华科大数控技术数控机床的程序编制PPT课件

1 第3章数控机床的程序编制 3 1概述 3 1 1数控编程的基本概念程序编制 从零件图纸分析到获得数控机床所需控制介质的全部过程 即把待加工零件的工艺过程及参数 刀具轨迹 切削参数等 按照规定的代码及格式编写程序单 并通过控制介质输入到的数控装置里用于控制数控机床 3 1 2编程的内容和步骤 2 1 确定加工方案 零件的 材料选择 合适的数控机床形状合适的刀具尺寸合适的夹具精度要求合适的装夹方法热处理硬度 2 工艺处理 确定以下参数 1 选择对刀点和换刀点 2 确定走刀路线 3 确定切削参数 3 3 数学处理 编程中需知道工件每段轮廓的起点 终点及线形 其中一些参数是不能从零件的设计图纸直接得出的 需要计算 如某些角度的直线到圆弧的切点 数控机床一般只能加工直线或圆弧 若工件表面的轮廓是其它线形 例如渐开线等 则应该用直线和圆弧去拟合之 更加复杂的轮廓面需要用计算机才能进行拟合并进而进行数学处理 求起点 终点 线形等 4 4 编写程序根据所用机床和刀具以及指令格式 按照轮廓段逐段编写程序 一段轮廓一句程序5 制备控制介质制作程序的载体 6 程序检验和输入机床检验内容 刀具路径是否错误 是否发生干涉 加工出来的工件是否符合要求 检验方法 空走刀 或加工模拟 5 3 1 3数控编程方法 1 手工编程当零件比较简单时可以用手工编程 零件轮廓仅由直线和圆弧组成 2 APT语言编程早期的自动编程语言 3 交互式图形编程有的软件能在三维造型的基础上通过交互式对话自动生成数控程序 常用的软件有Mastercam 制造工程师 CAXA 开目CAD等 6 3 2数控编程的基础3 2 1编程的几何基础 1 机床坐标系机床使用笛卡尔直角坐标系 X Y Z为移动坐标 A B C为旋转坐标 实行右手定则 7 2 轴及方向规定 1 Z轴将传递切削力的主轴轴线定为Z坐标轴 对于刀具旋转的机床 如铣 钻 镗床 旋转刀具的轴线定为Z轴 对于工件旋转的机床 如车 外圆磨床 工件的轴线定为Z轴 当机床有几个主轴时 选择一个垂直于工件装夹面的主轴定为Z轴 对于工件和刀具都不旋转的机床 如刨 插床 Z轴垂直于工件装夹面 Z轴的正方向以刀具远离工件的方向为准 8 2 X坐标轴 X轴一般是水平的 平行于工件的装夹面且与Z轴垂直 对于工件旋转的机床 X轴在工件的径向上 且平行于横滑座 以刀具离开工件旋转中心方向为正方向 对于刀具旋转的机床 当Z轴是水平方向时 从刀具主轴向工件看 X运动方向指向右方 当Z轴为垂直方向时 对于单立柱机床 从刀具主轴向立柱看 X运动方向指向右方 对于龙门式机床 从主轴向左侧看 X运动方向指向右方 9 3 Y坐标轴Y轴的方向由X轴和Z轴按右手定则来确定 X Y Z坐标系是按刀具相对于工件运动的原则命名的 而带撇 的坐标X Y Z 则表示工件相对于刀具运动的坐标系 4 回转轴绕X轴旋转的刀具 工件 称为A轴 绕Y轴旋转的刀具 工件 称为B轴 绕Z轴旋转的刀具 工件 称为C轴 X Y Z方向 大拇指所指方向 5 其它附加轴 X Y Z为主坐标系通常称为第一坐标系 还有平行于主坐标系轴的第二直线运动时为第二坐标系 对应命名为U V W轴 若还有第三直线运动 则对应命名为P Q R轴 称为第三坐标系 10 立式铣床 卧式铣镗床 数控车床 11 数控车和铣床的标准坐标系 数控车床 立式升降工作台数控铣床 12 3 坐标系 机床坐标系 机床本身固有的坐标系 具有固定的原点和坐标轴方向 机床原点 机床坐标系的原点 出厂已确定 机床参考点 用于对机床工作台 滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点 工件坐标系 用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系 G92 工件原点 工件坐标系的原点 编程坐标系 编程人员为方便编制数控程序所设定的坐标系 一般情况下 编程坐标系与工件坐标系一致 绝对坐标系 刀具 或工件 运动位置的坐标值均是相对于某一固定坐标原点计算的坐标系 G90 相对坐标系 刀具 或工件 运动位置的终点坐标值均是相对于起点坐标计算的坐标系 G91 13 4 绝对坐标编程和增量坐标编程 G90 按绝对坐标编程 G91 按相对坐标编程 G90和G91均用第一坐标系X Y Z表示 在没有设定相对坐标系前 常用第二坐标系U V W表示 14 模态和非模态代码 模态代码 指一经在一个程序段中使用 便保持有效到以后的程序段中出现同组的另一代码时才失效 也称为续效代码 非模态代码 指一旦在一个程序段中使用 不能保持在以后的程序段中有效 参看教材P281附表1 15 3 3数控系统的指令代码3 3 1数控程序组成 1 加工程序的组成例 1234标题 程序名 0001 9999N10G92X25 0Y45 0Z15 0 对刀点 25 45 15 N20G00Z2 0 快进刀至Z 2mm处N30M30 程序结束 程序段结束号 2 程序段 为了完成某一动作要求所需功能 字 的组合 每一个字是一个控制机床的具体指令 它由一个英文字母开头 其后是几个数字构成 16 3 3 2数控加工指令 1 准备功能指令 G指令 17 G92 设置工件坐标系编程格式 G92XYZG92指令是将工件坐标系原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上 例 G92X20Y10Z10其确立的工件坐标系原点在距离刀具起始点X 20 Y 10 Z 10的位置上 18 工件坐标系选择指令G54 G59格式 G54G90G00 G01 XYZ 该指令执行后 所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置 通过CRT MDI方式设置的 G54 X 66 79Y35 84G55 X36 09Y54 25 19 与G92的比较 1 G92X10Y10G92指令程序段只是设定工件坐标系 并不产生任何动作 这时刀具已在加工坐标系中的X10Y10点上 2 G54 G59指令程序段可以和G00 G01指令组合 如G54G90G01X10Y10时 运动部件在选定的工件坐标系中进行移动 程序段运行后 无论刀具当前点在哪里 它都会移动到加工坐标系中的X10Y10点上 3 机床断电后G92设定工件坐标系的值将不存在 而G54 G59设定工件坐标系的值是存在的 20 G00 快速点定位指令 刀具分别按照各轴快速进给速度从当前位置移动到给定的坐标点 格式 G00XYZ G01 直线插补指令 格式 G01XYZ 21 绝对编程指令G90相对编程指令G91 相对坐标编程 N0010G91G00X20Y20M03N0020G01Y30F100N0030X30N0040Y 30N0050X 30N0060G00X 20Y 20M05N0070M02 绝对坐标编程 N0010G90G00X20Y20M03N0020G01Y50F100N0030X50N0040Y20N0050X20N0060G00X0Y0M05N0070M02 22 圆弧插补指令 G02 G03 圆弧插补指令 1 其中G02 顺时针圆弧插补 G03 逆时针圆弧插补 2 顺 逆判断 向垂直于运动平面的坐标轴的负方向观察 格式一 G02 G03 XYZIJK格式二 G02 G03 XYZRXYZ 绝对坐标和增量坐标均可 IJK 圆心相对于起点的增量坐标 半径R 当R 0时 加工0 180 的圆弧 当R 0时 加工180 360 的圆弧 编制整圆时 可以省略终点坐标值 XYZ G04 暂停指令 23 圆弧插补举例 1 当圆弧A的起点为P1 终点为P2 圆弧插补程序段为 G02X321 65Y280I40J140F50或 G02X321 65Y280R 145 6F50 2 当圆弧A的起点为P2 终点为P1时 圆弧插补程序段为 G03X160Y60I 121 65J 80F50或 G03X160Y60R 145 6F50 24 刀具长度补偿 刀具组合完成后刀尖的长度 刀尖到主轴端面距离 不可能一致 显然用长度补偿的方法去修正这种误差较为方便 刀具Z方向移动的距离是 指令值 刀具偏置值 刀具偏置值存放在 刀具偏置值寄存器中 偏置值为 偏置值负值 25 刀具半径补偿指令 刀具半径补偿 刀具中心轨迹偏离理论轨迹一个刀具半径 由计算机自动完成 G41 左刀补 刀具的进给方向在工件轮廓的左边G42 右刀补 刀具的进给方向在工件轮廓的右边G40 取消刀补G17 XY平面 刀补平面 G18 ZX平面G19 YZ平面D00 D01 D32 刀具偏置号 D代码 26 刀具半径补偿的实现过程 刀具补偿的建立 以G41 或G42 与G01 或G00 配合实现 格式 G41G01 G00 G42 XYZ刀具补偿的执行刀具补偿的撤销 以G40与G01 或G00 配合实现格式 G40G01 G00 XYZ 27 刀具半径补偿的计算 直线 刀补后刀具中心轨迹仍然与原直线平行 计算刀具中心轨迹的起点和终点的坐标值 圆弧 刀补后刀具中心轨迹仍然是一个与原圆弧同心的圆弧 计算刀补后圆弧的起 终点坐标值和刀补后的圆弧半径 28 B刀补和C刀补 B刀补 一般的刀补只能计算出直线或圆弧终点的刀具中心值 而对于两个程序段之间在刀补以后可能出现的一些特殊情况没有给予考虑 这种刀补方法称为B刀补 C刀补 能实现程度段间的尖角过渡 能自动进行拐点处刀具中心轨迹交点计算的刀补方法称为C刀补 29 内外轮廓加工时的半径补偿 铣削外轮廓时 两个程序段之间会出现间断DC 和EC 对于铣削内轮廓 两个程序段之间会出现交叉重合 交叉点C B刀补无法在自动实现对间断或交叉重合情况的处理 只能事先予以考虑 给出一定的处理方法 30 C刀补程序段间转接情况分析 以直线与直线转接为例 有时以圆弧代替直线插入 圆弧与圆弧 圆弧与直线的转接情况均可以采用类似于直线与直线转接的处理方法 如圆弧与圆弧之间的转接 可以采用上一段圆弧 加入刀补半径后 终点处的切线与下一段圆弧 加入刀补半径后 起点处的切线进行转接处理 刀具中心并非始终偏离工件轨迹一个刀具半径距离 31 刀具半径补偿举例 32 2113N05G92X0 0Y0 0Z50 0 对刀点 0 0 50 N10G91G17G41T01G00X75 0Y75 0Z 48 0 N15G01X100 0Y170 0Z 12 0F150 N20X200 0 N25X60 0Y 70 0 N30Y 40 0 N35G02X 60 0Y 60 0I 60 0 N40G01X 300 0 N42G00Z60 0N45G40X 75 0Y 75 0M03 N50M30 33 编程举例 0002G92X 80Y 50Z50N1G91G42G00X80Y50Z 48N2G01Z 12F120X50N3Y40N4X40N5Y 40N6X30N7G03X30Y30J30N8G01Y20N10G02X 30Y30J30N11G01N12X 120N13Y 80N14G40G00X 80Y 50Z60N20M02 34 N100G92X0Y0Z10N110G01G42X40Y 40F300S300M03N120Z 5N130Y80N140X20N150G02X 40Y20I 60N160G03X 80Y 20J 40N170G01Y 40N180X40N190Z 10N200G40X0Y0N210M02N220M05 35 凸轮铣削加工举例 36 N5G92X0Y0Z10N10G00X50Y50F300N20G01Z 2N30G01G42X0Y50N40G03X0Y 50I0J 50N50G03X18 86Y 36 67I0J20N60G01X28 28Y 10N70G03X28 28Y10I 28 28J10N80G01X18 86Y36 67N90G03X0Y50I 18 86J 6 67N100G01Z10N110G01G40X50Y50N120M30 37 调用子程序的命令 M99作为子程序的结束指令 M98调用M99定义的子程序 格式 M98PXXXXLXXXX XXXX子程序N10XXXX 1234 M98P1234M99 子程序编号 调用次数 省略时调用一次 38 镜像命令G24 G25 G24X0 对称于Y轴镜像 G24Y0 对称于X轴镜像 G24X0Y0 对称于坐标原点镜像 G25 取消镜像 格式 G24XYG98PXXXXG25XY 39 100 子程序 1 主程序 G92X0Y0Z5N100G41X10Y10N1G91N110G01Z 10F100N2M98P100N120Y20N3G24X0N130X10N4M98P100N140G03X10Y 10I10N5G25X0N150G01Y 10N6G24X0Y0N160X 20N7M98P100N170G40X 10Y 10N8G25X0YON180Z10N9G24Y0N190M99N10M98P100N11G25YON12M02 40 坐标旋转命令G68 取消旋转G69 指令格式 G68XYP XY 旋转中心坐标值 P 旋转角度 逆时针为正方向 顺时针为负方向 41 1主程序N10G91M03N20M98P100N30G68X0YOP45N40M98P100N50G69N60G68X0Y0P90N70M98P100N80G69M05M02 100子程序N100G01X20Y0F100N110G02X10Y0I5N120G03X10Y0I5N130X 20Y0I 10N140G01X 20Y0N150M99 42 100子程序 1234主程序N100G01X50F100N10G91M03N105Z 5N20M98P100N110G02X100Y0I50N30G68X0Y0P180N120G03X100Y0I50N40M98P100N130X 200I 100N50G69M05M02N135G01Z10N140G01X 50N150M99 43 固定循环功能与子程序固定循环功能 X轴和Y轴定位快进到参考平面 R平面 以切削进给方式执行孔加工孔底刀具动作返回参考平面快速返回初始点 1 固定循环的动作 在点位 直线控制功能数控机床加工的工序 钻孔 锪孔 镗孔 铰孔 攻丝 可以由固定循环功能完成 用一个G代码程序完成多个工步才能完成的动作 44 几个概念以及G98 G99指令的用法 初始平面 为安全下刀而设置的平面 用G98返回 R点平面 R参考平面 刀具下刀由快进转为工作进给而设置的平面 用G99返回 孔底平面 45 固定循环指令格式 G91G98GX Y Z R Q P F L G90G99G 包括G73 G74 G76以及G81 G89 X Y 孔的位置 与G90 G91有关 Z 孔底位置 G90 孔底位置 G91 R点到孔底的距离 R R点平面位置 G90 R点的坐标值 G91 初始点到R的距离 P 在孔底的暂停时间 毫秒 Q 每次加工的深度 使用增量值 与G90 G91无关 G73或G83 每次的加工深度 G76或G87 位移量 F 加工切削进给时的速度 L 循环次数 46 47 主要的固定循环功能 48 孔加工固定循环指令的形式及动作 G98G73X Y Z R Q P I J K L F G99用于Z轴的间歇进给 深孔加工时有利于排屑 Q为每次进刀深度 I为第一次切削深度 J为每次切削深度的递减数量 K为切削的最小深度 d为退刀量 1 高速深孔加工G73 49 2 反攻丝循环G74 G98攻反 左旋 螺纹主轴反转 G74X Y Z R P F 到孔底主轴正转 并退回 G99 50 3 G76指令 精镗指令 G76XYZRQ 51 4 G81 G82 G83指令 钻孔和镗孔指令 G81XYZRP 钻 扩和镗阶梯孔指令 G82XYZRPF 深孔加工指令 G83XYZRQPF 52 5 攻螺纹指令G84 53 6 精镗孔指令G85和镗孔指令G86 G85与G84指令相同 只是在孔底主轴不反转 G86与G81指令相同 只是在孔底主轴停止 然后快速退回 54 7 反镗孔指令G87和镗孔指令G88 55 8 镗孔循环指令G89和取消固定循环指令G80 G89 与G86指令相同 但在孔底有暂停 G80 取消所有固定循环指令 同时R点和Z点也被取消 56 钻孔加工举例G81 57 攻螺纹G84举例 设Z轴开始点距工作表面100mm 切削深度20mm 40 0 X 160 0Y 90 0Z93 0M05 58 钻孔循环指令编程举例一 0009G92X0 0Y0 0Z50 0S800M03M08G90F70 0G99G81X 50 0Y0 0Z 52 0R 15 0G98Y 30 0 钻2 G99G73X0 0Y30 0Z 52 0R5 0Q 10K3 0 钻3 G98Y 30 0 钻4 G99G82X50 0Y30 0Z 30 0R 15 0P2 钻5 G98Y0 0 钻6 M05M09M30 钻6 10的孔 59 例二 编制右所示的孔加工程序 设Z轴开始点距工作表面50mm处 切削深度为10mm R面 50 初始面 3 0009G92X 100 Y 50 Z50 G90G00X0 Y0 M03S800G91G99G81X40 Y40 Z 13 R 47 F100X40 Y0 L3X0 Y50 X 40 Y0 L3G90G80X 100 Y 50 Z50 M05M30 60 2 辅助功能指令 61 主要辅助功能指令说明 M00 程序停止指令M02 程序结束指令M03 主轴正转指令M04 主轴反转指令M05 主轴停止指令M30 返回原位指令主轴转速功能指令 S1200 1200r min进给功能指令F300 300mm min 62 3 数控车削指令 63 64 加工坐标系设置G50编程格式G50XZX Z的值是起刀点相对于加工原点的位置 G50使用方法与G92类似 在数控车床编程时 所有X坐标值均使用直径值 例G50X128 7Z375 1 65 快速定位指令G00G00指令命令机床以最快速度运动到下一个目标位置 运动过程中有加速和减速 该指令对运动轨迹没有要求 其指令格式 G00X U Z W 当用绝对值编程时 X Z后面的数值是目标位置在工件坐标系的坐标 当用相对值编程时 U W后面的数值则是现在点与目标点之间的距离与方向 设定工件坐标系G50X200 0Z263 0 绝对值指令编程A CG00X40 0Z212 0 相对值指令编程A C或G00U 160 0W 51 0 66 直线插补指令G01G01指令命令机床刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置 指令格式 G01X U Z W F 使用G01指令时可以采用绝对坐标编程 也可采用相对坐标编程 当采用绝对坐编程时 数控系统在接受G01指令后 刀具将移至坐标值为X Z的点上 当采用相对坐编程时 刀具移至距当前点的距离为U W值的点上 绝对值指令编程G01X40 0Z20 1F0 2 相对值指令编程G01U20 0W 25 9F0 2 67 圆弧插补指令G02 G03格式 G02X U Z W I K F 或G02X U Z W R F G03X U Z W I K F 或G03X U Z W R F 使用圆弧插补指令 可以用绝对坐标编程 也可以用相对坐标编程 绝对坐标编程时 X Z是圆弧终点坐标值 增量编程时 U W是终点相对始点的距离 圆心位置的指定可以用R 也可以用I K R为圆弧半径值 I K为圆心在X轴和Z轴上相对于圆弧起点的坐标增量 绝对坐标 直径编程G02X50 0Z30 0I25 0F0 3 相对坐标 直径编程G02U20 0W 20 0I25 0F0 3 绝对坐标 直径编程G02X50 0Z30 0R25 0F0 3 相对坐标 直径编程G02U20 0W 20 0R25 0F0 3 10 68 69 圆柱面切削循环G90格式 G90X U Z W F 式中 X Z 圆柱面切削的终点坐标值 U W 圆柱面切削的终点相对于循环起点坐标分量 70 N10G50X200Z200T0101N20M03S1000N30G00X55Z4M08N40G01G96Z2F2 5S150 G96 恒表面切削速度控制 N50G90X45Z 25F0 2N60X40N70X35N80G00X200Z200N90M30 71 圆锥面切削循环G90格式 G90X U Z W I F 式中 X Z 圆锥面切削的终点坐标值 U W 圆柱面切削的终点相对于循环起点的坐标 I 圆锥面切削的起点相对于终点的半径差 如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标 I值为负 反之为正 G01X65Z2G90X60Z 25I 5F0 2X50G00X100Z200 72 平面端面切削循环G94格式 G94X U Z W F 式中 X Z 端面切削的终点坐标值 U W 端面切削的终点相对于循环起点的坐标 73 锥面端面切削循环G94格式 G94X U Z W K F 式中 X Z 端面切削的终点坐标值 U W 端面切削的终点相对于循环起点的坐标 K 端面切削的起点相对于终点在Z轴方向的坐标分量 当起点Z向坐标小于终点Z向坐标时K为负 反之为正 74 螺纹切削循环指令G92螺纹切削循环指令把 切入 螺纹切削 退刀 返回 四个动作作为一个循环 用一个程序段来指令 格式 G92X U Z W I F 式中 X U Z W 螺纹切削的终点坐标值 I 螺纹部分半径之差 即螺纹切削起始点与切削终点的半径差 加工圆柱螺纹时 I 0 加工圆锥螺纹时 当X向切削起始点坐标小于切削终点坐标时 I为负 反之为正 75 圆柱螺纹加工G00X35Z104G92X29 2Z53F1 5X28 6X28 2X28 04G00X200Z200圆锥螺纹加工G00X80Z62G92X49 6Z12I 5F2X48 7X4