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教学过程及内容提要
时间分配及备注
§
一、数控编程的概念
普通机床在加工工件时是由工艺员按照设计图纸事先制订好的零件加工工艺规程,在工艺规程中制订出零件的加工工序,操作者按照工艺规程的步骤操作机床来完成对工件的加工,整个过程都贯穿着操作者的手工劳动。
数控机床是依据程序来控制机床运转及动作的,使用数控机床进行零件加工时必须首先将零件图纸上的信息处理成数控系统能识别的程序,这一程序的编制叫做数控编程。
二、数控编程的种类
1、手工编程:
手工编程是指编制零件数控加工程序的各步骤,即由分析图纸确定工艺过程数值计算、编写零件加工程序单,制备控制介质到程序校验都是由人工完成的,这种编程方法叫手工编程。
对于点定位加工或几何形状不太复杂的零件,数控编程计算较为简单程序段不多手工编程即可实现。
但对几何形状复杂的零件特别是对轮廓形状不是简单的直线、圆弧组成而是由非圆曲线、列表曲线及曲面的零件,若用手工编程有一定的困难、出错率较大有的甚至无法编制,因此就必须用自动编程方法来完成。
2、自动编程:
自动编程是用计算机编制数控加工程序的过程,即把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序,就是说数控编程大部分工作由计算机来完成,编程人员只需根据零件图纸及工艺要求使用规定的数控编程语言写一个较简短的零件程序,并将其输入到计算机自动进行数值计算、后置处理、编写出零件加工程序单。
45分钟
二、数控加工程序编制的步骤
1.分析零件的图样:
通过分析零件的材料、形状、尺寸、精度以及毛坯和材料处理要求等,选定在什么数控机床上进行加工。
2.确定加工工艺过程:
在分析零件图样的基础上,确定加工顺序、加工路线、装卡方法、刀具选择及切削参数等,制定出合理的工艺方案。
3.数值计算:
根据要求,设定编程坐标系,在坐标系中计算出零件轮廓各个轨迹节点的坐标,计算时可以采用计算机辅助计算。
4.编写程序单:
加工工艺、参数、刀具轨迹坐标值确定后,编程者可以根据数控系统的功能指令和程序格式,编写数控程序单,制定加工方案。
5.制作控制介质,输入系统:
将程序清单的内容记录到控制介质上并送入数控装置。
6.程序较验:
数控程序编制好后,不一定能顺利运行,各个环节把握不好,如输错一个字母,都有可能出现意想不到的情况出现,严重的会损坏数控机床,为了保证零件加工的正确性,数控程序必须进行较验和试切才能用于正式加工。
二、数控编程前准备
数控车削加工包括端面车削加工、外圆柱面的车削加工、内圆柱面的车削加工、钻孔加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工,一般在数控车床上进行,其中复杂外形轮廓外形回转面的车削加工一般采用计算机辅助数控编程,其它车削加工可以采用手工编程,也可以采用图形编程和计算机辅助数控编程。
1.车床选择与工件坐标系的确定
数控编程应根据数控车床的结构、系统的不同而来确定,编程的格式、数据标准在设定时都有所不同,所以,编程前操作者应该详细了解数控车床的特性。
工件坐标系采用与机床运动坐标系一致的坐标方向,工件坐标系的原点(即程序原点)要选择便于测量或对刀的基准位置,同时要便于编程计算。
2.工艺准备
进刀、退刀方式对于车削加工,进刀时采用快速走刀接近工件切削始点附近的某个点,再改用切削进给,以减少空走刀的时间,提高加工效率。
切削进给起始点的确定与工件的毛坯余量大小有关,以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。
车削完成退刀时一般采用快速走刀的方式,但应注意刀具快速离开工件时不能与工件相邻部分发生碰撞。
3.刀尖半径补偿
在数控车削编程中为了编程方便,把刀尖看作为一个尖点,数控程序中刀具的运动轨迹即为该假想刀尖点的运动轨迹。
实际上刀尖并不是尖的,而是具有一定的圆角半径,为了考虑刀尖圆角半径的影响,在数控系统中引入了刀尖半径补偿,在数控程序编写完成后,将已知刀尖半径值输入刀具补偿表中,程序运行时数控系统会自动根据对应刀尖半径值对刀具的实际运动轨迹进行补偿。
4.加工路线的选择
数控车削的走刀路线包括刀具的运动轨迹和各种刀具的使用顺序,是预先编制在加工程序中的。
合理地确定走刀路线、安排刀具的使用顺序对于提高加工效率、保证加工质量是十分重要的。
数控车削的走刀路线不是很复杂,也有一定规律可遵循。
课后作业
1、数控程序编制的步骤有哪些?
课后反思
提示:
根据课堂教学效果总结
1.2数控车床坐标系统§
1.3数控程序结构
机床坐标轴
机床坐标系,和机床坐标原点
工件坐标系、对刀点以及程序结构,程序格式
坐标系设定
程序格式
讲授
1.2数控车床坐标系统
一、机床坐标轴
1、坐标和运动方向命名原则
为了使编程人员能在不知道机床在加工零件时是刀具移向工件,还是工件移向刀具的情况下,就可以根据图样确定机床的加工过程。
规定:
永远假定刀具相对静止而坐标是运动的。
2、机床坐标系的规定
在数控机床上加工零件,机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。
为了确定机床的运动方向,移动的距离在机床上建立一个坐标系称机床坐标系,在编制程序时就以该坐标系来规定运动方向和距离。
该坐标系是采用右手直角笛卡儿坐标系。
如图1—2所示,为简化编程和保证程序的通用性,统一规定直线进给坐标轴用X,Y,Z表示,称基本坐标轴。
15分钟
X,Y,Z坐标轴的相互关系用右手定则决定,大姆指的指向为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轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A,B,C表示,根据右手螺旋定则,如图所示,以大姆指指向+X,+Y,+Z方向,则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A,+B,+C方向。
数控机床的进给运动,有的由主轴带动刀具运动来实现,有的由工作台带着工件运动来实现。
上述坐标轴正方向,是假定工件不动,刀具相对于工件做进给
运动的方向。
如果是工件移动则在字母右上角用加“′”来表示,按相对运动的关系,工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反,对编程员、工艺员来说只考虑不带“′”的运动方向,即有:
+X=-X′,+Y=-Y′,+Z=-Z′,
+A=-A′,+B=-B′,+C=-C′
二、坐标轴的确定和运动方向的命名
永远假定刀具相对静止而坐标是运动。
数控机床坐标系是为了确定零件在机床中的位置、机床运动部件的一些特殊位置(如换刀点、参考点等)以及运动范围如行程范围等建立的几何坐标系,如图3—2所示。
X轴一般规定位于平行工件装夹面的水平面内,对于数控车床,在水平面内取垂直于主轴旋转中心轴线的方向为X轴,刀具远离工件的方向为正向,如图3—3所示。
Z轴一般规定产生切削力的主轴旋转中心线为Z轴,刀具远离工件的方向为正向,如图3—3所示。
30分钟
三、对刀点和换刀点
1)对刀点(起刀点)
对刀点(起刀点)是数控加工中刀具相对于工件运动的起点,是零件程序的起点。
对刀的目的是确定工件零点(原点)在机床坐标系中的位置,即建立工件坐标系与机床坐标系的关系。
它可以设在工件外任何一点,但该点与工件原点之间必须有确定的坐标联系。
一般情况下,对刀点既是加工程序执行的起点,也是加工程序执行的终点。
通常将设定对刀的过程看成是建立工件坐标系的过程。
2)换刀点
刀架的换刀点是指刀架转位所在的位置,其位置可以是固定的、也可以是任意的。
它的设定原则是以刀架转位时不碰撞工件和机床其它零部件为准,通常在顶尖不使用情况下,将其设定为与刀具对刀点重合。
3)“对刀点”和“换刀点”的确定
对刀点是指数控加工时,刀具相对工件运动的起点,即编程时程序的起点,或称起刀点。
在编程序时应正确选择对刀点的位置。
选择原则是,
(1)应便于数学处理和使程序编程简单。
(2)在机床上易于找正。
(3)加工过程中易于检查。
(4)引起加工误差小。
§
1、程序结构
数控加工程序是由若干程序段构成,程序段则是按照一定顺序排列,能使数控机床完成某特定动作的一组指令,每个指令都是由地址字符和数字所组成。
一个完整的数控加工程序,由程序号、程序内容和程序结束指令三部分组成,
程序号位于程序主体之前,是程序的开始部分,以“O”和四位数字组成,无属性系统,独占一行,后面4位数字从“0001~9999”之间任意值。
程序段是数控加工程序中的一句,用来发出指令使机床做出某一个动作或一组动作,由程序段号及各种指令字构成,在程序段中不同的指令字符及其后续准备功能字数值确定了每个指令字的含义。
一个数控装置执行的指令行其格式的语句含义如下。
N50G02X40.0W-10.0R10.0;
2、准备功能G指令
准备功能G指令由后面1或2位数值组成,用来规定刀具和工件的相对运动轨迹,机床坐标系、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。
G准备功能指令是指在数控装置插补运算之前需要预先规定,为插补运算、刀补运算、固定循环等做好准备。
分模态指令和非模态指令两种,模态指令这类指令在同组其它G指令出现之前一直有效;
非模态指令这类指令只有在被指定的程序段中才有效。
FANUC0i系统“G”指令代码。
3、主轴功能S指令
主轴功能S指令用来控制主轴转速,S后面的数值表示主轴的速度,单位r/min或恒线速度m/min(若采用恒线速度要加G96、取消恒线速度G97等指令)。
如:
G97S1200M03;
(取消恒线速度采用转速1200r/min主轴正转)
G96S80;
(采用恒线速度80m/min)
数控车削时,按需要可以设置恒切削速度(例如:
G96S80为保证车削后工件的表面粗糙度一致,应设置恒切削速度),车削过程中数控系统根据车削时工件不同位置处的直径计算主轴的转速。
设置恒切削速度后,由于主轴的转速在工件不同截面上是变化的,为防止主轴转速过高而发生危险,在设置恒切削速度前,可以将主轴最高转速设置在某一个最高值如:
G50S2000。
切削过程中当执行恒切削速度时,主轴最高转速将被限制在这个最高值。
4、刀具功能T指令
刀具功能T代码刀具功能T其后的4位数字分别表示选择的刀具号和刀具补偿号。
执行T指令时刀架自动转动选用指定的刀具,当一个程序段同时包含T代码与刀具移动指令时:
先执行T代码指令,而后执行刀具移动指令。
同时调入刀补寄存器中的补偿值,如T0202,说明2号刀、刀补为02内的值;
T0200为02号刀并取消补偿,取消补偿时注意刀具位置。
5、进给功能F指令
在程序中进给速度“F0.2”表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度,有每分钟进给量G98mm/min和主轴每转一转刀具的进给量G99mm/r两种。
当工作在G01、G02或G03方式下编程F一直有效,直到被新的F值所取代。
6、辅助功能M指令
辅助功能M指令主要用来指令各种辅助动作及其状态,如:
主轴的正转、反转、停、冷却液的开、关等。
有非模态M功能和模态M功能二种形式,非模态M功能在当段有效、模态M功能同组可相互注销,注销前一直有效。
另外M功能还可以分为前作用M功能和后作用功能M功能两类。
前作用M功能是指在程序编制的轴运动之前执行;
后作用功能M功能是指在程序编制的轴运动之后执行。
第二章编程数据计算与工艺
三角函数、解析几何的求解方法
数控工艺分析并制定加工工艺路线,能够对一般零件进行加工工序卡
编程前正确对零件分析
编程中的计算
加工工艺路线
2.1数控车削加工工艺
无论是手工编程还是自动编程,编程前要对所加工的工件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量。
在编程中,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做适当的处理。
因此程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作。
1、数控车削加工工艺特点
使用数控车床进行加工时,首要的问题是加工工件必须符合数控车削的加工工艺特点,同时还必须考虑到数控加工本身的特点和零件编程的要求、加工零件的范围、表面形状的复杂程度、是否需要重复投产及是否需要配置夹具等。
1)编程前设计好加工方案。
为了充分发挥数控车床的高效性,除选择合适的加工工件和必须掌握机床特性外,还必须对零件的加工部位、加工顺序、刀具配置与使用顺序、刀具轨迹、切削参数等方面进行详细的分析。
在数控车床上加工工件,工序必须集中,在一次装夹中尽可能完成所有的工序,因此要划分好工序。
一般情况下采用“先内后外、先粗后精、刀具集中”的原则,为了减少换刀次数,缩短空行程,减少不必要的定位误差,采用“刀具集中”的工序办法,就是将零件上用同一把刀具加工的部位全部加工完成后,再换另一把刀具来加工。
要选择最合理、最经济、最完善的加工方案,即走刀路线最短,走刀次数和换刀次数尽量少。
数控机床加工路线的确定很重要,它直接关系到工件的加工精度和表面粗糙度。
2)数控加工工艺设计应准确严密
在数控编程过程中,对零件图进行数学计算,要求准确无误。
否则,可能会出现重大的
机械事故和质量问题。
所以编程人员除了必须具有丰富的工艺知识和实践经验外,还必须具有耐心,细致、谨慎的工作态度。
3)数控车削可加工高精度的复杂零件
数控加工可以加工复杂的零件表面、特殊表面或有特殊要求的表面,并且加工质量与生产效率非常高,在零件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工,从而缩短了加工工艺路线和生产周期。
4)数控加工工艺装备先进
为了满足数控加工中高质量、高效率和高柔性的要求,数控加工中广泛采用先进的数控刀具、组合夹具等工艺装备。
2、数控车削加工工艺内容
1)选择适合在数控车床上加工的零件,确定工序内容。
2)分析加工零件的图样,明确加工内容及技术要求,确定加工方案,制订数控加工路线,如工序的划分、加工顺序的安排、数控与非数控加工工序的衔接等。
设计数控加工工序,如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等。
3)制定加工方案,调整数控加工工序的程序。
如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿等。
4)分配数控加工工序的公差,保证零件加工后尺寸合格。
5)处理数控机床上部分工艺指令。
6)数控加工工艺文件的整理。
当选择并决定某个零件进行数控车削加工后,并不等于要把它所有的加工内容都加工出来,而是选择对其一部分进行数控加工,所以必须对零件图样进行仔细的工艺分析,确定那些最合适在数控机床上加工的内容和工序。
3、数控加工工艺文件
数控加工工艺文件是编程员在编制加工程序单时作出的与程序单相关的技术文件,它主要包括数控加工工序卡、数控加工刀具卡、数控加工程序单等。
它是数控零件加工、产品验收的依据也是操作人员遵守、执行的规程,但对于不同的数控机床加工工艺
文件的格式和内容也有所不同。
1)数控加工工序卡
2)数控加工刀具卡
3)数控车床调整单
4)数控加工程序说明卡
4、数控车削加工工艺分析
对零件图进行数控车削加工工艺分析主要考虑以下几个方面:
1)对零件进行数控车削加工的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下,零件的加工可行性和经济性,即所设计的零件结构应便于加工成形,且成本低,效率高。
(1)零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸。
如同一销轴零件上出现两个不同直径的螺纹,在可能满足要求的前提下,采用同一尺寸的螺距,以避免使用两把螺纹刀。
(2)内孔退刀槽与外圆退刀槽不宜过窄。
使用的切刀刀宽不能过窄,否则切削力过小,易打碎,甚至无法切削。
所以在设计时刀槽一般以不小于3mm为宜。
(3)定位基准的选择。
数控加工尤其强调定位加工,如一个零件需两端加工,其工艺基准的统一是十分重要的,否则很难保证两次安装加工后两个面上的轮廓位置及尺寸的协调。
如果零件上没有合适的基准,可以考虑在零件上增设工艺台或工艺孔,在加工零件完成以后再将去掉。
2.2常用加工路线的选择
确定加工路线的主要任务是粗加工及空行程的走刀路线,因为精加工一般是沿零件的轮廓走刀的。
1、常用加工路线选择原则
1)首先按已定工步顺序确定各表面加工进给路线的顺序。
2)寻求最短加工路线,减少空走刀时间提高加工效率。
3)选择加工路线时应使工件加工变形最小,对横截面积小的细长零件或薄壁零件,应采用分几次走刀或对称去余量法安排进给路线。
4)数控车削加工过程一般要经过循环切削,所以要根据毛坯的具体情况确定循环切削的进给量、背吃刀量,尽量减少循环走刀次数以提高效率。
5)轴类零件安排走刀路线的原则是轴向走刀、径向走刀,循环切削的终点在粗加工起点附近,可减少走刀次数,避免不必要的空走刀。
6)盘类零件安排走刀路线的原则是径向走刀、轴向走刀,循环切削的终点在起点附近,编盘类零件程序与轴类零件相反。
7)铸锻件毛坯形状与加工后零件形状相似,留有一定的加工余量。
一般可采用封闭轮廓循环指令切削加工,这样可提高效率。
2、常用加工路线的确定方法
1)轴类成形表面的加工路线
轴类零件(长L与直径D之比L/D≥1的零件)采用Z坐标方向切削加工,X方向进刀、退刀的矩形循环进给路线,在数控车床上加工轴类零件方法是遵循“先粗后精,先大后小”的基本原则。
先对零件进行整体粗加工,然后再半精加工、精加工。
在车削零件时先从大径处开始车削,然后依次往小直径处进行加工。
在数控机床上精加工轴类零件时,一般从右端开始连续不断地完成整个零件的切削。
[实例]如图所示:
轴类零件,加工完毕后在Ø
68的外圆及轴向长度124mm处切断。
(1)确定工件的装夹方式及加工工艺路线。
由于该零件为实心体,且长度不很长,所以采用Ø
68的外圆作为定位基准,使用三爪自定心卡盘夹紧工件,取工件前端面与主轴中心线交汇处作为工件坐标系原点。
2)加工顺序为
用复合循环粗车削加工外轮廓。
精车外轮廓。
切削退刀槽及倒角。
切削M60×
1.5螺纹。
在长度为124mm处切断。
(3)确定刀具,选用外圆车刀、
切槽刀、60°
螺纹刀(由于该零
件结构简单,对精度要求不高,
故粗车和精车使用一把外圆车刀)。
刀具编号依次为01、02、03三个位置。
4)切削用量如下;
表2—1数控加工切削用量卡片
加工内容
主轴转速r/min(S)
进给速度mm/r(F)
粗车
1000
0.3
精车
1800
0.15
车槽
600
0.08
车螺纹
2)盘类成形零件表面的加工路线
盘类零件(长L与直径D之比L/D≤1的零件)采用X坐标方向切削加工,Z方向进刀、退刀的封闭循环进给路线。
第三章常用数控车削基本编程指令
直线、圆弧的插补原理
数控常用指令功能
学会G00\G01\G02\G03等指令的功能
G00\G01\G02\G03判定和应用
参考点控制指令及其常用指令的应用
讲授、练习
3.1插补原理
一、插补方法及分类
插补原理的类型很多,从产生的数学模型来分,有直线插补、二次曲线插补等;
从插补计算输出的数值形式来分,有基准脉冲插补(又称脉冲增量插补)和数据采样插补。
而脉冲增量插补又包括:
逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、目标点跟踪法、单步追综法等(这里以最常用的逐点比较法为例)。
二、逐点比较法
逐点比较法:
是脉冲增量插补最典型的代表,它是一种最早的插补算法,它是通过比较刀具与加工曲线的相对位置来确定刀具的运动。
即每走一步都要和给定的轨迹上的坐标值比较一次,看实际加工点在给定轨迹的什么位置,上方还是下方,或是在给定轨迹的外面还是里面,从而决定下一步的进给方向,如果实际加工点在给定轨迹的上方,下一步就向给定轨迹的下方走;
如果实际加工点在给定轨迹的里面,下一步就向给定轨迹的外面走。
如此每走一步,算一次偏差,比较一次,决定下一步的走向,以逼近给定轨迹,直至加工结束。
即每走一步都要和给定的轨迹上的坐标值比较一次,看实际加工点在给定轨迹的什么位置,上方还是下方,或是在给定轨迹的
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