数控技术 第二章 零件加工程序的编制

第二章零件加工程序的编制第一节概述一数控机床程序编制的内容和步骤主要内容；分析零件图纸，确定加工工艺过程，进行数学处理，编写程序清单，制作控制介质，进行程序检查，输入程序以及工件试切。分析零件图样工艺处理数学处理编写程序清单程序输入程序检查数控系统数控机床试切零件毛坯成品零件2-1数控机床的编程步骤一数控机床程序编制的内容和步骤(一)分析零件图样和工艺处理1选择合适的对刀点对刀点----刀具相对零件运动的起点，又称起刀点。刀位点----刀具在机床上的位置是由刀位点的位置来表示的。立铣刀、端铣刀和钻头而言，是指他们的底面中心；球头铣刀，是指球头球心；对车刀和镗刀是指它们的刀尖。一数控机床程序编制的内容和步骤选择对刀点的原则:(1)为了提高零件加工精度，刀具的起点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。(2)对刀点应选在对刀方便的位置，便于观察和检测。(3)对刀点的选择应便于坐标值的计算。(4)在加工中心上，由于加工过程中要进行换刀，每次换刀所选择的换刀位置要在工件的外部，以免换刀时刀具与工件相碰。一数控机床程序编制的内容和步骤2确定加工路线加工路线——加工过程中刀具相对于工件运动的轨迹。加工线路的确定应考虑以下几方面的问题:(1)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间一数控机床程序编制的内容和步骤n个ban个ba红线长=b+2（n-1）a+切入段+切出段蓝线长=nb+(n-1)a+切入段+切出段一数控机床程序编制的内容和步骤大余量切除的走刀次数要少，每一次走刀应切除尽可能多的加工内容，尽量减少或缩短空行程。用4次大的背吃刀量，再用一次精车全部外表面。车削大余量走刀路线一数控机床程序编制的内容和步骤(2)在车削与铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出，而应沿零件的切向切入和切出。一数控机床程序编制的内容和步骤铣内圆轮廓，路线为1→A→2→3（偏心圆）→B→4（工件轮廓）→B→5（偏心圆）→C→6→1。非圆曲线平面轮廓的铣削同样要切入和切出延伸。一数控机床程序编制的内容和步骤铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。加工过程中，工件、刀具、夹具、机床系统处于弹性变形的平衡状态下，进给停顿时，切削力减小，会改变系统的平衡状态。刀具会在进给停顿处的零件表面留下划痕，因此在轮廓加工中应避免进给停顿。一数控机床程序编制的内容和步骤3)要选择工件在加工后变形较小的路线。例如对细长零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸。此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀还是多次走刀来完成加工，以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。一数控机床程序编制的内容和步骤图a用行切法，路线短，但工件轮廓周边有较大的残留余量。图b为环切法，计算较复杂且路线较长。图c用行切法粗铣，最后精铣轮廓一周，既保证了加工质量，又使计算简单，路线也较短。铣内槽走刀路线a行切法b环切法c行切法最后环切一刀光整轮廓表面一数控机床程序编制的内容和步骤图a为矩形走刀路线，当轴向进刀时切削力陡增，排屑不畅，易崩刀图b为斜线走刀路线，切削截面由小逐渐增大，切削力渐增，排屑也畅，切削条件得以改善。由于取消了轴向进刀，程序段数可减少一半。数控车床加工陀螺转子一数控机床程序编制的内容和步骤3程序编制中的误差编程误差：程序编制的允许误差。一般为工件允许误差的1/5~1/10。SP=f（Δa，Δb，Δc）式中：Δa为用近似计算法逼近零件轮廓时产生的误差，它出现在用直线或圆弧去逼近零件轮廓的情况；Δb为插补误差，它表示插补加工出的线段与理论线段的误差，该误差与数控系统的插补功能即插补算法及某些参数有关。Δc为圆整误差，它表示在编程中，因数据处理、小数圆整而产生的误差，为减小误差值，一般采用“累计进位法”代替传统的四舍五入法，可避免产生累积误差。一数控机床程序编制的内容和步骤(二)数学处理先建立一个工件坐标系，根据图纸的要求，计算出刀具的运动轨迹。(三)编写零件程序清单加工路线和工艺参数确定后，编写程序清单。(四)程序输入现代数控机床，多采用键盘把程序输入到计算机中。在通信控制的机床中，程序可以由计算机接口传送。一数控机床程序编制的内容和步骤(五)程序校验和试切削校验通常的方法是将控制的内容输入到数控装置中进行机床的空运转检查。对于平面轮廓的工件，可在机床上用笔代替刀具。坐标纸代替工件进行空运行进行绘图。对于空间曲面零件，可用木料或塑料工件进行试切，以此检查机床运动轨迹与动作的正确性。在具有图形显示的机床上，用模拟刀具进行试削过程的方法进行校验。二数控机床的编程方法手动编程定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力）适用：①几何形状不太复杂的零件；②三坐标联动以下加工程序二数控机床的编程方法自动编程：定义：编程人员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，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。适用：①形状复杂的零件②虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）③虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算）二数控机床的编程方法图形交互式自动编程定义：利用被加工零件的二维和三维图形，由专用软件用窗口对话框的方式生成的加工程序。适用：对复杂的曲面加工更为方便。第二节数控机床编程的基础知识一程序的结构与格式加工程序主程序和子程序程序段(block)字(word)字母和数据N××××程序段序号准备功能字坐标字进给功能字主轴转速功能字刀具功能字辅助功能字结束符G××X±××××.×××Y±××××.×××F××S××T××M××;一程序的结构与格式图2-2点位加工过程二功能字1准备功能字（G代码）:使机床做某种操作的指令。G00～G99模态代码一旦执行就保持有效，直到同组另一代码出现非模态代码只有在它所在的程序段内有效二功能字2坐标字（尺寸字）XYZUVWPQRABCIJK3进给功能字F:它给出的是刀具中心的进给速度，指各坐标方向速度的矢量和。单位取决于数控系统的工作方式和用户的规定。可以是mm/min、in/min、r/min、mm/r、in/r、°/min4主轴转速功能字S:规定主轴转速。如S300表示主轴转速为300r/min5刀具功能字T:进行换刀或选刀二功能字6辅助功能字(M功能)：表示机床在操作时，各种辅助动作及其状态。M00～M99。分模态与非模态辅助功能代码与坐标代码同时执行G00M08快进与开冷却液坐标移动指令之前执行M代码。“前置”G00M03快进与主轴正转反之“后置”G00M02快进与程序结束M00:程序停止M01:可选择程序停止M02:程序结束，指针指向程序头M30:程序结束并倒带，指针指向程序头二功能字7刀具偏置字(D和H)G42D01G43H02第三节坐标系一坐标轴2-3右手坐标系统一坐标轴坐标轴方向：定义为刀具相对工件运动的方向。编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进行编程。一坐标轴1)Z轴：对于车床、磨床等主轴带动工件旋转，对于铣床、钻床、镗床等主轴带着刀具旋转，那么与主轴平行的坐标轴即为z轴。如果机床没有主轴(如牛头刨床)或有多个主轴，那么z轴垂直于工件装卡面。主轴能摆动在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则该坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。立式5轴数控铣床的坐标系一坐标轴正方向：远离工件的方向。+Z+Z一坐标轴+Z一坐标轴+Z一坐标轴2)X轴：X轴一般是水平的，平行于工件的装卡面。工件旋转的机床（如车床、磨床等），X轴的方向是在工件的径向上并平行于刀具移动面，且是刀具远离工件的方向。+Z+X一坐标轴对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床等）如Z轴是水平的，从主轴向工件方向看，X轴的正方向指向右。+Z+X一坐标轴如Z轴是垂直的，单立柱机床，从刀具主轴看向立柱，X轴的正方向指向右。+Z+X立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X一坐标轴+ZZ轴垂直（立式），双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。+X一坐标轴3）Y轴按照右手直角笛卡尔坐标系来判断。+Z+X+Z+X+Y+Y一坐标轴+Z+X+Y立式5轴联动数控铣床+Z+X+Y龙门数控铣床一坐标轴4）旋转运动A、B和C轴A、B和C轴分别表示X、Y和Z轴的旋转方向，按照右旋螺纹前进的方向。+Z+X+Y+Z+X+Y+C+A+C一坐标轴5）附加坐标轴U、V、W和P、Q、R，与X、Y、Z平行。立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X+Y+A+C+W一坐标轴卧式车床立式铣床一坐标轴卧式铣床五坐标摆动式镗铣床一坐标轴卧式5轴数控铣床一坐标轴一坐标轴二坐标系1机床坐标系是机床上固有的坐标系，是机床回参考点操作完成以后建立的。一旦建立起来就不受控制程序和设定新坐标系的影响。选用机床坐标系的指令:G53二坐标系2工件坐标系工件零点偏置二坐标系Y轴偏置量X轴偏置量工件原点Z轴偏置量Y轴机床原点X轴Z轴卧式数控机床的坐标系X轴Z轴偏置量Y轴Y轴偏置量X轴偏置量机床原点工件原点立式数控机床的坐标系Z轴二坐标系设定工件坐标系指令：G54G55G56G57G58G59G59.1G59.2G59.3二坐标系图2-8设定工件坐标系举例二坐标系图2-9机床坐标关系二坐标系图2-10改变工件坐标系二坐标系可使用多种方法改变偏置表中的工件坐标系的零点值，常用的是手动修改和通过程序来修改。A-B9系列数控系统的程序修改指令格式:G10L2P_X_Y_Z_;二坐标系3设定工件坐标系ISO标准规定设定工件坐标系的选择指令是G92(非模态)G92X_Y_;图2-11设定工件坐标系二坐标系G92的另一种功能是移动由G54~G59.3规定的坐标系。二坐标系4工件坐标系的零点偏置G52X_Y_Z_;G52和G92的区别:N5G01G55X25Y25;N6G52X10Y10;二坐标系取消工件坐标系的零点偏置:（1）用G52X0Y0Z0（2）用G92移动有零点偏置的坐标系（3）程序执行结束遇到M30或M02代码第四节常用编程指令一快速定位方式(G00)G00X_Y_Z_;(模态)功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的快进速度，快速移动到程序段所指令的下一个定位点。注意：G00的运动轨迹不一定是直线，若不注意则容易干涉。二直线插补方式G01X_Y_Z_F_;(模态)三圆弧插补指令G02G03XY平面:G17G02(G03)X_Y_I_J_(R_)F_;XZ平面:G18G02(G03)X_Z_I_K_(R_)F_;YZ平面:G19G02(G03)Z_Y_J_K_(R_)F_;一个平面的加工能力，G17~G19可不必书写三圆弧插补指令G02G03例题如图所示，设起刀点在坐标原点O，刀具沿A-B-C路线切削加工，使用绝对坐标与增量坐标方式编程。绝对坐标编程G92X0Y0G90G17G00X200Y40M03S500G03X140Y100I-60(或R60)F100G02X120Y60I-50(或R50)G00X0Y0M05M02增量坐标编程G92X0Y0G91G17G00X200Y40M03S500G03X-60Y60I-60(或R60)F100G02X-20Y-40I-50(或R50)G00X-120Y-60M05M02四暂停指令G04G04X_五返回参考点指令G27G28G29G27返回参考点校验,检查机床是否准确返回参考点G27X_Y_G28自动返回参考点,G28X_Y_G29从参考点自动返回,G29X_Y_G28Y90X158T01;M06T02;G29Y30X216;XYABRC30609036158216G28G29六螺旋线的加工G17G02(G03)X_Y_Z_I_J_(R_)F;G18G02(G03)X_Z_