机床数控技术5

1第五章数控机床编程第一节概述第二节数控机床的坐标系第三节Ｇ指令编程应用与举例第四节数控加工程序编制举例第五节程序编制中的数学处理第六节自动编程2第一节概述二、数控编程的代码三、数控加工程序的结构四、最小设定单位一、什么是数控编程?3在数控编程以前，首先对零件图纸规定的技术要求、几何形状、加工内容、加工精度等进行分析；在分析的基础上确定加工方案、加工路线、对刀点、刀具和削用量等；然后进行必要的坐标计算。在完成工艺分析并获得坐标的基础上，将确定的工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向以及其它辅助动作，按走刀路线和所用数控系统规定的指令代码及程序格式编制出程序单，经验证后通过MDI、RS232C接口、USB接口等多种方式输入到数控系统，以控制数控机床自动加工。这种从分析零件图纸开始，到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程（NCProgramming）。一、数控编程的概念4（1）数控编程的步骤完成零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验NYNY1.确定工艺过程考虑通用的一般工艺原则考虑充分发挥数控机床的指令功能走刀次数少对毛坯的基准面和余量有一定要求走刀路线短换刀次数少加工安全可靠要求：5（1）数控编程的步骤完成零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验NYNY2.计算加工轨迹和加工尺寸在规定的坐标系中计算:零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值xY直线：起点、终点坐标几何元素的交点、切点坐标刀具中心运动轨迹坐标圆弧：起点、终点、圆心坐标、半径6（1）数控编程的步骤完成零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验NYNY3.编写程序单按一定的格式，用规定的代码逐段编写加工程序另外：填写相关的工艺文件数控加工工序卡片数控刀具卡片机床调整单7（1）数控编程的步骤完成零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和加工尺寸编写程序单校核制作控制介质程序校验和试切检验NYNY4.制作控制介质:将程序单的内容记录在控制介质上。5.程序校验和试切削:检查方法:机床空运转图形显示:显示刀具轨迹动态模拟:模拟刀具与工件的加工过程首件试切:零件的加工精度零件的表面粗糙度8（2）数控编程的方法分类手工编程和自动编程。①手工编程手工编程是指由人工完成数控编程的全部工作，包括零件图纸分析、工艺处理、数学处理、程序编制等。具备机械工艺知识数值计算能力熟悉数控代码、编程规则编程人员：适合于：几何形状比较简单的零件/一般的点位加工零件经济、省时9（2）数控编程的方法分类②自动编程自动编程是指由计算机来完成数控编程的大部分或全部工作，如数学处理、加工仿真、数控加工程序生成等。自动编程方法减轻了编程人员的劳动强度，缩短了编程时间，提高了编程质量，同时解决了手工编程无法解决的复杂零件的编程难题，也利于与CAD的集成。工件表面形状越复杂，工艺过程越繁琐，自动编程的优势就越明显。编程人员：零件源程序图形交互构件建几何图形适合于：几何形状复杂的零件/有复杂曲面的零件几何形状并不复杂，但程序量很大的零件10（一）穿孔带及其代码（二）G指令、M指令及其它指令二、数控编程的代码国际上通用的八单位数控穿孔带有ISO和EIA代码。1.G指令——准备功能功能：规定机床运动轨迹、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。组成：G后带二位数字组成，共后有100种（G00～G99）。有模态（续效）指令与非模态指令之分。111、G指令——准备功能G指令按功能分成若干组：第(2)栏标有字母,且字母相同的G代码为同一组，不同组的G代码在同一个程序段中可以有多个；同组的G代码在同一个程序段中,只能出现一个。N03G01G17X20；N04G00G01X20Y50；第(2)栏标有字母的:对应的G指令为模态代码（续效指令）续效指令：（模态代码）这种代码在某个程序段出现后，其功能就一直保持有效,直到后面程序段中又出现同组的另一个代码，原代码才失效。N01G01G17X20Y30M03M08;N02X50Y40;N03X70Y-20M00;N04G00X300Y500M05M09;N05……..………非续效指令：（非模态代码）其功能仅在所出现的程序段中有效.122.M指令——辅助功能M00：程序暂停指令执行后，机床的主轴、进给、冷却液等所有动作全都自动停止，程序中全部的模态信息保持不变。此时可进行一些比较固定的手工操作。如测量工件、换刀等。M01：任选停止指令（计划停止指令）执行过程与M00指令相似，但只有当控制面板上“任选停止”按钮被按下时，该指令才有效；否则该指令不起作用。主要用于：在加工一批工件时，对工件上的关键尺寸进行停机抽样检测。132.M指令——辅助功能M02：程序结束指令用在程序的最后一个程序段中，表示程序结束。该指令执行后，机床的主轴、进给、冷却液等所有动作全都自动停止；整个系统复位，加工结束。执行后，程序的内部指针停在程序的最后；若要再次运行程序，需要重新调用。M30：程序结束指令执行过程与M02指令相似,用在程序的最后一个程序段中，表示程序结束。执行后，程序的内部指针停在程序的开头；若要再次运行程序，不需要重新调用；按下控制面板上“循环启动”按钮即可。142.M指令——辅助功能M03：主轴正转指令指令执行后，机床主轴正转启动。M04：主轴反转指令指令执行后，机床主轴反转启动。M05：主轴停止指令指令执行后，机床主轴停止转动。M06：换刀指令执行后，车床：刀塔转位换刀加工中心：从刀库取刀、换刀153.F、S、T、D指令F指令——进给速度指令组成：F后带若干位数字，如F150、F3500等。它是模态指令。单位：mm/min（米制）或in/min（英制）S指令（切削速度）——主轴转速指令组成：S后带若干位数字，如S500、S3500等。它是模态指令。单位：r/min。T指令——刀具号指令组成：T后跟两位数字，如T11、D02等非模态指令。指定所选择的刀具号/刀具补偿号例M06T02选择第2号刀具，进行换刀（铣床）16三、数控加工程序的结构（一）程序的组成一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三部分组成。程序名是一个程序必需的标识符。由地址符后带若干位数字组成。地址符常见的有：“%”、“O”、“P”等。程序体表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成。程序结束是以程序结束指令M02或M30，结束整个程序的运行。17（二）程序段格式目前广泛采用地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）。地址符可变程序段格式的特点：程序段中的每个指令均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或无符号的数字。指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。上段相同的摸态指令（包括G、M、F、S及尺寸指令等）可以省略不写。18程序举例及说明%0021N01G91G00X50Y60；N02G01X100Y500F150S300T12M03；N03X200Y350；：：：：N10G00X-50Y-60M02；程序段开头代码字：具体指令程序段结束符程序段号地址符带符号数字程序开头程序编号整个程序结束程序段：表示一个完整的加工工步或动作10个程序段19代码字(指令字):地址符功能后跟数字意义OP%表示程序号0000~9999指定程序编号N程序段号0~9999指定程序段号G准备功能00~99机床运动状态XYZIJKR坐标字±0.001~9999.999坐标轴移动坐标圆弧中心坐标、半径F进给功能1~12000mm/min指定进给速度S主轴转速0~9999r/min指定主轴转速M辅助功能00~99机床电器开/关T刀具功能1~100刀具编号/偏置20（三）、主程序和子程序主程序：N01__；N02__；N11调用子程序1；N28调用子程序8；NXX__M02；子程序1：N01__；NXX__M99；子程序8：N01__；NXX__M99；21四、最小设定单位数控机床的数控系统发出一个脉冲指令后，经伺服系统的转换、放大、反馈后推动机床上的工件（或刀具）实际移动的最小位移量，叫做数控机床的最小设定单位（脉冲当量）。移动轴尺寸单位旋转轴尺寸单位英制英寸度公制毫米度脉冲当量:移动轴脉冲当量旋转轴脉冲当量直线位移：0.001mm/脉冲角位移：0.001度/脉冲22第二节数控机床的坐标系一、直线进给和圆周进给运动坐标系标准坐标系(基本坐标系)：是一个右手笛卡儿坐标系统，它由三个互为垂直的直线坐标轴X、Y、Z组成，它们之间的相互关系由右手定则决定，见图。图中各手指所指的方向为各坐标轴的正向。回转坐标的命名：围绕X、Y、Z轴转动的回转坐标轴分别称为A、B、C，其方向的正负由右手螺旋法则而定。见图。附加坐标轴的命名：平行于标准坐标系中相应坐标轴的进给轴，称为附加坐标轴，分别用轴U、V、W表示。23右手笛卡儿坐标24在编程中，坐标轴的方向总是刀具相对工件的运动方向，用X、Y、Z、A、B、C等表示。在实际中，对数控机床的坐标轴进行标注时，根据坐标轴的实际运动情况，用工件相对刀具的运动方向进行标注，此时需用X'、Y'、Z'、A'、B'、C'等表示，以示区别。显然有：+X=-X'、+Y=-Y'、+Z=-Z'、+A=-A'、+B=-B'、+C=-C'标准规定：即表示刀具固定，工件运动的坐标：X'、Y'、Z'、A'、B'、C'按相对运动关系：工件运动方向与刀具运动方向相反车床：刀具做实际的进给运动铣床：工作台带着工件做实际的进给运动25坐标轴的确定顺序和方法：Z坐标方位：①对只有一个主轴，且主轴无摆动运动的，则平行主轴轴线的坐标轴为Z坐标；②对没有主轴或有多个主轴的数控机床，则规定垂直于工件装夹面的方向的坐标轴为Z坐标；③对主轴能摆动，且在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行的数控机床，该坐标轴便是Z坐标；④对主轴能摆动，若在摆动的范围内与多个坐标平行的数控机床，则取垂直于工件装夹面方向的坐标轴为Z坐标。Z坐标正方向：刀具远离工件的方向。26X坐标（轴）1.在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）：①对Z轴线在水平方向的机床，规定从刀具轴(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。②对Z轴线在竖直方向且为单立柱的机床，规定由刀具向立柱看时，X坐标的正方向指向右边。③对Z轴线在竖直方向且为双立柱的机床（如：龙门机床），规定由刀具向左立柱看时，X坐标的正方向指向右边。2.在工件旋转的机床上（车床、磨床等）：①X坐标的方位：是工件的径向并平行于横向拖板，②X坐标正方向：是刀具离开工件旋转中心的方向。27Y坐标利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。右手定则：大拇指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，拇指所指的方向为+Ｙ。28数控机床坐标系示例(a)数控车床(b)立式铣床29数控机床坐标系示例(c)卧式铣床(d)五坐标铣床Z轴:镗杆运动W轴:立柱运动U轴:镗头径向运动30二、机床坐标系与工件坐标系（一）机床原点与机床坐标系1.机床原点机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。车床：机床原点定义在主轴旋转中心线与卡盘后端面的交点。立式铣床：机床原点定义在X向、Y向工作台和Z向主轴箱向正方向运动到达的极限位置。31二、机床坐标系与工件坐标系（一）机床原点与机床坐标系2.机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。(x,z)O机XZ32二、机床坐标系与工件坐标系（二）工件原点与工件坐标系工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以与对刀点重合。工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。现代数控机床均可设置多个工