1数控编程与操作

绪论计算机数控CNC(ComputerNumericalControl)数控机床的编程及操作是我们机电一体化专业学习数控加工最重要也是最直接的一门课，通过这门课的学习，我们可以把最传统的机械加工与最先进的计算机编程通过数控这根纽带完美的结合起来，从而真正达到机与电的一体化。数控加工最关键的还是工艺问题，工件如何装夹，怎样找正；工艺路线的确定，先干什么，后干什么；被加工材料的特点是什么；应选用什么材料制作刀具；如何磨刀，刀角度的确定；以及切削用量的确定这些是编程的实质内容是关键，一旦编好程序，数控加工时只需按相应的键代替普通机械加工的摇手柄，反而简单。课程目的:进度安排:几点要求：1.严格遵守实验室的规章制度,爱护公物。2.注意安全，胆大心细，不可蛮干，确保万无一失。3.珍惜在校学习的有限时光，尽可能多地掌握些专业技能。第1章数控编程基础1.1数控加工的基本过程1.1.1概述数控加工---就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式(数控语言或符号)编制的。编程---就是把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用数字指令形式(数控语言)记录在介质上，并输入数控系统。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。1.1.2数控机床加工过程机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的更换，冷却液的开启、关闭等。图1-1是数控机床加工过程框图。从框图中可以看出在数控机床上加工零件所涉及的范围比较广，与相关的配套技术有密切的关系。一名合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，应熟练地掌握工艺分析、工艺设计和切削用量的选择，能正确地选择刀辅具并提出零件的装夹方案，了解数控机床的性能和特点，熟悉程序编制方法和程序的输入方式。刀具调整卡模拟调试程序操作机床试切刀辅具选取确定刀具手工编程程序输入自动编程通讯传输工艺分析刀具方案零件图纸工艺设计夹具方案组合夹具可调夹具通用夹具成品刀对装件工夹图1-1数控机床加工过程框图1.2数控编程技术1.2.1数控编程的内容(1)分析零件图样，确定工艺过程包括确定加工方案，选择合适的机床、刀具及夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等。包括建立工件的几何模型，计算加工过程中刀具相对工件的运动轨迹等，随着计算机技术的发展，比较复杂的刀具走刀轨迹的计算，可以借助于计算机绘图软件(如CAXA)来完成。数学处理的最终目的是为了获得编程所需要的所有相关位置坐标数据。(2)数学处理(3)编写程序单按照数控装置规定的指令和程序格式，编写零件的加工程序单。(4)制作程序介质并输入程序信息加工程序可以存储在控制介质(如穿孔纸带、磁盘)上，作为控制数控装置的输入信息。通常，若加工程序简单，可直接通过机床操作面板上的键盘输入；对于大型复杂的程序(如CAD/CAM系统生成的程序一般为几百K或几兆)，往往需要由外部计算机通过通信电缆进行DNC传递。(5)程序校验和试切削编制的加工程序必须通过空运行、图形动态模拟或试切削等方法检验程序的正确性。当发现错误时，通过分析产生错误的性质来修改程序或调整刀具补偿参数，直到加工出合格的零件。1.2.2数控编程方法(1)手工编程手工编程是指从零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序单、纸带制作和检验等均由人工完成。它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。本书所讲的是手工编程的知识。(2)自动编程自动编程即计算机编程，可分为以语言和绘画为基础的自动编程方法。但是，无论是采用何种自动编程方法，都需要有相应配套的硬件和软件。可见，实现数控加工编程是关键。但光有编程是不行的，数控加工还包括编程前必须要做的一系列准备工作及编程后的善后处理工作。1.2.3数控加工内容的选择数控加工前对工件进行工艺设计是必不可少的准备工作。无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的工件进行工艺分析、拟定工艺路线、设计加工工序。因此，合理的工艺设计方案是编制加工程序的依据，工艺设计做不好往往造成工作反复，工作量成倍增加的后果。编程人员必须首先搞好工艺设计，再考虑编程。当选择并决定对某个零件进行数控加工后，并非其全部加工内容都采用数控加工，数控加工可能只是零件加工工序中的一部分。因此，有必要对零件图样进行仔细分析，立足于解决难题、提高生产效率，注意充分发挥数控的优势，选择那些最适合、最需要的内容和工序进行数控加工。一般可按下列原则选择数控加工内容：(1)普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。(2)普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。(3)普通机床效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。相比之下，下列一些加工内容则不宜选择数控加工：(1)需要用较长时间占机调整的加工内容。(2)加工余量极不稳定，数控机床上无法自动调整零件坐标位置的加工内容。(3)不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。此外，在选择数控加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产率及综合经济效益等指标都明显提高的目的，要防止将数控机床降格为普通机床使用。第2章数控机床的坐标系统2.1机床坐标轴为了保证数控机床的正确运动，保持工作的一致性，简化程序的编制方法，并使所编程序有互换性，ISO标准和我国国家标准都统一规定了数控机床坐标轴及其运动方向，这给数控系统和机床的设计、使用及维修带来了极大的方便。2.1.1机床坐标轴及相互关系基本坐标轴——国标规定直线进给坐标轴用X、Y、Z表示，常称基本坐标轴。右手直角笛卡尔法则——X、Y、Z坐标轴的相互关系符合右手直角笛卡儿法则。如图2-1所示，右手的大拇指、食指和中指保持相互垂直，拇指的指向为X轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，分别以大拇指指向+X、+Y、+Z方向，其余四指则分别指向+A、+B、+C轴的旋转方向。图2-1右手直角笛卡尔坐标系确定原则:(1)刀具相对运动、工件静止的原则数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带动工件运动来实现。通常在编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件是静止的，即刀具在坐标系内相对于静止的工件运动。（2）运动方向的原则以增大工件与刀具距离的方向或刀具远离工件的方向作为坐标的正方向。如果把刀具看作相对静止不动，工件移动，则在坐标轴的符号上加注“′”，如X′、Y′、Z′等。按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：+X=-X′+Y=-Y′+Z=-Z′+A=-A′+B=-B′+C=-C′同样两者运动的负方向也彼此相反。2.1.2机床坐标轴的方向机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局，通常有以下规律：（1）Z轴通常把传递切削力的主轴定为Z轴。对于工件旋转的机床，如车床、磨床等，工件转动的轴为Z轴；对于刀具旋转的机床，如镗床、铣床、钻床等，刀具转动的轴为Z轴；如图2-2所示。Z轴的正方向取为刀具远离工件的方向。图2-2数控机床的标准坐标系（2）X轴X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直。对于工件旋转的机床(如车床、磨床等)，X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑座，刀具远离工件旋转中心的方向为X轴的正向；对于刀具旋转的机床(如铣床、镗床、钻床等)，若Z轴是垂直的，面对刀具主轴向立柱看时，X轴正向指向右；若Z轴是水平的，当从主轴向工件看时，X轴正向指向右。（3）Y轴当X轴与Z轴确定之后，Y轴垂直于X轴和Z轴，其方向可按右手直角笛卡尔定则确定。小结：1、数控编程的内容2、右手直角笛卡尔法则3、数控机床坐标轴的确定规律作业：1、如何确定数控机床的坐标轴？