数控手工编程1.docx
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数控手工编程1
目录
[摘要]1
关键词1
前言1
一、数控机床概述2
(一)数控机床的产生及特点2
(二)数控编程的基本概念2
(三)数控编程发展概况3
二、数控编程的分类4
(一)手工编程4
(二)自动编程4
三、手工编程的简化方法4
(一)刀具补偿5
(二)子程序6
(三)用户宏程序9
(四)固定循环11
(五)零点偏移13
(六)参数编程14
四、手工编程的简化方法注意事项15
总结16
致谢17
[参考文献]18
浅析数控手工编程的简化
前言
本论文是根据数控加工与编程综合设计的,数控机床已成为国家先进制造技术的基础设备,并关系到国家发展的战略地位,从20世纪中叶数控技术出现以来,现代数控加工正向高速化,高效化,高精度化,高柔性化,高一体化和智能化方向发展。
通过此毕业设计使我了解了在相关学科中的基本理论、基本知识,以及理论实践相结合,同时对本专业有了较完整的、系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力,以及培养了科学的研究和创造能力。
本毕业设计内容主要是数控手工编程的简化方法及特点,包适了工艺分析、数控编程、机床操作与零件自检过程等,基本含概了我们所学到的所有专业知识,完成毕业设计对于我来说是一种挑战,更是一个很好的锻炼。
我以严谨务实的认真态度进行了此次设计的编写,但由于知识水平与实际经验有限,时间又较为紧迫。
在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏,诚请位评审老师能给于批评和指正。
一、数控机床概述
(一)数控机床的产生及特点
随着科学技术的发展,机械产品结构越来越合理,其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁,生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。
因此,对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
为了满足多品种,小批量的自动化生产,迫切需要一种灵活的,通用的,能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。
数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。
它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。
数控机床特点是;
1.自动化程度高,具有很高的生产效率。
除手工装夹毛坯外,其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。
若配合自动装卸手段,则是无人控制工厂的基本组成环节。
数控加工减轻了操作者的劳动强度,改善了劳动条件;省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作,有效地提高了生产效率。
2.对加工对象的适应性强。
改变加工对象时,除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外,只需重新编程即可,不需要作其他任何复杂的调整,从而缩短了生产准备周期。
3.加工精度高,质量稳定。
加工尺寸精度在0.005~0.01mm之间,不受零件复杂程度的影响。
由于大部分操作都由机器自动完成,因而消除了人为误差,提高了批量零件尺寸的一致性,同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置,更加提高了数控加工的精度。
4.易于建立与计算机间的通信联络,容易实现群控。
由于机床采用数字信息控制,易于与计算机辅助设计系统连接,形成CAD/CAM一体化系统,并且可以建立各机床间的联系,容易实现群控。
(二)数控编程的基本概念
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一,其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。
在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。
由于生产实际的强烈需求,国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究,并取得了丰硕成果。
下面就对数控编程及其发展作一些介绍。
为了使数控机床能根据零件加工的要求进行动作,必须将这些要求以数控系统能识别的指令告知数控系统,这种数控系统可识别的指令称为程序,制作程序的过程成为数控编程。
它不仅仅指编写数控加工指令代码的过程,还包括从零件分析到编写加工指令代码,再到制成控制介质以及程序校对全过程。
(三)数控编程发展概况
为了解决数控加工中的程序编制问题,50年代,MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言,称为APT(AutomaticallyProgrammedTool)。
其后,APT几经发展,形成了诸如APTII、APTIII(立体切削用)、APT(算法改进,增加多坐标曲面加工编程功能)、APTAC(Advancedcontouring)(增加切削数据库管理系统)和APT/SS(SculpturedSurface)(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。
采用APT语言编制数控程序具有程序简练,走刀控制灵活等优点,使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级,上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处:
采用语言定义零件几何形状,难以描述复杂的几何形状,缺乏几何直观性;缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段;难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接;不容易作到高度的自动化,集成化。
针对APT语言的缺点,1978年,法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统,称为为CATIA。
随后很快出现了象EUCLID,UGII,INTERGRAPH,Pro/Engineering,MasterCAM及NPU/GNCP等系统,这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示,交互设计、修改及刀具轨迹生成,走刀过程的仿真显示、验证等问题,推动了CAD和CAM向一体化方向发展。
到了80年代,在CAD/CAM一体化概念的基础上,逐步形成了计算机集成制造系统(CIMS)及并行工程(CE)的概念。
目前,为了适应CIMS及CE发展的需要,数控编程系统正向集成化和智能化夫发展。
二、数控编程的分类
数控机床的程序编制是指由分析零件图样到程序检验、加工样件的全部过程。
数控机床程序编制的方法有两种,即手工编程(manualprogramming)和自动编程(automaticallyprogramming)。
(一)手工编程
手工编程是指所有编制加工程序的全过程,即图样分析,工艺处理,数值计算,编写程序,制作控制介质,程序校验都是有手工来完成。
手工编程不需要计算机,编程器等设备,只需要有合格的编程人员即可完成。
手工编程具有编程快速及时的优点,其缺点是不能进行复杂的曲面编程。
手工编程比较适合批量较大,形状简单,计算方便,轮廓由直线或圆弧组成的零件的加工。
(二)自动编程
自动编程是由计算机编制数控加工程序的过程。
是由计算机代替人完成一些计算烦琐、手工编程困难或无法编出的程序,它能够实现对于形状复杂,具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工。
采用自动编程方法效率高,可靠性好,程序正确率高。
自动编程则是由计算机编制数控加工程序,使一些计算烦琐、手工编程困难或无法编出的程序能够实现。
对于形状复杂。
具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序,采用自动编程方法效率高、可靠性大。
但编程软件及相应微机的购置,需要大量资金而且其技术含量和技术难度也较大,这在一定程度上影响了自动编程的普及使用。
因此,对于大多数简单零件多使用手工编程来完成。
在实际加工中.复杂的零件占加工零件总量的5%~lO%,大多数的零件并不复杂,对于点位加工或几何形状不太复杂的零件,程序编制计算比较简单,程序段不多,我们采用手工编程方式。
普及型数控机床采用的开环控制方式,数控系统简单,内存容量较小等特点,要求编程人员考虑如何尽量编制较短的加工程序,合理使用编程技巧,提高程序的使用率。
三、手工编程的简化方法
编程技巧的使用合理工艺在编制加工工艺时.在满足精度要求的前提下应使走刀路线最短。
以提高生产效率。
并且简化数值计算,减少程序段数目,以减少编程工作量,最终轮廓一般应安排最后一次走刀连续加工完成,以确保轮廓表面质量。
例如将对刀点和起刀点分离,减少空行程。
合理安排“回零”路。
另外可以巧设换刀点、退刀点和刀具工序集中等。
一个好的加工工艺,不但可减少程序段数目,而且可以简化计算,使编程工作量大大简化,下面就简单介绍一下编程中的技巧及简化编程的方法。
(一)刀具补偿
若在编程过程中,直接写出刀具的具体值(半径值或长度值),一旦刀具磨损了,或者是卸下来重新磨锋;或者是更换新的刀具。
不管采用哪种办法,刀具其具体数据(半径值或长度值)均会发生变化,这样一来,必须重新计算、重新编程,显然会影响生产率。
目前的车、铣类数控系统一般都具有刀具长度(又称刀具的偏移)和刀尖圆弧半径补偿功能,加工中应充分灵活在使用这些功能。
刀具长度补偿是指当车刀刀尖位置与编程位置存在差值时.通过补偿值的设定,使刀具得以补偿,并事前将补偿值存入预先设定好的寄存器中。
sinumerik802s系统对每一把刀具提供9个刀沿(EP9个刀具补偿值),每个刀沿对应有刀具长度补偿和半径偿,通常采用Tx+Dx形式调用,例如T4D2,表示调用4号刀的D2刀补值。
同一把刀,调用一个刀沿。
则其前一个刀沿将被覆盖。
利用刀具补偿在编程时.编程者直接按图样所给的尺寸编程,只要在实际加工时,输入刀具的具体实际数值即可。
另外,巧用刀具补偿还可使加工程序简化.在程序中有意识的改变刀具补偿量,则可用同一把刀具、同一程序、不同的切削余量来完成零件的加工。
例如用一把刀对工件进行分层切削加工时,可在程序中用刀具长度补偿指令补偿刀具尺寸的变化,即对同一把刀可用几个刀补号写入几个补偿量,将其输入到数控装置的刀补内存表相应的单元内,而不必重新调整刀具或重新对刀,数控系统在运行程序时根据存人的对应补偿量进行修正,从而实现进刀,完成对工件的分层切削。
1.刀具半径补偿(G41、G42、G40) 刀具的半径值预先存入存储器DXX中,XX为存储器号。
执行刀具半径补偿后,数控系统自动计算,并使刀具按照计算结果自动补偿。
【例】如图3-1为建立和取消刀具半径补偿示例。
图3-1运用刀具半径补偿功能进行编程轮廓
程序如下:
G17G90G54GOOXOY0S400;
G41GOOX30.0Y15.0D01M03;
G01Y50.0F150;
X65.O;
Y25.0;
X20.0;
G40G00XOYOM05;M30
以上看来节省了计算,简化了程序。
并且在实际加工中还能重复利用该程序根据修改刀具补偿的半径值的大小对零件进行粗,精加工和进行多工步和多次走刀,减少了编程量提高了生产效率。
而且刀具补偿还可以避免因刀具磨损造成的加工误差。
2.刀具长度补偿在一个加工程序内使用几把刀具时,由于每把刀具长度总会不同,因而在用一个坐标系内,在程序Z值相同的情况下,不同刀具的的端面(刀位点)在Z方向的实际位置有所不同,编程过程中需要改变Z指令值,是程序繁杂,而刀具长度补偿功能补偿这个差值而不用修改程序。
刀具长度补偿还可以避免因换刀造成的加工误差。
(二)子程序
在一个加工中,若零件有多处相同现状的结构时(即一个工件中有几处形状相同,或刀具运动轨迹相同),为了缩短程序量简化编程,可把加工相同结构的程序重复段单独抽出编成子程序,让“主程序”反复调用。
这样便可使程序结构简单清楚,简化了编程的难度。
因此在出现一个零件中有几处形状相同,或刀具运动轨迹相同时,我们可以采用子程序进行编程。
在编程过程中,子程序可以嵌套使用(可以嵌套四层),合理使用子程序可大大简化编程过程,提高程序使用效率。
【例】用直径为5mm的立铣刀,加工如图3-2所示零件,其中凸台的高度为4mm,圆槽的深度为4mm。
图3-2用子程序编程加工例题
工艺分析
该零件的工艺过程由两个独立的工序组成,为了便于程序的检查、修改和工序的优化,把各工序的加工轨迹编写成子程序,主程序按工艺过程分别调用各子程序,设零件上表面的对称中心为工件坐标系的原点。
O0001;主程序号
G90G49G80G54G21;程序初始化
M03S600;主轴旋转,转速600r/min
G00X-30.5Y-50.;快速进给至(-30.5,-50)
Z30.;
G01Z0.F200;
M98P2L2;调用子程序O0002
G01Z30.;
X0.Y0.;
G01Z0.F200;
M98P4L4;调用子程序O0004
G49G92G28Z0.;
M05;
M30;
O0002;子程序
G91G01Z-2.F200;
M98P3D01;子程序嵌套
M98P3D02;
M98P3D03;
M99;
O0003;子程序
G41G01X-30.5Y-17.609;
X-30.5Y17.609;
X0.Y35.218;
X24.5Y21.073;
G02X30.5Y10.681R12.;
G01X30.5Y-10.681;
G02X24.5Y-21.073R12.;
G01X0.Y-35.218;
X-30.5Y-17.609;
X-51.688Y-5.376;
G40G01X-30.5Y-50.;
M99;
O0004;子程序
G91Z01.;
G91G01X6.F200;
G03X0.I-6.Z-1.;
G03X0.I-6.;
G90G41G01X20.D01;
G03X20.I-20.;
G40G01X0.Y0.;
M99;子程序结束并返回主程序
上题看出子程序即可以单独调用,也可以嵌套使用,十分灵活。
在实际生产中,其相同的部分越多,越能体现子程序编程的优势。
子程序能实现零件的分层切削,优化程序。
(三)用户宏程序
一组以子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序,简称宏程序。
宏程序常常用于圆台,椭圆台等带有变量和节点不易计算或者计算繁杂的曲面或球形零件中,与普通程序相比较,一般程序的程序字为常量,一个程序只能描述一个几何图形,所以缺乏灵活性和适用性。
而用户宏程序本体中可以使用变量进行编程,还可以用宏指令对这些变量进行赋值,运算等处理,从而可以使用宏程序执行一些有规律的变化的动作。
一些以角度为变量或者有一定变化规律的零件圆台、椭圆台以及球形零件等的加工常常会用用户宏程序来加工
【例】图3-3用宏程序和子程序功能顺序加工椭圆凸台。
图3-3宏程序加工例题
分析;该零件为椭圆形凸台,以角度a为变量,椭圆各点坐标为(18COSa,24SINa),坐标值随角度变化而变化。
对于椭圆的锥度加工,高度方向上用抬高的Z值作为自变量。
……
O120;
#110=0;
#111=-18.;
#101=18.;
#102=24.0;
N200#103=360.;
G01Z#=111F100;刀尖X坐标
N300#104=#101*COS[#103];
#105=#102*COS[#103];刀尖Y坐标
G41G01X#104Y#105DO1;
#103=#103-1.0;
IF[#103CE0.0]GOTO300;循环加工椭圆
G40G01X40.Y0.;
#110=#110+0.1;
#111=#111+0.1;
#101=18.0-#110*TAN[30.0];短半轴半径变量
#102=24.0-#110*TAN[30.0];长半轴半径变量
IF[#111LE0.0]GOTO200;循环加工圆锥台
M99;
由上可见:
宏程序功能强大,灵活多变,能大大缩短编程时间,提高生产效率。
宏程序比较简短。
但要注意宏程序运算的顺序以及控制指令的用法,加工过程中注意切削条件的改善。
(四)固定循环
数控系统的固定循环功能是使用一个程序段并对相应的程序字进行赋值后,就可以完成一种特定加工的全部动作(如孔加工的钻孔进给、孔底暂停、退刀)等。
若更改程序段中变量的赋值,使用该程序又能加工其他形状相似但尺寸大小又不同的加工对象或零件。
因此,使用固定循环编制加工程
【例】如图3-4所示的零件,其毛坯为四周已加工的铝锭(厚为20mm),槽深2mm。
编写该零件孔加工程序。
图3-4固定循环编程加工例题
槽形零件的加工程序
程序
N10G21设定单位为mm
N20G40G49G80H00取消刀补和循环加工
N30G28X0Y0Z50回参考点
N40M00开始φ5mm钻孔
N50M03S1500
N60G90G43H0lG00X0Y20.0Z10.0快速进到R点,建立长度补偿
N70G8lG99X0Y20.0Z-7.0R2.0F80G81循环钻孔,孔深7mm,返回R点
N80G99X17.32Y10.0
N90G99Y-10.0
N100G99X0Y-20.0
N110G99X-17.32Y-10.0
N120G98Y10.0
N130G80M05取消循环钻孔指令、主轴停
N140G28X0Y0Z50回参考点
N150G49M00开始扩孔
N160M03S2000
N170G90G43H02G00X0Y20.0Z10.0
N180G83G99X0Y20.0Z-12.0R2.0Q7.0F100G83循环扩孔
N190G99X17.32Y10.0
N200G99Y-10.0
N210G99X0Y-20.0
N220G99X-17.32Y-10.0
N230G98Y10.0
N240G80M05取消循环扩孔指令、主轴停
N250G28X0Y0Z50
N260G49M00开始攻螺纹
N270M03S200
N280G90G43H03G00X0Y20.0Z10.0
N290G84G99X0Y20.0Z-8.0R5.0F200G84循环攻螺纹
N300G99X17.32Y10.0
N310G99X0Y-20.0
N320G99X-17.32Y-10.0
N330G98Y10.0
N340G80M05取消螺纹循环指令、主轴停
优点;它拥有固定的循环指令,使程序更加简化,减少了编程量。
但要注意为了提高加工效率,在指令之前应先使主轴旋转,由于固定循环是模态指令,在循环有效期间,随意更改XYZR中的任意一个,就会进行一次孔加工,在固定循环方式过程中,刀具半径补偿机能无效,如果孔的XY平面的定位你距离较短,且需要连续加工,为了防止孔加工时主轴不能达到制动转速应使用G04暂停指令进行延时。
(五)零点偏移
FANUC系统的零点偏置G54~G59是系统预定的6个工件坐标系,可根据需要任意选用。
这6个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值(工件零点偏置值)可用MDI方式输入,系统自动记忆。
工件坐标系一旦选定,后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。
利用零点偏置.可以一次装夹加工多个相同工件或加工一个工件有重复图案的工件。
以编程原点的选择应尽量使工艺基准和设计基准重合,可以避免尺寸链的计算。
西门子系统,提供四个零点偏值G54一G57和可编程的零点偏值G158,可编程的旋转G258,附加可编程的旋转G259。
在实际加工过程中.为了提高加工效率,经常一次装夹多个零件,利用零点偏置对不同零件设定独立零点,在程序中多次调用零件加工子程序,从而简化编程。
对于形状相似,位置、角度不同的,我们可以利用零点偏置灵活的编制程序,其效果很好。
零点偏置是数控系统的一种特性,即允许把数控测量系统的原点在相对机床基准的规定范围内移动,而永久原点的位置被存贮在数控系统中。
用G54—G59指令设定六个工件坐标系即通过设定机床所特有的六个坐标系原点(即工件坐标系1--6的原点)在机床坐标系中的坐标值.(即工件零点偏移值)。
该值可用MDI方式输人相应项中。
【例】
图3-5零点偏移实例
FANUC系统的零点偏置有以下特点;G54~G59六个不同的坐标系的指令为同一组的模态代码,该指令具有记忆功能,适用于大批量的生产加工,其实质就是确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。
(六)参数编程
在数控铣床与加工中心的编程中,为了实现简化编程的目的,常常除了固定循环指令外,还采用了一些特殊的功能指令。
如,镜像、比例缩放、极坐标等。
【例】如图3-6。
先进行比例缩放,使其X轴方向的比例为2.0倍,Y轴方向的比例为1.5。
比例缩放中心是(10,,10),缩放后得到图形C。
图形C绕坐标点(20,20)进行旋转,旋转角度为300°,旋转后得到图形D,试编程D的加工程序。
图3-6参数编程例题
程序;
O0001;程序号
……
G51X10.Y10.I2.0J1.5;比例缩放
G17G68X20.Y20.R300.;坐标系旋转
G41G01X-20.Y20.F100D01;刀具半径补偿
X20.;
Y-20.;
X-20.;
X0.Y20.;
Z30.;
G40G69G51;取消刀补取消比例缩放取消坐标系旋转
……
这样简化了节点繁杂的计算量,直接用给出的坐标点节能进行编程,提高了工作率。
四、手工编程的简化方法注意事项
在我们日常生产加工过程中,各种手工编程的简化方法给我们带来了很大的方便,但是有很多问题需是要我们注意的。
如;1.在刀具补偿过程中需要注意刀具半径补偿的建立和取消程序段只能在G00或G01移动指令模式下才有效;在刀具补偿模式下不允许存在两段以上的非补偿平面内的指令。
如只有GMSFT代码的程序段。
2.使用子程序时需要注意子程序间的模态代码的变换,在半径补偿模式中的程序是不能被分支的。
3.在宏程序的使用中可以采用刀具半径补偿进行编程,但是采用刀具半径补偿时要特别注意切入与切出点的选择,变量赋值时IJK顺序不能颠倒,GLNOP不能作为引数等。
4.参数编程的过程中需要注意编程顺序,要以先镜像,比例缩放,然后坐标系旋转,最后刀具补偿为原则;还需要注意的是返回参考点指令和改变坐标系的指令在其中的应用,其中比例缩放对半径补偿和长度补偿无效等。
由此可见,掌握各种编程方法的同时还要注意各方法的特点以及功能事项,对它有深入的了解,这样才能有效简化数控加工的程序,提高编程效率,最大效益的发挥数控机床的利用率。
总结
踉踉跄跄地忙碌了两个月,我的毕业设计课题也终将告一段落。
点击运行,也基本达到预期的效果,虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。
但由于能力和时间的关系,总是觉得有很多不尽人意的地方,譬如功能不全、内容浮浅、底层代码的不合理……数不胜数。
可是,我又会有点自恋式地安慰自己:
做一件事情,不必过于在乎最终的结果,可贵的是过程中的收获。
以此语言来安抚我尚没平复的心。
毕业设计,也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。
想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学,你们的友谊是我人生的财富,是我生命中不可或缺的一部分。
我会时刻脊柱三年的学习生涯即将在我们的论文答辩中渐渐落下帷幕。
相信等待我的是一片充满机遇、风险与快乐的土地;也相信我和同仁们的事业必将如涅磐之凤、浴火之凰;更加相信,不朽的民族精神终将引领我们创造新的奇迹!
“风雨不改凌云志,振衣濯足展襟怀。
行方智圆煅内蕴,海阔天空铸宏图。
”
致谢
非常感谢梁宁宁老师在大学最后阶段—毕业论文设计阶段给我指导。
毕业论文设计期间
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