第二章 数控加工程序编制基础1、2、3、4

第一节编程的过程和方法一、什么叫数控编程根据零件图纸：分析零件如何才能在机床被加工出来抽取零件的加工信息：零件的加工顺序工件与刀具的相对运动轨迹、方向、位移量工艺参数（主轴转速、进给量、切削深度）辅助操作（主轴变速、刀具交换、冷却液开停、工件夹紧松开）按一定的格式,用规定的代码编写加工程序单将程序单的内容记录在程序介质上传送至数控装置控制机床加工分析零件图纸编写零件加工程序制作控制介质:过程1.分析零件图纸。要分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等，确定该零件是否适宜在数控机床上加工，或适宜在哪类数控机床上加工。有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。二、程序编制过程零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验完成NYNY零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验完成NYNY2.确定工艺过程确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)和加工路线(如对刀点、走刀路线)，并确定加工用量等工艺参数(如切削进给速度、主轴转速、切削宽度和深度等)。3.计算加工轨迹和加工尺寸在规定的坐标系中计算:零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值xY直线：起点、终点坐标几何元素的交点、切点坐标刀具刀位点轨迹坐标零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验完成NYNY圆弧：起点、终点、圆心坐标、半径零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验完成NYNY4.编写程序单按一定的格式，用规定的代码逐段编写加工程序另外：填写相关的工艺文件数控加工工序卡片数控刀具卡片机床调整单零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验完成NYNY将程序内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息。5.制备控制介质6.程序校验检查方法:机床空运转，图形显示:显示刀具轨迹动态模拟:模拟刀具与工件的加工过程首件试切:零件的加工精度零件的表面粗糙度三、数控编程的方法1.手工编程整个编程过程，都由人工完成。对编程人员素质要求高：适合于：几何形状比较简单的零件/一般的点位加工零件经济、省时具备机械工艺知识数值计算能力熟悉数控代码、编程规则2.自动编程：编程过程用计算机辅助的方法：自动完成适合于：几何形状复杂的零件/有复杂曲面的零件/几何形状并不复杂，但程序量很大的零件若手工编程，效率低、易出错编程人员：零件源程序图形交互构建几何图形将图形信息输入到计算机中零件源程序：编程人员根据零件图纸和工艺要求，用规定的语言（如APT）编写的程序。一、数控机床的坐标轴与运动方向第二节编程几何基础X、Y、Z直线进给坐标系按右手定则规定。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴A、B、C则按右手螺旋定则判定。标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。1.右手笛卡尔直角坐标系图2-1笛卡尔直角坐标系统+Z+Y+Z+C+X+Y+B+X+A+A、+B或+C+X、+Y或+Z若没有主轴，则规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为Z轴。（数控悬臂刨床）2.机床各坐标轴及其正方向的确定(1)先确定Z轴。若有主轴，以平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z轴。Z轴正方向是使刀具远离工件的方向。(2)再确定X轴。A.对于刀具旋转的机床:a）若Z轴是垂直的(立式机床):b）若Z轴是水平的(卧式机床):从主轴向立柱看去:X轴正方向指向右边。从主轴(刀具)后端向工件看去:X轴正方向指向右边X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手定则定出Y轴正方向。(3)最后确定Y轴。C.对刀具和工件都不旋转的机床刀具切削方向为X轴正向。B.对工件旋转的机床:在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为X轴正方向：刀具远离工件的方向。YZZXXZXXZXZXZY(a)(b)图2-2数控机床坐标系示例(a)卧式车床；(b)立式铣床上述坐标轴正方向，均是假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动而确定的方向，即刀具运动坐标系。但在实际机床加工时，有很多都是刀具相对不动，而工件相对于刀具移动实现进给运动的情况。此时，应在各轴字母后加上“’”表示工件运动坐标系。按相对运动关系，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’此外，如果在基本的直角坐标轴X、Y、Z之外，还有其他轴线平行于X、Y、Z，则附加的直角坐标系指定为U、V、W和P、Q、R，如图2-3所示。图2-3多轴数控机床坐标系示例(a)卧式镗铣床；(b)六轴加工中心+XB+X'+W+Z+Y+YB+ZC+X+W＋Y＋Z＋W＋X′B＋X＋Z＋WB＋Y＋XC(a)(b)说明：它是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定。机床坐标系是通过回参考点操作来确立的，参考点是确立机床坐标系的参照点。数控车床的机床原点多定在主轴前端面的中心，数控铣床的机床原点多定在进给行程范围的正极限点处。二、机床原点、参考点1.机床原点就是机床坐标系的原点。2.机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。XWM参考点定位开关XZXZXYZMRWZ机床原点参考点程序原点MWP工件原点RRMXZMRZXXZ参考点定位开关工件原点程序原点参考点机床原点RZWPRXYZMRWPW图2-4坐标原点与参考点每次开机启动后，或当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时，都应该先让各轴返回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。三、工件坐标系和工件原点1.编程时选工件图纸上的某一固定点为原点建立的坐标系，称为工件坐标系；该固定点即为工件原点。2.工件坐标系与机床坐标系的关系二者坐标轴平行、同向，但原点不同O1O2O3图2-5机床原点与工件原点在对零件图形进行编程计算时，必须要建立用于编程的坐标系，其坐标原点即为工件原点。而要把程序应用到机床上，工件原点在工件毛坯的什么位置，以及其在机床坐标系中的坐标是多少，都必须让机床的数控系统知道，这一操作就是对刀。O1O2O3图2-5机床原点与工件原点3.工件原点一般按如下原则选取：(1)工件原点应选在工件图样的尺寸基准上。这样可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少数据换算的工作量，使编程简单。(2)能使工件方便地装夹、测量和检验。(3)尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。数控车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。数控铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面。（4）对于有对称几何形状的零件，工件原点最好选在对称中心点上。（5）Z轴的工件原点通常选在工件的上表面。XWM参考点定位开关XZXZXYZMRWZ机床原点参考点程序原点MWP工件原点RRMXZMRZXXZ参考点定位开关工件原点程序原点参考点机床原点RZWPRXYZMRWPW图2-6坐标原点与参考点数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧的端点的坐标来进行的。当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量的话，称之为相对坐标或增量坐标表达方式。若按这种方式进行编程，则称之为相对坐标编程（增量坐标编程）。四、绝对坐标编程和相对坐标编程当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量的话，就称之为绝对坐标表达方式，按这种方式进行编程即为绝对坐标编程。例如，要从图1-18中的A点走到B点。YABX1830120152035图2-7绝对坐标和相对坐标用绝对坐标编程为：X12.0Y15.0；用相对坐标编程为：X-18.0Y-20.0。采用绝对坐标编程时，程序指令中的坐标值随着工件原点的不同而不同；而采用相对坐标编程时，程序指令中的坐标值则与工件原点的位置没有关系。同样的加工轨迹，既可用绝对编程也可用相对编程，但有时候，采用恰当的编程方式，可以大大简化程序的编写。因此，实际编程时应根据使用状况选用合适的编程方式。五、尺寸设定单位移动轴尺寸单位旋转轴尺寸单位英制英寸度公制毫米度脉冲当量移动轴脉冲当量旋转轴脉冲当量脉冲当量：相对于每一个脉冲信号，机床移动部件的位移量。直线位移：0.001mm/脉冲角位移：0.001度/脉冲第三节刀具补偿刀位点：在编制加工程序时，用来表示刀具位置的特征点。一、刀位点的概念数控加工控制刀具的运动轨迹实际上就是控制刀位点的轨迹。平头立铣刀球头铣刀钻头车刀、镗刀图2-8刀位点二、刀具位置补偿1.刀具半径补偿刀具的刀位点运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移一个刀具半径值，把这种偏移称为刀具半径补偿。、图2-9刀具半径补偿图2-10刀具半径补偿BCDA算出点A、B、C、D的坐标，按这些点编程。按轮廓ABCD编程再加上刀补引入和刀补取消的指令刀补取消刀补引入机床自动刀补ABCD人工预刀补编程G41刀心轨迹编程轨迹编程轨迹刀心轨迹G42(c)精加工余量R精铣刀具及刀补半径d粗铣实用刀具半径R粗加工刀心轨迹精加工刀心轨迹d粗加工刀补半径Rr＝R＋d(b)(a)2.刀具长度补偿用于刀具轴向的补偿，可使刀具在Z方向（一般）的实际位移量大于或小于程序给定的值，从而使长度不一样的刀具的端面在Z轴方向的运动的终点达到同一实际位置。图2-11刀具长度补偿＋Z程序中指令点实际到达点G44(Hxx)值程序中指令点实际到达点(Hxx)值G43＋Z1.零件程序号。以O、P开头，其后为1~9999之间的数值。如O0001。2.程序主体（程序段）3.程序结束。主程序结束指令M02或M30，子程序结束指令M99。第四节数控加工程序的结构与组成一、数控加工程序的结构O0021（程序开头程序号)N01G91G00X50Y60；N02G01X100Y500F150S300T12M03；N03X200Y350；：：：：N10G00X-50Y-60；N11M02；（程序结束)程序主体地址数字格式程序是目前国际上较为通用的一种程序格式。其组成程序的最基本的单位称之为“字”，每个字由地址字符(英文字母)加上带符号的数字组成。二.程序的构成字母（地址符）+符号+数字→指令字→程序段→程序。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。各种指令字组合而成的一行即为程序段，如：N30G01X2500Y3000F500整个程序则由多个程序段组成。即：一个完整的零件加工程序程序段指令字(代码字)带符号的数字地址符1.数控程序中主要包含的代码字的地址符地址符功能后跟数字范围意义表示程序号0000~~9999指定程序编号OPNGXYZIJKRFSMT程序段号0~~9999指定程序段号准备功能00~~99指定机床运动状态(使机床建立起某种加工方式)坐标字±99999.999指定坐标轴移动坐标/圆弧中心坐标、半径进给功能1~~15000mm/min指定进给速度主轴转速0~~9999r/min指定主轴转速辅助功能00~~99定机床电器开/关动作刀具功能1~~100定刀具编号、偏置2.指令字（指令代码）:一般符合ISO标准地址符带符号数字G01G02M03M02F100一个完整的零件加工程序程序段代码字(指令字)带符号的数字地址符（1）G代码（准备功能/G功能）由地址符G和其后的2位数字组成，即G00~G99共100种。G代码用来建立某种加工方式，如规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置。具体功能如表1-1，1-2所示。代码组意义代码组意义代码组意义*G00快速点定位*G40刀补取消G73车闭环复合循环G01直线插补G41左刀补