数控编程初步删减版.docx
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数控编程初步删减版
数控加工的特点
(1)柔性自动化,具有广泛的适应性。
(2)精度高,质量稳定。
(3)生产效率高。
(4)能实现复杂零件的加工。
(5)减轻劳动强度,改善劳动条件。
(6)有利于现代化生产与管理。
数控机床的初始投资及维护费用较高,对操作与管理人员的素质要求较高。
第一章数控加工编程基础
一、程序编制的概念和方法
1、程序编制的概念
数控编程就是根据零件图纸要求的图形尺寸和技术要求,确定零件加工的工艺过程、工艺参数、机床运动以及刀具等内容,按照数控机床的编程格式和能识别的语言代码记录在程序单上的全过程。
第一章数控加工编程基础
数控机床程序编制的具体步骤与要求
分析零件图样工艺处理数学处理编写程序单制作控制介质程序校验数控机床修改
1)零件图纸分析阶段
2).工艺分析处理阶段
3).数学处理阶段
4).程序编制及输入阶段
5).程序校验和首件试加工
2.编程方法自动编程手工编程
手工编程从分析零件图纸、制定工艺规程、计算刀具运动轨迹、编写零件加工程序单直到程序校核,整个过程主要由人手工来完成。
自动编程主要由计算机完成编制零件加工程序全部过程的编程方法称为自动编程。
采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。
一、程序结构
数控加工程序是由一系列机床数控装置能辨识的指令有序结合而构成的。
一般数控系统加工程序可分为主程序和子程序。
但不论是主程序还是子程序,每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束符等几个部分组成。
程序结构
(1)程序号不同的数控系统程序号地址码有所区别。
通常FANUC系统用“O”,SINUMERIK系统用“%”,而AB8400系统用“P”作为程序号的地址码。
编程时一定要根据机床系统参考手册的规定写指令,否则系统是不会执行的。
(2)程序内容是整个程序的核心,它由若干程序段组成,每个程序段有一个或多个指令构成,用来描述机床要完成的指定动作。
(3)程序结束符FANUC数控系统的结束符为“%”SIEMENS数控系统的结束符为“RET”有的数控系统没有程序结束符。
二、程序段格式
下面是一个程序段的通式:
N__G__X__Y__Z__……F__S__M__……LF
三、字与字的功能类别
N顺序号字--用地址N后面加上1~9999中任意数字表示。
F进给功能字
G准备功能字--使数控机床作好某种操作准备的指令。
S主轴功能字
M辅助功能字--固定循环及子程序的重复次数、暂停时间
XYZ尺寸字--给定机床各坐标轴位移的方向和数据。
T刀具功能字--刀具补偿号指令、刀具选择
第三节数控机床的坐标系
在数控机床上,机床的动作是由数控装置来控制的,为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动,必须先确定机床上运动的位移和运动的方向,这就需要通过坐标系来实现,这个坐标系被称之为机床坐标系。
数控机床的坐标系包括坐标原点、坐标轴和运动方向。
统一规定数控机床
1刀具相对于静止工件而运动的原则
2标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔坐标系
3X、Y、Z的正方向,是增大工件和刀具之间距离的方向.
在确定机床坐标轴时,
(1)Z轴的确定平行于主轴轴线,对于没有主轴的机床规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为Z坐标(数控龙门刨床)。
②如果机床有一系列主轴,则应尽可能垂直于工件装夹面为Z轴。
③如果机床主轴能摆动,在摆动范围内只与标准坐标系中的一个平行时,则这个坐标就是Z坐标,如果在摆动范围内能与基本坐标中的多个坐标相平行时,则取垂直于工件装夹面的方向作为Z坐标的方向。
④Z轴的正方向是使刀具远离工件的方向
(2)X轴的确定
X坐标平行于工件的装夹平面,一般在水平面内。
确定X轴的方向时,要考虑两种情况:
1)如果工件做旋转运动,则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。
2)如果刀具做旋转运动,则分为两种情况:
Z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;Z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轴的确定
在确定X、Z坐标的正方向后,可以用根据X和Z坐标的方向,按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。
(4)工件固定刀具移动时的旋转坐标与X、Y、Z对应为A、B、C方向右手螺旋
(5)附加轴如果在X、Y、Z主要坐标以外,还有平行于它的坐标,可分别制定为P、Q、R。
(6)工件固定,刀具移动时采用上面规定的法则;如果工件移动,刀具固定的坐标轴,则用带“′”的字母表示,根据相对运动关系,其方向恰好与相应刀具运动坐标轴的方向相反。
二.坐标系的原点
(1)机床坐标系、机床原点及参考点
机床坐标系是机床上固有的坐标系,是用来确定工件坐标系的基本坐标系,是确定刀具(刀架)或工件(工作台)位置的参考系,并建立在机床原点上。
机床坐标系各坐标和运动正方向按前述标准坐标系规定设定。
机床原点就是机床坐标系的原点。
它是机床上的一个固定的点,由制造厂家确定。
机床坐标系是通过回参考点操作来确立的,参考点是确立机床坐标系的参照点。
机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。
(a)数控车床的原点在数控车床上,机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。
(b)数控铣床的原点在数控铣床上,机床原点一般取在X、Y、Z三个直线坐标轴正方向的极限位置上,如图所示,图中O1即为立式数控铣床的机床原点。
但也有的设置在机床工作台中心,使用前可查阅机础
(2)工件坐标系
其选择原则如下:
(1)工件原点应选在工件图样的尺寸基准上。
这样可以直接用图纸标注的尺寸,作为编程点的坐标值,减少数据换算的工作量。
(2)能使工件方便测量和检验。
(3)尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上,这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。
(4)对于有对称几何形状的零件,工件原点最好选在对称中心点上。
三、绝对坐标系和增量坐标系
相对坐标数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧的端点的坐标来进行的。
当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量或增量坐标表达方式。
若按这种方式进行编程,则称之为相对坐标编程。
绝对坐标当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量表达方式,按这种方式进行编程即为绝对坐标编程。
数控加工工艺与图形的数学处理
第一节数控加工的工艺设计
数控加工工艺的主要包括下列内容:
(1)选择并决定零件的数控加工内容;
(2)零件图样的数控加工工艺分析;
(3)数控加工工艺路线设计;(4)数控加工工序设计;
(5)编制数控加工工艺文件。
一、数控加工工艺内容的选择
在选择数控加工内容时,一般可按下列顺序考虑:
(1)通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容。
(2)通用机床难加工,质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。
(3)通用机床加工效率低,工人手工操作劳动强度大的内容,可在数控机床尚存在富余能力的基础上进行选择。
下列一些加工内容则不宜选择数控加工:
(1)需要通过较长时间占机调整的加工内容,如零件的粗加工,特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等部位的加工等。
(2)不能在工件一次装夹中完成的其他零星加工表面,采用数控加工又很麻烦,效果不明显,可安排普通机床补加工。
(3)按某些特定的制造依据(如样板、样件、模胎等)加工的型面轮廓,因为取数据难,易与检验依据发生矛盾,增加了编程难度。
二、数控加工工艺性分析
结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。
1,尺寸标注应符合数控加工的特点
在数控编程中,所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。
因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸,或尽量以同一基准引注尺寸。
2.几何要素的条件应完整、准确
在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。
因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程时要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。
3、定位基准可靠
在数控加工中,加工工序往往较集中,以同一基准定位十分重要。
因此往往需要设置一些辅助基准,或在毛坯上增加一些工艺凸台。
如下图所示的零件,为增加定位的稳定性,可在底面增加一工艺凸台。
三、数控加工工艺路线的设计
数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题:
1,工序的划分
根据数控加工的特点,数控加工工序的划分一般可按下列方法进行:
(1)以一次安装、加工作为一道工序。
(2)以同一把刀具加工的内容划分工序
(3)以加工部位划分工序
(4)以粗、精加工划分工序
2、顺序的安排
顺序安排一般应按以下原则进行:
1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑;
2)先进行内腔加工,后进行外形加工;
3)以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序,最好连续加工,以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数;
4)在同一次安装中加工多道工序时,应先安排对工件刚性破坏较小的工序。
3、数控加工工艺与普通工序的衔接
四、数控加工工序的设计
1.确定走刀路线和安排工步顺序确定走刀路线时应注意以下几点:
1)寻求最短加工路线
2)最终轮廓一次走刀完成
3)选择切入切出方向
4)选择使工件在加工后变形小的路线
2.定位基准与夹紧方案的确定
在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题:
(1)尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一;
(2)尽量将工序集中,减少装夹次数,尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面;
(3)避免采用占机人工调整时间长的装夹方案;
3,夹具的选择(了解)
4、刀具的选择
在选择数控机床所用刀具时应注意以下几个方面:
(1)良好的切削性能
(2)较高的精度(3)先进的刀具材料
5.确定刀具与工件的相对位置
对刀点的选择原则如下:
(1)所选的对刀点应使程序编制简单;
(2)对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置;
(3)对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置;
(4)对刀点的选择应有利于提高加工精度。
6、确定切削用量
精加工时首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求,选取一个较小的进给量;最后在保证刀具寿命的前提下,尽可能选择较高的切削速度。
第三章数控编程常用指令概述
1、模态代码模态代码又称续效代码。
模态代码一旦在一个程序段中指定,便保持到以后的程序段中出现同组的另一个代码时才失效。
2、非模态代码非模态代码只在所出现的程序段内有效。
一、绝对尺寸指令和增量尺寸指令
绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。
增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。
在加工程序中,绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表达方法。
1、G功能字指定
G90指定尺寸值为绝对尺寸。
G91指定尺寸值为增量尺寸。
2、用尺寸字的地址符指定
绝对尺寸地址符用X、Y、Z增量尺寸地址符用U、V、W
二、工件坐标系设定指令G92
编程格式为:
G92X_Z_;
1)在执行此指令之前必须先进行对刀,通过调整机床,将刀尖放在程序所要求的起刀点位置上。
2)当系统执行此指令后,刀具并不运动,系统根据G92指令中X、Y的值从刀具起始点反向推出工件坐标系原点。
二、坐标平面选择指令
坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的.
G17表示选择XY平面,
G18表示选择XZ平面,
G19表示选择YZ平面。
一般,数控车床默认在ZX平面内加工,数控铣床默认在XY平面内加工。
第三节运动路径控制指令
一、快速点定位指令编程格式:
G00X~Y~Z~式中X、Y、Z的值是快速点定位的终点坐标值
快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置,其移动速度由参数来设定。
指令执行开始后,刀具由程序起点开始加速移动至最大速度,然后保持快速移动,最后减速到达终点,实现快速点定位,这样可以提高机床的定位精度。
一般执行G00程序段时,刀具实际路线不是直线,而是折线。
所以,在使用G00指令时,应注意刀具是否和工件及夹具发生干涉。
二、直线插补指令直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。
编程格式:
G01X~Y~Z~F~其中:
X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。
F为指令的进给速度。
三、圆弧插补指令
G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。
G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。
圆弧顺逆方向的判别:
沿着不在圆弧平面内的坐标轴,由正方向向负方向看,顺时针方向G02,逆时针方向G03
程序格式:
XY平面:
G17G02X~Y~I~J~(R~)F~
G17G03X~Y~I~J~(R~)F~
ZX平面:
G18G02X~Z~I~K~(R~)F~
G18G03X~Z~I~K~(R~)F~
YZ平面:
G19G02Z~Y~J~K~(R~)F~
G19G03Z~Y~J~K~(R~)F~
其中:
X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值;I、J、K是指圆弧起点到圆心的X、Y、Z三个坐标方向的增量坐标,与G90,G91无关;
若两段圆弧起点、终点和半径都相同,故需用“+R”“-R”区分;当圆弧的圆心角≤180o时,R值为正,当圆弧的圆心角>1800时,R值为负。
如果圆弧是一个封闭的整圆,只能用分矢量编程。
因为它的起点和终点为同一点(P点),而过一点且半径相同的圆有无数个。
第四节辅助功能及其它功能指令
一、辅助功能
辅助功能指令也称“M”指令(代码),用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧或松开等功能。
辅助功能指令由地址符M和其后的两位数字组成。
下面介绍一些常用的M代码。
1.程序停止指令(M00)
M00实际上是一个暂停指令。
当执行有M00指令的程序段后,主轴停转、进给停止、切削液关、程序停止。
程序运行停止后,模态(续效)信息全部被保存,利用机床的“程序启动”键,便可继续执行后续的程序。
该指令经常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等操作。
2.计划(选择)停止指令(M01)
该指令的作用与M00相似,但它必须是在预先按下操作面板上的“选择停止”按钮并执行到M01指令的情况下,才会停止执行程序。
如果不按下“选择停止”按钮,M01指令无效,程序继续执行。
该指令常用于工件关键性尺寸的停机抽样检查等,当检查完毕后,按“程序启动”键可继续执行以后的程序。
3.程序结束指令(M02、M30)
该指令用在程序的最后一个程序段中。
当全部程序结束后,用此指令可使主轴、进给及切削液全部停止,并使数控机床复位。
M30与M02基本相同,但M30能自动返回程序起始位置,为加工下一个工件作好准备。
4.与主轴有关的指令(M03、M04、M05)
M03表示主轴正转,M04表示主轴反转。
所谓正转,是从主轴向Z轴正向看,主轴顺时针转动;而主轴反转时,观察到的转向则相反。
M05为主轴停止,它是在该程序段其他指令执行完以后才执行的。
5.换刀指令(M06)
M06是手动或自动换刀指令,它不包括刀具选择功能,但兼有主轴停转和主轴定向的功能。
6.与切削液有关的指令(M07、M08、M09)M07为2号切削液(雾状)开,M08为1号切削液(液状)开,M09为切削液关。
二,转速功能
S功能指令用来指定主轴转速,用字母S和其后的1~4位数字表示。
有G97恒转速(单位r/min)和G96恒线速度(单位m/min)两种指令方式。
数控车床的加工形式为工件旋转,一般使用G96恒线速度指令方式;数控铣床和加工中心的加工形式为刀具旋转,一般使用G97恒转速指令方式。
S代码只是设定主轴转速的大小,并不会使主轴回转,必须有M03(主轴正转)或M04(主轴反转)指令时,主轴才开始旋转。
三、进给功能
F功能指令用来指定坐标轴移动的进给速度,后面跟多位数字,通常允许使用小数。
一般G97恒转速方式进给方式采用每分钟进给G94或G98,进给率单位为毫米每分钟(mm/min);G96恒线速度方式进给方式采用主轴每转进给G95或G99,进给率单位为毫米每转(mm/r)。
F代码为续效代码,一经设定后如未被重新指定,则表示先前所设定的进给速度继续有效。
F代码指令值如超过制造厂商所设定的范围时,则以厂商所设定的最高或最低进给速度为实际进给速度。
四、刀具功能
在自动换刀的数控机床中,T指令用于选择所需的刀具,有时还可用来指定刀具补偿号。
一般加工中心程序中T代码的数字直接表示选择的刀具号码,如T10表示选择10号刀,但要将刀具安装到主轴上,则必须写换刀指令M06才可实现换刀动作。
数控车床程序中的T代码后的数字既包含所选择刀具号,也包含刀具补偿号,如T0806表示选择8号刀,调用6号刀具补偿参数,并将8号刀具调到加工刀位。
由于不同的数控系统有不同的指令方法和含义,具体应用时应参照数控机床的编程说明书。
第四章数控车床编程
第一节数控车床程序编制的基础
一、数控车床的分类
1.按数控系统的功能分
1)经济型数控车床.2)全功能型数控车床.3)车削中心。
2.按主轴的配置形式分
(1)卧式数控车床。
(2)立式数控车床。
3.按轴数分
(1)两轴
(2)四轴(双刀架)
二、数控车床编程特点
数控车床的主要编程特点如下:
(1)在一个程序段中,可以采用绝对值编程(用X、Z表示)、增量值编程(用U、W表示)或者二者混合编程。
(2)直径方向(X方向)用绝对值编程时,X以直径值表示;用增量值编程时,以径向实际位移量的二倍值表示,并附方向符号(正向可以省略)。
系统默认为直径编程,也可以采用半径编程,但必须更改系统设定。
(3)车削加工毛坯余量较大时,为简化编程,数控装置常备有不同形式的固定循环,可以进行多次重复循环切削。
(4)编程时,常认为车刀刀尖是一个点,而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量,车刀刀尖常被磨成一个圆弧,因此,当编制加工程序时,需要考虑对刀具进行半径补偿。
(5)不同数控系统,其指令代码也有差别。
一、对刀
在数控加工中,工件坐标系确定后,还要确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。
同时,还要考虑刀具的不同尺寸对加工的影响(即刀具装在机床上后,应在控制系统中设置刀具的基本位置),这些都需要通过对刀来解决。
对刀是确定工件在机床上的位置,也即是确定工件坐标系与机床坐也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。
对刀过程标系的相互位置关系。
对刀过程一般是从各坐标方向分别进行。
一般是从各坐标方向分别进行。
常用对刀方式
●直接用刀具试切对刀●机外对刀仪对刀●ATC对刀●自动对刀
数控机床的装备不同,所采用的对刀方法也不同。
如果数控机床自带对刀仪或配有机外对刀仪,那么对刀问题会比较简单,对刀精度也较高;否则,只能采用手动对刀,对刀过程相对复杂,效率也低。
第二节数控车床常用编程指令
一、F功能
又称进给功能,进给速度可以用两种方式指定:
(1)每转进给(G95)。
在F后指定主轴每转的刀具进给量或切螺纹时的螺距,进给速度单位为mm/r或inch/r。
如G95F1.0表示进给量1.0mm/r
(2)每分钟进给(G94)。
在F后指定每分钟的刀具进给量,进给速度单位为mm/min或inch/min。
如G94F200表示进给量200mm/min
二.S功能
S功能又称主轴速度功能,指定主轴的转速。
多数数控车床有恒速切削功能,即恒线速度控制与取消指令(G96和G97)。
指令格式:
恒线速度控制G96S~恒线速度取消G97S~例如:
G96S150表示切削点的线速度始终保持150m/minG97S1000表示主轴转速为1000r/min
为何要设置恒速切削功能?
在车削大端面时,若主轴转速保持恒定,刀具的径向进给会改变工件表面的实际切削线速度,刀具远离或接近主轴中心时,切削线速度不断升高或降低,进而影响工件表面质量。
此时可用G96设定一个恒表面切削速度,使工件转速随刀具径向移动而改变,从而保证端面的加工质量。
加工结束后,使用G97将该功能取消。
n=1000v/(πd)在使用G96时,还常常用G50指令对主轴最大速度进行限制,防止当刀具接近工件中心时,工件转速会变得越来越高,以致于可能会产生因转速过大而将工件甩出的危险。
编程格式:
G50S~如:
G50S3500;该程序表示主轴最高转速为3500r/min(S后跟最大主轴速度值的单位为r/min)。
三.T功能
T后面允许跟4位数字,前2位表示刀具号,后2位既是刀具长度补偿号,又是刀尖圆弧半径补偿号。
例如:
T0202表示用2号刀,其刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值存在第2号刀具补偿地址中。
当后两位数字为00时表示取消刀具补偿,如T0300表示第3号刀的刀补取消。
四、M功能
车削中常用的M功能指令有:
M00——程序停止M01——计划停止M02——程序结束M03--主轴正转M04--主轴反转M05--主轴停转M07、M08——开切削液M09——关切削液M30--程序结束并返回到开始处M98——子程序调用M99——子程序返回
五、G功能
(一)工件坐标系设定指令编程格式为:
G50X_Z_;如图所示,P点是开始加工时刀尖的起始点。
欲设定XOZ为工件坐标系,则程序段为:
G50X121.8Z33.9;设定X‘O’Z为工件坐标系,则程序段为:
G50X121.8Z109.7;说明:
(1)在执行此指令之前必须先进行对刀,通过调整机床,将刀尖放在程序所要求的起刀点位置上。
(2)此指令并不会产生机械移动,只是建立新的坐标系。
该指令作用:
①设定工件坐标系②确定刀具在工件坐标系中的位置③作为程序起始点工件坐标系的建立指令因机床的控制系统不同而不同。
一般有两种方式:
一是指定刀尖起始位置距工件坐标系原点的方位G92(或G50);二是指定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置(G54~G59)。
当采用后者时,即使开始执行程序时刀具不在起始位置,也不会产生坐标系的混乱。
(二)刀具补偿功能
1.刀具长度补偿
刀具长度补偿又称为刀具偏置补偿或刀具偏移补偿,用来补偿实际刀具和编程中的假想刀具(通常所谓基准刀具)的偏差。
刀具长度补偿
下面几种情况,需要进行刀具长度补偿:
(1)实际加工中,通常是用不同尺寸的若干把刀具加工同一轮廓尺寸的零件,而编程时是以刀架中心为基准(刀位点)设定工件坐标系的,因此必须将所有刀具的刀尖都移到此基准点。
利用刀具位置补偿功能,即可完成。
(2)刀在其加工
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