第4章 数控铣床的编程2

第4章数控铣床与加工中心的程序编制4.3加工中心编程4.4用户宏功能4.5图形的数学处理4.6典型零件的程序编制练习与思考题4.3加工中心编程加工中心（MachiningCenter）简称MC，是机械设备与数控系统组成的适用于复杂零件加工的高效自动化机床。由于它带有刀库和自动换刀装置，工件经一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动对刀、自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，连续地对工件各加工表面自动进行铣（车）、钻、扩、铰、镗、控制机床攻螺纹等多种工序的加工；可减少工件装夹、测量、机床调整、工件周转等许多非加工时间，对加工形状比较复杂、工序多、精度要求较高的凸轮、箱体、支架、盖板、模具等各种复杂型面的零件，具有良好的经济效果。4.3.1概述加工中心加工的零件4.3加工中心加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心。按换刀方式：带机械手、无机械手、转塔刀库加工中心。1．卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。2．立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。3．复合加工中心(又称多轴联动型加工中心)：是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴或主轴可90°改变角度，因而可在工件一次装夹中实现五个面的加工。通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。4.3加工中心立式加工中心4.3加工中心卧式加工中心4.3加工中心龙门式加工中心4.3加工中心x-y数控拖板变频主轴机床本体数控系统及其操作面板斗笠式刀库Z轴伺服电机活动防护门进给Z轴护线架冷却液箱加工中心的组成自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。1.对自动换刀装置的要求（1）刀库容量适当（2）换刀时间短（3）换刀空间小（4）动作可靠、使用稳定（5）刀具重复定位精度高（6）刀具识别准确4.3.2自动换刀装置（ATC）MOV36ATC4.3加工中心2．自动换刀装置的形式自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围及刀具的种类和数量等。自动换刀装置主要有回转刀架和带刀库的自动装置两种形式。3．刀库的形式刀库的形式很多，结构各异。加工中心常用的刀库有盘式和链式刀库两种。盘式刀库的结构简单、紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过32把，主要适用于小型加工中心。链式刀库多为轴向取刀，刀库容量大，一般在1～100把刀具，适用于要求刀库容量较大的数控机床。4.3加工中心可装20把刀的无臂式ATC刀具库4.3加工中心可装24把刀的有臂式ATC刀具库4.3加工中心可装60把刀的刀具库可装32把刀的有臂式刀具库4.3加工中心4．换刀方式（1）机械手换刀（2）主轴换刀4.3加工中心（1）刀座编码（2）刀柄编码5．刀具识别方法刀座编码4.3加工中心识别码块识别传感器刀柄编码4.3加工中心6．机床自动换刀过程在自动换刀的整个过程中，各项运动均由限位开关控制，只有前一个运作完成后，才能进行下一个动作，从而保证了运动的可靠性。自动换刀时间为：刀具→刀具约5s。自动换刀装置的换刀过程由选刀（分顺序选刀方式和任选方式：多用）和换刀两部分组成。当执行到Txx指令即选刀指令后，刀库自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备；当执行到M06指令时即开始自动换刀，把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。4.3加工中心1、主轴箱回参考点，主轴准停。2、机械手抓刀（主轴上和刀库上）3、取刀：活塞杆推动机械手下行。4、交换刀具位置：机械手回转180°。5、装刀：活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库。（1）机械手换刀动作过程油缸刀库换刀机械手主轴（b）（a）（c）（d）（2）主轴移动式换刀（4）（5）（6）（1）（2）（3）电机主轴气缸刀库刀盘直线导轨（a）（b）（c）（d）（e）（f）（3）刀库移动-主轴升降式换刀过程(a)分度：将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。(b)接刀：活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，并卡住刀柄定位槽。(c)卸刀：主轴松刀，铣头上移至参考点。(d)再分度：再次分度回转，将预选刀具转到主轴正下方。(e)+(f):装刀：铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘复位。（3）刀库移动-主轴升降式换刀过程作用——携带工件在工位及机床之间转换，减小定位误差，减少装夹时间，提高加工精度及生产效率。4.3.3工作台自动交换装置（APC）APC4.3加工中心1.对工作台自动交换装置的要求（1）工作台数量适当（2）交换时间短（3）交换空间小（4）动作可靠、使用稳定（5）工作台重复定位精度高4.3加工中心MOV38托盘交换系统4.3加工中心（1）回转交换式（2）移动交换式2.工作台自动交换装置的类型4.3加工中心4.3.5指令介绍加工中心的编程除了增加了自动换刀的功能指令外，其它和数控铣床编程基本相同。4.3加工中心M06—自动换刀指令。本指令将驱动机械手进行换刀动作，但并不包括刀库转动的选刀动作。M19—主轴准停。本指令将使主轴定向停止，确保主轴停止的方位和装刀标记方位一致。Txx—选刀指令。是用以驱动刀库电机带动刀库转动而实施选刀动作的。T指令后跟的两位数字，是将要更换的刀具地址号。1、无机械手式换刀方式：固定刀号式M06T02；（主轴上的刀具先装回刀库，再旋转至2号刀，将2号刀装上主轴）2、有机械手式换刀方式：无固定刀号式T01；（1号刀转至换刀位置）……M06T03；（将1号刀换到主轴上，3号刀转至换刀位置）……M06T04；（将3号刀换到主轴上，4号刀转至换刀位置）……M06；（将4号刀换到主轴上）4.3加工中心在对加工中心进行换刀动作的编程安排时，应考虑如下问题：（1）换刀动作前必须使主轴准停（用M19指令）。（2）换刀点的位置应根据所用机床的要求安排，有的机床要求必须将换刀位置安排在参考点处或至少应让Z轴方向返回参考点。（使用G28）（3）换刀完毕后，可使用G29指令返回到下一道工序的加工起始位置。（4）换刀完毕后，安排重新启动主轴的指令。（5）为了节省自动换刀时间，可考虑将选刀动作与机床加工动作在时间上重合起来。3、自动换刀程序的编写注意事项4.3加工中心4.3加工中心4、实际换刀程序1）只需Z轴回机床原点（无机械手式的换刀）：G91G28Z0；M06T03；……G91G28Z0；M06T05；……2）Z轴先返回机床原点，且必须Y轴返回第二参考点（有机械手式的换刀）：T01；G91G28Z0；G30Y0；M06T03；……G91G28Z0；G30Y0；M06T04；……4.3加工中心4.4用户宏功能1.定义：在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器，用一个总指令来代表他们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能。所存入的一系列指令称作用户宏功能主体，这个总指令称作用户宏功能指令。2.使用a.在编程时，不必记住用户宏功能主体所含的具体指令，只要记住用户宏功能指令即可。用户宏功能的最大特点是在用户宏功能主体中能够使用变量；变量之间还能够进行运算；用户宏功能指令可以把实际值设定为变量，使用户宏功能更具通用性。4.4用户宏功能4.4用户宏功能b.宏功能主体既可由机床生产厂提供，也可由机床用户厂自己编制。使用时，先将用户宏主体像子程序一样存放到内存里，然后用指令调用。c.用户宏程序功能可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外还可以使用循环语句、分支语句和子程序调用语句等功能，以利于编制各种复杂的零件加工程序，减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，精简程序量。d.宏程序还可以完成子程序无法实现的特殊功能，例如，型腔加工宏程序、固定加工循环宏程序、球面加工宏程序、锥面加工宏程序等。用户宏功能有A、B两类。4.4.1A类宏功能的应用4.4用户宏功能1.变量在常规的主程序和子程序内，总是将一个具体的数值赋给一个地址。为了使程序更具通用性、更加灵活，在宏程序中设置了变量，即将变量赋给一个地址。（1）变量的表示变量可以用“#”号和跟随其后的变量序号来表示：#i（2）变量的引用将跟随在一个地址后的数值用一个变量来代替，即引入了变量。#103#1035050FF对于，若，则为4.4用户宏功能（3）变量的类型公共变量公共变量是在主程序和主程序调用的各用户宏程序内公用的变量。即在一个宏指令中的#i与另一个宏指令中的#i是相同的。公共变量的序号为：#100—#131；#500—#531。当断电时变量#100—#131初始化为空变量；#500—#531的数据保存即使断电也不丢失。因此，也称保持型变量。4.4用户宏功能（3）变量的类型系统变量定义为：有固定用途的变量，它的值决定系统的状态。系统变量包括刀具偏置变量、接口的输入/输出信号变量、位置信息变量等。刀具偏置量序号：#01—#99接口输入信息序号：#1000—#1015，#1032。局部变量只能用在宏程序中存储数据，例如运算结果。当断电时局部变量被初始化为空，调用宏程序时自变量对局部变量赋值。空变量：#0，没有任何值能赋给该变量4.4用户宏功能2、宏指令G65宏指令G65可以实现丰富的宏功能，包括算术运算、逻辑运算等处理功能。一般形式G65HmP#iQ#jR#k式中：m—宏指令代码，数值范围01—99；#i—运算结果存放处的变量名；#j—被操作的第一个变量，也可以是一个常数；#k—被操作的第二个变量，也可以是一个常数；3、宏功能指令•算术运算指令•逻辑运算指令•三角函数指令•控制类指令4.4用户宏功能算术运算指令#i＝√#j2-#k2复合平方根2H28G65#i＝√#j2＋#k2复合平方根1H27G65#i＝﹙#i×#j﹚÷#k复合乘/除H26G65#i＝BCD﹙#j﹚二进制码→BCD码H25G65#i＝BIN﹙#j﹚BCD码→二进制码H24G65Trunc；丢弃小于1的分数部分#i＝#j-trunc﹙#j/#k﹚·#k求余H23G65#i＝|#j|绝对值H22G65#i＝√#j平方根H21G65#i＝#j/#k除H05G65#i＝#j×#k乘H04G65#i＝#j-#k减H03G65#i＝#j＋#k加H02G65#i＝#j定义，替换H01G65定义功能H码G码4.4用户宏功能（1）算术运算指令1）变量的定义和替换格式：G65H01P#iQ#j例如：G65H01P#101Q150；（#101=150）G65H01P#101Q#102；（#101=#102）2）加法格式：G65H02P#iQ#jR#k例如：G65H02P#101Q#102R#103；表示：#101=#102+#1033）减法格式：G65H03P#iQ#jR#k例如：G65H03P#101Q#102R#103；表示：#101=#102-#1034.4用户宏功能4）乘法格式：G65H04P#iQ#jR#k例如：G65H04P#101Q#102R#103；表示：#101=#102*#1035）除法格式：G65H05P#iQ#jR#k例如：G65H05P#101Q#102R#103；表示：#101=#102/#1036）平方根格式：G65H21P#iQ#j例如：G65H21P#101Q#102；表示：#101#1024.4用户宏功能7）绝对值格式：G65H22P#iQ#jR#k例如：G65H22P#101Q#102；表示：#101=|#102|8）求余格式：G65H23P#iQ#jR#k例如：G65H23P#101Q#102R#103；表示：#101=#102-trunc（#102/#103）*#1039）BCD码转换成二进制代码格式：G65H24P#iQ#j例如：G65H24P#101Q#102；表示：#101(#102)BIN4.4用户宏功能10）二进制码转换成BCD码格式：G65