华科大数控技术--_第3章_数控机床的程序编制

第3章数控机床的程序编制3.1概述3.1.1数控编程的基本概念程序编制：从零件图纸分析到获得数控机床所需控制介质的全部过程。即把待加工零件的工艺过程及参数、刀具轨迹、切削参数等3.1.2编程的内容和步骤1.确定加工方案零件的：材料选择：合适的数控机床形状合适的刀具尺寸合适的夹具精度要求合适的装夹方法热处理硬度2.工艺处理确定以下参数：1）选择对刀点和换刀点。2）确定走刀路线。3）确定切削参数。3.数学处理编程中需知道工件每段轮廓的起点、终点及线形。其中一些参数是不能从零件的设计图纸直接得出的，需要计算，如某些角度的直线到圆弧的切点。数控机床一般只能加工直线或圆弧。若工件表面的轮廓是其它线形更加复杂的轮廓面需要用计算机才能进行拟合并进而进行数学处理。（求起点、终点、线形等）4.编写程序根据所用机床和刀具以及指令格式，按照轮廓段逐段编写程序，一段轮廓一句程序5.制备控制介质制作程序的载体。6.程序检验和输入机床检验内容：刀具路径是否错误，是否发生干涉，加工出来的工件是否符合要求。检验方法：空走刀，或加工模拟。3.1.3数控编程方法1.手工编程当零件比较简单时可以用手工编程（零件轮廓仅由直线和圆弧组成）。2.APT语言编程早期的自动编程语言。3.交互式图形编程有的软件能在三维造型的基础上通过交互式对话自动生成数控程序。常用的软件有Mastercam、制造工程师（CAXA）、开目CAD等。3.2数控编程的基础3.2.1编程的几何基础1.机床坐标系机床使用笛卡尔直角坐标系。X、Y、Z为移动坐标，A、B、C为旋转坐标。实行右手定则2.轴及方向规定（1）Z轴将传递切削力的主轴轴线定为Z坐标轴。对于刀具旋转的机床，如铣、钻、镗床，旋转刀具的轴线定为Z轴。对于工件旋转的机床，如车、外圆磨床，工件的轴线定为Z轴。当机床有几个主轴时，选择一个垂直于工件装夹面的主轴定为Z轴。对于工件和刀具都不旋转的机床，如刨、插床，Z轴垂直于工件装夹面。Z轴的正方向以刀具远离工件的方向为准。（2）X坐标轴X轴一般是水平的、平行于工件的装夹面且与Z轴垂直。对于工件旋转的机床，X轴在工件的径向上，且平行于横滑座，以刀具离开工件旋转中心方向为正方向。对于刀具旋转的机床：①当Z轴是水平方向时，从刀具主轴向工件看，＋X运动方向指向右方；②当Z轴为垂直方向时，对于单立柱机床，从刀具主轴向立柱看，＋X运动方向指向右方。对于龙门式机床，从主轴向左侧看，＋X运动方向指向右方。（3）Y坐标轴Y轴的方向由X轴和Z轴按右手定则来确定。X、Y、Z坐标系是按刀具相对于工件运动的原则命名的，而带撇（“’”）的坐标X’、Y’、Z’则表示工件相对于刀具运动的坐标系。（4）回转轴绕X轴旋转的刀具（工件）称为A轴，绕Y轴旋转的刀具（工件）称为B轴，绕Z轴旋转的刀具（工件）称为C轴。＋X、＋Y、+Z方向：大拇指所指方向。（5）其它附加轴：X、Y、Z为主坐标系通常称为第一坐标系，还有平行于主坐标系轴的第二直线运动时为第二坐标系，对应命名为U、V、W轴；若还有第三直线运动，则对应命名为P、Q、R轴，称为第三坐标系。立式铣床卧式铣镗床数控车床数控车和铣床的标准坐标系数控车床立式升降工作台数控铣床3.坐标系机床坐标系：机床本身固有的坐标系。（具有固定的原点和坐标轴方向）机床原点：机床坐标系的原点。(出厂已确定）机床参考点：用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点。工件坐标系：用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系。(G92)工件原点：工件坐标系的原点。编程坐标系：编程人员为方便编制数控程序所设定的坐标系。一般情况下，编程坐标系与工件坐标系一致。绝对坐标系：刀具（或工件）运动位置的坐标值均是相对于某一固定坐标原点计算的坐标系。（G90)相对坐标系：刀具（或工件）运动位置的终点坐标值均是相对于起点坐标计算的坐标系。(G91)4.绝对坐标编程和增量坐标编程G90：按绝对坐标编程。G91：按相对坐标编程。G90和G91均用第一坐标系X、Y、Z表示，在没有设定相对坐标系前，常用第二坐标系U、V、W表示。XYB（20，30）A（10，20）O如图中所示，B点的绝对坐标为（20，30），是相对于坐标系XOY；B点相对于A点的相对坐标为（10，10）。模态和非模态代码模态代码：指一经在一个程序段中使用，便保持有效到以后的程序段中出现同组的另一代码时才失效，也称为续效代码。非模态代码：指一旦在一个程序段中使用，不能保持在以后的程序段中有效。参看教材P326附表1。3.3数控系统的指令代码3.3.1数控程序组成（1）加工程序的组成例：%1234标题，程序名，0001~9999N10G92X25.0Y45.0Z15.0；对刀点（25，45，15）N20G00Z2.0；快进刀至Z=2mm处N30M30；程序结束。程序段结束号；*顺序号准备功能进刀速度主轴转速刀具编号坐标值N0100G01X50Y50Z50F100S200T01M05；辅助功能（2）程序段：为了完成某一动作要求所需功能“字”的组合。每一个字是一个控制机床的具体指令，它由一个英文字母开头，其后是几个数字构成。3.3.2数控加工指令1.准备功能指令－G指令指令代码模态功能说明指令代码模态功能说明G001快速定位运动G441刀具长度负补偿G011直线插补G54-591选定工件坐标系1～6G021顺时针圆弧插补G73-851固定循环用指令G031逆时针圆弧插补G901用绝对坐标编程G04#暂停G911用相对坐标编程G17-191XY/XZ/YZ平面选择G92#设定工件临时坐标系G201英制G981固定循环后返初点G211公制G991固定循环后返R点G401取消刀补G1001取消镜像G411刀具左补偿G1011镜像G421刀具右补偿G110-1291选定工件坐标系7～30G431刀具长度正补偿G92--设置工件坐标系编程格式：G92XYZG92指令是将工件坐标系原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上。例：G92X20Y10Z10其确立的工件坐标系原点在距离刀具起始点X=-20，Y=－10，Z=－10的位置上。工件坐标系选择指令G54-G59格式：G54G90G00(G01)XYZ；该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。通过CRT/MDI方式设置的。G54:X-66.79Y35.84G55:X36.09Y54.25与G92的比较（1）G92X10Y10G92指令程序段只是设定工件坐标系，并不产生任何动作，这时刀具已在加工坐标系中的X10Y10点上。（2）G54-G59指令程序段可以和G00、G01指令组合，如G54G90G01X10Y10时，运动部件在选定的工件坐标系中进行移动。程序段运行后，无论刀具当前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的X10Y10点上。（3）机床断电后G92设定工件坐标系的值将不存在，而G54-G59设定工件坐标系的值是存在的。G00：快速点定位指令，刀具分别按照各轴快速进给速度从当前位置移动到给定的坐标点。格式：G00XYZ；G01：直线插补指令。格式：G01XYZ；绝对编程指令G90相对编程指令G91相对坐标编程：N0010G91G00X20Y20M03N0020G01Y30F100N0030X30N0040Y-30N0050X-30N0060G00X-20Y-20M05N0070M02绝对坐标编程：N0010G90G00X20Y20M03N0020G01Y50F100N0030X50N0040Y20N0050X20N0060G00X0Y0M05N0070M02圆弧插补指令G02、G03：圆弧插补指令。（1）其中G02－顺时针圆弧插补，G03－逆时针圆弧插补。（2）顺、逆判断：向垂直于运动平面的坐标轴的负方向观察。格式一：G02（G03）XYZIJK格式二：G02（G03）XYZRXYZ：绝对坐标和增量坐标均可。IJK：圆心相对于起点的增量坐标。半径R：当R=0时，加工0°－180°的圆弧；当R0时，加工180°－360°的圆弧。编制整圆时，可以省略终点坐标值（XYZ）。G04：暂停指令。圆弧插补举例（1）当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：G02X321.65Y280I40J140F50或：G02X321.65Y280R-145.6F50（2）当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为：G03X160Y60I-121.65J-80F50或：G03X160Y60R-145.6F50刀具长度补偿刀具组合完成后刀尖的长度（刀尖到主轴端面距离）不可能一致，显然用长度补偿的方法去修正这种误差较为方便。刀具Z方向移动的距离是：指令值+刀具偏置值。刀具偏置值存放在“刀具偏置值寄存器中”。偏置值为+偏置值负值刀具半径补偿指令刀具半径补偿：刀具中心轨迹偏离理论轨迹一个刀具半径，由计算机自动完成。G41---左刀补：刀具的进给方向在工件轮廓的左边G42---右刀补：刀具的进给方向在工件轮廓的右边G40---取消刀补G17---XY平面（刀补平面）G18---ZX平面G19---YZ平面D00,D01,…,D32---刀具偏置号（D代码）刀具半径补偿的实现过程刀具补偿的建立：以G41（或G42）与G01（或G00）配合实现。格式：G41G01（G00）（G42）XYZ刀具补偿的执行刀具补偿的撤销：以G40与G01（或G00）配合实现格式：G40G01（G00）XYZ建立刀补执行刀补撤销刀补建立刀补执行刀补撤销刀补左刀补（G41）的实现过程右刀补（G42）的实现过程加工轮廓面加工轮廓面刀具半径补偿的计算直线：刀补后刀具中心轨迹仍然与原直线平行，计算刀具中心轨迹的起点和终点的坐标值。圆弧：刀补后刀具中心轨迹仍然是一个与原圆弧同心的圆弧，计算刀补后圆弧的起、终点坐标值和刀补后的圆弧半径。XYOOXYααααA（x，y）A’（x’，y’）A’（x’，y’）rrA（x，y）B刀补和C刀补B刀补：一般的刀补只能计算出直线或圆弧终点的刀具中心值，而对于两个程序段之间在刀补以后可能出现的一些特殊情况没有给予考虑，这种刀补方法称为B刀补。C刀补：能实现程度段间的尖角过渡，能自动进行拐点处刀具中心轨迹交点计算的刀补方法称为C刀补。内外轮廓加工时的半径补偿铣削外轮廓时，两个程序段之间会出现间断DC’和EC’；对于铣削内轮廓，两个程序段之间会出现交叉重合（交叉点C’’）。B刀补无法在自动实现对间断或交叉重合情况的处理，只能事先予以考虑，给出一定的处理方法。ACBA’C’DEB’C’’刀具内轮廓外轮廓C刀补程序段间转接情况分析（以直线与直线转接为例）有时以圆弧代替直线插入圆弧与圆弧、圆弧与直线的转接情况均可以采用类似于直线与直线转接的处理方法。如圆弧与圆弧之间的转接，可以采用上一段圆弧（加入刀补半径后）终点处的切线与下一段圆弧（加入刀补半径后）起点处的切线进行转接处理。刀具中心并非始终偏离工件轨迹一个刀具半径距离缩短型伸长型插入型rrrr零件加工面刀具中心轨迹转接点刀具半径补偿举例%2113N05G92X0.0Y0.0Z50.0；对刀点(0，0，50)N10G91G17G41T01G00X75.0Y75.0Z-48.0；N15G01X100.0Y170.0Z-12.0F150；N20X200.0；N25X60.0Y-70.0；N30Y-40.0；N35G02X-60.0Y-60.0I-60.0；N40G01X-300.0；N42G00Z60.0N45G40X-75.0Y-75.0M03；N50M30编程举例%0002G92X-80Y-50Z50N1G91G42G00X80Y50Z-48N2G01Z-12F120X50N3Y40N4X40N5Y-40N6X30N7G03X30Y30J30N8G01Y20