第二章数控编程

第二章数控加工程序的编制2020/2/12数控技术1第二章数控加工程序的编制第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床2内容提要本章将简要介绍数控加工工艺和典型数控加工方法、手工加工程序编制（G,M代码）的方法及编程实例；第二章数控加工程序的编制第二章数控加工程序的编制2020/2/12数控技术3第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床4一.程序编制的基本概念数控加工程序编制概念从零件图纸到数控加工指令的有序排列（制成控制介质）的全过程。将零件加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、s、t)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床52.编程方法：手工编程和自动编程手工编程定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力）适用：①几何形状不太复杂的零件；②三坐标联动以下加工程序第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床6自动编程：定义：编程人员根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。适用：①形状复杂的零件，②虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）③虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算）第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床7比较用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床81.图纸工艺分析在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上：明确加工内容及要求；确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序；切削用量（f、s、t）等工艺参数。二、手工编程的内容和步骤第一节概述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第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床92.计算运动轨迹－数学处理根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值－坐标计算，逼近处理，精度验算；将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。错误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修改第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床103.编制程序及初步校验根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。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第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床114.制备控制介质将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。第一节概述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第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床125.程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。第一节概述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第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床13常用的校验和试切方法：阅读法模拟法:检查程序的正确性平面轮廓：用笔代刀具坐标纸代工件→空运转绘图。空间曲面：用蜡块、塑料、木料或价格低的材料作工件→试切。图形仿真：用计算机平面或三维图形仿真加工过程第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床14试切法：检查运动轨迹正确性和加工精度上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床15三、数控加工工艺简介和数控加工方法•数控加工的工艺分析数控机床加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还必须注意以下几点：选择合适的对刀点对刀点（起刀点）：确定刀具与工件相对位置的点。是确定工件坐标系与机床坐标系的关系的点。对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床16第一节概述CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ35对刀点选择示例第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床17第一节概述XY平面上孔中心或圆柱面轴心：对刀点的确定工具——杠杆表第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床18刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。第一节概述镗刀钻头立铣刀、端铣刀面铣刀指状铣刀球头铣刀车刀第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床19第一节概述对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。YZ30工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床20选择对刀点的原则：选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。选在对刀方便，便于测量的地方。选在便于坐标计算的地方，最好在坐标原点或已知坐标值的点上。加工中心为防止换刀与工件相碰，换刀点应选在工件之外第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床21第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床22加工线路的确定加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。孔类加工（钻孔、镗孔）原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程：第一节概述n个))(1)1(2bananb+-=-+=（黄线长红线长ba+切入/出段+切入/出段第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床23车削或铣削：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。第一节概述切向切入径向切入第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床24空间曲面的加工图©用棒铣刀加工，粗超度小，但工件长时无法加工；图(a)、(b)用球头铣刀加工，有残余刀痕，粗超度大。第一节概述(c)(b)(a)第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床25加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的工艺要求。利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床26程序编制中的误差数控机床上加工零件的误差分类：加工过程的误差：它是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。编程误差：即用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的误差。第一节概述第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床27△a算法误差：为用近似算法逼近零件轮廓时产生的误差（一次逼近误差、拟合误差）如用直线或圆弧去逼近某曲线时或用近似方程式去拟合列表曲线时的误差。△b计算误差：插补算出的线段与理论线段之间的误差，它与在计算时所取的字节长度有关。△c圆整误差：它是插补输出时，由于分辨率的限制，将其圆整而产生的误差。它与数控系统的分辨率有关。第一节概述),,(cbafSp=编程误差：第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床28第一节概述三种误差的关系如图所示：原则：应小于零件精度的10%pSΔaΔbΔcΔYΔX算法误差计算误差圆整误差第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床29第一节概述2.数控加工方法平面孔系零件的加工方法对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床30第一节概述旋转体类零件的加工方法采用数控车床或数控磨床加工，车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。4321先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工可先按图中的方法进行1~4次粗加工，再精加工成形。第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床31第一节概述难加工部位的工艺问题：图(c)圆圈所示的加工部位较难加工。图(c′)方法：当处在轴向进刀时，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。图(c″)方法：由于没有单独的轴向进刀，切削条件大为改善，切程序段数可减少一半。CC′C″第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床32第一节概述平面轮廓零件的加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段，若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床33第一节概述空间轮廓表面的加工方法空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法。第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床34第一节概述三轴两联动加工-----“行切法”。以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给（2轴半）。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。方法加工的表面光洁度较差。YXZX第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床35第一节概述三轴联动加工下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。SSXYSSZXYXZ第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床36第一节概述四轴联动加工方法如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三座标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。除了三移动坐标的联动外，刀具还应绕O1O2作摆动以保证刀具与工件全长贴合。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。1O2OZ第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床37五轴联动加工：螺旋桨是典型零件一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角摆动运动。并且还要作相应的附加补偿运动（摆动中心与铣刀的刀位点不重合）。综上所述，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。第一节概述后倾角）(j1m4m2m3mZ螺旋角）(iOjjRAXBY第二章数控加工程序的编制2020/2/12数控技术38第二节程序编制的代码及格式第二章数控加工程序的编制2020/2/12数字控制机床39第二节程序编制的代码及格式经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（InternationalStandardizationOrganization－