《数控编程技术》课件教案.doc

第1章 数控机床基本知识第1代数控机床：1952年1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。 所谓计算机直接数控（Direct Numerical Control，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。 计算机集成制造系统（Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。 数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大部分组成 。伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。 辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。 数控机床通信RS-232接口数控系统的主要任务之一就是控制执行机构按预定的轨迹运动。一般情况是已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时地算出各个中间点的坐标。即需要“插入、补上”运动轨迹各个中间点的坐标，通常这个过程就称为“插补”。 数控机床的分类 按控制系统的特点分类 1. 点位控制数控机床 这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控装2直线控制数控机床这类机床主要有数控车床、数控磨床和数控镗铣床等，相应的数控装置称为直线控制装置。3轮廓控制数控机床属于这类机床的有数控车床、数控铣床、加工中心等。其相应的数控装置称为轮廓控制装置。轮廓数控装置比点位、直线控制装置结构复杂得多，功能齐全得多。按进给伺服系统的类型分类1开环进给伺服系统数控机床开环进给伺服系统通常不带有位置检测元件，伺服驱动元件一般为步进电动机。 2闭环进给伺服系统数控机床3半闭环进给伺服系统数控机床按工艺用途分类1金属切削类数控机床金属切削类数控机床包括数控车床、数控钻床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。2金属成型类数控机床金属成型类数控机床包括数控折弯机、数控组合冲床和数控回转头压力机等。这类机床起步晚，但目前发展很快。3数控特种加工机床数控特种加工机床如数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、火焰切割机和数控激光切割机床等。4其他类型的数控机床其他类型的数控机床如数控三坐标测量机等。第2章 数控编程基础数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。 数控机床程序编制过程的主要内容包括：零件图的分析、数控机床的选择、工件装夹方法的确定、加工工艺的确定、刀具的选择、程序的编制、程序的调试。从零件图的分析开始到零件加工完毕 。数控加工的程序是数控机床的指令性文件。数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。（1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。（2）分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。（3）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序以及处理与非数控加工工序的衔接等。（4）加工工序的设计。如选取零件的定位基准、夹具方案的确定、划分工步、选取刀辅具和确定切削用量等。（5）数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。（6）分配数控加工中的容差。（7）处理数控机床上的部分工艺指令。下列一些内容则不宜选择采用数控机床加工：（1）需要通过较长时间占机调整的内容，如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序等；（2）必须按专用工装协调的孔及其他加工内容。主要原因是采集编程用的资料有困难，协调效果也不一定理想；（3）不能在一次装夹中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排在普通机床进行补加工。选择数控加工方法（1）旋转体零件的加工这类零件一般在数控车床上加工 。（2）孔系零件的加工宜用点位元直线控制的数控钻镗床或数控加工中心加工。 （3）平面和曲面轮廓零件的加工加工曲面轮廓的零件，多采用三个或三个以上坐标联动的数控铣床或加工中心加工。 （4）模具型腔的加工此时可考虑选用数控电火花机床成形加工。（5）平板形零件的加工该类零件可考虑选择数控线切割机床加工。 工序划分的原则有两种：工序集中原则和工序分散原则。加工工序划分时，除应考虑工序集中和工序分散外，还需考虑如下一些原则。 （1）按粗、精加工划分工序 （2）按先面后孔划分工序 （3）按所用刀具划分工序工件的装夹方式（1）尽可能选用标准夹具（组合夹具），在成批生产时才考虑专用夹具，并力求夹具结构简单。（2）装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。（3）工件定位夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞的现象。（4）夹具的安装要准确可靠，同时应具备足够的强度和刚度，以减小其变形对加工精度的影响。（5）应尽可能采用气、液压夹具。 “对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点。因此，“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。在编程时应正确选择对刀点的位置。选择的原则如下：（1）选定的对刀点位置应便于数学处理和使程序编制简单；（2）在机床上容易找正；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“刀位点”一般是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、面铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。 数控车床进给路线的选择 （1）最短的切削进给路线 （2）最短的空行程路线 （3）大余量毛坯的阶梯切削进给路线 数控铣床进给路线的选择（1）铣削外轮廓表面的进给路线 （2）铣削内轮廓表面的进给路线 顺铣和逆铣的选择当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。 当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。 在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，因此一般钻孔深度约为直径的5倍左右，细长孔子的加工易于折断，要注意冷却和倒屑 。车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。 数控加工工艺文件是编程员编制的与程序单配套的有关技术文件，它是操作者必须遵守、执行的规程。 工艺规程卡 刀具调整卡 数控加工程序单根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料，称为数控加工的数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。第3章 数控车床编程数控车床品种繁多，按数控系统的功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。数控车削中心：在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。按结构和用途数控车床主要可分为数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、数控丝杠车床等）。数控车床的坐标系以径向为x轴方向，纵向为z轴方向。指向主轴箱的方向为z轴的负方向，指向尾架方向是z轴的正方向。x轴是以操作者面向的方向为x轴正方向。 x坐标和z坐标指令，在按绝对坐标编程时，使用代码x和z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。FANUC系统数控车床程序的编制程序段的构成NGX(U)Z(W)FMST；其中，N：程序段顺序号；G：准备；X(U)：x轴移动指令；Z(W)：z轴移动；F：进给功能；M：辅助功能；S：主轴功能；T：工具功能。程序段格式如下：N4 G1 X(U)4.3 Z(W)4.3 F3.4 M8 S4 T2其中，N4：代表第4个程序段，用4位数（19999）表示，不允许为“0”；X(U)4.3：坐标可以用正负小数表示，小数点以前4位数，小数点以后3位数；F3.4：进给速度可以用小数表示，小数点以前3位数，小数点以后4位数；几种等效的表示方法：N0012 G00 M08 X0012.340 X5000 X5.0 N12 G0 M8 X12.34 X5. X5.定位G00定位指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。输入格式：G00 X(U) Z(W) ；（1）“X(U) Z(W) ”目标点的坐标（下文同）；（2）X(U)坐标按直径值输入；（3）“；”表示一个程序段的结束。 直线插补指令（G01）直线插补指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿x轴、z轴方向执行单轴运动，也可以沿x、z平面内任意斜率的直线运动。输入格式：G01 X(U) Z(W) F ；圆弧插补指令（G02 G03） 输入格式：G02 X Z I K F ； 或 G02 X Z R F ；G03 X Z I K F ； 或 G03 X Z R F ；（1）用增量坐标U、W也可以； （2）C轴不能执行圆弧插补指令。G32指令能够切削圆柱螺纹、圆锥螺纹、端面螺纹（涡形螺纹）输入格式：G32 X(U) Z(W) F ；“F ”为螺纹的螺距。工件坐标系设定指令（G50）工件坐标系设定指令以程序原点为工件坐标系的中心（原点），指定刀具出发点的坐标值（如图3-19所示）。图3-19 G50设定工作坐标系输入格式：G50 X Z ，其中X Z 为刀具出发点的坐标（如图3-19所示）。自动回原点指令（G28）自动回原点指令使刀具自动返回机械原点或经某一中间点回机械原点（如图3-20和图3-21所示）。输入格式： G28 X(U) Z(W) T00；（1）X(U) 和Z(W) 为中间点的坐标。（2）T00（刀具复位）指令必须写在G28指令的同一程序段或该程序段之前。主轴功能指令（S指令）和主轴转速控制指令（G96、G97、G50）主轴功能指令（S指令）是设定主轴转速的指令。（1）主轴最高转速的设定（G50）。（G50） S ；中S 为主轴最高转速。（2）直接设定主轴转速指令（G97），主轴速度用转速设定，单位为r/min。（G97） S （M38或M39）；（G97） ：取消主轴线速度，恒定功能。S （M38或M39）：设定主轴转速（r/min），指令范围为09999。（3）设定主轴线速度恒定指令（G96），主轴速度用线速度（m/min）值输入，并且主轴线速度恒定。（G96） S （M38或M39）；（G96） ：主轴转速恒定。S （M38或M39）：设定主轴线速度，即切削速度（m/min）。（1）G96（控制线速度恒定指令）：当工件直径变化时主轴每分钟转数也随之变化，这样就可保证切削速度不变，从而提高了切削质量。（2）主轴转速连续变化，M38设定主轴在低速范围变化（粗加工），M39设定主轴在高速范围变化（精加工）。下面介绍几个特殊M代码的使用方法。M03：主轴或旋转刀具顺时针旋转（CW）；M04：主轴或旋转刀具逆时针旋转（CCW）； M05：主轴或旋转刀具停止旋转；每转进给量指令（G99）、每分钟进给量指令（G98）指定进给功能的指令方法有如下两种。（1）每转进给量（G99）输入格式：G99 （F ）；F ：主轴每转进给量（进给速度mm/r）。（2）每分钟进给量（G98） 。输入格式：G98 (F )；F ：每分钟进给量（进给速度mm/min）。暂停指令（G04）(G99)G04 U(P) ；指令暂停进刀的主轴回转数。(G98)G04 U(P) ；指令暂停进刀的时间。进给功能指令（F指令）进给功能指令指定刀具的进给速度，有3种形式。（1）每转进给量（mm/r），如图3-26所示。(G99) F ；F :主轴每转刀具进给量小数点输入指令范围为0.0001500.0000(mm/r)。（2）每分钟进给量（mm/min），如图3-27所示。 (G98) F ； 其中F 为每分钟刀具进给量，指令范围为115000(mm/min)。（3）螺纹切削进给速度（mm/r），如图3-28所示。 T功能T功能也称为刀具功能，表示选择刀具和刀补号。 输入格式： T 刀具半径补偿功能（G40、G41、G42）（1）刀尖半径和假想刀尖的概念 刀尖半径 假想刀尖 刀尖半径补偿模式的设定（G40、G41、G42指令） G40（解除刀具半径补偿） G41（左偏刀具半径补偿） G42（右偏刀具半径补偿） 刀尖半径补偿注意事项 G41、G42指令不能与圆弧切削指令写在同一个程序段，可以与G00和G01指令写在同一个程序段内，在这个程序段的下一程序段始点位置，与程序中刀具路径垂直的方向线过刀尖圆心。 必须用G40指令取消刀尖半径补偿，在指定G40程序段的前一个程序段的终点位置，与程序中刀具路径垂直的方向线过刀尖圆心。 在使用G41或G42指令模式中，不允许有两个连续的非移动指令，否则刀具在前面程序段终点的垂直位置停止，且产生过切或少切现象 。 切断端面时，为了防止在回转中心部位留下少切削的小锥 。 加工终端接近卡爪或工件的端面时，指令G40为了防止卡爪或工件的端面被切 。 想在工件阶梯端面指定G40时，必须使刀具沿阶梯端面移动到F点，再指定G40，且XAR ； 在G74G76、G90G92固定循环指令中不用刀尖半径补偿。 在手动输入中不用刀尖半径补偿。 在加工比刀尖半径小的圆弧内侧时，产生报警。 在阶梯锥面连接处退刀时指定G40，在指定G40的程序段里使用反映斜面方向的I、K地址来防止工件被过切。 单一形状的固定循环 1外圆车削循环G90G90是单一形状固定循环指令，该循环主要用于轴类零件的外圆、锥面的加工。指令格式：G90 X(U) Z(W) F ；利用G90可以切削锥面。指令格式：G90 X(U) Z(W) I F ； 2螺纹切削循环G92螺纹切削循坏G92可以切削锥螺纹和圆柱螺纹。指令格式为：G92 X(U) Z(W) I F ； 3端面切削循环G94G94是用于一些短、面大的工件加工的固定循环指令。 （1）车大端面循环切削指令格式：G94 X(U) Z(W) F ；（2）车大锥面切削循环指令格式：G94 X(U) Z(W) K F ； 多重固定循环 1圆粗车循环G71G71指令将工件切削至精加工之前的尺寸，精加工前的形状及粗加工的刀具路径由系统根据精加工尺寸自动设定。输入格式：G71 Pns Qnf UDu WDw DDd (F S T )；其中：ns精加工程序第一个程序段的序号； nf精加工程序最后一个程序段的序号； DUx轴方向精加工留量（直径值）； DWz轴方向精加工留量； Dd精加工每次切深。 2端面粗车循环G72G72指令与G71指令类似，不同之处就是刀具路径是按径向方向循环的，输入格式同G71指令，刀具循环路径如图3-44所示。G72 Pns Qnf UDu WDw DDd (F S T )；其中：Dd粗加工每次切深（半径值）。其他参数与G71相同。3固定形状粗车循环G73G73指令与G71、G72指令功能相同，只是刀具路径是按工件精加工轮廓进行循环的输入格式：G73 Pns Qnf IDI KDK UDU WDW DDd (F S T )；其中：DIx轴方向的退出距离（半径值）和方向； Dkz轴方向的退出距离和方向； Dd粗切次数。其他参数与G71相同。 4精车循环G70输入格式：G70Pns Qnf；参数与G71相同。第4章 数控铣床及加工中心编程数控铣床是一种用途广泛的机床，有立式、卧式及龙门铣3种。加工中心（Machining Center）是一种集成化的数控加工机床，是在数控铣床的发展基础上衍化而成的，它集铣削、钻削、铰削、镗削及螺纹切削等工艺于一体，通常称镗铣类加工中心，习惯称加工中心。规定与主轴线平行的坐标轴为z坐标（z轴），并取刀具远离工件的方向为正方向。 x轴规定为水平平行于工件装夹表面。 y坐标轴垂直于x、z坐标轴。当x轴、z轴确定之后，按笛卡儿直角坐标系右手定则法判断，y轴方向就惟一地被确定了。旋转运动用A、B和C表示，规定其分别为绕x、y和z轴旋转的运动。A、B和C的正方向，相应地表示在x、y和z坐标轴的正方向上，按右手螺旋前进方向。FANUC系统加工中心编程原理程序号作为程序的标记需要预先设定，一个程序号必须在字母“O”后面紧接最多8个阿拉伯数字。 程序段号是每个程序功能段的参考代码，一个程序段号必须在字母“N”后紧接最多5个阿拉伯数字。 程序段一个程序段能完成某一个功能，程序段中含有执行一个工序所需的全部数据，程序段由若干个字及段结束符“LF”组成。/N10 G03 X10.0 Y30.0 CR=25.0 F100 ；（注释）LF其中：“/” 表示程序段在执行过程中可以被跳过；“N10” 表示程序段号，主程序段中可以有字符；“ ” 表示中间间隔（可以省略）；“G03” 表示程序段具体指令；“（注释）”表示对程序段进行必要的说明；“LF” 表示程序段结束。1尺寸数据输入方式G90/G912英制/公制选择G20/G21G20设定为英制尺寸、G21设定为公制尺寸，这两个指令均为模态指令。顺、逆时针圆弧插补的判断在使用G02或G03指令之前需要判别刀具在加工零件时，是沿什么路径在作圆弧插补运动的，是按顺时针还是逆时针方向路线在前进的。其判别方法简述为：视线沿着垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，刀具插补方向为顺时针即为G02，相反则为G03。刀具长度补偿/取消：G43、G44/G49G43刀具长度正补偿；G44刀具长度负补偿；G49取消刀具长度补偿。 刀具补偿地址D中的半径补偿值必须与G41/G42一起执行方能生效。可设定的零点偏置G54G59 自动返回参考点G28指令格式：G91 G28 XYZ 1主轴功能指令指令格式：S_M03（M04） 2辅助功能指令（1）关于停止的辅助功能指令（M00、M01、M02、M30）M00：程序停止。在程序执行过程中，系统读取到M00指令时，无条件停止程序执行，待重启动后继续执行；M01：选择停止。在程序执行过程中，系统读取到M01指令时，有条件停止程序执行，待重启动后继续执行；M02：程序结束。程序执行完毕，光标定于程序结尾处；M30：程序结束。程序执行完毕，光标返回至程序开始处。主轴旋转M代码（M03、M04、M05）M03主轴正转；M04主轴反转；M05主轴停止旋转。冷却控制M代码（M07、M08、M09）M07冷却汽雾开；M08冷却液开；M09关闭冷却液、汽。子程序功能M代码。M98子程序调用M代码。指令格式：M98 PL；在这条指令中，子程序程序号由P定义，并且执行L次。如L省略，执行次数为1次，子程序最多可重复4次。M99子程序结束。 1快速进给率每个轴的快速进给率能够分别设定，可设定的快速进给率的范围是从1mm/min到240000 mm/min。快速进给率应用于G00，G27，G28，G29，G30和G60等指令。 2切削进给率F切削进给率必须用地址F和一个八位数字（F8直接指定）来指定。 非同步/同步进给G94/G95进给运动速度指令字的单位由切削进给速度转换功能指令（G94/G95）定义，如：G94定义分进给，即每分钟进给量（mm/min）。G95定义转进给，即每转进给量（mm/r）。 刀具功能指令指令格式：T03 M06 T00； 调用刀位号为03的刀具刀具功能也叫T代码功能。此功能用来选择刀具号，对此NC系统，T功能允许用地址T后跟三位数的指令选择最多1000个刀号（0到999）。可是，对本机床能够选择的刀号的最大数量仅为24。固定循环切削功能指令 1点钻循环G81指令格式：G81 Xx Yy Rr Zz；执行过程如图4-18所示。Xx Yy点钻孔的坐标；Rr 点钻参考平面高度；Zz 孔的最后钻深。 2间歇钻循环G83G83 Xx Yy Rr Zz Qtz Ffo Ddo Kko Iio Jjo（Bb0）Xx Yy点钻孔的坐标； Rr 点钻参考平面高度；Zz孔的最后钻深； tz每次进刀的切削深度；io进给倍率的距离； do快速进给停止的余量；jo(b0)进给倍率（%）； ko从R点到切削进给起点的距离；fo进给率。 3高速间歇钻G73G73 Xx Yy Rr Zz Qtz Ptc Ffo Ddo Kko Iio Jjo（Bb0）tz每次进刀的切削深度； jo(bo) 进给倍率（%）；tc停顿时间或主轴旋转的圈数； fo进给率；do返回距离； f1加倍率后的进给率；ko从R点到切削进给起点的距离； f2返回速度（固定的）；io进给倍率的距离。 4镗孔循环G76G76 Xx Yy Rr Zz Ptc Qq0 Ff1 Ddo Jjo（Bb0）tc停顿时间或主轴旋转的圈数；jo(b0)如果设0或不设，则在结束加工之后，M03输出，如果设除了0以外的值，则在结束加工之后，M04输出；f1进给率；q0在x-y平面上的让刀量；do离R点的距离。 5铰孔循环G85G85 Xx Yy Rr Zz Ptz Ffo Ef1 Ddo 执行过程如图4-24所示。tz停顿时间或主轴旋转的圈数；do离R点的距离；fo进给率0；f1进给率1。 6攻丝循环G84G84 Xx Yy Rr Zz Ptc Ffo Jjo（Bb0） Ddo Hho KkoTc停留时间；d0离R点的距离；f0进给率；h0同步/非同步攻丝的选择标志和在同步攻丝循环期间的返回速度倍率（%）： h0=0表示非同步攻丝循环 h0表示同步攻丝循环jo(b0)1M04输出之前在孔底的停顿2M04输出之后在孔底的停顿3M03输出之前在R点的停顿k0离R点的距离。编程实例：利用LGMAZAK VTC-16A型加工中心加工如图4-27所示工件。工件毛坯材料为f6530mm的45钢，端面及外圆轮廓均要求铣削。