05 计算机辅助制造（CAM）
2）DNC系统的一般工作过程 DNC系统的工作可分为四个层级进行概括，具体包括用户层、服务层、代理 层以及设备层。 （1）用户层主要包括NC编程人员和生产调度人员，用户层可以通过工作窗 口进入服务层合理分配数控加工任务。 （2）服务层提供CNC加工设备相关的信息，供用户层及时掌握CNC加工设备 的相关数据，此外，服务层还需要及时响应代理层的反馈信息。 （3）代理层实现CNC加工设备的数据通讯，获取服务层的加工信息，传输给 设备层，获取设备层的加工信息，传输给服务层，即实现CNC加工设备与外界数 据间的交换。 （4）设备层即接入局域网络的CNC加工设备。
单词的程序语言。
分 析 零件图纸 零 工艺人员 件 图 样
APT 语 言 描 述 加 工 内 容
APT
APT
程
程
序
序
编
输
译
入
为
计
刀
算
位Hale Waihona Puke 机文件后 置 处 理
生 成 NC 加 工 程 序
图5.1.4 APT语言编程流程图
05 计算机辅助制造（CAM）
5.1.2 CAM的发展概况
2）图形语言编程 1970年代，随着微处理计算机技术开始实际应用，相关的工程制图软件开始 使用，零件设计信息转换为交互式界面上的直观图形，人机交互方式的数控程序 设计成为主要的数控程序设计方式。
数 据 存 储
数 据 查 找
加 工 信 息 处 理
NC 仿 真 加 工
图5.1.2 CAM系统的主要功能
05 计算机辅助制造（CAM）
5.1.2 CAM的功能与结构
根据硬件和软件实现的功能，又可将CAM系统分为硬件部分、支撑环境、 系统管理和应用软件四部分。
图5.1.3 CAM系统的主要结构
05 计算机辅助制造（CAM）
05 计算机辅助制造（CAM）
5.3.2 DNC系统系统及其发展
1）DNC系统的定义 20世纪60年代， 为了解决因使用纸带传输数控程序而引起的一系列问题以及 数控加工设备计算成本高等问题，有专家学者提出了最初的DNC概念，即直接数 字控制（Direct Numerical Control），指的是由计算机直接控制数控加工设备，进 行NC程序的传输以及管理。 随着计算机技术数字化技术等新技术的快速发展，特别是CNC系统的运算速 度和内存容量的提高，数控加工设备具备了一定的自我决策加工能力，DNC也拓 展成为功能更为全面的分布式数字控制系统（Distributed Numerical Control）。它 不仅具有直接数字控制的设备集成和NC程序传输功能，还开始着眼于车间加工信 息的集成、数控设备运行状态的检测、数控加工的动态控制等功能。
05 计算机辅助制造（CAM）
5）CNC系统的发展历程与趋势 随着计算机技术、控制技术、检测技术、传感器技术等新技术的发展，特别是 柔性制造系统（Flexible Manufacture System，FMS）和计算机集成制造系统 （Computer Integrated Making System，CIMS）等机械制造相关技术的不断成熟，数 控系统的功能也在不断地扩充，同时更高零件加工质量的需求以及相关技术的快速 发展，也对数控系统的发展提出了更高的要求。 （1）高速、高精度、高可靠性方向； （2）多功能复合化方向； （3）智能化、网络化方向。
可
计
编
算
程
机
控
数
制
字
器
主轴控制单元 电气控制单元
控
制
速度/位置控制单元
装
置
位置检测
CNC系统
图5.3.1 CNC系统结构图
主轴电机 进给电机 机床电器
……
机床本体
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2）CNC系统的主要功能 CNC系统的主要功能有控制功能、准备功能（G代码）、辅助功能（M代码）、 进给功能（F代码）、刀具功能（T代码）、插补功能、补偿功能、显示功能、自 诊断功能、通信功能、人机交互图形编程等。
05 计算机辅助制造（CAM）
5）辅助功能字（M代码） 在数控系统中，辅助功能字用地址符M表示，由M和两位数字组成，是控制 数控机床辅助装置做好某种工作的操作指令。表5.1.2列出了数控铣床常用M代码 指令及其功能。
M代码 M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07 M08
功能
5.1.3 CAM的发展概况
自20世纪50年代出现CAM技术以来，根据CAM编程原理的不同，可将其分为 数控语言编程、图形语言编程和CAD/CAM集成数控编程三个阶段。
1）数控语言编程 1950年代，美国MIT学院设计开发出了零件数控编程语言——APT，它是一种对 零件、刀具的形状以及刀具相对于零件运动等进行定义时所使用的一种类似于英文
5.1.1 CAM的基本概念
计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）指的是将计算机技术应用于 产品生产制造相关过程的统称。它以计算机软件系统为基础，将计算机与加工设备直接 或者间接的联系起来，实现产品的工艺规划设计、加工管理、操作和质量控制等按照数 字化的作业流程进行生产制造活动。
相对于工件的运动轨迹等信息，并进行仿真加工校核的全过程。数控编程的主要
内容包括零件图样分析、工艺规划、刀位轨迹计算、后处理生成数控程序、数控
程序的校核和首件试切等内容。
后
分 析 零件图纸 零 件 图 样
加
刀
工
位
工
轨
艺
迹
规
计
划
算
处 理 生 成 NC 程
NC 程 序 校 验
首 件 试 切
序
图5.1.7 数控编程的主要步骤
G41
左刀补
G02
顺时针圆弧插补
G42
右刀补
G03
逆时针圆弧插补
G43
刀具长度正补偿
G04
暂停
G44
刀具长度负补偿
G17
选择XY平面
G52
设置局部坐标系
G18
选择ZX平面
G53
设置机床坐标系
G19
选择YZ平面
G54~G59
设置第1~6零件坐标系
G27
返回参考点检查
G65
宏程序调用
G28
返回参考点
G80
05 计算机辅助制造（CAM）
5.1.5 数控程序的基本结构与格式
一个完整的程序必须包括程序开始部分、程序内容部分和程序结束部分，如
图5.1.8所示。
%
// 开始符
O1002
// 程序名
N10 G00 G54 X20 Y20 M03 S8000
N20 G00 X88 Y10 F150 T01 M08
05 计算机辅助制造（CAM） 1）准备功能字（G代码） 数控系统中，准备功能字用地址符G表示，由G和两位数字组成，是控制数控
机床做好某种准备工作的指令。表5.1.1 列出了数控铣床常用G代码指令及其功能。
G代码
功能
G代码
功能
G00
快速移动 G00 X_Y_
G40
取消刀具补偿
G01
直线插补 G01 X_Y_F_
N10 G00 X+50 Y+10 Z-20 F150 S800 T02 M08 *
程序序号 准备功能字
尺寸字 进给功能字
程序段结束符 辅助功能字 刀具功能字 主轴功能字
图5.1.9 程序段格式
功能字主要包括准备功能字（G代码）、进给功能字（F代码）、主轴功能字 （S代码）、刀具功能字（T代码）、辅助功能字（M代码）。
CAD系统 后置处理 CAPP系统
图形文件 中性文件 工艺文件
DFM系统 CAM系统 CAFD系统
再设计及反馈
MPS系统
夹具设计 反馈信息
夹具设计 反馈信息
图5.1.6 CAD/CAM集成数控编程流程图
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5.1.4 数控编程的基本概念
数控编程是指用编程语言描述零件数控加工成型过程中的工艺参数、刀具
取消固定循环
G30
返回第二参考点
G98
返回起始点
G31
跳步功能
G99
返回R点
表5.1.1 数控铣床部分主要G代码指令
05 计算机辅助制造（CAM）
2）进给功能字（F代码） 在数控系统中，进给功能字用地址符F表示，由F和数字组成，用于指定刀具 进给速度，如F150，表示刀具进给速率为150mm/min。 3）主轴功能字（S代码） 在数控系统中，主轴功能字用地址符S表示，由S和数字组成，用于指定主轴 转速，如S800，表示主轴转速为800R/min。 4）刀具功能字（T代码） 在数控系统中，刀具功能字用地址符T表示，由T和数字组成，用于指定零件 加工时的刀具编号，如T02，表示选用刀具编号为02的刀具进行加工。
05 计算机辅助制造（CAM）
2）DNC系统的主要功能 DNC系统的基本功能主要包括集中车间数控加工设备、NC加工程序及数据的 传输、NC加工程序的管理等。NC系统的扩展功能主要包括数控加工设备的远程监 控及数据采集、车间数据共享、在线加工接收生产计划信息、按照生产计划信息 进行仿真和优化、设备故障远程诊断、高度自动化生产系统中的刀具和工件管理、 加工作业的集中监控和分散控制等。。
3） CNC系统的工作过程 CNC系统的工作过程如图5.3.2所示。
NC加工程序 输入
F代码处理
译码
坐标及刀具 补偿处理
G代码处理
插补计算
F代码处理
位置控制信 号输出
伺服驱动 系统
S、M、T 代码处理
PLC
主轴及辅助 操作控制