单元一--曲线图案的雕刻加工

山西机电职业技术学院,零件的数控铣削加工,山西机电职业技术学院常镭民,2020/5/29,2,知识目标：了解加工中心的相关理论知识及概念；掌握加工中心的基本操作步骤；掌握在加工中心快速设定工件坐标系的方法；掌握加工中心常用的基本指令的运用；能够正确分析六面体的加工工艺并完成简单曲线图案的雕刻加工。,单元一曲线图案的雕刻加工,本章知识内容一、加工中心相关理论知识概述二、加工中心的基本操作三、加工中心对刀操作实例四、加工中心编程基础五、程序指令六、举例,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,一、加工中心相关理论知识概述1、加工中心结构简介（1）加工中心定义：能自动更换刀具，工件在一次装夹中可完成多道工序的加工。（2）加工中心组成：基础部件（床身、立柱和工作台）主轴部件（主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等）数控系统（CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板灯）自动换刀系统（刀库、机械手等）辅助装置（润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统组成）,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,（3）加工中心的分类按主轴与工作台相对位置分类：立式加工中心：主要适用加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。优点：结构简单，占地面积小，价格相对较低，装夹方便，调试程序容易，应用广泛；缺点：不能加工过高的零件，在加工开腔或下凹的型面时切屑不易排除，严重进会损坏刀具，影响加工表面质量。卧式加工中心：主要适用于加工箱体类零件。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。优点：加工时排屑容易，可以减少工件装夹次数。缺点：与立式加工中心相比，卧式加工中心在调试程序及试切时不宜观察，零件装夹和测量不方便，结构较复杂，占地面积大，价格较高。,单元一曲线图案的雕刻加工,复合加工中心(又称万能加工中心)：其具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，工件一次安装后能完成安装面以外的所有侧面和顶面等五个面的加工。一般有两种形式，一种是主轴可以旋转90度，可以进行立卧加工，另一种是其主轴不改变方向，而由工作台带着工件旋转90度，完成工件五个面的加工。优点：这种加工方式可以最大限度地减少工件的装夹次数，减小工件的形位误差，从而提高生产效率，降低加工成本。缺点：结构复杂，成本高，占地面积大，使用率不高。按加工工序分类：镗铣与车铣两。按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分类：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,（4）加工中心数控系统简介数控（CNC）系统是加工中心的控制指挥中心，是数控机床的核心部件，数控系统根据输入装置送来的信息（程序指令），经过数控装置中的控制和逻辑电路进行译码、运算（插补运算）和逻辑处理后，将插补运算出的位置数据输出到伺服单元，控制电动机带动执行机构，使机床按程序运行，加工出需要的零件。,单元一曲线图案的雕刻加工,（5）数控机床坐标系统作用为了确定工件在机床中的位置，机床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系。确定原则a、刀具相对静止工件运动的原则b、机床坐标系的规定：右手直角笛卡尔坐标系。c、运动方向的确定：数控机床某一部件运动的正方向规定为增大工件与刀具之间距离的方向。d、直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。坐标轴的判定,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,图1右手笛卡儿直角坐标系,图2右手螺旋法则,Z坐标轴的确定由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线重合或平行的坐标轴即为Z轴；若机床没有主轴（刨床），则Z坐标轴垂直与工件装夹面；若机床有几个主轴，可选择一个垂直与工件装夹面的主要轴为主轴，并以它确定为Z坐标轴。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,X坐标轴的确定X坐标运动一般是水平的，它平行于工件的装夹平面，是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标;对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标方向是在工件的径向上，而且平行于横向滑座，以刀具离开工件回转中心的方向为其正方向；对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床等），若Z坐标是水平的（卧式铣床），当由主轴向工件看时，向右为X运动的正方向，若Z坐标是垂直的（立式铣床），面对机床主轴看立柱，向右为+X运动方向；在无主轴的机床上（如牛头刨床）X坐标平行于主要切削方向，以该主切削力方向为正方向。,单元一曲线图案的雕刻加工,Y坐标的确定根据X和Z的运动，按照右手笛卡儿坐标系来确定。旋转运动坐标A、B、C相应地表示其轴线平行于X、Y、Z的旋转运动。A、B、C的正向为在相应X、Y、Z坐标正向上按照右手螺旋法则取右旋螺纹前进的方向。附加坐标系XYZ坐标系称为主坐标系或第一坐标系，其它坐标系称为附加坐标系。直线运动：UVW;PQR旋转运动：DEF,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,立式数控铣床的坐标方向为：Z轴垂直（与主轴轴向重合），向上位正方向；面对机床立柱的左右移动方向为X轴，将刀具向右移动（工作台向左移动）定义为正方向；根据右手笛卡尔坐标系原则，Y轴应同时与Z轴和X轴垂直，且正方向指向床身立柱。,坐标系的分类a、机床坐标系：机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）或工件（工作台）位置的参考系。b、工件坐标系：编程人员在编制程序时，根据零件图样选定编程原点（工件原点），建立编程坐标系。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,数控机床相关基本点机床原点：是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z三个直线坐标轴正方向的极限位置上；通常车床的机床零点多在主轴法兰盘接触面的中心即主轴前端面的中心上。主轴既为Z轴，主轴法兰盘接触面的水平面则为X轴，+X轴和+Z轴的方向指向加工空间。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,机床参考点：机床参考点不同与机床原点，该点至机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上，机床原点与机床参考点是重合的。注意：机床启动时首先要进行自动或手动回零，目的就是通过返回参考点建立机床坐标系。工件坐标原点：在工件坐标系上，确定工件轮廓的编程和计算原点，称为工件坐标系原点，亦称编程原点。,单元一曲线图案的雕刻加工,选择工件坐标系的原则：尽量选在工件图样的基础上，便于计算，减少错误，以利于编程。尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上。便于测量和检验。对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。一般零件选在工件外轮廓的某一角上。,单元一曲线图案的雕刻加工,刀位点：刀位点是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点。,单元一曲线图案的雕刻加工,补充：绝对坐标和相对坐标绝对坐标（G90）：坐标系内所有坐标点的坐标值均从某一固定点坐标原点计量的坐标系，称为绝对坐标系。绝对坐标常用X、Y、Z代码表示。相对坐标（G91）：坐标系内某一位置的坐标尺寸用相对于前一位置的坐标尺寸的增量进行计量的坐标系。用U、V、W代码表示。,单元一曲线图案的雕刻加工,二、加工中心的基本操作由于不同型号的立式加工中心的机床结构、数控系统以及操作面板都稍有所差异，操作方法有所差别，但是机床的基本操作原理，操作步骤是相同的。1、操作准备2、安全操作3、工件的定位与夹紧4、工件对刀,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,三、加工中心对刀操作实例以图所示毛坯（材料45号钢）为例，完成加工中心上的对刀操作。、操作设备与夹具：设备：立式三轴加工中心工装夹具：机用平口虎钳及扳手和等高平行垫铁。辅助工具：内径百分表、游标卡尺、机械寻边器、Z轴设定仪、塞尺。刀具：BT40刀柄、10立铣刀,、实例分析对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，就是让数控系统知道工件原点在机床坐标系中的具体位置，因为数控程序是在工件坐标系下编制的，而刀具则是依靠机床坐标系实现正确的移动，只有二者建立起确定的位置关系，数控系统才能正确地按照程序坐标控制刀具的运动轨迹。本任务通过对立方体零件和圆柱形零件的对刀过程，重点介绍几种常见的对刀方式。,单元一曲线图案的雕刻加工,四、加工中心编程基础1、程序结构和程序段格式（1）程序结构加工程序主程序和子程序程序名、程序段、程序结束指令字地址和数据,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,程序区是由多个程序段组成的，程序部分用程序号开始、用程序结束代码结束，程序段由若干指令字组成。FUNUC系统规定由地址符“O”及其后19999内的位数字表示。程序区的构成程序区程序名（程序号）O0001程序段1N10G91G00X120Y80程序段2N20G43Z-23H01.程序段nNnZ0程序结束M30,（2）程序段结构（格式）程序是由若干程序段组成，每个程序段又由若干个指令字组成。N20G01X-12.3F80S250T03M08（3）指令字格式指令字（又称为指令、指令代码、代码字、程序字、功能字、功能代码、字）由若干个字符组成，字符主要有英文字母、数字和符号。Y-2.5_,单元一曲线图案的雕刻加工,数据（数字）,符号（负号）,地址符,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,（4）常用的指令字简介数控加工程序指令字中最常用的是工艺指令，工艺指令大体分为三类，分别是准备性工艺令G指令、辅助性工艺指令M指令、其他常用功能指令T、S、F指令。区分模态代码：在同组其他G代码出现前一直有效。非模态代码：只在被指定的程序段才有意义。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,2、常用指令介绍（1）快速插补指令1）快速定位指令(G00)指令格式：G00X_Y_Z_；说明：其中X、Y、Z为快速定位的目标点坐标，可以是绝对值也可用增量值。移动速度不能用程序指令F设定，由机床参数“最高快速移动速度”对各轴分别设定,快速移动速度可由机床控制面板上的快速修调旋钮修正；G00的执行过程：刀具由程序起始点加速到最大速度，然后快速移动，最后减速到终点，实现快速点定位。至于刀具快速移动的轨迹是一条直线还是一条折线则由各坐标轴的脉冲当量来决定；,单元一曲线图案的雕刻加工,G00是模态指令，也可以写作G0。2）直线插补指令(G01)指令格式：G01X_Y_Z_F_；说明：其中X、Y、Z为目标点坐标，F为切削进给速度，不指定则进给速度为0；G01和F都是模态指令，前一段已指定，后面的程序段都可不再重写。注意：G00刀具的实际运动路线不一定是直线，使用时注意刀具与工件发生干涉，如图1-34所示。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,（2）尺寸形式指令1）绝对和增量尺寸编程(G90/G91)功能：设定编程时的坐标值为增量值或者绝对值。,单元一曲线图案的雕刻加工,2）公制尺寸/英制尺寸指令功能：根据工程图纸要求，数控系统可根据所设定的状态，利用代码把所有的几何值转换为公制尺寸或英制尺寸。说明：）转换后刀具补偿值、零点偏置值、和进给率F也会相应改变；）该指令为模态指令。系统上电后，机床默认为公制状态；）公制或英制指令断电前后一致；）FANUC系统和华中系统采用G21/G20代码，SIEMENS系统采用G71/G70代码；）公制与英制单位的换算关系为：1mm=0.0394inlin=25.4mm。,单元一曲线图案的雕刻加工,（3）工件坐标系设定指令1)工件坐标系建立指令指令格式：G92XYZ说明：程序中如使用该指令，则该指令应位于程序第一句；通常将坐标原点设于主轴轴线上，以便于编程；程序自动运行时，如果第一条程序是G92指令，那么执行后，刀具并不运动，只是当前点被置为X、Y、Z的设定值，那么工件原点则由当前点倒推确定；G92要求坐标必须齐全，不可缺省，并且不能使用U、V、W编程。例如：G92X100Y30Z50。含义为刀具并不产生任何动作，只是将刀具所在的位置设为当前，即相当于确定了坐标系。,单元一曲线图案的雕刻加工,注意1、执行此段程序只是建立在工件坐标系中刀具起点相对于程序原点的位置，刀具并不产生运动。2、执行此程序段之前必须保证刀位点与程序起点（对刀点）符合。3、G92指令必须单独一个程序段指定，并放在程序的首段。,2）坐标系偏置指令指令格式：G54（G54-G59）说明：加工前，将通过对刀测得的工件原点在机床坐标系中的坐标值输入到机床偏置页面对应的G54-G59中去，如图所示，编程时，指令行里写入相应的G54-G59即可；G54-G59为模态代码，可相互注销。不能与G92混用；G54G59是在加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,（4）加工平面设定（插补平面选择）G17、G18、G19格式：G17（或G18或G19）G17XY平面选择G18XZ平面选择G19YZ平面选择说明：1）适应于以下情况的平面定义：定义刀具半径补偿平面；定义圆弧插补平面。2）当在G41、G42、G43、G44刀补时，不得变换定义平面。3）三联动直线插补无平面选择问题；4)移动指令与平面选择无关，例如指令“G17G01Z10时”，轴照样会移动。,单元一曲线图案的雕刻加工,（5）圆弧插补指令顺时针/逆时针圆弧插补指令G02/G03格式：其中用G17代码进行XY平面的指定，省略时就被默认为是G17，但当在ZX（G18）和YZ（G19）平面上编程时，平面指定代码不能省略。,单元一曲线图案的雕刻加工,F_,单元一曲线图案的雕刻加工,顺逆圆弧的判别：,单元一曲线图案的雕刻加工,I、J、K分别表示X（U），Y（V），Z（W）轴圆心的坐标减去圆弧起点的坐标，如图所示,F_,单元一曲线图案的雕刻加工,园弧插补注意事项:1、当圆弧圆心角小于180时，R为正值，2、当圆弧圆心角大于180时,R为负值，3、整圆编程时不可以使用R，只能用I、J、K；4、F为编程的两个轴的合成进给速度。,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,（6）暂停指令G04指令格式：FANUC：G04X_(P_)；SIEMENS：G04F_(S_)说明：）G04指令的功能是使刀具做短暂的无进给光整加工，常用于以下几种场合：车削沟槽或钻孔时，在加工到槽底或孔底时，应暂停适当时间以使槽底或孔底获得准确的尺寸精度以及光滑的加工表面；使用指令G96（主轴恒线速度回转）车削工件轮廓后，改用指令G97（主轴恒转速度回转）车螺纹时，可通过指令暂停使主轴转速稳定后再车削螺纹，以保证螺距加工精度要求；,单元一曲线图案的雕刻加工,单元一曲线图案的雕刻加工,铣削大直径螺纹时，主轴正转后，暂停几秒使转速稳定，再加工螺纹，使螺距正确。主轴高速低速转换时，用M05指令后，再用M04指令暂停，使主轴停稳后在换挡，以免损伤主轴电动机。）G04为非模态指令，只有在本程序段有效，控制系统按指定的时间暂时停止执行后续程序段，直到暂停时间结束再继续执行。3）FANUC指令中，地址X后数值单位为S，暂停1.5S可以写成G04X1.5；地址P后数值单位为ms)，如暂停1.5s，只能写成G04P1500。4）SIEMENS指令中，F以秒为单位的时，S用主轴旋转次数来确定暂停时间,（7）加工中心选刀、换刀指令格式：T_M06说明：1)T01表示选择1号刀具准备，位于等待位置；2)M06执行换刀，将1号刀具安装到主轴上；（8）自动返回参考点指令(G27、G28、G29、G30)1）G27为返回参考点检测指令指令格式：G27X_Y_Z_；说明：该指令用于检查各轴是否正确返回参考点。该指令执行的前提是机床在通电后必须