数控加工技术概述.ppt

数控加工技术 数控技术概述 1 1数控技术的基本概念数字控制 NumericalControlTechnology NC 是一种借助数字化信息 数字 字符 对某一工作过程 如加工 测量 装配等 发出指令并实现自动控制的技术 数控系统 NumericalControlSystem 采用数字控制技术的自动控制系统 数控机床 NumericalControlMachineTools 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床 数控机床是一种装有程序控制系统 数控系统 的高效自动化机床 是数控技术典型应用的例子 数控机床的产生与发展 2 制造业的发展需求产品日趋精密 复杂 改型频繁 提出高性能 高精度和高自动化要求 一 产生背景 1 传统机床的不足人工操作 劳动强度大 难以提高生产效率人为误差 难以保证质量难以加工复杂形状的零件不利于生产管理现代化 1 国外1930年 数控专利1948年 数控机床生产的萌芽1952年 第一台数控铣床1958年 第一台加工中心1968年 柔性制造系统1974年 采用微处理器1990年 采用基于工业PC的计算机数控系统2 国内1958年 第一台数控铣床1975年 第一台加工中心20世纪90年代末 华中数控自主开发出基于PC NC的HNC数控系统 二 产生与发展历程 数控机床的产生与发展 1 2数控机床的产生与发展 第五代 微处理器数控 1974年 第四代 小型机数控 1967年 第三代 集成电路式 1965年 第二代 晶体管分立元件式 1959年 第一代 电子管 继电器式 1952年 3 数控系统的产生和发展 知名数控系统 日本FANUC 德国西门子SIEMENS 日本三菱MITSUBISHI 日本山崎马扎克 MAZAK 西班牙发格 FAGOR 华中数控系统 广州数控系统 国内知名 1 2数控机床的产生与发展 1 数控系统的发展趋势1 高速高精度2 智能化 1 应用自适应控制技术 2 自动编程技术 3 具有故障自动诊断功能 4 应用模式识别技术3 开放式数控系统 三 数控机床的发展趋势 1 2数控机床的产生与发展 4 基于网络的数控系统 1 数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的通信 主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息 2 数控系统与上级主计算机间的通信 3 与车间现场设备及I O装置的通信 主要通过现场总线 如PROFIBUS等进行通讯 4 通过因特网与服务中心的通信 传递维修数据 5 通过因特网与另一个工厂交换制造数据 1 2数控机床的产生与发展 2 数控机床的发展趋势 运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化交互网络化 1 2数控机床的产生与发展 加工高精化提高机械设备的制造和装配精度 提高数控系统的控制精度 采用误差补偿技术 1 2数控机床的产生与发展 功能复合化复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法 镗铣钻复合 加工中心 ATC 五面加工中心 ATC 主轴立卧转换 车铣复合 车削中心 ATC 动力刀头 铣镗钻车复合 复合加工中心 ATC 可自动装卸车刀架 铣镗钻磨复合 复合加工中心 ATC 动力磨头 可更换主轴箱的数控机床 组合加工中心 1 2数控机床的产生与发展 控制智能化随着人工智能技术的不断发展 并为满足制造业生产柔性化 制造自动化发展需求 数控技术智能化程度不断提高 具体体现在以下几个方面 加工过程自适应控制技术加工参数的智能优化与选择智能故障诊断与自修复技术智能化交流伺服驱动装置 1 2数控机床的产生与发展 体系开放化定义 IEEE 具有在不同的工作平台上均能实现系统功能 且可以与其他的系统应用进行互操作的系统 开放式数控系统特点 系统构件 软件和硬件 具有标准化 多样化和互换性的特征允许通过对构件的增减来构造系统 实现系统 积木式 的集成 构造应该是可移植的和透明的 开放体系结构CNC的优点向未来技术开放 由于软硬件接口都遵循公认的标准协议 只需少量的重新设计和调整 新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳 吸收和兼容 这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期 标准化的人机界面 标准化的编程语言 方便用户使用 降低了和操作效率直接有关的劳动消耗 向用户特殊要求开放 更新产品 扩充能力 提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求 给用户提供一个方法 从低级控制器开始 逐步提高 直到达到所要求的性能为止 另外用户自身的技术诀窍能方便地融入 创造出自己的名牌产品 可减少产品品种 便于批量生产 提高可靠性和降低成本 增强市场供应能力和竞争能力 1 2数控机床的产生与发展 交互网络化支持网络通讯协议 既满足单机需要 又能满足FMC FMS CIMS对基层设备集成要求的数控系统 该系统是形成 全球制造 的基础单元 网络资源共享 数控机床的远程 网络 监视 控制 数控机床的远程 网络 培训与教学 网络数控 数控装备的数字化服务 数控机床故障的远程 网络 诊断 远程维护 电子商务等 1 3数控机床的工作过程 数控机床仍采用刀具和磨具对材料进行切削加工 这点在本质上和普通机床并无区别 但在如何控制切削运动等方面则与传统切削加工存在本质上的差别 如下图 零件图 编制工艺卡 工人操作机床 编制程序 零件图 键盘输入 加工运动 数控装置 伺服装置 加工运动 检测 a 普通机床加工 b 数控机床加工 信息反馈 数控车床的结构 控制面板 显示器 滚珠丝杆 刀架 主轴 1 4数控加工技术的特点 1 生产效率高 由于加工过程是自动进行的 且机床能自动换刀 自动不停车变速和快速空行程等功能 使加工时间大大减少 2 能稳定地获得高精度 数控加工时人工干预减少 可以避免人为误差 且机床重复精度高 3 由于机床自动化程度大大提高 减轻了工人劳动强度 改善了劳动条件 4 加工能力提高 应用数控机床可以很准确的加工出曲线 曲面 圆弧等形状非常复杂的零件 因此 可以通过编写复杂的程序来实现加工常规方法难以加工的零件 1 5数控系统的组成 现代数控机床一般由数控装置 NCunit 伺服系统 servosystem 位置测量与反馈系统 feedbacksystem 辅助控制单元 accessorycontrolunit 和机床主机 mainengine 组成 下图是各组成部分的逻辑结构简图 数控装置是数控机床的核心 能完成信息的输入 存储 变换 插补运算以及实现各种功能 伺服系统是接受数控装置的指令 驱动机床执行机构运动的驱动部件 它包括主轴驱动单元 主要是速度控制 进给驱动单元 主要有速度控制和位置控制 主轴电机和进给电机等 位置测量与反馈系统由检测元件和相应电路组成 其作用是检测速度与位移 并将信息反馈给数控装置 形成闭环控制 但不一定每种数控机床都装备位置测量与反馈系统 图中虚线部分表示该模块不是基本配置 没有测量与反馈系统的数控装置称开环控制系统 如运动简单的中低档数控车床 常用的测量元件有脉冲编码器 旋转变压器 感应同步器 光栅尺等 辅助控制单元用以控制机床的各种辅助动作 包括 冷却泵的启停等各种辅助操作 机床主机包括床身 主轴 进给机构等机械部件 滚珠丝杠螺母机构 在丝杠1和螺母4上各加工有圆弧 当螺母4旋转时 丝杠1的旋转面经滚珠2推动螺母4轴向移动 同时滚珠2沿螺旋形滚道滚动 使丝杠1和螺母4之间的滑动摩擦转为滚珠与丝杠1 螺母4之间的滚动摩擦 螺母螺旋槽的两端用回珠管3连接起来 使滚珠2能够从一端重新回到另一端 构成一个闭合的循环回路 各类中小型数控机床普遍采用滚珠丝杠 1 6数控机床主机中的传动机构 为了适应数控机床加工范围广 工艺适应性强和自动化程度高的特点 要求主传动装置具有很宽的变速范围 并能无级变速 随着全数字化交流调速技术的日趋完善 齿轮分级变速传动在逐渐减少 大多数数控机床采用电动机直接驱动主轴的结构 数控机床的进给传动装置 灵敏度和稳定性 将直接影响到工件的加工质量 因此常采用不同于普通机床的进给机构 例如采用线性导轨 塑料导轨或静压导轨代替普通滑动导轨 用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构 以及采用可以消除间隙的齿轮传动副和可以消除间隙的键连接等 数控加工过程所需的各种操作 如主轴变速 松夹工件 进刀与退刀 开车与停车 选择刀具 供给冷却液等 和步骤以及与工件之间的相对位移等都用数字化的代码表示 并按工艺先后顺序组织成 NC程序 数控机床之所以能够加工一些几何形状复杂的零件 就是因为数控机床的坐标轴能够联动 编程人员在编写NC程序时 使用规定的NC代码体系 只给出联动轴的起终点坐标及插补速度等的代码 而完成联动轴在起终点间的运动过程参数要由NC自动求出 2 数控加工原理 插补原理 插补是在已知曲线的起终点之间 确定一些中间点坐标的一种计算方法 机械零件大部分由直线和圆弧组成 因此NC都具有直线和圆弧的插补功能 零件程序中提供了直线的起点和终点坐标 圆弧的起点坐标以及圆弧走向 顺时针或逆时针 或圆心相对于起点的偏移量或圆弧半径 插补的任务 是根据偏程进给速度的要求 完成从轮廓起点到终点的中间点坐标值的计算 2 6数控加工原理 续 如图所示 刀具由O至A 直线OA是其理论轨迹 如何确定控制轴X Z的走向呢 用逐点比较法 每走一步与理论轨迹比较一下 从而确定下一步的走向 起点坐标 0 0 终点坐标 Xe Ze 于是直线OA的方程为 X Z Xe Ze 即 ZXe XZe 0 若点 X Z 在直线上方 则 ZXe XZe 0 若点 X Z 在直线下方 则 ZXe XZe 0 于是 取F ZXe XZe 在插补运算过程中 控制轴每移动一步之前 先由NC判断F的符号 当F 0时 NC发出移动微指令 使控制轴向 X方向移动一个步长 当F 0时 NC发出移动微指令 使控制轴向 Z方向移动一个步长 当F 0时 可以规定NC使控制轴向 X或 Z方向移动一个步长这样可以不断地趋向终点 图中 带箭头的折线轨迹是机床实际运动的插补轨迹 直线OA是理论轨迹 由于插补运算所取的步长很小 所以可以近似地认为插补轨迹就是直线OA的理论轨迹 刀具补偿原理 是指NC对编程时零件轮廓轨迹与刀具实际运行轨迹差值进行补偿的功能 如右图所示 用一个半径为R的刀具加工图中的实线表示的工件 刀具运行的实际中心轨迹应为图中的虚线所示 于是刀具离开工件的这一个距离就是偏置 二者之间相差一个刀具半径R 偏置量 offsetvalue 是一个二维的矢量 可正可负 同理 在刀具长度方向上 每种刀具长度不一致 也是采用同样的方法进行补偿 称刀具长度补偿 刀具补偿又可以分为形状补偿 geometryoffset 和磨损补偿 wearoffset 运行程序前的刀具标称半径或长度是形状补偿量 在加工过程中 刀具由于磨损的作用发生细微的尺寸变化 这时 将磨损量输入到磨损补偿号中 可以不必改动形状补偿号 方便操作 3 数控加工编程基础 1机床坐标系 1 1机床坐标系和主运动方向 1 标准坐标系的规定对数控机床中的坐标系和运动方向的命名 ISO标准和我国JB3052 82部颁标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直角坐标系 一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴 标准中规定直线进给运动用右手直角笛卡儿坐标系X Y Z表示 常称基本坐标系 X Y Z坐标轴的相互关系用右手定则决定 如图 1所示 图中大拇指的指向为X轴的正方向 食指指向为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分别用A B C表示 根据右手螺旋法则 可以方便地确定A B C三个旋转坐标轴 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 图3 1右手直角笛卡儿坐标系 如果数控机床的运动多于X Y Z三个坐标 则可用附加坐标轴U V W分别表示平行于X Y Z三个坐标轴的第二组直线运动 如果在回转运动A B C外还有第二组回转运动 可分别指定为D E F 然而 大部分数控机床加工的动作只需三个直线坐标轴及一个旋转轴便可完成大部分零件的数控加工 2 运动方向的确定数控机床的进给运动 有的是由刀具向工件运动来实现的 有的是由工作台带着工件向刀具来实现的 为了在不知道刀具 工件之间如何作相对运动的情况下 便于确定机床的进给操作和编程 统一规定标准坐标系X Y Z作为刀具 相对于工件 运动的坐标系 增大刀具与工件距离的方向为坐标正方向 即坐标系的正方向都是假定工件静止 刀具相对于工件运动来确定的 考虑到刀具与工件是一对相对运动 即刀具向某一方向运动等同于工件向其相反方向运动的特点 图3 1中虚线所示的 X Y Z 必然是工件 相对于刀具 正向运动的坐标系 3 坐标轴的确定 1 Z轴的确定 统一规定与机床主轴重合或平行的坐标为Z轴 远离工件的方向为正方向 机床主轴是传递切削动转矩的轴 如数控车床 数控外圆磨床是主轴带动工件旋转 数控铣床 数控钻床等是主轴带动刀具旋转 对于没有主轴的机床 规定垂直于工件装夹表面的方向为Z坐标轴的方向 正向是使刀具离开工件的方向 2 X轴的确定 X轴为水平的 平行于工件装夹面的轴 对于加工过程中主轴带动工件旋转的机床 如数控车床 数控磨床等 X轴沿工件的径向并平行于横向拖板 刀具或砂轮离开工件旋转中心的方向为X轴的正向 对于如铣床 钻床 镗床等刀具旋转的机床 若Z轴水平 主轴是卧式的 当从主轴 刀具 向工件看时 X轴的正向指向右边 如数控卧式镗床 铣床 若Z轴垂直 主轴是立式的 对于单立柱机床 当从主轴向立柱看时 X轴的正向指向右边 对于双立柱机床 当从主轴向左侧立柱看时 X轴的正向指向右边 3 Y轴的确定 根据X Z轴及其方向 可按右手直角笛卡儿坐标系 利用右手螺旋法则确定轴 根据X Y Z轴及其方向 利用右手螺旋法则即可确定A B C的方向 一些数控机床的坐标系如图3 2所示 3 1 2机床原点和机床参考点1 机床原点机床原点是机床基本坐标系的原点 是工件坐标系 机床参考点的基准点 又称机械原点 机床零点 它是机床上的一个固定点 其位置是由机床设计和制造单位确定的 通常不允许用户改变 如图3 3所示 数控车床的机床原点一般在卡盘前端面或后端面的中心 数控铣床的机床原点 各生产厂不一致 有的在机床工作台的中心 有的在进给行程的终点 图3 3数控机床的机床原点与参考点 2 机床参考点机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的点 是机床各运动部件在各自的正向自动退至极限的一个点 由限位开关精密定位 如图3 3所示 机床参考点已由机床制造厂测定后输入数控系统 并记录在机床说明书中 用户不得更改 实际上 机床参考点是机床上最具体的一个机械固定点 既是运动部件返回时的一个固定点 又是各轴启动时的一个固定点 而机床零点 机床原点 只是系统内运算的基准点 处于机床何处无关紧要 机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值 可以根据该点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置 在机床接通电源后 通常要做回零操作 使刀具或工作台运动到机床参考点 注意 通常我们所说的回零操作 其实是指机床返回参考点的操作 并非返回机床零点 当返回参考点的工作完成后 显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值 表明机床坐标系已经自动建立 机床在回参考点时所显示的数值表示参考点与机床零点间的工作范围 该数值被记忆在CNC系统中 并在系统中建立了机床零点作为系统内运算的基准点 也有机床在返回参考点时 显示为零 X0 Y0 Z0 这表示该机床零点被建立在参考点上 3 1 3工件坐标系和工件原点工件坐标系是编程人员在编程时使用的 由编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点所建立的坐标系 编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定 为保证编程与机床加工的一致性 工件坐标系也应该是右手笛卡儿坐标系 而且工件装夹到机床上时 应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致 工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点 工件原点在工件上的位置可以任意选择 为了有利于编程 工件原点最好选在工件图样的基准上或工件的对称中心上 例如回转体零件的端面中心 非回转体零件的角边 对称图形的中心等 在数控车床上加工零件时 工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面或左端面的交点处如图3 4 a 所示 在数控铣床上加工零件时 工件原点一般设在工件的某个角上或对称中心上 如图3 4 b 所示 图3 4工件原点设置 a 数控车床 b 数控铣床 3 1 4工件坐标系和机床坐标系的关系编程时 尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定 不必考虑工件在机床上的安装位置和安装精度 但在加工时需要确定机床坐标系 工件坐标系 刀具起点三者的位置才能加工 工件装夹在机床上后 可通过对刀确定工件在机床上的位置 所谓对刀 就是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系 在加工时 工件随夹具在机床上安装后 测量工件原点与机床原点之间的距离 这个距离称为工件原点偏置 如图3 5所示 在用绝对坐标编程时 该偏置值可以预存到数控装置中 在加工时工件原点偏置值可以自动加到机床坐标系上 使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值 图3 5机床坐标系与工件坐标系 对刀过程一般从各坐标方向分别进行 可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点 即对刀点 来实现 对刀点可以设在工件 夹具或机床上 但必须与工件的定位基准 相当于工件坐标系 有已知的准确关系 这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系 选择对刀点的原则是 便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置 容易找正 加工过程中便于检查 引起的加工误差小 当对刀精度要求较高时 对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上 对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合 所谓刀位点 是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点 对于平头立铣刀 面铣刀类刀具 刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点 对球头铣刀 刀位点为球心 对于车刀 镗刀类刀具 刀位点为刀尖 钻头取为钻尖等 如图3 6 a d 所示 刀具起始运动的刀位点称为起刀点 图3 6刀位点 a 平头铣刀 b 钻头 c 球头铣刀 d 车刀 镗刀 数控系统从对刀点开始控制刀位点运动 并由刀具切削部分加工出要求的零件轮廓 如用球头刀加工三坐标立体型面的零件时 数控系统控制球头刀球心轨迹 而由外圆切削刃加工出零件轮廓 对数控车床 加工中心等数控机床 如加工过程中要换刀 在编程时应考虑选择合适的换刀位置 为了防止换刀时刀具碰伤工件 换刀点必须设在零件的外部 3 1 5相对坐标与绝对坐标表示法 其中A点 10 10 用绝对坐标指令表示为X10Z10 B点 25 30 用绝对坐标指令表示为X25Z30 B点用相对坐标指令表示为U15W20 相对坐标与绝对坐标表示法 3 1 6直径指定与半径指定 数控车床系统的X轴方向的指令值 X轴方向是零件的半径或直径方向 在工程图纸中 通常标注的是轴类零件的直径 如果按照数控车的工件原点 X轴的指令值应是工件的半径 这样在编程时会造成很多直径值转化为半径值的计算 给编程造成很多不必要的麻烦 因此 数控车的NC系统在设计时通常采用直径指定 所谓直径指定即数控车的X轴的指令值按坐标点在X轴截距的2倍 即表示的是工件的直径 如X20 那么在数控车系统中表示的是X方向刀具与工件原点的距离是10mm而不是20mm 3 2数控加工程序格式 3 2 1程序基本格式1 数控加工程序的结构一个完整的数控加工程序可分为程序号 程序段 程序结束指令等几个部分 程序号又名程序名 置于程序开头 用作一个具体加工程序存储 调用的标记 目前的计算机数控 CNC 机床 能将程序存储在内存中 为了区别不同程序 在程序的最前端加上程序号码以区分 以便进行程序检索 程序号码以地址O P 以及1 9999范围内的任意数字组成 通常FANUC系统用 O SINUMERIC系统用 作为程序号的地址码 编程时要根据说明书的规定作指令 否则系统是不会执行的 工件加工程序由若干个程序段组成 程序段是控制机床的一种语句 表示一个完整的运动或操作 程序结束指令用M02或M30代码 放在最后一个程序段作为整个程序的结束 举例如下 如图3 7所示 图3 7编程示例 O2001 程序号 N10G50X200Z150T0100 建立工件坐标系 选择T01号刀 N20G96S150M03 恒线速设定 主轴正转 N25G50S2000 设定主轴转速 N30G00X20Z6T0101 建立刀具补偿 N40G01Z 30F0 25 20圆柱加工 N50X50 50轴肩加工 N60X60Z 70 50圆锥加工 N70X90 60轴肩加工 N80G00X200Z150T00M05 刀具回位 N90M02 程序结束 上例为一个完整的零件加工程序 程序号为O2001 以上程序中每一行即称为一个程序段 共由10个程序段组成 每个程序段以序号 N 开头 M02作为整个程序的结束 2 程序段的组成一个程序段表示一个完整的加工工步或动作 程序段由程序段号 若干程序字和程序段结束符号组成 程序段号N又称程序段名 由地址N和数字组成 数字大小的顺序不表示加工或控制顺序 只是程序段的识别标记 在编程时 数字大小可以不连续 也可以颠倒 也可以部分或全部省略 但一般习惯按顺序并以5或10的倍数编程 以备插入新的程序段 程序字由一组排列有序的字符组成 如G00 G01 X120 M02等 表示一种功能指令 每个 字 是控制系统的具体指令 由一个地址文字 地址符 和数字组成 字母 数字 符号统称为字符 例如X250为一个字 表示X向尺寸为250mm F200为一个字 表示进给速度为200mm min 具体值由规定的代码方法决定 每个程序段由按照一定顺序和规定排列的 字 组成 程序段末尾的 为程序段结束符号 有时也用 LF 表示程序段结束 3 程序段的格式程序段格式指程序中的字 字符 数据的安排规则 不同的数控系统往往有不同的程序段格式 格式不符合规定 数控系统便不能接受 则程序将不被执行而出现报警提示 故必须依据该数控装置的指令格式书写指令 程序段的格式可分为固定顺序程序段格式 分隔符程序格式和可变程序段格式 数控机床发展初期采用的固定顺序程序段格式以及后来的分隔符程序格式 现已不用或很少使用 最常用的是地址可变程序段格式 简称字地址程序格式 其形式如下 N G X Y Z F S T M 例如 N10G01X40Z0F0 2 其中 N为程序段地址码 用于指令程序段号 G为指令动作方式的准备功能地址 G01为直线插补指令 X为坐标轴地址 后面的数字表示刀具移动的目标点坐标 F为进给量指令地址 后面的数字表示进给量 在程序段中除程序段号与程序段结束字符外 其余各字的顺序并不严格 可先可后 但为便于编写 习惯上可按N G X Y Z F S T M的顺序编程 字地址程序格式具有程序简单 可读性强 易于检查的特点 程序段的长短 随字数和字长 位数 都是可变的 一个程序段中字的数目与字的位数 字长 可按需给定 不需要的代码字以及与上段相同的续效字可以不写 使程序简化 缩短 现代数控机床中广泛采用这种格式 3 2 2程序指令分类 1 G功能G指令是使数控机床建立起某种加工指令方式 如规定刀具和工件的相对运动轨迹 即规定插补功能 刀具补偿 固定循环 机床坐标系 坐标平面等多种加工功能 G指令由地址符G和后面的两位数字组成 从G00到G99共100种 G代码是程序的主要内容 JB T3208 1999标准规定如表2 1所示 表3 1G代码 JB T3208 1999 表3 1G代码 JB T3208 1999 表3 1G代码 JB T3208 1999 表3 1G代码 JB T3208 1999 2 辅助功能 M指令 辅助功能指令用于指定主轴的启停 正反转 冷却液的开关 工件或刀具的夹紧与松开 刀具的更换等 辅助功能由指令地址符M和后面的两位数字组成 也有M00 M99共100种 M指令也有续效指令与非续效指令 JB T3208 1999标准规定如表3 2所示 表3 2辅助功能M代码 JB T3208 1999 表3 2辅助功能M代码 JB T3208 1999 表3 2辅助功能M代码 JB T3208 1999 续表 常用M指令如下 1 M00 程序停止指令 M00使程序停止在本段状态 不执行下段 执行完含有M00的程序段后 机床的主轴 进给 冷却都自动停止 但全部现存的模态信息保持不变 重按控制面板上的循环启动键 便可继续执行后续程序 该指令可用于自动加工过程中停车进行测量工件尺寸 工件调头 手动变速等操作 2 M01 计划停止指令 该指令与M00相似 不同的是必须预先在控制面板上按下 任选停止 键 当执行到M01时程序才停止 否则 机床仍不停地继续执行后续的程序段 该指令常用于工件尺寸的停机抽样检查等 当检查完成后 可按启动键继续执行以后的程序 3 M02 程序结束指令 用此指令使主轴 进给 冷却全部停止 并使机床复位 M02必须出现在程序的最后一个程序段中 表示加工程序全部结束 4 M03 M04 M05 主轴正 反转 停止指令 M03表示主轴正转 M04表示主轴反转 M05表示主轴停止 5 M06 换刀指令 该指令用于具有自动换刀装置的机床 3 进给功能 F功能 F指令为进给速度指令 用来指定坐标轴移动进给的速度 F代码为续效代码 一经设定后如未被重新指定 则先前所设定的进给速度继续有效 该指令一般有以下两种表示方法 1 代码法 代码法后面的数字不直接表示进给速度的大小 而是机床进给速度数列的序号 2 直接指定法 F后跟的数字就是进给速度的大小 如F150 表示进给速度为150mm min 这种方法比较直观 目前大多数数控机床都采用直接指定法 4 S功能S指令用来指定主轴转速 用字母及后面的1 4位数字表示 有恒转速 单位为r min 和恒线速 单位为m min 两种指令方式 S指令只是设定主轴转速的大小 并不会使主轴回转 必须有M03 主轴正转 或M04 主轴反转 指令时 主轴才开始旋转 S指令是续效代码 3 T功能T指令用于选择所需的刀具 同时还可用来指定刀具补偿号 一般加工中心程序中的T代码后的数字直接表示所选择的刀具号码 如T12 表示12号刀 数控车床程序中的T代码后的数字既包含所选择的刀具号 也包含刀具补偿号 如T0102 表示选择01号刀 调用02号刀补参数 需要说明的是 尽管数控代码是国际通用的 但是各个数控系统制造厂家往往自定了一些编程规则 不同的系统有不同的指令方法和含义 具体应用时要参阅该数控机床的编程说明书 遵守编程手册的规定 这样编制的程序才能为具体的数控系统所接受 3 2 3程序编制步骤数控机床是一种按照输入的数字信息进行自动加工的机床 因此 在数控机床上加工零件有一个零件程序的编制问题 程序编制就是根据加工零件的图样和加工工艺 将零件加工的工艺过程及加工过程中需要的辅助动作 如换刀 冷却 夹紧 主轴正 反转等 按照加工顺序和数控机床中规定的指令代码及程序格式编成加工程序单 再将程序单中的全部内容输入到数控机床的数控装置的过程 程序编制的一般过程如下 1 分析零件图样首先要根据零件的材料 形状 尺寸 精度 毛坯形状和热处理要求等确定加工方案 选择合适的机床 2 工艺处理工艺处理涉及的问题较多 主要考虑以下几点 1 确定加工方案 此时应按照充分发挥数控机床功能的原则 使用合适的数控机床 确定合理的加工方法 2 刀具 夹具的选择 数控加工用刀具由加工方法 切削用量及其他与加工有关的因素来确定 数控加工一般不需要专用的 复杂的夹具 在选择夹具时应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程 以减少辅助时间 所选夹具还应便于安装 便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系 3 选择对刀点 对刀点是程序执行的起点 也称 程序原点 程序编制时正确地选择对刀点是很重要的 对刀点的选择原则是 所选的对刀点应使程序编制简单 对刀点应选在容易找正 加工过程中便于检查的位置 为提高零件的加工精度 对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上 4 确定加工路线 确定加工路线时要尽量缩短加工路线 减少进刀和换刀次数 保证加工安全可靠 5 确定切削用量 即确定切削深度 主轴转速 进给速度等 具体数值应根据数控机床使用说明书的规定 被加工工件的材料 加工工序以及其他要求并结合实际经验来确定 同时 对毛坯的基准面和加工余量要有一定的要求 以便毛坯的装夹 使加工能顺利进行 3 刀具运动轨迹计算 数学处理 工艺处理完成后 根据零件的几何尺寸 加工路线计算数控机床所需的输入数据 一般的数控系统都具有直线插补和圆弧插补的功能 所以对于由直线和圆弧组成的较简单的平面零件 只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点 称为基点 的坐标值 对于较复杂的零件或零件的几何形状与数控系统的插补功能不一致时 就需要进行较为复杂的数值计算 例如非圆曲线 需要用直线段或圆弧段来逼近 计算出相邻逼近直线或圆弧的交点或切点 称为节点 的坐标值 编制程序时要输入这些数据 4 编写加工程序单完成工艺处理与运动轨迹运算后 根据计算出的运动轨迹坐标值和已确定的加工顺序 加工路线 切削参数和辅助动作 以及所使用的数控系统的指令 程序段格式 按数控机床规定使用的功能代码及程序格式 编写加工程序单 5 程序输入编好的程序可以通过几种方式输入数控装置 可以按规定的代码存入穿孔纸带 磁盘等程序介质中 变成数控装置能读取的信息 送入数控装置 可以用手动方式 通过操作面板的按键将程序输入数控装置 如果是专用计算机编程或用通用微机进行的计算机辅助编程 可以通过通信接口 直接传入数控装置 6 程序校验编好的程序在正式加工之前 需要经过检测 一般采用空走刀检测 在不装夹工件的情况下启动数控机床 进行空运行 观察运动轨迹是否正确 也可采用空运转画图检测 在具有CRT屏幕图形显示功能的数控机床上 进行工件图形的模拟加工 检查工件图形的正确性 7 首件试切以上这些方法 即步骤1 6 只能检查运动是否正确 不能检查出由于刀具调整不当或编程计算不准而造成的误差 因此 必须用首件试切的方法进行实际切削检查 进一步考察程序的正确性 并检查加工精度是否满足要求 若实际切削不符合要求 可修改程序或采取补偿措施 试切一般采用铝件 塑料 石蜡等易切材料进行 4 数控车床加工程序的编制 本节主要介绍数控车床编程的基本方法及典型零件的工艺分析程序编制 注意事项一 数控车床的直径编程 例如 A点坐标为 110 60 B点坐标为 50 0 在程序中输入直径值 注意事项二 数控车床的绝对 增量 混合编程 数控车床机床的坐标系及机床原点 机床原点的寻找及其位置 1数控车床机床的坐标系及机床原点 编程坐标系 工件坐标系 原点的合理位置 编程原点 选在机床原点时 编程原点选在工件右端面回转中心原点时 结果是 工件原点 在右端面比在机床原点尺寸数字更简 一目了然 第一种是 通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系 这种方法操作简单 可靠性好 它通过刀偏与机械坐标系紧密的联系在一起 只要不断电 不改变刀偏值 工件坐标系就会存在且不会变 即使断电 重启后回参考点 工件坐标系还在原来的位置 第二种是 用G50设定坐标系 对刀后将刀移动到G50设定的位置才能加工 对刀时先对基准刀 其他刀的刀偏都是相对于基准刀的 第三种方法是MDI参数 运用G54 G59可以设定六个坐标系 这种坐标系是相对于参考点不变的 与刀具无关 这种方法适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工 4 2FANUC系统确定工件坐标系的三种方法 如何寻找和保证 工件原点在所选位置 一 直接用刀具试切对刀1 用外园车刀先试车一外园 记住当前X坐标 测量外园直径后 用X坐标减外园直径 所的值输入offset界面的几何形状X值里 2 用外园车刀先试车一外园端面 记住当前Z坐标 输入offset界面的几何形状Z值里 二 用G50设置工件零点1 用外园车刀先试车一外园 测量外园直径后 把刀沿Z轴正方向退点 切端面到中心 X轴坐标减去直径值 2 选择MDI方式 输入G50X0Z0 启动START键 把当前点设为零点 3 选择MDI方式 输入G0X150Z150 使刀具离开工件进刀加工 4 这时程序开头 G50X150Z150 5 注意 用G50X150Z150 你起点和终点必须一致即X150Z150 这样才能保证重复加工不乱刀 6 如用第二参考点G30 即能保证重复加工不乱刀 这时程序开头G30U0W0G50X150Z150三 用工件移设置工件零点1 在FANUC0 TD系统的Offset里 有一工件移界面 可输入零点偏移值 2 用外园车刀先试切工件端面 这时Z坐标的位置如 Z200 直接输入到偏移值里 3 选择 Ref 回参考点方式 按X Z轴回参考点 这时工件零点坐标系即建立 4 注意 这个零点一直保持 只有从新设置偏移值Z0 才清除 四 用G54 G59设置工件零点1 用外园车刀先试车一外园 测量外园直径后 把刀沿Z轴正方向退点 切端面到中心 2 把当前的X和Z轴坐标直接输入到G54 G59里 程序直接调用如 G54X50Z50 3 注意 可用G53指令清除G54 G59工件坐标系 Fanuc系统数控车床设置工件零点常用方法 要求 加工结束后 刀具回到起刀点 用G50确定工件原点 坐标系的确定方法 用G50可以确定任意点作为工件原点 但 确定在右端面O3为更方便 例如 O1点 G50X70Z70 O2点 G50X70Z60 O3点 G50X70Z20 20 用G54 59偏置零点的方法 零点 零点 偏置后 偏置后 零点 用刀具补偿指令Txxxx设定工件原点 用刀具刀尖对准右端面OP处 当刀具位于右端面位置 输入Z0 并按测量时 机械坐标所显示数值为 OP点到机床原点 零点 的距离 切外圆后 测量其直径 该直径是外圆到回转中心的距离 将该直径值写入 并按测量时所显示的机械坐标X数值为 回转中心到机床原点的距离 所以 等于是将机床零点偏移了所显示的数值后 零点偏到了右端面中心 用刀具补偿指令对刀时对起刀点 没有什么特殊要求 刀具只要在工件外即可 快速点定位G00 4 3基本移动指令 代码 快速点定位G00 直线插补G01 G00X U Z W FS BT M 其中 X U Z W为快速定位的目标点 常用格式G00X U Z W 实际速度受面板倍率OVERRIDE控制 尾座移动 附加辅助 G01X U Z W AC RF E S B T M 其中 X U Z W为直线插补的目标点 AE常用格式G01X U Z W F 角度值 倒棱数据 倒圆数据 G00 G01 快速移动定位 G00 指令格式 G00X U Z W 功能 G00指令是使刀具以系统预先设定的快速进给速度移动定位至程序段所指定的位置 G00指令又称为点定位指令 其中 X Z表示目标点绝对值坐标 即采用绝对坐标编程时 X Z表示快速移动的终点位置在工件坐标系中的坐标 U W表示目标点相对前一点的增量坐标 即采用增量坐标编程时 U W表示快速移动的终点位置相对于起点位置 前一点 的坐标增量 即位移量 移动方向 如图3 17 a 和 b 所示 刀具快速移动到指定位置时 用G00编程如下 a 绝对值编程 G00X50 0Z6 0 增量值编程 G00U 70 0W 84 0 b 绝对值编程 G00X38 0Z2 0 A B C 增量值编程 G00U 22 0W 23 0 直线插补 G01 指令格式 G0lX U Z W F 功能 G01指令是使刀具以程序中设定的指令即进给速度 从所在点出发沿直线移动到目标点即直线插补至指定点 G0l是模态代码 可由G00 G02 G03或G32指令注销 其中 X Z表示目标点绝对值坐标 即采用绝对坐标编程时 X Z表示程序段指定点在工件坐标系中的坐标位置 U W表示目标点相对前一点的增量坐标 即采用增量坐标编程时 U W表示程序段指定点相对当前点的移动距离与方向 F表示进给量 若在前面已经指定 可以省略 即F表示合成进给速度 在新的F指令替代前一直有效 是模态指令 绝对值编程 G99G0lX40 0Z20 1F0 1 S E 增量值编程 G99G01U20 0W 25 9F0 1 绝对值编程 无省略格式形式一般 省略 形式注释说明N10G50X200 0Z100 0 G50X200 0Z100 0 设OP为工件原点N20S800M04 S800M04 主轴反转 转速800r minN30G00X50 0Z2 0 G00X50 0Z2 0 P0 P1点用G00快速定位N40G01X50 0Z 40 0F0 1 G01Z 40 0F0 1 刀尖从P1 P2点 F0 1mm rN50G01X80 0Z 60 0F0 1 X80 0Z 60 0 刀尖从P2 P3点 F0 1mm rN60G00X200 0Z100 0 G00X200 0Z100 0 从P3快速返回到起刀点P0点增量值编程 N10G50X200 0Z100 0 G50X200 0Z100 0 N20S800M04 S800M04 N30G00U 150W 98 0F0 1 G00U 150W 98 0 N40G01U0 0W 42 0F0 1 G01Z 42 0F0 1 N50G01U30 0W 20 0F0 1 U30 0W 20 0 N60G00U120 0W160 0 G00X200 0Z100 0 指令格式 G02 G03 X U Z W IK R F 功能 圆弧插补指令说明 圆弧插补指令是切削圆弧时使用的指令 即G02 G03指令表示刀具在给定平面内以F进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补 属于模态指令 G02 为顺时针圆弧插补指令 即凹圆弧的加工 G03 为逆时针圆弧插补指令 即凸圆弧的加工 X Z 圆弧终点绝对值坐标 即采用绝对坐标编程时 X Z为圆弧终点坐标值 U W 圆弧终点相对圆弧起点增量坐标 即用增量坐标编程时 U W为圆弧终点相对圆弧起点的坐标增量 I K 圆心相对圆弧起点增量坐标 I K编程 即I K为圆心在X Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量 用半径值表示 I K为零时可以省略 F 圆弧插补的进给量 圆弧插补 G02 G03 指令 数控车床所用圆弧插补指令 R 圆弧半径 R编程 当圆弧所对圆心角为0 180 时 R取正值 圆心角为180 360 时 R取负值 I K 圆心相对圆弧起点增量坐标 I K编程 即I K为圆心在X Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量 用半径值表示 I K为零时可以省略 用R编程方法 G01X20 0 A BG03X44 0Z23 0K 12 0 B CG01Z10 0 C D或 用R编程 G01X20 0 A BG03X44 0Z23 0R12 0 B CG01Z10 0 C D 圆心角 180 圆心角 180 圆弧插补I K编程与R编程方法的区别 绝对值编程 I K编程 G02X46 0Z 15 078I22 204K6 0F0 1 R编程 G02X46 0Z 15 078R23 0F0 l 增量值编程 I K编程 G02U26 0W 15 078I22 204K6 0F0 1 R编程 G02U26 0W 15 078R23 0F0 1 从A点到B点的圆弧插补 编程 用G02编程 如下 走刀路线为A B C D E F 其绝对坐标方式和增量坐标方式编程如下 绝对坐标编程 G01X26 0Z0F0 5 AG03X34 0Z 4 0I0K