数控铣床编程.ppt

1 序 以数控技术为基础的相关产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业 数控技术水平高低已成为衡量一个国家工业现代化水平和综合国力的重要标志专家们预言 二十一世纪机械制造业的竞争 其实质是数控技术的竞争数控机床是数控技术的最早和最典型的应用 2 2005年我国共生产数控机床5 96万台 其中前十位企业生产2 73万台 市场集中度为45 85 2006年6月28日 国务院发布振兴装备制造业的若干意见 为未来我国装备制造业的崛起提供了政策支持 比如上海振华港机生产的港口起重机占到全球70 的市场 在 十一五 规划中我国2010年生产10万台机床 实际在2007年就达到了12 33万台 如今秉承 原始创新 集成创新 再创新 的理念 2007年我国机械产品出口额就达到1929 15亿美元 超过日本 仅次于美国和德国 3 基础知识回顾 1 程序编制 依据 零件图 生产批量 机床 夹具等确定 工艺过程 工艺参数 加工路线及加工中的辅助动作 如换刀 冷却 夹紧 主轴正反转等编程 按照加工顺序和数控机床规定的指令代码及程序格式编成加工程序2 程序编制的基本步骤 4 3 程序的结构数控加工零件程序是一组被传送到数控系统中去的指令和数据 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 如图所示 5 零件程序的结构组成如下 起始符 程序段M30 结束符一个零件程序必须包括起始符和结束符 程序起始符 符后跟程序号程序段前加 分号 表示该程序段被注释 系统不执行此程序段 6 4 程序格式 准备部分 加工部分和结束部分准备部分 程序号O01 99 建立工件坐标系 选取刀具 主轴转动 冷却液打开 刀补 刀具快速趋近加工点 加工部分 根据具体要加工零件的加工工艺 按照刀具切削点位轨迹编写的加工程序段 结束部分 取消刀补 刀具快退到程序起点 对刀点 主轴停 冷却液关 程序结束 7 5 数控机床坐标轴和运动方向 1 坐标和运动方向命名的原则机床坐标系永远假定刀具相对于静止的工件运动标准坐标系是右手直角笛卡儿坐标系统机床的某一部件运动的正方向 是增大工件与刀具之间距离的方向刀具移动时 用不加 的字母表示运动方向 工件移动时 用加 的字母表示运动方向 基本坐标轴 X Y Z A B C 右手坐标系 附加坐标轴 U V W P Q R D E 平行或不平行于X Y Z A B C 8 9 2 Z坐标的运动由传递切削动力的主轴所规定 主轴带动刀具旋转 铣 钻 镗等主轴带动工件旋转 车 磨等 如机床有几个主轴 如车削中心 选一垂直于工件装夹面的主轴为主要主轴 如机床无主轴 龙门刨床 Z坐标垂直于工件装夹面 10 3 X坐标的运动X坐标是水平的 它平行于工件的装夹面没有旋转刀具或旋转工件的机床 X坐标平行于主要的切削方向 且以该方向为正向 对工件旋转的机床 X坐标的方向在工件的径向上 且平行于横滑座 对刀具旋转的机床 如Z坐标是水平的 当从主要刀具主轴向工件看时 X指向右方 如Z坐标是垂直的 对于单立柱机床 当从主要刀具主轴向立柱看时 X指向右方 对于龙门机床 当从主要刀具主轴向左侧立柱看时 X指向右方 11 4 Y坐标的运动 根据X Z坐标的运动方向 按照右手直角笛卡儿坐标系统来确定 5 旋转运动的A B C正向的A B C相应的表示在X Y Z坐标的正方向上按照右旋螺旋前进的方向 12 6 机床坐标系 是机床固有的坐标系 用G53表示 机床原点M 机械原点 机床零点 X Y Z 0的点 指一个固定不变的极限点 是测量机床运动坐标的起始点 由机床制造厂家确定 记录在说明书中 一般不变 换刀点 是加工过程中自动换刀装置的换刀点 可以是固定的 如加工中心 可以是任意的 如数控车 机床参考点R X XR Y YR Z ZR的点 一般位于最大加工范围的边缘 由机床制造厂家在机床上用限位开关和挡块设置 并经精密测量确定 数控系统启动后可自动或手动执行返回参考点R来间接建立机床坐标系 R点与M点关系固定 机床参考点R一般不同于机床原点M 但也可重合 13 通常车床的机床零点多在主轴法兰盘接触面的中心 即主轴前端面的中心上 数控铣床的机床零点因生产厂家而异 如有的就在机床的左前上方 X Y的正方向对着加工区间 刀具在Z轴负方向移动接进工件 14 工件坐标系 又称编程坐标系 供编程人员使用 规定工件坐标系是 刀具相对工件而运动 的刀具运动坐标系 工件零点 是工件坐标系的原点 只定义一个工件坐标系时又称为编程零点 由程序员来确定 建立工件坐标系 使用G54 G59指令装夹零件 测出工件零点在机床坐标系中的位置 用MDI方式将测出数据输入偏置寄存器G54 G59中 编程时直接调用相应的寄存器 用G92建立工件坐标系步骤 装夹零件 将刀尖置于对刀点P 给出P点在工件坐标系OXYZ中位置 编程用G92X Y Z 确定工件坐标系原点 7 工件坐标系 15 8 数控加工编程中的数值计算 数学处理就是计算出零件轮廓上或刀具刀位点 中心 轨迹上一些点的坐标数据 增量数据 1 编程的允许误差 2 基点坐标的计算 3 节点坐标的计算 4 刀具中心轨迹的计算 5 辅助计算 16 9 自动编程和手动编程 自动编程系统按语言性质分类可以分为两类 1 程序语言系统以美国的APT语言为代表 通过规定的数控语言描述机床在加工中的各种运动信息和加工信息 经过编译程序处理后 得到特定机床数控系统的NC程序 这种编程直观性差 过程复杂 不便于阶段性检查 2 图形交互式系统以人机对话的方式 在输入的加工图形中指定加工部位 输入相应的加工参数 计算机自动进行数学处理 生成刀具路径 形成刀位数据文件 经后置处理转换成适合于特定机床数控系统的加工程序 进行零件加工 这是一种可以直接将零件的几何图形信息自动转换为数控加工程序的计算机辅助编程技术 17 要熟悉一个数控机床的控制系统 掌握手工编程方法是最为有效的途径 因为不论是用数控语言进行计算机辅助编程或是利用CAD CAM软件进行计算机自动编程 输出的源程序或刀位文件都必须经过后置处理系统转换成机床控制系统规定的加工指令程序格式 所以手工编程是自动编程的基础 自动编程的许多核心经验来源于手工编程 18 第四章数控铣床编程 数控铣床加工范围 1 轮廓加工 平面曲线和空间三维曲面2 孔加工 钻 镗 锪 铰及攻螺纹数控铣床常用指令1 轮廓加工 直线加工G01 圆弧进给G02 G03 2 其他 快速定位G00 刀具半径补偿G41 G42 镜像指令G24 G25 缩放指令G51 G50 旋转变换G68 G69 子程序M98 M99 3 孔加工 第六章讲 数控铣床编程实例 轮廓加工 19 将以华中科技大学和武汉华中数控有限公司共同研制和开发的华中I型数控ZJK 7532铣床为例 介绍其数控系统程序编制的指令和规则 20 4 1数控铣床常用指令 4 1 1快速定位 G00 和直线加工 G01 1 快速定位指令格式 G00XYZ 以机床自身设定的最大移动速度沿直线或折线移动 移动中不加工 XYZ为终点坐标 2 直线加工指令格式 G01XYZF 以给定的切削速度F沿直线进给到XYZ指定点 注 1 G00 G01为模态指令2 F为模态代码 指定切削速度 在G00或新的F指令出现以前 一直有效 21 3 G00指令刀具相对于工件从当前位置以各轴预先设定的快移进给速度移动到程序段所指定的下一个定位点 G00指令中的快进速度由机床参数对各轴分别设定 不能用程序规定 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并不总是直线 快移速度可由面板上的进给修调旋钮修正 G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀 G00为模态功能 可由G01 G02 G03或G33功能注销 22 坐标平面选择G17 G18 G19格式 G17G18G19该指令选择一个平面 在此平面中进行圆弧插补和刀具半径补偿 G17选择XY平面 G18选择ZX平面 G19选择YZ平面 移动指令与平面选择无关 例如在规定了G17Z 时 Z轴照样会移动 G17 G18 G19为模态功能 可相互注销 G17为缺省值 23 4 1 2圆弧进给 G02 G03 说明 1 逆着 坐标面坐标轴正向看 G02为顺时针进给 由起点 终点绕圆心顺时针进给 G03为逆时针进给 由起点 终点绕圆心逆时针进给 1 圆弧进给指令格式 G17 G18 G19 Y Z J K YZ平面圆弧 XZIK ZX平面圆弧 XYI J XY平面圆弧 G17可省略 G02G03 24 2 XYZ为圆弧终点坐标 3 IJK为圆心相对圆弧起点的增量坐标 4 圆心位置也可用圆弧半径R表示 圆心角 180 R为负 180 R为正 180 正负均可 5 整圆编程时只能用I J K 不能用R 例 整圆编程G90G02X30Y0I 30J0F100 25 2 螺旋线进给指令格式 G17 G18 G19 Y Z J K X YZ平面圆弧 XZI K Y ZX平面圆弧 XYI J Z XY平面圆弧 G17可省略 G02G03 Z Y X 为 圆弧面坐标轴的进给量 例 G90G17G03X30Y30I 30J0Z30F100 26 G02为顺时针圆弧插补 G03为逆时针圆弧插补 顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的刀具运动方向 如图22所示 27 4 13 刀具半径补偿指令 G40 G41 G42 指令格式 1 G00 G01G41 G42DXYF 建立刀具补偿 2 G00 G01G40XY 取消刀具补偿 注 1 G41刀具半径左补偿指令 沿着进给方向看 刀具在工件左侧 2 G42刀具半径右补偿指令 沿着进给方向看 刀具在工件右侧 28 29 刀具半径补偿指令用途 编程时可不考虑刀具半径 按刀具中心轨迹编程简化粗加工程序的编制 编程注意事项 1 只能在G00或G01指令下建立或取消刀补2 建立刀补时 必须有连续两段的平面位移指令 以计算建立 或取消 刀补的起点和终点坐标 即数控系统要连续读入两段平面位移指令 才能正确计算出进入刀补状态时刀具中心的偏置位置 否则将无法正确建立刀补状态 30 例 见图32所示的刀具半径补偿程序 设加工开始时刀具距离工件表面50mm 切削深度为10mm 31 按增量方式编程N10G92X0 0Y0 0Z50N20G91G17G00由G17指定刀补平面N30G41X20 0Y10 0D01由刀补号码D01指定刀补 刀补启动N35Z 48M03S500N38G01Z 12F200N40G01Y40 0F100进入刀补状态N50X30 0N60Y 30 0N70X 40 0N80G00Z60M05N85G40X 10 0Y 20 0解除刀补N90M30 32 按绝对方式编程N10G92X0 0Y0 0Z50N20G90G17G00由G17指定刀补平面N30G41X20 0Y10 0D01启动刀补N35Z2M03S500N38G01Z 10F200N40G01Y50 0F100刀补状态N50X50 0N60Y20 0N70X10 0N80G00Z50M05N85G40X0Y0解除刀补N90M30 33 4 1 4子程序 1 主程序调用格式 M98PL P后面的数字为子程序号 L后面的数字为调用次数 2 子程序形式 O10 子程序号 M99 子程序结束并返回主程序 3 注意事项 主程序可调用子程序 子程序可调用其它子程序 最多可8重调用主程序中模态代码可被子程序中同一组代码所更改最好不要在刀补状态下调用子程序 4 子程序的用途 一个零件图形上有几个相同的几何图形一个零件上的几个位置需要不同的刀具反复加工 34 4 1 5简化编程指令 1 镜像指令建立镜像 G24X Y Z 取消镜像 G25X Y Z X Y Z 为对称轴 O001 主程序 M98P100 调用程序号为100的子程序加工块1G24X0 以Y为对称轴M98P100 加工块2G25X0 取消Y轴镜像G24X0Y0 以原点为对称轴M98P100 加工块3G25X0Y0 取消原点镜像G24Y0 以X为对称轴M98P100 加工块4G25Y0 取消X轴镜像 例 加工如图所示零件 35 2 缩放功能 G51X Y P2M98P100 P100为加工内 子程序G50 建立缩放 G51X Y Z P X Y Z 为缩放中心 P 为缩放倍数 P 待缩放加工尺寸 原加工尺寸取消缩放 G50缩放不能用于补偿量 并且对A B C U V W轴无效 36 3 旋转变换 建立坐标旋转 G68 P 为旋转中心 P为旋转角度 0 P 360 000 取消坐标旋转功能 G69先旋转再刀补 先缩放再旋转 O001 M98P100G68X0Y0P45 旋转45度M98P100 加工2G69 取消旋转G68X0Y0P90 旋转90度M98P100 加工3G69 取消旋转 100 子程序 37 4 2数控铣床编程举例 基本指令编程举例如图所示零件以 30的孔定位精铣外轮廓暂不考虑刀具补偿 38 0001G92X150 0Y160 0Z120 0G90G00X100 0Y60 0Z 2 0S100M03G01X75 0F100X35 0G02X15 0R10 0G01Y70 0G03X 15 0R15 0G01Y60 0G02X 35 0R10 0G01X 75 0 主程序号建立工件坐标系 编程零点w快进到X 100 Y 60Z轴快移到Z 2 主轴直线插补至X 75 Y 60 直线插补至X 35 Y 60顺圆插补至X 15 Y 60直线插补至X 15 Y 70逆圆插补至X 15 Y 70直线插补至X 15 Y 60顺圆插补至X 35 Y 60直线插补至X 75 Y 60 程序头 程序主干 39 Y0X45 0X75 0Y20 0Y65 0G00X100 0Y60 0Z120 0X150 0Y160 0M05M30 直线插补至X 75 Y 0处直线插补至X 45 Y 0直线插补至X 75 Y 20直线插补至X 75 Y 65 轮廓完快速退至X 100 Y 60的下刀处快速抬刀至Z 120的对刀点平面快速退刀至对刀点程序结束 复位 程序尾 40 5 例试编写图示零件的内外轮廓的精加工程序 刀具直径为 20mm P 50例4 12 X Y O Y Z O A B 240 210 170 65 145 10 4 B 刀补段 41 例题程序说明 内轮廓切入点在几何图线的交点上 以防留下切痕 内轮廓沿弧线切出 以防过切 在第一行必须写上程序名 如 O01或 01M09 冷却液关 M08 冷却液开M03 主轴顺时针启动 M04 主轴逆时针启动M02 程序停止还可参看课本P52例4 13 42 下面将以加工凸轮的实例介绍铣床加工零件的全过程加工如下图所示的凸轮 毛坯是经过预先铣削加工过的规则铝板 且 20 10孔已加工 尺寸为105mm 105mm 6mm 43 根据图纸要求 毛坯情况制定如下加工方案 加工机床的选择 使用国产立式数控铣床 型号 XZK7532A 数控系统为华中I型 装夹方式 由于该零件有两个孔 可做一个一面两销简单夹具 其中 10孔处为菱形销 定位夹紧示意图如图6 13所示 应该注意 由于在加工过程中 切削力是由螺栓螺帽拧紧在夹具 工件 垫板之间的摩擦力承受的 因此在不影响周边铣削的情况下 夹具 垫板的面积尽可能选大一些 44 刀具的选择 由于是外轮加工 选用立铣刀 又因为该零件轮廓较简单 所以刀具直径和长度的选择只需考虑刀具的刚度 在保证加工过程刀杆 刀具与垫板不发生干涉的情况下 刀具的长度尽可能短 据此 刀具直径选 12 长度选50mm 加工路线 由于零件轮廓较简单 只需考虑切入和切出的方式 按工艺原则的要求 切入和切出段尽可能与零件轮廓相切 以避免直接切入和切出时在工件上留下刀痕 加工路线如图6 12中的所示 45 切削用量 主轴转速600rpm 进给速度200mm min 加工程序的编制确定工件坐标系 选择凸轮 20孔圆心 即夹具上芯轴的中心 为X Y轴零点 工件表面为Z轴零点 建立工件坐标系 起刀点选在O点 其Z坐标值要视装夹螺栓的高度而定 这里假定螺栓伸出高度的Z坐标值为30mm 即螺栓顶端到工件表面的距离 则起刀点Z坐标值可定为35 mm 参见下图6 12 图6 13 46 数学处理 在编制程序之前要计算每一圆弧的起点坐标和终点坐标值 有了坐标值方能正式编程 计算过程此处不再赘述 算得的基点坐标分别为G 18 856 36 667 F 28 284 10 000 E 28 284 10 000 D 18 856 36 667 零件程序编制 根据算得的基点和设定的工件坐标系 编制的零件加工程序如下 0001零件程序号 101 6 设置 12立铣刀的刀补值 半径 N01G92X0Y0Z35 建立工件坐标系N02G90G00G42D101X60 0Y50 0 快速由点O移到点A 60 50 35 并建立刀补N03Z 7 0M03F500S600 由点A下刀到 60 50 7 N04X0Y50 0 由点A到点B 切入N05G03Y 50 0J 50 0 加工圆弧BC 47 N06G03X18 856Y 36 667R20 0 加工圆弧CDN07G01X28 284Y 10 0 加工直线DEN08G03X28 284Y10 0R30 0 加工圆弧EFN09G01X18 856Y36 667 加工直线FGN10G03X0Y50 0R20 0 加工圆弧GBN11G01X 20 0 由点B到点H 切出N12G00Z35 0 抬刀N13G40X0Y0M05 取消刀补 回到对刀点ON14M30 程序结束 48 加工操作机床各轴回参考点 建立机床坐标系夹紧立铣刀 然后在工作台上安装夹具 并调整夹具的芯轴和销钉中心的连线与Y方向平行 对刀操作 调整机床使主轴中心与夹具芯轴中心同心 此时 屏幕上 机床坐标系 项目下显示的X Y轴的值即为工件原点与机床原点X Y轴的偏置值 记下此数据 按图6 13所示安装工件 然后启动主轴 并手动操作X或Y轴 将刀具移到工件毛坯将被切掉的某一位置的上方 再缓慢下降Z轴 当刀具端面与工件表面接触时 表示已找到工件坐标系Z轴的零点 此时 屏幕上 机床坐标系 项目下显示的Z轴的值即为工件原点与机床原点Z轴的偏置值 记下此数据 49 先将Z轴抬高35mm 然后使X Y轴移到工件原点 此时 刀具已处在起刀点的位置了 50 输入凸轮加工程序 并进行程序检验 语法检查 空运行等 修改 直至程序无错误 试切并检查零件是否合格 若合格 则说明该程序正确 否则应分析原因并采取相应措施 51 4 3用户宏程序 用户宏程序 含有变量的子程序叫做用户宏程序用户宏指令 在程序中调用用户宏程序的那条指令叫做用户宏指令用户宏功能 系统可以使用用户宏程序的功能叫做用户宏功能 用户宏程序包含有 变量 变量的运算 变量的函数 变量的赋值 转向语句 此外宏程序还提供了循环语句 分支语句和子程序调用语句 利于编制各种复杂的零件加工程序 减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算 以精简程序量 变量 用一个可赋值的代号代替具体的数据 这个代号称为变量 变量的代号应按系统的规定设置 52 1 变量及常量 1 公共变量 指在主程序内和由主程序呼出的各用户宏程序内公用的变量 可在一个文件中使用 可用操作面板人工设定它的值 可在光屏上显示其即时值HNC 21T数控车床 50 199HNC 1M数控铣床 50 99 公共 局部 系统变量及常量 53 2 局部变量 HNC 21T数控车床 0 49HNC 1M数控铣床 0 49 只能在当前程序号包括的程序段中使用 主程序中的变量不能在子程序中使用 反之亦然 赋值 a 在呼出宏程序的宏指令中赋值b 在宏程序中直接赋值有的系统可在光屏上显示其即时值 如FNUC系统 局部变量 局限于在用户宏程序内使用的变量 54 3 系统变量 系统变量 固定用途的变量 它的值决定系统的状态 由系统说明书规定 包括1 接口的输入 输出变量 2 刀具形状补偿变量 4 常量PI 圆周率TRUE 真FALSE 假 55 变量号分配表 56 2 变量的运算 算术运算符 条件运算符EQ NE GT GE LT LE 逻辑运算符AND OR NOT函数SIN COS TAN ATAN ATAN2 ABS INT SIGN SQRT EXP表达式用运算符连接起来的常数 变量构成的表达式 例如 175 SQRT 2 COS 55 PI 180 3 6GT14 57 3 赋值语句 格式 变量 常数或表达式把常数或表达式的值送给一个宏变量称为赋值 例如 2 175 SQRT 2 COS 55 PI 180 3 124 0 4 条件语句 格式 1 IF条件表达式 ELSE ENDIF 格式 2 IF条件表达式 ENDIF 58 5 循环语句 格式 WHILE条件表达式 ENDW 59 6 子程序调用的参数传递规则 调用宏 或子程序 或固定循环 时 系统会将当前程序行各字段 A Z 如果没有定义则为零 的内容拷贝到宏执行时的局部变量 0 25 同时拷贝调用宏时当前通道九个轴的绝对位置 机床绝对坐标 到宏执行时的局部变量 30 38 轴0 2 X Y Z 直线进给轴轴3 5 A B C 旋转进给轴轴6 8 U V W 直线进给轴 注 60 当前局部变量 0 38对应的宏调用量传递的字段参数名 61 系统宏AR 用途 对于每个局部变量都可用系统宏AR 来判别该变量是否被定义 是被定义为增量或绝对方式 调用格式 AR 变量号 返回 0 表示变量没有被定义90 表示变量被定义为G90绝对方式91 表示变量被定义为G91相对方式 62 子程序调用的参数传递规则举例 下面的主程序O1000在调用子程序O9990时设置了I J K之值子程序O9990可分别通过当前局部变量 8 9 10来访问主程序的I J K之值 1000G92X0Y0Z0M98P9990I20J30K40M30 9990IF AR 8 EQ0 OR AR 9 EQ0 OR AR 10 EQ0 如果没有定义IJK值M99 则返回ENDIFN10G91 用增量方式编写宏程序IFAR 8 EQ90 如果I值是绝对方式G90 8 8 30 将I值转换为增量方式 30为X的绝对坐标ENDIFM99 63 7 宏程序编程举例 例1 切圆台与方台 要求方台与圆台相切 圆台在方台之上 各自加工3个循环 175 X Y O O001 10 10 0 圆台高度 11 10 0 方座高度 12 124 0 对刀点X坐标 13 124 0 对刀点Y坐标 701 13 0 刀具直径1 702 10 2 刀具直径2 703 10 0 实际 刀具直径3N01G92X0 0Y0 0Z50 0N03S600M03N05G00Z10 0 64 7 宏程序编程举例 175 X Y O 加工圆台 0 0 铣削次数记数N06G00X 12 Y 13 至对刀点N07Z 10 Z向进刀切圆台WHILE 0LT3 径向进刀切圆台3次N 8 0 6 G01G42X 175 2 Y 175 2 D70 0 1 F280 0N 9 0 6 X0Y 175 2 N 10 0 6 G03J 175 2 N 11 0 6 G01X 175 2 Y 175 2 N 12 0 6 G40X 12 Y 13 N 13 0 6 G00X 12 Y 13 0 0 1ENDW 124 124 124 65 7 宏程序编程举例 175 X Y O 124 124 加工方座 N50Z 10 11 Z向进刀加工方座 0 0 N51G00X 12 Y 13 WHILE 0LT3N 61 0 6 G01G42X 175 2 Y 175 2 D70 0 1 F280 0N 62 0 6 G91X175N 63 0 6 Y175N 64 0 6 X 175N 65 0 6 Y 175N 66 0 6 G00G90G40X 12 Y 13 0 0 1ENDWN200G00Z50M05N201G00X0Y0M06N201M02 66 例2 根据以下数据 利用用户宏程序功