数控铣床编程及操作加工

2018年1月11日,教学目的：,通过本章的教学，目的是使学生对掌握数控机床坐标系和工件坐标系的建立，并会确定工件坐标原点与机械原点的关系，会应用子程序编程来简化程序，要求学生能够掌握 绝对坐标系和相对坐标系的转换及等 数控编程的基础知识。,2018年1月11日,重点和难点：,数控机床坐标轴及其运动方向、机床坐标系、工件坐标系、绝对坐标系、相对坐标系,2018年1月11日,3.1、数控机床程序编制的内容与步骤,2018年1月11日,1、程序编制-从零件图样到获得数控机床所需控制介质（例如穿孔纸带）的过程称为程序编制。简称数控编程。,2、程序编制的内容1）工件的分析 分析工件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等2）确定加工工艺过程 确定零件的加工方法、加工路线及切削用量等工艺参数3）数值计算（计算加工轨迹和加工尺寸）4）编写零件的加工程序单和校核 5）制作控制介质6）程序校验和首件试切,2018年1月11日,3.2、程序编制方法,一、手工编程从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、穿制纸带直至程序校验等各步骤均由人工完成即为手工程序编程的过程，称为“手工编程”。适用于点位加工或几何形状简单的零件。,二、自动编程又称为计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。,2018年1月11日,常用自动编程软件,CAXA制造工程师UG CAD/CAM系统Pro/EngineerCATIAMaster CAMCIMATRON,2018年1月11日,3.3、数控加工程序结构及程序段格式,1、程序结构,2018年1月11日,程序结构,语句号,程序号,程序结束,2018年1月11日,程序构成,2018年1月11日,程序段构成,2018年1月11日,例：解释下列程序段中的地址的含义。,2018年1月11日,2、程序段格式,程 序 段-是为完成某一动作要求所需一个或多个“功能字”的组合。信 息 字-信息字又称功能字。是组成程序的最基本单元。它是由地址字符和数字字符组成的。各字符含义见表。程序段格式-是指在同一个程序段中关于字母、数字和字符等各个信息代码的排列顺序和书写方式的规定。数控机床有三种程序段格式：地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）、固定顺序程序段格式和带分隔符的固定顺序（也称表格顺序）程序段格式。,2018年1月11日,地址字符含义,2018年1月11日,地址符可变程序段格式（字地址程序段格式）,所谓地址符可变程序段格式，就是在一个程序段内字的数目以及字的长度（位数）是可变的。由语句号字、数据字和程序段结束符组成。例：N001 G01 X70.0 Z-40.0 F140 S300 T0101 M03 LF,2018年1月11日,特点：在程序段中功能字排列顺序并不严格，没有必要的功能字可省去；有一些功能字属于模态指令（即由前面程序段指定的某些G功能和M、S、T功能，若本程序段仍然有效，可以省略）；要取消模态指令功能，必须重新设定相关指令。如：G00是模态指令，表示快速点定位功能，若后面出现G01，则G00功能被取消，改为直线插补功能。此处，G00和G01是相关指令，非相关指令不能取消模态指令的功能。对于坐标字后面的数字只要求写有效数字，不要求坐标字后的数字写满固定位数。如：X坐标字后的数字，规定在小数点前取四位，在小数点后取两位，若程序中要求沿X坐标方向移动70mm，可写成X0070.00，也可写成X70.0。,2018年1月11日,语句号 字-N。用以识别程序段的编号，由地址字N和后面若干位数字构成。准备功能字-G。G功能是使数控机床做某种操作的指令，用地址字G和两位数字表示，从G00G99共100种。尺 寸 字-X、Y、Z等。尺寸字由地址字、+、-符号及绝对值（或增量）的数值构成。进给功能字-F。表示刀具中心运动时的进给速度。它由地址码F和后面若干位数字构成。数字的单位取决于数控系统所采用的进给速度的指定方法。如：F100-进给速度为100mm/min。也有用F表示，后两位既可是代码，也可是进给量的数值。但在车螺纹、攻螺纹等工序中，进给速度与主轴转速有关，用F直接指定螺纹导程，如：F2.0。,2018年1月11日,主轴转速功能字-S。用于指定主轴转速，单位是r/min，一般是直接指定，也有用二位代码法指定。如：S800。刀具功能字-T。由地址字S和若干位数字组成。 辅助功能字-M。由地址字M和两位数字组成。 程序段结束符-写在每一段程序段之后，表示程序结束，EIA-“CR”；ISO-“LF”、“NL”；有的用“；”或“”表示。,2018年1月11日,3.4、子程序,程序和子程序：数控加工程序分为主程序和子程序,2018年1月11日,对于如下相同形状、相同尺寸的进给内容，如果采用逐一编程的方法，不仅浪费时间，而且容易出错。我们可以将工件上相同部位上的进给内容编成一段子程序，并把它事先寄存在存储器的某个设定区域，需要时主程序只需用指定的指令来调用主程序即可。,2018年1月11日, 子程序号,存储器中最多可以寄存999个子程序。子程序地址符用L表示，子程序号为001999。, 子程序的分类,子程序可分为宏子程序和本子程序两类。 宏子程序也称宏程序或宏功能。所谓宏程序就是含变量的子程序。任何一个主程序均可调用它，例如L999就是宏子程序，调用的次数可达1999次。 在数控铣床编程中较多的使用本程序子程序。在本程序子程序存储器中，可用N*1作为子程序程序段号来编写程序内容。,2018年1月11日,子程序的编程特点 子程序一般采用相对坐标的方法来编程，当然也可用绝对坐标编程。 子程序中不允许编入机床状态指令，如G92、S1000、M03、F等指令。 子程序中一般只编写工件轮廓（即刀具运动轨迹）。,2018年1月11日,3.5、数控机床的坐标系,一、坐标轴的方向及其命名1、坐标和运动方向命名的原则 不同的机床有不同的运动形式，可以是刀具相对于工件的运动，也可以是工件相对于刀具的运动。为了使编程人员能在不知道具体运动的情况下，就可以按图样编写加工程序。并使所编程序在同类机床中有互换性。特规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。,2018年1月11日,2、标准坐标系的规定,为了确定机床的运动方向，移动的距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫标准坐标系，也叫机床坐标系。在编制程序时，就可以以该坐标系来规定运动方向和距离。数控机床上的坐标系是采用右手直角迪卡尔坐标系。,2018年1月11日,大姆指的方向为X轴的正方向；食指方向为Y轴的正方向；中指方向为Z轴的正方向；,2018年1月11日,3、运动方向的确定,JB3051-82中规定：机床某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。1）Z坐标的运动Z坐标轴与传递切削力的主轴方向一致。Z坐标的正方向为增大工件与刀具之间距离的方向。例：对于车床、磨床等主轴带动工件旋转；对于铣床、钻床、镗床等主轴带着刀具旋转；如果机床没有主轴（如牛头刨床），Z轴垂直于工件装卡面。如在钻镗加工中，钻入和镗入工件的方向为Z坐标的负方向，而退出为正方向。,2018年1月11日,2）X坐标的运动X坐标轴一般是水平的，平行于工件的装卡面。这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。例：对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。 对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床等）：a、如Z轴是垂直的，当从刀具主轴向立柱看时，X的正方向指向右。 b、如Z轴（主轴）水平，当从主轴向工件方向看时，X的正方向指向右方。,2018年1月11日,数控车床和数控铣床坐标系,2018年1月11日,3）Y坐标的运动 Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角迪卡儿坐标系来判断。4）旋转运动A、B和C A、B和C相应地表示其轴线平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向，相应地表示在X、Y和Z坐标正方向上按照右旋螺纹前进的方向。5）附加坐标 如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W 。如还有第三组运动，则分别指定为P 、Q和R。,2018年1月11日,6）对于工件运动时的坐标轴方向 对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，作相反的安排。用带“”的字母，如X，表示工件相对于刀具正向运动指令。而不带“”的字母，如X，则表示刀具相对于工件的正向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员、工艺人员只考虑不带“”的运动方向。（7）主轴旋转运动的方向 主轴的顺时针旋转运动方向（正转），是按照右旋螺纹旋入工件的方向。,2018年1月11日,（二）、机床坐标系与工件坐标系,1、机床坐标系以数控车床为例讨论坐标系概念。机械原点-机床上设定的一个特定位置，又称机床零位。机械原点的定位精度很高，是机床调试和加工时十分重要的基准点。机床上各种坐标系的建立都是以机械原点为参考点而确定的。图中O是机械原点 。机床每次开机、断电、故障、图形模拟后，甚至必要时当进行坐标设定及对刀前都要对机床进行一次手动回零操作。所谓回零操作就是使运动部件回到机床的机械原点。,2018年1月11日,机床坐标系-在机床装配完毕后，机床坐标系的原点O经调试确定，它是机床检测系统的基准点，也是机床上建立工件坐标系的基准点。机床原点为机床上的一个固定的点。车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后的端面之交点（图中的O点）。,2018年1月11日,工件坐标系-为了确定工件轮廓的编程和计算所建立的坐标系。程序上的坐标值均以此坐标系为依据。所以又称为编程坐标系。其原点常作为编程原点（在编程过程中进行数值换算和填写加工程序段时所需的原点）。工件坐标系可以设定在工件的设计基准或工艺基准上，也可以设定在卡盘端面中心（数控车床）或工件的任一点。 工件原点-零件在设计中有设计基准。在加工过程中有工艺基准，同时要尽量将工艺基准与设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。,2、工件坐标系（编程坐标系）,2018年1月11日,3、绝对坐标与增量（相对）坐标绝对坐标-刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是以相对于固定的坐标原点O给出的，即称为绝对坐标。该坐标系称为绝对坐标系。坐标值用X、Y、Z表示。增量（相对）坐标-刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是相对于前一位置（或起点）来计算的，即称为增量（或相对）坐标，该坐标系称为增量坐标系。增量坐标值用U,V,W表示。U,V,W分别表示与X,Y,Z平行且同向的坐标轴。,2018年1月11日,2018年1月11日,3.6、数控系统的准备功能和辅助功能,一、准备功能 准备功能也叫G功能或G代码。它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。 G代码由地址G和后面的两位数字组成，从G00 - G99共100种。 主要用于规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种功能。,2018年1月11日,2018年1月11日,G代码分为模态代码（又称续效代码）和非模态代码。模 态代 码-表示该代码一经在一个程序段中指定（如a组的GOD，直到出现同组（a组）的另一个G代码（如G02)时才失效。非模态代码-即只在写有该代码的程序段中有效。,2018年1月11日,1、坐标系有关指令G90、G91、G92为坐标指令。（1）绝对尺寸与增量尺寸指令-G90、G91。G90-表示程序段的坐标字按绝对坐标编程。G91-表示程序段的坐标字按增量坐标编程。所谓绝对坐标所表示的刀具（或机床）运动位置的坐标值，都是相对于固定原点给出的。增量坐标所表示的刀具运动位置的坐标值是相对于前一位置的，即坐标原点是平行移动的。相对坐标与运动方向有关。,2018年1月11日,（2）坐标系设定指令-G92。G92-规定工件坐标系零点的指令。编程时通过该指令将工件坐标系告诉给数控系统，并把这个设定值记忆在数控装置的存储器内。执行该指令后，就确定了刀具刀位点的初始位置（程序原点或编程原点）与工件坐标系原点的相对距离。不使刀具或工件产生运动。例如：G92 X250. Z350.；,2018年1月11日,2、坐标平面选择指令-G17、G18、G19。用来进行直线插补或圆弧插补以及刀具补偿时的平面选择。G17-指定零件进行XY平面上的加工；G18-指定零件进行XZ平面上的加工；G19-指定零件进行YZ平面上的加工。若系统只有一个坐标平面的加工功能时，则可省去不写。,3、快速点定位指令-G00。G00指令要求刀具以点位控制方式从刀具所在点用最快的速度运动程序上规定的位置。格式：G00X Y Z ；程序中使用了G00指令后，F指令无效。,2018年1月11日,4、直线插补指令-G01。G01用于斜线或直线运动，使机床运动功能在各坐标平面内切削任意斜率的直线轮廓和用直线段逼近的曲线轮廓。特点是刀具以直线插补运算联动方式由某坐标点移动到另一坐标点，移动速度是由进给功能指令F设定。执行该指令时在程序中必须出现F指令。G01和F指令都是模态指令。格式：G01X Y Z F ；,2018年1月11日,5、圆弧插补指令-G02、G03。该指令可以自动加工圆弧曲线。G02是顺时针方向圆弧插补指令，G03是逆时针方向圆弧插补指令。各坐标平面的圆弧插补方向如图：其判别方法是：在圆弧插补中沿垂直于要加工圆弧所在平面的坐标轴正方向向负方向看，刀具相对于工件的转动是顺时针为顺。相反方向为逆。格式： I J G17 X Y R G18 G02 X Z I K F ； G19 G03 YZ- R J-K R,2018年1月11日,其中，X、Y、Z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（在相对坐标系下）。I、J、K分别表示圆弧中心相对圆弧起点在X、Y、Z方向的坐标增量或圆弧起点相对于圆心在X、Y、Z方向的坐标增量。R为圆弧的半径。为了确定所插补的圆弧段，R带有“+-”号，取法是：若圆心角1800，R取正值；若圆心角1800时，R取负值。全圆切削：G02 /G03I （J） F ；注：起点大于圆心，半径用负，起点小于圆心，半径用正。半圆切削：G02 /G03X Y R F ；注：如果圆弧小于或等于180度，R用正。大于180度用负。,2018年1月11日,2018年1月11日,6、刀具半径自动补偿指令-G41、G42、G40。为了适应立铣刀、圆头车刀等刀具加工的编程，数控机床一般都具有半径自动补偿功能。在编程时不需要计算刀具中心的运动轨迹，而直接根据零件轮廓编程，使程序编制大为简化。G41-为左偏刀具半径补偿指令，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件的左侧；G42-为右偏刀具半径补偿指令，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件的右侧；G40-为半径补偿偏置取消指令，即使用G41、G42后必须用G40去取消偏置量，使刀具中心轨迹与编程轨迹重合。,2018年1月11日,7、刀具长度补偿指令G43、G44刀具长度补偿指令用来补偿刀具长度方向尺寸的变化。数控机床规定传递切刀动力的主轴为数控机床的Z轴，所以通常是在Z轴方向进行刀具长度补偿。在编写工件加工程序时，先不考虑实际刀具的长度，而是按照标准刀具长度或确定一个补偿参考点进行补偿，如果实际刀具长度和标准刀具长度不一致时，可以通过刀具长度补偿功能实现刀具长度差值的补偿。G43指令实现正向补偿，G44指令实现反向补偿，它们也是模态指令，可由G40指令取消。编程格式为：G91 G00 G43(G44) Z_ H_；或 G90 G00 G43(G44) Z_ H_；H是存放长度补偿偏置量的地址，用于存放实际刀具长度和标准补偿长度的差值，即补偿值或偏置量。,2018年1月11日,8、暂停（延时）指令-G04。G04-可使刀具作短暂停留，以获得圆整而光滑的表面。主要用于以下几种情况：对不通孔作深度控制时，在刀具进给到规定深度后，用暂停指令使刀具作非进给光整切削，然后退刀，保证孔底平整。镗孔完毕后要退刀时，为避免留下螺旋划痕而影响表面粗糙度，应使主轴停止转动，并暂停几秒钟，待主轴完全停止后再退刀。,2018年1月11日,横向车槽时，应在主轴转过几转后在退刀，可用暂停指令。在车床上倒角或车顶尖孔时，为使表面平整，使用暂停指令使工件转过一转后再退刀。用丝锥攻螺纹时，如果刀具夹头带有正反转机构，可用暂停指令，以暂停时间代替指定的进给距离。待攻丝完毕，丝锥退出工件后，在恢复机床的动作指令。格式：G04X ；注意: 、X后应跟的是时间，单位上秒。 、G04指令是非模态指令，只在本程序段有。,2018年1月11日,9、返回参考点指令G27、G28、G29这里的参考点是指机械零点或由参数设定的基准点。）返回参考点检验G27G27指令可以检查机床是否准确返回参考点，其程序格式为：G27 X_ Y_；数控机床执行G27指令时，各坐标轴以快速点定位的方式返回各坐标轴的参考点，同时，参考点指示灯亮。使用G27指令时，应取消刀具补偿功能，否则机床无法返回参考点。G27指令执行后，数控系统继续执行下面程序段，若需要机床停止，应在G27程序段后加M00或M01等辅助功能。,2018年1月11日,2）自动返回参考点G28G28指令可以使刀具从任何位置以快速定位方式经过中间点返回参考点，到达参考点时，返回参考点指示灯亮。其程序格式为：G28 X_ Y_；X、Y中的坐标值是中间点的坐标值，参考点的坐标值不需要指定。,3） 从参考点自动返回G29其程序格式为：G28指令常用于刀具自动换刀的程序段，执行前应取消刀具补偿功能。G29 X_ Y_；X、Y中的坐标值是返回点的坐标值，中间点的坐标值不需要指定，由前面程序段G28指令中设定。执行G29指令时，机床从参考点快速移到G28指令设定的中间点，再从中间点快速移到G29指令的指定点。,2018年1月11日,二、辅助功能 辅助功能也叫M功能或M代码。它是控制机床或系统的开关功能的一种命令。如开、停冷却泵；主轴正、反转；程序结束等。由于数控机床的厂家很多，每个厂家使用的G功能、M功能与ISO标准也不完全相同，因此对于某一台数控机床，必须根据机床说明书的规定进行编程。,2018年1月11日,2018年1月11日,1、M00-程序停止。程序中执行该指令后，停止自动运转，即主轴停转、切削液关闭、进给停止，处于程序停止状态，把全部信息保存起来。以便进行手动换刀、手动变速等手动操作。要继续执行加工程序时，按动控制面板上的起动按钮才能再次自动运转。2、M01-计划停止。该指令与M00相似。但必须预先把面板上的“选择停止开关”旋转到计划停止处，M01指令才能被执行。该指令主要用于加工过程中需要停机检查、测量零件或手工换刀和交接班等。3、M02-程序结束。表示程序全部结束，停止自动运转，主轴进给及切削液供给全部停下，使数控装置和机床复位，将纸带倒回到程序开始的字符位置。,2018年1月11日,4、M03、M04、M05-主轴旋转方向。分别命令主轴正转（顺）、反转（逆）、和停止转动。5、M