数控机床课件_第2章数控编程基础和工艺

第2章数控编程基础和工艺基础2.1数控加工程序的基本知识2.2数控机床的坐标轴和坐标系2.3数控编程中的数值计算2.4数控加工的工艺基础2.1数控加工程序的基本知识%O1000；N10G00G54X50Y30M03S600;N20G01X88.1Y30.2F500T02M08;N30X90;……N300M30；%//程序主体//开始符//程序名//结束符1、数控加工程序的一般格式1）程序开始符、结束符采用同一个符号，ISO代码中是%，EIA代码中是EP，书写时要单列一段。2）程序名程序名由英文字母O和1~4位正整数组成，一般要求单列一段。3）程序主体由若干个程序段组成，每个程序段一般占一行。4）程序结束指令程序结束指令可以用M02或M30，一般要求单列一段。2、什么是程序段程序段由若干字组成，字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如：“X100.0”是一个字，X为地址符，数字“100.0”为地址中的内容。3、程序段格式采用地址符可变程序段格式，程序段的长短、字数目及排列顺序没有严格要求。不需要的字以及与上一程序段相同的字可以不写。习惯顺序如下：N30G00X3Z-5F50M03S600T0101;程序段字准备功能字尺寸字进给功能字辅助功能字主轴转速功能字刀具功能字程序段结束符4、常用字的功能1）程序段字N又称程序段序号或顺序序号，位于程序段之首，由地址符和1~4位正整数组成。一般可以省略，但在固定循环指令中必须书写。使用方法：间隔10递增。程序按书写顺序执行与程序段号无关。2）准备功能字G由地址符G和2~3位正整数组成。功能：使数控装置作某种操作。3）尺寸字功能：用于确定刀具运动终点的坐标。地址符+终点坐标值。例如：X100、Z-504)进给功能字F由地址符F和后续一组数字组成。地址符F又称F功能或F指令。功能：指定刀具相对于工件的进给速度，单位为mm/min或mm/r,FANUC系统默认为mm/r，可以通过G99指令修改，广州数控默认为mm/min。Fmm/min=Fmm/rXnF在螺纹切削程序段中常用来表示螺纹的导程。5）辅助功能字M由地址符M+1~3位的正整数组成。功能：指定数控机床辅助装置的动作。例如：冷却液的开关、主轴正反转、换刀等。常见的M指令见下表。M功能字含义M00程序停止M01计划停止M02程序结束M03主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转M05主轴旋转停止M06换刀M072号冷却液开M081号冷却液开M09冷却液关M30程序结束并返回开始处M98调用子程序M99返回子程序6）主轴转速功能字S地址符S+后续一组数字组成。功能：指定机床主轴的转速或线速度，单位为r/min或m/min。7）刀具功能字T地址符T+后续一组数字。功能：指定加工时所用刀具的编号。8）程序段结束符；每一个程序段结束之后，都要加上程序段结束符，FANUC系统用“；”表示。9）模态指令在上一程序段里写明的、本程序段里又不变化的那些指令可以不写。4、数控编程的步骤数控编程：是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。1）零件图样分析分析工件的材料、形状、尺寸、精度及技术要求，确定毛坯的材料、形状、尺寸和热处理方法；根据数控机床的加工精度、适应性等特点，分析工件在数控机床上进行加工的可行性，确定加工机床的种类和相关参数。批量小、形状复杂、精度要求高的工件尤其适合数控机床加工。2）加工工艺分析加工工艺分析的目的是制定工艺方案，包括：确定工件的定位基准，夹具的选择及装夹；确定所选用的刀具，安排合理的走刀路线，选用合理的切削量、进给速度和主轴转速等切削参数；确定加工过程中是否需要提供冷却液，是否需要换刀，何时换刀等。在安排工序时，要根据数控加工的特点按照工序集中的原则，尽可能在一次装夹中完成所有的加工内容。3）数值计算在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心的运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补和圆弧插补功能，对于由圆弧和直线组成的简单的平面零件，只需计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。数值计算的目的：获得编程需要的所有相关位置的坐标数据。什么叫插补？所谓插补，就是在工件轮廓的起始点和终点坐标之间进行“数据密化”，求取中间点的过程。由于直线和圆弧是构成零件的基本几何元素，所以大多数数控系统都具有直线和圆弧的插补功能。而椭圆、抛物线、螺旋线等复杂曲线的插补，只有高档次的数控系统或特殊需要的数控系统中才具备。4）编写程序单完成上述几个步骤后，编程人员就可以根据确定好的工艺方案和获得的数据，按照数控系统的程序格式和代码格式编写相应的加工程序。5）制作控制介质控制介质又称输入输出设备，其作用是输入程序，显示命令与图形，打印数据等。数控程序的输入是通过控制介质来实现的，目前采用较多的方法有软盘、通信接口和MDI方式。MDI即手动输入方式，它是利用数控机床控制面板上的键盘，将编写好的程序直接输入到数控系统中，并可通过显示器显示有关内容。随着计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）技术的发展，有些数控机床可利用CAD／CAM软件在通用计算机上编程，然后通过计算机与数控机床之间的通信，将程序与数据直接传送给数控装置。6）程序校验将编写好的加工程序输入数控系统，就可以控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹来模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。还可以采用试切法进行检验。5、数控编程的方法手工编程和自动编程。手工编程：用人工完成程序编制的全部工作（包括用计算机进行数值计算）。一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。•自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。2.2数控机床的坐标轴和坐标系1.机床坐标系和机床原点在数控机床上选定一个固定点作为坐标系原点而建立的坐标系称为机床坐标系。这个固定点称为机床原点或机床零点，它在机床装配、调试时就已经确定，一般不能变动。2、机床坐标系各坐标轴方向的确定1）Z坐标平行于主轴轴线的坐标轴称为Z坐标轴，刀具离开工件的方向为其正方向。机床相对运动的规定：在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。刀具远离工件的方向为各坐标轴的正方向。2）X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，位于水平面内。a）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X轴正方向。b）如果刀具做旋转运动，则分为2种情况：①Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方。②Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。3）Y坐标由右手笛卡尔坐标系确定。3、机床原点的位置数控车床的原点：在数控车床上，机床原点（机床零点）一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。数控铣床的原点：X、Y、Z坐标轴正方向极限位置上。4、机床参考点（机械原点）有些数控机床直接回机床原点不方便，因此在每一个坐标轴的移动范围内再设置一个点，称为机床参考点。可以与机床原点重合，也可以不重合。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。数控机床开机时，需要确定机床原点以建立机床坐标系，而机床原点则通过回参考点来确认，所以机床开机后要先回机床参考点，知道了参考点，也就知道了机床原点，从而就建立了机床坐标系。zX机械原点参考点z参考点?xZX机械原点?xZ001XYZ工件坐标系原点机床坐标系原点6、工件坐标系（编程坐标系）工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，也是加工时使用的坐标系。工件坐标系各轴的方向与机床坐标系各轴的方向一致。工件坐标系的原点称为工件原点。在数控车床上，工件原点一般选在工件轴线与工件前端面、后端面、卡爪前端面的交点上。数控铣床和加工中心：工件原点一般选在长方体零件上表面的左下角或中心处，或者圆柱体零件与上平面的交点处。7、对刀点对刀点是工件坐标系与机床坐标系之间的联系点，对刀的目的是把工件原点在机床坐标系中的坐标值告诉数控系统。2.3数控编程中的数值计算根据零件图的要求，按照已经确定的加工路线和允许的编程误差，计算数控系统所需的输入数据，称为数值计算。具体地说，数值计算就是计算工件轮廓或刀具中心轨迹上一些重要点的坐标数据。基点：工件上各几何元素间的连接点。2.4数控加工的工艺基础1、工序的划分与普通机床相比，数控机床加工工序一般比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能，则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分不在数控机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。工序的划分方法：刀具集中分序法、粗精加工分序法、加工部位分序法和零件装夹分序法。1）刀具集中分序法在一次装夹中，尽可能用一把刀加工出可能加工的所有部位，然后再换刀。专用数控机床和加工中心上常用此法。2）粗精加工分序法根据零件的形状、尺寸精度等因素，将零件的粗精加工分开进行。先粗加工、半精加工，而后精加工。粗精加工最好间隔一段时间。3）加工部位分序法对于加工内容较多、零件轮廓的表面结构差异较大的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内型、外型、平面、曲面等。在一道工序中完成所有相同型面的加工，然后再在另一道工序中加工其他型面。4）零件装夹分序法以一次安装作为一道工序。总之，加工零件时，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析。2、工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。合理的加工工艺，不仅要保证加工出符合图纸要求的零件，而且要使机床的功能得到充分发挥，因此往往要将一道工序分为多个工步来加工。1）按粗加工、精加工分某一表面的尺寸精度要求较高时，按粗加工、半精加工、精加工一次完成；位置精度要求较高时，全部加工表面按粗、精加工分开进行。2）按先面后孔分既要铣面又要镗孔时，先铣面，后镗孔。若先镗孔后铣面，则极易在孔边产生飞边、毛刺，导致精度下降。3）按所用刀具分减少换刀次数3、数控加工工艺技术文件填写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据，也是操作者遵守、执行的规程。技术文件是对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其它技术问题。数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可根据企业实际情况自行设计。1）数控编程任务书它阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一，详见表2.2。工艺处数控编程任务书产品零件图号任务书编号零件名称使用数控设备共页第页主要工序说明及技术要求：编程收到日期月日经手人编制审核编程审核批准表2.2数控编程任务书2）工件安装和原点设定卡它应表示出数控加工时工件的定位方法和夹紧方法，并应注明加工原点设置位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等，详见表2.3。零件图号J30102-4数控加工工件安装和原点设定卡片工序号零件名称