第2章数控加工程序编制基础.ppt

天津工业大学 1 第2章数控加工程序编制基础 2 1概述2 2数控编程中的常用指令2 3数控编程中的工艺处理2 4高速加工及其工艺处理2 5数控编程中的数学处理 天津工业大学 2 从分析零件图纸开始 到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程 2 1概述 加工方案工艺处理数学处理 2 1 1概念 天津工业大学 3 确定加工方案 选择适当的机床 刀具 夹具和装夹方法 选择对刀点 确定加工路线和切削用量 根据图纸数据求出编程所需的数据 2 1 2内容和步骤 天津工业大学 4 2 1 3数控编程的方法 手动编程 几何形状不太复杂的零件 自动编程 形状复杂的零件 虽不复杂但编程工作量很大的零件 如有数千个孔的零件 虽不复杂但计算工作量大的零件 如非圆曲线的计算 天津工业大学 5 2 1 4数控机床坐标系 右手直角笛卡尔坐标系 天津工业大学 6 右手直角笛卡尔坐标系 天津工业大学 7 2 1 4数控机床坐标系 标准规定 在加工过程中无论是刀具移动 工件静止 还是工件移动 刀具静止 一般都假定工件相对静止不动 而刀具在移动 并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向 坐标轴的命名及方向 JB3051 82标准为 数字控制机床坐标轴和运动方向的命名 与国际标准ISO841中的规定相同 天津工业大学 8 Z轴的确定 数控机床坐标轴的确定方法 天津工业大学 9 X轴的确定 数控机床坐标轴的确定方法 天津工业大学 10 Y轴的确定 数控机床坐标轴的确定方法 利用已确定的X Z坐标的正方向 用右手定则或右手螺旋法则 确定Y坐标的正方向 右手定则 大姆指指向 X 中指指向 Z 则 Y方向为食指指向 右手螺旋法则 在XZ平面 从Z至X 姆指所指的方向为 Y 旋转或摆动轴的确定 天津工业大学 11 数控车床坐标系 天津工业大学 12 立式数控铣床坐标系 龙门数控铣床坐标系 天津工业大学 13 卧式数控铣床坐标系 五坐标数控铣床坐标系 天津工业大学 14 1 机床坐标系与机床原点 参考点 机床坐标系与工件坐标系 几个关键的点 2 工件坐标系与工件原点 机床原点 机床坐标系的原点 车床原点 法兰盘与主轴交接点 铣床原点 MBT刀柄与主轴端面交接点 参考点 坐标系中一个特殊点 通常是坐标轴的极限位置点 工件原点 工件坐标系的原点 可用程序指令来设定和改变 3 刀位点 刀具上的参考点 天津工业大学 15 天津工业大学 16 铣床的两种坐标系1 工件2 工作台 天津工业大学 17 典型数控机床坐标系 前置刀架 水平导轨 数控车床 天津工业大学 18 典型数控机床坐标系 后置刀架 倾斜导轨 数控车床 天津工业大学 19 典型数控机床坐标系 立式数控车床 大型盘类零件 天津工业大学 20 2 1 5加工程序结构与格式 O0001 程序名N10G92X0Y0Z200 0 N20G90G00X50 0Y60 0S300M03 N30G01X10 0Y50 0F150 N110M30 程序结束指令 加工程序的构成 识别 调用该程序的标志地址 O 或 P 数字 M02 M30 M99 描述机床运行动作 当前状态及刀具运动轨迹 天津工业大学 21 程序段格式 天津工业大学 22 常用地址码及其含义 天津工业大学 23 主程序和子程序 天津工业大学 24 2 2数控编程中的常用指令 模态代码 大多数G M代码输入一次 一旦被指定 该功能持续有效 除非被同组其它任一代码替代或取消 模态代码在编下一个程序段时不必重新输入 非模态代码 而非模态代码只在本程序段中有效 天津工业大学 25 2 2数控编程中的常用指令 2 2 1准备功能G代码 绝对坐标与增量坐标编程指令 G90 G91 N100G90G01X15 0Y30 0F100 N100G91G01X 20 0Y10 0F100 G90 G91 天津工业大学 26 天津工业大学 27 快速点定位指令 G00 格式 G00X Y Z 式中 X Y Z为目标位置的坐标值 G00 a G00 b 天津工业大学 28 直线插补指令 G01 格式 G01X Y Z F 式中 X Y Z为目标位置的坐标值 N20G00X50 0Z2 0S500 0M03 刀具快速移动 主轴转速S 500r minN30G01Z 40 0F100 0 以F 100mm min的进给速度从P1 P2N40X80 0Z 60 0 P2 P3N50G00X160 0Z100 0 P3 P0快速移动 天津工业大学 29 圆弧插补指令 G02 G03 G02为顺时针 CLW 圆弧插补 G02为逆时针 CCLW 圆弧插补 判断顺 逆方向的方法 沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察来确定顺逆方向 天津工业大学 30 用I J K指定圆心位置 圆弧插补指令 G02 G03 用圆弧半径R指定圆心位置 式中 X Y Z为目标位置的坐标值 I J K为圆心相对于起点的坐标 天津工业大学 31 说明 天津工业大学 32 坐标平面选择指令 G17 G18 G19 天津工业大学 33 刀具补偿指令 简化编程工作量 实现粗 精加工 实现内外型面的加工 天津工业大学 34 刀具半径补偿指令 G41 G42 G40 G41指令 刀具半径左补偿 G42指令 刀具半径左补偿 G40指令 取消刀具半径补偿 格式 G00 G01G41 G42X Y D H F G00 或G01 G40X Y 式中 X Y为刀具半径补偿 取消时的终点坐标 D H 为刀具偏置代码地址字 刀补 天津工业大学 35 刀具半径补偿指令 G41 G42 G40 补偿过程分为三步 刀补的建立刀补的进行刀补的撤销 天津工业大学 36 刀具半径补偿指令 G41 G42 G40 使用规则 增加 取消刀补时 刀具与工件的距离大于刀具半径 G41和G42应使用G40取消补偿 不能互相取消 G40 G41 G42必须指定运动指令G00或G01 否则补偿无效 刀补时不允许指定的指令代码 M代码 S代码 G04 M T机床中 G02 G03指令程序段不允许指定 取消刀补 M T机床中 优选单坐标轴运动指定 取消刀补 几种取消刀补的其它方法 换刀指令 复位功能 急停键 天津工业大学 37 刀具长度补偿指令 G43 G44 G49 G40 G43指令 刀具长度正补偿 G44指令 刀具长度负补偿 G49或G40指令 取消刀具长度补偿 格式 G00 G01G43 G44Z H F G00 或G01 G49 G40Z 式中 H代码中存放刀具的长度补偿值作为偏置量 天津工业大学 38 工件坐标系设定指令 G92 格式 G92X Y Z 式中 X Y Z为刀具起始点相对于工件原点的坐标 G92X160 0Y 20 0 天津工业大学 39 用G54 G59指令设定工件坐标系 操作者在实际主要加内工容前 测量工件原点与机床原点之间的偏置值 并在数控系统中预先设定 这个值叫做 工件零点偏置 天津工业大学 40 用G54 G59指令设定工件坐标系 工件零点偏置 怎么去测呢 天津工业大学 41 暂停指令G04 其中地址P后面的数字为整数 单位为ms 如G04P3000表示暂停3s X U 后面的数字可带小数点 单位为s 如G04X3 2表示暂停3 2s 有些机床 X U 后面的数字表示刀具或工件空转的圈数 格式 G04P X U 天津工业大学 42 图示为加工轮廓ABCDE XO机Y为机床坐标系 X0Y为工件坐标系 两坐标系的关系就是零件加工安装关系 N01G92X 10Y 10 N02G90G17G00X10Y10 N03G01X30F100 N04G03X40Y20I0J10 N05G02X30Y30I0J10 N06G01X10Y20 N07Y10 N08G00X 10Y 10M02 N01G91G17G00X20Y20 N03G01X20F100 N04G03X10Y10I0J10 N05G02X 10Y10I0J10 N06G01X 20Y 10 N07Y 10 N08G00X 20Y 20M02 天津工业大学 43 2 2 2辅助功能M代码 1 程序停止指令M00 M01和M02 M302 主轴转动控制指令M03 M04和M053 换刀指令M064 冷却液控制指令M07 M08和M095 主轴夹紧和松开指令M10和M116 主轴定向停止指令M197 子程序调用M98 M99 天津工业大学 44 一个程序段通常只输入一个M指令 否则将易导致严重程序错误 M指令功能应尽量置于运动方式程序段中 M功能启动有两种模式刀具运动同步模式 M03 M04 M07 M08运动结尾启动模式 M00 M01 M02 M05 M09 M30M续效功能 M03 M04 M05 M07 M08 M09非续效功能 M00 M01 M02 M06 M30 M60 M代码使用规则 天津工业大学 45 进给功能指令F G94 每分钟进给量 单位mm minG95 每转进给量 单位mm r 2 2 3F S T代码 主轴转速功能指令S 刀具功能指令T G96Sxxxx 恒线速功能G97Sxxxx 机床主轴实际转速 T0101 01号刀具 01号刀补T12 表示12号刀具T10H10 T1D1 天津工业大学 46 2 3数控编程中的工艺处理 机床的选择 刀具的选择 切削用量的选择 夹具及装夹方式选择 包括选择对刀点 确定加工路线和切削用量 根据图纸数据求出编程所需的数据 每一程序段的终点坐标 天津工业大学 47 数控加工工艺的特点 数控加工工艺的内容 工序内容具体 工序内容复杂 工序内容严密 工序集中 数控加工零件的选择 数控加工工艺性分析 数控加工工艺路线的设计 数控加工工序的详细设计 2 3 2 2 3 3 2 3 4 2 3 5 2 3 1数控加工工艺的特点与内容 天津工业大学 48 数控加工工艺设计的步骤 分析零件图样 确定毛坯 确定安装方法 夹具 和对刀点 确定加工方案 工艺路线和走刀路线 刀具的选择 切削用量的确定 2 3 5 2 3 4 2 3 2 2 3 3 天津工业大学 49 2 3 2数控加工零件或加工内容的选择 有毛坯和零件图样 选择合适的数控机床 有数控机床 选择合适零件 天津工业大学 50 2 3 3数控加工工艺性分析 采用统一的几何类型和尺寸 零件图上尺寸标注的原则 天津工业大学 51 内槽圆角半径不应过小 天津工业大学 52 槽底圆角半径r不应过大 天津工业大学 53 可装夹性分析 天津工业大学 54 加工方法的选择 数控机床的选择 2 3 4数控加工工艺路线的设计 固定斜角斜面加工的多种方法 考虑毛坯的材料和类型 零件轮廓形状复杂程度 尺寸大小 加工精度 批量 热处理要求等因素 要满足 T Q C 天津工业大学 55 工序的安排 2 3 4数控加工工艺路线的设计 数控工序与常规工序的衔接 基准先行 先主后次 先粗后精 先面后孔先近后远 先内后外 刀具集中 天津工业大学 56 2 3 5数控加工工序的详细设计 夹具设计刀具选择切削用量选择对刀点和换刀点选择加工路线确定 天津工业大学 57 零件的装夹与夹具设计 夹具体 定位 夹紧不需要导向和对刀功能 夹具比较简单 数控机床的夹具与传统夹具结构的差别 天津工业大学 58 基准重合 以减少定位误差 统一基准 减少重复定位次数 减少重复定位误差 夹紧要可靠 尽量避免振动 夹紧点分布要合理 夹紧力大小要适中且稳定 减少夹紧变形 夹具结构应力求简单 加工部位要敞开 数控夹具装卸应方便 气动 多件装夹 以提高加工效率等 设计或选用要求 天津工业大学 59 加工部位要敞开 天津工业大学 60 多件装夹 天津工业大学 61 刀具的选择 要求 安装调整方便 刚性好 精度高 耐用度高等 分类 整体式 机夹式 天津工业大学 62 车刀的种类 内孔车刀 天津工业大学 63 铣刀的种类 天津工业大学 64 铣刀的种类 天津工业大学 65 面铣刀 键槽铣刀 天津工业大学 66 立铣刀 天津工业大学 67 模具铣刀 圆锥形立铣刀圆柱形球头立铣刀圆锥形球头立铣刀硬质合金 天津工业大学 68 鼓形铣刀 波纹立铣刀 天津工业大学 69 成型铣刀 天津工业大学 70 铣刀选择 加工大平面 面铣刀加工凹槽 小台阶面及平面轮廓 立铣刀加工空间曲面 模具型腔等 球头铣刀加工封闭的键槽 键槽铣刀等加工变斜角零件 鼓形铣刀特殊形状 成形铣刀 天津工业大学 71 切削用量的选择 粗加工时 一般以提高生产率为主 但也应考虑经济性和加工成本 半精加工和精加工时 应在保证加工质量的前提下 兼顾切削效率 经济性和加工成本 天津工业大学 72 对刀点与换刀点的确定 是数控加工时刀具相对工件运动的起点 也是程序的起点 也称程序起点或起刀点 尽量与零件的设计基准或工艺基准一致 便于对刀 观察和检测 简化坐标值的计算 使加工程序中的引入或返回路线尽量短 并便于换刀 对刀点选用原则 对刀点 天津工业大学 73 对刀点与换刀点 天津工业大学 74 用以表示刀具特征的点 也是对刀和加工的基准点 车刀 镗刀钻头平头立铣刀球头铣刀 刀位点 天津工业大学 75 刀位点 与 对刀点 重合 千分表 对刀装置 对刀 问题 孔中心如何对刀 两面交线上的一点为对刀点 如何对刀 将已知半径的标准刀具装于主轴上测得到实际位置值 天津工业大学 76 加工路线的确定 刀具相对于工件的运动轨迹 不但包含了工步的内容 而且也反映了工步的顺序 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 简化数值计算 减少程编工作量 缩短加工路线 减少刀具空行程时间 提高加工效率 天津工业大学 77 刀具引入 引出 天津工业大学 78 铣削封闭的内 外轮廓 天津工业大学 79 车螺纹 天津工业大学 80 顺铣 多次走刀 避免进给停顿 天津工业大学 81 确定最短的空行程路线 天津工业大学 82 确定最短的切削进给路线 曲面加工 凹槽加工 行切法 天津工业大学 83 数控编程中的数学处理 根据被加工零件图纸 按照已经确定的加工路线和允许的编程误差 计算数控编程所需要的坐标点和刀位点的过程 2 5数控编程中的数学处理 直线 圆弧类零件的数学处理 非圆曲线节点坐标计算 列表曲线轮廓零件的数学处理 列表曲面轮廓零件的数学处理 刀位点轨迹计算 天津工业大学 84 计算方法 2 5 1直线 圆弧类零件的数学处理 基点 相邻几何元素间的交点或切点称之为基点 联立方程组求解 三角函数关系求解 直线方程 Y tg X圆弧方程 X 80 2 Y 14 2 30 B点 64 2786 39 5507 C点 64 2786 54 5507 天津工业大学 85 2 5 2非圆曲线节点坐标计算 非圆曲线 数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式y f x 表达的平面轮廓曲线 直线段逼近非圆曲线 节点 相邻逼近线段的交点或切点称为节点 圆弧段逼近非圆曲线 天津工业大学 86 用直线