数控机床编程教案8

教师姓名：孙震授课形式：讲授授课时数：2授课日期及班级：06模具班授课章节名称及教学内容：第5章数控铣床编程5.1.概述数控铣床是一种用途十分广泛的机床.主要用于铣削平面、沟槽和曲面.还能加工复杂的型腔和凸台.如各类凸轮、样板、模具和弧形槽等平面曲线的轮廓.同时还可以进行钻、扩、铰、攻螺纹、镗孔等加工.对于有特殊要求的数控铣床,还可以加进一个回转的A坐标轴或C坐标轴,即增加一个数控分度头或数控回转工作台,这时机床的数控系统为4坐标轴的数控系统,可用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件.从机床运动分布的特点来看,数控铣床也能加工有一定位置要求的孔系.5.1.1.数控铣床的用途和布局1.数控铣床的用途XK0816A是一种可以加工复杂轮廓的小型立式数控铣床.XK0816A的数控系统采用高性能的16位微处理器INTEL8088,硬件结构为STD总线.该系统抗干扰性好,可靠性高.机床数控系统能实现3轴控制和3轴联动,除可完成复杂的轮廓加工外,还能实现镜像加工、轮廓放大、缩小加工等,具有丰富的数控功能.机床主轴采用高性能的无级变频调速驱动系统,具有过载保护功能.主轴设有刀具快换机构,换刀方便.坐标轴驱动采用先进的混合式步进电机,进给传动采用滚珠丝杠螺母副,保证了X、Y、Z传动的平稳性和传动精度.2.数控铣床的布局讲解图5-15.1.2.数控铣床的主要技术参数1.基本规格工作台面积(长X宽)1600X400工作台最大纵向行程900工作台最大横向行程375工作台最大垂直行程400主轴套筒移动距离70主轴端面到工作台面距离50～450主轴转速范围30～1500r/min主轴转速级数18级工作台进给量X向1500㎜/分Y向1500㎜/分Z向60㎜/分主电机功率7.5KW伺服电机额定转矩X向18N.MY向18N.MZ向35N.M机床外形尺寸2495X2100X21702.数控系统的主要技术规格控制轴数3轴(X,Y,Z)联动轴数2.5轴最小设定单位0.001㎜最小移动单位0.001㎜最大指令值9999㎜程序存储量4000个字符程序号O+4位数字5.2数控铣削编程基础5.2.1数控铣床的编程特点数控编程是数控加工的重要步骤.用数控机床对零件进行加工时,首先要对零件进行加工工艺分析,以确定加工方法、加工工艺路线,正确选择数控刀具和装夹方法.然后按照加工工艺要求,根据所用数控机床规定的指令代码及程序格式,刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转速、进给量和背吃刀量)以及辅助功能(换刀、主轴正转/反转、切削液开/关等)编写加工程序清单,传送或输入到数控装置中,从而指挥机床加工零件.数控铣床的编程特点主要有以下几点:1).铣加工是机加工中最常用的方法之一,包括平面铣削和轮廓铣削.数控铣床可以加工复杂的和手工农业加工的工件,把一些用普通机床难以加工的内容用数控铣床加工,可以提高加工效率.由于数控铣床功能各异,规格繁多,编程十要考虑如何最大限度发挥数控机床特点.2坐标联动用于加工平面零件轮廓,3坐标以上联动的数控铣床用于难度较大的复杂工件的立体轮廓加工.2).数控铣床的数控装置具有多种插补方式.一般都具有直线和圆弧插补功能,有的还具有极坐标插补、抛物线插补、螺旋线插补等功能.编程要充分合理地选择这些功能,提高编程和加工的效率.3).编程时要充分熟悉机床所有的编程功能.如刀具长度补偿、刀具半径补偿、固定循环、镜像、旋转等功能.4).由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单.非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工,数学处理比较复杂,一般采用自动编程方式.5.2.2基本编程功能指令一.数控铣床的程序编制功能1.插补目前,数控铣床都具有直线插补和圆弧插补功能.所谓插补就是数控系统在两点之间按照一定的计算方法,所计算出来的一些点,根据这些点之间的连线可以近似地逼近直线或圆弧.刀具沿两点之间的直线插补点的连线运动称为直线插补.因为插补点非常密集,所以可以用这条连线近似地作为直线运动.刀具沿圆弧插补点的连线运动,也可以近似的称为圆周运动.2.刀具补偿刀具补偿功能是数控铣床中的一种非常重要的功能,其方法有刀具长度补偿和刀具半径补偿.3.镜像功能镜像功能是数控铣床用作简化程序的一种功能,即零件的被加工表面结构对于X轴或Y轴对称,就可以将程序简化为一半或1/4.然后,另一半或3/4用镜像功能加工.另外,还有比例缩放功能,即可以将程序按比例放大或缩小.4.坐标系的多种功能在设定工件坐标系时,可以设置成直角坐标,也可以设置成极坐标;可以让直角坐标平移,也可以让直角坐旋转.编程人员可以根据零件的加工要求,选择最简单、最方便的坐标系,以便简化程序.5.循环功能数控铣床以一些固定动作运动时,可以用一些指令来代替这些动作,从而可以简化程序.如钻孔固定循环动作,铣型腔固定循环动作.二.数控铣床的坐标系1.机床坐标系数控铣床是以机床主轴的轴线方向为Z轴方向,刀具远离工件的方向为Z轴正方向.X轴位于与工件安装面相平行的水平面内,人面对主轴的右侧方向为X轴正方向.Y轴方向可根据X,Z轴按右手定则来确定.机床原点的常用设置方法是使机床原点与机床参考点重合.机床启动后,首先要将机床回零,即执行手动返回参考点,使各轴都移动到机床原点,在数控系统内部建立一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系,CRT上显示此时主轴端面中心(对刀参考点)在机床坐标系中的坐标值均为零.2.工件坐标系用机床坐标系编程很不方便,通常使用工件坐标系来编程.工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系,工件坐标系的原点称为工件原点,也称为工件零点和程序原点.工件原点的位置是任意的,它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的.在选择工件原点的位置时应遵循以下原则:1).工件原点应选在零件图的尺寸基准上,这样便于坐标值的计算,并减少错误.2).对于对称零件,工件原点应选在对称中心上;3).对于一般零件,工件原点可设在工件外轮廓的某一个角上;4).Z轴方向的工件原点,一般设在工件表面;5).工件原点应尽量选择在精度高的表面,以提高被加工零件的加工精度.当工件安装在机床上进行加工之前,首先必须建立工件坐标系三.常用的G功能指令和M功能指令1.坐标系的设置与变换功能G54、G55、G56、G57为设置工件坐标系指令。在编制加工程序时,需要知道工件在机床2台上安装的确切位置,因此需要确定机床坐标系与工件坐标系之间的关系.系统允许编程人员使用6个特殊的工件坐标系,这6个工件坐标系可以预先通过CRT/MDI操作面板在参数设置方式下设定,并在程序中用G54～G59来选择它们.G54～G59设定的工件原点在机床坐标系中的位置是不变的,在系统断电后也不破坏,再次开机仍然有效,并与刀具当前的位置无关,除非再通过CRT/MDI方式更改.操作者在安装零件后,测量工件原点相对于机床原点的偏移量,并把在各轴方向上的偏移量,输入工件坐标偏置寄存器中,其后系统在执行程序时,就可以按照工件坐标系中的坐标值来运动了.2.绝对/增量尺寸编程指令G90/G91格式:G90/G91执行G90指令后,其后的所有程序段中的尺寸都是以工件原点为基准的绝对尺寸.上图用G90编程时程序为:G90G01X30.0Y30.0F100执行G91指令后,其后所有程序段中的尺寸都是以前一位置为基准的增量尺寸.上图用G91指令编程程序为:G91G01X-40.0Y30.0F100三.坐标平面选择指令G17/G18/G19机床坐标系和工件坐标系中三个互相垂直的轴X,Y,Z分别构成三个平面,即XY平面、YZ平面和XZ平面.对于3轴的数控铣床和加工中心,常用这些指令确定机床在哪个平面内进行插补运动.四.快速点定位程序段格式;G00X＿Y＿Z＿;快速点定位命令刀具相对于工件分别以各轴快速移动速度由始点(当前点)快速移动到终点定位.五.直线插补指令G01格式:G01X＿Y＿Z＿F＿;直线插补指令G01为刀具相对于工件以F指令的进给速度从始点(当前点)向终点进行直线插补.G01与F都是续效指令,应用第一个G01指令时,程序中必须含有F指令,否则系统认为进给速度为零.六.圆弧插补指令G02/G03格式:R是圆弧半径,当圆弧对应圆心角为0°～180°时,R取正值;当圆弧对应圆心角为180°～360°时,R取负值.I,J,K分别为圆心相对于圆弧起点在X,Y,Z轴方向上的增量尺寸.在同一程序段中I,J,K与R同时出现时,R有效.整圆编程举例七.暂停指令G04格式:G04X＿；八.米制和英制输入指令G21/G20G21/G20分别指令程序中输入的数据为米制或英制,一般机床出厂时,将米制输入G21指令设定为参数缺省状态.九.刀具长度补偿指令G43/G44格式;G43/G44D＿;.刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向(Z)的补偿,它使刀具在Z方向的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏置量.这样当刀具在长度方向上的尺寸发生变化时,可以在不改变程序的情况下,通过改变偏置量,加工出所要求的零件尺寸.有了刀具长度补偿功能,可以在不知道刀具长度的情况下,按假定的标准刀具长度编程,即编程不必考虑刀具的长短,实际用刀具与标准刀具长度不同时,可以用长度补偿功能进行补偿.加工中刀具因磨损、重磨、换新刀具而使刀具长度发生变化时,可不必修改程序中的坐标值,只要修改刀具参数库中的刀具补偿值即可.十.刀具半径补偿指令1.刀具半径补偿的目的在铣床上进行轮廓加工时,因为铣刀有一定半径,所以刀具中心轨迹和轮廓不重合.若数控装置不具备刀具半径补偿功能,则只能按照刀具中心轨迹中的点划线进行编程.其计算有时相当复杂,尤其是当刀具磨损或换新刀而导致刀具直径变化时,必须重新计算刀心轨迹,修改程序,这样既繁琐,又不易保证加工精度.当数控系统有刀具半径补偿功能时,编程只需按工件轮廓进行,数控系统可以自动计算刀心轨迹坐标,使刀具偏离工件轮廓一个半径值,进行半径补偿.2.刀具半径补偿方法在操作面板中输入被补偿刀具的半径补偿量,存储在刀具参数库里.程序段格式为:G17G41D013.刀具半径补偿功能的特点1).可以直接用零件的轮廓尺寸进行编程,而不必计算刀具中心轨迹.2).刀具因磨损或换新刀而引起半径变化后,不必修改程序,只需在刀具参数设置界面中修改刀具的半径补偿量.3).在同一程序中,利用同一尺寸刀具,可以分别进行粗、精加工4).利用同一程序,加工一个公称尺寸的内外两个型面.5).利用刀具补偿量控制轮廓尺寸精度.十一.选择机床坐标系指令G53十二.固定循环功能数控铣床的固定循环功能主要用于孔的加工,包括钻孔、镗孔和攻螺纹等.使用一个程序段就可以完成一个孔加工的全部动作.继续加工孔时,如果孔加工动作无需变更,则程序中所有模态数据都可以不写,因此可以大大简化程序.备注：课后作业：教材30页2题。