数控编程技术

2 1 1数控编程过程及方法 图2 1数控编程过程 2 1数控编程的基本知识 编程过程 1 确定加工方案 选择能够实现该方案的适当的机床 刀具 夹具和装夹方法 2 工艺处理 工艺处理包括选择对刀点 确定加工路线和切削用量 3 数学处理 根据图纸数据求出编程所需的数据 每一程序段的终点坐标 4 编写程序清单5 制备介质和程序检验 加工方案工艺处理数学处理 1 机床坐标系 机器坐标系 为了使编出的程序在不同厂家生产的同类机床上有互换性 必须统一规定数控机床的坐标方向 JB3051 82标准为 数字控制机床坐标轴和运动方向的命名 与国际标准ISO841中的规定相同 右手坐标系 X Y Z A B C X Y Z A B C Z为平行与机床主轴 离开工件为正 X为水平 平行工件装夹面 平行主切削方向 a对于工件旋转的机床 X为工件径向 平行于横滑座 刀具离开工件旋转中心向为正b对于刀具旋转的立式机床 当从刀具的主轴向立柱看时 向右的方向为正c对于刀具旋转的卧式机床 当从刀具 主轴 尾端向工件看时 向右的方向为正 编程方法 1 手工编程2 数控语言编程3 图形编程 2 1 2数控加工工艺基础 图2 2数控机床坐标系的定义 机床原点 机械原点 机械参考点 零点 机床固有点 启动时 通常要进行机动式或手动式回零 回零就是回到直线坐标和旋转坐标的正向极限位置 这个位置一般采用常开微动开关配合反馈元件标记脉冲的方法确定 机床坐标系 机械坐标系 机器坐标系 以机床原点建立的坐标系 2 编程坐标系和局部坐标系 编程坐标系 工件坐标系 编程时一般选择工件上的某一点为程序的原点 0 并以这点作为坐标系的原点 建立的新坐标系 同时可设定6个 G54 G59 局部坐标系在编程坐标系中建立的坐标系G52 在所在的编程坐标系里有效 图2 3机床坐标系 编程坐标系和局部坐标系的关系 XOZ 机床坐标系XpOpZp 工件坐标系 图 车床的两种坐标系 1 工件2 工作台图 铣床的两种坐标系 2 1 3编程中数学处理问题 a 直线逼近b 圆弧逼近图2 4曲线逼近 图2 5零件轮廓加工中的附加程序段 在数控加工中 工件坐标系确定后 还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置 即常说的对刀问题 数控机床上 目前 常用的对刀方法为手动试切对刀 2 1 4对刀点的选择 图2 6对刀点的选择 参考内容 数控车床与铣床的对刀 一 数控车床的对刀数控车床对刀方法基本相同 首先 将工件在三爪卡盘上装夹好之后 用手动方法操作机床 具体步骤如下 1 回参考点操作采用ZERO 回参考点 方式进行回参考点的操作 建立机床坐标系 此时CRT上将显示刀架中心 对刀参考点 在机床坐标系的坐标值 2 试切对刀先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀 保持X向尺寸不变 Z向退刀 按设置编程零点键 CRT屏幕上显示X Z坐标值都清成零 即X0 Z0 然后 停止主轴 测量工件外圆直径D 如图所示 再将工件端面车一刀 当CRT上显示的X坐标值为 D 2 时 按设置编程零点键 CRT屏幕上显示X Z坐标值都清成零 即X0 Z0 系统内部完成了编程零点的设置功能 二 数控铣床的对刀假设零件为对称零件 并且毛坯已测量好长为L1 宽为L2 平底立铣刀的直径也已测量好 如图所示 将工件在铣床工作台上装夹好后 在手动方式操纵机床 具体步骤如下 1 回参考点操作采用ZERO 回参考点 方式进行回参考点的操作 建立机床坐标系 此时CRT上将显示铣刀中心 对刀参考点 在机床坐标系中的当前位置的坐标值 2 手工对刀先使刀具靠拢工件的左侧面 采用点动操作 以开始有微量切削为准 刀具如图A位置 按设置编程零点键 CRT上显示X0 Y0 Z0 则完成X方向的编程零点设置 再使刀具靠拢工件的前侧面 刀具如图B位置 保持刀具Y方向不动 使刀具X向退回 当CRT上X坐标值0时 按编程零点设置键 就完成X Y两个方向的编程零点设置 最后抬高Z轴 移动刀具 考虑到存在铣刀半径 当CRT上显示X坐标值为 L1 2 铣刀半径 Y的坐标值为 L2 2 铣刀半径 时 使铣刀底部靠拢工件上表面 按编程零点设置键 CRT屏幕上显示X Y Z坐标值都清成零 即X0 Y0 Z0 系统内部完成了编程零点的设置功能 就把铣刀的刀位点设置在工件对称中心上 即工件坐标系的工件原点上 3 建立工件坐标系此时 刀具 铣刀的刀位点 当前位置就在编程零点 即工件原点 上 由于手动试切对刀方法 调整简单 可靠 且经济 所以得到广泛的应用 2 2 1数控加工工艺的特点 2 2 2零件的数控加工工艺性 相对传统加工而言 数控工艺的特点 1 零件图上尺寸标注的原则 2 2数控加工工艺基础 图2 7特征尺寸标注与坐标标注方法 2 加工部位的结构工艺性 图2 8零件的结构工艺性 2 2 3加工方案的设计 2 2 4走刀路线的确定 机床的选择 刀具的选择 切削用量的选择 夹具及装夹方式选择 1 保证精度与表面粗糙度 图2 9曲线轮廓的切入和切出 图2 10直纹面行切加工 图2 11凹槽的加工 2 加工效率 图2 12钻孔的加工路线 2 2 5数控代码的检验 1 为什么要检验数控代码 2 车削仿真 3 铣削仿真 一个完整的数控加工仿真软件应包括以下功能 1 数控代码的翻译和检查 2 毛坯和零件图形的输入和显示 3 刀具的定义和图形显示 4 刀具运动及余量去除过程的动态图形显示 5 刀具碰撞及干涉检查 6 仿真结果报告 数控加工仿真就是利用计算机图形学的方法 采用动态的真实感图形 模拟数控加工全过程 检验程序方法 1 机床上空运转 显示模拟 2 试切 3 数控加工软件仿真 图2 13车削干涉检验示意图 图2 14曲面到刀具包络体的法向距离 2 3常用数控代码 代码标准与格式两种国际通用标准 ISO 国际标准化组织 EIA 美国电子工业协会 我国JB3208 83 与ISO等效程序段格式的相关概念1程序由若干个 程序段 block 组成 每个程序段由一定的顺序和规定排列的 字 word 组成 程序段2字 表示地址的英文字母 特殊文字和数字集合 表示某一功能的一组代码符号 是控制带或程序的信息单位3格式 指一个程序段中各个字的排列顺序及其表达形式 广为应用的是 字地址程序段格式 字地址程序段格式 wordaddressformat 如 N100G01X3200Y2500Z 150F180S240T12M05 2 3 1常用的准备功能指令 G代码 1 快速点定位指令G00 格式为 G00X Y Z 三种可能的路径 2 直线插补指令G01格式为 G00X Y Z F a 逆圆指令G03b 顺圆指令G02图2 16圆弧插补指令 3 圆弧插补指令G02 G03格式 G02 G03 X Y I J F G02 G03 X Y R F 顺逆判定 沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察 来确定顺逆方向 如车床 I J K为圆弧圆心相对起点的坐标 4 暂停指令G04格式 G04P 其中P后面为暂停时间 单位是毫秒 常出现在孔加工孔底停留时 对于运用R地址表达的圆弧插补R为圆弧半径 R后跟负数 表示的是 180度的弧R后跟正数 表示的是 180度的弧 X Y A B R R R R X Y A B 30 30 O 5 平面指令G17G18G19圆弧插补平面选择指令G17 G18 G19 进行圆弧插补和刀具补偿时必须使用 6 半径补偿指令G40 G41 G42 a 左刀补G41b 右刀补G42图2 17刀补功能的定义 a 左刀补G41b 右刀补G42 y G41 G42 G40 G40 7 刀具长度补偿指令G40 G43 G44 长度短e为负正偏置G43 长度长e为正负偏置G44 标准长度 9绝对尺寸及相对尺寸编程指令G90 G91 假设刀具的当前位置在A点 以下两段代码的功能是一样的 G00G54G90X60 0Y40 0 G00G91X40 0Y30 0 10 G92设定当前位置坐标值 坐标系设定 G92X Y Z 设编程原点在机床原点的坐标系中为O x1 y1 则尺寸字为 X1 Y1G92并不使机床产生运动 只是记录坐标设定值 在加工前送入数控系统内存 图2 8绝对坐标和相对坐标的定义 常用G代码作用 主要是指定数控机床的运动方式 为数控系统的插补运算做准备 通过下图学习 图示为加工轮廓ABCDE XO机Y为零件坐标系 X0Y为编程坐标系 两坐标系的关系就是零件加工安装关系 N01G92X 10Y 10 N02G90G17G00X10Y10 N03G01X30F100 N04G03X40Y20I0J10 N05G02X30Y30I0J10 N06G01X10Y20 N07Y10 N08G00X 10Y 10M02 N01G91G17G00X20Y20 N03G01X20F100 N04G03X10Y10I0J10 N05G02X 10Y10I0J10 N06G01X 20Y 10 N07Y 10 N08G00X 20Y 20M02 绝对编程 相对编程 1 程序停止指令M00 M01和M022 主轴转动控制指令M03 M04和M053 换刀指令M064 冷却液控制指令M07 M08和M095 主轴夹紧和松开指令M10和M116 主轴定向停止指令M197 子程序调用M98 M99 2 3 2辅助功能指令 M代码 动作 动作 R点 动作 动作 动作 动作 1 钻镗类固定循环指令固定循环的一般格式如下 G G X Y Z R Q P F L Z a G90 R点 Z 0 R1 Z点 R Z1 R点 Z点 b G91 图2 19固定循环动作 图2 20固定循环的数据形式 X Y X1 Y1 2 3 3固定循环指令 1 高速深孔加工循环指令G73 2 反攻丝循环指令G74 初始点 q q q d d G98 G99 图2 21深孔加工循环G73 初始点 G98 R点 G99 主轴反转主轴正转 Z点 图2 22反攻螺纹循环G74 3 精镗循环指令G76 4 钻孔和镗孔循环G81初始点qG98G98R点R点G99G99qZ点图2 23精镗循环G76图2 24钻 镗孔循环G81 5 深孔加工循环G83 6 攻丝循环G84初始点G98初始点G98R点qdG99R点G99qd主轴正转主轴反转qZ点Z点图2 25深孔加工循环G83图2 26攻丝循环G84 G98主轴正转主轴定向停R点G99Z点暂停后主轴起动R点Z点主轴停止暂停 7 反镗循环G87 8 镗孔循环G88 图2 27反镗循环G87图2 28镗孔循环G88 9 镗孔循环G80 1 直线和锥度切削固定循环G77格式为 G77X U Z W I F X为直径值 U为直径方向的增量加工锥度时 锥度切削符号与刀具轨迹的关系如图2 30所示 2 车削固定循环指令 a G77指令用于加工柱面b G77指令用于加工锥面图2 29直线和锥度切削切削固定循环G77 IIU 2U 2WW a I 0 b I 0图2 30锥度切削G77符号与刀具轨迹的关系 2rIr2r31U 23r1U 244WWa 车直螺纹b 车锥螺纹图2 31螺纹切削G78时的动作图 2 螺纹切削固定循环G78格式为 G78X U Z W F 式中F表示螺纹导程地址 r是结束螺纹切削的退刀参数 其值与螺距有关 要大于或等于螺距值 ZZWKWozz3X 2X 2324U 224U 2x11xa 端面切削b 端面锥度切削图2 32端面切削G79时的动作图 3 端面切削固定循环G79格式为 G79X U Z W K F KWW3324U 2U 22411Ka K 0b K 0图2 33端面锥度切削符号与刀具轨迹关系图 3 宏指令简介某些高档数控系统为用户配备了类似于高级语言的复合指令 宏程序 功能 用户可以使用变量进行算术运算 逻辑运算和混合运算 此外复合指令功能还提供了循环语句 分支语句和子程序调用语句 对于经常用到的加工过程 如铣键槽 加工圆周分布的孔等 利用复合指令 可以大大简化编程过程 复合指令的应用过程分为编辑 登录和调用三个阶段 图2 34中的加工圆周分布的六个孔的加工过程可以用下面一条指令实现 G71X Y Z I D R 其中X Y地址中存放六个孔中心所在圆的圆心 Z地址存放钻孔深度 I地址存放均布孔的个数 D地址存放钻孔的直径 R地址存放六个孔中心所在圆的半径 用一条指令 实现了同类型加工过程 大大减少了程序量 图2 34复合指令的编辑 登录和调用过程 1 主轴功能 S功能 2 刀具功能 T功能 3 进给功能 F功能 2 3 4其他指令 2 4数控编程典型实例 2 4 1钻孔实例 例2 1 使用刀具长度补偿和一般指令加工图2 25所示的零件中A B C三个孔 程序清单 N01G92X0Y0Z0 设定坐标系N02G91G00X120 0Y80 0 定位到A点N03G43Z 32 0T1H01 刀具快速到工进起点 刀具长度补偿N04S600M03 主轴启动N05G01Z 21 0F1000 加工A孔N06G04P2000 孔底停留2秒N07G00Z21 0 快速返回到工进起点N08X30 0Y 50 0 定位到B N09G01Z 38 0 加工B孔N10G00Z38 0 快速返回到工进起点N11X50 0Y30 0 定位到C孔N12G01Z 25 0 加工C孔N13G04P2000 孔底停留2秒钟N14G00Z57 0H00 Z坐标返回到程序起点 取消刀补N15X 200 0Y 60 0 X Y坐标返回到程序起点N16M05M09 主轴停止N17M02 程序结束 例2 2 使用固定循环指令加工例1中的三个孔 分析图纸和数据处理的过程同例1 使用固定循环指令编出的程序清单如下 N01G91T1M06 换刀N02M03S600 主轴启动N02G43H01 设置刀具补偿N03G99G82X120 0Y80 0Z 21 0R 32 0P2000F1000 钻孔AN04G99G81X30 0Y 50 0Z 38 0R 32 0 钻孔BN05G98G82X50 0Y30 0Z 25 0R 32 0P2000 钻孔CN06G80G40G00X 200 0Y 60 0 返回起刀点N07M05M09 N08M02 程序结束 X或U坐标值 在数控车床的程序编制中是 直径值 即按绝对坐标编程时 X为直径值 按增量坐标编程时 U为径向实际位移值的两倍 并附上方向符号 2 4 2车削程序 图2 40 图2 39 图2 38 例2 3 图2 41零件的车削加工程序实例 355 53553510 图2 42刀具布置图 N01G92X200 0Z350 0 起点坐标设定N02G00X41 8Z292 0S31M03T11M08 移到刀路起点N03G01X47 8Z289 0F15 倒角N04U0W 59 0 切 47 8圆N05X50 0W0 切圆锥小头N06X62 0W 60 0 切锥度N07U0Z155 0 切 62 0圆N08X78 0W0 N09X80 0W 1 0 倒角N10U0W 19 0 切 80 0圆N11G02U0W 60 0I63 25K 30 0切圆弧N12G01U0Z65 0 切 80 0圆N13X90 0W0 退刀 N14G00X200 0Z350 0M05T10M09 退回换刀点 主轴停N15X51 0Z230 0S23M03T22M08 换刀 开主轴N16G01X45 0W0F10 切退刀槽N17G04U0 5 延迟N18G01X51 0W0 退刀N19G00X200 0Z350 0M05T20M09 到换刀位置 关主轴 换刀N20X52 0Z296 0S22M03T33M08 换刀 开主轴N21G78X47 2Z231 5F330 0 切螺纹 粗切N22X46 6W 64 5 切螺纹 半精切1 N23X46 1W 64 5 切螺纹 半精切2N24X45 8W 64 5 切螺纹 精切N25G00X200 0Z350 0T30M02 退至起刀点上面这段程序是精车程序 没有考虑到全部余量的去除过程 本例中毛坯直径为85mm 单边最大余量约为15mm 这么大的余量是不可能一次切除的 下面是一个考虑了余量切除过程的车削加工程序 例2 4 图2 28所示零件的车削程序 N01T0100M41 设定刀具号 主轴高速挡N02G97G40S200M08 定主轴转速表示方法 开冷却N03G00G41X150 0Z110 0T0101M03 取1号刀具1号刀补 开主轴 N04G96S120 恒切削速度控制N05G73U9 0W3 0D3 闭环切削循环 粗切N06G73P7Q13U0 2W0 2F0 3 闭环切削循环 精切N07G00X20 0Z110 移动到起刀点N08G01X20 0Z80 0F0 15S150 切 20圆N09X40 0Z70 0 切小锥面N10Z50 0 切 40圆N11G02X80 0Z30 0R40 0 切圆弧N12G01X120 0Z10 0 切大锥面N13X150 0Z110 0 退刀 1001020201020 100 80 40 20z 150 20091103x120图2 43车削程序例2 这段程序中的G73是闭环切削指令 其功能是按照一定的切削形状 逐渐去除余量 达到最终尺寸 巧妙地使用G73指令可以简化车削程序 这是车削加工中的一个特殊指令 格式如下 G73P ns Q nf I i K k U u W w D d F f S s N ns N nf 其中P 表示最终形状的程序段首段程序号 ns Q 表示最终形状的程序段末段程序号 nf I X轴方向的让刀距离及方向 i 直径指定 K Z轴方向的让刀距离及方向 k U X方向精加工余量及方向 u 直径指定 W Z方向的精加工余量 w D 切削次数 d F 进给量 S 主轴功能 Y R R R R R D C E B 120 90 60 30 0 G A J I H F 306090120150180 3 轮廓铣削程序 Y R R R R R D C E B 150 120 90 60 30 0 G A J I H F 306090120150180 3 轮廓铣削程序 N01G92X0Y0Z0 建立工件坐标系N02G30Y0T06M06 返回第二参考点换刀N03G00G90X0Y90 0 快速移至起刀点N04G43Z0H03S440M03 长度补偿 主轴正转N05G41G17X30 0D30F100 半径补偿 移至A点N06G01X60 0Y120 0 加工AB段N07G02X90 0Y90 0I0J 30 0 加工BC段N08G01X120 0 加工CD段N09G02X150 0Y120 0I30 0J0 加工DE段N10G01X135 0Y90 0 加工EF段N11X150 0Y60 0 加工FG段N12X120 0 加工GH段N13X90 0Y30 0 加工HI段N14X45 0Y60 0 N15X30 0Y90 0 加工JA段N16G40G00X0Y90 0 取消刀补 回到A点N17X0Y0Z20 返回原点N18M30 程序结束 2 4 4 加工中心编程简介 1 换刀装置 2 编程要点 1 什么是数控语言编程 数控编程语言是专门为自动编制数控加工程序设计的一种计算机语言 数控语言编程就是借助于数控编程语言实现数控自动编程的方法 用数控语言编写数控加工程序的过程如图2 49所示 2 5自动编程 2 5 1数控语言编程 数控语言编程过程主要分为三个阶段 第一阶段 编写零件源程序 用指定的数控语言描述工件的形状尺寸 加工中刀具与工件的相对运动 切削用量 冷却条件以及其它工艺参数 第二阶段 包括译码和数学处理两个过程 第二阶段的作用是对零件源程序进行分析处理生成刀位数据 第三阶段 后处理 生成能被具体的数控机床接受的数控代码 2 APT自动编程系统 1 刀具运动的基本方式 图2 50控制面的定义 2 图形定义语句用于定义和加工路径有关的几何元素并赋名 定义语句的一般形式为 标识符 几何要素种类 几何要素的信息 y x L1 C1 C2 P1 P0 P3 L2 P2 20 10 10 图2 51APT的图形元素定义 3 刀具形状定义语句 CUTTER DCUTTER D RCUTTER D r图2 52实际加工中常用的三种刀具 起刀定义语句 FROM point 连续切削用初始运动语句 4 刀具运动语句 TOTOTOGO ON DS ON PS ON CSPASTPASTPAST 连续切削运动语句 例如FROM SETPTGO TO S1 TO S2 PAST S3 GORGTGOLFTTOGOFWDONGOBACK DS PAST CSGOUPTANTOGODOWNPSTAN 图2 53刀具与控制面关系 5 机床有关的指令语句 后置处理程序语句 机床语句MACHIN UNIV主轴速度语句SPINDL n CLW或CCLW进给速度语句FEDRAT f 6 坐标系变换语句 TRANS X Y Z 图2 4坐标变换 7 APT程序例子 例2 6 图2 55轮廓铣削零件图 例2 8 编制图2 55轮廓加工程序 选择刀具为 10mm的立铣刀 快速进给速度为400mm min 工进速度为100mm min 工件坐标系选择如图所示 机床原点为O 200 60 0 铣削起点为SETPT 顺时针切削 零件源程序 PARTNOEXAMPLENO2初始语句REMARK KS 02注释语句REMARK HUYANG10 8 2000 注释语句MACHIN FANUC 6M调用指定的后处理程序CLPRNT打印刀位数据OUTTOL 0 002指定外差INTOL 0 002指定内差TRANS 200 60 0坐标变换CUTTER 10 10mm的平头立铣刀 LN1 LINE 20 20 20 70几何元素定义语句LN2 LINE POINT 20 70 ATANGL 75 LN1LN3 LINE POINT 40 20 ANGLE 45LN4 LINE 20 20 40 20CIR CIRCLE YSMALL LN2 YLARGE LN3 RADIUS 10XYPL PLANE 0 0 1 0SETPT POINT 20 20 10FROM SETPT指定起刀点FEDRAT 2400快进速度GODLTA 30 30 5接近工件SPIDL ON开主轴COOLNT ON开冷却FEDRAT 100工进速度GO TO LN1 TO XYPL TO LN4初始运动语句 TLLFT GOLFT LN1 PAST LN2连续运动语句 DS左GORGT LN2 TANTO CIRGOFWD CIR TANTO LN3GOFWD LN3 PAST LN4GORGT LN4 PAST LN1FEDRAT 400快进速度GODLTA 0 0 10抬刀SPINDL OFF关主轴COOLNT OFF关冷却FEDRAT2400设