第5章 数控加工编程基础

1第5章数控加工编程基础数控编程的基本知识2数控编程中的数学处理4数控加工工艺基础3数控加工技术文件5认识数控编程的工作过程125.1认识数控编程的工作过程分析零件图样和制定工艺方案、数学处理、编写零件加工程序、程序检验。圆锥螺母套零件图1、认识数控编程的工作过程数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号单位名称工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘工步工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1车端面T0125×2532012钻中心孔T02495023钻孔T0331.52004镗通孔至尺寸31.9mmT0420×20320400.25铰孔至尺寸32＋0.033mmT053232200.16粗镗内孔锥面T0420×20320400.87精镗内孔锥面保证尺寸1∶10T0420×20320400.2数控加工工序卡片8粗车外圆至尺寸71mmT0825×2532019调头车另一端面保证尺寸76mmT0125×2532010粗镗螺纹底孔至尺寸34mmT0420×20320400.511精镗螺纹底孔至尺寸34.2mmT0420×20320250.112切5mm内螺纹退刀槽T0616×16320201334.2mm孔边倒角T0716×163202014粗车内孔螺纹T0716×163200.415精车内孔螺纹至M36×2-7HT0716×163200.116自右往左车外轮廓T0825×25320300.217自左往右车外轮廓T0925×25320300.2编制审核批准共页第1页55.1认识数控编程的工作过程2、熟悉数控加工工艺路线制定的方法和步骤零件图分析、数控机床的选择、确定装夹方案和定位基准、确定加工顺序及进给路线、选择刀具、选择切削用量。3、熟悉数学处理的方法和步骤根据零件图样的要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。65.2数控编程的基本知识5.2.1数控程序编制的概念1、数控编程的内容及步骤75.2.1数控程序编制的概念1）分析零件图样和工艺处理对零件图样进行分析；明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择、设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。2）数学处理在确定了工艺方案后，需要根据零件的几何尺寸和加工路线，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。85.2.1数控程序编制的概念3）编写零件加工程序及程序检验程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写零件加工程序。在具有图形模拟功能的数控机床上可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查；采用空运行的方式，即在不装夹工件或不安装刀具的情况下执行数控加工程序，通过检查机床动作和运动轨迹的正确性来检验程序。对于复杂的零件，需要采用易切材料进行试切削，通过检查试件，确认程序是否正确及加工精度是否符合要求。95.2.1数控程序编制的概念手工编程主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。程序的编制方法自动编程在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。105.2.2程序的结构与格式1、程序的结构一个完整的加工程序由程序名、程序内容和程序结束3部分组成。XY123.MPF程序名N10G90G94G00X150Z200LF程序内容N20T01LFN30M03S600LFN40G00X40Z50LFN50G01Z30F100LFN60G00X150Z200LFN70M02LF程序结束115.2.2程序的结构与格式1、程序的结构1）程序名FANUC系统：有英文字母O和1～4位正整数组成；SINUMERIK802C：开始的两个符号必须是字母；其后的符号可以是字母，数字或下划线；最多为8个字符；不得使用分隔符。主程序扩展名是“.MPF”，子程序扩展名“.SPF”。例：SK01.MPF，TESK02.SPF。125.2.2程序的结构与格式1、程序的结构2）程序内容由许多程序段组成。3）程序结束以程序结束指令M02、M17、M30、RET（子程序结束）作为整个程序结束的符号。135.2.2程序的结构与格式2、字符与代码字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号。常规加工程序用的字符分4类：1）地址字符由26个英文字母组成。加工程序中常用的地址字符如下：D刀刃号F进给G准备功能I、J、K、插补参数SPOS主轴位置RR参数145.2.2程序的结构与格式2）数字和小数点字符3）符号字符由正号(+)和负号(-)组成。4）功能字符小于字符:主程序段号字符=赋值字符/跳过程序段字符、除字符*乘字符LF程序段结束字符2、字符与代码3、程序字及其功能程序字是一套有规定次序的字符，字都是由地址字符与随后的若干位十进制数字字符组成的，之间可加正、负号，正号可省略不写。常用的程序字按其功能不同可分为7种类型，分别为顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴转速功能字、刀具功能字和辅助功能字。165.2.2程序的结构与格式1）顺序号字位于程序段之首，地址符是N，后续数字一般为2~4位。使用规则数字部分应为正整数，所以最小顺序号是N1。顺序号的数字可以不连续使用。顺序号不是程序段的必用字。作用便于人们对程序作校对和检索修改。便于在图上标注。用于程序段复归操作。175.2.2程序的结构与格式地址符是G，是建立机床或控制系统工作方式的一种命令。准备功能字中的后续数字大多为两位正整数（包括00）。不少机床此处的前置“0”允许省略。2）准备功能字3）准备功能字主要用来指令机床的运动部件到达的坐标位置。尺寸字的地址符用得较多的有三组。第一组是X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R，主要是用于指令到达点的直线坐标尺寸；第二组是A、B、C、D、E，主要是用来指令到达点的角度坐标；第三组是I、J、K，主要用来指令零件圆弧轮廓圆心点的坐标尺寸。185.2.2程序的结构与格式4）进给功能字地址符用F，功能是指令切削的进给速度，可用F后的数字直接指定进给速度。对于车床，可分为每分钟进给和主轴每转进给两种。5）主轴转速功能字用来指定主轴的转速（单位为r/min），其地址符使用S。6）刀具功能字用地址符T及随后的数字表示，是用来指定加工时用的刀具号。7）辅助功能字由地址符M及随后1~2位数字组成，用来指令数控机床辅助装置的接通和断开，表示机床各种辅助动作及其状态。M00：程序暂停。M01：计划暂停。M03：主轴正转。从主轴向＋Z方向看去，主轴顺时针方向旋转为正转。M04：主轴反转。从主轴向＋Z方向看去，主轴逆时针方向旋转为正转。M05：主轴旋转停止。M08：冷却液开。M09：冷却液关。M02：程序停止，程序执行指针不会复位到起始位置。M30：程序停止，程序执行指针将复位到起始位置。205.2.2程序的结构与格式程序段号准备功能尺寸字进给功能字主轴功能字刀具功能字辅助功能字NGXYZUVWPQRIJKRFSTM注意：上述程序段中包括的各种指令并非在加工程序段中都必须有，而是根据各程序段的具体功能来编入相应的指令。例如：N30G01X50Z30F100表５-１程序段格式4、程序段格式215.2.3数控机床的坐标系数控加工是基于数字信息的加工，刀具与工件的相对位置必须在相应坐标系下才能确定。P1对应于X25Z-7.5P2对应于X40Z-15P3对应于X40Z-25P4对应于X60Z-35225.2.3数控机床的坐标系1、标准坐标系及其运动方向标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则。基本坐标轴为X、Y、Z并构成直角坐标系，相应旋转坐标分别为A、B、C。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向相应用带“′”的+X′、+Ｙ′、+Z′表示。注意：+X′、+Ｙ′、+Z′之间不符合右手笛卡儿直角坐标系定则。235.2.3数控机床的坐标系由于数控机床各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以是工件相对于刀具运动，ISO标准规定：1）不论机床的具体结构，在确定坐标系时，一律看做是刀具相对静止的工件运动。2）机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手笛卡儿直角坐标系判定Y轴。3）坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）不带“′”表示刀具运动，带“′”表示工件运动。4）增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向。245.2.3数控机床的坐标系2、坐标系判定的方法与步骤1）Z轴规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴，规定刀具远离工件的方向为正方向。2）X轴对于工件旋转的机床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。数控车床坐标系255.2.3数控机床的坐标系3）Y轴Y轴垂直于X、Z坐标轴，Y轴的正方向根据X坐标轴和Z坐标轴的正方向，按照右手笛卡儿直角坐标系来判断。2、坐标系判定的方法与步骤立式数控铣床265.2.3数控机床的坐标系4）旋转运动A、B和CA、B和C表示其轴线分别平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向可按右手螺旋定则确定。5）主轴正旋转方向与C轴正方向的关系从主轴尾端向前端（装刀具或工件端）看顺时针方向旋转为主轴正方向。对于卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同；对于钻、镗、铣、加工中心机床，主轴的正旋转方向为右螺旋进入工件的方向，与C轴正方向相反。275.2.3数控机床的坐标系3、机床原点与机床参考点1）机床原点又称机械原点，是机床坐标系的原点。它是机床上设置的一个固定点，在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。2）机床参考点用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中，因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。285.2.3数控机床的坐标系数控车床的机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点。数控车床的原点与参考点295.2.3数控机床的坐标系数控铣床的原点与参考点一般情况下，数控铣床和加工中心的机床参考点与机床原点重合。305.3数控加工工艺基础数控加工工艺就是使用数控机床加工零件的一种工艺方法。一般来说，零件的复杂程度高、精度要求高、多品种、小批量的生产，采用数控机床加工能够获得较高的经济效益。但是并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序进行加工。315.3.1数控加工内容的确定1、适合于数控加工的内容①通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；②通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。2、不适合于数控加工的内容①占机调整时间长；②加工部位分散，需要多次安装、设置原点；③按某些特定的制造依据加工的型面轮廓。325.3.2数控加工零件的工艺性分析1、零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调。(a)同基准标注(b)分散标注335.3.2数控加工零件的工艺性分析2、零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点①零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数。②内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。345.3.2数控加工零件的工艺性分析2、零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点③铣削零件底平面时，槽底圆角半径r不应过大。④应采用统一的基准定位。355.3.3数控加工工艺设计1、加工方法的选择选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求。1）回转体零件的加工一般在数控车床上加工，毛坯多采用棒料或锻坯，粗加工用粗车固定循环。2）孔系零件的加工对于直径大于φ30mm的毛坯孔，一般采用粗镗→半精镗→孔口倒角→精镗的加工方案；孔径较大的孔，可采用粗铣→精铣的加工方案。对于直径小于φ30