第2章 数控编程

2020/1/231数控技术第2章数控加工的程序编制2.1概述2.2数控编程的基础2.3数控标准2.4数控系统的指令代码2.5手工编程2.6自动编程2.7数控编程中的数学处理2020/1/232第2章数控加工的程序编制2.1概述2020/1/233一、数控编程的概念和方法：1、概念数控加工程序：就是根据被加工零件的图纸及其技术要求，工艺要求等切削加工的必要信息（包括工艺过程、零件尺寸、工艺参数等），按数控系统所规定的指令和格式编制的数控加工指令序列。数控编程：制备数控加工程序的过程。2.1概述2020/1/2342、编程的方法（1）手工编程：是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析，工艺决策，确定加工路线和工艺参数，计算刀位轨迹坐标数据，编写零件的加工程序单，直至程序的检验，均由人工来完成。特点：数值计算繁琐，工作量大，易出错。2.1概述2020/1/235（2）自动编程：利用计算机技术协助人们来完成加工程序的编制。按照编程信息的输入和计算机对信息的处理方式不同分为：A)以自动编程语言为基础的自动编程方法B)以计算机辅助设计为基础的图形交互式自动编程方法2.1概述2020/1/236二、数控编程的内容和步骤：主要内容有：分析零件图样，确定加工工艺路线，数值计算（得到刀位数据），编写零件加工程序，制作控制介质，校对程序及首件试切加工等。数控程序的编制过程步骤如图2.2所示。2.1概述2020/1/2371、分析零件图，确定工艺过程。2、计算加工轨迹和加工尺寸——刀位轨迹的数值计算或几何计算。按要求在设定的坐标系中计算出数控机床所需输入的数据，诸如轮廓相邻几何元素的交点或切点（称基点），当轮廓曲线复杂时，用直线一段段的逼近曲线时，两相邻小直线段的交点（称做节点），刀心轨迹等。2.1概述2020/1/2383、编写加工程序单根据已计算出的加工路线数据和已确定的工艺参数，刀位数据，按机床数控系统使用的代码及程序格式要求，编写零件加工程序清单。4、程序输入5、程序校验和试切（1）空运转检验（2）用木料工件试切（3）动态模拟以上仅检查了运动轨迹和动作的准确性，对于加工误差的检查必须经过首件试切。2.1概述2020/1/239第2章数控加工的程序编制2.2数控编程的基础2020/1/2310一、编程的几何基础——数控机床的坐标系统1、机床坐标系:是机床上固有的坐标系，是用来确定被加工零件在机床中的坐标，机床运动部件的位置和运动范围的坐标系。2.2数控编程的基础2020/1/2311ISO标准规定：（1）机床的直线运动采用右手直角笛卡儿坐标系，如右图2.1，其坐标轴命名为x，y，z，使用右手定则判定方向，绕x，y，z各轴的回转运动及其正方向+A，+B，+C分别用螺旋法则判定。x，y，z三轴的正方向是使工件尺寸增加的方向。2.2数控编程的基础2020/1/2312（2）以平行主轴的轴线为z轴（即z坐标的运动由传递切削力的主轴所规定），若机床上有几个主轴或无主轴（如刨床），则取垂直于工件装夹面的轴为z轴；x轴是水平方向的，并且平行于工件装卡面，对无旋转刀具（或工件）的机床，X轴平行于主要的切削方向，且以该方向为正方向，对于工件旋转的机床，X轴是在工件的径向且平行于横滑座，对于刀具旋转的机床，若Z轴是水平的，沿刀具主轴向工件看时，正X的方向指向右方；y轴用右手直角笛卡儿坐标系确定。2.2数控编程的基础2020/1/2313（3）编程时，一律看作是刀具相对于静止的工件运动，并将刀具远离工件的方向定为坐标轴的正向。标准坐标系的原点和A、B、C运动的0°位置是可任选的，对某一机床必须确定，一旦确定原点，则标准坐标系就成为机床坐标系。2.2数控编程的基础2020/1/23142、机床原点与参考点机床的原点：就是机床坐标系的原点，是机床上的一个固定点，由机床制造厂确定，又称机床零点(M点）或机械原点,它是其它所有坐标系的基准点。数控车的机床零点一般设在主轴前端面的中心，即在主轴法兰盘接触面的中心，主轴与z轴平行，x轴水平与z轴垂直。数控铣的机床零点因生产厂家而异。有的设在左前上方，有的设在工作台中心。2.2数控编程的基础2020/1/23152.2数控编程的基础机床坐标系的正确建立是通过操作刀具或工件返回机床零点M而建立，但在大多数情况下，当已装好刀具和工件时，机床的零点已不可能返回，故需设置参考点R。参考点的位置是由每个运动轴上的挡铁和限位开关精确地预先确定好，参考点多位于加工区域的边缘，参考点R和机床零点M的坐标位置关系是固定的，其位置参数存在数控系统中。在增量行程测量的控制系统中，用参考点来确定起始位置。参考点是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的增量测量系统进行标定和控制的点。2020/1/23163、工件坐标系工件坐标系是以工件设计尺寸为依据建立的坐标系。编程尺寸均按工件坐标系中的尺寸确定，工件随夹具安装在机床上，这时测得的工件原点与机床原点之间的距离称作工件原点偏置。该偏置在加工前预存到系统中。车削工件零点一般放在工件得右端面或左端面且与主轴中心线重合。铣削工件零点一般设在工件外轮廓的某一角上。2.2数控编程的基础2020/1/23174、绝对尺寸与增量尺寸绝对尺寸：是从工件坐标的原点进行标注的零件尺寸（即坐标值）。增量尺寸：是相对于前一点的位置增量进行标注的某点零件尺寸。即零件的后一点的位置是以前一点为零点进行标注的。2.2数控编程的基础2020/1/2318二、编程的工艺基础数控加工工艺涉及的内容很多，有些与普通加工机床相似。但数控加工又有其特点：（1）数控加工的工序内容相对复杂,十分具体。（2）数控加工的程序编制比普通机床的工艺规程的编制要复杂，工艺处理相当严密。如需考虑工序内对刀点、换刀点及走刀路线等。2.2数控编程的基础2020/1/23191、加工工件的选择数控车适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形腔。数控立式镗铣床和立式加工中心适于箱体、箱盖、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。数控卧式镗铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。多坐标联动的卧式加工中心用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。2.2数控编程的基础2020/1/23202、加工工序的划分在数控机床上加工零件的工序划分方法有：（1）刀具集中分序法（2）粗、精加工分序法（3）按加工部位分序法2.2数控编程的基础2020/1/23213、工件的装夹方式对零件的定位、夹紧方式要注意以下问题：（1）尽量采用组合夹具。当工件批量大，工件精度要求高时，可设计专用夹具。（2）零件定位、夹紧部位的选取应考虑到便于工件加工、换刀、测量，不会发生干涉现象等。（3）夹紧力应力求通过（或靠近）主要支承点或在支承点所组成的三角形内；应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。（4）零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。2.2数控编程的基础2020/1/23224、加工路线的确定加工路线是指数控机床加工过程中刀具运动的轨迹和方向。确定加工路线时应考虑以下几点：（1）选择最短走刀路线，尽量减少进退刀时间和其它辅助时间。（2）在铣削加工零件轮廓时，要恰当考虑顺铣或逆铣的加工方式，以提高零件的表面粗糙度和加工精度，最终轮廓应最后一次连续加工出来。（3）选择合适的进退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿，进退刀位置应该选在不重要的位置。（4）一般先加工外轮廓，再加工内轮廓。（5）要选择工件在加工后变形较小的路线。2.2数控编程的基础2020/1/23235、切削用量的选择切削用量的确定原则：（1）在机床、工件、刀具刚度允许情况下，背吃刀量等于加工余量。（2）切削速度的选择主要取决于刀具耐用度。（3）进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。6、确定对刀点与换刀点对刀点是刀具相对工件运动的起点。2.2数控编程的基础2020/1/2324第2章数控加工的程序编制2.3数控标准2020/1/2325一、ISO、EIA代码代码是表示信息的符号体系。数控用的信息，如字母、数字和符号等，用二进制数编码表示，也可用纸带上的一行孔来表示，有孔表示二进制的“1”，无孔表示“0”。国际上数控机床常用的代码有ISO和EIA两种代码。ISO码是国际标准化组织制定的代码；EIA码是美国电子工业协会制定的代码。ISO代码由七位二进制数及偶校验位组成，其第八位用作补偶位。EIA代码由六位二进制数及奇校验位组成，其第五位用作补奇位。2.3数控标准2020/1/2326ISO的优点：1）ISO码信息量大。2）ISO比EIA的规律性强，易识别，为数控装置的逻辑设计带来方便。3）ISO与ASCII码相同，使其易于与计算机配合。实际编程时，由于只是用字符和数字编写，不直接涉及数控系统内部代码，故用那种代码影响不大，若用纸带作控制介质，应注意。系统中有两种标准格式的系统参数供设置。2.3数控标准2020/1/2327二、程序结构与程序段格式1、数控程序的组成零件的加工程序由主程序和子程序组成，子程序有多级套嵌。一个完整的程序由若干个程序段组成，一个程序段又由若干个字组成。字的定义是：一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元存储、传递和操作。常规加工程序中的字都由一个英文字符和随后的若干位10进制数字组成。这个英文字符称为地址符，其含义见表2.1。字是表示某功能的代码符号，也称为指令代码。2.3数控标准2020/1/23282、程序段格式程序段的格式是程序段中的字、字符和数据的安排形式。（1）固定程序段格式规定了输入时所有可能出现的各个字的顺序和各个字的位数，即使与上一段相比某些字没有改变，也要重写而不能略去。（2）分隔符顺序格式预先规定输入时所有可能出现的字顺序，但所有字的地址均用分隔符“HT”表示，不需要的或上一程序段继续有效的字可略，不过必须补出分隔符。如：001HT01HT1500HT2000HT15HT30HT11HT06HTLFNGXZFSTMLF又如：BXBYBJGZ坐标坐标记数长度计算方向加工指令2.3数控标准2020/1/2329（3）字——地址程序格式是一种可变程序段格式，每个程序段由若干个字组成，每个字由英文字母开头，其后紧随数字构成的，字的排列顺序没有严格的要求，不需要的字及与上段相同的字可不写。它代表系统的一个具体指令，其格式为：N4G2X±5.3Y±5.3Z±5.3F4.3S4T2M2LF优点：程序中所含信息的可读性强，便于人工编辑修改。数控系统解释便捷。2.3数控标准2020/1/23303、程序段中“功能字”的含义（1）程序段号字表示程序执行的顺序，由N和其后的1---4位数字组成。（2）准备功能字（也称G功能或G代码）定义：建立机床或控制系统工作方式的一种命令。由G和其后的两位数字组成.标准对G代码进行了分组,在一个程序段中可以指定不同组别的G指令。G指令分为模态和非模态，即续效和非续效两种状态。模态指令，只要指定一次，在它被同组的其他G指令取代或被注销以前，其功能一直有效。非模态G指令，其功能只在出现的程序段中起作用，因此，每次使用前都必须指定。2.3数控标准2020/1/2331（3）坐标字——尺寸字尺寸字在程序段中主要用来指令机床刀具运动到达的坐标位置。坐标字地址代码：X，Y，Z；U，V，W；P，Q，R；A，B，C；D，E；I，J，K。数值带小数点时，小数点前一位单位为毫米；不使用小数点时，以系统分辨率（或脉冲当量）为单位。2.3数控标准2020/1/2332（4）进给功能字----F功能表示刀具相对于工件的运动速度。指定方法有：1）直接指定法：用F后的数字直接指定进给速度mm/min。在螺纹切削程序段中，F指令导程mm/r。2）时间倒数法：F后面的数字是刀具以一定的进给速度走完编程轨迹所用时间的倒数，1/min。2.3数控标准2020/1/2333（5）主轴速度功能字——S功能字主要用来指定主轴转速或速度。r/