数控加工中心程序设计.doc

数 控 加 工 中 心 程 序 设 计 讲 义 （FANUC 篇） 天津工程师范学院  第一章 数值控制简介 ? 数值控制（NC）是制造工业第一次工业革命以来，最重要的一次变革。从1950发展成功至今，NC技术不管在硬件及软件上历经数次重要发展。今天，在美国两万家制造工厂超过十六万台的NC机器投入生产行列，占所有生产机器总数的6%，且近年来其比例正稳定增加中。在使用NC机器的工厂，NC机器占工厂机器的20%，却需负责60%的切削加工量，因此计算机数值控制工具机(CNC)已成为美国今日制造业提升生产力，面对国外强大兢争下的生存之道。 ? 1.1 何谓数值控制? 电子工业协会（EIA）对数值控制的定义：「系统的一系列动作是透过输入的数值数据来控制，并至少对数据的一部份作自动插补。」精确的说，数值控制可视为一种多功能的可程序自动化形式，即藉由字符、数字、符号等组成的一系列指令码来控制机器各种动作。这些指令码被转成脉冲及ON/OFF等两种电子控制讯号，脉冲输出讯号是作主轴与加工件的定位及进给速度控制，ON/OFF输出讯号则执行以下功能：（1）控制主轴旋转速度及方向，（2）控制切削液开关，（3）切削刀具的选择，（4）其它（如暂停、选择性暂停、自动夹持及松开）。 ? ? 1.2 数值控制历史的演进 利用程序去控制机器的构想可追朔至十四世纪．自从人们利用有桩钉的圆柱筒去控制教堂时钟内的装饰图形动作以来（Kief and Olling，1985），许多创造性的发明对CNC技术发展具有相当大的贾献。以下对数值控制技术的重要发展阶段做概要说明。 ? ? 1.2.1 NC时代前的重要发展纪事 数值控制的概念在1725年便肇始于英国，当时英国人用系统化的冲孔卡控制针织机器编织布料图样。在1808年，Joseph M. Jacquard 则在织布机上，运用冲孔的薄板金属卡自动控制编织图样，其织针是否动作是依金属卡上相对应位置孔之有无而作动。大约1863年，M.Fourne-aux利用空气通过直径4.5英吋穿孔纸豉，使已编定的顺序程序灵巧的控制键盘机构作动而发明自动弹奏钢琴。1912年纽约的Emmanuel Scheyer利用打孔纸带控制的小型自动机器剪切布料，并宣称所发明的装置可以轻易的控制各种不同型式的机器，包括多轴机器。192年瑞典的Max Schenker发明自动车床，他利用打孔卡储存数据，且可同时控制进给方向与速度。 ? ? 1.2.2 NC机器的诞生 1947年，在密西根Traverse City，Parsons公司的John Parsons开始尝试利用三轴曲率数据控制机器动作，以切削加工复杂的飞机机身组件。在1948年11月，他利用数学运算法则为空军成功的示范路径切削，而在1949年6月获得美国空军$200,000美元，为期21个月研制可自动作路径切削加工机器的合约。不久，Parsons又受聘加入麻省理工学院（MIT）服务器实验室。在1951年．麻省理工学院从空军获得发展研制世界第一台数值控制工具机（即Cincinnati Hydrotel立式铣床）的主合约，到了1952年，完成了以电子真空管架构比机器主体还大的机器控制单元（MCU），它赞进打孔带二进制代码的加工数据，利用线性插补方法产生三轴移动，之后三年则致力于硬件与数学技术的改进。 1955乃年数值控制副委员会（Numerical Control Subcommittee）经太空工业协会（Aerospace Industry Association, AIA）的飞机结构制造设备委员会(Airframe Manufacture Equipment Committee)重新改组以发展NC系统，此副委员曾对空军作成两项建议：近代的工具机势必要装置数值控制及建立标准的NC系统。空军因此拨予＄35,000,000美元制造l0O台NC铣床用以制造飞机及飞弹组件，主要是在硬件及软件上的下列三方面建立标准：输入媒介的型式及格式、插补器的系统建构及工件程序语言。 ? ? 1.2.3 程序语言发展 第一部数值控制工具机发展成功之后，在1954年麻省理工学院（MIT）致力于NC程序语言的计算机化而发展出程序自动编辑工具（Automatically Programmed Tool, APT）。APT用一群符号语言在计算机上定义工件的几何形状及刀具路径，到了1958年麻省理工学院发表APT II，这是在IBM 704执行的进阶版本，1961年发表功能更强的APT III程序语言，此时伊利诺斯技术研究院（Illinois Institute of Technology Reearch Institute, IITRI）获得太空工业协会（AIA）的奖助致力于APTIII语言的发展与维护，