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数控编程与加工技术


数控编程与加工技术
东北石油大学 杨松山

CNC Longmen milling machine

CNC hobbing machine

第1章 概 述

数控机床: 数控机床是数字控制机床 (Computer numerical control machine tools) 的简称

,是一种装有程序控制系统的自动化机 床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码 或其他符号指令规定的程序,并将其译码。用 代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装 置经运算处理后,由数控装置发出各种控制信 号控制机床动作,按图纸要求的形状和尺寸自 动地将零件加工出来。

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数控机床有如下特点: 对加工对象的适应性强。如适应模具等产品单件生产的特点, 为模具的制造提供了合适的加工方法; 加工精度高,具有稳定的加工质量; 可进行多坐标的联动,能加工形状复杂的零件; 加工零件改变时,一般只需要更改数控程序,可节省生产准 备时间; 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量,生产 率高(一般为普通机床的3~5倍); 机床自动化程度高,可以减轻劳动强度; 有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代 码处理、传递信息,使用了计算机控制方法,为计算机辅助 设计、制造及管理一体化奠定了基础; 对操作人员的素质要求较高,对维修人员的技术要求更高; 可靠性高。

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1.1 数控技术发展 1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,进行直 升飞机螺旋桨样板的研制。由于样板形状复杂多样, 精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出采用 数字脉冲控制机床的设想。 1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同 研究,并于1952年试制成功世界第一台三坐标数控铣 床,当时的数控装置采用电子管元件(第一代数控机 床)。

?1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,

出现了带自动换刀装置的数控机床,称为数控加工中心 (MC Machining Center),使数控装置进入了第二代。 ●1965年,出现了第三代集成电路数控装置,不仅体积 小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促 进了数控机床品种和产量的发展。 ● 60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机 床的直接数控系统(简称 DNC),又称群控系统;而 采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC), 使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 ● 1974年,研制成功了使用微处理器和半导体存贮器的 微型计算机数控装置(简称 MNC),这是第五代数控 系统。

? 20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,

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出现了能进行人机对话式的自动编制程序的数控装置。 数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上。数控机 床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和 自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统, 即以PC机为控制系统的硬件部分(通过PCI扩展槽), 在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便, 易于实现网络化制造。 现在,数控技术也叫计算机数控技术(Computerized Numerical Control 简称:CNC),这种技术是用计算 机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。 由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装 置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种 控制机能的实现,均可以通过计算机软件来完成。

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目前,在我国数控技术与装备的发展亦得到了高度重 视,近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机 数控领域,以PC平台为基础的国产数控系统,已经 走在了世界前列。但是,我国在数控技术研究和产业 发展方面亦存在不少问题,特别是在技术创新,核心 部件及材料(微处理器CPU、机械材质、精度、动态 响应、联动轴数等)、商品化进程、市场等诸方面情 况尤为突出。进入新世纪后,如何有效解决这些问题, 使我国数控领域沿着可持续发展的道路前进,从整体 上全面迈入世界先进行列(中国设计研发制造,而不 是中国外包加工制造),使我国在国际竞争中能够具 有举足轻重的地位,将是数控研究开发部门、高等学 校和生产厂家所面临的重要课题。

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1.2 数控机床组成结构
数控机床一般由输入/输出装置、数控装置、步进或伺服系 统、 PLC强电辅助控制装置、信号检测反馈装置和机床本 体等6个部分组成。图1-1和图1-2所示数控铣床的组成结构。 1)输入/输出装置 输入装置可将不同的加工信息传递给计算机,一般使用键盘、 U盘等,大大方便了信息输入工作。 输出装置可将加工结果显示出来,同时也包括机床内部参数、 和故障诊断信息等。 2)数控装置CNC 数控装置是数控机床的核心与主导,它完成所有加工数据的 处理、计算和数控机床各功能的指挥工作。它主要由计算机 主板、CNC控制卡、各种接口以及CRT显示器等硬件及相 应的软件组成。

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3)步进或伺服驱动系统 步进或伺服伺服驱动系统主要由步进电机驱动控制电 路和步进电机两部分组成,驱动控制电路接收来自数 控机床控制系统的进给脉冲信号(指令信号),并把此 信号转换为控制步进电机各相定子绕组依此通电、断 电的信号,使步进电机运转。步进电机的转子与机床 滚珠丝杠连在一起,转子带动丝杠转动,丝杠再带动 工作台移动。 4) PLC强电辅助控制装置 PLC主要对主轴单元进行起停、转速、转向控制;刀 库管理、刀具交换控制;切削液开关、卡盘夹紧松开 控制;以及对机床外部开关(行程开关、压力开关、 温控开关等)的控制。

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5)检测反馈装置 由检测元件(旋转变压器、脉冲编码器、直线 光栅尺、磁栅尺等)和相应的电路组成,主要 是检测各轴旋转转速、拖板移动速度和位移等, 并将信息反馈给数控装置,实现闭环或半闭环 控制以保证数控机床加工精度。 6)机床主机或本体 机床主机是数控机床的主体,它包括床身、主 轴、工作台等机械部件。

数控机床组成及原理框图
输 入 输 出 装 置
步进或伺服系统

CNC

加 工 程 序

数 控 系 统

PLC强电辅助控制 装置

机 床 本 体

检测反馈系统

图1-1 数控机床组成原理框图

图1-2 数控铣床

1.3 数控机床驱动系统
1)开环驱动系统 开环驱动系统没有反馈环节,系统的输出对系统的 控制不会产生影响。 CNC每发出一个脉冲信号步 进电机就带动同步齿形带--滚珠丝杠螺母副转过一 个角度,滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动,致 使工作台走过一个相应脉冲当量的距离。CNC通过 指定脉冲信号数量、脉冲频率或周期来控制工作台 运动的位移、速度和方向。如图1-3所示。

图1-3 开环驱动系统组成

2)闭环驱动系统
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闭环驱动系统具有反馈环节,它是将直线同 步感应器或直线光栅尺直接安装在移动工作 台上,将工作台的实际位置或实际偏差全部 检测出来,并反馈到CNC系统中与给定值相 比较,CNC根据比较后的结果,实时发出使 偏差减小的控制指令,即控制电机向着偏差 减小的方向转动,一直到工作台的实际位移 与希望位移相等即偏差为零时止。如图1-4所 示。

图1-4 闭环驱动系统组成

3)半闭环驱动系统
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半闭环驱动系统同样具有反馈环节,但它是 将光电脉冲编码器或圆形同步感应器安装在 滚珠丝杠或电机轴的端部,通过电机实际转 角或滚珠丝杠回转角度的变化,间接测量出 机床工作台的位移或速度,将此值反馈到 CNC并与给定的指令值相比较,如果二者存 在偏差,CNC将发出减小偏差的指令,即控 制电机向着偏差减小的方向转动,直至偏差 为零。如图1-5所示。

角位移 测量装置

图1-5 半闭环驱动系统组成

1.4 串联机床与并联机床
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机床联动:机床各轴之间具有一定的函数关系。 ? 串联机床:串联机床是采用固定的工作台导轨 对刀具的导向方式进行约束,其机构比较复杂, 但所用数学运算较为简单。 ? 并联机床:并联机床抛弃了固定导轨,取而代 之的是多杆并联机构,其机构简单,但所用数 学运算相对复杂。并联机床克服了串联机床加 工自由度偏低、灵活性较差的缺陷,它可较容 易的实现多坐标联动,能够满足更加复杂零件 的加工。典型数控机床如图1-6至1-16所示。

图1-7 串联机床

图1-8 串联机床

图1-9串联机床

图1-10 并联机床

图1-11 并联机床

图1-12 并联机床

图1-13串联机床

图1-14 串联机床

图1-15 串联机床

图1-16 机床联动

1.5 典型数控系统
SIEMENS公司的主要数控系统 1.SINUMERIK 802S; 2.SINUMERIK802D; 3.SINUMERIK 810D; 4.SINUMERIK 840D。 ? FANUC公司的主要数控系统 1.高可靠性的power Mate 0系列; 2.普及型CNC 0-D系列; 3.全功能型的0-C系列; 4.高性价比的0i系列; 5.具有网络功能CNC16i/18i/21i系列; 6. 个性化CNC16/18/160/180系列。
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FAGOR公司的数控系统 1.CNC8070系列;
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2.8055系列; 3.8040/8055-i标准系列; 3.8040/8055-i标准系列; 4.8040/8055-i/8055TCO/MCO系列; 5.8040/8055-i/8055TC/MC系列; 6.8025/8035系列。

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国产数控系统 1、广州数控(GSK); 2、华中世纪星(HNC); 3、北京凯恩帝(KND); 4、大连大森(DASEN); 5、南京华兴(WA); 6、江苏仁和(RENHE); 7、南京四开; 8、天津三英; 9、成都广泰(GREAT)。

●上海维宏PCIMC-63AC-NC板卡

轴信息 :可控轴数 3旋转轴; 伺服驱动器接口信息:位置信号类型为脉冲控制信 号,脉冲频率160KHz; 主轴信息: 主轴最大数量 1主轴,转速信号为模拟 信号 (0 – 10V) 加工文件格式: G 指令 ,支持2D和3D格式; 附加软件包(可选) 镭射切割软件系统 、水切割软 件系统 ,外部接口采用24V直流电压供电 。

1.6 数控机床加工典型零件

1.7 数控插补
数控插补就是CNC在拟给定曲线的起点、 终点之间,按照一定的算法实时地计算出 各个中间点的坐标,对数据点进行密化, 并将其分解成相关坐标轴的移动量的过程。

放大 插补轨迹 零件轮廓
Y

O

X

插 补 算 法 分 类

脉冲增量法(用于开环系统) 逐点比较法、数字积分法、比较积 分法 数据采样法(用于闭环系统) 时间分割法、扩展DDA法。

1)逐点比较法 CNC命令刀具每进给一 步都将加工点与给定轨迹 进行比较,以确定下一步 的进给方向。
Y

开始

逐 点 比 较 法 插 补 步 骤

偏差判别 坐标进给 偏差计算 到终点?
Y N

结束

O

X

脉冲当量
CNC在插补计算过程中会不断地向各坐标轴发出 相互协调的进给脉冲,脉冲经放大后驱动步进或 伺服电动机带动滚珠丝杠及坐标轴和工作台运动, 而一个脉冲所驱动坐标轴工作台运动的位移量就 叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位, 脉冲当量会直接影响数控机床的加工精度,它的 值取得越小,加工精度越高。

(1)直线插补

根据直线上任意点斜率相等的原理可以导出 偏差判别式。假设OA线段是拟加工直线轨 迹,也就是程序给定的直线加工轨迹。其中: ? O点是坐标原点; ? FM点(Xm ,Ym )是动点坐标; ? A点(Xe,Ye)是终点坐标; ? 动点坐标FM的斜率为Ym/Xm ; ? 终点坐标A的斜率为Ye/Xe 。
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直线斜率

线段斜率

直线插补判别式 Fm
直线斜率:Ym/Xm = Ye/Xe ,等式两边相乘经整 理并令其等于Fm:

Fm = Ym· -Ye· Xe Xm
上式定义为直线插补判别式。对Fm直线插补判 别式进行讨论: Fm>0 动点在直线上方,动点应向+X方向进给一步; Fm=0 动点在正好直线上,动点应向+X方向进给一步; Fm<0 动点在直线下方,动点应向+Y方向进给一步。

Y

Fm = Ym· -Ye· Xe Xm
A(6,4)

4

3

2

1 X O

1

2

3

4

5

6

直线插补

(2)圆弧插补
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圆弧插补的基本原理是将刀具动点圆弧 ( Y2m﹢X2m)与程序或图纸中给出的拟 加工圆弧R2 相比较,根据偏差值同样可 得出圆弧插补判别式:

? Fm

= Y 2m+ X 2m- R 2

逐点比较法圆弧插补
Y
B(Xe,Ye )

?Fm = Y2m+ X2m- R2

Fm=0

?
Fm<0

?
R

?
Fm>0

Fm=0,动点在圆弧上; Fm>0,动点在圆弧外; Fm<0,动点在圆弧内。

O

X
A(X0,Y0)

插补规则 当Fm>0, 则沿-X方向进给一步 当Fm<0, 则沿+Y方向进给一步

2)数字积分法
数字积分器(又称DDA)积分器。数字积分器的插补 方法可以实现一次、二次插补,甚至高次曲线的 插补,也可以实现多坐标联动控制,它只要输入 不多的几个数据,就能加工出圆孤等形状较为复 杂的轮廓曲线。作直线插补时,脉冲分布也较均 匀。 积分器的基本原理 从几何概念上说,函数的积 y 分运算就是求此函数曲线所 y ? f (x ) 包围的面积S

? ?a f ( x )dx

b

o a

x i ?1 x i

bx

第1章 作业
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1、开环控制系统是指没有( )的控制系统; 2、直线插补判别式为( ); 3、圆弧插补判别式为( ); 4、数控工作台的最小进给为一个( )当量; 5、滚珠丝杆螺母副是( )运动与直线运 动相互转换的传动装置; 6、加工时欲获得较佳的表面粗糙度,常采用 较小的( )量与较高的主轴转速;

第1章 作业(续)
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7、数控机床的核心是 ( ) 系统; 8、数控机床的运动系统主要由( )运动与进 给运动组成; 9、根据数控机床有无反馈装置,数控系统可分 为开环、闭环、和( )控制系统; 10、数控机床具有较高的加工效率和较高的 ( )精度与较高的重复精度。

11、数控插补就是CNC根据给定的数学函数或模型, 在已知轮廓轨迹上的起点坐标和终点坐标之间,确 定( )坐标的一种方法,或称作“数据点的密化” 法。 ? 12、数控系统不能直接执行NC(G、M)代码或数 控指令,需要代码翻译模块将其转换成计算机能够 处理的数据信息。( )就是完成数控代码或数控 指令翻译工作的专用程序。 ? 13、编译过程就是用某一种高级语言针对一个具体 加工、控制过程而编写的应用程序,转换为计算机 可接受并执行的二进制代码的过程。 14、数控装置可将数控程序转化为机器代码,通过 驱动系统驱动( 机床 )运动。
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第2章 数控铣床指令代码与坐标系
2.1 数控机床工作原理 数控机床是基于数控程序而工作的,数控程序是 由零件图纸的几何信息和工艺参数用规定的指令 代码及数据按一定格式编写的。数控程序可从计 算机键盘或DNC接口输入到CNC数控装置中, CNC按照数控程序的要求,对其进行适当的处理, 并按照处理结果驱动各坐标轴工作台移动相应的 脉冲当量,实现刀具与工件的相对运动,完成零 件的加工。可知,数控机床及坐标系的组成与相 关动作都要用指令代码或数字数据表示,CNC才 能接受指令信息进行工作。

2.2 数控代码转换
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数控程序 (源程序)就是将零件的加工过程用 指令代码和数字符号进行表示,这些指令代码和 数字符号要通过系统编译后才能使机床工作,完 成零件的加工。即源程序---编译---机器代码---机 床动作。具体过程如下: 计算机键盘与CNC存储器电路具有固定的物理 连接,即键盘的每一个按键都一一对应于CNC 存储器的每一位,这些由硬件电路构成的存储器 可根据程序指令所表示的不同含义而呈现出具有 一定逻辑形式的高低电平(0和1),CPU根据 数字0和1的具体逻辑关系进行运算和判断,并 根据处理结果驱动电路以及机床工作。

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数控系统不能直接执行NC(G、M)代码或数控程 序,需要代码翻译程序或模块将其转换成计算机能 够执行的数据信息。 编译器就是能够将一种语言翻译为另一种语言的计 算机程序。编译器将源程序(source language) 编写的程序作为输入,将编译后产生的目标程序( target language )作为输出。通常,源程序一般 为高级语言,如Delphi、C以及C + + 、C#等,而 目标程序则是二进制的机器代码 ,也就是计算机 和机床用于运行的代码。

2.3 准备功能G 代码定义
★准备功能G 指令由G 后一或二位数字组成,它用来规定 刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀 具补偿、坐标偏置、子程序调用、暂停等多种加工操作。 ★ G 功能有非模态G 功能和模态G功能之分。非模态G 功能 只在所规定的程序段中有效,程序段结束时被注销;模态G 能是一组可相互注销的G 功能(续效代码) ,这些功能一旦被 执行,则一直有效,直到被同一组的G功能注销为止。

★指令:指令是计算机执行操作的命令,它由两个部分组成:
操作码+地址码。操作码:指明该指令要完成的操作类型或性 质,如取数、做加法或输出数据等;地址码:指明操作对象的 内容或所在的存储单元地址。

指令字定义表

准备功能G代码定义表

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2.4 辅助功能M 代码定义
辅助功能由M和其后的一或二位数字组成,主 要用于控制零件程序的走向以及机床各种辅助 功能的开关动作。 M 功能有非模态M 功能和模态M 功能二种形 式; 非模态M 功能 (当段有效代码) ,只在书写了 该代码的程序段中有效。 模态M 功能(续效代码),是一组可相互注销的 M 功能,这些功能在被同一组的另一个功能注 销前一直有效。

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辅助功能M代码定义表

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2.5 机床坐标系
在数控机床上,机床的动作是由CNC数控装置来控制的, 为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动,必须先确定机 床上运动的位移和运动的方向,这就需要通过坐标系来实现, 这个坐标系被称之为机床坐标系。 机床右手定则: ① 伸出右手的大拇指、食指和中指,并互为90°,则大 拇指代表X坐标,食指代表Y坐标,中指代表Z坐标。 ② 大拇指的指向为X坐标的正方向,食指的指向为Y坐标 的正方向,中指的指向为Z坐标的正方向。 机床右手螺旋定则: ③ 围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表 示,根据右手螺旋定则,大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任 意轴的正向,则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C 的正方向。 如图2-1和图2-2所示。

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Z

Y X O

图2-1右手定则

(a)右手直角坐标系统

(b)X、Y、Z移动轴

A、B、C旋转轴

图2-2右手螺旋定则

坐标轴确定
一、Z坐标轴 1)规定平行于主轴轴线(若没有主轴,则规定垂直 于工件装夹表面)的坐标为Z坐标; 2)若有几根主轴,则Z坐标是垂直于工件装夹表面 的一根主轴; 3)若主轴能摆动(在摆动范围内),Z坐标就是只 与标准坐标系的一个坐标平行的坐标或是能与标准坐 标系的多个坐标平行,但垂直于工件装夹表面的坐标; 4)Z轴的正方向是使刀具远离工件的方向。

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二、X坐标轴 1)在刀具旋转的机床上 若Z轴是水平的,则从主轴向工件看(从机 床后面向前看),X轴的正向指向右边; 若Z轴是垂直的,从主轴向立柱看(从机床 正面看),对于单立柱机床,X轴的正向指向 右边; 对于双立柱机床,从主轴向左侧立柱看时, X轴的正向指向右边;

2)在工件旋转的机床上

X轴的运动方向是在工件的径向并平行于横向
拖板,刀具离开工件旋转中心的方向为X轴的 正向;
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三、Y坐标 1)在确定XZ坐标的正方向后,就可以用右 手定则确定Y坐标的方向。

四、机床原点 在数控铣床上,机床原点一般取在X、Y、Z 坐标的正方向极限位置上。

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五、机床参考点 (1)机床参考点是用于对机床运动进行检测 和控制的固定位置点。 (2)机床参考点的位置是由机床制造厂家在 每个进给轴上用限位开关精确调整好的,坐标 值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点 的坐标是一个已知数。

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六、机床回零点 数控机床开机时,必须先回零,即确定机床原点, 确定机床原点就是刀架返回参考点的操作,这样通 过确认参考点,就确定了机床原点。只有机床参考 点被确认后,刀具(或工作台)的移动才有基准。 为什么机床要返回零点? 机床通电后,要在机床上建立唯一的机床坐标系, 而大多数数控机床的位置反馈系统都使用增量式 (相对式)旋转编码器或者光栅尺作为反馈元件, 因而机床在通电开机后,刀具无法确定当前在机床 坐标系中的真实位置,所以都必须首先返回参考点, 从而确定机床的坐标系原点。

2.6 工件坐标系(编程坐标系)
1)编程坐标系是编程人员根据零件图样及加 工工艺等建立的坐标系。 2)编程坐标系一般供编程人员使用,确定编 程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装 夹位置。 3)编程原点(工件原点)是根据加工零件图 样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。 4)编程原点应尽量选择在零件的设计基准或 工艺基准上,编程坐标系中各轴的方向应该与所 使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。 5)编程原点一定要与机床原点有确切的位置 关系(用对刀实现)。

编程坐标系(工件坐标系)

2.7 G54~G59 工件坐标系建立
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G54~G59 是系统预定的6 个工件坐标系, 可根据需要任意选用。这6 个预定工件坐标 系的原点在机床坐标系中的值即工件零点偏 置值,要用MDI方式输入给系统(通过机床 坐标系指令)。工件坐标系一但选定,后续 程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此 工件坐标系原点的值。 G54 指令不需要后续地址字。

? 程序段格式:G54
?

2.8 G92工件坐标系建立
G92指令是通过设定刀具当前点相对于工件 坐标系原点的位置定义的。刀具现在的位置 即为刀具当前点位置。 ? 用G92建立工件坐标系的程序段格式为:
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? 程序段格式:G92

X_Y_Z_

其中,X、Y、Z为工件坐标原点至刀尖当前 点的有向距离。可以看出,G92具有后续地 址字,其工件原点会随着刀尖点位置的变化 而变化,所以说它是个浮动坐标系。

G92工件坐标系建立方法

程序段格式: G92 X50 Y50 Z10

程序段格式: G92 X30 Y30 Z20

第3章 数控铣床程序段格式
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一个程序段定义一个将由数控装置执行的指令 行,程序段的格式定义了每个程序段中功能字 的句法。

3.1 直线定位及插补指令程序段格式
1)快速点定位指令(G00)(模态指令) G00快速点定位刀具,不对工件进行加工。可以在几 个轴上同时执行快速移动,由此产生一线性轨迹。

程序段格式:G00 X_ Y_ Z_ ;
其中: 1、格式中可三轴联动或两轴联动或一轴联动; 2、X、Y、Z的值为点定位后的终点坐标值; 3、只要是非切削的移动,通常都使用G00指令; 4、以数控系统预先调定的最大进给速度移动,可以 通过控制面板上的“快速进给率”修调旋钮调整; 5、为模态指令,具有续效性。

2)直线插补指令(G01)(模态指令)
G01以给定的进给速度进行线性插补到给定点, 刀具以直线从起始点移动到目标点,所有的坐标 轴可以同时运行。G01一直有效,直到被G功能同 组中其它指令(G00,G02,G03)取代为止。

程序段格式:G01 X

Y

Z

F



其中: 1)G01是续效指令,功能可继续到下一程序段, 这时G01可省略; 2)X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值; 3)F为进给速度(F是持续有效的指令,故切 削速率相同时,下一程序段可省略),单位是 mm/min; 4)可三轴联动或二轴联动或单轴移动。

3)绝对尺寸编程指令(G90)
G90:所有运动轨迹坐标点的坐标值都从工件坐标 系原点起算计量,系统上电默认或缺省时为G90。

4)相对尺寸编程指令(G91)(增量尺寸)
G91:运动轨迹的终点坐标是相对于该段轨迹的起 点坐标计量的,即终点坐标减去始点坐标。 注意: *在同一个程序中,可单独使用,也可混合使用; *在同一条程序段中,只能使用一种,不能混用; *如果加工精度要求比较高,就选用G90,因为使 用G91会产生累计误差。

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5)进给速度F F 指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成 进给速度,毫米/分; 借助操作面板上的进给倍率旋钮,F 可在 0%~120%进行倍率修调; G01、G02、G03指定进给速度,对当前加工程 序是模态的。

绝对编程 G90

Y (40,20)
A

O

X

快速定位: ? G90 G00 X40 Y20
?

直线插补: G90 G01 X40 Y20 F50

相对编程 G91

? ?

快速定位: G91 G00 x20 Y25

直线插补: G91 G01 X20 Y25 F100

G90 G91编程

快速定位: ? G90 G00 X30 Y37 ? G90 G01 X30 Y37 F100
?

直线插补: G91 G00 X20 Y25 G91 G01 X20 Y25 F100

G90 G91编程

G90编程: ? G90 G00 X20 Y30 ? G90 G01 X20 Y30 F50
?

G91编程: G91 G00 X-10 Y-20

G91 G01 X-10 Y-20 F100

G90 G91编程

?
? ?

快速定位:
N01 G90 G00 X20 Y40 N02 G90 G00 X20 Y30

?
?
?

直线插补:
N01 G90 G01 X20 Y40 F100 N02 G90 G01 X20 Y30 F100

?
? ?

直线插补:
N01 G91 G01 X-10 Y-10 F50 N02 G91 G01 X0 Y-10 F50

混合编程

O

N01 G90 G01 X0 Y60 F100
N02 G90 G01 X18 Y60 F100 N03 G91 G01 X35 Y-20 F100 N04 G90 G01 X92 Y40 F50 N05 G90 X92 Y15 F50 N06 G91 X-60 Y0 F50 N07 G90 X32 Y0 F50 N08 G90 X0 Y0 F50

3.2 圆弧插补指令及程序段格式 1)坐标平面选择指令(G17、G18、G19) G17:选择XY 平面; G18:选择X Z平面; G19:选择YZ 平面。 该组指令选择进行 圆弧插补和刀具半 径补偿的平面。 G17、G18、G19 为模态功能,可 相互注销,默认G17。

2)圆弧插补程序段格式
G02—顺时针圆弧插补指令; G03—逆时针圆弧插补指令。 编序段格式 (1)X-Y平面上的圆弧:

(2)X-Z平面上的圆弧:

(3)Y-Z平面上的圆弧:

其中: 1)X Y Z 是圆弧插补的终点坐标,可用绝对值 (G90)也可用增量值(G91)编程; 2)R(半径法)法编程: R是圆弧半径; 当圆弧所对应的圆心角≦180°时,R是正值; 当圆弧所对应的圆心角>180°时,R是负值; 整圆不能用半径R编程,只能用I、J、K。 3)I、J、K(圆心法)法编程: I、J、K是圆弧圆心相对于圆弧起点的坐标增量, 是在X(I)、Y(J)、Z(K)轴上的分向量;

(I、J、K=圆弧圆心坐标-圆弧起点坐标)。
4)选用原则:当同一程序段中同时出现I、J和R 时,以R为优先,I、J无效。

顺时针圆弧G02 与 逆时针圆弧G03

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顺时针圆弧插补: G90 G02 X90 Y50 R50 F150 G91 G03 X-50 Y50 R50 F150

?G17

逆时针圆弧插补:
?G17

圆心参数确定:

(I、J、K=圆弧圆心坐标-圆弧起点坐标)

Y
起点 22

Y
终点 22

12 R
10 (8,8) 0 10 (a)

终点 10

12 R
(8,8)

起点

20

X

0

10 (b)

20

X

? a: ? G90

G17 G02 X20 Y-10 I-2 J-14 G17 G90 G03 X10 Y22 I-12 J-2 ? b: ? G91 G17 G02 X10 Y-12 I-2 J-14 G17 G91 G03 X-10 Y22 I-12 J-2

G90 G02 X50 Y0 I-50 J0 F50 G91 G03 X0 Y0 I-50 J0 F150

G90 G17 G02 X40 Y0 I20 J0 F100

G91 G17 G03 X0 Y0 I20 J0 F150

A弧: ? G90 G17 G02 X0 Y30 R30 ? G91 G17 G02 X30 Y30 R30 ? G90 G17 G02 X0 Y30 I30 J0 ? G91 G17 G02 X30 Y30 I30 J0 ? B弧: ? G90 G17 G02 X0 Y30 I0 J30 ? G91 G17 G02 X30 Y30 I0 J30 ? G90 G17 G02 X0 Y30 R-30 ? G91 G17 G02 X30 Y30 R-30

3.3 刀具半径补偿指令及编程格式
在零件轮廓铣削加工时,由于刀具半径尺寸的影响, 刀具的中心轨迹与零件实际轮廓往往不一致。为了避 免计算刀具中心轨迹,直接按零件图样上的轮廓尺寸 编程,数控系统提供了刀具半径补偿功能。
刀具前进方向 刀具旋转方向 沿前进方向右侧补偿 补偿量

沿前进方向左侧补偿 刀具旋转方向 补偿量 刀具前进方向

G41

G42

G41刀具半径左补偿判断
G41为左偏刀具半径补偿,定义为假设工件不 动,沿刀具运动方向向前看,刀具在零件左 侧的刀具半径补偿。

G42刀具半径右补偿判断
G42为右偏刀具半径补偿,定义为假设工件不 动,沿刀具运动方向向前看,刀具在零件右侧 的刀具半径补偿。

编程格式:
G00 G41/G42 X_Y_ D01 ; G00 G40 X _ Y _ ; G01 G41/G42 X_Y_ D01 F _; G01 G40 X _ Y _ 。
其中: 1)X、Y的值是建立补偿直线段的终点坐标值; 2)D是刀具半径补偿代号地址字(数控系统的 内 存地址),后跟两位数字,D01~D99。 3)不能和G02、G03一起使用,只能与G00或G01一起使用, 且刀具必须要移动。 4)在补偿状态下,铣刀的直线移动量及内侧圆弧切削的半径 值一定要≧铣刀半径,否则补偿时会产生干涉或过切现象发生。 5)当实际使用的刀具半径与开始加工时设定刀具半径不符合 时,例如刀具重磨或磨损,仅改变D_中的半径值即可,不必重 新编程。

3.4 刀具长度补偿指令及编程格式
(1)指令: G43—刀具长度正补偿; G44—刀具长度负补偿; G49—取消刀长补偿。 (2)程序段格式: G00/G01 G43/G44 Z_ H01; G00/G01 G49 Z_ 。 其中: 1)Z的值是指令欲定位至Z轴的坐标位置; 2)H是刀具长度补偿代号地址字(数控系统 的内 存地址),后跟两位数字表示; 3)使用G43或G44指令刀具长度时,只能有 Z轴的移动量(而且必须要Z轴移动才能补偿)。

装上刀柄及装在主轴上时,在同一基准上,刀具伸出的长度不一致

工件

3.5 子程序及调用编程格式
M98: 用来调用子程序; M99: 子程序返回主程序。 主程序编程格式: M98 P_ L_ P: 被调用的子程序号 L: 重复调用次数 子程序编程格式: %**** ····· M99

第4章 数控铣程序设计
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数控编程是数控加工准备阶段的主要内 容之一,通常包括分析零件图样,确定 加工工艺过程;计算走刀轨迹,得出刀 位数据;编写数控加工程序;校对程序 及首件试切。总之,它是从零件图纸信 息和工艺要求获得数控加工程序的全过 程。

4.1 零件程序结构
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1、开头部分: %0001~9999 G54 M03 S900 2、中间部分: G01 Z-5 F300 G01 X_Y_F_ 3、结束部分: M05 M30

;指令程序号(%或O) ;建立工件坐标系 ;启动主轴正转转速为900rpm ;切深5毫米 ;直线插补 ;主轴停 ;程序结束程序指针返回程序头

4.2 机床回零点及操作方法
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机床回零点的目的 机床在回零点之前,CNC是不能够确定机床坐标系及 其原点的,这是因为机床所使用的是增量编码器,为 了使CNC能够正确建立机床坐标系并找到机床原点, 机床必须经过返回零点的操作,这样,机床零点或原 点才能被确认,刀具(或工作台)的移动才有基准。 机床在以下情况要进行各轴的回参考点操作。 1、机床刚上电后; 2、按急停按钮后; 3、超过硬件行程后; 4、发生伺服报警后; 5、机床锁住后; 6、变频器报警后。

? ?

机床回零点操作方法: 将操作面板上的“回零”按钮按下(或将“方 式选择”旋钮拨到“回参考点”位置),按一 下+X、+Y、+Z按钮,刀具会自动回到参考点 位置或零点位置,这时机床各个坐标轴的坐标 值为零,机床回到了零点或原点。

4.3 对刀
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对刀的目的: 对刀的目的就是确定程序原点在机床坐标系中 的位置。对刀点可以设在零件上、夹具上或机 床上,对刀时要将对刀点与刀位点重合。其实 对刀起到了一个中间桥梁的作用,它把软件和 硬件联系在了一起。

4.4 典型编程实例
1)小车轮廓轨迹编程

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%0001 G54 M03 S900 G00 Z20 G17 G42 X0 Y0 D01 M07 G01 Z-5 F100 X16 G17 G03 X36 Y0 R10 G91 G01 X24 G90 G17 G03 X80 Y0 R10 G01 X96 Y10 X75 X60 Y30 X20 X10 Y10 X0 Y0 G00 Z20 G00 G40 X-30 Y-30 M09 X-30 Y-40 M05 M30

;指令程序号 ;建立工件坐标系 ;指令主轴正转,转速900转/分钟 ;指令刀具到安全平面 ;指令刀具到程序原点,加右刀补 ;切削开 ;切深进刀5毫米 ;直线插补到(X16 Y0)点 ;逆圆插补到X36 Y0点 ;直线插补到X60 Y0点 相对编程 ;逆圆插补到X80 Y0点 ;直线插补到X96 Y0 点 ;直线插补到X96 Y10点 ;直线插补到X75 Y10点 ;直线插补到X60 Y30 点 ;直线插补到X20 Y30 点 ;直线插补到X10 Y10 点 ;直线插补到X0 Y10 点 ;直线插补到X0 Y0 点 ;到安全平面 ;取消刀补 ;切削液关 ;离开加工面 ;主轴停 ;程序结束并返回程序头

2)平面子程序编程 Y 200

X O 220

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%0002 G54 M03 S900 G00 Z20 G17 G42 X0 Y0 D01 M08 G01 Z-5 F100 M98 P100 L10 G00 G90 Z20 M09 G40 G00 X-30 Y-40 M05 M30 %100 G01 G91 X220 F300 Y10 X-220 Y10 M99

;指令程序号 ;定义工件坐标系 ;指令主轴正转,转速900转/分钟 ;刀具到安全平面Z20 处 ;刀具到(X0,Y0)加工起点加右刀补 ;切削液开 ;进刀5毫米 ;调用子程序%100,循环10次 ;刀具到安全平面Z20 处 ;切削液关 ;取消刀补,刀具离开加工表面 ;主轴停 ;主程序结束 ;子程序 ;刀具到X220点 ;Y方向进刀10 ;刀具到X0点 ;Y方向进刀10 ;返回主程序

3)多处相同部位子程序编程

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%0003 ;指令程序号 G54 ;建立工件坐标系 M03 S900 ;指令主轴正转,转速900转/分钟 G00 Z20 ;到安全平面 G00 X0 Y0 ;刀具到原点 G17 G41 X20 Y20 D01 ;左刀补刀具快速到X20 Y20点 G90 G01 Z-5 F200 ;进刀5mm M98 P100 L2 ;第1次调用子程序%100加工1#图2次 G00 X70 Y20 ;刀具快速到X70 Y20点 M98 P100 L2 ;第2次调用子程序%100加工2#图2次 G00 X120 Y20 ;刀具快速到X120 Y20点 M98 P100 L2 ;第3次调用子程序程序%100加工3#图2次 G00 X20 Y80 ;刀具快速到X20 Y80点 M98 P100 L2 ;第4次调用子程序程序%100加工4#图2次 G00 X70 Y80 ;刀具快速到X70 Y80点 M98 P100 L2 ;第5次调用子程序程序%100加工5#图2次 G00 X120 Y80 ;刀具快速到X120 Y80点 M98 P100 L2 ;第6次调用子程序程序%100加工6#图2次 M05 ;主轴停 M30 ;主程序结束返回程序头

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%100 G91 G01 X30 F300 Y30 X-30 Y-30 G90 G00 Z20 M99

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4)镜像功能G24、G25编程 当被加工零件相对于某一轴具有对称形状时,可 以利用镜像功能和子程序,只对工件的一部分进 行编程,就能加工出工件的其余对称部分,这就 是G24、G25的镜像功能。它们是模态指令,可 相互注销,G25为缺省值。 格式:G24 X_Y_Z_ M98 P_ L_ G25 X_Y_Z_ G24:建立镜像;G25:取消镜像;X、Y、Z: 镜像位置。

主程序 %0004 M03 S900 G00 Z20 G00 X0 Y0 M98 P100 L2 G24 X0 M98 P100 L2 G25 X0 G24 X0 Y0 M98 P100 L2 G25 X0 Y0 G24 Y0 M98 P100 L2 G25 Y0 M05 M30

;建立工件坐标系,坐标偏置数据MDI输入 ;主轴正转,转速为900转∕分钟 ;刀具到安全位置 ;刀具到工件坐标原点 ;调用%100子程序,开始加工图①轮廓两次 ;Y轴镜像(X=0时Y轴对称) ;加工图②轮廓 ;Y轴镜像结束 ;XY轴镜像(X=Y=0时,XY沿45度线对称) ;加工图③轮廓 ; XY轴镜像结束 ;X轴镜像(Y=0时X轴对称) ;加工图④轮廓 ;取消镜像 ;主轴停 ;主程序结束并返回程序头

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镜像子程序: %100 ;指令程序号,图①轮廓的加工程序 G17 G41 G00 X10 Y10 D01 ;左刀补刀具到X10,Y10点 G43 G01 Z-5 F300 H01 ;切深5毫米,刀长正补 G91 G01 Y20 F350 ;相对编程,刀具到X10,Y30处 X10 ;刀具到X20,Y30处 G03 X10 Y-10 R10 ;加工四分之一逆圆弧,刀具到X30,Y20处 G01 Y-10 ;刀具到X30,Y10处 X-20 ;刀具到X10,Y10处 G90 G00 Z15 ;刀具到安全位置,离开加工表面 G49 G00 Z25 ;取消刀长补偿 G40 G00 X-40 Y-50 ;取消刀径补偿,刀具远离加工面 M99 ;返回主程序

5)旋转变换功能G68、G69编程
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格式:G17 G68 X_Y_P_ G18 G68 X_Z_P_ G19 G68 Y_Z_P_ M98 P_L_ G69 G68:建立旋转变换;G69:取消旋转变换。 X、Y、Z:旋转中心的坐标值; P:旋转角度,单位是度(°),0°≤P≤360°。 在有刀具补偿的情况下应先旋转后刀补(包括刀具半 径补偿、长度补偿);在有缩放功能的情况下,应先 缩放后旋转。G68、G69为模态指令,可相互注销, G69为缺省值。切削深度5mm 。

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主程序: %0005 G54 M03 S900 G00 X0 Y0 M98 P200 L2 G68 X0 Y0 P45 M98 P200 L2 G69 G68 X0 Y0 P90 M98 P200 L2 G69 M05 M30

;指令主程序号 ;定义工件坐标系 ;主轴正转,转速900转∕分钟 ;刀具到坐标原点 ;调用子程序,开始加工图形① ;第一次旋转45° ;加工图形② ;取消旋转 ;第二次旋转90° ;加工图形③ ;取消旋转 ;主轴停 ;主程序结束

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子程序: %200 G01 X20 Y0 F300 G01 Z-5 F350 G17 G02 X30 Y0 I(25-20) J0 G03 X40 Y0 I(35-30) J0 G03 X20 Y0 I(30-40) J0 G00 Z20 M99

;图形加工子程序号 ;到加工起点 ;切深5毫米 ;加工顺时针小圆弧 ;加工逆时针小圆弧 ;加工逆时针大圆弧 ;到安全平面 ;返回主程序

? 6)缩放功能G51、 G50 编程
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格式:G51 X_Y_Z_P_ M98 P_ L_ G51:建立缩放,G50:取消缩放 X、Y、Z:缩放中心的坐标值,P:缩放倍数。 G51既可指定平面缩放,也可指定空间缩放,在 G51后,运动指令的坐标值以(X、Y、Z)为缩 放中心,按P规定的缩放比例进行计算。如有刀 具补偿时,先进行缩放,然后再进行刀具半径补 偿、刀具长度补偿。G51、G50为模态指令,可 相互注销,G50为缺省值。

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已知三角形ABC的顶点为 A′(10,30); B′(90,30); C′(50,110)。 A′B′C′ 三角形缩放为三角形 ABC 。其中缩放 中心为D(50,50),缩放系数为0.5倍,假设 切深是5毫米。

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主程序: %0006 G54 M03 S900 G00 Z15 G00 X0 Y0 M98 P100 L2

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;指令程序号 ;建立工件坐标系偏置值手动输入 ;主轴正转,转速900转∕分钟 ;刀具到安全平面 ;刀具到坐标原点 ;调用子程序,开始加工 A′B′C′ 大三角形。

G51 X50 Y50 P0.5 ;(X50 Y50)为缩放中心,缩小0.5倍 M98 P100 L2 ;调用子程序,加工小三角形 ABC 。 G50 ;取消缩放 G00 G90 Z20 ;刀具到安全位置 M05 ;主轴停 M30 ;主程序结束并返回程序头 % 处

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子程序: %100 G00 X10 Y30 G01 Z-5 F300 G01 X50 Y110 F250 G01 X90 Y30 F350 X10 Y30 G00 Z20 M99

;加工大三角形的子程序号 ;刀具到加工起点上方 ;切深5毫米 ;插补到X50 Y110处 ;插补到X90 Y30处 ;插补到X10 Y30处 ;提刀到Z20处 ;返回主程序

第5章 数控铣宏程序设计
5.1 宏程序基本知识 ? 利用变量编制的程序叫做宏程序,相应的变量 叫宏变量。宏变量编程是指在程序中用变量表 述一个地址的数字值。宏程序提供了类似C语 言的循环语句、分支语句和子程序语句,可利 用其编制各种复杂的零件加工程序。 ? 宏变量由标识符“#”与其后面的1~4位数字组 成。
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宏变量 #0~#49 #50~#199 #200~#599 #600~#2600

;当前局部变量 ;全局变量 ;0~7层局部变量 ;系统变量

宏运算符

宏循环
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1、循环语句: WHILE(开始)~ENDW(结束) 格式: WHILE ;条件表达式 …… ;循环体 ENDW ;循环结束 2、条件判断语句: IF~ENDIF IF~ELSE~ENDIF

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5.2 数控铣与宏的关系
1、定义变量:#10=0;#20=0;#30=50; ? 2、循环:While #10 LE 40; ? 3、插补:G01 X[#10] Y[#20] F50; ? 4、自变量自增赋值:#10=#10+0.1; ? 5、换算函数并赋值:#20=#10*#10/5; ? 6、把运算的宏变量放在中括号之内: X[#10] ;Y[#20] ;#10=20*COS[#40] 。
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5.3 宏编程 1)直角坐标方程:Y=0.1X2

函数Y=0.1X2宏编程

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%5001 ;指令程序号,函数Y=0.1 X2的程序号 G54 ;定义工件坐标系 M03 S900 ;主轴正转,转速为900rpm #10=0 ;定义X变量并赋初值0 #20=0 ;定义Y变量并赋初值0 G00 Z20 ;刀具到安全平面 X0 Y0 ;刀具到(X0, Y0)程序原点 G01 Z-5 F30 ;切深5mm WHILE #10 LE 20 ;在#10≤20时执行下面的程序 G01 X[#10] Y[#20] F20 ;插补一个微小的距离 #10=#10+0.1 ;变量自增并赋给自己 #20=#10*#10/10 ;通过Y= X2/10换算变量#20, 确定X与Y的函数关系 ENDW ;循环结束 G00 Z20 ;刀具到安全平面 X-30 Y-40 ;离开加工平面 M05 ;主轴停 M30 ;程序结束

2)直角坐标方程:

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%5002 G54 M03 S900 #10=-40 #20=40 G00 Z10 X-40 Y40 G01 Z-5 F50 While #10 LE 40 G01 X[#10] Y[#20] F30 #10=#10+0.5 #20=#10*#10/40 Endw G00 z30 X-30 Y-40 M05 M30

3)直角坐标方程: X2/22+Y2/42=1
Y2=16- 4*X2 Y=(16- 4*X2)1/2
4

%5003 G54 M03 S900 #10=-2 #20=0 G00 Z15 X-2 Y0 G01 Z-5 F50

While #10 le 2
G01 X[#10] Y[#20] F30 #10=#10+0.2

#20=SQRT[16-4*[#10]*[#10]]
ENDW G00 Z20

M05
M30

4)直角坐标方程: X2/42+Y2/22=1
X2=16- 4*Y2

2

-4 -2

4

%5004 G54 M03 S900

#10=-4
#20=0 M98 P100 L2

G24 Y0
M98 P100 L2 G25 Y0 G00 Z20 X-30 Y-40 M05 M30

?

%100 G00 Z20

X-4 Y0
G01 Z-5 F50 G01 X[#10] Y[#20] F20 while #20 LE 4 #20=#20+0.1 #10=SQRT[16- 4*[#20] *[#20] ] ENDW M99

5)参数方程:X=60*COSΦ, Y=40*SINΦ,

定义域Φ[0,π]。

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%5005 G54 M03 S900 #10=60 #20=0
#30=0 G00 Z20 X0 Y0 X60 Y0 G01 Z-5 F30 WHILE #30 LE PI G01 X[#10] Y[#20] F25 #10=60*COS[#30] #20=40*SIN[#30] #30=#30+0.02 ENDW G00 Z20 M05 M30

;指令程序号 ;建立工件坐标系 ;主轴正转转速900rpm ;定义X ;定义Y
;定义角度∮ ;刀具快速定位Z20处 ;刀具到X0 Y0编程原点 ;刀具到X60 Y0位置 ;直线进给切深5毫米 ;当角度≤180度时 进行以下循环 ;作微小插补 ;Φ表示X的函数 ;Φ表示Y的函数 ;自变量自增赋值给自己 ;WHILE循环语句结束 ;安全高度 ;主轴停 ;程序结束并返回程序头

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6)参数方程:
函数X=60*COSΦ, Y=40*SINΦ 定义域Φ[0, 2π]。

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%5006 G54 M03 S900 #10=60 #20=0

;指令程序号 ;建立工件坐标系 ;主轴正转转速900rpm ;定义X ;定义Y

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#30=0 ;定义角度∮ G00 Z20 ;刀具快速定位 Z20处 X0 Y0 ;刀具快速定位到编程原点 X60 Y0 ;刀具到X60 Y0位置 G01 Z-5 F30 ;直线进给切深5毫米 WHILE #30 LE 2*PI ;当角度≤360度时进入以下循环 G01 X[#10] Y[#20] F25 ;作一次微小插补 #10=60*COS[#30] ;角度与X换算的函数方程 #20=40*SIN[#30] ;角度与Y换算的函数方程 #30=#30+0.2 ;自变量自增并赋值给自己 ENDW ;WHILE语句结束 G00 Z20 ;安全高度 M05 ;主轴停 M30 ;程序结束并返回程序头

7)参数方程: 阿基米德螺旋线

ρ=50*θ ,X=COSρ,Y=SINρ

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%5007 ;指令程序号 #10=0 ;定义θ角并赋初值0 #11=0 ;定义ρ并赋初值0 #12=0 ;定义X并赋初值0 #13=0 ;定义Y并赋初值0 G54 ;建立工件坐标系 M03 S900 ;主轴正转,转速为900rpm G00 Z20 ;刀具到安全平面 X0 Y0 ;刀具到(X0,Y0)程序原点 G01 Z-5 F300 ;切深5mm WHILE #10 LE 2*PI ;循环开始在#10≤6.28时执行下面的程序 #11=50*#10 ;通过变量#10换算变量#11 #12=COS[#10]*#11 ;换算变量#12 #13=SIN[#10]*#11 ;换算变量#13 G01 X[#12] Y[#13] F30 ;每次插补一个微小距离 #10=#10+0.1 ;变量自增 ENDW ;循环结束 G00 Z50 ;到安全高度 M05 ;主轴停 M30 ;程序结束

8)参数方程: 星形线
X=40﹡ (COSt)3 Y=40 ﹡(SINt)3,定义域 t [0, 2π]

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%5008 ;指令程序号 G54 ;建立工件坐标系 M03 S900 ;主轴正转转速900rpm #10=40 ;定义X #20=0 ;定义Y #30=0 ;定义角度 G00 Z20 ;快速定位 Z20 X40 Y0 ;刀具到X40 Y0位置 G01 Z-5 F30 ;直线插补 while #30 le 2*pi ;当角度≤360度时进行以下循环 G01 X[#10] Y[#20] ;插补一微小距离 #10=40*cos[#30]*cos[#30]*cos[#30] ;由#30换算函数#10 #20=40*sin[#30]*sin[#30]*sin[#30] ;由#30换算函数#20 #30=#30+0.2 ;自变量自增并赋给自己 endw ;WHILE语句结束 G00 Z20 ;安全高度 M05 ;主轴停 M30 ;程序结束并返回程序头

9)参数方程:心形线参数方程
X=50*cos(t)*(1+cost),Y=50*sin(t)*(1+cost) 定义域 t [0, 2π]。

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%5009 ;指令程序号 G54 ;建立工件坐标系 M03 S900 ;主轴正转 转速900 rpm #10=50 ;定义变量X 初始值为50 #20=0 ;定义变量Y初始值为0 #40=0 ;定义变量Φ角度初始值为0 G00 Z20 ;快速定位 Z=20 X50 Y0 ;快速定位 X=50 Y0 G01 Z-5 F30 ;直线进给切深5mm while #40 le 2*pi ;WHILE循环开始当角度≤360度时 G01 X[#10] Y[#20] ;每次插补一个微小距离 #10=50*cos[#40]*[1+cos[#40]] ;心型线参数方程,X与角度 #20=50*sin[#40]*[1+cos[#40]] ;心型线参数方程,Y与角度 #40=#40+0.2 ;#40自变量自增赋给自己一个微小值 Endw ;WHILE语句结束 M05 ;主轴停转 M30 ;指令程序结束并返回程序头

第6章 数控车程序设计
6.1 数控车床 ? 数控车床坐标系的组成:它是以其主轴 轴线为Z轴,刀具远离工件的方向为Z轴 正方向;工件的径向为X轴,刀具远离 工件的方向为其正方向, X轴平行于横 向拖板并与Z轴垂直,如图所示。
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6.2 工件坐标系
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在数控车床坐标系中,选择工件上某一点作为 编程坐标原点,建立一个 X 轴与Z轴的直角坐 标系,该坐标系即为工件坐标系。 同样可用G92指令、G54~G59指令建立工件 坐标系。但在实践中,应用T指令建立数控车 床工件坐标系更加常用。

6.3 快速点定位指令G00
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1)快速定位指令G00 格式:G00 X_ Z_ G00 U_ W_ 说明: X、Z:为绝对编程,快速定位到程序指 定的终点坐标;U、W:为增量编程,快速定位 终点是刀具移动的终点坐标减去始点坐标,符 号由刀具在坐标系中移动的方向而定。

6.4 直线插补指令 G01
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格式:G01 X_ Z_ F_; G01 U_ W_ F_。 说明: X、Z:为绝对编程时终点在工件坐标系中 的坐标;U、W:为增量编程时终点相对于起点的 位移量;F:合成进给速度。 G01指令刀具以联动的方式,按F规定的合成进给 速度,从当前位置按线性路线(联动直线轴的合 成轨迹)移动到程序段指令的终点,G01是模态代 码,可由G00、G02、G03或G32功能注销。

6.5 直径方式G36和半径方式G37编程指令
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格式:G36 ; G37 。 说明:G36:直径编程;G37:半径编程。 数控车床的工件外形通常是轴类旋转体,其X 轴尺寸可以用两种方式加以指定:直径方式和 半径方式。G36为缺省值,机床出厂时一般设 为直径编程方式。

例1:

直径编程:
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%6001 T0101 M03 S350 G00 X0 Z10 G36 G01 X0 Z0 F30 X20 Z-30 X45 Z50 M05 M30

半径编程:
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%6001 T0101 M03 S350 G00 X0 Z10 G37 G01 X0 Z0 F30 X10 Z-30 X25 Z50 M05 M30

例:2:

直径编程:
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%6002 T0101 M03 S350 G00 X0 Z10 G36 G01 X0 Z0 F30 X30 X50 Z-30 U10 Z50 M05 M30

半径编程:
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%6002 T0101 M03 S350 G00 X0 Z10 G37 G01 X0 Z0 F30 X15 X25 Z-30 U10 Z50 M05 M30

例3:

60

54

45

30 80

20

40

直径编程:
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%6003 T0101 M03 S350 G00 X0 Z10 G36 G01 X0 Z0 F30 X40 Z-20 X45 Z-50 U9 W-30 X65 Z50 M05 M30

例4:

直径编程:
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%6004 T0101 M03 S350 G00 X0 Z10 G36 G01 X0 Z0 F30 X44 Z-20 X80 Z-80 U10 Z50 M05 M30

6.6 倒角编程指令
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格式:G01 X_Z_C_ F_ G01 U_W_C_ F_ 说明:该指令用于直线后倒角,CNC指令刀具从 E点到F点,然后再到H点。在绝对编程时, X、Z 是未倒角前两相邻程序段轨迹的交点G的坐标值; 增量编程时, U、W为G点相对于直线轨迹的始点 E的移动距离;C:倒角沿轴直线长度,即FG和 HG的直线长度。

倒角

例5:

倒角编程:
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%6005 T0202 M03 S350 G00 X0 Z10 G01 X0 Z0 F20 G01 X50 C2 Z-100 G00 X85 Z50 M05 M30

6.7 倒圆编程指令
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格式:G01 X_Z_R_ F_ G01 U_W_R_ F_ 说明:该指令用于直线后倒圆角,指令刀具从 E点到F点,然后再到H点。X、Z:绝对编程 时,为未倒角前两相邻程序段轨迹的交点G的 坐标值;U、W:增量编程时,为G点相对于 起始点E的移动距离。R:是所倒圆弧的半径 值。

倒圆

例6:

倒圆编程:
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%6006 T0202 M03 S35 G00 X0 Z10 G01 X0 Z0 F20 G01 X40 R3 F15 Z-100 G00 X45 Z50 M05 M30

6.8 圆弧编程指令 格式:G02 G02 ? G03 ? G03 ? G02 ? G02 ? G03 ? G03 X_ U_ X_ U_ X_ U_ X_ U_ Z_ W_ Z_ W_ Z_ W_ Z_ W_ I_ I_ I_ I_ R_ R_ R_ R_ K_ F_; K_F_; K_ F_ ; K_F_; F_ ; F_; F_ ; F_。

圆弧进给指令说明:
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G02、G03指令刀具按顺时针或逆时针进 行圆弧插补加工。圆弧插补G02、G03的 判断,是在X-Z加工平面内,根据工件加 工轨迹来区分。加工凹面是G02,为顺时 针圆弧插补;加工凸面是G03,为逆时针 圆弧插补。

例7:

顺圆编程:
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%8007 N01 T0202 N02 M03 S300 N03 G01 X0 Z10 F25 N04 G01 X0 Z0 F15 N05 X10 N06 G02 X40 Z-15 R15 N07 G00 X50 N09 Z50 N10 M05 N11 M30

例8:

逆圆编程:
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%6008 T0202 M03 S35 G00 X0 Z10 G01 X0 Z0 F20 G03 X30 Z-15 R15 G01 U10 Z50 M05 M30

例9:

逆圆编程:
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%6009 T0404 N1 M03 S350 N2 G00 X0 Z10 N4 G01 X0 Z0 F25 N6 G03 U30 W-15 R15 N7 G01 U10 N8 Z-40 N9 G00 X55 N10 Z50 N11 M05 N12 M30

例10:

子程序:
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%6010 T0101 M03 S350 G00 X0 Z0 G01 X100 Z0 F30 M98 P100 L10 G00 X110 Z45 M05 M30 %100 G01 W-100 F20 U2 W100 U-4 M99

第7章 固定循环与螺纹编程
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7.1 G80外圆循环切削
G80固定循环也称简单循环,如图7-1所示。 其切削特征是:刀具从循环起点A开始自动按 矩形或锥形轨迹执行循环,该循环完成快进→ 工进→快退→回到循环起点,即刀具按照图中 A→B→C→D→A轨迹动作。R是快进或快退, F是切削进给速度。

1﹚ G80外圆循环路线

2) G80外圆循环编程格式
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格式 G80 X_Z_F_ G80 U_W_F_ X、Z:绝对值编程,为切削终点C在工件坐标 系下的坐标;U、W增量编程,为切削终点C相 对于循环起点A的有向距离。

3) G80外圆循环加工

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%7001 ;指令程序号 T0101 ;建立T指令工件坐标系并选01号 刀 建立01号刀补 M03 S350 ;指令主轴正转,转速350转/分钟 G00 X0 Z5 ;指令刀具快速到工件右端面附近X0 Z5处 G01 X36 Z5 ;指令刀具快速到X36 Z0处,刀具循环起点 G80 X34 Z-40 F30 ;第一次循环指令刀具插补到X34 Z-40 处 G80 X32 Z-40 ;第二次循环指令刀具插补到X32 Z-40 处 G80 X30 Z-40 ;第三次循环指令刀具插补到X30 Z-40 处 G80 X28 Z-40 ;第四次循环指令刀具插补到X28 Z-40 处 G80 X26 Z-40 ;第五次循环指令刀具插补到X26 Z-40 处 G00 X45 ;指令刀具离开工件 Z50 ;指令刀具到安全区域 M05 ;主轴停 M30 ;主程序结束

4)G80锥面循环编程格式
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格式: G80 X_Z_I_F_ G80 U_W_I_F_ X、Z:绝对值编程,为切削终点C在工件坐标 系下的坐标;U、W:增量编程,为切削终点 C相对于循环起点A的有向距离,该指令按 A→B→C→D→A轨迹动作。

锥度I=切削起点小头半径R小头—切削终点大头半径R大头

5)G80锥面循环路线
锥度I=切削起点小头半径R小头—切削终点大头半径R大头

6)G80锥面循环加工

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%7002 ;指令程序号 T0101 ;建立T指令工件坐标系并选01号刀建立01号刀补 M03 S350 ;指令主轴正转,转速350转/分钟 G00 X30 Z5 ;指令刀具快速到X32 Z5处,刀具循环起点 G80 X28 Z-28 I-5 F25 ;第一次循环加工 G80 X26 Z-28 I-5 ;第二次循环加工 G80 X24 Z-28 I-5 ;第三次循环加工 G80 X22 Z-28 I-5 ;第四次循环加工 G80 X20 Z-28 I-5 ;第五次循环加工 G00 X35 ;指令刀具离开工件 Z35 ;指令刀具到安全区域 M05 ;主轴停 M30 ;主程序结束

7.2 G81端面循环切削
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格式 G81 X_Z_F_ G81 U_W_F_ X、Z:绝对值编程,为切削终点C在工件坐 标系下的坐标; U、W:增量编程时,为切削 终点C相对于循环起点A的有向距离,该循环 完成快进→工进→快退→回到循环起点,即刀 具按A→B→C→D→A轨迹动作,R是快进,F 是切削进给。

1)G81端面循环路线

2) G81 端面循环加工

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%7003 T0404 M03 S350 G00 X40 Z5 G81 X28 Z-5 F30 G81 X28 Z-7 G81 X28 Z-9 G81 X28 Z-11 G81 X28 Z-13 G81 X28 Z-15 G81 X28 Z-17 G81 X28 Z-19 G81 X28 Z-20 G00 X45 Z40 M05 M30

;定义程序号 ;建立工件坐标系选4号刀及4号刀补 ;指令主轴正转,转速350转/分钟 ;指令刀具到循环起点A ;端面固定循环指定,自动切削第1刀 ;端面固定循环指定,自动切削第2刀 ;端面固定循环指定,自动切削第3刀 ;端面固定循环指定,自动切削第4刀 ;端面固定循环指定,自动切削第5刀 ;端面固定循环指定,自动切削第6刀 ;端面固定循环指定,自动切削第7刀 ;端面固定循环指定,自动切削第8刀 ;端面固定循环指定,自动切削第9刀 ;离开工件 ;到安全位置 ;主轴停 ;主程序结束

7.3 螺纹切削
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1)G32螺纹编程(手动指定)
G32 X_Z_F_ G32 U_W_F_ X、Z:为绝对编程有效螺纹切削终点在工件坐 标系中的坐标;U、W:为增量编程有效螺纹切 削终点相对于螺纹切削起点的位移量;F:螺纹 导程,即主轴每转一圈,刀具相对于工件的进 给量。

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进给次数与吃刀量 0.8、0.6、0.4、0.16mm。

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%7004 T0404 M03 S300 G00 X30 Z5 G32 Z-42 F1.5 G00 X35 Z5 X29.2 G32 Z-42 F1.5 G00 X35 Z5 G00 X28.6 G32 Z-42 F1.5 G00 X35 Z5 X28.2 G32 Z-42 F1.5 G00 X35 Z5 X28.04 G32 Z-42 F1.5 G00 X35 Z50 M05 M30

;定义程序号 ;建立工件坐标系选4号螺纹刀及4号刀补 ;主轴正转,转速为300rpm ;刀具到点(X30,Z5) ;螺纹加工 ;离开加工表面 ;刀具到安全区域 ;刀具快速到(X29.2,Z5) ;螺纹加工 ;离开加工表面 ;刀具到安全区域 ;快速定位到(X28.6,Z5) ;螺纹加工 ;离开加工表面 ;刀具到安全区域 ;快速定位到(X28.2,Z5) ;螺纹加工 ;离开加工表面 ;刀具退至安全区域 ;刀具快速到(X28.04,Z5) ;螺纹加工 ;刀具到安全区域 ;刀具到安全区域 ;主轴停转 ;程序结束,返回程序起始点

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2)G82 螺纹编程
G82 X(U)_Z(W)C_P_F_ X、Z:绝对值编程,为切削终点C在工件坐标系下 的坐标;U、W:增量编程,为切削终点C相对于循 环起点A的有向距离;C:螺纹头数,为0或1时切削 单头螺纹;P:单头螺纹切削时,为主轴基准脉冲 处距离切削起始点的主轴转角(缺省值为0),多 头螺纹切削时,为相邻螺纹起始点之间对应的主轴 转角;F:螺纹导程。

进给次数与吃刀量 0.8、0.6、0.4、0.16。

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%7005 ;定义程序号 T0101 ;建立工件坐标系选1号螺纹刀及1号刀补 M03 S350 ;指令主轴正转,转速350转/分钟 G00 X30 Z5 ;指令刀具到循环起点 G82 X29.2 Z-82 C2 P180 F1.5 ;第一次循环切螺纹, 切深0.8mm G82 X28.6 Z-82 C2 P180 F1.5 ;第二次循环切螺纹, 切深0.6mm G82 X28.2 Z-82 C2 P180 F1.5 ;第三次循环切螺纹, 切深0.4mm G82 X28.04 Z-82 C2 P180 F1.5 ;第四次循环切螺纹, 切深0.16mm G00 Z50 ;Z退刀 M05 ;主轴停 M30 ;主程序结束并复位

第8章 数控车复合循环加工
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复合循环切削加工原理: 复合循环能够多次去除加工余量,先后完成零 件的粗车和精车。在程序中只要给出精加工路 径的起始行号和结束行号、每次加工余量、退 刀量和基本轨迹程序段号,CNC就能决定粗、 精加工的刀具路径,自动进行循环加工,直到 最后完成整个加工过程。

8.1 G71复合循环
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1)G71外径无凹槽编程格式:
G71 U(△d)R(r)P(ns)Q(nf)X(△x)Z(△z)F 其中: U(△d):切削深度、每次粗切削量; R(r):每次退刀量; P(ns):精加工路径起始程序段行号; Q(nf):精加工路径最后一个程序段行号; X(△x):X方向精加工余量,为正值; Z(△z):Z方向精加工余量,为正值 ; F:粗加工时进给速度,而精加工时处于ns到nf程序段之间的 F有效。

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2) 71 外径无凹槽切削循环路线

8.1复合循环典型编程与加工

例1:

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%8001 ;指令程序号 N01 T0404 ;建立工件坐标系建立刀位号和刀补号 N02 M03 S400 ;主轴以400r/min正转 N03 G00 X45 Z1 ;刀具到循环起点(必须在G71上一行) N04 G71 U1 R1 P5 Q13 X0.1 Z0.1; 粗切削循环加工 (粗切量1mm,精切量X0.1mm Z0.1mm) N05 G01 X0 Z0 F20 ;精加工轮廓起始行(必须在G71下一行) N06 G01 X10 C2 ;精加工2×45°倒角和右端面 N07 Z-20 ;精加工Φ10外圆 N08 G02 U10 W-5 R5 ;精加工R5圆弧 N09 G01 W-10 ;精加工Φ20外圆 N10 G03 U14 W-7 R7 ;精加工R7圆弧 N11 G01 Z-52 ;精加工Φ34外圆 N12 U10 W-10 ;精加工大头Φ44 外圆锥 N13 W-20 ;精加工Φ44外圆精加工轮廓结束行 N14 G00 X50 ;退出已加工面 N15 Z50 ;回到非加工区 N16 M05 ;主轴停 N17 M30 ;主程序结束并复位

例2:

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%8002 ;定义程序号 N1 T0101 ;设定坐标系建立刀位号和刀补号 N2 M03 S350 ;主轴以350r/min正转 N3 G00 X30 Z1 ;刀具到循环起点 N4 G71 U1 R1 P5 Q8 X0.1 Z0.1 ;粗切削循环加工 N5 G01 X0 Z0 F30 ;刀具到精加工起点 N6 G03 X14.77 Z-4.923 R8 ;精加工R8圆弧 N7 G03 X21.2 Z-44.8 R60 ;精加工R60圆弧 N8 G02 X24 Z-73.436 R40 ;精加工R40圆弧 N9 G00 X30 ;退出加工表面 N10 Z50 ;刀具到安全区域 M05 ;主轴停 M30 ;程序结束,程序返回起始点

例3:

%8003
N01 T0303 N02 M03 S300 N03 G00 X75 Z1 N04 G71 U1 R1 P5 Q15 X0.1 Z0.1 N05 G01 X0 Z0 F30 N06 G01 X10 C2 N07 G01 Z-13 N08 G02 X14 W-2 R2

N09 G01 X30
N10 G01 Z-26 N11 G01 X46 N12 G03 X54 W-4 R4

N13 Z-40
N14 X74 W-10 N15 Z-60 N16 X75

Z50
M05 M30

例4:

%8004 N01 T0101 N02 M03 S350 N03 G00 X80 Z0 N04 G71 U1 R1 P5 Q13 X0.1 Z0.1 N05 G01 X0 Z0 F30 N06 G01 X50 C2 N07 G01 Z-10 F25 N08 G01 X26 Z-70

N09 W-10
N10 X80 C2 N11 W-10 N12 G02 X80 Z-160 R70 N13 G01 W-10 N14 G00 X85 N15 Z50 N16 M05 N17 M30

例5:

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%8005 N01 T0101 N02 M03 S350 N03 G00 X80 Z0 N04 G71 U1 R1 P5 Q13 X0.1 Z0.1 N05 G01 X0 Z0 F30 N06 G01 X50 C2 N07 G01 Z-10 F25 N08 G01 X26 Z-70 N09 W-10 N10 X80 C2 N11 W-10 N12 G02 X80 Z-160 R70 N13 G01 W-10 N14 G00 X85 N15 Z50 N16 M05 N17 M30

例6:

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%8006 N01 T0101 N02 M03 S350 N03 G00 X40 Z0 N04 G71 U1 R1 P5 Q17 E0.1 N05 G01 X0 Z0 F30 N06 G01 X20 C2 N07 G01 Z-16 F25 N08 G01 X-16 N09 W-5 N10 X24 N11 W-10 N12 X26 N13 X35 W-22 N14 G03 X35 W-10 R18 N15 G01 W-5 N16 X38 N17 W-7 N18 G00 X40 N19 Z50 N20 M05 N21 M30

例7:

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%8007 N01 T0101 N02 M03 S350 N03 G00 X40 Z0 N04 G71 U1 R1 P5 Q17 E0.1 N05 G01 X0 Z0 F30 N06 G01 X20 C1 N07 G01 Z-16 F25 N08 G01 X16 N09 W-5 N10 X24 N11 W-10 N12 X26 N13 X30 W-15 N14 G03 X35 W-17 R18 N15 G01 W-5 N16 X38 N17 W-7 N18 G00 X40 N19 Z50 N20 M05 N21 M30

例8:

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%8008 N01 T0101 N02 M03 S350 N03 G00 X30 Z0 N04 G71 U1 R1 P5 Q17 E0.1 N05 G01 X0 Z0 F30 N06 G01 X20 C1 N07 G01 Z-10 F25 N08 G01 X16 N09 Z-16 N10 X20 N11 X24 W-4 N12 X16 Z-45 N13 G02 X28 W-8 R8 N15 G01 W-20 N16 G00 X30 N19 Z50 N20 M05 N21 M30

例9:

%8009 N01 T0101 N02 M03 S350 N03 G00 X6 Z0 N04 G71 U1 R1 P5 Q14 X-0.1 Z0.1 F100

N05 G01 X44 Z0 F50
N06 G01 Z-20 N07 X34 W-10

N08 W-10
N09 G03 X20 W-7 R7 N10 G01 W-10 N12 G02 X10 W-5 R5 N13 G01 Z-80 N14 G01 U-2 W-2 N15 Z50 N16 M05 N17 M30

G71复合循环四种形式:
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一、G71外径无凹槽程序段各式: 格式:G71 U(△d)R(r)P(ns)Q(nf)X(△x)Z(△z) 二、G71 外径有凹槽程序段各式: 格式:G71 U(△d)R(r)P(ns)Q(nf)E(+e) 三、 G71内径无凹槽程序段各式: 格式:G71 U(△d)R(r)P(ns)Q(nf)X(-△x)Z(△z) 四、 G71内径有凹槽程序段各式: 格式:G71U(△d)R(r)P(ns)Q(nf)E(-e)

第9章 特种加工
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特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法, 它不同于使用刀具 、磨具等直接利用机械能切除多余材 料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新 工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在 继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光 能、化学能和电化学能,有时也结合机械能对工件进行 加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解 加工应用较广,泛称电加工。 特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”,泛 指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特 殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法,从而 实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。

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数控电火花成型加工; 数控线切割加工; 数控超声波加工 数控激光加工 数控电子束加工 数控等离子焊接

9.1 数控水刀
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利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250400Mpa压力,然后再通过内孔直径约0.150.35mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为8001000m/s的高速射流,俗称其为水箭,该水箭具 有很高的能量,可用来切割软基性材料。如果再 在水箭中加入适量的磨料则几乎可以用来切割所 有的软硬材料。调整水射流的压力和流量,可以 用其清洗各种物体,如除胶、除漆、除锈等,我 们还可以利用超高压技术进行高压灭菌、食品保 鲜等许多对人类有益的工作。

水刀加工范围
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在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业,传统的 方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等,切割 的厚度范围非常大、速度较快,但对常规厚度 的板材,水切割可进行高精度的任意曲线的切 割加工,成品率高,降低生产成本,且大大提 高加工产品的附加值。

9.2 FMS柔性系统
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柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一 组数字控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机 械制造系统,英文缩写为FMS。FMS的工艺基础是成组技术, 它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加 工设备和工件、工具等物料的储运系统,并由计算机进行控 制。故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生 产,并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制 造和部分生产管理两种功能,因此能综合地提高生产效益。 FMS的工艺范围正在不断扩大,包括毛坯制造、机械加工、 装配和质量检验等。 柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统,它将微 电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来,理想和 圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。它 具有设备利用率高、生产能力相对稳定、产品质量高、运行 灵活和产品应变能力大的优点。

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一、柔性制造系统的组成 典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统 和信息控制系统组成。为了实现制造系统的柔性, FMS必须 包括下列组成部分。 (一)加工系统 柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有 加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮 加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。 (二)物料系统 物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及 完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、 自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。 (三)计算机控制系统 计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控 制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用 三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统, 其中单元级控制系统(单元控制器)是柔性制造系统的核心。 (四)系统软件

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系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的 管理、控制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生 产过程调度软件、系统管理和监控软件。 二、柔性制造系统的分类 按规模大小, 柔性制造系统FMS可分为如下三类。 (一)柔性制造单元(FMC) FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成,具 有适应加工多品种产品的灵活性。FMC的柔性最高。 (二)柔性制造线(FML) 柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系 统的柔性要求低于FMS,但生产效率更高。 (三)柔性制造系统(FMS) FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及 物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工 管理。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。

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三、柔性制造系统的效用 采用FMS的主要技术经济效果是:能按装配作业配套需要,及时安排所需零件的加工,实 现及时生产,从而减少毛坯和在制品的库存量,及相应的流动资金占用量,缩短生产周期; 提高设备的利用率,减少设备数量和厂房面积;减少直接劳动力,在少人看管条件下可实 现昼夜24小时的连续“无人化生产”;提高产品质量的一致性。 四、柔性制造系统发展方向 柔性制造系统的发展方向将是: (一)加快发展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS。 因为FMC的投资比FMS少得多而效果相仿,更适合于财力有限的中小型企业。多品种、大 批量生产中应用FML的发展趋势是用价格低廉的专用数控机床代替通用的加工中心。 (二)完善FMS的自动化功能。FMS完成的作业内容扩大,由早期单纯的机械加工型向焊 接、装配、检验及钣材加工乃至铸锻等综合性领域发展,另外,FMS还要与计算机辅助设 计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合,向全盘自动化工厂方向发展。 编辑本段Flash Media Server (简称FMS) 服务器是用于用户之间相互通讯的新平台 它集成了Flash多媒体交互的特性 又添加了实时 音频和实时数据流等新特色使用该平台,你可以通过网络存储录制下来的音频、视频,也 可以共享数据对象,并且可以将这些音频、视频和共享数据对象传递给多个客户端,实现 实时同步共享。该平台集成了通讯功能和应用程序功能,它通过Flash Player(Flash player6 或更高)在客户端提供音频共享,视频共享和数据流。 FMS是一个完全基于软件环境的多媒体实时通讯环境,代表了当前实时通讯领域内的发展 的方向,并且,其自身也融合了大量的新特色,用于创建下一代通讯应用程序 。

9.3 计算机集成制造系统
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CIMS是英语Computer Integrated Manufacturing System的缩写,意思是计算机集成制造系统。它是随 着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信 息技术自动化技术与制造的基础上,通过计算机技术 把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系 统有机地集成起来,形成适用于多品种、小批量生产, 实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反 映了自动化的广度, 智能化则体现了自动化的深度, 它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化,还包 括信息流控制的脑力劳动的自动化。

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1、先进制造技术 (AMT-Advanced Manufacturing Technology)先进制造技术是传统制造技术不 断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产 品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程,以实现优质、高效、低 耗、清洁、灵活的生产,并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。 2、敏捷制造 (AM-Agile Manufacturing)敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础,选择合作者 组成虚拟公司,分工合作,为同一目标共同努力来增强整体竞争能力,对用户需求作出 快速反应,以满足用户的需要。 3、虚拟制造 (VM-Virtual Manufacturing)虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对 现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真,以发现制造中可能出现的 问题,在产品实际生产前就采取预防措施,从而达到产品一次性制造成功,来达到降低 成本、缩短产品开发周期,增强产品竞争力的目的。 4、并行工程 (CE-Concurrent Engineering)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过 程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品 整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户 要求,并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件,虚拟制造技术将是以并行工 程为基础的,并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。 在探讨现代集成制造技术未 来发展趋势之前,首先应该了解一下,当前现代制造业和制造企业的特征,它们是推动 现代制造技术发展的内存动力。[编辑本段]五、现代集成制造技术未来发展趋势 以信 息技术的发展为支持,以满足制造业市场需求和增强企业竞争力为目的,现代集成制造 技术未来将突出以下八个方面的发展趋势。

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1、以“数字化”为发展核心 未来世界,“数字化”将势不可当。“数字化”不仅是“信息化”发展 的核心,而且也是先进制造技术发展的核心。信息的“数字化”处理同“模 拟化”处理相比,有着3个不可比拟的优点:信息精确,信息安全,信息容量 大。数字化制造就是指制造领域的数字化,它是制造技术、计算机技术、网 络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果,也是制造企业、制造 系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它包含了三大部分: 以设计为中心的数字制造,以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字 制造。对制造设备而言,其控制参数均为数字化信号。对制造企业而言,各 种信息(如图形、数据、知识、技能等等)均以数字形式,通过网络,在企 业内传递,以便根据市场信息,迅速收集资料信息,在虚拟现实、快速原型、 数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下,对产品信息、工艺信息与资源 信息进行分析、规划与重组,实现对产品设计和产品功能的仿真,对加工过 程与生产组织过程的仿真,或完成原型制造,从而实现生产过程的快速重组 与对市场的快速响应,以满足客户化要求。对全球制造业而言,用户借助网 络发布信息,各类企业通过网络,根据需求,应用电子商务,实现优势互补, 形成动态联盟,迅速协同设计与制造出相应的产品。这样,在数字制造环境 下,在广泛领域乃至跨地区、跨国界形成一个数字化组成的网,企业、车间、 设备、员工、经销商乃至有关市场均可成为网上的一个“结点”,在研究、 设计、制造、销售、服务的过程中,彼此交互,围绕产品所赋予的数字信息, 成为驱动制造业活动的最活跃的因素。 2、以“精密化”将成为发展的关键 所谓“精密化”,一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高,另一 方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。“精”是指加工精度及其 发展,精密加工,细微加工,纳米加工,如此等等。

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3、突出“极端条件”,是发展的焦点 “极”就是极端条件,就是指在极端条件下工作的或者有极 端要求的产品,从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。 在高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀等等条件下工作的,或有 高硬度、大弹性等等要求的,或在几何形体上极大、极小、极厚、 极薄、奇形怪状的。显然,这些产品都是科技前沿的产品。其中 之一就是“微机电系统(MEMS)”。可以说,“极”是前沿科 技或前沿科技产品发展的一个焦点。 4、以“自动化”技术为发展前提 这是所讲的“自动化”就是减轻人的劳动,强化、延伸、取代人 的有关劳动的技术或手段。自动化总是伴随有关机械或工具来实 现的。可以说,机械是一切技术的载体,也是自动化技术的载体。 “自动化”从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展 到自学习、自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平;而且 今天自动控制的内涵与水平已远非昔比,从控制理论、控制技术、 控制系统、控制元件,都有着极大的发展。制造业发展的自动化 不但极大地解放了人的体力劳动,而且更为关键的是有效地提高 了脑力劳动,解放了人的部分的脑力劳动。因此,自动化将是现 代集成制造技术发展的前提条件。

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5、以“成化集”为发展的方法 “集成化”,一是技术的集成,二是管理的集成,三是技术与管理的集成;其本质 是知识的集成,亦即知识表现形式的集成。如前所述,现代集成制造技术就是制造技术、 信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。“集成”就是“交叉”,就是“杂交”, 就是取人之长,补己之短。 目前,“集成化”主要指:(1)、现代技术的集成。机电一体化是个典型,它是高 技术装备的基础,如微电子制造装备,信息化、网络化产品及配套设备,仪器、仪表、 医疗、生物、环保等高技术设备。 (2)、加工技术的集成、特种加工技术及其装备是个 典型,如增材制造(即快速原型)、激光加工、高能束加工、电加工等等。(3)、企业 集成,即管理的集成,包括生产信息、功能、过程的集成;包括生产过程的集成。全寿 命周期过程的集成;也包括企业内部的集成,企业外部的集成。 6、以“网络化”为发展道路 “网络化”是现代集成制造技术发展的必由之路,制造业走向整体化、有序化,这 同人类社会发展是同步的。制造技术的网络化是由两个因素决定的:一是生产组织变革 的需要,二是生产技术发展的可能。这是因为制造业在市场竞争中,面临多方的压力: 采购成本不断提高,产品更新速度加快,市场需求不断变化,客户定单生产方式迅速发 展,全球制造所带来的冲击日益加强等等;企业要避免传统生产组织所带来的一系列问 题,必须在生产组织上实行某种深刻的变革。这种变革体现在两方面:一方面利用网络, 在产品设计、制造与生产管理等活动乃至企业整个业务流程中充分享用有关资源,即快 速调集、有机整合与高效利用有关制造资源;与此同时,这必然导致制造过程与组织的 分散化网络化,使企业必须集中力量在自己最有竞争力的核心业务上。科学技术特别是 计算机技术、网络技术的发展,使得生产技术发展到可以使这种变革的需要成为可能。 7、“智能化”是CIMS未来发展的美好前景 制造技术的智能化是制造技术发展的前景。智能化制造模式的基础是智能制造系统, 智能制造系统既是智能和技术的集成而形成的应用环境,也是智能制造模式的载体。与 传统的制造相比,智能制造系统具有以下特点:1、人机一体化;2、自律能力;3、自组 织与超柔性;4、学习能力与自我维护能力;5、在未来,具有更高级的类人思维的能力。 制造技术的智能化突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机 模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环 境中人的部分脑力劳动。同时,收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家 的制造智能。目前,尽管智能化制造道路还很漫长,但是必将成为未来制造业的主要生 产模式之一。

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8、“绿色”是CIMS未来发展的必然趋势 “绿色”是从环境保护领域中引用来的。人类社会的发展必 将走向人类社会与自然界的和谐。人与人类社会本质上也是自然 世界的一个部分,部分不能脱离整体,更不能对抗与破环整体。 因此,人类必须从各方面促使人与人类社会同自然界和谐一致, 制造技术也不能例外。制造业的产品从构思开始,到设计阶段、 制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段,直到回收阶段、再制造 各阶段,都必须充分计及环境保护。所谓环境保护是广义的,不 仅要保护自然环境,还要保护社会环境、生产环境,还要保护生 产者的身心健康。在此前提与内涵下,还必须制造出价廉、物美、 供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造,产品还必须 在一定程度上是艺术品,以与用户的生产、工作、生活环境相适 应,给人以高尚的精神享受,体现着物质文明、精神文明与环境 文明的高度交融。每发展与采用一项新技术时,应站在哲学高度, 慎思“塞翁得马,安知非祸”,即必须充分考虑可持续发展,计 及环境文明。制造必然要走向“绿色”制造。 9、CIMS的标准化 在制造业向全球化、网络化、集成化和智能化发展的过程中, 标准化技术(STEP、EDI和P-LIB等)已显得愈来愈重要。它是 信息集成、功能集成、过程集成和企业集成的基础。


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