CAPP-CNC系统的研究

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1993.04.013 第15卷第4期 北京科技大学学报 Vol.15 No.4 1993年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1993 CAPP-CNC系统的研究 方兆彰*李寅年·韩蕴秋*梁方明· 摘要：本文主要介绍CAPP-CNC系统及其工作原理。通过计算机把CAPP输出符合要求的 零件知工上艺规程信息自动生成相应的CNC指令块，经过有效处理形成CNC指令系列，再 通过串行通讯技术直接输入CNC机床，实现数控机床加工自动化。 关键词：计算机，工艺设计，数控.机床 A Study on CAPP-CNC System Fang'Zhaozhang'Li Yinnia Han Yunqiu'Liang Fangming ABSTRACT:This paper presents a CAPP(Computer Aided Process Planning)-CNC (Computer Numerical Control)system and introduces its working procedure.The imformation of the process plan of the workpiece outputed from the CAPP is quickly trans- lated into the CNC program.Then the CNC program can be directly transmitted to the CNC machine tool by the asynchronous data communication and automatic machining can be put into action. KEY WORDS:computer.process planning numerical control.machine tool CAPP(Computer Aided Process Planning)技术主要利用计算机的记忆、计算、逻辑 功能自动编制工艺规程，改变传统手工编制工艺规程的方法·促使工艺规范化和优化，提 高编制工艺规程的质量和效率。为了使CAPP产生的加工工艺规程信息能直接转化为数 控机床的输入信息，本文提出了1种CAPP-CC系统、它是由1台具有CAPP软件支 持的计算机（微机）与多台CNC机床采用软接口方式直接联结而成。它能把CAPP产生 的工艺规程信息迅速、自动地生成CNC指令系列，直接传送到CNC机床并控制其加 工。 1CAPP-CNC系统的工作原理 11系统的主要功能框图 *1992-0808收稿第一作者：男.59岁，副教授 米机械系(Department of Mechnical Engineering)

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、 玉 、 之 “ ， 卯 一 系统的研究 方兆彰 李寅年 “ 韩蕴秋 ’ 梁方 明 ‘ 摘要 本 文主要 介绍 一 系 统及 其工 作原理 通 过计算机把 输 出符合要求 的 零 件加 一 工 艺规程 信 息 自动生 成相 应 的 指令块 ， 经 过有效 处 理形 成 指 令 系列 再 通过 串行通 讯技术直 接输人 机 床 ， 实现 数控机 床加工 自动 化 。 关键词 计算机 ， 工 艺设计 ， 数控 ， 机床 一 凡 ‘ ‘ 乙 ， ‘ 万 叮 才 雌 动 ’ 一 。 认 ， ， 技 术 主 要 利用 计 算 机 的记 忆 、 计 算 、 逻 特 功能 自动编 制工 艺 规程 ， 改变 传统手工 编 制工 艺规程 的方 法 ， 促 使工 艺规 范化 和 优化 ， 是 高编 制 工 艺 规程 的 质量 和 效 率 。 为 了使 产生 的加 工 工 艺 规程 信息 能直 接转 化 为 数 控 机床 的输 人 信息 ， 本 文提 出 了 种 一 系统 ， 它是 由 台具有 软件 支 持的计算机 微机 与多台 机床采 用软接 口 方 式直接联结而 成 。 它能把 产 生 的工 艺 规 程 信息 迅 速 、 自动 地 生 成 指 令 系 列 ， 直 接 传送 到 机床 并 控 制 其 加 工 。 一 系统的工作原理 系统的主要功能框图 一 币 收 稿 第 一 作者 男 岁 ， 副教授 ‘ 机械 系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．04．013

·386· 北京科技大学学报 1993什N0.4 图I是CAPP-CNC系统总框图，从中可看出该系统包含下列5个主要功能框架。 CAPP大模块 工艺规程库 取CAPP数据 工步一指令块 指令块联结 指令规范化 CNC指 令系列库 传送 CNC机床I CNC机床m 图1 CAPP-CNC系统框图 Fig.I Block diagram of the CAPP-CNC system (I)取CAPP数据。从工艺规程作取CAPP产生的有关数据，根据数控机床加上： 的特点，对：艺规程有其独特的要求：第I,CAPP产生的艺规程必须细化到步；第 2.每个工步的数据不仪需要有儿何形状尺寸，还必须包括有定位尺寸和切削用：等数 据；第3，要按上广集中的原侧来考虑，而且对有的步如倒角等还要作必要的调整。 前国内有此CAPP软件只能输出“过程卡“或者产：生的：艺规程仪适用于普通机床州， 不能满足数控机床加广的：要，所以对CAPP逻辑设计要做相应的修改、使其其行与数 控加相衔接的特点、产：生的CAPP数据满足CAPP-CNC系统的要求。 (2)1步一指令块对每·个步生 成成的CNC指令块，般来说，· 个独立的步都有对成的·孔CNC指 0:● 令。例如图2精车外侧柱面A.如果这广 步月具的起始：位置在：、结束位置作 W.·则精：工步包括以下5条指令：从 W,点到「点的快进指令；f点到h点的工 进指令；h点到e点的进指令：‘点到L 图2精车工步 点的工进指令：L点到出，点的快进 Fig.2 The finish turning step 指令，指令的具体j形式'与CN(所采的系统行关.本CAPP-CNC系统中使用了国

· · 匕 尔 科 枝 人 学 ， 学 报 ，卜 图 是 代 系统总框图 从图 中叮看 出 该系统包 含 一「列 个主要功能框架 。 工 艺规程库 机床 图 〔 一 系统框 图 一 〔 幼取 数据 。 从 艺规程 库取 卜 八 产 ， 二的有 关 数据 根据 数控 机 床加 的 特 点 ， 对 二艺规 程 有 独特 的 要求 第 ， 产 生的 艺规 程 必 须细 化到 一 步 第 ， 每 个 卜步 的 数据 不 仅需 要有 儿 何 形 状 尺 寸 ， 还 必 须 包 括 有 定 位 尺 寸和 切 削 用 枯 等 数 据 第 ， 要按 序 集 ‘ ，的 原 则 来 考虑 ， 且 对 有的 步 如倒 角等 王要作必 要的调 整 。 日 前 国 内 有此 软 件 只 能 输 出 “ 过 程 卡 ” 或 者 产 ’ 几 的 一 艺 规 程 仅适 川 二 沁通 机 床 加 一 ， 不 能 满 足 数控 机 床 加 的需 要 ， 所 以 对 一 逻 辑 设 计 要做 相 应 的 修改 使其 具 有 与数 控 加 卜相 衔接 的 特点 、 产 ‘ 的 数据满 足 一 系统 的 要求 。 步一指 令块 对 协 一 个 步 ’ 成 相 应 的 指 令块 ， 一 般 来说 ， 呼 个 独 命的 一 步 都 有 对 应 的 · 组 指 令 例 如 图 精 车 外 圆 柱 如 果这 步 具 的 起 始 位 粉 在 环 、 结 束 位 粉 庄 妙性 ， 则 精 车 一 步 包 括 以 卜 条指 令 从 附 点到 厂点 的 快 进 指 令 八点 点 的 进 指 令 力 点到 ‘ 点 的 进 指 令 〔 · 点 到 点 的 一 进 指 令 点 到 体 点 的 快 进 亡 指 令 指 令的 ” 体 写 形 式 ’ 所 采用 的 系统 有 关 ， 图 精车工 步 本 一 系统 中使川 ’ 国

Vol.15 No.4 方兆彰等：CAPP-CNC系统的研究 ·387· 内外常用的FANUC的G代码系统，通过转化程序来实现生成CNC指令。 (3)指令块联结。上述指令块是将每一个工步作为独立体来处理的，实际情况并非 完全如此，而是多种多样的。如上面提到的图2精车A面的工步、不是一个独立的工 步，上一工步是精车端面F、下一工步是精车肩面F·显然此时精车A面所需的指令只 须保留从b点到点的工进指令就够了。所以指令块联结要分析上下工步的名称和加工部 位，以决定对原来指令删除或修改。 (4)指令规范化。任何】个指令系统都有它的固定格式要求，对不符合格式要求的 指令是不能运行的，因此对已生成的指令系列要进行规范化处理，使它符合有关格式的规 定。本CAPP-CNC系统中主要进行以下规范化处理：I开始段的格式：2结束段的格 式；3每条指令加上编号；删除不必要的重复指令。 (S)传送指令。当CNC机床需要工作时，它将CNC指令系列通过串行通讯技术 传送给CNC机床。 1,2系统的程序结构 系统的程序结构采用模块式。整个系统是一块CAPP-CNC大模块，有一个主控程 序。按系统的各主要功能框构成相对的小模块，即编成子程序。如上述第(2)工能框工 步一指令块的转化子程序如下： procedure f-turn-c var L:real: iinteger: begin L=0 if odd (n-cx)then begin for i:=I to k-1 do L:=zz[i.4]+L;end else begin for i:=kkl downto k-1 do L:=zzli,4]+L:end: xb:dia+drem:zb:=-L;xe:=xb;ze=zb-zz[k.4]: xf:xb;zf:=zb+czl;xL:=xe+2 cx2:ZL:=ze+cz2: 第(3)功能框指令块联结安排2个子程序，即上联结子程序和下联结子程序。 整个系统的工作方式以主控程序对子程序的调用来实现，由计算机根据取得的CAPP 数据逐步生成CNC指令系列，然后传送到CNC机床，使CNC机床自动地、有规则地 进行加工工作。 2实 例 2.1实验条件 】台微机一Amstrad Computer(64Ok内存). 1台数控机床一Boxford240 F Fonuc Lathe.. 编制程序使用Turbo Pascal语言。

方兆彰等 一 系统 的研究 · · 内外 常用 的 的 代码 系统 ， 通 过转化程序来 实现生 成 指令 。 指 令块联结 。 上 述指 令块是 将每一 个工 步作为 独立体来处 理 的 ， 实 际情况并非 完 全 如 此 ， 而 是 多 种 多 样 的 。 如 上 面 提 到 的 图 精 车 面 的 工 步 ， 不 是 一 个 独 立 的 工 步 ， 上一 工步是精 车端 面 、 下 一 工步 是 精车 肩 面 ， 显 然此 时 精 车 面所需 的指令 只 须保 留从 点到 。 点 的工进指 令就够 了 。 所 以 指令块联结要分析上下 工 步 的名称和加工部 位 ， 以 决 定对原 来指令删 除或修改 。 指 令规 范 化 。 任 何 个指 令 系统都有 它 的 固定格 式 要求 ， 对 不符合格 式要求 的 指令是 不 能运行 的 ， 因此对 己 生成 的指 令系 列 要进行规 范化处理 ， 使它 符合有关格式 的规 定 。 本 一 系 统 中主 要 进 行 以 下 规 范 化 处 理 川 一 开 始 段 的 格 式 卫 一 结 束段 的 格 式 忿每 条 指 令加 上编 号 工删 除不 必 要 的重 复指 令 。 传送 指 令 。 当 机床需 要 工 作 时 ， 它将 指 令 系 列 通过 串行 通 讯技 术 传送 给 机 床 。 系统 的程序 结构 系 统 的 程 序 结 构 采 用模 块式 。 整 个 系 统 是一 块 一 大 模 块 ， 有 一 个 主控程 序 。 按 系统 的各主 要 功 能框构 成相 对 的 小 模块 ， 即编 成子程 序 。 如 上 述 第 工 能框工 步一指 令块 的转 化子 程序 如下 一 一 一 【 ， 一 【 ， 一 一 【 ， 仁 皿 第 功 能框指 令块联结安排 个 子程 序 ， 即上联结子程序和 下 联结子 程序 。 整 个系 统 的工作方式 以 主 控程序对 子程 序 的调 用 来 实现 ， 由计算 机根据取得 的 数据 逐 步 生 成 指令 系列 ， 然 后 传送 到 机 床 ， 使 机 床 自动地 、 有 规则地 进行 加 工工作 。 实 例 实验条件 台微机一 内存 。 台数控机床一 。 编 制程序使用 语言

·388- 北京科技大学学报 1993年No.4 2.2实验一用数控机床加工工件 加工件如图3所小。首先用半创成 式CAPP自动编图3加工件的I艺规 程并任盘。 当需要数控机床加上该工件时，即可 启动CAPP一CNC大模块。计第机取出 CAPP有关数据、并迅速、确地生成数 控机床所需要的加指令系列。 1010 然后用计算机通讯软件、通过RS一 (1S) 232C接11将指令系列直接传递到CNC机 -35 床，实现对CNC机床加厂的控制。实验 未注倒角1×45° 材料45号钢 结果证明，该CAPP-CNC系统软件能止 常运行。加工出的件完全符合图低的要 图3工件图 求。 Fig.3 The drawing of the workpiece 3结束语 ()本系统其行快速、准确地实现加工要求的特点，充分发挥计算机的作用，把 CAPP产：生的加工件的艺规程息迅速通过程序转化为相应的CNC指令系列、不受 人为的内素影响，保证了CNC机宋加I广合理和止正确。 (2)实验表明CAPP-CNC系统是的、它初步解决了CAM的集成问题、也为 今后机械制造领域CAD/CAM,FMS、CIMS等高新技术的发展创造了条件。 (3)把CAPP与CNC机床直接联结.在艺上是~种新的尝试、使CNC机床编程 计算机化，改变过去传统的人编程坊法、提高」了CN(机床加门动化程度。 (4)本系统山于初步开发，I前实验范园仪仅是在叫转体类零件，今后还高不断的元 善和进·步开发。 参考文献 I米方明、E学强等.CAPP技术在仪表令件制造中的成用一介绍BDY(APP系统之 一、地学仪器，1990.(4)：15 2 Rusutai J.Sava M.Computer Numerical Control.Reston Publishing (ompany Inc:1983 3 Williams D J.Manufacturing System.Hasted Press 1988 4周明法.微型计算机硬软件及应.北京：清华人学出版社.983

· · 伎 大 赞 学 报 年 实验卜一 一 用数控机床加 工 工件 加 工 卜件 如图 所 小 。 首 先 用 半 创 成 式 自动 编 出 图 加 卜 一 件 的 一 艺规 程并 存盘 。 当需 要 数控 机 床 加 二该 一 件 时 ， 即 ， 启 动 一 大 模 块 汁 劝 机 取 出 有 关 数据 ， 并 迅 速 、 止 确 地 ’ 成 数 控 机 床 所需 要 的 加 一 指 令系 列 然 后 用 计 算 机 通 讯 软 件 通 过 一 接 将 指 令系列直接 传递 到 机 床 ， 实 现 对 机 味 加 「的控 制 。 实 验 结 果 证 明 ， 该 一 系统 软 件能 正 常 运 行 加 一 出的 卜件完 全 符 合 图 低 的 要 求 未注倒角 。 材 料 号 钢 图 工件图 结 束 语 本 系 统 具 有快 速 、 准 确 地 实 现 加 一 要求 的 特 点 ， 充 分 发 挥 计 算 机 的 作 用 ， 把 产 生 的 加 件的 卜艺规程 右自 、 丛速 通 过 程 序转 化 为 应 的 指 令 系列 ， 不 受 人为的 素影 响 ， 保证 了 机 床 加 一 子冲吧和止 确 实 验 表明 义刃 系统 是 ，丁行 的 ， 它 初步 解 决 ’ 的 集成 问 题 ， 也为 今后 机 械制造 领域 中 八 、 、 等 高新技 术的 发 展 创造 了条 件 。 把 与 机 床 内接 联 结 在 一 艺 卜是 种 新 的尝 试 、 使 机 床编 程 计算机 化 ， 改 变过 去传统 的 人 编 程 方法 ， 提 高 ’ 机 床 加 自动 化 程度 。 本系统 山 飞 初 步 仟 发 ， 日前 实验 范 仁仅 仅 是 在 叫转 体类零 件 ， 今 亏还 需 不断 的完 善和进 ‘ 步 开 发 参 考 文 献 梁 方 明 ， 卜货强 等 于芝术 在 仪 农零 件制造 中的 、衬 一介绍 ’ ‘ 入 系统 匕 二 ， 地 ’二‘二仪 器 ， ， 一 一 门 ， 、 ， 。 一 一 一 一 、 、 一 ， ’ 、 一 、 一 一 认 、 一 一 ‘，刁月奢、 微 代 十竹 ， 们 硬 软 件 旋 从川一比 气 ，，宝华 人 ，、 ‘ 泛千 、 飞