数控加工工艺编程与操作内容提要

数控加工工艺编程与操作内容提要本章将讲述数控加工的工艺分析和典型的加工方法；加工程序的编制、结构及常用算法；简要介绍自动编程。第1章数控加工工艺与编程1.1数控编程基础1.1.1数控编程的基本概念1.数控加工程序编制从零件图纸到制成控制介质的全过程。将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。第1章数控加工工艺与编程2.数控编程方法程序编制分为：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1章数控加工工艺与编程3.手工编程的内容和步骤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。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1章数控加工工艺与编程3.手工编程的内容和步骤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。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1章数控加工工艺与编程3.手工编程的内容和步骤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1章数控加工工艺与编程3.手工编程的内容和步骤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。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第1章数控加工工艺与编程3.手工编程的内容和步骤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。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1章数控加工工艺与编程1．确定加工方案:选择能够实现该方案的适当的机床、刀具、夹具和装夹方法。2.工艺处理:工艺处理包括选择对刀点，确定加工路线和切削用量。3.数学处理:根据图纸数据求出编程所需的数据(每一程序段的终点坐标)。4.编写程序清单5.制备介质和程序检验加工方案工艺处理数学处理第1章数控加工工艺与编程1.1.2数控机床的坐标系1.机床坐标系ISO和中国标准规定：数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统第1章数控加工工艺与编程基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转座标：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。+X+X+Y¡¯+Z+Y+Z+Y+C+Z¡¯+A+B+C+X+Y+Z+A+B+X¡¯卧式数控车床坐标系+X+Z立式数控铣床坐标系+Z+X+Y第1章数控加工工艺与编程Z坐标方位标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。第1章数控加工工艺与编程X坐标标准规定：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；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。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。第1章数控加工工艺与编程Y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：大姆指指向+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，姆指所指的方向为+y。第1章数控加工工艺与编程2.机床原点与机床坐标系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第1章数控加工工艺与编程机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的座标系，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。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。第1章数控加工工艺与编程3.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。该点也可以是对刀点重合。工件座标系：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。工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过G指令进行换。第1章数控加工工艺与编程4.绝对坐标和相对坐标定义绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式。相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。表达方式：G90/G91；X.Y.Z绝对，U.V.W相对注意：在机床坐标系和工件坐标系中均可用绝对坐标编程；而在使用相对坐标编程时，上述两个坐标系是无意义的。第1章数控加工工艺与编程在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置。即常说的对刀问题。数控机床上，目前，常用的对刀方法为手动试切对刀。5对刀点的选择第1章数控加工工艺与编程****参考内容：数控车床与铣床的对刀(一)．数控车床的对刀数控车床对刀方法基本相同，首先，将工件在三爪卡盘上装夹好之后，用手动方法操作机床，具体步骤如下：1）回参考点操作采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时CRT上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系的坐标值。2）试切对刀先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0）；然后，停止主轴，测量工件外圆直径D。如图所示。再将工件端面车一刀，当CRT上显示的X坐标值为-（D/2）时，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。第1章数控加工工艺与编程(二)．数控铣床的对刀假设零件为对称零件，并且毛坯已测量好长为L1、宽为L2，平底立铣刀的直径也已测量好。如图所示，将工件在铣床工作台上装夹好后，在手动方式操纵机床，具体步骤如下：1）回参考点操作采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时CRT上将显示铣刀中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。第1章数控加工工艺与编程2）手工对刀先使刀具靠拢工件的左侧面（采用点动操作，以开始有微量切削为准），刀具如图A位置，按设置编程零点键，CRT上显示X0、Y0、Z0，则完成X方向的编程零点设置。再使刀具靠拢工件的前侧面，刀具如图B位置，保持刀具Y方向不动，使刀具X向退回，当CRT上X坐标值0时，按编程零点设置键，就完成X、Y两个方向的编程零点设置。最后抬高Z轴，移动刀具，考虑到存在铣刀半径，当CRT上显示X坐标值为（L1/2+铣刀半径），Y的坐标值为（L2/2+铣刀半径）时，使铣刀底部靠拢工件上表面，按编程零点设置键，CRT屏幕上显示X、Y、Z坐标值都清成零（即X0，Y0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。就把铣刀的刀位点设置在工件对称中心上，即工件坐标系的工件原点上。3）建立工件坐标系此时，刀具（铣刀的刀位点）当前位置就在编程零点（即工件原点）上。由于手动试切对刀方法，调整简单、可靠，且经济，所以得到广泛的应用。第1章数控加工工艺与编程1.1.3数控加工程序与指令代码1.程序结构一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段和程序结束三部分组成。程序名是加工程序的编号，以字符“O”及其后的4位十进制数表示；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头，或LF指令结尾；M02(M30)作为整个程序结束的指令。有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如%、EM等第1章数控加工工艺与编程程序段格式的相关概念程序由若干个“程序段（block）”组成，每个程序段由一定的顺序和规定排列的“字”（word）组成——程序段字：表示地址的英文字母、特殊文字和数字集合，表示某一功能的一组代码符号，是控制带或程序的信息单位格式：指一个程序段中各个字的排列顺序及其表达形式；常用的有三种：固定顺序程序段格式；分隔符固定顺序程序段格式；字地址程序段格式。广为应用的是：字地址程序段格式第1章数控加工工艺与编程2.程序段格式如:N100G01X320Y250Z-150F180S240T12M05;1）程序段序号N加数字2)准备功能G代码数控系统准备进行某种操作G00---G993）尺寸字给定机床各坐标轴位移的方向和数据，进给尺寸地址字有X,Y,Z,U,V,W,P,Q,R,A,B,C,I,J,K4)进给速度字F后加若干位数字，数字取决于每个数控系统所采取的进给速度指定方式5）主轴速度字S后加若干位数字，数字取决于每个数控系统所采取的主轴速度指定方式6）刀具功能字T7)辅助功能字指定通断控制功能M00-M998)程序段结束符；*CRLF空格回车第1章数控加工工艺与编程3.程序段中的指令代码准备功能G代码见表1-2辅助功能M代码见表1-3下面是一段简单的零件加工程序，通过这段程序体会一下零件加工程序的编制方法。N01G92X-10Y-10;N02G90G17G00X10Y10;N03G01X30F100;N04G03X40Y20I0J10;N05G02X30Y30I0J10;N06G01X10Y20;N07Y10;N08G00X-10Y-10M02;10O机O编B2040XYDAC10E第1章数控加工工艺与编程常用的准备功能指令（G代码）1)快速点定位指令G00格式为：G00X___Y___Z___；三种可能的路径：2)直线插补指令G01格式为：G00X___Y___Z___F___;第1章数控加工工艺与编程a）逆圆指令G03b）顺圆指令G023)圆弧插补指令G02、G03格式：G02（G03）X—Y—I—J—F—；G02（G03）X—Y—R—F—；顺逆判定:沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，来确定顺逆方向。如车床。I,J,K为圆弧圆心相对起点的坐标。第1章数控加工工艺与编程4)暂停指令G04格式：G04P—；其中P后面为暂停时间，单位是毫秒。常出现在孔加工孔底停留时。***对于运用R地址表达的圆弧插补R为圆弧半径，R后跟负数，表示的是180度的弧R后跟正数，表示的是180度的弧XYABR+R+R-R-XYAB30-30O第1章数控加工工艺与编程5)平面指令G17G18G19圆弧插补平