4数控加工的程序编制

第4章数控加工的程序编制4.1数控编程的步骤4.2数控编程的方法4.3数控编程基础4.4数控加工的工艺处理4.5数控程序的结构和指令4.6图形交互自动编程数控编程的步骤成品图机床，材料，夹具机床机床数据成品图机床，材料，夹具机床机床数据刀具刀具数据材料切削速度几何数据外形尺寸技术数据切削速度进给速度加工工序数控编程的方法一.数控(NC)编程数控编程指将加工零件的几何尺寸和机加工工艺参数变成CNC系统能识别的代码的过程。二.数控编程的方法手工编程自动编程三.数控编程的标准数控编程的方法手工编程由人工完成编制零件加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺处理、数值计算到编写NC代码程序。自动编程程序编制工作大部分或全部由计算机完成。编程人员只需根据零件图纸和工作要求，使用规定的数控语言或人机对话方式进行计算机输入，计算机就能自动进行处理，并计算出刀具的运动轨迹，编制出零件加工的数控代码程序。数控编程的方法数控编程的标准国际上通用的数控编程的标准有2种：•ISO国际标准化组织标准•EIA美国电子工业协会标准我国正式批准的数控标准是JB3208—83《数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备功能G和辅助功能M的代码》等。由于各类机床使用的代码、指令，其含义不一定完全相同，因此编程人员还必须按照各自数控机床使用手册的具体规定来编制程序。注意：数控编程的方法数控编程基础1.数控机床的坐标系统2.数控机床的参考点3.绝对坐标与增量（相对）坐标坐标系统右手直角笛卡尔坐标系+X+Y+Z+X、＋Y或＋Z+A、＋B或＋C坐标系统坐标系统当刀具移动时，移动的方向和轴的方向是相同的。坐标系统坐标系统当工件移动时，移动的方向和轴的方向是相反的。坐标系统坐标系统的确定在ISO标准中统一规定采用右手直角笛卡尔坐标系对机床的坐标系进行命名。通常在命名或编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标的正方向。坐标轴判定顺序：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）不带“′”的表示刀具运动；带“′”的表示工件运动。坐标系统Z轴在数控机床坐标系中，主轴的轴线一般是Z轴。Z轴垂直于工件装卡面。主轴带动刀具旋转：铣、钻。坐标系统X轴在X、Y轴中，主要进给方向是X轴。X轴是定位面的主轴，与工件装卡面平行，主要作水平运动。坐标系统X轴为了确定X轴，将机床分成有工作轴•刀具旋转的机床（钻、铣、镗、攻丝机）•工件旋转的机床（车、磨）无工作轴（刨、线切割机）坐标系统刀具旋转的机床当从主轴看工件时，如果Z轴是水平的，则正X轴向右移动。图显示的是在卧式升降台铣床的X轴的正向情况。坐标系统刀具旋转的机床在单立柱机床，如果Z轴是立式的，当从主轴向立柱看时，正X轴向右移动。图显示的是一台立式升降台铣床。坐标系统刀具旋转的机床对于双立柱机床，如果Z轴是立式的，当从主轴向左立柱看时，正X轴向右移动。图举例说明对于双立柱机床如何确定X轴的正向。坐标系统工件旋转的机床对于车床或磨床，X轴径向于工件轴，并且平行于横向导轨。正X轴由工件轴向主刀架移动。坐标系统无工作轴的机床X轴平行于加工方向。X轴的正向是主加工方向。坐标系统数控机床的参考点1.机床零点M2.工件零点W3.编程零点4.定位点A5.参考点R6.刀具相关点（F，P）机床零点M是机床坐标系统的坐标原点。该点被机床的制造者预先设定并且不能更改。在机床零点的基础上测量整个机床。是其他坐标系和参考点如工件坐标系、编程坐标系、机床参考点的基准点。数控机床的参考点机床零点M数控机床的参考点工件零点W工件坐标系是为了确定工件几何图形上各几何要素（点、直线、圆弧）的位置而建立的坐标系。工件零点是工件坐标系统的原点。能被编程者选定并且能在NC程序中被修改。数控机床的参考点工件零点选用原则1.选在工件图样的尺寸基准上。是可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少计算工作量。数控机床的参考点工件零点选用原则2.能使工件方便地装卡、测量和检验。3.尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上。这样可提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。如铣床，工件零点被设置在参照表面的交点处。数控机床的参考点工件零点选用原则4.对于有对称的几何形状的零件，工件零点最好选在对称中心点上。数控机床的参考点编程零点编程零点也是程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点。形状复杂零件需编制几个程序或子程序。为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置上。数控机床的参考点零点的转移坐标系统原点位于机床零点M。由于工件零点与机床零点很少相同，所有工件的坐标通常要转换成原点位于机床零点的坐标系统值。编程者可使用命令G53～G59使坐标系统原点从机床零点M转换到工件零点。在加工操作前，移动到零点的不同轴向的距离必须确定，同时必须输入到CNC系统的零点转移寄存器中。数控机床的参考点零点的转移对于铣床，机床零点通常位于工作台的上边。数控机床的参考点零点的转移对于车床，机床零点在主轴的端部，安有卡盘。这里，通常只是Z方向的零点转换。数控机床的参考点定位点A能通过NC编程者选定。是工件的装卡点，是在待加工工件接触面上可任选的一个点。工件的接触面是原始工件紧贴在机床工作台挡铁或夹具挡铁上的面。数控机床的参考点定位点A数控机床的参考点参考点R是机床加工运动的极限点。由限位开关来设定，并由机床制造商确定。是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点。对于一个增量测量设备说来，必须要有一个参考点。数控机床的参考点参考点R数控机床的参考点滑板参考点F对于车床，滑板参考点在滑板上，从该点测量出刀具点“P”。数控机床的参考点主轴参考点F对于铣床，主轴参考点在主轴上，从该点测量出刀具点“P”。数控机床的参考点刀具点P刀具点是切削边的测量点。当测量和输入刀具修正因素后，控制系统能识别该点。图显示的是车床、铣床和钻床刀具点的位置。数控机床的参考点切削边的位置对于某项任务（如：修正刀具轨迹），除了刀具点，一个CNC系统需要附加信息确认刀具半径的中心和切削边的位置。切削边的位置描述了与刀具半径中心S有关的刀具点P的位置。它被标以字母“L”或“P”（如L3或P5），取决于厂商的控制系统。数控机床的参考点切削边的位置对于车床，相对于切削半径中心，存在9种不同的刀具点位置。数控机床的参考点切削边的位置对于钻和铣刀，刀具半径中心“S”和刀具点“P”是相同的。此处，刀具位置是0或9。数控机床的参考点绝对坐标与增量（相对）坐标绝对坐标系相对坐标系数控加工的工艺处理1.根据零件的加工要求，确定加工方案，选择适合的机床。2.确定零件的装卡方法并选择夹具。3.确定对刀点和换刀点。4.工序划分。5.加工余量的确定。6.选择走刀路线。7.选择加工刀具。8.切削用量的确定。应根据实际情况和具体条件，充分发挥数控机床的功能，采用最完善、最经济、最合理的工艺方案。工艺处理涉及的问题很多，编程人员要注意以下几点。对刀点“对刀点”是数控加工中刀具相对于工件运动的起点。程序也是从这一点开始执行，所以对刀点也称作“程序原点”或“程序起点”。选择对刀点的原则选择的对刀点要便于数学处理和简化程序编制对刀点在机床上容易校准加工过程中便于检查引起的加工误差小数控加工的工艺处理换刀点在数控车床、数控铣床等使用多种刀具加工的机床上，工件加工时需要经常更换刀具，在程序编制时，就要考虑设置换刀点。换刀点应根据工序内容的安排。换刀点的位置应根据换刀时刀具不碰伤工件、夹具和机床的原则而定。一般换刀点应设在工件或夹具的外部。数控加工的工艺处理对刀点和换刀点示例数控加工的工艺处理工序划分在数控机床上加工零件，工序比较集中。在一次装夹中，应尽可能完成全部工序。常用的工序划分方法有：①按先粗后精的原则划分工序，这样可减少粗加工变形对精加工的影响。②按先面后孔的原则划分工序，这样可提高孔的加工精度，避免面加工时引起的变形。③按所用刀具划分工序，这样可减少换刀次数，缩短空行程，减少不必要的定位误差和减少换刀时间。数控加工的工艺处理加工余量加工余量泛指毛坯实体尺寸与零件（图纸）尺寸之差。零件加工就是把大于零件（图纸）尺寸的毛坯实体加工掉，使加工后的零件尺寸、精度、表面粗糙度均能符合图纸的要求。通常要经过粗加工、半精加工和精加工才能达到最终要求。数控加工的工艺处理加工余量的确定加工余量的确定应根据下列条件：1）应有足够的加工余量，特别是最后的工序，加工余量应能保证达到图样上规定的精度和表面粗糙度要求。2）应考虑加工方法、装夹方式和工艺设备的刚性，以及工件可能发生的变形。过大的加工余量反而会由于切削抗力的增加而引起工件变形加大，影响加工精度。3）应考虑零件热处理引起的变形，适当的增大加工余量，否则可能产生废品。4）应考虑工件的大小。工件越大，由切削力、内应力引起的变形也越大，加工余量也相应增大。5）在保证加工精度的前提下，应尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低加工费用。数控加工的工艺处理走刀路线走刀路线是指加工过程中刀具（严格说是刀位点）相对于被加工零件的运动轨迹。即刀具从对刀点（或机床原点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。确定走刀路线，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，因为精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。数控加工的工艺处理走刀路线确定走刀路线的原则确定最短走刀路线孔加工走刀路线的分析铣削走刀路线的分析车削走刀路线的分析数控加工的工艺处理走刀路线确定走刀路线原则在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，可节省整个加工过程的执行时间，减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部位的磨损等。保证零件的加工精度和表面粗糙度。方便数值计算，减少编程工作量。尽量缩短走刀路线，减少空行行程，能使程序段数减少。走刀路线最短走刀路线的确定最短的空行程路线最短的切削进给路线走刀路线最短的空行程路线1.巧用起刀点（a）（b）最短走刀路线的确定图例分析图a图示是采用矩形循环方式进行粗车的一般情况。其对刀点A的设点是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀，故设置在离工件较远的位置处，同时将起刀点与对刀点重合在一起。图b图示中巧妙地将起刀点与对刀点分离，并设于图示点B位置，仍按相同的切削用量进行三刀粗车。由于三刀粗车的行程明显减小，所以b图走刀路线比a图短。最短走刀路线的确定最短的空行程路线2.巧设换（转）刀点为了考虑换（转）刀的方便和安全，有时将换（转）刀点也设置在离坯件较远的位置处。3.合理安排“回零”路线在编制复杂轮廓的加工程序时，应使前一刀终点与后一刀起点间距离尽量减短，或者为零。最短走刀路线的确定最短的空行程路线4.巧妙安排空行程进给路线对数控冲床、钻床等加工机床，其空行程执行时间对生产率的提高影响较大。（a）（b）（c）最短走刀路线的确定最短的切削进给路线可有效地提高生产效率，降低刀具的磨损等。（a）（b）（c）最短走刀路线的确定图例分析最短走刀路线的确定图a利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿工件轮廓进行走刀的路线。图b利用程序循环功能安排的“三角形”走刀路线。图c利用矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。结果：经分析和判断后可知矩形进给路线的走刀长度总和最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）为最短，刀具的磨损最小。另外，矩形循环加工的程序段格式也较简单，所以这种进给路线的安排，在指定加工方案上应用较多。孔加工走刀路线的分析孔加工的尺寸关系位置精度要求高的孔走刀路线的确定走刀路线孔加工的尺寸关系Zd——被加工孔的深度ΔZ——刀具的轴向引入距离Zp＝Dcotθ/2＝0.3DZf——刀具轴向位移量，即程序中的Z坐标尺寸,Zf＝Zd＋ΔZ＋Zp刀具的轴向引入距离ΔZ的经验数据为：已加工面钻、镗、铰孔ΔZ＝1mm～3mm毛面上钻、镗、铰孔