第2章数控加工程序的编制工

1第二章数控程序的编制22.1概述2.1.1数控程序编制的内容与步骤在数控机床上加工零件时，也必须对零件进行工艺分析，制定工艺规程，同时要将工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式记录在控制介质上，将此控制介质上的信息输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。分析零件图样工艺处理数学处理编写程序单输入数控系统程序检验数控机床修改3内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。1）分析零件图样和制定工艺方案4在确定了工艺方案后，要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，需要计算出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。2）数学处理5在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。3）编写零件加工程序6一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用：（1）机床空运转的方式（2）图形模拟（3）对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。（4）采用与被加工零件材料相同的材料进行试切。当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。4）程序检验71）手工编程手工编程是由人工完成编程的全部步骤。手工编程适用于零件形状简单、程序段较少、计算简单的场合。它是自动编程的基础。2）自动编程对于零件形状复杂或程序量大的零件采用手工编程则工作量很大或不可能时，就必须借助计算机CAM软件进行自动编程。2.1.2数控机床程序的编制方法82.2数控加工工艺基础数控加工工艺分析内容：1)选择数控机床，确定工序内容。2)分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。3)设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。92.2数控加工工艺基础4)调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。5)分配数控加工中的容差。6)处理数控机床上部分工艺指令。102.3数控程序的编制2.3.1数控加工程序段格式及程序结构一个数控加工程序由程序名、程序体和结束符组成。程序名由O和4位数字组成，如O0001，O1234等。程序体由若干程序行组成，如：O0001(程序名)N10G54G90G00X-40.Y-20.Z30.（程序行）N20S1000M03N30Z1.011N40G01Z-3.F50……N150G00Z30.N160M02（程序结束）程序结束有的是指令，如M02，有的数控系统则以“%”等作为程序结束标志。一个程序段中各指令的格式为：N35G01X26.8Y32.Z15.428F152.122.3.2数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统，包括坐标轴、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念为了使数控系统规范化（标准化、开放化）及简化编程，ISO对数控机床的坐标系统作了若干规定。13坐标系的规定数控机床的坐标系采用右手直角坐标系14数控机床坐标轴及其方向的确定不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。1）z轴通常将传递切削力的主轴轴线定位Z坐标轴，对于刀具旋转的机床如铣床、钻床、镗床等，旋转刀具的轴线为Z轴。对于工件旋转的机床如车床，则工件旋转的轴线为Z轴。Z轴的正方向为刀具远离工件的方向。152）x轴X坐标轴一般是水平的，它平行于工件的装夹面且与Z轴垂直。对于工件旋转的机床如车床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行横滑座。正方向为刀具远离工件的方向。对于刀具旋转的机床如铣床则规定：当Z轴水平时，从刀具主轴后端向刀具方向看，X轴的正方向为水平向右方向；当Z轴竖直时，面对主轴向立柱方向看，X轴的正方向为水平向右方向。163）y轴在确定了Z、X轴后，Y轴可按照右手直角坐标系确定。4）旋转轴旋转轴的确定是在X、Y、Z轴确定后，按照右手螺旋法则进行确定。数控机床坐标轴及其方向的确定173、机床原点机床原点——现代数控机床一般都有一个基准位置，称为机床原点或机床绝对原点。是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。铣床的机床原点车床机床原点18与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂前由机床制造商精密测量确定。机床参考点一般不同于机床原点。一般来说数控车床的参考点为刀架上的某一点。加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。4、机床参考点19二、工件坐标系及工件原点1、工件坐标系工件坐标系是编程人员在编制数控加工程序时根据零件图纸所建立的坐标系。编程时编程尺寸都按工件坐标系中的坐标制确定。需要注意的是，在建立工件坐标系时，工件坐标系各坐标轴必须与机床坐标系个坐标轴对应起来，即X、Y、Z轴要平行，正方向一致。202、工件原点工件原点，是编程人员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为程序原点。程序原点一般用G92或G54～G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）指定。二、工件坐标系及工件原点211、绝对坐标：刀具运动过程中所有的刀具位置坐标是以一个固定的编程原点为基准给出的，即刀具运动的指令数值（刀具运动的位置坐标），与某一固定的编程原点之间的距离给出的。三、绝对坐标与增量坐标222、增量坐标：刀具运动的指令数值是按刀具当前所在位置到下一个位置之间的增量给出的三、绝对坐标与增量坐标232.3.3数控加工程序常用编程指令1、准备功能指令准备功能指令由字符G和其后的1～3位数字组成，常用的从G00～G99，很多现代CNC系统的准备功能已扩大到G150，如表2-2所示。准备功能的主要作用是指定机床的运动方式，为数控系统的插补运算作准备。24G代码又分为模态代码（也叫续效代码）和非模态代码（非续效代码）。模态代码是同组代码出现之前一直有效的代码。即一个模态G功能被指令后，直到同组的另一个G功能被指令才无效。而非模态的G功能仅在其被指令的程序段中有效。G01X10.Y10.G04D01X20.Y30.G01X10.Y10.G02X40.Y50.R10.X60.Y80.R10.1、准备功能指令251）与坐标系有关的指令——G90G91G92G90为绝对坐标编程，编程坐标相对于固定的工件原点，如图所示。常用的G指令例：如图所示，直线终点B的坐标，用绝对坐标时，写成G90G00X30.Y37.26G91为相对坐标编程，编程坐标是相对于上一指令的运动终点，如图所示。常用的G指令例：如图示，直线终点B的坐标，用增量坐标时，写成G91G00X20.Y25.27G92工件坐标设定，用于设置工件坐标原点在机床坐标系的坐标。格式：G92X_Y_Z_常用的G指令例：如图示，O为工件原点，写成G92X20.Y10.Z10.28坐标平面选择指令——G17G18G19G17为X-Y平面选择；G18为X-Z平面选择；G19为Y-Z平面选择；常用的G指令29快速移动指令——G00格式：G00X_Y_Z_刀具以系统默认的进给速度移动到目标点X___Y___Z____。常用的G指令例：图中，从点（20，20）快速运动到点（100，60）G00X100.Y60.30直线插补指令——G01格式：G01X_Y_Z_F_;刀具以F指令指定的进给速度移动到直线终点X___Y___Z____。常用的G指令例：图中，从点（20，20）加工到点（100，60）G01X100.Y60.F10031圆弧插补指令：G02（顺圆插补）G03（逆圆插补）格式：G17G02（或G03）X_Y_I_J_G18G02（或G03）X_Z_I_K_G19G02（或G03）Y_Z_J_K_G17G02（或G03）X_Y_R_G18G02（或G03）X_Z_R_G19G02（或G03）Y_Z_R_常用的G指令32圆弧插补指令：G02（顺圆插补）G03（逆圆插补）圆心坐标（i、j、k）编程：i、j、k为圆心相对圆弧起点的坐标值，且总为增量值（该定义以机床使用说明书为准）半径R编程：小于或等于180度圆弧用R+，大于180度圆弧用R-编程。注意：不能用于整圆编程常用的G指令33顺逆圆的判定：顺着垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向看，如果圆弧是顺时针方向加工，则为顺圆弧，逆时针方向加工，则为逆圆弧。如图所示。常用的G指令34（1）绝对值编程G92X200.0Y40.0Z0;G90G03X140.0Y100.0R60.0F300.;G02X120.0Y60.0R50.0;常用的G指令或G92X200.0Y40.0Z0;G90G03X140.0Y100.0I-60.0J0.0F300.G02X120.0Y60.0I-50.0J0.035（2）增量值编程G91G03X-60.0Y60.0R60.0F300.G02X-20.0Y-40.0R50.0;常用的G指令或G91G03X-60.0Y60.0I-60.0F300.G02X-20.0Y-40.0I-50.0366）刀具半径补偿指令——G41G42G40常用的G指令为了减少计算量和编程方便，数控装置大部分具有刀具半径补偿功能。当编制程序时，不计算刀具中心的轨迹，只要按照零件轮廓编程，并在数控装置中设置好补偿半径值，数控装置在执行指令时，自动计算刀具中心轨迹，并按刀具的中心轨迹运动。如图示，按零件轮廓编程，用半径补偿指令后，刀具按照虚线轨迹运动。37左补和右补的区分：沿着刀具前进的方向看，刀具在要加工轮廓的左侧，则为左补，在右侧为右补。G41为刀具半径左补偿，格式：G41G00(G01)X__Y__D__；D__为补偿代号。G42为刀具半径右补偿，格式：G42G00(G01)X__Y__D__；D__为补偿代号。G40为取消刀具半径补偿，格式：G40G00(G01)X__Y__；常用的G指令38例：利用半径补偿指令编写下图轮廓加工程序，刀具R5mm，切削深度5mm。0100G54G90G00X-50.Y0.M03S500G00Z5.0GO1Z-5.0F100常用的G指令G42G01X-10.Y0.D01(D01=5.0)39常用的G指令G01X60.Y0.G03X80.Y20.R20.G03X40.Y60.R40.G01X0.Y40.G01X0.Y-10.G40G01X0.Y-40.G00Z40.M05M02407）刀具长度补偿指令——G43G44G49使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。加工时，用MDI方式输入刀具的长度尺寸，即可正确加工。另外，当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。常用的G指令417）刀具长度补偿指令——G43G44G49G43为长度正补偿，格式：G43Hxx，xx为补偿代号，当该把刀具比标准刀具长时，用G43补偿。G44为长度负补偿，格式：G44Hxx，xx为补偿代号，当该把刀具比标准刀具短时，用G44补偿。G49为取消长度补偿，格式：G49常用的G指令标准刀刀具1刀具2428）工件坐标偏置指令——G54～G59根据零件图样所标尺寸基点的相对关系和有关形位公差要求，为编程