第5章数控机床的程序编制

第5章数控机床的程序编制本章概述本章首先介绍了数控编程的基本知识(包括方法、步骤、坐标系等)，其次第二、三节主要是根据数控编程的步骤逐一进行讲解(包括加工工艺分析和数值计算)，然后以数控车床为例重点介绍其编程的整个过程，最后本章还简单地介绍了自动编程。教学目标1.掌握数控编程的步骤、代码含义和程序的格式，明确坐标轴的设定和两种坐标系。2.明确整个数控编程的过程。3.重点掌握数控车床的编程过程，理解程序中每一步的含义。4.初步了解自动编程。下一页第5章数控机床的程序编制5.1数控编程的基本知识5.2数控机床的坐标系5.3数控机床加工工艺分析5.4程序编制中数值节点的计算5.5数控车床的程序编制5.6计算机自动编程5.1数控编程的基本知识使用普通机床加工工件时，一般是根据工艺规程或工艺过程卡确定加工表面，但切削用量、走刀路线等往往由操作人员自行选定。数控编程是指根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息制作成控制介质的整个过程。5.1.1数控编程的步骤1.分析零件图样和工艺要求分析零件图样和工艺要求的目的，是为了确定加工方法、制订加工计划，以及确认与生产组织有关的问题，此步骤的内容包括:确定该零件应安排在哪类或哪台机床上进行加工。采用何种装夹具或何种装卡位方法。确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工。确定加工返回下一页5.1数控编程的基本知识路线，即选择对刀点、程序起点(又称加工起点，加工起点常与对刀点重合)、走刀路线、程序终点(程序终点常与程序起点重合)。确定切削深度和宽度、进给速度、主轴转速等切削参数)确定加工过程中是否需要提供冷却液、是否需要换刀、何时换刀等。2.数值计算根据零件图样几何尺寸，计算零件轮廓数据，或根据零件图样和走刀路线，计算刀具中心(或刀尖)运行轨迹数据。数值计算的最终目的是为了获得数控机床编程所需要的所有相关位置坐标数据。3.编写加工程序单常用数控机床编程指令一组有规定次序的代码符号，可以作为一个信息单元存贮、传递和操作。程序员根据工艺过程、数值计算结果以及辅助操作要求，按照数控系统规定的程序格式填写工件的加工程序单。上一页返回下一页5.1数控编程的基本知识4.制作控制介质，输入程序信息程序单完成后，编程者或机床操作者可以通过CNC机床的操作面板，在EDIT方式下直接将程序信息输入CNC系统程序存储器中;也可以根据CNC系统输入、输出装置的不同，先将程序单的程序制作成或转移至某种控制介质上。控制介质大多采用穿孔带，也可以是磁带、磁盘等信息载体，利用穿孔带阅读机或磁带机、磁盘驭动器等输入(输出)装置，可将控制介质上的程序信息输入到CNC系统程序存储器中。5.程序检验编制好的程序，在正式用于生产加工前，必须进行程序运行检查。在某些情况下，还需做零件试加工检查。根据检查结果，对程序进行修改和调整，检查一修改一再检查一再修改……这往往要经过多次反复，直到获得完全满足加工要求的程序为止。下一页上一页返回5.1数控编程的基本知识5.1.2数控编程中有关标准及代码需要说明的是，数控机床的指令格式在国际上有很多标准，并不完全一致。而随着数控机床的发展也在不断改进和创新，其系统功能更加强大和使用更方便，在不同数控系统之间，程序格式上存在一定的差异，因此，在具体进行某一数控机床编程时，要仔细了解其数控系统的编程格式，参考该数控机床编程手册。数控代码是数控装置传递信息的语言，也是字符在控制介质上的编码。程序单中给出的字符都按规定的代码穿出孔来。有孔表示二进制“1”，无孔表示二进制“0”。根据穿孔纸带上一排孔有、无状态的不同，便可得到不同的信息。现在数控机床多采用八单位穿孔纸带(见第一章)。上一页下一页返回5.1数控编程的基本知识•目前常用的代码有:国际标准化组织(ISO)标准和美国电子工业学会(EIA)标准。ISO代码为偶数码，它的特点是穿孔纸带上每一排孔的孔数必须为偶数。其第八列为偶校验位，当某个代码的孔数为奇数时，就在该代码行的第八列穿一个孔，使孔的总数为偶数。EIA代码为奇数码，其第五列为补奇孔。补偶与补奇的目的是为了检验数控机床在读人程序时穿孔纸带是否有少穿孔、破孔的现象。若有问题，控制系统就会步及警，并命令停机。•5.1.3程序的结构与格式•每一种数控系统，都有一定的程序格式。一般来说，不同的数控机床，其程序格式也不同，所以编程人员在编程之前必须充分了解具体机床的程序格式。上一页下一页返回5.1数控编程的基本知识1.程序的结构一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。例如:下一页上一页返回5.1数控编程的基本知识(1)程序号程序号的作用是区别存储器中的程序，就好像我们在计算机中建立的文件名。在EIA代码系统中一般采用英文字母0加上几位数字组成。(2)程序内容程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段有一个或多个指令。由它指导数控机床动作。(3)程序结束以指令M02(用纸带时M30)作为整个程序结束的标志。2.程序段格式程序段是代表控制信息的字的集合。以某个顺序排列的字符集合称为字。控制信息是以字为单位进行处理的。在一个程序段中，字的书写规则称为程序段格式。日前广泛应用的是文字一地址程序段格式，这种格式由语句号字、数据字和程序段结束等组成。各字前有地址，各字的排列顺序要求不严格，数据的位数可多可少，使用非常方便。上一页下一页返回5.1数控编程的基本知识文字-地址程序段格式如下。N-G-X-Y-Z-…F-S-T-M-:文字地址符的说明。（1)程序段号N程序段号代表程序段的序号，用来检索程序段。程序段号一般位于程序段之首，用地址码N和后面的若干位数字表示。(2)准备功能字G准备功能指令由字母G和后续两位数字组成，它表示不同的机床的操作动作。我国JB/T3208-1999标准规定了从G00G99共100种代码(见表5-1)。G代码分为模态代码和非模态代码。模态代码表示该代码一经在某一个程序段中指定，直到以后程序段中出现同一组的另一代码才失效。而非模态代码只在指令出现的程序段中才有效。标准中“不指定”代码，用作修订标准时指定新功能。“永不指定”代码，说明标准中永不使用。这两类G代码，可以由机床数控系统生产厂商自行定义新功能，但必须在系统的操作说明书中予以说明。上一页下一页返回5.1数控编程的基本知识(3)尺寸字X,Y,Z等尺寸字用来给定机床坐标轴位移的方向和数值，它由地址码、正负号及数值构成。尺寸字的地址码主要有用于指定到达点的直线坐标尺寸的Z,Y,Z,U,V,W,P,Q、R;用于指定到达点角度坐标的A,B,C;用于指定零件圆弧轮廓的圆心坐标尺寸I,J,K;用于指令补偿号的D,H等。(4)进给功能字F进给功能字用来规定机床进给速度。它的表示方法主要有每分钟进给量(mm/min)和每转进给量(mm/r)。进给速度一经指定，对后续程序都有效，一直到指令新的进给速度为止。(5)主轴功能字S主轴功能字用于指定主轴转速。主轴转速指定后，对后续程序段都有效，一直到它的指令值改变为止。主轴转速的指令方法有:指定每分钟转数(m/min),指定切削速度(m/min）.上一页下一页返回5.1数控编程的基本知识(6)刀具功能字T该功能用于指令加工中所用刀具号及自动补偿号。其自动补偿主要指刀具的刀位偏差、刀具长度补偿及刀具半径补偿。(7)辅助功能字M辅助功能字用以指令数控机床中辅助装置的开关动作或状态。如主轴的转、停，切削液的开、关，刀具的更换等。M指令有M00-M99共100种，见表5-2.(8)程序段结束写在每一程序段之后，表示程序段结束当用EIA标准代码时，结束符为“CR”,ISO标准代码使用“NL”或“LF”，有的用符号“;”或“*”表示。上一页下一页返回5.1数控编程的基本知识数控编程的方法数控编程方法主要有手工编程和自动编程两种。(1)手工编程由操作者或编程人员以人工方式完成整个加工程序编制工作的方法，称为手工编程。对于点位加工或由直线及圆弧组成的简单轮廊加工，计算比较简单，程序段不多，采用手工编程较为合适。但对于形状复杂的工件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及多维曲面的工件，需要进行烦琐的计算，程序段很多，易出错也难以校核，有的甚至无法用手工计算，此时要采用自动编程。(2)自动编程自动编程时，程序员根据工件图样的要求，使用数控语言编写工件的源程序，输入计算机，由计算机自动计算刀具轨迹，编写工件加工程序单、制作穿孔纸带等。自动编程借助于计算机强大的数字、图形处理功能，使得一些计算复杂、手工编程困难或无法编出的程序能够得以实现。从而降低了程序员的劳动强度，提高了编程效率，减少了出错几率。上一页返回5.2数控机床的坐标系5.2.1数控机床的坐标轴规定数控机床坐标轴，是为了准确地描述机床的运动，简化程序的编制方法，并使所编程序具有互换性数控机床坐标轴的指定方法已标准化，我国在JB/T3051-1999中规定厂各种数控机床的坐标轴和运动方向。1.坐标轴和运动方向命名的原则.标准的坐标系采用右手直角笛卡几坐标系，如图5-1所示，大拇指的方向为X轴正方向，食指为Y轴的正方向，中指为Z轴的正方向;.永远假定刀具相对于静止的工件而运动;.标准规定机床某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向;.机床旋转坐标运动的正方向是按照右旋螺纹旋入工件的方向。下一页返回5.2数控机床的坐标系2.坐标轴的指定(1)X轴X轴通常是水平轴，它平行于工件的装夹表面;.对于工件旋转的机床(如车床)，X轴的方向取水平的径向，其正方向为刀具远离工件旋转中心的方向;.对于刀具旋转的机床，若Z轴是垂直的，当从主轴向立柱看时，X轴正方向指向右，若Z轴是水平的，当从主轴向工件方向看时，X轴正方向指向右;.对刀具和工件均不旋转的机床，X坐标平行于主要切削方向，并以切削方向为正方向.(2)Y轴Y轴垂直于X,Z轴;Y轴根据X,Z轴，按照右手直角笛卡几坐标系确定。上一页下一页返回5.2数控机床的坐标系(3)Z轴Z轴是首先要指定的轴。规定机床的主轴为Z轴，由它提供切削功率;.如果机床没有主轴(如数控剑床)，则取Z轴为垂直于工件装夹表面方向;.如果一个机床有多个主轴，则取常用的主轴为Z轴。(4)旋转坐标A,B,C分别表示其轴线平行于X,Y,Z轴的旋转坐标。A,B,C的正方向，相应地表示在X,Y,Z坐标正方向上，按照右旋螺纹前进的方向。(5)附加坐标若在X,Y,Z主要直线运动之外，还有平行于它们的运动，可分别将它们指定为U,V,}%，若还有第三组运动，则分别指定为P,Q、R。上一页下一页返回5.2数控机床的坐标系5.2.2机床坐标系与工件坐标系1.机床坐标系机床坐标系XYZ是生产厂家在机床上设定的坐标系，其原点是机床上的一个固定点,作为数控机床运动部件的运动参考点，在一般数控车床中，如图5-2所示，原点为卡盘端面与主轴轴线的交点;在一般数控立铣床中，原点为运动部件在X,Y,Z三根坐标轴反方向运动的极限位置的交点，即在此状态下的工作台左前角上。上一页下一页返回5.2数控机床的坐标系2.工件坐标系设定工件坐标系XpYpZp目的是编程方便。设置工件坐标系原点的原则应尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。在数控车床中，如图5-3所示，原点Op点一般设定在工件的右端面与主轴轴线的交点上。在数控铣床中，如图5-4所示，Z轴的原点一般设定在工件的上表面，对于非对称工件，X,Y轴的原点一般设定在工件的左前角上;对于对称工件，X,Y轴的原点一般设定在工件对称轴的交点上。上一页返回5.3数控机床加工工艺分析5.3.1刀具的选择合理选择数控加工用的刀具，是工艺处理中的重要内容之一。它不仅影响机床的加工效率