5数控编程基础

第四章数控编程基本知识第一节数控编程的内容与方法第二节数控编程的基本知识第三节数控编程中的工艺分析第四节数控编程中的数值计算第一节数控编程的内容与方法采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。从零件图纸到获得数控机床所需控制介质的全部过程，即称之为数控编程。程序编制分为：手工编程和自动编程两种。手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。第一节数控编程的内容与方法手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。自动编程适用于：形状复杂的零件，虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）第一节数控编程的内容与方法据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的编程自动化是当今的趋势！第一节数控编程的内容与方法图纸工艺分析这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。二、手工编程的内容和步骤第一节数控编程的内容与方法计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改计算运动轨迹根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。错误计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸修改第一节数控编程的内容与方法编制程序及初步校验根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节数控编程的内容与方法制备控制介质将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。第一节数控编程的内容与方法计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。第一节数控编程的内容与方法计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改常用的校验和试切方法：对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。第一节数控编程的内容与方法在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。第一节数控编程的内容与方法第二节数控编程的基本知识一、程序的结构和格式结构一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序号即开始部分。由地址码和四位编号数字组成，地址码可用P、O或者％，根据系统而定。程序内容主要部分，由若干程序段组成，每个程序段由若干个字组成，每个字由地址码和若干数字组成。字是最小指令单位。程序结束一般用辅助功能代码M02或M30等表示程序段的构成程序段的构成主要是由程序段序号和各种功能指令构成的：N__G__X（U）__Z（W）__F__M__S__T__；其中，N__为程序段序号；加工程序的一般格式举例：第二节数控编程的基本知识格式程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的书写规则，目前常用的是字地址可变程序段格式。字地址可变程序段格式的特点：字的顺序不严格，不需要的字以及上一程序相同的续效字可以省略。数据的位数可多可少。程序简短、直观、不易出错，得到广泛使用。二、程序编制中的坐标系总则：数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡儿坐标系。X、Y、Z直线进给坐标系按右手定则规定，而围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴A、B、C则按右手螺旋定则判定。（二）坐标轴确定的方法1、Z轴一般取传递切削动力的主轴轴线方向方向为Z轴正方向：取刀具远离工件的方向为正方向当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装卡面的主轴为Z轴当机床没有主轴时，选与装卡工件的工作台面相垂直的直线为Z轴2、X轴1)刀具旋转主轴垂直（立式）：面对主轴向右为正主轴水平（卧式）：面对主轴向左为正2)工件旋转在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为X轴正方向：刀具远离工件的方向3)对于无主轴的机床以切削方向为X轴正向3、Y轴按右手直角坐标系确定车床坐标系立铣床坐标系卧铣床坐标系+X+Z+Z+X+Y4、A、B、C轴回转进给运动坐标用右手螺旋法则确定5、附加坐标主坐标或第一坐标系：X、Y、Z第二组附加坐标：U、V、W第三组附加坐标：P、Q、R（三）数控机床的两种坐标系1、机床坐标系（机械坐标系）数控车床坐标系的原点数控铣床坐标系的原点2、工件坐标系（编程坐标系）设置工件坐标系原点的原则：尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致数控车床工件坐标系的原点数控铣床工件坐标系的原点运动方向的确定原则为了便于数控编程，按部颁标准JB3051-82规定：永远假定刀具运动相对于静止的工件坐标系而运动。简言之：刀具运动，工件不动。绝对坐标编程与相对坐标编程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的话，称之为相对坐标编程。当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量的话，就称之为绝对坐标编程图例从AB用绝对坐标编程为：X12.0Y15.0若用相对坐标编程则为：U-18.0V-20.0进给功能指（F功能）1、G99：每转进给量格式：G99____（F____）；G99使进给量F的单位为mm/r。如图所示。2、G98：每分钟进给量格式：G98____（F____）；G98使进给量F的单位为mm/min。如图所示。*数控车床中，当接入电源时，机床进给方式默认G99。刀具功能指令(T功能)该指令可指定刀具号及刀具补偿号。格式：T____；前两位指定刀具序号；后两位指定刀具补偿号。*刀具序号尽量与刀塔上的刀位号相对应；*刀具补偿包括几何补偿和磨损补偿；*为使用方便，尽量使刀具序号和刀具补偿号保持一致；*取消刀具补偿，T指令格式为：T__或T__00。辅助功能指令（M功能）M代码功能M代码功能M00程序停止M12尾顶尖伸出M01计划停止M13尾顶尖缩回M02程序结束M21门打开可执行程序M03主轴顺时针转动M22门打开无法执行程序M04主轴逆时针转动M30程序结束返回程序头M05主轴停止M98调用子程序M08冷却液开M99子程序结束M09冷却液关上一页下一页G功能(格式：G后可跟2位数)代码组意义代码组意义代码组意义*G00快速点定位*G40刀补取消G73车闭环复合循环G01直线插补G41左刀补G7600车螺纹复合循环G02顺圆插补G4207右刀补G80车外圆固定循环G03逆圆插补G5200局部坐标系设置G81车端面固定循环G3201螺纹切削零点G8201车螺纹固定循环G0400暂停延时G54～G5911偏置*G90绝对坐标编程G20英制单位G6500简单宏调用G9103增量坐标编程*G2102公制单位G66宏指令调用G9200工件坐标系指定G27回参考点检查G6712宏调用取消*G98每分钟进给方式G28回参考点G71车外圆复合循环G9905每转进给方式G2906参考点返回G7200车端面复合循环注：(1)表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态指令，一次指定后持续有效，直到被本组其他代码所取代。(2)标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。S功能S功能指令用于控制主轴转速S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用：最高转速限制编程格式G50S～S后面的数字表示的是最高转速：r/min例：G50S3000表示最高转速限制为3000r/min恒线速控制编程格式G96S～S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96S150表示切削线速度控制在150m/min。恒线速取消编程格式G97S～S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。例：G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/min。第三节数控编程中的工艺分析加工工艺的主要内容工序划分原则零件装夹加工路线的确定选择刀具和切削用量工艺文件编制数控加工的工艺处理内容除了编程之外，数控加工还包括编程前要做的一系列工艺及编程后的处理工作，一般包括：（1）分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。（2）设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具、刀具的选择、切削用量的确定等。（3）调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。（4）处理数控机床上部分工艺指令。数控加工零件的选定一般来说，数控机床适合加工的零件：（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件，短期急需的零件。（2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。（3）用普通机床加工较困难或无法加工（需昂贵的工艺装备）的零件。（4）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。数控加工方法的选择总的原则：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。数控车适合于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔，立式数控铣适合于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。卧式数控铣则适合于加工箱体、泵体、壳体类零件。多坐标联动的加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。加工工序的划分1、按先面后孔原则划分工序当零件上既有面加工，又有孔加工时，可先加工面，后加工孔，这样可以提高孔的加工精度。2、按粗、精加工方式划分即先粗加工再精加工，粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。3、按所用刀具划分工序即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再换另一把刀具加工其它部位。按粗、精加工方式划分根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序.此时可用不同的机床或不同的刀具顺次同步进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面粗、精加工完毕后，再加工零件的其它表面，否则可能会在对新的表面进行大切削量加工过程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面变形。粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。加工工序的划分按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工