《数控程序编制》课件.ppt

数字控制及装备技术研究所InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology 第二章 数控加工程序编制 第一节概述第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节镗铣数控加工及其手工编程第五节车削数控加工及其手工编程第六节自动编程概述 数字控制及装备技术研究所InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology 第四节镗铣数控加工及其手工编程 一 镗铣数控加工中的基本工艺问题1 工件坐标系的确定及程序原点的设置2 安全高度 加工录像 三坐标立式加工中心 四坐标卧式加工中心 3 进刀 退刀方式 a 切线方向进刀b 侧向进刀 G02进刀线 G42补偿 G02退刀线 G40取消G42 起刀点与退刀点 G40 起刀点 G40 退刀点 G40 G01进刀线 G42补偿 G01退刀线 G40取消G42 G42补偿 第四节镗铣数控加工及其手工编程 4 刀具半径补偿 a 合理方式 b 不合理方式 建立刀具半径补偿 切入点 G42G01 起刀点 理论轮廓 大于2倍刀具直径 切入点 G42G01 起刀点 理论轮廓 第四节镗铣数控加工及其手工编程 5 刀具半径确定对于铣削加工 精加工刀具半径选择的主要依据是零件加工轮廓和加工轮廓凹处的最小曲率半径或圆弧半径 刀具半径应小于该最小曲率半径值 第四节镗铣数控加工及其手工编程 7 二 绝对编程与相对编程图中OXY 机床坐标系O X Y Z 工件坐标系图中的相对位置表示工件在机床上安装后 工件坐标系与机床坐标系的相对位置 8 编程方式 绝对坐标方式 机床坐标系绝对坐标方式 工件坐标系相对坐标方式 编程参数编程单位 mm 刀具半径 D01 8mm 主轴转速 400r min进给速度 250mm min安全高度 35mm X Y Z 200 9 1 绝对坐标编程 机床坐标系 MPF100N01G90G17G00G42D01X50Y70S400M03M08 N02Z 240 N03G01X400F250 N04X300Y370 N05G03X200Y270J 100 N06G02X100Y170I 100 N07G01Y50 N08G00G40Z 165M05M09 N09X300Y120 N10M02 X Y 200 Z 10 2 绝对坐标编程 工件坐标系 G92指令 MPF100N01G92X0Y0Z35 N02G90G17G00G42D01X 250Y 50S400M03M08 N03Z 40 N04G01X100F250 N05X0Y250 N06G03X 100Y150J 100 N07G02X 200Y50I 100 N08G01Y 70 N09G00G40Z35M05M09 N10X0Y0 N11M02 X Y Z 200 11 3 绝对坐标编程 工件坐标系 G54指令 编程取消N01程序段N02改成 N02G90G54G17G00G42D01X 250Y 50S400M03M08 其余同上 参数设置在G54画面下设置 X 300Y 120Z 200 X Y 200 Z 12 4 相对 增量 坐标编程 MPF100 N01G91G17G42D01G00X 250Y 50S400M03M08 N02Z 75 N03G01X350F250 N04X 100Y300 N05G03X 100Y 100J 100 N06G02X 100Y 100I 100 N07G01Y 120 N08G00G40Z75M05M09 N09X200Y70 N10M02 X Y 200 三 二维外形轮廓数控铣削加工及其编程举例1 简单外形轮廓零件的数控铣削加工及其编程 第四节镗铣数控加工及其手工编程 分析 1 零件图已知某外形轮廓的零件图 要求精铣其外形轮廓 工件厚度20mm 2 刀具选择 10mm的立铣刀 3 安全面高度50mm 4 进刀 退刀方式离开工件20mm 直线 圆弧引入切向进刀 直线退刀 5 工艺路线走刀路线见图 第四节镗铣数控加工及其手工编程 MPF006 第006号程序 铣削外形轮廓零件N05G54G90G0X0 Y0 建立工件坐标系 并快速运动到原点上方N10Z50 快速运动到安全面高度N20X 50 Y 40 S500M03M08 刀具移到工件外 启动主轴N30G01Z 21 F20 G01下刀 伸出去1mmN40G42D01Y 30 F100 刀具半径补偿 运动到Y 30的位置N50G02X 40 Y 20 I10 J0 圆弧切向切入 第四节镗铣数控加工及其手工编程 N60G01X20 N70G03X40 Y0 I0 J20 逆时针圆弧插补N80X 6 195Y39 517I 40 J0 逆时针圆弧插补N90G01X 40 Y20 N100Y 20 N110Y 30 直线退刀 取消刀具半径补偿 退刀至Y 40N120G40Y 40 N130G00Z10 抬刀至安全面高度N140X0 Y0 回程序原点上方N150M30 程序结束并返回 第四节镗铣数控加工及其手工编程 2 简单内轮廓及型腔的数控加工及其编程 内轮廓型腔零件图 第四节镗铣数控加工及其手工编程 分析 1 零件图已知某内轮廓型腔如图所示 要求对该型腔进行粗 精加工 2 刀具选择粗加工采用 20mm的立铣刀 精加工采用 10mm的键槽铣刀 3 安全面高度10mm 4 进刀 退刀方式粗加工从中心工艺孔垂直进刀 向周边扩展 为此 首先要求在腔槽中心钻好一 20mm的工艺孔 5 工艺路线粗加工分四层切削加工 底面和侧面各留0 5mm的精加工余量 第四节镗铣数控加工及其手工编程 图4 10内轮廓型腔零件图 型腔加工进刀方式与工艺路线 第四节镗铣数控加工及其手工编程 008 第008号程序 铣削型腔N10T01M06 选1号刀具 20mm立铣刀N20G54G90G00X0 Y0 建立工件坐标系N25Z40 刀具运动到安全面高度N30S275 M03M08 从工艺孔垂直进刀5mm 至高度25mm处 第一层粗加工 进刀至第一圈扩槽的起点 17 5 7 5 并开始扩槽N40G01Z25 0F20 N50X 17 5Y7 5F60 N60Y 7 5 N70X17 5 N80Y7 5 N90X 17 5 第一圈扩槽结束 进刀至第二圈的起点 29 5 19 5 并开始扩槽N100X 29 5Y19 5 N110Y 19 5 第四节镗铣数控加工及其手工编程 N120X29 5 N130Y19 5 N140X 29 5 第二圈扩槽加工结束N150X0 Y0 回中心 第一层粗加工结束 从工艺孔垂直进刀5mm 至高度20mm处 第二层粗加工 重复N50开始至N150的语句 开始第二层粗加工N160Z20 F20 N170X 17 5Y7 5F60 N180Y 7 5 N190X17 5 N200Y7 5 N210X 17 5 N220X29 5Y19 5 第四节镗铣数控加工及其手工编程 N230Y 19 5 N240X29 5 N250Y19 5 N260X 29 5 N270X0 Y0 回中心 第二层粗加工结束 从工艺孔垂直进刀5mm 至高度15mm处 第三层粗加工 重复N50开始至N150的语句 开始第三层粗加工N280Z15 F20 N290X 17 5Y7 5F60 N300Y 7 5 N310X17 5 N320Y7 5 N330X 17 5 N340X 29 5Y19 5 N350Y 19 5 第四节镗铣数控加工及其手工编程 从工艺孔垂直进刀4 5mm 至高度10 5mm处 第四层粗加工 重复N50开始至N150的语句 开始第四层粗加工N400Z10 5F20 N410X 17 5Y7 5F60 N420Y 7 5 N430X17 5 N440Y7 5 N450X 17 5 N460X 29 5Y19 5 N470Y 19 5 N480X29 5 N360X29 5 N370Y19 5 N380X 29 5 N390X0 Y0 回中心 第三层粗加工结束 第四节镗铣数控加工及其手工编程 N490Y19 5 N500X 29 5 第四层粗加工结束 N510G00Z40 抬刀至安全面高度N520T02M06 换2号刀具 10mm键槽铣刀进行精加工N530G00X0 Y0 Z40 N540S500M3M08 N550G01Z10 F20 从中心垂直下刀至图样要求高度N560X 11 Y1 F100 开始铣削型腔底面 第一圈加工开始N570Y 1 N580X11 N590Y1 N600X 11 第四节镗铣数控加工及其手工编程 N610X 19 Y9 型腔底面 第二圈加工开始N620Y 9 N630X19 N640Y9 N650X 19 型腔底面 第三圈加工开始N660X 27 Y17 N670Y 17 N680X27 N690Y17 N700X 27 第四节镗铣数控加工及其手工编程 型腔底面 第四圈加工开始 同时也精铣型腔的周边N710X 34 Y25 N720G03X 35 Y24 I0 J 1 不设刀具半径补偿N730G01Y 24 N740G03X 34 Y 25 I1 J0 N750G01X34 N760G03X35 Y 24 I0 J1 N770G01Y24 N780G03X34 Y25 I 1 J0 N790G01X 34 精加工结束N800G00Z40 抬刀至安全高度N810M30 程序结束并返回 第四节镗铣数控加工及其手工编程 数字控制及装备技术研究所InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology 第一节概述第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节镗铣数控加工及其手工编程第五节车削数控加工及其手工编程第六节自动编程概述 第五节车削数控加工及其手工编程 一 普通数控车床的车削加工普通数控车床能完成端面 内外圆 倒角 锥面 球面及成形面 螺纹等的车削加工 主切削运动是工件的旋转 工件的成形则由刀具在ZX平面内的插补运动保证 加工轴 车外圆 车端面 钻孔 车内孔 切槽 切断 车锥面 车型面 车螺纹 数控车削的基本特征与加工范围 第五节车削数控加工及其手工编程 数控车削加工 要保证车削加工精度 特别是锥面和成形表面的精度 需要准确测量车刀刀尖刀刃圆弧半径 并采用刀尖半径补偿 TNR 方法进行加工 仿真动画 W Z 主切削运动 插补运动 进给运动 第五节车削数控加工及其手工编程 需要注意的问题 1 在一个程序段中 可以采用绝对坐标编程 增量坐标编程或二者混合编程 2 用绝对坐标编程时 坐标值X取工件的直径 增量坐标编程时 用径向实际位移量的2倍值表示 并附上方向符号 3 为提高工件的径向尺寸精度 X向的脉冲当量取Z向的一半 4 由于车削加工的余量较大 因此 为简化编程数控装置常具备不同形式的固定循环 5 编程时 常认为刀尖是一个点 而实际中刀尖为一个半径不大的圆弧 因此需要对刀具半径进行补偿 第五节车削数控加工及其手工编程 车削加工程序原点的确定 第五节车削数控加工及其手工编程 带螺纹的轴类零件数控车削加工及其手工编程 二 加工程序举例 第五节车削数控加工及其手工编程 分析A 工艺路线 先倒角 切削螺纹的实际外圆 47 8mm 切削锥度部分 车削 62mm外圆 倒角 车削 80mm外圆 切削圆弧部分 车削 85mm外圆 切槽 车螺纹 第五节车削数控加工及其手工编程 第五节车削数控加工及其手工编程 该零件的数学计算较为简单 可由图纸尺寸直接进行编程 在螺纹加工中 螺纹大径外圆面实际车削尺寸D 47 8mm 螺纹小径尺寸d 45 8mm 加工中分4次车削 各次进给量分别为0 3mm 0 3mm 0 25mm和0 15mm 在圆弧面加工中 圆心相对于起点的坐标为I 126 49 2mmK 30mm B 数学计算 C 选择刀具及画出刀具布置图根据加工要求 选用三把刀具 号刀车外圆 号刀切槽 号刀车螺纹 刀具布置如下图所示 采用对刀仪对刀 螺纹刀尖相对与 号刀尖在Z向位置15mm 编程之前 应正确的选择换刀点 以便在换刀过程中 刀具与工件 机床和夹具不会碰撞 D 确定切削用量车外圆 主轴转速为S630 进给速度为F150 切槽时 主轴转速为S315 进给速度为F10 切削螺纹时 主轴转速为S200 进给速度为F150 第五节车削数控加工及其手工编程 O0004 程序号N10G50X200 Z350 建立工件坐标系N20G00X41 8Z292 S630M03T1M08 刀具快速接近工件 启动主轴 开冷却液N30G01X47 8Z289 F150 倒角N40U0W 59 车 47 8mm外圆 增量坐标编程N50X50 退刀 绝对坐标与增量坐标混合编程N60X62 W 60 车锥度 绝对坐标与增量坐标混合编程 第五节车削数控加工及其手工编程 N70U0Z155 车 62mm外圆 绝对坐标与增量坐标混合编程N80X78 W0 退刀 绝对坐标与增量坐标混合编程N90X80 W 1 倒角 绝对坐标与增量坐标混合编程N100U0W 19 车 80mm外圆 绝对坐标与增量坐标混合编程N110G02U0W 60 I126 49K 30 车半径等于70mm的圆弧 I K表示圆心相对于圆弧起点的坐标N120G01U0Z65 车 80mm外圆N130X90W0 退刀 第五节车削数控加工及其手工编程 N140G00X200 Z350 M05M09 快速退回到起始点 主轴停 冷却液关N150X51 Z230 S315M03T2M08 换2 刀具 快速接近工件 启动主轴 开冷却液N160G01X45 W0F10 切槽N170G04U50 延时50ms G04为延时指令N180G00X51 退刀N190X200 Z350 M05M09 快速退回到起始点 主轴停 冷却液关M200G00X52 Z296 S100M03T3M08 换3 刀具 快速接近工件 启动主轴 开冷却液 第五节车削数控加工及其手工编程 M210G92X47 2Z231 5F150 G92车螺纹 切至深度0 3 47 8 47 2 2M220I 0 60K0 车螺纹 切至深度0 6 0 3 0 6 2 I K为X Y自动叠加M230I 0 50 车螺纹 切至深度0 85 0 6 0 5 2M240I 0 30 车螺纹 切至深度1 0 0 85 0 3 2M250G00X200 Z350 M02 快速退回到起始点 程序结束 第五节车削数控加工及其手工编程 三 车削加工循环 a 零件图b 车削循环 第五节车削数控加工及其手工编程 N100G90G00X9 2Z0 1 起刀点N110G68X6 0Z0 1I0 01K0 008P1500P2560P30 125 G68表示车削循环加工 X Z为轮廓的起点 I K为X Z方向的加工余量 P1为轮廓定义的起始语句 P2为轮廓定义的终止语句 P3为直径方向的最大切削深度 N500G01Z0 0 N510X6 2Z 0 2 N520X7 2Z 0 996 N530G63X8 2P1 45 P20 1 G63为倒角加工循环 P1为倒角相对于Z轴的角度 P2为倒角在X方向的宽度N540G01Z 2 5 N550G63X9 0P1 45 P20 1 N560G01Z 3 0 第五节车削数控加工及其手工编程 数字控制及装备技术研究所InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology 第一节概述第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节镗铣数控加工及其手工编程第五节车削数控加工及其手工编程第六节自动编程概述 自动编程是使用计算机辅助编制数控机床零件加工程序的过程或方法 编程人员根据零件设计要求和现有工艺 使用自动编程软件生成刀位数据文件CLF 再进行后置处理 生成加工程序 然后通过磁盘 纸带 或通讯接口输入数控机床 自动编程的特点编程工作效率高 可解决手工编程无法解决的许多复杂形状零件的编程难题 由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算 可提高编程效率几十倍乃至上百倍 自动编程时 数学处理 编写程序 检验程序等工作是由计算机自动完成的 由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹 使编程人员可及时检查程序是否正确 需要时可及时修改 以获得正确的程序 第六节自动编程概述 一 自动编程的概念 二 自动编程方式的分类 1 语言自动编程APT AutomaticallyProgrammedTool 语言是一种对工件 刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动进行定义时所用的一种接近英语的符号语言 例如 CUTTER 10刀具直径10mmLN1 LINE 20 20 20 70CIR CIRCLE 10 0 50 50 100FROM SETPT从点SETPT开始运动FEDRAT 200进给速度200mm minGOTO PT1刀具运动到点PT1的位置 第六节自动编程概述 46 数控语言自动编程系统一般处理流程 从流程图中可以看出 数控语言自动编程系统主要由零件源程序和编译软件组成 编程人员直接输入各种图形要素 建立加工对象的几何模型 然后在模型上进行工艺规划 选择刀具 确定切削用量及走刀方式 然后由计算机自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算 加工程序的编制和控制介质的制备 或加工程序的输入 等工作 此外 自动编程系统还能对生成的程序进行检查与模拟仿真 不需要使用数控语言 APT源程序 具有形象 直观 高效等优点 目前很多CAD CAM软件都是这种方式 图形自动编程 第六节自动编程概述 交互式图形自动编程软件已成为国内外流行的CAD CAM软件普遍采用的数控编程方法 图形自动编程系统实现了从图样 模型 数控编程 加工的一体化 它分为三个主要处理过程 零件几何造型 生成刀具路径文件 模拟仿真 三 图形自动编程的工作原理 第六节自动编程概述 有三种方法获取和建立零件几何模型 利用软件本身提供的CAD设计模块 将其他CAD CAM系统生成的图形 通过标准图形转换接口 如STEP DXFIGES STL DWGPARASLD CADL NFL等 转换成本软件系统的图形格式 利用三坐标测量机数据或三维多层扫描数据 1 零件几何造型 第六节自动编程概述 根据CAM软件要求 确定加工类型 如轮廓 点位 挖槽或曲面加工等 用光标选择加工部位 选择走刀路线或切削方式 选取或输入刀具类型 刀号 刀具直径 刀具补偿号 加工余量 进给速度 主轴转速 退刀安全高度 粗 精 切削次数及余量 刀具半径长度补偿状况 进退刀延伸线值等加工所需的全部工艺切削参数 自动编程系统根据零件几何模型和工艺参数 生成刀具运动轨迹数据 即刀位文件 注意 刀位文件是中性文件 与数控系统和数控机床无关 2 生成刀具路径 第六节自动编程概述 后置处理的目的是将刀位文件生成针对某一特定数控装置的加工程序 不同数控装置的指令格式不尽相同 因此自动编程系统需提供针对不同数控装置的专用或通用后置处理文件 早期的后置处理文件不开放 用户无法修改 目前大多数CAD CAM软件提供开放式的通用后置处理文件 3 后置处理 模拟显示刀具运动的加工轨迹 可以直观地检查编程过程中可能出现的错误 4 模拟仿真 第六节自动编程概述 基于CAD CAM软件的数控自动编程的基本步骤如下图所示 四 自动编程的基本步骤 与手工编程相比较 第六节自动编程概述 与手动编程一样 加工零件及其工艺分析是数控编程的基础 目前这项工作主要还需人工来做 随着CAPP技术的发展 将逐渐由CAPP或借助CAPP来完成 主要任务有 1 加工零件及其工艺分析 零件几何尺寸 公差及精度要求的核准 确定加工方法 工夹量具及刀具 确定编程原点及编程坐标系 确定走刀路线及工艺参数 第六节自动编程概述 与前述相同 有三种方法获取和建立零件几何模型 利用软件本身提供的CAD设计模块 将其他CAD CAM系统生成的图形 通过标准图形转换接口 如STEP DXFIGES STL DWGPARASLD CADL NFL等 转换成本软件系统的图形格式 利用三坐标测量机数据或三维多层扫描数据 2 加工部位造型 第六节自动编程概述 将工艺分析中的工艺参数输入到自动编程系统中 常见的工艺参数有 3 工艺参数输入 刀具类型 尺寸与材料 切削用量 如主轴转速 进给速度 切削深度及加工余量等 毛坯信息 如尺寸 材料等 其他信息 如安全平面 线性逼近误差 刀具轨迹间的残留高度 进退刀方式 走刀方式 冷却方式等 第六节自动编程概述 自动编程系统将根据几何信息与工艺信息 自动完成基点和节点计算 并对数据进行编排 形成刀位数据 刀位轨迹生成后 自动编程系统将刀具轨迹显示出来 如果有不合适的地方 可在人工交互方式下对刀具轨迹进行编辑与修改 4 刀具轨迹生成与编辑 自动编程系统提供验证与仿真模块 可以检查刀具轨迹的正确性与合理性 验证模块指通过模拟加工过程来检验加工中是否过切 刀具与约束面是否发生干涉与碰撞等 仿真模块是将加工过程中的零件模型 机床模型 夹具模型及刀具模型用图形动态显示出来 基本具有试切加工的效果 5 刀具轨迹的验证与仿真 第六节自动编程概述 将刀位数据文件转换为数控装置能接受的数控加工程序 6 后置处理 将加工程序利用打印机打印清单 供人工阅读 将加工程序存入存储介质 包括穿孔纸带 磁盘 光盘和U盘等 用于保存或转移到数控机床上使用 通过标准通信接口 将加工程序直接送给数控装置 7 加工程序输出 第六节自动编程概述 五 国内外典型的CAM软件简介 1 Pro Engineer软件 Pro ENGINEER是美国PTC ParametricTechnologyCorporation 公司推出的CAD CAM CAE系统软件 是目前专业设计人员广泛使用的软件之一 Pro ENGINEER被广泛地应用于机械 电子 工业造型 航空航天与家电等领域 已经成为 信息化带动工业化 的重要工具软件 它集零件设计 装配 工程图 钣金设计 模具设计 NC加工 造型设计 逆向工程 运动模拟以及有限元分析等功能于一体 涵盖了产品设计制造的全过程 功能强大 逐渐成为了业界新标准 第六节自动编程概述 单一数据库 使得整个设计过程中任何一处改动 可以反应在整个设计制造的相关环节上 Pro E的产品造型功能具有以下特性 1 Pro Engineer软件的三维造型功能 特征功能和参数化设计 Pro E软件就是采参数化设计的 基于特征的实体模型化系统 第六节自动编程概述 几何造型过程 第六节自动编程概述 2 Pro Engineer软件的CAM功能 建立数控加工模型创建操作定义机床创建夹具创建坐标系创建数控加工轨迹创建退刀面其它 材料去除 刀位数据文件以及后置处理等 第六节自动编程概述 UG Unigraphics是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD CAM CAE功能于一体的三维参数化软件 现被西门子公司收购 是当今最先进的计算机辅助设计 分析和制造的软件 用于航空 航天 汽车 轮船 通用机械和电子等工业领域 UG软件在CAM领域处于领先的地位 产生于美国麦道飞机公司 是飞机零件数控加工首选编程工具 2 UG 第六节自动编程概述 3 CATIA Catia是法国达索 Dassault 公司推出的产品 法制幻影系列战斗机 波音737 777的开发设计均采用Catia CATIA据有强大的曲面造型功能 在所有的CAD三维软件位居前列 广泛应用于国内的航空航天企业 研究所 以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选 CATIA具有较强的编程能力 可满足复杂零件的数控加工要求 目前一些领域采取CATIA设计建模 UG编程加工 二者结合 搭配使用 第六节自动编程概述 4 MasterCAM Mastercam是美国CNC软件公司开发的CAD CAM一体化软件 它集二维绘图 三维实体 曲面设计 数控编程 刀具路径模拟等功能于一身 对系统运行环境要求较低 MasterCam具有较强的曲面