第2章数控加工程序的编制.

第2章数控加工程序的编制第2章数控加工程序的编制2.1数控加工程序编制的基本概念2.1.1数控编程的一般步骤数控加工：在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。2.1数控加工程序编制的基本概念加工程序：按规定的代码及格式，记录加工过程的全部信息（工艺过程、工艺参数、位置数据和方向、操作步骤等）的软件。数控机床是严格按照数控加工程序来自动地对被加工工件进行加工的。为了与数控系统的的内部程序（系统软件）相区别，把加工的程序称为数控加工程序。它是数控机床的应用软件。2.1数控加工程序编制的基本概念加工程序编制：从分析零件图，将加工过程所需的全部信息（工艺过程、工艺参数、位置数据和方向、操作步骤等）按规定的代码及格式记录的全过程软件。2.1数控加工程序编制的基本概念2.1.2数控加工程序编制方法程序编制分为手工和自动编程两种：２.程序编制工作的大部分在计算机及相应软件系统的支持下，自动完成，称谓自动编程。１.用手工完成程序编制的全部工作（包括用计算机进行辅助数值计算），称为手工编程。3.图形交互编程系统是建立在CAD/CAM系统基础上的，利用其进行零件的设计、分析及加工编程。2.1.2数控加工程序编制方法1手工编程2.1.2数控加工程序编制方法手工编程是指从零件图纸分析、工艺处理、数值计算、编写程序单直到程序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成的全过程。手工编程适合于编写进行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序，以及程序坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合，这种方法比较简单，容易掌握，适应性较强。手工编程方法是编制加工程序的基础，也是机床现场加工调试的主要方法，对机床操作人员来讲是必须掌握的基本功，其重要性是不容忽视的。图2-2为手工编程的一般过程。1手工编程2.1.2数控加工程序编制方法自动编程：自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成数控加工程序的过程。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。图形交互式编程系统：自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成数控加工程序的过程。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。2.1.3数控机床的坐标在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，ISO和我国都拟定了相关标准。1、机床坐标系（1）机床坐标系的确定（a）机床相对运动的规定无论机床的实际运动是如何分配的，我们都假定工件静止，刀具运动实现进给，这并没有改变其相对运动关系。这样编程人员必不考虑机床实际运动的情况，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。b）机床坐标系的规定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。标准机床坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，其X、Y、Z坐标轴的相互关系右手定则决定：1、机床坐标系伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°，则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向,见图2-3。2.1.3数控机床的坐标2.1.3数控机床的坐标2）坐标轴方向的确定如图2-4和图2-5所示为数控车床和数控铣床的坐标系。2.1.3数控机床的坐标机床坐标轴的确定方法将机床主轴沿其轴线方向运动的平动轴定义为Z轴。所谓主轴是指产生切削动力的轴，例如铣床、钻床、镗床上的刀具旋转轴和车床上的工件旋转轴。如果主轴能够摆动，即主轴轴线方向是变化的，则以主轴轴线垂直于机床工作台装卡面时的状态来定义Z轴。对于Z轴的方向，标准规定以增大刀具与工件间距离的方向为Z轴的正方向。(a).Z坐标轴(b).X坐标轴将在垂直于Z轴的平面内的一个主要平动轴指定为X轴，它一般位于与工件安装面相平行的水平面内。对于不同类型的机床，X轴及其方向有具体的规定。例如对于铣床、钻床等刀具旋转的机床，若Z轴是水平的，则X轴规定为从刀具向工件方向看时沿左右运动的轴，且向右为正。若Z轴是垂直的，则X轴规定为从刀具向立柱(若有两个立柱则选左侧立柱)方向看时沿左右运动的轴，且向右为正。(3).Y坐标轴Y轴及其方向则是根据X和Z轴按右手法则确定。(4).机床原点的设置机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。2.1.3数控机床的坐标2.1.3数控机床的坐标机床参考点:是用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点，也称为机床零点。参考点相对于机床原点来讲是一个固定值。它是在加工之前和加工之后，用控制面板上的回零按钮使移动部件移动到机床坐标系中的一个固定不变的极限点。数控机床在工作时，移动部件必须首先返回参考点，测量系统置零，之后测量系统即可以以参考点作为基准，随时测量运动部件的位置。2、编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如图2-8所示，其中O2即为编程坐标系原点。编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。2、编程坐标系3、加工坐标系加工坐标系又称为工件坐标系，是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。对于加工人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定（即给出原点设定值），设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的，这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。2.1.4零件加工程序的结构零件程序是指一组被传送到数控装置中去的指令和数据，是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字组成的，如图2-9所示。1、指令字的格式一个指令字是由地址符(指令字符)和带符号（如定义尺寸的字）或不带符号（如准备功能字G代码）的数字数据组成的。程序段中不同的指令字符及其后续数值确定了每个指令字的含义，在数控程序段中包含的主要指令字符如表2-1所示。如O0600程序的编号（600号程序）程序号的地址码O(%）nnnn2.1.4零件加工程序的结构1.指令字的格式常用地址码的含义如表所示机能地址码意义程序号顺序号准备机能ONG程序编号顺序编号机床动作方式指令坐标指令X.Y.ZA.B.C.U.V.WRI.J.K坐标轴移动指令附加轴移动指令圆弧半径圆弧中心坐标进给机能主轴机能刀具机能FST进给速度指令主轴转速指令刀具编号指令辅助机能MB接通、断开、启动、停止指令工作台分度指令补偿暂停子程序调用重复参数H.DP.XIP.Q.R刀具补偿指令暂停时间指令子程序号指定固定循环重复次数固定循环参数２.程序段格式程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式，如图2-10。现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写，这种功能字称之为续效功能字。２.程序段格式程序段格式举例：N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M08N40X90（本程序段省略了续效功能字“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M08”，但它们的功能仍然有效）在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：移动目标：终点坐标值X、Y、Z；沿怎样的轨迹移动：准备功能字G；进给速度：进给功能字F；切削速度：主轴转速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；机床辅助动作：辅助功能字M。２.程序段格式3、加工程序的一般格式（1）程序开始符、结束符程序开始符、结束符是同一个字符，ISO代码中是%，EIA代码中是EP，书写时要单列一段。（2）程序名程序名有两种形式：一种是由英文字母O和1～4位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。一般要求单列一段。（3）程序主体程序主体是由若干个程序段组成的，每个程序段一般占一行（4）程序结束指令例1、如图2-11所示，用直线插补指令编程。%程序开始符O0211程序名N10G21；程序主体N20T0101；N30G96S1000M04；N40G00X100Z10；N50G01X16Z2F100N60G01X26Z-3N70Z-48N80X60Z-58N90X70Z-73N100X90N110G00X100Z10N120M05N130M30程序结束指令%程序结束符2.1.5数控程序编制的有关标准为了满足设计、制造、维修和普及的需要，在输入代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式等方面，国际上已经形成了两种通用的标准，即国际标准化组织(1SO)标准和美国电子工业学会(EIA)标准。我国机械工业部根据ISO标准制定了JB3050—82《数字控制机床用七单位编码字符》、JB3051—82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》、JB3208—99《数控机床穿孔带程序段格式中的准备功能G和辅助功能M代码》。但是由于各个数控机床生产厂家所用的标准尚未完全统一，其所用的代码、指令及其含义不完全相同，因此在编制程序时必须按所用数控机床编程手册中的规定进行。目前国内外各种数控机床所使用的有关指令代码及其含义不尽完全相同，编程时必须严格遵守具体机床使用说明书中规定。2.2程序编制的基本指令（1）G指令——准备功能指令是使CNC机床准备好某种运动方式的指令分为模态指令和非模态指令。模态指令表示在程序中一经被应用，直到出现同组其它任一G指令时才失效。否则该指令继续有效，直到被同组指令取代为止。非模态指令只在本程序段中有效。组成：G后带二位数字组成，从G00到G99共100种。（2）M指令——辅助功能指令作用：用于控制CNC机床开关量，如主轴正反转、冷却液的开停、工件的夹紧松开等。组成：M后带二位数字组成，即Mnn。（3）F指令——进给速度指令续效代码，一般直接指定，即F后跟的数字就是进给速度的大小，如F100表示进给速度为100mm/min在程序启动第一个G01或G02或G03功能时，必须同时驱动F功能。2.2程序编制的基本指令（4）S指令——主轴速度功能指令Snn代码后的数值为主轴转速，要求为整数在零件加工之前一定要启动主轴运转（M03或M04）（5）T指令——刀具功能指令Tnn代码用于选择刀具库中的刀具，nn表示刀号2.2程序编制的基本指令2.2.1准备功能G指令1有关坐标系和坐标的G指令（1）．绝对坐标与增量坐标指令－G90、G91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，如图2-12（a）所示；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，如图2-12(b)所示。绝对坐标与增量坐际例2、如图2-13所示，使用G90、G91编程：要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点，然后回到原点。选择合适的编程方式