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第二章数控加工的工艺与编程2.1数控加工程序编制基础2.2数控机床的加工工艺及编程步骤2.3数控车床的编程2.4数控铣床及加工中心的编程第二章数控加工的工艺与编程2.1数控加工程序编制基础2.2.1穿孔纸带及代码2.2.2数控机床的坐标轴和运动方向2.2.3程序段格式2.1.1穿孔纸带及代码数控加工程序的编制工作是数控机床使用中的重要环节要求：编程人员必须把加工过程中的所有动作(主轴动作、刀具动作、各坐标轴的运动及辅助动作等)，按照一定的顺序,采用特定的代码编写而成。这就要求编程人员要具备一定的机制工艺、机床及刀具等方面的知识。在数控机床上加工零件时，要把被加工零件的全部工艺过程、工艺参数和位移数据，以数字信息的形式记录在信息载体上，输入NC装置，然后再进行加工。2.1.1穿孔纸带及代码数控机床数控装置的类型不同．所使用的信息载体或控制介质也不一样，功能较强的数控装置还具有与计算机通讯、联网的功能。目前，一些大、中型数控机床仍采用穿孔纸带输入，它的好处是不受电磁干扰的影响，没有漏磁问题，所以可长期重复使用。标准纸带有5单位(5列孔，宽17．5mm)和8单位(8列孔，宽25．4mm)两种。5单位所能记录的信息较少，用于线切割、简易数控以及点位控制等功能较少的数控机床。8单位孔带广泛用于车、铣、加工中心等多功能数控机床。8单位纸带的尺寸规格如图2．1．I所示，纸带上每1行可有8列直径为1．83mm的通孔．每1行通过有孔或无孔的不同组合形成一个信息代码(如数字字母和一些符号等)。第3、第4列孔2.1.1穿孔纸带及代码目前，一些大、中型数控机床仍采用穿孔纸带输入，它的好处是不受电磁干扰的影响，没有漏磁问题，所以可长期重复使用。2.1.1穿孔纸带及代码光电阅读机(图1—3)曾经在程序输人中发挥过重要作用，它用红外光敏元件识别穿孔带上每排孔的代码，将孔的排列图案转换为电信号送入数控装置。它具有较高的阅读速度和抗干扰性。数控机床加工工件之前将穿孔带送人光电阅读机，在启动数控装置之后，便发出指令启动光电阅读机。由于主动轮4始终以一定的转速旋转，当电磁铁6吸合，穿孔带被带动从光源1、聚焦镜2和9只光敏元件7之间通过，将穿孔带上的代码转换成相应的电脉冲信号，经放大与整形电路，输入数控装置译码和寄存。2.1.1穿孔纸带及代码当穿孔带上出现程序段的结束代码(通常是NL或IF)时，制动电磁铁5吸合，启动电磁铁6复位，将穿孔带压向制动柱3，实现穿孔带的快速制动。该传动方式避免了电机启动和停止的惯性影内，使穿孔带既能快速启动又能准确停止。由于穿孔带每一行的孔表示一个代码，要求在同一瞬间将一行代码同时读入。为了避免误读．采用了一个直径比代码孔径略小的同步孔发出“读入”信号，因而即使穿孔带以很高的速度通过光敏元件．也不致造成误读。2.1.1穿孔纸带及代码标准纸带有5单位(5列孔，宽17．5mm)和8单位(8列孔，宽25．4mm)两种。5单位所能记录的信息较少，用于线切割、简易数控以及点位控制等功能较少的数控机床。8单位孔带广泛用于车、铣、加工中心等多功能数控机床。8单位纸带的尺寸规格如图2．1．I所示，纸带上每1行可有8列直径为1．83mm的通孔．每1行通过有孔或无孔的不同组合形成一个信息代码(如数字字母和一些符号等)。第3、第4列孔之间直径为1．17mm的孔称为同步孔，作为每行大孔的基准，并产生同步读人情号。国际上通用的信息代码有ISO代码和EIA代码两种，见表2．1．1。2.1.1穿孔纸带及代码EIA代码除CR字符外，其余均不使用第8列，并且每行的孔数必须为奇数个，若为偶数个则用第5列孔补奇，故EIA代码也称补奇码。EIA代码的容量是24＝64，ISO代码的特点是每一行的孔数必须为偶数个，若某一行的孔数为奇数个，则用第8列孔补偶，故ISO码也称补偶码。如数字“2”在1—7列有3个孔，故在第8列添1个孔。补奇和补偶的目的是为了读入时进行校验．当ISO代码出现奇数孔或ELA代码出现偶数孔时产生报警。2.1.1穿孔纸带及代码ISO代码排列有一定规律，每行的第l列到第4列形成二进制编码，可形成16种不同组合，不同类型字符由第5列到第7列的不同组合来区分，去掉第8列，ISO代码的容量是27＝128。与EIA代码相比，ISO代码具有信息量大、可靠性高、与数据传输系统一致等优点，目前已在许多国家得到采用。由于ISO码在128种排列中只使用了五十几个字符，，所以ISO代码中数字、字母及辅助字符各有其明显的特点，数字码在穿孔纸带的第5、第6列均有孔，而英文字母在穿孔纸带的第7列均有孔，且仅第7列有孔时为A-O，仅第5列、第7列部时为P—Z，除个别特例外，不具有以上特征者均为辅助字符，这对逻辑判断与校验非常方便。2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向数控机床的坐标轴和运动方向统一规定数控机床坐标抽名称及其运动的正、负方向可使编程简便．并使所编程序对同类型机床具有互换性。国际上已统一了数控机床的标准坐标系。我国也已制订了JB3051-82《数控机床坐标和运动方向的命名》专业标准。2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向1.标准坐标系及运动方向标准坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系(如右图)。它规定了直角坐标X,Y,Z之间的关系及其正方向。拇指指向x轴正方向，食指指向y轴正向，中指指向z轴正方向。＋A,＋B,＋C表示轴线分别与＋X,＋Y,＋Z平行的旋转运动，将右手螺旋前进的方向取为正方向。按X-Y-Z-X的顺序由前一轴向后一轴旋转，则右手螺旋前进的方向第三轴。2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向2.Z轴原则-------主轴及Z轴、而消耗功率最多的轴为主轴3.正方向原则-----远离工件的方向为刀具运动的正方向4.工件相对静止而刀具产生运动的原则不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，确定坐标系时一律看作工件相对静止而刀具产生运动，这一原则使编程人员在编程时不必考虑刀具运动还是工件运动．只需根据零件图纸进行编程。因为各类机床实际操作时可能是刀具运动或工件运动，所以标准中统一规定；机床坐标系图中带“’”号的字母(如“＋X’”)表示工件正向运动的指令，不带“，”号的字母(如+X)则表示刀具相对于工件正向运动的指令。2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向5.坐标轴及其正方向的确定（先规则后举例）第一步：确定Z轴标准中规定平行于机床主轴的刀具运动方向为z坐标方向，+Z为刀具远离工件的方向。对于铣床、镗床、钻床等，带刀具旋转的轴为Z轴。当机床有几个主轴时，则选垂直于工件装夹平面的主轴为轴（如龙门铣）。第二步：确定X轴x轴的方向为水平方向，它垂直于Z轴并平行于工件的装夹平面。对于工件旋转的机床(车床、磨床等)，取平行于横向滑座的方向（工件径向）为X坐标方向。＋X为刀具远离工件的方向；对于刀具旋转的机床(铣、镗床等)，当Z轴水平时(卧式)，沿刀具主轴后端向工件方向看，向右为+X方向，当Z轴垂直时(立式)，面对刀具主轴向立柱方向看，向右为+X方向，第三步：确定Y轴－－按右手规则确定Y轴2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向XXZZY(a)两坐标数控车床；(b)三坐标数控铣床2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向+XB+X'+W+Z+Y+YB+ZC+X+W＋Y＋Z＋W＋X′B＋X＋Z＋WB＋Y＋XC(a)(b)(c)卧式镗铣床；(d)六轴加工中心2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向6.附加坐标X，Y，Z称为主坐标系(或第一坐标系)，除第一坐标系以外平行于主坐标轴的其他坐标系则称附加坐标系，可命名为U，V，W铀。称为第二坐标系(参见图2.1.3)再增加的第三坐标系可用P，Q，R表示。同样A，B，C以外的旋转轴可命名为D或E等。2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向7.绝对坐标和增量坐标绝对坐标：以某一固定点为原点而计量的坐标称为绝对坐标，用X，Y，Z表示，如右图中的点A(X35，Y30)，B(X10，Y12)。增量坐标：而运动轨迹中的终点以其起点为原点计量的坐标称为增量坐标，用U,V,W表示，如右图中的B点相对A点的增量坐标为(U—25，V—18)。一般从方便编程及满足加工精度等方面选用坐标系，有时也可以两者混用。2.1.2数控机床的坐标轴和运动方向8.数控机床的坐标轴数与联动轴数数控机床中要进行位移量控制的部件较多，所以要建立机床的坐标系统，以便分别进行控制。对于一台数控机床来说，坐标数是指采用了数字控制的运动数。如一台数控车床，如果其X．Z方向采用了数字控制，则称为2坐标数控车床。又如一台铣床，如果其X，Y，Z3个方向的运动都能进行数控，则称为3坐标数控铣床。有些机床的运动部件较多，同一坐标轴方向上有2个或更多的运动是数字控制的，于是就有4坐标、5坐标数控机床等。要注意数控机床的坐标数不要与“2坐标联动”、“3坐标联动”相混淆。前述的3坐标数控铣床，若数控系统只能控制任意2坐标联动，则只能实现2坐标联动加工。若数控系统能控制3坐标联动，则能实现3坐标联动加工。2.1.3程序段格式9.数控加工程序的组成数控加工程序：由若干程序段组成；程序段：由若干程序字组成的；程序字：包括用英文字母表示的地址符和跟随其后的数字、字符。例如：O0008程序号N0010G00X90.0Z5.0；N0020G0lZ－50.0F0.3；N0030X96.0；N0040X100.0Z－52.0；N0050Z－80.0F0.2；N0060X150.0；N0070M02若干程序段程序结束指令2.1.3程序段格式9、程序段格式是指程序段的书写规则，即程序中的字、字符、数据的安排规则。格式不符规定．效控系统不予接收并报警。分为固定程序段格式和可变程序段格式。固定程序段格式：这种格式的程序段中无地址符，字的顺序和程序段的长度固定不变，不能省略。这种格式的NC系统简单，但程序太长，也不直观，因此应用较少。用分隔符的程序段格式：这种格式也不使用地址符，但字的顺序是固定的，各字之间用分隔符隔开以表示地址的顺序。由于有分隔符，所以不需要的字可以省略．但必须保留相应的分隔符。数控机床发展的初期采用固定顺序程序段格式及后来的分隅符程序段格式，现已不用或很少用。现今广泛应用字地址可变程序段格式(简称字地址程序格式)，上述示例即后此类。2.1.3程序段格式字地址程序段格式：与前两种格式不同，这种格式以地址符开头，后面是由数字组成的信息单元“字”，每个字根据地址确定其含义，因此不需要的字和与上一程序段相同的字都可以省略，各字也可以不按顺序。这种格式虽然增加了地址译码电路，但程序直观，便于检查，可缩短穿孔带，广泛用于车、铣等数控机床。字地址程序段格式通常字地址程序段中字的顺序及形式为：NGXYZFSTM；目前国内外的数控装置都采用以上格式，给程序编制工作带剩很大方便。例如：N0010G00X90.0Z5.0；2.1.3程序段格式一个完整的加工程序由程序号、若干程序段及程序结束指令构成。程序号：又称程序名，置于程序的开头，用作一个具体加工程序存储、调用的标记。程序号一般由字母O、P或符号“％”后加2~4位数组成，也有机床用零件名称、零件号及其工序号等内容表示。程序结束指令：用M02或M30代码(参见书P37表2.4.1)。由于M02或M30总是在程序段其他指令完成之后才起作用．故编程时也可置于最后一条工作程序段的末尾，如上例可改成N0060X150.0M02；O0008N0010G00X90.0Z5.0；N0020G0lZ－50.0F0.3；N0030X96.0；N0040X100.0Z－52.0；N0050Z－80.0F0.2；N0060X150.0；N0070M022.1.3程序段格式程序段：是控制机床加工的一种语句，表示一个完整的运动或操作。程序段由程序段号、若干数据字及程序段结束符号组成。例如：N0010G00X90.0Z5.0；程序段号(NXXX)：又称程序段名，