CAM生成的NC数控程序
应用
CAM生成的NC数控程序是在数控系统外用CAM系统生成的程序。CAM系统为5轴联动加工和自由曲面加工提供方便易用的解决方案,部分情况下,CAM可能是唯一的解决方案。
要使CAM生成的NC数控程序可充分发挥数控系统的能力并提供数控系统的选装项功能,例如人工操作和修正,必须满足部分要求。
CAM生成的NC数控程序必须满足与手动编写NC数控程序相同的要求。此外,还需要满足工艺链的要求。
工艺链决定从设计到成品工件的整个过程。
相关主题
- 在数控系统上直接使用3D数据
- 图形化编程
NC数控程序的输出格式
输出海德汉Klartext对话格式
如果输出Klartext对话格式的NC数控程序,可用以下选项:
- 3轴程序
- 输出多达5轴程序,不含M128或TCPM功能
- 输出多达5轴程序,含M128或TCPM功能
5轴加工的要求:
- 配旋转轴的机床
- 高级功能包1(选装项8)
- M128或TCPM的功能的高级功能包2(选装项9)
如果将机床运动特性和准确的刀具数据提供给CAM系统,可输出5轴NC数控程序,其中不含M128或TCPM功能。计算每个NC数控程序段全部进给轴分量的编程进给速率,其结果是不同的切削速度。
含M128或TCPM功能的NC数控程序是独立于机床的程序,使用更灵活,原因是数控系统计算运动特性并使用刀具管理表的刀具数据。编程的进给速率是刀具位置点的进给速率。
11 L X+88 Y+23.5375 Z-8.3 R0 F5000 | ; 3轴 |
11 L X+88 Y+23.5375 Z-8.3 A+1.5 C+45 R0 F5000 | ; 5轴不含M128 |
11 L X+88 Y+23.5375 Z-8.3 A+1.5 C+45 R0 F5000 M128 | ; 5轴含M128 |
矢量输出程序
在物理学或几何学中,矢量是一个方向性变量,描述方向和长度。
用矢量输出程序时,数控系统需要至少一个单位矢量,用其确定表面法向或刀具位置的方向。NC数控程序段也可以含这两个矢量。
单位矢量的值为1。矢量值相当于矢量分量的平方根。
前提条件:
- 配旋转轴的机床
- 高级功能包1(选装项8)
- 高级功能包2(选装项9)
11 LN X0.499 Y-3.112 Z-17.105 NX0.2196165 NY-0.1369522 NZ0.9659258 | ; 含表面法向矢量的3轴,无刀具定向 |
11 LN X0.499 Y-3.112 Z-17.105 NX0.2196165 NY-0.1369522 NZ0.9659258 TX+0.0078922 TY–0.8764339 TZ+0.2590319 M128 | ; 含M128、表面法向矢量和刀具定向的5轴 |
矢量NC数控程序段的结构
表面法向矢量垂直于轮廓 | 刀具方向矢量 |
11 LN X+0.499 Y-3.112 Z-17.105 NX0 NY0 NZ1 TX+0.0078922 TY–0.8764339 TZ+0.2590319 | ; 表面法向矢量和刀具方向的直线LN功能 |
指令元素 | 含义 |
---|---|
LN | 表面法向矢量的直线LN |
X Y Z | 目标坐标 |
NX NY NZ | 表面法向矢量的分量 |
TX TY TZ | 刀具方向矢量的分量 |
根据轴数的加工类型
3轴加工
如果工件的加工只需要使用直线轴X轴、Y轴和Z轴,这种加工为3轴加工。
3+2轴加工
如果工件的加工需要加工面倾斜,这种加工为3+2轴加工。
前提条件:
- 配旋转轴的机床
- 高级功能包1(选装项8)
倾斜刀加工
倾斜加工,也被称为倾斜刀加工,刀具相对表面定位在用户自定义的角度位置。加工面坐标系WPL-CS的方向不变,仅改变旋转轴的位置,也即刀具位置。数控系统可补偿直线轴产生的偏移。
倾斜加工面用在底切加工和刀具夹持长度短的应用中。
前提条件:
- 配旋转轴的机床
- 高级功能包1(选装项8)
- 高级功能包2(选装项9)
5轴加工
在5轴加工中,也称为5轴联动加工中,机床的5个轴同时运动。对于自由曲面的表面,需要刀具始终准确地相对工件表面进行定向。
前提条件:
- 配旋转轴的机床
- 高级功能包1(选装项8)
- 高级功能包2(选装项9)
数控系统的出口版不提供5轴加工功能。
工序步骤
CAD
应用
设计师用CAD系统创建所需工件的3D模型。不正确的CAD数据可影响整个工艺链,包括工件质量。
注意
- 在3D模型中,需要避免开放或重叠端面和非必要点。根据需要,用CAD系统的检查功能。
- 基于公差中心的设计或保存3D模型,不应使用名义尺寸。
为支持加工生产的附加文件:
- 提供STL格式的3D模型。例如,数控系统内的仿真功能将CAD数据用作毛坯和成品件。为进行碰撞监测(选装项40),刀具和夹具的模型也十分重要。
- 提供图纸,检查尺寸。为此目的的图纸文件类型不重要,原因是数控系统可打开一些文件,例如PDF,因此,可无纸化生产。
定义
缩写 | 定义 |
---|---|
CAD(computer- aided design) | 计算机辅助设计 |
CAM和后处理器
应用
用CAM系统的加工策略,CAM编程人员基于CAD数据创建独立于机床和数控系统的NC数控程序。
在后处理器帮助下,最终输出的NC数控程序专用于机床和数控系统。
注意CAD数据
- 避免不适当格式转换降低质量。部分情况下,含制造商专用接口的一体化CAM系统可达到无损转换。
- 充分利用已有CAD数据的精度。对于最终的大圆角,建议几何或模型误差小于1 μm。
注意弦差和循环32 TOLERANCE
- 粗加工的重点是加工速度。
弦差和循环32 TOLERANCE中公差T之和必须小于轮廓余量,否则轮廓可能受损。
CAM系统中的弦差
0.004 mm至0.015 mm
循环32 TOLERANCE中的公差T
0.05 mm至0.3 mm
- 进行高精度精加工时,此值必须达到要求的数据密度。
CAM系统中的弦差
0.001 mm至0.004 mm
循环32 TOLERANCE中的公差T
0.002 mm至0.006 mm
- 进行高表面质量精加工中,此值必须可达到轮廓表面光滑。
CAM系统中的弦差
0.001 mm至0.005 mm
循环32 TOLERANCE中的公差T
0.010 mm至0.020 mm
注意数控系统优化的NC数控程序输出
- 轴位置输出的小数位数不小于4位,避免圆整误差。对于光滑工件和大半径工件(小曲率),建议至少5位小数。表面法向矢量的输出程序(直线LN)需要至少7位小数。
- 对于连续定位程序段,用绝对坐标输出,不用增量坐标输出可避免公差累积。
- 如果可能,输出的定位程序段为圆弧。数控系统内部计算的圆更精确。
- 避免相同位置、进给参数和辅助功能重复(例如,M3)。
- 仅当改变设置时,才再次输出循环32 TOLERANCE。
- 必须确保NC数控程序段精确定义角点(曲率过渡)。
- 如果输出的刀具路径方向变化严重,进给速率将剧烈变化。如果可能,圆整刀具路径。
在过渡位置突然变向的刀具路径
圆滑过渡的刀路
- 不用直线路径的中间点或插补店。例如,用不变点的输出,生成这些点。
- 避免在曲率均匀的表面上等间距分布点,进而避免工件表面上的点阵。
- 为工件选择适当的点间距和加工步骤。可选的起始值在0.25 mm至0.5 mm之间。即使加工进给速率很高,也不建议使用大于2.5 mm的起始值。
- 用移动(MOVE)或转动(TURN)输出PLANE功能(选装项8),不用单独的定位程序段,避免错位。如果输出不动(STAY)的程序并单独定位旋转轴,用变量Q120至Q122,不用固定的轴值。
- 避免直线轴运动和旋转轴运动间不理想的关系,进而避免刀具位置点的进给速率突变。例如,刀具位置的轻微变化可导致刀具调整角的显著变化。考虑相关轴的不同速度。
- 如果机床同时运动五个轴,机床轴的运动特性误差可能成倍增加。尽可能减少联动的轴数。
- 避免不必要的进给速率限制,这些限制在M128或TCPM功能(选装项9)中定义,用此限制进行补偿运动。
- 考虑机床旋转轴特有的工作特性。
关于刀具
- 球头铣刀,CAM输出的程序基于刀具中心点和32 TOLERANCE的大旋转轴公差TA(1至3)循环可保持均匀的进给路径。
- 球头铣刀或圆环铣刀和相对刀尖的CAM输出程序需要在循环32 TOLERANCE中使用小旋转轴公差TA(约0.1°)。更高的设置值很可能损坏轮廓。轮廓损坏程度取决于不同的因素,例如,刀具位置、刀具半径和切入深度。
注意用户友好的NC数控程序输出
- 使用数控系统的加工和探测循环可简化NC数控程序调整。
- 用变量集中定义进给速率,可简化选项调整和整体调整。优先选用自定义的变量(例如,QL参数)。
- 结构化的NC数控程序更便于了解整体情况。一个方法是在NC数控程序内使用子程序。如果可能,将大型项目分为多个单独的NC数控程序。
- 输出用刀具半径修正的轮廓,支持修正选项。
- 用主程序结构项在NC数控程序中快速浏览。
- 用注释功能描述有关NC数控程序的重要信息。
NC数控系统和机床
应用
数控系统用NC数控程序定义的点计算每个机床轴的运动以及所需的速度配置。数控系统的过滤功能处理和平滑轮廓,确保数控系统不超出最大允许的路径偏差。
机床驱动系统用计算的运动和速度配置执行刀具运动。
可用不同的操作和修正选项优化加工。
注意CAM生成的NC数控程序
- 在CAM系统上进行的独立于机床和数控系统的NC数据仿真可与实际加工不同。用数控系统内的仿真功能,检查CAM生成的NC数控程序。
- 考虑机床旋转轴特有的工作特性。
- 必须确保所需的刀具已就绪和剩余的使用寿命充分。
- 根据需要和弦差及机床动态响应,调整循环32 TOLERANCE值。
- Machine
参见机床手册!
部分机床制造商提供附加循环,用其为相应加工操作调整机床的工作特性(例如,循环332 (调节))。循环332用于修改过滤器设置、加速度设置和加加速设置。
- 如果CAM生成的NC数控程序含单位矢量,也可三维修正刀具。
- 软件选装项支持进一步优化。
注意模态轴的软限位开关
以下一般条件适用于模态轴的软限位开关:
- 下限大于–360°且小于+360°。
- 上限非负且小于+360°。
- 下限不大于上限。
- 下限和上限相差小于360°。
如果不满足一般条件,数控系统不运动模态轴并输出出错信息。
如果目标位置或其等效位置在允许的范围内,当前的模态限位开关允许运动。自动确定运动方向,一次只能接近位置之一。请注意以下示例!
等效位置距目标位置相距n x 360°。系数n为一个整数。
11 L C+0 R0 F5000 | ; 限位开关–80°和+80° |
12 L C+320 | ; 目标位置–40° |
数控系统将模态轴定位在当前限位开关与–40°位置之间,等效于320°。
11 L C-100 R0 F5000 | ; 限位开关–90°和+90° |
12 L IC+15 | ; 目标位置–85° |
由于目标位置在允许的范围内,数控系统执行行程运动。数控系统沿最近的限位开关方向定位轴。
11 L C-100 R0 F5000 | ; 限位开关–90°和+90° |
12 L IC-15 | ; 出错信息 |
由于目标位置在允许的范围外,数控系统输出出错信息。
11 L C+180 R0 F5000 | ; 限位开关–90°和+90° |
12 L C-360 | ; 目标位置0°:也适用于360°的倍数,例如720° |
11 L C+180 R0 F5000 | ; 限位开关–90°和+90° |
12 L C+360 | ; 目标位置360°:也适用于360°的倍数,例如720° |
如果轴的位置位于禁区的正中心,到两个限位开关的距离相同。在此情况下,数控系统可沿双方向运动。
如果定位程序段的结果是两个在允许范围内的等效目标位置,数控系统沿短路径定位。如果两个等效目标位置相距180°,数控系统根据编程的代数符号选择运动方向。
定义
模态轴
模态轴是指返回的读数仅在0°至359.9999°间的编码器轴。如果将此轴用作主轴,机床制造商必须将此轴配置为模态轴。
滚转轴
滚转轴是指可执行多圈或任意圈数的旋转轴。机床制造商必须将滚转轴配置为模态轴。
模态计数法
采用模态计数法的旋转轴位置显示值在0°至359.9999°之间。如果此值超过359.9999°,从0°重新开始。
功能和功能套件
ADP运动控制
点分布 | |
用和未用ADP的比较 |
分辨率不足、CAM生成的NC数控程序与相邻路径间变化的点密度导致进给速率波动和工件表面误差
高级动态预测(ADP)功能增强可允许的最高进给速率配置的预测能力和优化铣削期间相关轴的运动控制。也就是说,可在更短时间内达到更高表面质量和减少修复加工操作。
ADP的主要获益:
- 对于双方向铣削,正向路径和反向路径的进给对称。
- 相邻的刀具路径的进给路径均匀。
- 与CAM生成的NC数控程序相关的典型缺点是影响补偿或弱化补偿,例如:
- 缩短台阶状阶梯
- 粗加工弦差
- 剧烈圆整的程序段终点坐标
- 即使在困难条件下,数控系统也可准确汇总动态参数。
动态高效
“动态高效”功能套件用于提高重切加工和粗加工中的工艺可靠性,提高加工效率。
“动态高效”包括三个软件功能:
- 有效振颤控制(ACC,选装项145)
- 自适应进给控制(AFC,选装项45)
- 摆线铣削循环(选装项167)
“动态高效”提供以下优点:
- ACC,AFC和摆线铣削功能可提高材料切除速度,缩短加工时间。
- AFC可监测刀具,提高过程可靠性。
- ACC和摆线铣削功能可延长刀具使用寿命。
更多信息,参见选装项和附件样本
动态高精
“动态高精”功能套件用于快速和高精度地加工,并达到高表面质量。
“动态高精”包括三个软件功能:
- 关联轴补偿(CTC,选装项141)
- 位置自适应控制(PAC,选装项142)
- 负载自适应控制(LAC,选装项143)
- 运动自适应控制(MAC,选装项144)
- 动态减振(AVD,选装项146)
每项功能都提供明显的改善。可以组合使用,互为补充:
- CTC提高加速阶段的精度。
- AVD可达到更高表面质量。
- CTC和AVD可加快加工速度和提高加工精度。
- PAC可提高轮廓一致性。
- LAC可保持精度稳定,包括在变化的负载情况下。
- MAC可减少振动和提高快移运动的最大加速度。
更多信息,参见选装项和附件样本