B第5章数控编程技术.ppt

23:37,1,第5章数控编程技术,23:37,2,程序编制分为：手工编程和自动编程两种。手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制。,5.1数控编程的方法,23:37,3,5.1.1手工数控编程的过程,23:37,4,(1)分析零件图分析零件图，以确定零件是否合适在数控机床上加工，或适宜在何种数控机床上加工，或确定零件的哪几道工序在数控机床加工。,(2)确定工艺过程,选定机床、刀具与夹具，确定零件加工的工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数。,(3)计算加工轨迹和加工尺寸（数值计算）,23:37,5,根据零件图纸、加工路线和零件加工允许的误差，计算零件轮廓的坐标植。对无刀具补偿功能的机床，还要计算刀具中心的轨迹。,(4)编写加工程序单和校核,根据加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿量、机床辅助动作以及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单。,23:37,6,(5)制作控制介质将零件程序清单上的内容记录在控制机床的控制介质上，作为数控系统的输入信息。控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘等。,(6)程序校验和试切削,23:37,7,5.1.2自动编程,一、使用CAD/CAM软件进行数控编程的过程,1.应用CAD功能,建立零件模型；2.应用CAM功能，生成刀具轨迹；3.进行刀具轨迹仿真,验证刀具轨迹的正确性；4.进行后置处理，生成NC代码。,23:37,8,23:37,9,二、典型CAD/CAM软件,1.CATIA,ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication,法国DassaultSystem公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业。,23:37,10,CATIA在航天领域占了80%以上分额，包括了波音（Boeing）、空中巴士(Aerospace)等。汽车是真正全球性企业，大多数都是选用CATIA作为核心系统。包括了克莱斯勒(Chrysler)、宝马（BMW）、奔驰（Benz）、大众(Volkswagen)、奥迪（Audi）、在中国的一汽，上海大众等，欧洲100%汽车生产商都已将CATIA当成核心开发软件。机械行业ABB、Staeubli等，家电行业的IBM、SONY、Panasonic、Toshiba、Samsung等都已用CATIA作为开发产品的核心工具之一。,23:37,11,2.UG,Unigraphics,美国UnigraphicsSolutions公司(简称UGS)UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。主要客户：美国通用汽车、飞利浦、吉列、Pratt&Whitney。,23:37,12,3.Pro/E,Pro/Engineer是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的产品。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决相关性问题。,23:37,13,4.Cimatron,Cimatron针对性较强，被更多的应用到模具开发设计中，国内南方的一些模具企业都在使用这套软件，但由于它针对的专业性强，因此Cimatron更多的被应用于模具的生产制造业，而其他行业的使用者较少。,23:37,14,三、多轴数控加工,1.多轴数控加工优点,缩短加工时间减少制作流程降低工件装夹次数减少模具抛光工作减少放电区域,23:37,15,使用较短的刀具提高质量稳定的加工精度,23:37,16,延长刀具寿命降低成本减少加工设备减少电极数量,23:37,17,2.多轴数控加工机床,CINCINNATIDECKOMAHOMAKINOMAZAKMIKRON大连机床沈阳机床厂桂林机床厂宁江机床厂,23:37,18,山崎马扎克公司生产的INTEGREX系列复合式车铣加工中心，将信息技术(IT)与制造技术(MT)完全融合，将从素材到完成品为止的所有加工工序集约到一台机器上进行，不仅实现了加工过程和刀具交换的自动化，还配备一个称为信息塔（e-Tower）的外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信功能。该系列机床可与生产计划调度联网，实时反映机床工作状态和加工进度。这就是山崎马扎克追求的一种生产方式“DONEINONE”，也就是用“一台机床，一把刀具，一次装卡”来完成生产，甚至于可以将其称为一个小小的工厂(智能化生产模块)，在机器里满载了与其名称相符的许多功能。,23:37,19,根据旋转轴的结构及位置分:双转台(Table-Table)双摆头(Head-Head)转台加摆头(Table-Head),根据主轴的方向分:立式(Vertical)卧式(Horizontal)非正交,23:37,20,HEIDENHAINSIEMENSMITSUBISHIFANUCFAGORNUMFIDIA,常用五轴数控系统,23:37,21,3.多轴数控加工机床附件,电脑数控分度盘五联动主轴头,23:37,22,4.5轴数控定位加工,23:37,23,航天、机械、汽车、机车零件五轴钻孔、五面体加工,23:37,24,5.5轴数控联动加工,23:37,25,航天、汽车、机车零件,23:37,26,整体叶轮、手表、切削刀具,23:37,27,鞋模、轮胎模、保特瓶模、汽车模,模具加工,23:37,28,四、叶轮自动编程,1.叶轮刀具轨迹,2.叶轮刀具轨迹仿真,3.叶轮加工,23:37,29,5.2.1数控程序的结构一个数控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，如图所示。,5.2数控加工代码,23:37,30,指令字格式一个指令字是由地址符(指令字符)和带符号(如定义尺寸的字)或不带符号(如准备功能字G代码)的数字数据组成的。程序段中不同的指令字符及其后续数值确定了每个指令字的含义。,23:37,31,程序段格式,23:37,32,一个数控程序必须包括起始符和结束符。一个数控程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序执行的，但书写程序时建议按升序书写程序段号。华中数控装置的程序结构：程序起始符：%(或O)符；%(或O)后跟程序号程序结束符：M02或M30注释符：括号()内或分号；后的内容为注释文字,23:37,33,%1110G54G90G00Z40；进入1号加工坐标系S500M03；主轴启动G01X-50Y0F200；到达X，Y坐标起始点G01Z-5F100；到达Z坐标起始点G01G42X-10Y0H01；建立右偏刀具半径补偿G01X60Y0；切入轮廓G03X80Y20R20；切削轮廓G03X40Y60R40；切削轮廓G01X0Y40；切削轮廓G01X0Y-10；切出轮廓G01G40X0Y-40；撤消刀具半径补偿G00Z40；Z坐标退刀M05；主轴停M30；程序停,23:37,34,5.2.2数控车床、数控铣床编程概述,一、数控车床编程特点,1.在一个程序段中，可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程或二者混合编程。,2.用绝对坐标编程时，坐标值X取工件的直径；增量坐标编程时，用径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。,3.为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。,4.由于车削加工的余量较大，因此，为简化编程数控装置常具备不同形式的固定循环。,23:37,35,5.编程时，常认为刀尖是一个点，而实际中刀尖为一个半径不大的圆弧，因此需要对刀具半径进行补偿,6.直径编程与半径编程,当用直径值编程时，称为直径编程法。车床出厂时设定为直径编程，所以，在编制与X轴有关的各项尺寸时，一定要用直径值编程。,用半径值编程时，称为半径编程法。如需用半径编程，则要改变系统中相关的参数。,23:37,36,二、数控车床的加工对象,精度要求高的零件表面粗糙度小的回转体零件轮廓形状复杂的零件带一些特殊类型螺纹的零件超精密、超低表面粗糙度的零件,23:37,37,常见加工对象,23:37,38,C轴加工,23:37,39,超精加工,23:37,40,三、数控铣床的加工对象,平面类零件,23:37,41,变斜角类零件的加工,23:37,42,曲面类零件的加工,23:37,43,四、数控铣床的工艺装备,刀柄刀具夹具附件,23:37,44,TSG82工具系统图,23:37,45,刀柄,23:37,46,刀具,23:37,47,23:37,48,23:37,49,夹具(组合夹具),23:37,50,附件(回转工作台),23:37,51,附件(数控分度头),23:37,52,附件(寻边器),23:37,53,对刀仪对刀,对刀仪的基本结构如图所示。对刀仪平台7上装有刀柄夹持轴2，用于安装被测刀具。通过快速移动单键按钮4和微调旋钮5或6，可调整刀柄夹持轴2在对刀仪平台7上的位置。当光源发射器8发光，将刀具刀刃放大投影到显示屏幕1上时，即可测得刀具在X（径向尺寸）、Z（刀柄基准面到刀尖的长度尺寸）方向的尺寸。,23:37,54,5.2.3数控程序的常用指令,1、准备功能、辅助功能、主轴功能、进给功能、刀具功能代码。2、模态代码和非模态代码。3、模态功能和非模态功能。4、前作用功能和后作用功能。,一、数控编程常用指令代码分类,23:37,55,二、辅助功能M代码辅助功由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制数控程序的走向以及机床各种辅助功能的开关动作。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。模态M功能组中包含一个缺省功能见表，系统上电时将被初始化为该功能,23:37,56,23:37,57,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。M03、M04、M07、M08后作用M功能：在程序段编制的轴运动之后执行。M05、M06、M09、M02、M30,23:37,58,1.程序暂停M00当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序以方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时，机床的主轴进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变，欲继续执行后续程序，重按操作面板上的循环启动键。M00为非模态、后作用M功能。选择暂停M01M01指令的功能与M00相似，不同的是，M01只有在预先按下控制面板上“选择停止开关”按钮的情况下，程序才会停止。,23:37,59,23:37,60,2.程序结束M02、M30M02编在主程序的最后一个程序段中。当CNC执行到M02指令时机床的主轴旋转、各轴进给、冷却液全部停止，加工结束。使用M02的程序，结束后若要重新执行该程序，就得重新调用该程序。M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头(%)的作用。使用M30的程序结束后若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的循环启动键。M02、M30为非模态、后作用M功能。,23:37,61,3.主轴控制指令M03、M04、M05M03启动主轴以程序中编制的主轴速度，顺时针方向（从Z轴正向朝Z轴负向看）旋转。M04启动主轴以程序中编制的主轴速度逆时针方向旋转。M05使主轴停止旋转。M03、M04为模态、前作用M功能；M05为模态、后作用M功能；M05为缺省功能；M03、M04、M05可相互注销；M03S1000与S1000M03,23:37,62,4.换刀指令M06M06用于在加工中心上调用一个欲安装在主轴上的刀具。刀具将被自动地安装在主轴上。M06为非模态、后作用M功能。T01M06与M06T01,23:37,63,5.冷却液打开停止指令M07、M08、M09M07、M08指令将打开冷却液（泵的电机）M09指令将关闭冷却液M07、M08为模态、前作用M功能，M09为模态、后作用M功能，M09为缺省功能。N10G54G90G01Z40N20M03S800M08N30G00Z3N40G01X0Y8.66F2000,23:37,64,6.子程序调用M98及从子程序返回M99M98用来调用子程序。M99表示子程序结束，执行M99使控制返回到主程序(1)子程序的格式%*M99在子程序开头，必须规定子程序号，以作为调用入口地址。在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。(2)调用子程序的格式M98P_L_P：被调用的子程序号L：重复调用次数,23:37,65,例：如图所示,在一块平板上加工6个边长为10mm的等边三角形，每边的槽深为-2mm，工件上表面为Z向零点。其程序的编制就可以采用调用子程序的方式来实现(编程时不考虑刀具补偿)。,23:37,66,主程序：%1100N10G54G90G01Z40F2000；进入工件加工坐标系N20M03S800；主轴启动N30G00Z3；快进到工件表面上方N40G01X0Y8.66；到1#三角形上顶点N50M98P20；调20号切削子程序切削三角形N60G90G01X30Y8.66；到2#三角形上顶点N70M98P20；调20号切削子程序切削三角形N80G90G01X60Y8.66；到3#三角形上顶点N90M98P20；调20号切削子程序切削三角形N100G90G01X0Y-21.34；到4#三角形上顶点N110M98P20；调20号切削子程序切削三角形N120G90G01X30Y-21.34；到5#三角形上顶点N130M98P20；调20号切削子程序切削三角形N140G90G01X60Y-21.34；到6#三角形上顶点N150M98P20；调20号切削子程序切削三角形N160G90G01Z40F2000；抬刀N170M05；主轴停N180M30；程序结束,23:37,67,子程序：O20N10G91G01Z-2F100；在三角形上顶点切入（深）2mmN20G01X-5Y-8.66；切削三角形N30G01X10Y0；切削三角形N40G01X5Y8.66；切削三角形N50G01Z5F2000；抬刀N60M99；子程序结束,23:37,68,三、主轴功能S、进给功能F、和刀具功能T1.主轴功能S主轴功能S控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度单位为转/每分钟(r/min)，S是模态指令。,23:37,69,2.进给速度FF指令表示工件被加工时，刀具相对于工件的合成进给速度。F的单位取决于G94(每分钟进给量mm/min)或G95(每转进给量mm/r)。当工作在G01、G02或G03方式下，编程的F一直有效，直到被新的F值所取代，而工作在G00方式下，快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。借助操作面板上的倍率按键，F可在一定范围内进行倍率修调。当执行螺纹切削G33时，倍率开关失效进给倍率固定在100%。,23:37,70,3.刀具功能T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号。T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。在加工中心上执行T指令，刀库转动选择所需的刀具，然后等待直到M06指令作用时自动完成换刀。T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值(刀补长度和刀补半径)，T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效直到再次换刀调入新的刀补值,23:37,71,四、准备功能-G代码G代码为什么称为准备功能？G代码的目的：将控制系统预先设置（准备）为某种加工模式和状态。G功能有非模态G功能和模态G功能之分：非模态G功能：只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销，如G04。模态G功能：一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行则一直有效，直到被同一组的G功能注销为止。没有共同参数的不同组G代码可以放在同一程序段中，而且与顺序无关，例如G90、G17可与放在同一程序段，但G24、G68、G51等不能与G01放在同一程序段。,23:37,72,准备功能一览表,23:37,73,23:37,74,23:37,75,23:37,76,1.绝对值编程G90与相对值编程G91G90绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的。G91相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。G90、G91为模态功能，可相互注销。G90、G91可用于同一程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。,23:37,77,例：如图所示使用G90、G91编程要求，刀具由原点按顺序移动到1、2、3点。,选择合适的编程方式可使编程简化。当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对方式编程较为方便；而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时，采用相对方式编程较为方便。,23:37,78,2.工件坐标系设定G92格式：G92X_Y_Z_说明：X、Y、Z：刀具起点（对刀点）在设定的工件坐标系下的坐标值。G92指令通过设定刀具起点（对刀点）与坐标系原点的相对位置建立工件坐标系。工件坐标系一旦建立，绝对值编程时的指令值就是在此坐标系中的坐标值。,23:37,79,例.使用G92编程建立如图所示的工件坐标系,执行此程序段只建立工件坐标系，刀具并不产生运动。G92指令为非模态指令，一般放在一个零件程序的第一段。,23:37,80,3.工件坐标系选择G54G59说明：G54G59是系统预定的6个工件坐标系，可根据需要任意选用。这6个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值(工件零点偏置值)可用MDI方式输入，系统自动记忆。工件坐标系一旦选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。G54G59为模态功能，可相互注销，G54为缺省值。,23:37,81,23:37,82,例.如图所示，使用工件坐标系编程，要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点。,23:37,83,4.快速定位G00格式：G00X_Y_Z_说明：X、Y、Z：快速定位终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标，在G91时为终点相对于起点的位移量。G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。G00指令中的快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用F规定。G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀，快移速度可由面板上的“快速修调”旋钮修正。G00为模态功能，可由G01、G02、G03或G33功能注销。,23:37,84,注意：在执行G00指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是，将Z轴移动到安全高度，再放心地执行G00指令。,23:37,85,例.如图所示，使用G00编程，要求刀具从A点快速定位到B点。,23:37,86,5.线性进给G01格式：G01X_Y_Z_F_说明：X、Y、Z：线性进给终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标，在G91时为终点相对于起点的位移量F：合成进给速度G01指令刀具以联动的方式，按F规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线(联动直线轴的合成轨迹为直线)移动到程序段指令的终点。G01是模态代码，可由G00、G02、G03或G33功能注销。,23:37,87,例.如图所示，使用G01编程，要求从A点线性进给到B点。,23:37,88,6.圆弧进给G02/G03,说明：G02顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补,23:37,89,G17XY平面的圆弧G18ZX平面的圆弧G19YZ平面的圆弧X、Y、Z圆弧终点，在G90时为圆弧终点在工件坐标系中的坐标，在G91时为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。,23:37,90,I、J、K圆心相对于圆弧起点的偏移值(等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标如图所示)，在G90/G91时都是以增量方式指定。R圆弧半径，当圆弧圆心角小于180时，R为正值，否则R为负值。F被编程的两个轴的合成进给速度。,23:37,91,例.使用G02对图所示劣弧a和优弧b编程。,23:37,92,例.使用G02/G03对图所示的整圆编程。,23:37,93,6.刀具半径补偿G40、G41、G42,说明：G40取消刀具半径补偿G41左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)G42右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)G17刀具半径补偿平面为XY平面G18刀具半径补偿平面为ZX平面G19刀具半径补偿平面为YZ平面,23:37,94,G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)G42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿),23:37,95,X、Y、ZG00/G01的参数，即刀补建立或取消的终点（注投影到补偿平面上的刀具轨迹受到补偿）DG41/G42的参数，即刀补号码(D00D99)，它代表了刀补表中对应的半径补偿值。G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。注意：(1)刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行。(2)刀具半径补偿的建立与取消只能用G00或G01指令，不得是G02或G03。,23:37,96,例.考虑刀具半径补偿编制如图所示零件的加工程序，要求建立如图所示的工件坐标系，按箭头所指示的路径进行加工，设加工开始时刀具距离工件上表面50mm，切削深度为10mm。,O1010N10G92X10.Y10.Z50.N20G90G17N30G42G00X4.Y10.D01N40Z2.S900M03N50G01Z-10.F800N60X30.N70G03X40.Y20.I0.J10.N80G02X30.Y30I0.J10.N90G01X10.Y20.N100Y5.N110G00Z50.N120G40X10.Y10.N120M05N130M30,23:37,97,7.孔加工固定循环数控加工中，某些加工动作循环已经典型化，例如钻孔、镗孔的动作是孔位平面定位、快速引进、工作进给、快速退回等，这样一系列典型的加工动作已经预先编好程序存储在内存中，可用称为固定循环的一个G代码程序段调用，从而简化编程工作。,23:37,98,孔加工固定循环指令通常由下述6个动作构成：(1)X、Y轴定位(2)定位到R点(定位方式取决于上次是G00还是G01)(3)孔加工(4)在孔底的动作(5)退回到R点(参考点)(6)快速返回到初始点,23:37,99,固定循环的数据表达形式可以用绝对坐标(G90)和相对坐标(G91)表示，如图所示，其中图(a)是采用G90的表示，图(b)是采用G91的表示。,23:37,100,固定循环的程序格式包括数据形式、返回点平面、孔加工方式、孔位置数据、孔加工数据和循环次数。固定循环的程序格式如下：,说明：G98返回初始平面G99返回R点平面G_固定循环代码G73G74G76和G81-G89之一XY加工起点到孔位的距离(G91)或孔位坐标(G90)R初始点到R点的距离(G91)或R点的坐标(G90),23:37,101,说明：ZR点到孔底的距离(G91)或孔底坐标(G90)Q每次进给深度(G73/G83)IJ刀具在轴反向位移增量(G76/G87)P刀具在孔底的暂停时间F切削进给速度L固定循环的次数G73、G74、G76和G81G89、Z、R、P、F、Q、I、J、K是模态指令，G80G01G03等代码可以取消固定循环。,23:37,102,(1)G81钻孔循环(中心钻)格式G81钻孔动作循环包括X、Y坐标定位、快进、工进和快速返回等动作。,23:37,103,例.加工如图所示孔的钻孔循环程序（设Z轴工件原点距在工作表面上，孔深为20mm）。,0001N10G90G00G54Z20N15S300M03N20G99G81X10.0Y-10.0Z-20.0R2.0F200N30G81Y20.0Z-20.0R2.0N40G81X20.0Y10.0Z-20.0R10.0N50G81X30.0Z-20.0R10.0N60G98G81X40.0Y30.0Z-20.0R10.0N70G80G00Z20.0N70G00X0.0Y0.0N75M05N80M30,23:37,104,(2)G73高速深孔加工循环格式说明：Q每次进给深度k每次退刀距离G73由于Z轴的间歇进给，使深孔加工时容易排屑，减少退刀量，可以进行高效率的加工。,23:37,105,例.加工如图所示孔的高速深孔加工循环程序（设Z轴工件原点距在工作表面上，孔深为20mm）。,0001N10G90G00G54Z20N15S300M03N20G99G73X10.0Y-10.0Z-20.0R2.0Q-10K5F200N30G73Y20.0Z-20.0R2.0Q-10K5N40G73X20.0Y10.0Z-20.0R10.0Q-10K5N50G