第7章数控加工编程28888291

计算机辅助数控编程CAD/CAM技术本章学习目标•掌握数控加工编程的概念•学习数控编程的方法和步骤•理解计算机辅助编程的一般原理•了解APT语言编程技术•学习图形交互式自动编程方法•了解数控程序的检验方法和仿真形式重点：辅助数控编程的概念、原理、步骤CAD/CAM技术学习内容1.数控编程的基本概念2.手工编程方法3.数控自动编程4.自动编程的刀位算法CAD/CAM技术1.数控编程的基本概念••数控编程的内容与步骤•数控编程的基准•数控编程的指令代码•数控加工程序的结构与格式CAM是CAD/CAM及CIMS的重要组成部分数控编程是数控加工的重要内容：数控机床是采用计算机控制的高效能自动化加工设备，数控加工程序是数控机床运动与工作过程控制的依据为降低编程工作难度、提高编程效率，减少和避免数控加工程序的错误，计算机辅助数控编程技术不断发展CAD/CAM技术数控编程的内容与步骤分析图纸，进行工艺处理，确定工艺过程•确定加工方案：根据零件的几何形状特点及技术要求，选择加工设备•确定零件的装夹方法及选择夹具•合理地选择走刀路线1）保证零件的加工精度及表面粗糙度；2）取最佳路线；3）有利于数值计算，减少程序段和编程工作量•正确的选择对刀点：1）对刀位置(程序的起点)应使编程简单；2）对刀点容易找正，方便加工；3）加工过程便于检查；4）引起的加工误差小•合理选择刀具：安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好…计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改CAD/CAM技术数控编程的内容与步骤根据零件几何形状，确定走刀路线，按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸，计算刀具运动轨迹，得到刀位数据误差处理是编程中重要内容：逼近误差：用直线段或圆弧段直接逼近零件轮廓或由样条函数拟合曲线时产生，亦称拟合误差插补误差：插补算出的线段与理论线段之间的误差，与计算时所取的字节长度有关圆整误差：插补完成后，由于分辨率的限制，将其圆整而产生的误差，与机床的分辨率有关计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改CAD/CAM技术数控编程的内容与步骤编写零件加工程序，按照规定的程序格式的编程指令，逐段写出零件加工程序计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改传统数控机床程序输入是通过穿孔纸带或磁带等现在可通过控制面板或网络通迅将程序输送到数控系统中准备好的程序和纸带必须校验和试切削，才能正式加工如以笔代替刀具，坐标纸代替工件进行空运转画图，检查机床运动轨迹与动作的正确性，现代多采用先进的数控加工仿真系统，对数控序进行检验CAD/CAM技术对刀点和刀位点对刀点：确定刀具与工件相对位置的点（起刀点）对刀点一般是工件或夹具上的点，或者易于测量的相关点对刀点确定，机床坐标系与工件坐标系的相对关系也就确定CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XY车刀Z刀位点：刀具上的特定点，用于确定刀具在机床坐标系中位置CAD/CAM技术加工线路的确定n个ba))(1)1(2bananb+-=-+=（蓝线长红线长+切入/出段+切入/出段原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量切向切入径向切入在满足精度要求前的提下，尽可能减少空行程CAD/CAM技术数控编程的基准数控编程使用的输入代码、坐标位移指令、坐标系统命名、加工指令、辅助指令、主运动和进给速度指令、刀具指令及程序格式等都已制定了一系列的标准数控机床坐标系绝对坐标与增量坐标使用数控机床加工时，必须编制零件的加工程序理想的加工程序不仅应保证加工出符合设计要求的合格零件，同时能使数控机床功能得到合理的应用和充分的发挥，且能安全可靠和高效地工作CAD/CAM技术数控机床坐标系JB3051-82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》对数控机床的坐标、运动方向明确规定:机床的直线运动采用为笛卡尔直角坐标系，其坐标命名为X、Y、Z，使用右手定律判定方向以X、Y、Z坐标轴线为中心的旋转运动，分别称为A、B、C，正方向按右手螺旋定律确定为了保证数控机床的正确运动，避免工作不一致性，简化编程和便于培训编程人员，统一规定了数控机床坐标轴的代码及其运动的正、负方向CAD/CAM技术方向的定义Z坐标轴：由传递切削力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z坐标。对于车床、磨床等主轴带动零件旋转和对于铣床、钻床、镗床等主轴带动刀具旋转，与主轴平行的坐标系即为Z坐标；如果没有主轴，如牛头刨床，Z轴垂直于工件装卡面。正方向规定：刀具远离工件的方向•X坐标轴：X坐标是水平的，平行于工件的装夹面•Y坐标轴：Y坐标轴垂直于X及Z坐标其它平行的直线运动，分别命名为U、V、W坐标轴，称第二坐标系CAD/CAM技术典型数控系统：FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、HITSUBISHI（日本）等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。CAD/CAM技术绝对坐标与增量坐标•运动轨迹的坐标点以固定的坐标原点计量，称绝对坐标系•运动轨迹的终点坐标值以其起点计量的坐标称增量坐标系注意：有些数控系统没有绝对和增量尺寸指令，当采用绝对尺寸编程时，尺寸字用X、Y、Z表示；采用增量尺寸编程时，尺寸字用U、V、W表示。CAD/CAM技术数控编程的指令代码数控编程使用G指令代码，M指令代码及F、S、T指令描述加工工艺过程和数控系统的运动特征，数控机床的启停、冷却液开关等辅助功能以及给出进给速度、主轴转速…国际上广泛采用ISO—1056—1975E标准，国家机械工业部制定了等效的JB3208-83标准用于数控编程注意：各生产厂家使用的代码、指令等不完全相同，编程时应遵照机床编程手册中的具体规定模态指令：或称续效指令，该指令在一个程序段中一经指定，直到出现同组的另一个G指令时才失效非模态指令：只在它所处的程序段有效，下一段程序需要时必须重写编程指令——系统操作代码的总称CAD/CAM技术G指令——准备功能•作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作•组成：G后带二位数字组成（1）坐标快速定位（G00）与插补（G01、G02和G03）指令这是一组模态指令，同时只能一个有效，缺省为G00G00—快速点定位指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到下一个目标位置。快速定位，无运动轨迹要求。如G00X0.Y0.Z100.使刀具快速移动到(0,0,100)G01—直线插补指令使机床进行两坐标(或三坐标)联动，在各个平面内切削出任意斜率的直线。如G01X10.Y20.Z20.使刀具从当前位置移动到(10,20,20)G02—顺时针圆弧插补指令G03—逆时针圆弧插补指令使用圆弧插补指令前必须应用平面选择指令指定圆弧插补的平面如G02X20.Y20.I10.J0.，其中X、Y为圆弧的终点坐标，I、J为圆心相对于圆弧起点（由上一条指令给出）的增量坐标G00用于快速定位刀具，没有对工件进行加工，可以在几个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。编程格式:G00X(U)Y(V)Z(W)；式中，X、Y、Z为刀具移动的目标点坐标。注意事项：使用G00指令时，刀具的实际运动路线并不一定是直线，而是一条折线。因此，要注意刀具是否与工件和夹具发生干涉。CAD/CAM技术G指令——准备功能G01用于直线插补指令，命令刀具在两坐标间以插补联动方式按指定的进给速度做任意斜率的直线运动，该指令是模态（续效）指令。编程格式:G01X(U)Y(V)Z(W)F；式中，X、Y、Z为刀具移动的目标点坐标；F为进给速度。说明：G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程由G90/G91决定。G02/G03编程格式在零件上加工圆弧时，不仅要用G02/G03指出圆弧的顺逆时针方向，指定圆弧的终点坐标，而且还要指定圆弧的中心位置。常用指定圆心位置的方式有两种。G02/G03的指令格式有两种：G02/G03ABabF;或G02/G03AB/RF;CAD/CAM技术暂停指令G04G04指令可使刀具作暂短的无进给光整加工，一般用于镗平面、锪孔等场合。编程格式G04X（P）;说明:地址码X或P为暂停时间。其中：X后面可用带小数点的数，单位为秒，如G04X5表示前面的程序执行完后，要经过5s的暂停，下面的程序段才执行；地址P后面不允许用小数点，单位为ms。如G04P1000;表示暂停1s。CAD/CAM技术G指令（2）G17、G18、G19—坐标平面选择指令一组模态指令，缺省为G17G17指定零件进行XY平面上的加工G18、G19分别为ZX、YZ平面上的加工在进行圆弧插补、刀具补偿时必须使用这些指令（3）G40、G41、G42—刀具半径补偿指令一组模态指令，缺省为G40G40为刀具半径补偿撤消指令，使用该指令后G41、G42指令无效。G41和G42分别为左(右)偏刀具补偿指令，即沿刀具前进方向看(假设工件不动)，刀具位于零件的左(右)侧时刀具的半径补偿数控装置大都具有刀具半径补偿功能，为编程提供了方便。当铣削零件轮廓时，不需计算刀具中心运动轨迹。而只需按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上使用刀具拨码盘或用键盘人工输入刀具半径，数控装置便自动计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。当刀具磨损或重磨后，刀具半径变小，这时只需手工输入改变后的刀具半径，而不必修改已编好的程序CAD/CAM技术G指令（4）G43、G44、G49—刀具长度补偿指令一组模态指令，缺省为G49G43为刀具长度正补偿，G44为负补偿，G49为取消刀具长度补偿（5）G54～G59—选择程序原点1～6一组模态指令，没有缺省方式在已存储程序原点偏置量的六个工件坐标系中选择一个，以后的各轴坐标位置都是相对于所选择的工件坐标系（6）G90、G91—绝对坐标尺寸及增量坐标尺寸编程指令一组模态指令，缺省为G90G90—程序段的坐标值按绝对坐标编程G91—程序段的坐标值按增量坐标编程（7）G92或G50—设定工件坐标系按照刀具当前位置与工件原点位置的偏差，设置当前刀具位置坐标（8）G73～G89—固定循环加工包括钻孔、攻螺纹、镗孔…,循环加工功能简单循环:G80：内（外）径切削循环1.圆柱面内（外）径切削循环格式：G80X__Z__F__；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示，其符号由轨迹1和2的方向确定。该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。CAD/CAM技术2.园锥面内（外）径切削循环：G80X__Z__I___F__；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示。I：为切削起点B与切削终点C的半径差。其符号为差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程)。该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。CAD/CAM技术G81：端面切削循环1.端平面切削循环格式：G81X__Z__F__；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示，其符号由轨迹1和2的方向确定。该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。CAD/CAM技术2.园锥端面切削循环：G81X__Z__K__F__；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示。K：为切削起点B相对于切削终点C的Z向有向距离。该指令执行如图3.3.19所示A→B→C→D→A的轨迹动作。CAD/CAM技术G82：螺纹切削循环直螺纹切削循环：G82X（U）__Z（W）__R__E__