第二章-数控加工编程基础(1)

1第二章数控加工程序编制基础2本章教学目标通过本单元内容的学习，使学生：掌握数控编程的基础知识；掌握数控加工工艺的特点和内容；掌握数学处理的内容。为第三章数控加工编程方法的学习做准备。3主要内容2.1概述2.2数控编程中的常用指令2.3数控编程中的工艺处理2.4数控编程中的数学处理主要内容第二章数控加工程序编制基础4数控编程的内容和步骤；数控机床坐标系；加工程序结构与格式；2.1概述5数控编程就是将零件加工的工艺顺序、运动轨迹与方向、位置量、工艺参数以及辅助操作，按照动作顺序用规定的代码和程序格式编成加工程序单，再将其制作成控制介质的过程。2.1概述2.1.1数控编程的基本概念62.1概述1．零件图纸分析根据零件的材料、毛坯种类、形状、尺寸、精度、表面质量和热处理要求确定合理的加工方案，并选择合适的数控机床。2.1.2数控编程的内容和步骤零件图纸数值计算零件图纸分析工艺处理编写程序制备控制介质校验和试切错误修改72．工艺处理（1）加工方法和工艺路线的确定（2）刀具、夹具的设计和选择数控加工夹具设计和选用时:应能迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。并尽量使用组合夹具，以缩短生产准备周期。所用夹具应便于安装在机床上，便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系。2.1.2数控编程的内容和步骤8（3）对刀点的选择对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点。对刀点选择应以简化程序编制、容易找正、在加工过程中便于检查、减小加工误差为原则。对刀点可以设置在被加工工件上，也可以设置在夹具或机床上。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。2.1.2数控编程的内容和步骤9（4）加工路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。确定加工路线是编写程序前的重要步骤，加工路线的确定应遵循以下原则:①加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。②使数值计算简单，以减少编程工作量。③应使加工路线最短，这样既可以减少程序短，又可以减少空刀时间。（5）切削用量的确定2.1.2数控编程的内容和步骤103．数学处理数学处理就是根据零件的几何尺寸和确定的加工路线，计算数控加工所需的输入数据。对于加工由直线和圆弧组成的较简单的二维轮廓零件：只需计算出零件轮廓上相邻几何元素的交点或切点（称为基点）坐标值。对于较复杂的零件或零件的几何形状与数控系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算。2.1.2数控编程的内容和步骤114．程序编制根据所使用机床的数控系统的指令、程序段格式，逐段编写零件加工程序。5．控制介质制备程序编完后，需制作控制介质，作为数控系统输入信息的载体。主要有磁盘、U盘、移动硬盘等。数控加工程序还可直接通过数控系统操作键盘手动输入到存储器，或通过RS232C、DNC接口输入。2.1.2数控编程的内容和步骤126．程序校验和试切削数控加工程序一般应经过校验和试切削才能用于正式加工。校验可以采用空走刀、空运转画图等方式以检查机床运动轨迹与动作的正确性。在具有图形显示功能和动态模拟功能的数控机床上或CAD/CAM软件中，用图形模拟刀具切削工件的方法进行检验更为方便。2.1.2数控编程的内容和步骤13这些方法只能检验出运动轨迹是否正确，不能检查被加工零件的加工精度。在正式加工前一般还需进行零件的试切削。当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，及时采取措施加以纠正。2.1.2数控编程的内容和步骤142.1.3数控编程的方法编程方法：自动编程手工编程手工编程是指由人工完成数控编程的全部工作，包括零件图纸分析、工艺处理、数学处理、程序编制等。应用范围:几何形状不太复杂的零件；点位加工或由直线与圆弧组成的二维轮廓加工。15自动编程是指由计算机来完成数控编程的大部分或全部工作，如数学处理、加工仿真、数控加工程序生成等。自动编程的方法：主要分为语言编程、图形交互式编程、语音编程等方法。应用范围:形状复杂的零件；虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）；虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线的计算）等。2.1.3数控编程的方法16BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFTZENDWHOMETPgDnOPgUpJRSTE65“432？198:7YXVU[]SRPQNMKLIHFGDCABESC14''彩色显示器空运行Z轴锁定MST锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱动器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010090增量倍率1000101001坐标轴选择ZYXO2002N01G91G00G41D01X-50Y25S400M03M08；N02M98P01L10；N03G40M02；#01工艺分析手工编程的过程自动编程的过程2.1.3数控编程的方法17机床坐标系：是为了确定工件在机床中的位置、机床运动部件的特殊位置（如：换刀点、参考点）以及运动范围（如：行程范围、保护区）等所建立的几何坐标系，它是机床上固有的坐标系。2.1.4数控机床坐标系18进给运动坐标系ISO和中国标准规定：–数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。2.1.4数控机床坐标系标准的数控机床坐标系：是一个右手笛卡尔直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。192.1.4数控机床坐标系+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图2-1右手直角笛卡尔坐标系2021坐标系的三要素轴------X、Y、Z；A、B、C；U、V、W。原点---机床或工件坐标系的原点。单位---编程单位、脉冲当量。1．坐标轴的命名及方向2．数控机床坐标轴的确定方法3．机床坐标系与工件坐标系222.1.4数控机床坐标系1．坐标轴的命名及方向坐标轴的命名基本坐标轴：规定直线进给坐标轴用X、Y、Z表示；回转坐标轴：围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示；附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U、V、W及P、Q、R表示。坐标轴的方向：假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。232.1.4数控机床坐标系2．数控机床坐标轴的确定方法（1）Z轴的确定通常将传递切削力的主轴轴线方向定为Z坐标轴。对于铣床、镗床、钻床等——是带动刀具旋转的轴；对于车床、磨床等——是带动工件旋转的轴。没有主轴或有多个主轴：——垂直于工件装夹面的方向为Z座标24Z轴正方向：刀具远离工件的方向以平行于主轴的坐标为Z轴.252.1.4数控机床坐标系26牛头刨床27具体地讲：a.对于刀具旋转的机床：平行于旋转刀具轴线的坐标为z坐标(见上图).b.对于工件旋转的机床：平行于旋转工件轴线的坐标为z坐标.282.1.4数控机床坐标系主轴能摆动：——在摆动的范围内只与标准座标系中的某一座标平行时，则这个坐标便是Z坐标；——若在摆动的范围内与多个座标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z座标。29Z30主要内容+Z31立式5轴数控铣床的座标系主要内容+Z+Z32主要内容在刀具旋转的机床上铣床、钻床、镗床等；+Z+XZ轴水平（卧式）：则从刀具(主轴后端)向工件看时，X座标的正方向指向右边。（2）X轴的确定X轴平行于工件装夹面且与Z轴垂直，通常呈水平方向。33主要内容Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；+Z+X立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X34主要内容+Z双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。+XZ轴垂直（立式）：+X/35主要内容在工件旋转的机床上（车床、磨床等）。X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。+Z+X36X、Z轴的正方向确定后，Y轴可按右手直角笛卡尔直角坐标系来判定。（3）Y轴的确定+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卧式镗床37ZZX38主要内容+Z+X/+Y+Z+X/+Y/+C/+A+C/旋转或摆动运动中A、B、C的正方向分别沿X、Y、Z轴的右螺旋前进的方向。（4）旋转或摆动轴确定393．机床坐标系与工件坐标系2.1.4数控机床坐标系编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。坐标系的三要素轴------X、Y、Z；A、B、C；U、V、W。原点---机床或工件坐标系的原点。单位---编程单位、脉冲当量。最小设定单位：数控系统能实现的最小位移量，又称脉冲当量（0.01～0.0001mm）。编程时，所有的编程尺寸都应转换成与最小设定单位相对应的数量。40–①机床原点：是机床坐标系的零点.这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点(见机床说明书)，不能随意改变.•机床原点的建立：•用回零运行方式建立.（1）机床坐标系与机床原点41在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。a.数控车床的原点42在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。b.数控铣床的原点43②机床坐标系●以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的座标系，它具有唯一性.●机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系.注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系,仅作为工件坐标系的参考坐标系(即编程坐标与机床坐标系平行但不重合).（1）机床坐标系与机床原点44（2）工件坐标系与工件原点工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都以此坐标系为准来计算.是编程人员在编制零件加工程序时使用的坐标系，可根据零件图纸自行确定，用于确定工件几何图形上点、直线、圆弧等各几何要素的位置。工件原点：为编程方便在零件、或工装夹具上选定的某一点.工件坐标系的原点或称为工件零点，可用程序指令来设置和改变;在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。在加工时通过G指令进行变换.4546主要内容①关系:坐标轴互相平行，方向也相同，但原点不同；②处理办法:将两原点间的距离预储存在数控装置中,在加工过程中,系统便可按机床坐标系确定加工时的坐标值.工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点与机床原点间的距离，此距离称为工件原点偏置。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。机床坐标系与工件坐标系的关系47Y轴偏置量X轴偏置量工件原点Z轴偏置量Y轴机床原点X轴Z轴卧式数控机床的坐标系主要内容X轴Z轴偏置量Y轴Y轴偏置量X轴偏置量机床原点工件原点立式数控机床的坐标系Z轴工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。48绝对坐标系：在这种坐标系中,工件所有点的坐标值基于固定的坐标系(机床或工件)的原点来确定.相对坐标系：在这种坐标系中,运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计算的.例如(转下一页)3、绝对坐标编程和相对(增量)坐标49例如:在a)图的绝对坐标系中,B点的坐标值为(25,50);在b)图的增量坐标系中,B点的坐标值为(15,30).50(1)最小设定单位(脉冲当量、分辨率):指数控系统能实现的最小位移量.它是数控机床的一个重要技术指标.一般为0.0001～0.01mm，(2)编程尺寸表示方法：●以最小设定单位来表示；●以毫米为单位来表示.4、最小设定单位与编程尺寸的表示法515、机床参考点•机床参考点——与机床原点相对应的还有一个机床参考点（referencepoint），它也是机床上的