数控加工编程基础知识.ppt

第二章 数控加工编程基础 第一节概述第二节编程的基础知识第三节常用准备功能指令的编程方法第四节数控编程的工艺处理第五节程序编制中的数值计算 第一节概述 一 数控编程的基本概念普通机床加工 由工艺员制定要加工零件的工艺文件 包括 机床 刀具的选择 装夹的方法 加工顺序和尺寸 切削参数等 操作员按工艺文件加工 数控机床加工 是在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法 数控编程 将从零件图样到程序检验前的全部过程称为数控加工的程序编制 简称数控编程 二 程序编制的内容和步骤 1 图纸工艺分析 包括 确定加工方案选择适合的数控机床设计夹具选择刀具确定合理的走刀路线选择合理的切削用量 2 数值计算 按已确定的加工路线和允许的零件加工误差 计算出所需的输入数控装置的数据 即获取刀位数据 主要进行基点和节点的计算 基点 几何元素间的连接点称为基点 如 两直线段的交点 直线与圆弧的的交点或切点 节点 用来逼近的直线或圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点 3 编写零件加工程序单 根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式 逐段编写加工程序单 4 制备控制介质 把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息 零件图纸 5 程序检验和首件试切 程序校验的作用 检查机床运动轨迹与动作的正确性 首件试切的作用 检验零件分析 数学处理 程序编写及介质制作中存在的错误并及时解决 三 程序编制的方法 手工编程自动编程 手工编程 用人工完成程序编制的全部工作 包括通过计算机辅助进行数值计算 称为手工编程 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 编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质 手工编程适用于 几何形状不太复杂的零件 自动编程适用于 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 如轮廓加工时 非圆曲线的计算 据国外统计 用手工编程时 一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比 平均约为30 1 数控机床不能开动的原因中 有20 30 是由于加工程序不能及时编制出造成的 第二节编程的基础知识 一 零件加工的程序结构 0600N100G92X0Y0Z0 N102S3000M03 N104G00X10Y10Z10 N106X20Y20 N108M30 1 程序的构成 完整程序由若干程序段组成 每个程序段由若干指令组成 每个指令又由字母 数字和符号组成 即 程序结构 程序号 若干程序段 程序结束指令 xxx xx xx 02或 30 例 0600 程序号或程序名 N100G92X0Y0Z0 程序段N102S3000M03 N104G00X10Y10Z10 N106X20Y20 N108M02 2 程序段格式 程序段格式是指一个程序段中字的排列顺序和表达方式 不同的数控系统往往有不同的程序段格式 字地址程序段格式 程序段序号 准备功能字 Y Z 尺寸字 进给速度 主轴速度 指定刀具 辅助功能字 程序结束 例如 N001G91X10 01Y2F134M02 特点 程序段中的每个指令字均以字母 地址符 开始 其后再跟数字或无符号的数字 指令字在程序段中的顺序没有严格的规定 即可以任意顺序的书写 不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写 因此 这种格式具有程序简单 可读性强 易于检查等优点 3 主程序和子程序 二 数控机床的坐标系统 1 数控机床坐标轴和运动方向的规定ISO和中国标准规定 数控机床的每个进给轴 直线进给 圆进给 定义为坐标系中的一个坐标轴 数控机床坐标系统标准 右手笛卡儿坐标系统 1 右手笛卡尔坐标系 直线进给的基本坐标系 X Y Z 回转座标 围绕 轴旋转的圆周进给坐标轴分别用 表示 坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定 附加坐标轴 平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴 用U V W表示 机床坐标轴及正方向的规定方法 标准统一规定 以增大工件与刀具之间距离的方向 即增大工件尺寸的方向 为坐标轴的正向 坐标轴正方向 是假定工件不动 刀具相对于工件作进给运动的方向 由传递切削力的主轴所规定 车床 1 Z轴 铣床 若没有主轴 牛头刨床 或者有多个主轴 则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标 若主轴能摆动 在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时 则这个坐标便是Z坐标 若在摆动的范围内与多个坐标平行 则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标 2 X轴一般是水平的 且与工件装夹面平行 在工件旋转的机体上 如车床 运动方向是径向的 与横向导轨平行 刀具离开工件旋转中心的方向是十 方面 在刀具旋转的机床上 若Z坐标水平时 如卧式铣床 由主轴向工件看时 十 方向向右 若Z坐标是垂直的 如立式铣床 由主轴向立柱看时 X的方向向右 立铣床 3 Y轴及正方向按右手笛卡尔坐标系统决定 2 机床坐标系与工件坐标系 1 机床坐标系与机床原点编程总是基于某一坐标系统的 因此 弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的 机床原点 机床坐标系的零点 这个原点是在机床调试完成后便确定了 是机床上固有的点 机床原点的建立 用回零方式建立 机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程 机床坐标系 以机床原点为坐标系原点的坐标系 是机床固有的座标系 它具有唯一性 机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系 注意 机床坐标系一般不作为编程坐标系 仅作为工件坐标系的参考坐标系 2 工件坐标系和工件原点 工件原点 为编程方便在零件 工装夹具上选定的某一点或与之相关的点 该点也可以是对刀点重合 工件座标系 以工件原点为零点建立的一个坐标系 编程时 所有的尺寸都基于此坐标系计算 工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系 工件原点的位置是人为设定的 它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的 所以也称编程原点 程序起点 刀具 刀尖 在加工程序执行时的起点 又称为程序原点 现代数控机床均可设置多个工件座标系 在加工时通过G指令进行换 数控车床工件坐标系 数控铣床工件坐标系 两轴半联动数控铣床坐标系 数控铣床工件原点选择时应该注意 工件原点应选在零件图的尺寸基准上 对于对称零件 工件原点应设在对称中心上 对于一般零件 工件原点设在工件外轮廓的某一角上 这样便于坐标值的计算 对于Z轴方向的原点 一般设在工件表面 并尽量选在精度较高的工件表面 3 绝对坐标系统与增量坐标系统 绝对坐标编程 工件所有点的坐标值基于某一坐标系 机床或工件 零点计量的编程方式 相对坐标编程 运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式 增量坐标编程 绝对坐标系 增量 或相对 坐标系 4 最小设定单位 机床的最小设定单位 数控系统能实现的最小位移量 是机床的一个重要技术指标 又称最小指令增量或脉冲当量 在编程时 所有编程尺寸都应转换成与最小设定单位相应的数量 三 穿孔带及代码 代码 是文字 数字 符号以及它们组合的总称 又称指令 它是程序的最小单元 经过多年的发展 程序用代码已标准化 现在有ISO和EIA两种 穿孔带 1 EIA代码 美国电子工业协会制定 用6位二进制数表示 26 64 不包括奇校验位 每行有奇数个孔 第5位补奇列 有孔表示二进制数 1 无孔表示二进制数 0 2 ISO代码 国际标准化协会制定 用7位二进制数表示 27 128 每行为偶数个孔 第8位为补偶列 四 功能代码简介 1 准备功能指令 G 及编程方法准备功能指令又称为G指令 G代码 G功能 G指令的作用 主要是指定数控机床的运动方式 为数控系统的插补算作好准备 G指令的组成 G后跟2位数字组成 即 G00 G99 G代码的分类 1 按执行的功能分 每组代码执行相似的功能 同组代码的特点 同一程序段中 同一组的指令不能出现两次 如 N001G00G01X12Y20Z30 N001G00G91G17G40X12Y20Z30 2 按执行的能力的延续性分 模态代码非模态代码 模态代码的特点 一旦模态代码使用 其功能便一直保持到下一个同组的指令出现 N014G00X5Y10Z23 N015X0Y0 N016G01X40 仍执行G00功能 非模态指令特点 只在一个程序段中有效 例 N021G45G00X20Y20 N022G45G01Y30 N023G45X35 除00组外的代码都为模态代码 2 辅助功能指令 M 及其应用 00 程序停止主轴停转 进给停止 冷却液关断 程序停止 01 计划停止类似于 00 与 任选停止 按钮配合使用 02 程序结束程序全部结束 机体复位 30 纸带结束 03 主轴顺转 04 主轴逆转 05 主轴停止 06 换刀 07 号冷却液开 雾状冷却液开 08 号冷却液开 液状冷却液开 09 冷却液关 10 夹紧 11 松开 13 主轴顺转 冷却液开 14 主轴逆转 冷却液开 3 F S T指令 1 F指令作用 指定刀具的进给速度 是模态代码 格式 如 F200表示进给速度为 200mm min 合成速度 2 S指令为主轴速度指令 是模态代码 指定主轴转速 表示方法同F指令 格式 S后跟的数字即表示主轴转速的大小 单位rpm 如 S1000表示主轴转速1000rpm 3 T指令为刀具号指令 指定刀具号 T后跟2位数字 以代表刀具的编号 必须在有自动换刀功能的机床上用才有效 如 T01 T99 01为刀具编号 第三节常用准备功能指令的编程方法 一 与坐标系有关的指令 1 绝对坐标与增量坐标指令 G90 G91 90 按绝对坐标程编 91 按增量坐标程编 模态代码 注意 这两个指令是同组模态指令 也就是说在同一程序段中只允许用其中之一 而不能同时使用 在缺省的情况下 即无G90又无G91 默认是在G90状态下 例 下图表示AB和BC两个直线插补程序段的运动方向及坐标值 AB已加工完毕 要加工BC段 刀具在B点 绝对坐标方式 G90G01X30Y40 增量坐标方式 G91G01X 50Y 30 如 加工BC段直线 或G01U 50V 30 G91G01X 50Y 30 2 坐标系设定指令 G92 作用 以工件原点为准 确定刀具刀位点的坐标值 注意 刀具不移动 数控车床的工件坐标系设定 设 320 200坐标系设定程序为 G92X320Z200 注意 车削编程中 X尺寸字中的数值一般用坐标值的2倍 即用刀尖相对于回转中心的直径值编程 例 G92X30Y30Z25 X Y Z 对刀点 刀位点 工件坐标系零点 30 0 30 0 25 0 G92要求 坐标值必须齐全 只能使用绝对坐标值 在一个零件的全部加工程序中 可重复多次使用G92 3 17 18 19 坐标平面选择 为模态指令缺省值为G17 二 运动控制指令 1 00 快速点定位作用 快速定位 不进行切削 无运动轨迹要求 格式 G00X Y Z 注意 G00指令中不需要指定速度 即F指令无效 G00的运动轨迹不一定是直线 若不注意则容易干涉 2 01 格式 G01XaYbZcFf作用 指令多坐标 2 3坐标 以联动的方式 按程序段中规定的合成进给速度f 使刀具相对于工件按直线方式 由当前位置移动到程序段中规定的位置 a b c 当前位置是直线的起点 为已知点 而程序段中指定的坐标值即为终点坐标 模态指令 例1铣削加工如图所示轮廓 P点为起刀点 刀具由P点快速移至A点 然后沿A B O A方向铣削 再快速返回P点 试用增量方式编写该程序 050N0010G92X28Y20 N0020G91G00X 12S600T01M03 N0030G01X 24Y 12F100 N0040X8Y 8 N0050X16Y20 N0060G00X12M02 3 02 03 圆弧插补 使机床在指定平面内执行圆弧运行 切削出圆弧轮廓 02 顺时针圆弧插补 03 逆时针圆弧插补 顺 逆方向判别规则 沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察 来判别圆弧的顺 逆时针方向 格式 符号说明 X Y 表示圆弧的终点坐标 绝对坐标系下 或圆弧终点相对于起点的距离 相对坐标系下 符号说明 I J 表示圆弧中心相对于圆弧的起点在X Y方向的坐标增量 符号说明 R 圆弧半径R表示法 用半径R带有符号的数值来表示 规定 AB 180 R 0R100 BA 180 R 0R 100 注意 不可用半径R表示封闭圆 G00 G01 G02 G03是同组续效指令 缺省值G01 本段终点若与上一段终点位置相同 即起点与终点最终没有相对位移 则可省略不写 例2 以逆时针方向加工一半径为20mm的封闭圆 刀具起点在O点 1 绝对坐标编程 N100G92X0Y0 N102G90G17G00X20Y0 N104G03I 20F100 N106G00X0Y0M02 2 相对坐标编程N100G92X0Y0 N102G91G17G00X20 N104G03I 20F100 N106G00X 20M02 例3 以增量方式编写如图所示零件加工程序 刀具起点位于坐标原点上 要求采用圆心表示方法和半径表示方法两种形式编程 圆心方式编程 N100G92X0Y0 N101G91G00G17X0Y18 N102G02X18Y 18I0J 18F100 N104G03X50Y0I25J0 N106G02X20Y20I0J20 N108M02 半径 R18 R25 R 20 相对坐标编程 N100G92X0Y0 N101G91G00G17X0Y18 N102G02X18Y 18I0J 18F100 N104G03X50Y0I25 N106G02X20Y20J20 N108M02 三 刀具补偿指令 刀具半径补偿指令刀具长度补偿指令 Z轴 1 刀具半径补偿指令 40 41 42 1 41 左偏刀具半径补偿沿刀具运动方向看 刀具位于零件左侧 2 42 右偏刀具半径补偿 沿刀具运动方向看 刀具位于零件右侧 G41和G42的指令格式可分为两种情况 其中 D为补偿号 即存放刀补值的存储器地址号 G00 G01的格式为 G02和G03的指令格式为 3 G40 补偿注销 格式为 刀具半径补偿功能的优点 1 只需按零件轮廓编程 不需计算刀具中心运动轨道 G92XPYP G91G41G00XPAYPAD01M03 G01XABYABF200 G42XCDYCD G41XDEYDEXEAYEA G40XAPYAPM02 2 刀具磨损或刀具重磨后 刀具半径变小 只需改动刀具半径补偿值 而不须改程序 3 同一把刀具进行粗 精加工时 设精加工余量为 则粗加工的刀具半径补偿值为r刀 精加工的刀具半径的补偿值为r即可 刀补的步骤 1 刀补建立2 刀补进行3 刀补撤消 2 刀具长度补偿指令 G43 G44 G49 用于刀具的轴向 Z方向 补偿 G43 刀具长度正补偿 在相应的程序段内增加坐标尺寸 G44 刀具长度负补偿 在相应的程序段内减少坐标尺寸 G49 刀具长度补偿注销 补偿格式 Z值是程序中的指令值 H为补偿代号 G43时 Z实际值 Z指令值 H G44时 Z实际值 Z指令值 H 四 固定循环指令 略 一条指令可以完成一组固定的动作 可使程序编制简短 方便 提高编程质量 固定循环指令一般随机床的种类 型号 生产厂家等而变 是不通用的 实际使用机床时 还要严格按照机床的 编程手册 来操作 第四节数控编程的工艺处理 工艺处理包括 数控加工的合理性分析零件的工艺性分析工艺过程和工艺路线的确定零件安装方法的确定选择刀具和确定切削用量等 一 合理确定零件的加工路线 加工线路 加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹和运动方向 确定加工路线的原则 1 保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求 2 尽量缩短走刀路线 减少空走刀行程 提高生产率 3 应使数值计算简单 程序段数量少 以减少编程工作量 车削或铣削 原则 尽量采用切向切入 出 不用径向切入 出 以避免由于切入 出路线的不当降低零件的表面加工质量 空间曲面的加工 好 差 最好 孔类加工 钻孔 镗孔 原则 在满足精度要求的前提下 尽可能减少空行程 二 合理选择对刀点 换刀点 对刀点 或者起刀点 在数控加工时 刀具相对于工件运动的起点 也是编程的起点 对刀点也是程序执行的起点 故又称为 程序原点 对刀点可以是工件或夹具上的点 或者与它们相关的易于测量的点 对刀点确定之后 机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了 刀位点 指刀具的定位基准点 指使 刀位点 与 对刀点 重合的操作 对刀 对刀点的选择原则是 选在零件的设计基准或工艺基准上 或与之相关的位置上 选在对刀方便 便于测量的地方 选在便于坐标计算的地方 对刀点 换刀点 指换刀时刀架位置 应设在工件或夹具的外部 三 合理选择工件的装夹方法 刀具和切削用量 1 装夹方法的选择 1 尽量选用标准化 通用化夹具 避免采用专用夹具 2 工件的装卸要快速 方便 可靠 3 零件上的加工部位要外露敞开 不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工 2 刀具的选用 对选择刀具总的要求 安装调整方便 刚性好 精度高 使用寿命长 在用立铣刀切削平面零件轮廓时 铣刀的半径应小于零件外部轮廓的最小曲率半径Rmin 一般r刀 0 8 0 9 Rmin 零件的加工高度 H 1 4 1 6 r刀 为使刀具有足够的刚性 粗加工内轮廓时 铣刀的最大直径为 式中 D1 轮廓最小圆角直径 1 圆周邻边夹角等分线上的精加工余量 2 精加工余量 圆角二邻边的最小夹角 3 切削用量的确定 包括 切削深度和宽度主轴转速进给速度等 切削用量的选择原则 零件加工精度和粗糙度 充分发挥刀具切削性能 保证合理的刀具耐用度 充分发挥机床性能 最大限度提高生产率 降低成本 五 程序编制中的误差 数控机床的加工误差 主要由控制系统误差 伺服驱动系统误差 零件的定位误差 对刀误差 刀具和机床系统弹性变形误差 编程误差等部分所组成 应尽可能减小编程误差 一般将它取为工件允差的1 5 1 10 编程误差 p由三部分组成 即 p f a b c 式中 a 逼近误差 即采用近似计算方法逼近零件轮廓曲线时产生的误差 b 插补误差 它表示插补加工出的线段 例如直线 圆弧等 与理论线段的误差 这项误差与数控系统的插补功能即插补算法有关 c 圆整误差 因数据处理 小数圆整而产生的误差 第五节程序编制中的数值计算 一 概述数控编程中的数值计算是根据工件的图样要求 按照已确定的加工路线和允许的编程误差 计算出数控系统所需输入的数据 主要内容有 1 基点和节点的计算基点 几何元素的连