于：NE格式： #j NE #k 大于：GT格式： #j GT #k 小于：LT格式： #j LT #k 大于等于：GE格式： #j GE #k 小于等于：LE格式： #j LE #k,条件转移语句,I F 条件表达式 GOTO n 当条件满足时，程序就跳转到同一程序中语句标号为的语句上继续执行 当条件不满足时，程序执行下一条

27、语句,条件转移语句,WHILE 条件表达式 DO m . END m 当条件满足时，从DO m到END之间的程序就重复执行。 当条件不满足时，程序就执行END下一条语句,如图，要在100mm100mm40mm的长方体上加工一个椭圆凸台。椭圆的长轴为100，短轴为50，椭圆凸台的深度为3mm。,第7章 自动编程基础,7.1自动编程基础知识,7.2常用CAD/CAM软件简介,7.3 数控图形自动编程系统,7.4 CAD/CAM的数控自动编程概述,7.5 MasterCAM应用举例,7.1.1自动编程的概念,在航空、船舶、兵器、汽车、模具等制造业中，经常会有一些具有复杂形面的零件需要加工，有的零件形

28、状虽不复杂，但加工程序很复杂。有些零件的数值计算、程序编写、程序校验相当复杂繁琐，工作量很大，采用手工编程难以完成的。此时，应采用装有编程系统软件的计算机或专用编程机来完成这些零件的编程工作。,数控机床的程序编制由计算机完成的过程，称为自动编程。,7.1.2自动编程的分类,1.按输入方式的不同，自动程序编制系统分为,(1)语言输入方式,(2)图形输入方式,(3)语音输入方式,2.按程序编制系统(编程机)与数控系统结合的紧密性的不同，自动编程可分为,(1)离线程序编制系统：与数控系统相脱离的单独的程序编制系统为离线程序编制系统,(2)在线程序编制,7.1.3自动编程的发展,1.语言自动编程,19

29、52年，美国麻省理工学院（MIT）研制成功世界上第一台数控铣床。为了充分发挥数控机床的加工能力，克服手工编程时计算工作量大、烦琐且容易出错、编程效率低质量差、对于形状复杂零件由于计算困难而难以编程等缺点，麻省理工学院伺服机构实验室在美国空军资助下，开始研究数控自动编程问题。研究成功于1955年公布并发布了世界上第一个语言自动编程系统APT,我国自上世纪50年代末期开始研制数控机床，60年代中期开始数控自动编程方面的研究工作。70年代已研制出了SKC、ZCK、ZBC-1等具有两维半铣削加工、车削加工等功能的数控语言自动编程系统。后来又研制成功具有复杂曲面编程功能的数控语言自动编程系统CAM-25

30、1。随着微机性能价格比的提高，后来又推出了HZAPT、EAPT、SAPT等微机数控语言自动编程系统。,2. 图形自动编程,世界上第一台图形显示器1964在美国研制成功，为图形自动编程系统的研制奠定了硬件基础,计算机图形学等学科的发展，又为图形自动编程系统的研制准备了理论基础。,图形交互自动编程不需要编写零件源程序，只需把被加工零件的图形信息输送给计算机，通过系统软件的处理，就能自动生成数控加工程序。它是建立在CAD和CAM的基础上的。这种编程方法具有速度快、精度高、直观性好、使用方便和便于检查等优点。因此，图形交互式自动编程是复杂零件普遍采用的数控编程方法。其主要处理过程有：,（1）几何造型,

31、（2）刀具走刀路线的产生,（3）后置处理,3.发展趋势,（1）从系统结构来看，将趋于模块化。根据用户不同，选择不同模块组成专用系统，使效率更高，实用性更强，从而解决大而全与小而专的矛盾。,（2）从加工角度来看，系统中工艺处理能力将逐步得到加强，使自动编程从仅仅代替人进行数学计算与编写程序单扩展到数控程序编制的全过程。,（3）从系统输入角度看，将逐步由面向点、线、面等几何要素发展到面向面、孔、槽等工程要素。系统造型将更加丰富、算法更先进、理论更完善、误差更小。,（4）系统的集成化：CAM应与CAD（计算机辅助设计）、CAPP（计算机辅助工艺过程设计）、CAT（计算机辅助检测）一体化，使产品从设计

32、到制造全过程更系统、更科学。,（5）系统的智能化与自动化：随着人工智能等技术的引进，使自动编程系统具有一定的智能，从而使人工参与更少，系统自动化进一步提高。,（6）系统的网络化：数控自动编程系统能随时与设计系统、工艺系统相沟通（得到相关信息并可以进行一定的反馈），能通过系统中的通讯软件及DNC软件将生成的加工程序传送给机床。,（7）系统的并行化：可实现一定程度的并行化，即在零件设计过程中就考虑工艺与加工问题，从而提高效率，缩短生产周期。,（8）系统的虚拟化：逐步引入虚拟现实技术，使动态仿真更加真实可靠，从而不必进行任何实际加工，就可以对零件的设计、工艺、编程进行评估。,7.2常用CAD/CAM

33、软件简介,1. Unigraphics（UG）,Unigraphics Solutions公司(简称UGS)是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、 航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发(VPD)的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。其主要的CAD产品是UG。,2. MasterCAM,Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型。 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。,3. CAXA 制造工程

34、师,CAXA制造工程师是我国北京北航海尔软件有限公司开发的一款CAD/ CAM软件，作为国产CAD/CAM软件的代表，充分考虑中国特色，符合国内工程师的操作习惯。高效易学，为数控加工行业提供了从造型、设计到加工代码生成、加工仿真、代码校验等一体化的解决方案。实体造型主要有拉伸、旋转、导动、放样、倒角、圆角、打孔、筋板、拔模、分模等特征造型方式。可以将二维的草图轮廓快速生成三维实体模型。提供多种构建基准平面的功能，用户可以根据已知条件构建各种基准面。,7.3 数控图形自动编程系统,7.3.1 数控自动编程的基本步骤,7.4 CAD/CAM的数控自动编程概述,7.4.1零件造型（建模）,零件建模是

35、属于CAD范畴的一个概念。它大致研究三方面的内容：零件模型如何输入计算机；零件模型在计算机内部的表示方法（存储方法）；如何在计算机屏幕上显示零件。,7.4.2刀具轨迹生成与编辑,1.二维轮廓加工,2. 曲面的加工,曲面的加工相对较为复杂，目前常用的刀具轨迹生成方法有参数线法、截面法、投影法等三种方法,参数线法的基本思想是：任何一个曲面都可以写成参数方程x,y,z=fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)的形式。当u或v中某一个为常数时，形成空间的一条曲线。采用参数线法加工时，选择一个参数方向为切削行的走刀方向，另外一个参数方向为切削行的进给方向，通过一行行的切削最终生成整个刀具轨迹。参数

36、线法计算简单，速度快，是曲面数控加工编程系统主要采用的方法，但当加工曲面的参数线不均匀时会造成刀具轨迹也不均匀，加工效率不高。,截面法加工的基本思想是：采用一组截面（可以是平面、也可以是回转柱面）去截取加工表面，截出一系列交线，将来刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，通过一定方法将这些交线连接在一起，就形成最终的刀具轨迹。截面法主要适用于曲面参数线分布不太均匀及由多个曲面形成的组合曲面的加工。,投影法的基本思路是将一组事先定义好的曲线（也称导动曲线）或轨迹投影到曲面上，然后将投影曲线作为刀触点轨迹，从而生成曲面的加工轨迹。投影法常用来处理其它方法难以获得满意效果的组合曲面和曲面型腔的加工

37、。,刀具轨迹的编辑一般分为文本编辑和图形编辑两种。文本编辑是编程员直接利用任何一个文本编辑器对生成的刀位数据文件进行编辑与修改。而图形编辑方式则是在快速生成的刀具轨迹图形上直接修改。目前基于CAD/CAM的自动编程系统均采用了后一种方法。刀位轨迹编辑一般包括刀位点、切削段、切削行、切削块的删除、拷贝、粘贴、插入、移动、延伸、修剪、几何变换，刀位点的匀化，走刀方式变化时刀具轨迹的重新编排以及刀具轨迹的加载与存储等。,7.4.3刀位轨迹的验证,常见的有显示法验证、截面法验证、数值验证和加工过程仿真验证四种方法,显示验证就是将生成的刀位轨迹、加工表面与约束面及刀具在计算机屏幕上显示出来，以便编程员判

38、断所生成刀具轨迹的正确性与合理性,截面法验证就是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图在计算机屏幕上显示出来，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程是否存在过切,距离验证是一种定量验证方法。它通过不断计算刀具表面和加工表面 及约束面之间的距离，来判断是否发生过切与干涉。,加工过程动态仿真验证是通过在计算机屏幕上模仿加工过程来进行验证的,7.4.4后置处理,配备不同的后置处理程序，就可以使计算机一次计算的结果使用于多个数控系统。,通用后置处理系统是指能针对不同类型的数控系统的要求，将刀位原文件进行处

39、理生成数控程序的后置处理程序。使用通用后置处理时，用户首先需要编制数控系统数据文件（NDF）或机床数据文件（MDF）以便将数控系统或数控机床信息提供给编程系统。之后，将满足标准格式的刀位原文件和数控系统数据文件（NDF）或机床数据文件（MDF）输入到通用后置处理系统中，后置处理系统就可以产生符合该数控系统指令及格式的数控程序。数控系统数据文件（NDF）或机床数据文件（MDF）可以按照系统给定的格式手工编写，也可以以对话形式一一回答系统提出的问题，然后由系统自动生成。,7.5 MasterCAM应用举例,例：待加工零件如图7-2所示，要求对该零件内腔进行粗加工，毛坯尺寸为1008030的长方体。

40、,7.5.1几何造型,步骤1：在主功能菜单中点击绘图矩形选项,点击确定，选择一点 原点选在（0，0），完成上表面线条的绘制。,步骤2：在主功能菜单中点击实体拉伸，选择上表面线条，点击执行，出现实体拉伸的设定,步骤3：在主功能菜单中点击实体抽壳实体面执行，出现实体抽壳的设定,点击确定，完成整体造型,7.5.2 生成刀具轨迹,步骤1：根据加工要求定义零件的毛坯大小。选择主功能菜单刀具轨迹工作设定命令，工件原点设定在系统的原点处（X0，Y0，Z0）。,步骤2：生成模具型面加工的刀具轨迹。其基本步骤是：选择主功能菜单刀具轨迹曲面加工粗加工平行铣削凹；选择所需要加工的曲面，这里通过菜单依次选择：所有的曲

41、面执行命令。选择好待加工表面后，进入曲面平行铣削粗加工参数表。,步骤3：系统弹出刀具参数设置信息,步骤4：曲面加工参数设置,步骤6：选择执行按钮，完成曲面平行铣削粗加工参数表设定，系统自动进行计算，生成模具型面精加工刀具轨迹,7.5.3加工过程仿真,步骤1：选择主功能菜单刀具路径操作管理,步骤2：用鼠标选择对话框左侧的实切验证按钮，进入仿真加工状态,7.5.4 加工后置处理,步骤：选择操作管理对话框中的后处理按钮，系统弹出如图所示的后置处理对话框，选择机床数据文件并选中储存NCI 文件和NC 文件两项，然后选择确定按钮即可。生成的加工程序,第8章 数控仿真基础,8.1 数控仿真基础知识,8.2

42、 常用数控仿真软件介绍,8.1 数控仿真基础知识,8.1.1 数控仿真的特点,随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用，所形成的先进制造技术日益引起各国的重视，它是提高企业国际竞争力和创新能力的根本途径，而先进制造技术又以数控技术为主要标志的。我国在“机械工业振兴纲要”中将应用数控技术的“数控机床”列为基础机械。 数控加工仿真系统具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能，将加工过程用三维图形或者二维图形的方式演示出来。可以进行数控编程的教学，能够完成整个加工操作过程的教学。使原来需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能可以在这个虚拟制造环境中实现。,8.1.2 数控仿

43、真的功能,虽然软件中的数控机床是一台模拟的机床，但对于机床的外形和操作面板及操作按钮是依照真实的数控机床，对机床的一些操作也和真实的机床基本相同，它可以实现对数控车床、数控铣床和数控加工中心加工零件全过程的仿真，其中包括毛坯定义、夹具刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和调试，拥有FANUC数控系统、SIEMENS数控系统、华中数控系统、广州数控系统等多种数控系统，具有多系统、多机床、多零件的加工仿真模拟功能。,8.2 常用数控仿真软件介绍,8.2.1 宇航数控加工仿真系统,南京宇航自动化技术研究所开发FANUC、SIEMENS系统数控车、数控铣及加工中心模拟仿真教学软件，是

44、结合机床厂家实际加工制造经验与高校(含职业技术学院、中等专业学校、技工学校和职业学校)教学训练一体所开发的。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。该软件具有FANUC、SIEMENS系统所有功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内就能操作FANUC、SIEMENS系统数控车、数控铣及加工中心，可手动或CAD/CAM编程和加工，教师通过网络教学，监看窗口滚动控制，可随时获得学生信息。,该软件主要具有以下三方面功能： 1. 机床界面：可实体模拟加工零件，具有三维动态切削过程实时模拟仿真。 2. 编程界面：可根据零件图纸，学生可自行编程或CAD/CAM设计

45、编程。 3. 操作面板界面：该软件具有国内知名的机床厂家55个控制面板 该软件具有机床规格大小设置，可定义刀具形状、切削用量，如数控铣床上钻头、镗刀、球头刀、园角刀，数控车床上的外园刀、镗刀、割刀、螺纹刀，可以实时监控加工轨迹,大小设置，也可以机床外形显示屏上，具有关门保护，零件加工完后，可进行测量和保存视窗作业。,8.2.2 宇龙数控加工仿真系统,数控加工仿真系统提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心，以及机床厂家的多种常用面板；控制系统有FANUC 0，FANUC 0i，FANUC Powermate 0，FANUC 0i Mate，Siemens 810D，Siemens 802

46、D，Siemens 802S/C，PA8000，三菱、大森、华中数控，广州数控等。,8.2.3 斯沃数控加工仿真系统,南京斯沃数控仿真系统拥有发那科(FANUC)、西门子(SINUMERIK)、三菱(MITSUBISHI)、广州数控(GSK)、华中世纪星(HNC)、北京凯恩帝(KND)、大连大森(DASEN)、南京华兴WA、江苏仁和（RENHE）、西班牙FAGOR80055、南京四开和美国哈斯HAAS数控车铣及加工中心仿真软件等十二大类，41个数控车铣及加工中心仿真软件，81个操作面板,是针对数控教学和个人用户需求，结合实际加工制造与高校数控教学经验、训练一体所开发的。通过该软件可以使学生达到

47、实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备和人员投入。 该软件真实感强，具有目前各种主流的数控系统和操作面板，效果逼真。用户可以在PC机上模拟操作机床，能在短时间内掌握各种系统的数控车、数控铣及加工中心等操作。软件同时具有手动编程和导入程序模拟加工。在斯沃数控仿真软件网络版中，服务器可随时获取客户端操作信息，并具有考试、练习以及广播功能等。 目前，斯沃数控仿真软件最新版本V6.05也是国内唯一最新推出西门子SINUMRIK801、南京华兴WA310系统、WA31系统，仁和32T系统和广州数控GSK928MA系统、四开SKY2003N系统、美国哈斯HAAS系统以及国内第一款自动免费下载更新的数控仿真软件。 该软件版本有网络版和单机版，单机版适用于个人用户，网络版适用于高校以及培训中心,网络版采用客户机服务器结构,运行局域网系统。,