第4章数控加工程序的编制

第4章数控加工程序的编制4.1概述4.2数控机床的坐标系4.3数控加工工艺基础4.4程序的格式和内容4.5常用进给G指令的格式和编程实例4.6数控电火花切割编程4.7手工编程和自动编程4.1概述4.1.1数控编程的基本概念数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。将零件的加工信息、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。4.1.1数控编程的基本概念程序编制分为：手工编程和自动编程两种手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）。自动编程：编程人员只要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，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。4.1.1数控编程的基本概念手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。自动编程适用于：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（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）编程自动化是当今数控技术发展的趋势！4.1.2编程的内容和步骤一般来说，不管是手动编程还是自动编程，数控机床程序编制的步骤可分为：图纸工艺分析、计算运动轨迹、程序编制、制备控制介质、校验和试切五大部分。4.1.2编程的内容和步骤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图纸工艺分析这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。4.1.2编程的内容和步骤计算运动轨迹根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。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4.1.2编程的内容和步骤错误编制程序及初步校验根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，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。4.1.2编程的内容和步骤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错误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，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。4.1.2编程的内容和步骤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错误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。4.1.2编程的内容和步骤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常用的校验和试切方法：①对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。②在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。③对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。4.1.2编程的内容和步骤上述方法中①和②只能检验刀具的运动轨迹是否正确，不能检查加工精度。因此，还应进行零件的试切。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。如果通过试切发现零件的精度达不到要求，则应分析错误的性质，然后或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，以及采用误差补偿方法，修改控制介质，直到加工出合格零件为止。4.1.2编程的内容和步骤4.2数控机床的坐标系4.2.1编程坐标确定原则标准规定，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都永远假定工件是静止的，而刀具相对于静止的工件运动。并且，运动的正方向是使刀具与工件之间距离增大的方向。这一原则使编程人员在编程时不需要考虑是刀具移向工件，还是工件移向刀具，只需要根据零件图样进行编程。4.2.2标准坐标系标准中规定机床坐标系中三个直角坐标轴Ｘ、Ｙ、Ｚ之间的关系及其正方向采用右手笛卡儿法（right-handrule）确定。4.2.2标准坐标系如图所示，大拇指的指向为Ｘ轴的正方向，食指指向为Ｙ轴的正方向，中指指向为Ｚ轴的正方向。围绕Ｘ、Ｙ、Ｚ轴旋转的三个旋转坐标Ａ、Ｂ、Ｃ的正方向根据右手螺旋方法确定。直线坐标XYZ旋转坐标ABC附加坐标UVW4.2.3机床中坐标轴的确定方法（1）确定Z轴标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。4.2.3机床中坐标轴的确定方法规定与主轴线平行的坐标轴为z坐标(z轴)，并取刀具远离工件的方向为Z轴的正向。无论是主轴带动工件旋转类的机床(车床、磨床)。还是主轴带动刀具旋转类的机床(铣床、钻床、镗床)，与主轴平行的坐标轴为z轴。结论：对于钻、镗类加工机床，钻入或镗入方向均是-Z方向。4.2.3机床中坐标轴的确定方法（2）确定X轴在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。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；–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。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。4.2.3机床中坐标轴的确定方法(3)Y坐标Y轴垂直于X、Z轴。利用已确定的X.Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。•右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。•右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。4.2.3机床中坐标轴的确定方法+Z+X+Y立式数控铣床坐标系4.2.3机床中坐标轴的确定方法+X+Z卧式数控车床坐标系4.2.3机床中坐标轴的确定方法4.2.3机床中坐标轴的确定方法4.2.3机床中坐标轴的确定方法4.2.4机床坐标系的建立机床原点（零点）•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，不得随意改变。•机床原点的建立：用回零方式建立。•机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程•机床原点的确定可由手动或由程序控制完成。有些数控系统开机后能以0.1~1um的精度自动回原点。4.2.4机床坐标系的建立确定机床原点的过程4.2.4机床坐标系的建立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。4.2.5工件坐标系的建立工件原点与工件坐标系工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以是对刀点重合。工件座标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。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。现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过G指令进行变换。工件坐标系和机床坐标系是不同的两个坐标系。在编程时是按照工件坐标系的，而数控机床的加工却要用的机床坐标系来确定位置。这就需要我们将工件坐标系和机床坐标系联系起来，在数控技术中，我们是通过对刀来做到这一点的。4.2.5工件坐标系的建立4.2.5工件坐标系的建立刀位点：指用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。镗刀钻头立铣刀面铣刀指状铣刀车刀球头铣刀对刀点：确定刀具与工件相对位置的点（起刀点）。对刀点始终是其相对运动的起点，即起刀点。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：使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。工件原点偏置，指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。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。4.2.5工件坐标系的建立对刀仪4.2.5工件坐标系的建立接触式对刀仪4.2.5工件坐标系的建立机械对刀仪对刀4.2.5工件坐标系的建立光学对刀仪对刀4.2.5工件坐标系的建立试切对刀4.2.5工件坐标系的建立激光对刀的动画4.2.5工件坐标系的建立机床的自动对刀运画4.2.5工件坐标系的建立4.2.6绝对坐标增量（相对）坐标编程定义绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式。相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。表达方式：G90－选用绝对坐标编程G91－选用相对坐标编程选用原则：根据具体机床的坐标系，考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精度的要求，选用坐标的类型。绝对坐标:Xa=25,Ya=20,Xb=60,Yb=50相对坐标:Xa=25,Ya=20,Xb=35,Yb=304.2.7附加坐标如果机床除有Ｘ、Ｙ、Ｚ主要的直线运动坐标外，还有平行于它们的坐标运动，则应分别命名为Ｕ、Ｖ、Ｗ。如果还有第三组直线运动，则应分别命名为Ｐ、Ｑ、Ｒ。如果在第一组Ａ、Ｂ、Ｃ做回转运动的同时，还有平行或不平行Ａ、Ｂ、Ｃ回转轴的第二组回转运动，可命名为Ｄ、Ｅ、F。4.2.8分辨率（Resolution）分辨率：两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。分辨率对控制系统而言，它是可以控制的最小位移量。数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机））是指数控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.0001~0.01mm，视具体机床而定。）脉冲发量——对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量。4.3数控加工工艺基础数控加工工艺的主要内容主要包括以下几个方面：1.数控加工工件的选取2.零件图纸工艺性分析3.拟定数控加工工艺路线4.设计数控加工工序。处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线确定，刀具补偿，分配加工误差等5.编写数控加工专用技术文件4.3.1数控加工工件的选取1.要根据数控加工的适应性，确定零件是否适合数控加工。2.要判断适于什么类型的数控加工。数控车床适于加工轴类零件和回转形成的模具内型腔。数控立式镗铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。数控卧式镗铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。多坐标联动的卧式加工中心用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。4.3.2加工工序的划分在数控机床上加工零件的工序划分方法有：1.刀具集中分序法2.粗、精加工分序法3.按加工部位分序法数控机床是先进的高精度、高效率、高自动化程度的加工设备。除了机床本身的结构特点、控制运动和动作准确、迅速外，还要求工件的定位夹紧装置亦能适应数控机床的要求，即具有高精度、高效率和高自动化程度。这样，数控机床才能充分发挥效能。4.3.3工件的装夹方式夹具的组成有：•定位装置作用是使工件在夹具中占据正确的位置；•夹紧装置作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置；•夹具体作用是将夹具上的所有组成部分，联接成为一个整体的基础件；•其它装置或元件，包含对刀元件、导向元件、分度装置、连接元件等。夹具按其用途可以分为通用家具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。4.3.3工件的装夹方式4.