数控加工编程基础

第2章数控加工编程基础第2章数控加工编程基础2.1概述2.2字符与代码2.4程序段与程序格式本章小结2.3数控机床的坐标系第2章数控加工编程基础本章学习目标：本章是数控编程的基础，主要讲述了数控编程的基础知识，常用G代码及M代码功能指令，数控机床坐标系，数控程序段与程序格式等。本章要求熟悉数控加工程序格式以及编程步骤，熟记数控机床坐标系的确定方法和右手笛卡尔直角坐标系的应用。第2章数控加工编程基础本章教学学时：4学时本章教学要求重点数控机床的坐标系；常规加工程序的格式。难点数控机床的坐标系第2章数控加工编程基础2.1概述目的：程序编制是数控加工的一项重要工作，理想的加工程序不仅应保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床安全可靠及高效地工作。内容与步骤：分析被加工零件的零件图，确定加工工艺过程；进行刀具运动轨迹坐标计算；编写程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切等。2.1.1数控机床编程的目的与步骤第2章数控加工编程基础1．分析零件图纸分析工件材料、形状、尺寸精度及毛坯形状和热处理等，确定工件在数控机床上进行加工的可行性。2．工艺处理制定数控加工工艺除考虑一般工艺原则外，还应考虑充分发挥所有数控机床的指令功能，走刀路线要短，换刀次数尽可能少等。（1）确定加工方案；（2）刀具、工夹具的设计和选择；（3）选择对刀点：对刀点是指刀具相对零件运动的起始点。对刀点也称作程序起始点或起刀点。对刀点的选择原则是：所选对刀点应使程序编制简单、工件容易找正，并在加工过程中便于检查和减小加工误差的位置。（4）确定加工路线：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率；保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程的工作量。（5）确定切削用量：包括背吃刀量、侧吃刀量、主轴转速（切削速度）及进给速度。第2章数控加工编程基础3．进行刀具运动轨迹坐标计算根据零件图的几何尺寸、进给路线及设定的工件坐标系，计算工件粗、精加工各种运动轨迹关键点的坐标值。4．编写程序单编程人员要了解数控机床的性能、程序指令代码以及数控机床加工零件的过程，才能编写出正确的加工程序。5．制备控制介质控制介质有穿孔带、磁带、磁盘和U盘等。6．程序校验和首件试切程序的验证可采用仿真软件（如：德国的Dialog；国产的宇龙、斯沃、金银花数控仿真软件等）在计算机上进行模拟，也可利用数控机床的空运行功能进行检验，以检查机床的动作和运动轨迹的正确性。为了检查出由于编程计算不准确或刀具调整不当造成的加工误差的大小，还需经过试切进行检验。根据试切情况对程序进行修改。第2章数控加工编程基础2.1.2数控机床程序的编制方法1．手工编程从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成。对形状简单的工件，可以使用手工编程。手工编程既经济又及时。但对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件（如叶片、复杂模具），或者表面的几何元素并不复杂而程序量很大的零件（如复杂的箱体），或者工步复杂的零件，手工编程就难以胜任，因此必须用自动编程的方法。为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效解决复杂零件的加工问题，应当使手工编程向自动编程方向发展，但也要看到，手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心的经验都来源于手工编程，二者是相辅相成的。2．自动编程自动编程也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。典型的自动编程有人机对话式自动编程及图形交互式自动编程。第2章数控加工编程基础UGCATIAPRO/ECimatronMasterCAMDELCAMCAXA制造工程师常用的CAD/CAM软件CAD-ComputerAidedDesign计算机辅助设计CAM-ComputerAidedManufacturing计算机辅助制造第2章数控加工编程基础（1）UG：Unigraphics是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件，现被西门子公司收购，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。第2章数控加工编程基础（2）CATIA：Catia是法国达索（Dassault））公司推出的产品，法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。CATIA据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。CATIA具有较强的编程能力，可满足复杂零件的数控加工要求。目前一些领域采取CATIA设计建模，UG编程加工，二者结合，搭配使用。（3）Pro/E：是美国PTC（参数技术有限公司）开发的开发的软件，是全世界最普及的三维CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用，设计建模采用PRO/E，编程加工采用MASTERCAM和CIMATRON是目前通行的做法。第2章数控加工编程基础（3）Cimatron：Cimatron系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。CimatronCAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎，国内模局制造行业也在广泛使用。（4）MasterCAM:MasterCAM是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型，Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。MasterCam具有较强的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多种选择方式，可以满足复杂零件的曲面加工要求，同时具备多轴加工功能。由于价格低廉，性能优越，成为国内民用行业数控编程软件的首选。第2章数控加工编程基础（５）DELCAM：FeatureCAM是美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAMCAM软件，全新的特征概念，超强的特征识别，基于工艺知识库的材料库，刀具库，图标导航识别，基于工艺卡片的编程模式。全模块的软件，从2~5轴铣削，到车铣复合加工，从曲面加工到线切割加工，为车间编程提供全面解决方案。DELCAM软件后编辑功能相对来说是比较好的。近年来国内一些制造企业正在逐步引进，以满足行业发展的需求，属新兴产品。（６）CAXA制造工程师：CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAD／CAM产品，为国产CAD／CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。作为我国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌，CAXA已经成为我国CAD/CAM/PDM业界的领导者和主要供应商。CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。第2章数控加工编程基础2.2字符与代码2.2.1字符与代码字符（Character）：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由0～9共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。第2章数控加工编程基础2.2.1字符与代码字符（Character）：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由0～9共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。第2章数控加工编程基础2.2.2数控机床功能代码1．准备功能准备功能（G功能）是使数控机床建立起某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。G功能由地址符G和其后的两位数字组成，从G00~G99共100种功能。2．辅助功能辅助功能（M功能）是用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，工件或刀具的夹紧和松开，刀具的更换等功能。辅助功能字由地址符M和其后的两位数字组成。从M00～M99共100种功能。第2章数控加工编程基础2.3数控机床的坐标系2.3.1坐标系及运动方向的规定目前，国际标准化组织已经统一了标准的坐标系。我国已制订了JB3051-82《数控机床坐标和运动方向的命名》数控标准，它与ISO841等效。标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，如图2-2所示。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。+Y+Y+Y+X+Z+X+Z+C+B+A+X+Z+X′+Z′+Y′+A+B+C+C′+A′+B′+A、+B或+C+X、+Y或+Z第2章数控加工编程基础+Y+Y+Y+X+Z+X+Z+C+B+A+X+Z+X′+Z′+Y′+A+B+C+C′+A′+B′+A、+B或+C+X、+Y或+Z在坐标轴命名或编程时，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相对静止不动，而刀具在移动，即刀具相对运动的原则，并同时规定刀具远离工件的方向为各坐标的正方向。标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，如图2-2所示。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。第2章数控加工编程基础2.3.2机床坐标轴的确定确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。1．Z轴的确定Z轴的方向是由传递切削力的主轴确定的，标准规定：与主轴轴线平行的坐标轴为Z轴，并且刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。图2-3卧式车床图2-5立式铣床第2章数控加工编程基础对于没有主轴的机床，如牛头刨床等，则以与装夹工件的工作台面相垂直的直线作为Z轴方向。如果机床有几根主轴，则选择其中一个与工作台面相垂直的主轴，并以它来确定Z轴方向（如图2-4立式车床）。图2-4立式车床第2章数控加工编程基础2．X轴的确定平行于导轨面，且垂直于Z轴的坐标轴为X轴。X轴是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。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，且平行于横滑座导轨面，刀具远离工件旋转中心的方向为X轴正方向。如图2-3所示。注意：对于刀架在工件前侧时，数控车床的X轴正方向与图2-3方向相反。数控车床（刀具后置）数控车床（刀具前置）第2章数控加工编程基础2．X轴的确定对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床等），如果Z轴是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方向为X轴的正方向。如图2-5所示如果Z轴是水平的，则面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为X轴的正方向，如图2-6所示。图2-5立式铣床图2-6卧式铣床第2章数控加工编程基础3．Y轴