数控车床编程与工艺

Copyright©bySOME-XJTUAllrightsreserved.数控机床编程技术华南理工大学广州学院机械工程学院范淇元2教学内容第1章数控机床编程基础1第2章数控加工工艺分析2第3章数控加工刀具选择3第4章编程中的数学处理4第5章数控车削编程53教学内容1.1数控编程概述11.2数控机床组成及分类21.3数控机床坐标系31.4数控系统41.5加工程序结构与格式54一、数控机床概述定义：通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制实现要求的机械动作，自动完成加工任务。实质：就是技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。数控机床数字控制技术简称NC）5二、数控机床的发展简况数控机床发展第五代第一代第二代第三代第四代6德国西门子公司（Siemens）德国德马吉公司（DMG）日本法那克公司（Fanuc）西班牙发格公司（Fagor）日本大隗公司（Okuma）日本三菱公司（Mitsubishi）四、知名数控系统和数控机床生产厂家7五、我国数控机床发展概况1958年开始并试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。我国第一台数控机床81.1.1数控加工的过程图1.1数控加工的具体过程91.1.2数控编程的内容和步骤零件图工艺分析数值计算编写加工程序校对程序及首件试切101.1.3数控编程的方法手工编程手工编程是指利用计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。自动编程自动编程是指用计算机或编程器编制数控加工程序。优点在于大大减轻了编程人员的劳动强度，解决复杂零件编程难题。111.2数控机床组成及分类伺服系统121.2.1数控机床组成图1.2数控机床的组成131.2.2数控机床分类及应用范围123按工艺用途分类按运动方式分类按控制方式分类14数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数控镗床、数控齿轮加工机床、数控平面磨床、数控外圆磨床、数控轮廓磨床、数控工具磨床、数控坐标磨床、数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控冲床、数控激光加工机床、数控超声波加工机床及其他数控机床(如三坐标测量机)等。按工艺用途分类15点位控制数控机床轮廓控制数控机床2.按运动方式分类点位直线控制数控机床16(1)点位控制数控机床点位控制是指数控装置只控制刀具或工作台从一点精确的移动到另一点，而点与点之间的轨迹不需严格控制，即移动过程中刀具不进行加工从而保证定位精度的一种方法。如钻床、镗床、冲床等。图1.3点位控制17(2)点位直线控制数控机床点位直线控制是指数控装置不仅控制刀具或机床工作台从一点精确的移动到另一点而且控制在两点之间的运行轨迹是一条与各坐标轴平行或成45。的直线。例如数控车床、数控镗床。图1.4点位直线控制18(3)轮廓控制数控机床轮廓控制是通过控制几个进给轴同时协调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的一种方法。例如数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床上。图1.5轮廓控制a)外轮廓加工191.2.2数控机床分类及应用范围图1.5轮廓控制b)内轮廓加工c)空间曲面轮廓加工203.按控制方式分类图1.6开环控制系统(1)开环控制数控机床是指无位置反馈的一种控制方法，执行机构为步进电动机或电液伺服电动机。21在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置，通过测量丝杠的转角从而间接地测量移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到消除差值的控制系统。(2)半闭环控制数控机床图1.7半闭环控制系统22(3)闭环控制数控机床在机床的移动部件上直接安装直线式位置检测装置，对移动部件的实际运动位置进行检测，再把实际测量结果反馈给数控装置，与数控装置输入的指令位移进行比较，用两者之间的偏差去控制移动部件的运动，从而实现精确定位的一种控制方法。图1.8闭环控制系统23机床坐标系：在数控机床上，为了确定机床上的成形运动和辅助运动必须先确定机床上运动的方向和运动的距离，这就需要一个坐标系才能实现，这个坐标系称为机床坐标系。机床坐标系的规定：对数控机床中的坐标系和运动方向命名，ISO标准和我国JB3052—82颁部标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直角坐标系，数控机床坐标系1.3数控机床坐标系24围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示。根据右手螺旋法则，可以方便地确定A、B、C三个旋转坐标轴。以大拇指指向＋X、＋Y、＋Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动＋A、＋B、＋C方向。右手直角笛卡儿坐标系251对于没有主轴的机床，规定垂直于工件装夹表面的方向为Z坐标轴的方向，正向是使刀具离开工件的方向统一规定与机床主轴重合或平行的坐标为Z轴，远离工件的方向为正方向。机床主轴是传递切削动转矩的轴。如数控车床、数控外圆磨床是主轴带动工件旋转，数控铣床、数控钻床等是主轴带动刀具旋转。1231(1)Z坐标方向机床坐标系的方向mt.xjtu.edu.cnCopyright©bySOMEAllrightsreserved.华南理工大学广州学院机械工程学院立式5轴数控铣床的坐标系Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。+Z+Z数控机床的坐标系mt.xjtu.edu.cnCopyright©bySOMEAllrightsreserved.华南理工大学广州学院机械工程学院+Z数控机床的坐标系mt.xjtu.edu.cnCopyright©bySOMEAllrightsreserved.华南理工大学广州学院机械工程学院X坐标在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。+Z+X数控机床的坐标系mt.xjtu.edu.cnCopyright©bySOMEAllrightsreserved.华南理工大学广州学院机械工程学院Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X数控机床的坐标系mt.xjtu.edu.cnCopyright©bySOMEAllrightsreserved.华南理工大学广州学院机械工程学院+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数控机床的坐标系mt.xjtu.edu.cnCopyright©bySOMEAllrightsreserved.华南理工大学广州学院机械工程学院在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。+Z+X数控机床的坐标系32机床坐标系的方向(3)Y坐标方向Y坐标垂直于X、Z坐标轴并按照右手笛卡儿坐标系来确定。数控车床加工中心331.3.2机床原点机床原点是机床基本坐标系的原点，是工件坐标系、机床参考点的基准点，又称机床零点它是机床上的固定点，其位置是由机床设计和制造单位确定，通常不允许用户改变。工件原点＋Z机床参考点＋X机床原点34数控车床的机床原点一般在卡盘前端面或后端面的中心。1.3.2机床原点35数控铣床和加工中心的机床原点设在各坐标轴的正方向极限处。1.3.2机床原点36工件坐标系是编程人员在编程时使用的由编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也应该是右手笛卡儿坐标系，而且工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。1.3.3工件坐标系（编程坐标系）37数控铣床工件坐标系的原点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。设置工件坐标系原则：38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。设置工件坐标系原则：39车床工件坐标系的建立数控车床工件坐标系的原点40工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点。工件原点在工件上的位置可以任意选择，为了有利于编程，工件原点最好选在工件图样的基准上或工件的对称中心上，例如回转体零件的端面中心、非回转体零件的角边、对称图形的中心等。工件坐标系的原点41(a)工件原点＋Z＋X机床原点(b)＋Z＋Z′＋Y′＋Y工件原点X′X机床原点在数控车床上加工零件时，工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面或左端面的交点处；42(a)工件原点＋Z＋X机床原点(b)＋Z＋Z′＋Y′＋Y工件原点X′X机床原点在数控铣床上加工零件时，工件原点一般设在工件的某个角上或对称中心上。43工件坐标系原点机床坐标系原点441.4数控系统国外数控系统FUNUC数控系统SIEMENS数控系统451.4数控系统国内数控系统华中数控广州数控蓝天数控46固定循环加工G功能补偿功能插补功能进给功能主轴功能主要功能1.4.2数控系统主要功能代码转换辅助功能多轴联动显示功能471.4.2数控系统主要功能简单的说，进给运动的信息输入到数控系统后，数控系统运用软件存储程序的算法，在轮廓的起点和终点之间计算出若干个逼近理想轮廓的中间点的坐标值，而后以脉冲形式的指令对个坐标轴进行进给运动任务的分配，从而对沿指定轮廓的进给运动实现控制,这就是插补。直线和圆弧是构成工件轮廓的基本线条，因此大多数数控系统都具有直线和圆弧的插补功能.在高档次的数控系统中还具有抛物线、螺旋线等插补功能。481.5数控加工程序的结构与格式程序段程序号程序结束指令数控加工程序结构49程序段格式指程序中的字、字符、数据的安排规则。不同的数控系统有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统便不能接受，则程序将不被执行而出现报警提示，故必须依据该数控装置的指令格式书写指令。程序段的格式50字与字的功能1、字符用来组织、控制或表示数据的一些符号如数字、字母、标点符号、数学运算符2、字一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作字由地址符一个英文字母若干位十进制数字组成与513、字的功能（1）顺序号字N又称程序段号或程序段序号顺序号字N和1～4位后续数字作用组成对程序的校对和检索修改（2）准备功能字G又称G功能或G指令建立机床或控制系统工作方式作用常见G指令见表52作用确定机床上刀具运动终点的坐标位置确定终点的直线坐标尺寸：X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R确定终点的角度坐标尺寸A，B，C，D，E确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸I，J，K（4）进给功能字F又称F功能或F指令作用指定切削的进给速度（3）尺寸字53（5）主轴转速功能字S又称S功能或S指令指定主轴转速作用（6）刀具功能字T又称T功能或T指令作用指定加工时所用刀具的编号（7）辅助功能字M又称M功能或M指令作用指定数控机床辅助装置的开关动作54G功能G指令是使数控机床建立起某种加工指令方式，如规定刀具和工件的相对运动轨迹、刀具补偿、固定循环、机床坐标系、坐标平等多种功能。G指令由地址符G和后面的两位数字组成，从G00到G99共100种。JB/T3208—1999标准规定了G代码5.1.1程序指令分类55表2-1G代码(JB/T3208—1999)代码功能保持到被取消或被同样字母表示的程序指令所代替功能仅在所出现的程序段内有效功能G00a点定位G01a直线插补G02a顺时针圆弧插补G03a逆时针圆弧插补G04*暂停G05##不指定G06a抛物线插补G07##不指定G08*加速G09*减速G10～G16##不指定G17cXY平面选择G18cZX平面选择G19cYZ平面选择G20～G32##不指定56G33a螺纹切削，等螺距G34a螺纹切削，增螺距G35a螺纹切削，减螺距G36～G39##永不指定G40d刀具补偿/刀具偏置注销G41d刀具补偿(左)G42d刀具补偿(右)G43#(d)#刀具偏置(正)G44#(d)#刀具偏