考点7 自动编程的基本常识《数控加工工艺与编程》四川省（对口招生）智能制造类 知识点讲解

四川省智能制造类对口高考复习讲义 《数控加工工艺与编程》 考点7 自动编程的基本常识 ■考纲要求 1.了解数控自动编程软件的基本常识。 2.了解数控自动编程软件图形绘制过程以及编程过程G代码的自动生成。 ■知识网络 一、知识树 二、重要知识点梳理 （1） 自动编程基本常识相关概念 数控铣床、加工中心自动编程软件基本常识相关概念见表5-7-1所示。 表5-7-1 数控铣床、加工中心自动编程软件基本常识相关概念 序号 名称 概念 1 常用自动编程软件 常用编程软件有：Mastercam、Cimatron、Powermill、Pro/E、UG、hypermill、CATIA、CAXA（国产）、中望（国产） 2 自动编程 是利用计算机技术（CAD、CAM）将制造工艺过程中所需要的各种加工信息对数控机床进行加工控制，后置自动输出代码程序，完成零件加工。 3 手动编程 是指通过人工输入加工工艺信息，编制出对应的加工程序，并输入到数控机床上进行控制，实现零件加工。 4 数控自动编程优点 编程速度快，生产效率高； 精度高，稳定性强； 自动化程度高，减少人工操作； 可靠性高，可以降低加工零件的误差率。 5 数控自动编程缺点 需要一定的学习时间和技术基础； 对于零件形状比较复杂、尺寸变化多或者工艺要求严格的情况，可能需要手动编程才能满足需求。 6 手动编程优点 更加灵活适应于特殊加工需求；不需要电脑软件的支持；以经验为主，加工人员掌握程度高。 7 手动编程缺点 编程时间长，生产效率相对较低；编程精度受到加工人员的技术水平和经验的影响较大；编程难度较大，操作门槛较高。 8 自动软件编程适用场景 数控自动编程适用于批量生产、需求量较大、工艺简单的零件；手动编程适用于零件形状复杂、尺寸变化多或者工艺要求严格的情况，以及批量生产不多的情况。 9 CAD建模 是计算机辅助设计（Computer-Aided Design）过程中的一个重要步骤，涉及使用专门的绘图软件在计算机上创建三维或二维模型。 10 CAM编程 CAM(Computer Aided Making ，计算机辅助制造)的核心是计算机数值控制(简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。 11 后置 把刀位数据文件转换成指定数控机床能执行的数控程序的过程就称为后置处理。 （二）相关知识梳理 1.数控自动编程和手动编程的定义 数控编程方法可以分为两类：一类是手工编程，另一类是自动编程。 （1）手工编程 手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。 对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工，几何计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。 （2）自动编程 自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专门的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的语言编程系统和交互式CAD／CAM集成化编程系统。 交互式CAD/CAM集成系统自动编程是现代CAD/CAM集成系统中常用的方法，在编程时编程人员首先利用计算机辅助设计(CAD)或自动编程软件本身的零件造型功能，构建出零件几何形状，然后对零件图样进行工艺分析，确定加工方案，其后还需利用软件的计算机辅助制造(CAM)功能，完成工艺方案的制订、切削用量的选择、刀具及其参数的设定，自动计算并生成刀位轨迹文件，利用后置处理功能生成指定数控系统用的加工程序。因此我们把这种自动编程方式称为图形交互式自动编程。这种自动编程系统是一种CAD与CAM高度结合的自动编程系统。 2.数控自动编程和手动编程的区别 编程方式不同，编程难易度不同，编程速度不同，灵活性不同。 3.数控自动编程的优点与缺点 （1）优点：编程速度快，生产效率高；精度高，稳定性强；自动化程度高，减少人工操作；可靠性高，可以降低加工零件的误差率。 （2）缺点：需要一定的学习时间和技术基础；对于零件形状比较复杂、尺寸变化多或者工艺要求严格的情况，可能需要手动编程才能满足需求。 4.手工编程优点和缺点 （1）优点：用一定灵活性可适应于特殊加工需求；不需要电脑软件的支持；以经验为主，加工人员掌握程度高。 （2）缺点：编程时间长，生产效率相对较低；编程精度受到加工人员的技术水平和经验的影响较大；编程难度较大，操作门槛较高。 5.自动软件编程特点 与手工编程相比，自动编程速度快，质量好，这是因为自动编程具有以下主要特点。 （1）数字处理能力强 对复杂零件，特别是空间曲面零件，以及几何要素虽不复杂但程序量很大的零件，计算相当繁琐，采用手工程序编制是难以完成的。采用自动编程既快速又准确。功能较强的自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特种曲面。 （2）能快速、自动生成数控程序 在完成计算刀具运动轨迹之后，后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控程序，且数控程序不会出现语法错误。 （3）后置处理程序灵活多变 同一个零件在不同的数控机床上加工，由于数控系统的指令形式不尽相同，机床的辅助功能也不一样，伺服系统的特性也有差别，因此，数控程序也应该是不一样的。但前置处理过程中，大量的数学处理，轨迹计算却是一致的。这就是说，前置处理可以通用化，只要稍微改变一下后置处理程序，就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来。对于不同的数控机床，采用不同的后置处理程序，等于完成了一个新的自动编程系统，极大地扩展了自动编程系统的适用范围。 （4）程序自检、纠错能力强 采用自动编程，程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误，或刀具与工件干涉，相撞等等。但自动编程能够借助于计算机在屏幕上对数控程序进行动态模拟，连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓，发现问题及时修改，快速又方便。现在，往往在前置处理阶段，计算出刀具运动轨迹以后立即进行动态模拟检查，确定无误以后再进入后置处理，编写出正确的数控程序来。 （5）便于实现与数控系统的通讯 自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口，实现编程系统和数控系统的通讯。编程系统可以把自动生成的数控程序经通讯接口直接输入数控系统，控制数控机床加工，无需再制备穿孔纸带等控制介质，而且可以做到边输入，边加工，不必忧虑数控系统内存不够大，免除了将数控程序分段。自动编程的通讯功能进一步提高了编程效率缩短了生产周期。 6.自动软件编程适用场景 数控自动编程适用于批量生产、需求量较大、零件形状和工艺复杂的零件； 手动编程适用于零件形状简单、生产品种单一以及批量生产不多的情况。 7.CAD建模（计算机辅助设计） CAD建模是计算机辅助设计（Computer-Aided Design）过程中的一个重要步骤，涉及使用专门的绘图软件在计算机上创建三维或二维模型。这些模型不仅包含了物体的几何形状、尺寸和材料信息，而且可以进行可视化展示和编辑修改。CAD建模的应用非常广泛，包括但不限于建筑、机械、电子、航空等多个领域的设计和制造过程。 8.CAM编程（计算机辅助制造） CAM(Computer Aided Making ，计算机辅助制造)的核心是计算机数值控制(简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成铣、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程。 除了在数控机床应用以外，还广泛地用于其它各种设备的控制，如冲压机、火焰或等离子弧切割、激光束加工、自动绘图仪、焊接机、装配机、检查机、自动编织机、电脑绣花和服装裁剪等，成为各个相应行业CAM的基础。计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面：硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等，软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。 9.后置程序 后置处理程序将CAM系统通过机床的CNC系统与机床数控加工紧密结合起来。后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理的，它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统机床能正确进行加工的数控程序，因此编制正确的后置处理程序是五轴数控铣削编程与加工的前提条件之一。 后处理的主要任务是根据具体机床运动结构形式和控制指令格式，将前置计算的刀位轨迹数据变换为机床各轴的运动数据，并按其控制指令格式进行转换，成为数控机床的加工程序。五轴加工后处理程序的难点是机床坐标运动变换。对刀位轨迹进行后处理转换时，首先根据具体的机床运动结构来确定运动变换关系，由此将前置计算的刀位轨迹数据变换并分解到机床的各个运动轴上，获得各坐标轴的运动分量。运动变换关系取决于具体机床的运动结构配置，机床坐标轴的配置不同，其变换关系也不相同。这里要考虑机床种类及机床配置、程序起始控制、程序块及号码、准备功能、辅助功能、快速运动控制、直线圆弧插补进给运动控制、暂停控制、主轴控制、冷却控制、子程序调用、固定循环加工控制、刀具补偿、程序输出格式转换、机床坐标系统变换及程序输出等。格式转换主要包括数据类型转换与圆整、字符串处理、格式输出等内容。算法处理主要包括坐标运动变换、跨象限处理、进给速度控制等内容。CAD/CAM软件包提供的数控程序后处理模式一般流程如图5-7-1所示。 图5-7-1 10.数控自动编程的步骤 数控编程是从零件图纸到获得合格的数控加工程序的过程，其任务是计算加工中的刀位点。刀位点一般为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。数控编程的主要内容包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数学处理、编写零件加工程序、输入数控系统、程序检验及首件试切。 根据问题复杂程度的不同，数控加工程序可通过手工编程或计算机自动编程来获得。目前计算机自动编程采用图形交互式自动编程，即计算机辅助编程。这种自动编程系统是CAD(计算机辅助设计)与CAM(计算机辅助制造)高度结合的自动编程系统，通常称为CAD/CAM系统。 CAM编程是当前最先进的数控加工编程方法，它利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何形状计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程，操作过程形象生动，效率高、出错概率低。而且还可以通过软件的数据接口共享已有的CAD设计结果，实现CAD/CAM集成一体化，实现无图纸设计制造。 为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工，一般计算机辅助编程的步骤为： （1）零件的几何建模 对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂形状零件数控编程，其首要环节是建立被加工零件的几何模型。 （2）加工方案与加工参数的合理选择 数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度的优化选择是满足加工要求、机床正常运行和刀具寿命的前提。 （3）刀具轨迹生成 刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要的内容，能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。刀具轨迹生成的首要目标是使所生成的刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。 （4）数控加工仿真 由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题十分困难，其中最主要的是加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。 （5）后置处理 后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据的数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度校核修正及代码转换等。因此后置处理对于保证加工质量、效率与机床可靠运行具有重要作用。 ■真题练习 一、单选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分） 1.编程的一般步骤的第一步是( )。 A.制定加工工艺 B.计算轨迹点 C.编写零件程序 D.输入程序 2.程序检验中图形显示功能可以( )。 A.检验编程轨迹的正确性 B.检验工件原点位置 C.检验零件的精度 D.检验对刀误差 3.数控铣床上，在不考虑进给丝杠间隙的情况下，为提高加工质量，宜采用( )。 A.外轮廓顺铣、内轮廓逆铣 B.外轮廓逆铣、内轮廓顺铣 C.内、外轮廓均为逆铣 D.内、外轮廓均为顺铣 4.在孔加工固定循环中，G98、G99分别为( )。 A.G98返回R平面；G99返回循环起始点 B.G98返回循环起始点；G99返回R平面 C.G98返回程序起刀点；G99返回R平面 D.G98返回R平面；G99返回程序起刀点 5.数控铣削编程中G17、G18、G19指定不同的平面，分别是( )。 A.G17为XOY，G18为XOZ，G19为YOZ B.G17为XOZ，G18为YOZ，G19为XOZ C.G17为XOY，G18为YOZ，G19为XOZ D.G17为XOZ，G18为XOY，G19为YOZ 6.在XOY平面内的刀具半径补偿执行的程序段中，两段连续程序为( )不会产生过切。 A.N60 G01 X60.Y20.；N70 Z-3. B.N60 G01 Z-3.；N70 M03 S800 C.N60 G00 S800；N70 G01 Z-３. D.N60 M03 S800；N70 M08 7.表示固定循环功能的代码有( )。 A.G80 B.G83 C.G94 D.G02 8.在编制轮廓切削加工时，下列说法( )是错误的。 A.刀具运动轨迹与工件轮廓有一个偏移量 B.刀具中心运动轨迹沿工件轮廓运动 C.以工件轮廓尺寸为刀具编程轨迹 D.程序中应使用刀具半径补偿指令 9.能让数控机床进给运动暂停半分钟的指令是( )。 A.G40P30 B.G04P30 C.G04X30. D.G04X0.5 10.ISO规定增量尺寸方式的指令为( )。 A.G90 B.G91 C.G92 D.G93 11.平面的切换必须在( )方式中进行。 A.偏置 B.偏置或取消偏置 C.取消偏置 D.两者均不是 12.在XY平面上，某圆弧圆心为（0，0），半径为80，如果需要刀具从（80，0）沿圆弧到达（0，80）点程序指令为( )。 A.G02 X0 Y80.I80.F300 B.G03 X0 Y80.I-80.F300 C.G02 X0 Y80.J80.F300 D.G03 X0 Y80.J-80.F300 13.在铣床上铣削斜面，可以采用的方法是( )。 A.使用夹具转动工件至所需角度 B.转动立铣头至所需角度 C.使用适当的角度铣刀 D.A、B、C均可 14.在铣削过程中，单位时间内工件相对铣刀所移动的距离称为( )。 A.铣削长度 B.进给量 C.进给速度 D.单位进给 15.关于刀具长度偏置的自动测量说法错误的是。( )。 A.发出G73指令，刀具开始移动到测量位置并保持继续移动，直到从测量装置输出趋近结束信号为止。 B.设置工作坐标系，以便使刀具移动到测量位置之后，能进行测量；坐标系可以不和编程的工件坐标系相同。 C.执行G73指令时，刀具以快速移动速度向测量位置移动，快要到达时降低进给速度，然后继续移动，直到测量仪发出趋近结束信号到CNC，刀具移动停止。 D.当刀具到达的测量位置的坐标值和G73指定的坐标值之间的差值被加到当前刀具长度偏置值上。 二、多选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分） 1.数控铣床气动系统的预防性维护的要点有( )等。 A.保证气动元件中运动零件的灵敏性 B.提高控制速度 C.降低运动部件灵敏 D.保持气动系统的密封性 E.保证空气中含有适量的润滑油 F.保证压缩空气的洁净 2.数控铣床气动系统的常见故障有( )等。 A.动力不足 B.控制失灵 C.运动部件灵敏度过高 D.运动部件灵敏度过低 E.运动速度失调 F.工作压力失调 3.作用在铣刀上的铣削分力，即铣刀所承受的铣削力F’可以分解成( )三个互相垂直的分力。 A.垂向分力 B.横向分力 C.径向分力 D.纵向分力 E.轴向分力 F.切向分力 G.切向分力 4.在切削过程中，切削用量三要素是( )。 A.切削速度 B.工件速度 C.进给速度 D.背吃刀量 E.移动速度 5.缩短辅助时间的途径是减少( )时间。 A.切削时间 B.工件装夹 C.编程 D.测量工件 E.自动换刀 三、判断题（正确的画“✓”，错误的画“×”，每题2分，共24分） 1.( )对于所有的数控系统，其G、M功能的含义与格式完全相同。 2.( )暂停指令G04不是模态指令。 3.( )圆弧插补用圆心指定指令时，在绝对方式编程中I、J、K还是用相对值。 4.( )发生电火灾时，首先必须切断电源，然后救火和立即报警。 5.( )机床“快动”方式下，机床移动速度F应由程序指定确定。 6.( )为了保证安全，机床电器的外壳必须接地。 7.( )数控机床中当工件编程零点偏置后，编程时就方便多了。 8.( )主轴的旋转精度、刚度、抗振性等，影响工件的加工精度和表面粗糙度值。 9.( )全闭环数控机床的检测装置，通常安装在伺服电机上。 10.( )数控加工程序要充分发挥指令功能的作用，要求走刀路线短、换刀次数少、加工精度高、安全可靠。 11.( )在适宜使用切削液的条件下，应充分浇注切削液，以降低切削温度。 12.( )在执行完含有M00的程序段后，机床的主轴、进给及切削液都自动停止，该指令用于加工过程中测量刀具和工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作，全部现存的模态信息保持不变。 四、填空题（将最适当的词语或答案填写在横线上，每题2分） 1.数控机床的导轨形式包括贴塑滑动导轨、静压导轨、直线滚动导轨等。这几种导轨的摩擦系数最小的是 。 2.现代数控机床使用的轨迹按类型可分为滑动轨迹、 和静压轨迹。 3.对于一个设计合理，制造良好的带位置闭环控制系统的数控机床，可达到的 由检测元件的品质决定。 4.刀具号和刀套号 方式有利于ATC缩短换刀、选刀时间。 5.在闭环数控系统中，机床的定位精度主要取决于 的精度。 6. 系统是指不带反馈装置的控制系统。 7.要使正在运行中的程序停止下来，操作面板上有 种按钮，其中通过 按钮停下来的程序，按循环启动按钮可使程序继续运行；而急停按钮一般是发生意外时才使用。 8.数控机床的输入介质包括 、 、 。 9.数控装置由 、 、 和 四大部分组成。 10.数控机床按控制方式可分 、 、 。 11.数控机床主要由这 、 和 三大部分组成。 12.数控加工的编程方法主要有 和 两种。 13.刀具半径补偿执行过程一般可分为三步： 、 和 。 14.编程方法一般有 、 和 。 15.个完整的程序由 、 、 组成。 考点7 真题练习 参考答案 一、单选题 1——5 AADAA 6——10 ABBCB 11——15 CBDCB 二、多选题 1.ADEF 2.ABDEF 3.CEF 4.ACD 5.BCD 三、判断题 1——6 BAAABA 7——12 AABBAB 四、填空题 1.静压导轨 2.滚动导轨 3.位置精度 4.随机变换 5.检测装置 6.开环伺服 7.三、暂停 8.穿孔带、磁带、磁盘 9.程序输入、解释处理、数据存储、数据输出 10.数控装置、伺服系统、机床本体 11.数控装置、伺服系统和机床本体 12.手工编程和自动编程  13.建立、执行、 撤销 14.绝对值编程、增量值编程、混合编程 15.程序号、程序段内容、程序结束 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $