程序编制的基本概念.ppt

浙江机电职业技术学院 1 第1节 程序编制的基本概念 一 、 数控编程概述 编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的 尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深 度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、 刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、 符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。 数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、 工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。 2 二、编程方法分类 程序编制可分成手工编程和自动编程两类。 1、手工编程： 整个程序的编制过程是由人工完成的。要求编程人员不仅要熟悉数控 代码及编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力。对 于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不 多，手工编程即可实现。 2、自动编程： 指在编程过程中，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。根据输入方式的不同，可将自动编程分为 图形数控自动编程、语言数控自动编程（APT）和语音数控自动编程、视 觉系统编程等。 1）图形数控自动编程：目前，图形数控自动编程是使用最为广泛的自动编程 方式。 3 图形数控自动编程软件 nCAXA 制造工程师-北航海尔软件有限公司 4 nMastercam-美国 CNC Software 公司 5 nPRO/E-美国 PTC 公司 6 其它： nSolidworks软件 nCatia软件 nUG软件 7 2 2）语言自动编程（）语言自动编程（APTAPT语言）语言） 为了解决数控加工中的程序编制问题，为了解决数控加工中的程序编制问题，5050年代，年代，MITMIT设计了一种专门用于机械零设计了一种专门用于机械零 件数控件数控 加工程序编制的语言，称为加工程序编制的语言，称为APTAPT（Automatically Programmed ToolAutomatically Programmed Tool）。是编程人员根据零）。是编程人员根据零 件图纸要求用一种直观易懂的编程语言（包括几何、工艺等语句定义）手工编写一个简短件图纸要求用一种直观易懂的编程语言（包括几何、工艺等语句定义）手工编写一个简短 的零件源程序，然后输给计算机，计算机经过翻译处理和刀具运动轨迹处理，再经过后置的零件源程序，然后输给计算机，计算机经过翻译处理和刀具运动轨迹处理，再经过后置 处理，自动生成数控系统可以识别的加工程序。由此可见，处理，自动生成数控系统可以识别的加工程序。由此可见，APTAPT语言不能直接控制机床。语言不能直接控制机床。 APTAPT语言不能直接控制机床。语言不能直接控制机床。APTAPT几经发展，形成了诸如几经发展，形成了诸如APTIIAPTII、APTIIIAPTIII（立体切削用）（立体切削用） 、APTAPT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTACAPTAC（AdvancedcontouringAdvancedcontouring）( ( 增加切削数据库管理系统增加切削数据库管理系统) )和和APT/SSAPT/SS（Sculptured SurfaceSculptured Surface）( (增加雕塑曲面加工编程功能增加雕塑曲面加工编程功能) ) 等先进版本。等先进版本。 采用采用APTAPT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面 向机床指令的向机床指令的“ “汇编语言汇编语言” ”级，上升到面向几何元素级，上升到面向几何元素. .。APTAPT仍有许多不便之处：采用语言仍有许多不便之处：采用语言 定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具 运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CADCAD数据库和数据库和CAPPCAPP系统有效连系统有效连 接；不容易作到高度的自动化，集成化。接；不容易作到高度的自动化，集成化。 针对针对APTAPT语言的缺点，语言的缺点，19781978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NCNC加工加工 一体化的系统，称为一体化的系统，称为CATIACATIA。随后很快出现了象。随后很快出现了象EUCLIDEUCLID，UGIIUGII，INTERGRAPHINTERGRAPH， Pro/EngineeringPro/Engineering，MasterCAMMasterCAM及及NPU/GNCPNPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造等系统，这些系统都有效的解决了几何造 型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证 等问题，推动了等问题，推动了CADCAD和和CAMCAM向一体化方向发展。向一体化方向发展。 8 nAPT语言格式举例： n点的定义：P=POINT/10，20，15；直线的定义：L LINE/16，8，0，16，32，0。 n机床主轴转数及旋转方向的定义：SPINDL/n，CLW n轮廓加工的外容差和内容差的定义：OUTTOL/ INTOL/ n刀具起始点为P：From/P； n刀具从P点以最短距离运动向L运动，直至与L相切： GO/TO，L 9 制定工艺过程 前置处理 后置处理 翻译程序 数值计算 零件图样 编写零件 源程序 按自动编程系统规定的“语言”描述被加工零件的 几何形状,加工时刀具相对于工件的运动轨迹 这里用“语言”编写的源程序和手工编程的加工程序有本质差别: 手工编程的加工程序可直接控制数控机床进行零件加工;自动编 程的源程序要经编译处理后才可被数控机床接受. 刀具中心轨迹计算 将源程序翻译成计算机能接受和 处理的形式 选用设计工夹具,安排工艺路线,选择工艺参数 加工程序单或纸带 刀位数据 将刀位数据及工艺参数等信息转换成数控机床要求的 指令代码 NC 接口 APT自动编程的基本步骤 10 3）语音编程：语音数控自动编程是采用语音识别器，将编程人员发出的加 工指令声音转变为加工程序。 4）视觉系统编程：采用计算机视觉系统来自动阅读、理解图样，由程编 员在编辑过程中实时给定起刀点、下刀点和退刀点，然后自动计算出刀位点 的有关坐标值，并经后置处理，最后输出数控加工的程序单。视觉系统编程 首先由图样扫描器（常用的CCD传感器扫描器和扫描鼓两种）扫描图样，取 得一幅图像，对该图像进行预处理是为了校正图像的几何畸变和灰度畸变， 并将它转化为易处理的二值图像，同时作断口校正、几何交点部分检测、细 线化处理，以消除输入部分分辨率的影响；然后分离并识别图样上的文字、 符号、线划等元素，并记忆它们之间的关系，对线划还需进行矢量化处理， 并用直线或曲线拟合，得到端点和分支点；将这些信息综合处理，确定图样 中每条线的意义及其尺寸大小，最后作编辑处理及刀位点坐标计算。再连接 适当的后置处理，就能输出数控加工程序单。视觉系统在编程时不需要零件 源程序和编程员，只要事先输入工艺参数即可，操作简单，能直接与CAD的 数据相连接，实现高度自动化。 11 三、程序代码 n国际标准化组织ISO(international standard organization) n美国电子工业协会EIA(electronic industries association) n国际上通用的数控代码有ISO、EIA两种。 12 四、程序结构 nA、加工程序由若干个程序段组成。 nB、程序段由一个或若干个指令字组成，字是数控程序的最小单 位。 nC、每个指令字由地址符和数字组成（字地址结构），代表机 床的一个位置或一个动作。地址符由字母组成，每个字母、数字 、符号（正负号）称为字符。 nD、程序的起始符：% nE、程序结束符：M02或M30。 nF、每一行程序以分号结尾。 nG、注释符：括号“（）”内或分号“；”后的内容为注释文字。 n注：一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序 段号的大小顺序执行的，但书写或输入程序时，建议按升序。 13 n 一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规 则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个 指令字组成的。如图2.1 所示。 程 序 O1000 N01 G00 U50 W60; N10 G01 U100 W500 F150 S300 M03; N 程序段 N200 M30 ; 指令字 图2.1 程序的结构 14 1、程序的文件名（程序名） 格式：O _ _ _ _ 说明： n1) O：文件名首字母，后面必须有四位数字或字母，如 日本 FANUC 系统如O001，O002；华中数控HNC-21/22T系统扩展了标 识程序文件的方法，可以使用任意 DOS文件名（即 8+3 文件名：1 至 8 个字母或数字加小数点，再加 0至 3个字母或数字组成，如 “MYPART.001”、 “ O1234”等）标识零件程序。 n2) O1、O01、O001、O0001等价； n3) 范围O1O7999 用户区 n O8000O8999 用户区（加密、加锁） n O9000O9999 扩展区（厂方修改）（FANUC0i） 15 2、顺序号 （标识作用） 格式：N _ _ _ _ 说明： n1）范围：N1N9999 n2）N1、N01、N001、N0001等价 3、准备功能（简称G功能） n由地址符G和两位数字组成，G01，G02等等，G功能的代号已标准 化；G1、G01等价。 16 n4、尺寸字（坐标字）： 由坐标地址符和数字组成，各组数字必须有作为地址代码的字母开头。 nX、Y、Z、U、V、W、P、Q、R； nA、B、C、D、E； nI、J、K。 n其中， X50. n X50.0 在相对坐标编程时， n 都表示沿X轴移动50mm n X50000 17 n5、进给功能字：F n由进给地址符和数字组成，单位一般为mm/min或mm/r nF指令表示刀具中心运动时的进给速度。由F和其后的若干数字组成 。数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。具体 内容见所用机床的编程说明书。 n 注意事项如下： n 1)当编写程序时，第一次遇到直线（G01）或圆弧（G02/G03）插 补指令时，必须编写进给率F，如果没有编写F功能，CNC采用F0。 当工作在快速定位（G00）方式时，机床将以通过机床轴参数设定的 快速进给率移动，与编写的F指令无关。 n 2）F指令为模态指令，实际进给率可以通过CNC操作面板上的进给 倍率旋钮，在0120%之间调整。 18 n6、主轴转速功能字：S n由主轴地址符和数字组成，单位为r/min nS指令表示机床主轴的转速。由S和其后的若干数字组成，其表示方 法有以下三种： n 转速 n S表示主轴转速，单位为r/min。如S1000表示主轴转速 为 1000r/min。 n 线速 n 在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为 m/min如S60表示切削点的线速度恒定为60 m/min。 n 代码 n 用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直接表示转速 或线速的数值，而只是主轴速度的代号。如某机床用S00S99表示 100种转速，S40表示主轴转速为1200r/min， S41表示主轴转速为 1230r/min，S00表示主轴转速为0r/min，S99表示最高转速。 19 n7、刀具功能字：T n 由刀具地址符和数字组成，数字表示刀具库中刀具号。 n刀具和刀具参数的选择是数控编程的重要内容，其编程格式因数控 系统不同而异，主要格式有以下两种： n 采用T指令编程 n 由T和数字组成。有T和T两种格式，数字的位数由所用数 控系统决定，T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。 n 例如：T04表示选择4号刀；T0404表示选择4号刀，4号偏置值； T0400表示选择第4号刀，刀具偏置取消。 n 采用T、D指令编程 n 利用T功能选择刀具，利用D功能选择相关的刀偏。 n 在定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。T和D可以编写在一 起，也可以单独编写，例如：T4 D04表示选择4号刀，采用刀具偏置 表第4号的偏置尺寸；D12表示仍用4号刀，采用刀具偏置表第12号的 偏置尺寸；T2表示选择2号刀，采用与该刀具相关的刀具偏置尺寸。 20 n8、辅助功能字：M n由辅助操作地址符和两位数字组成。M功能的代码已标准化。 nM指令是控制数控机床“开、关”功能的指令，主要用于完成加工操 作时的辅助动作。 n M 功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。 非模态M功能（当段有效代码）：只在书写了该代 码的程序段中有效； 模态M功能（续效代码）：一组可相互注销的 M功 能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直 有效。 n如：M02或M30 、M03、M04、M05 等。 21 M 代码及功能表 代码模 态功 能 说 明代码模态功 能 说 明 M00 非模态程序暂停M03模态主轴正转 M02 非模态程序结束M04模态主轴反转 M30 非模态 程序结束并返 回程序起点 M05模态主轴停止 M07模态冷却液打开 M98 非模态调用子程序M08模态冷却液打开 M99 非模态子程序结束M09模态冷却液关闭 22 模态 M功能组中包含一个缺省功能，系统上电时 将被初始化为该功能。 M 功能还可分为前作用 M 功能和后作用 M 功能二类。 前作用 M 功能：在程序段编制的轴运动之前执行； 后作用 M 功能：在程序段编制的轴运动之后执行。 nM00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向， 是 CNC内定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，也 就是说，与PLC程序无关； n其余 M 代码用于机床各种辅助功能的开关动作，其功能 不由CNC内定，而是由 PLC程序指定，所以有可能因机 床制造商不同而有差异（ 使用时须参考机床使用说明书 ）。 23 右手笛卡儿直角坐标系 五、坐标系五、坐标系 24 1、右手笛卡儿直角坐标系 为了简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方 向命名制定了统一的标准，规定直线进给坐标轴用X、Y、Z表示， 常称基本坐标轴。 X、Y、Z 坐标轴的相互关系用右手定则决定，图 中大拇指指向 X 轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向为 Z 轴的正方向。 围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴用A、B、C 表示，根据 右手螺旋定则，以大拇指指向+X，+Y，+Z 方向，则食指、中指等 的指向是圆周进给运动+A，+B，+C方向。 25 2 、机床原点、机床坐标系 na、机床原点 机床原点也称为机床零点，它的位置通常由机床制造厂确定。在机 床经过设计、制造和调整之后，这个原点便被确定下来，它是固定的点 。数控车床的机床原点的位置大多数规定在其主轴旋转中心与卡盘后端 面的交点上；数控铣床的机床原点的位置大多数规定在其工作台上表面 的中心点上。 nb、机床坐标系 以机床原点作为坐标系原点建立的坐标系就是机床坐标系，它是制造 和调整机床的基础，一般不允许随意变动。 理解机床坐标系： 1、机床坐标系是针对刀具而言的，假定工件不动，刀具运动； 2、机床坐标系符合右手定则； 3、按下操作面板上的 ，则刀具相对于工件向X方向运动。 X 26 图2-4 铣床的机床原点 图2-3车床的机床原点 27 机床坐标系方向确定： 数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着 工件运动来实现。但是在确定坐标轴的正方向时，是假 定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的方向 。机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局。 对车床而言： Z 轴与主轴轴线重合，刀具远离工件的方向为Z 轴的正方向； X 轴垂直于 Z 轴，对应于转塔刀架的径向移动， 刀具远离工件的方向为 X 轴的正方向； Y 轴（通常是虚设的）与 X轴和Z轴一起构成遵 循右手定则的坐标系统。 28 图 2.5 车床坐标系 29 对铣床及加工中心而言： 1、Z轴的确定：平行于机床主轴的刀具运动坐标 轴为Z 轴，取刀具远离工件的方向为正方向（ Z）。当机床有多个主轴时，选一个垂直 于工件装夹面的主轴为Z轴