数控加工基础知识

1,第一章数控编程基础,内容提要：数控编程的基本概念；数控机床的编程方法；坐标系；数控程序的格式及内容；基本通用功能字的用法。,点击观看各种数控加工方法录象,2,目前，在机械制造行业中，单件、小批量的生产所占有的比例越来越大，机械产品的精度和质量也在不断地提高。普通机床难以满足加工精密零件的需要。同时，由于生产水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用已很普遍。,第一节数控加工的基本概念,3,数控（NumericalControl）技术是指用数字化的信息实现加工自动化的控制技术。,.数控技术,4,二.数控加工,1.数控加工定义数控加工是指采用数字信息对零件加工过程进行定义，并控制机床进行自动运行的一种自动化加工方法。1952年研制成功世界上第一台数控机床三坐标立式铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。,5,二.数控加工,2.数控加工特点具有复杂形状加工能力;减轻劳动强度，改善劳动条件;高质量;有利于生产管理;高效率;数控机床价格昂贵，维修较难;高柔性;,6,三.数控机床,数控机床就是按加工要求预先编制程序，由控制系统发出以数字量作为指令信息进行工作的机床。现代数控机床综合应用了微电子技术、计算机技术、精密检测技术、伺驱动技术以及精密机械技术等多方面的最新成果，是典型的机电一体化产品。,7,1.数控编程的概念从零件图纸到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程称为数控程序编制。,四.数控编程,8,2.数控编程的步骤,四.数控编程,9,第二节数控编程的编程方法,一、手工编程手工编程时，整个程序的编制过程由人工完成。要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和一定的数值计算能力。手工编程对简单零件通常是可以胜任的.,10,对于一些形状复杂的零件或空间曲面零件，编程工作量十分巨大，计算繁琐，花费时间长，而非常容易出错。不过，根据目前生产实际情况，手工编程在相当长的时间内还会是一种行之有效的编方法。,一、手工编程,11,自动编程是指编程人员只需根据零件图样的要求，按照某个自动编程系统的规定，编写一个零件源程序，输入编程计算机，再由计算机自动进行程序编制，并打印程序清单和制备控制介质。自动编程既可以减轻劳动强度，缩短编程时间，又可减少差错，使编程工作简便。,二.自动编程,12,目前，生产实际中应用较多的商品化的CAD/CAM系统主要有:国外引进的Unigraphics、Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、Mastercam、SDRC/I-DEAS、DELCAM等.国产CAD/CAM系统是北航海尔的CAXA。,二.自动编程,13,在机械制造方面，CAD/CAM系统的内容一般包含：二维绘图，三维线架、曲面、实体建模，真实感显示，特征设计，有限元前后置处理，运动机构造型，几何特性计算，数控加工和测量编程，工艺过程设计，装配设计，板金件展引和排样，加工尺寸精度控制，过程仿真和干涉检查，工程数据管理等。,二.自动编程,14,小结本次课需要学生掌握数控技术、数控加工、数控机床、数控编程的概念；掌握数控编程的步骤；了解数控加工的特点和数控的编程方法。思考题1.数控编程的编程方法有哪些？分析它们之间的优缺点？手工编程的编程步骤？2.数控加工的特点是什么？数控加工的主要应用范围有哪些？,15,为了简化编制程序的方法和保证记录数据的互换性。对数控机床的坐标和方向的命名国际上很早就制定有统一标准，我国于1982年制定了JB305182数控机床坐标和运动方向的命名标准。,第三节坐标系的确定,16,一.坐标系,在标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机床的坐标系进行命名。用X，Y，Z表示直线进给坐标轴，X，Y，Z坐标轴的相互关系由右手法则决定，如图所示。大姆指的指向为X轴的正向;食指指向为Y轴的正方向;中指指向为Z轴的正方向。,17,一.坐标系,围绕X，Y，Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A，B，C表示，根据右手螺旋定则，如图所示，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A，+B，+C方向。,18,规定通常在编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并规定刀具远离工件的方向作为坐标的正方向。,一.坐标系,19,1.Z坐标Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。,二.坐标轴方向的确定,20,1.Z坐标如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。,二.坐标轴方向的确定,21,2.X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。,二.坐标轴方向的确定,22,3.Y坐标在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。,二.坐标轴方向的确定,23,二.坐标轴方向的确定,4.机床的附加坐标系若在机床上X、Y和Z坐标的直线进给运动之外，还有其它的直线进给运动时，则建立第二坐标系。其直线坐标为：U、V、W；回转坐标为：D、E、F。若再有其它进给运动时，可顺次建立第三坐标系、第四坐标系,24,下图是几台常见数控机床的坐标系。,二.坐标轴方向的确定,25,机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来,它是固定的点。,三.机床坐标系,26,工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点称编程原点或工件原点工件坐标系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐标系所取代。,四.工件坐标系,27,工件坐标系的选择原则：要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件，一般情况下以坐标式尺寸标注的零件，编程原点应选在尺寸标注的基准点；对称零件或以同心圆为主的零件，编程原点应选在对称中心线或圆心上；Z轴的程序原点通常选在工件的上表面。,四.工件坐标系,28,国际上已形成了两个通用标准：国际标准化组织（ISO）标准和美国电子工业学会（EIA）标准。我国根据ISO标准制定了JB3051-82数字控制机床坐标和运动方向的命名等国标。由于生产厂家使用标准不完全统一，使用代码、指令含义也不完全相同，因此需参照机床编程手册。,第四节编程格式及内容,29,一个完整的数控程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序名程序名是一个程序必需的标识符。地址符常见的有：“%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。程序内容它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成。程序结束它是以程序结束指令M02或M30，结束整个程序的运行。,一.数控程序的结构,30,程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则，通常有字地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式，最常用的为字地址程序段格式。,二.程序段格式,NXXXXGXXX_Y_Z_I_J_K_F_S_T_MXX,31,地址字的说明N程序段号，后跟24位数字；G准备功能代码，后跟2位数字；M辅助指令代码，后跟2位数字；XYXXXXXXX坐标值，其值可正或负；ZIJXXXXXXX圆弧的圆心坐标；KF进给速度功能；S主轴功能；T刀具功能。,二.程序段格式,32,数控机床的运动是由程序控制的，而准备功能和辅助功能是程序段的基本组成部分。目前国际上广泛应用的是ISO标准，我国根据ISO标准制订了JB3208-83数控机床的准备功能G和辅助功能的代码,三.数控系统的准备功能和辅助功能,33,准备功能（G功能）G功能指令是使机床做某种操作的指令。用地址G和两位数字表示，从G00-G99共100种。分为模态和非模态两大类,三.数控系统的准备功能和辅助功能,34,1.非模态G功能只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销。例:N10G04P10.0（延时10s）N11G91G00X-10.0F200(X负向移动10mm)N10程序段中G04是非模态G代码，不影响N11程序段的移动。,三.数控系统的准备功能和辅助功能,35,2.模态G功能：一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的G功能注销为止。例：N15G91G01X-10.0F200N16Y10.0（G91,G01仍然有效）N17G03X20Y20R20（G03有效,G01无效）,三.数控系统的准备功能和辅助功能,36,辅助功能M代码控制机床及其辅助装置的通断的指令。如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等。组成：M后带二位数字组成，共有100种（M00M99），有模态（续效）指令与非模态指令之分。,三.数控系统的准备功能和辅助功能,37,进给速度FF指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度。F的单位取决于G94(每分钟进给量mm/min)或G95(每转进给量mm/r)。当工作在G01、G02或G03方式下，编程的F一直有效直到被新的F值所取代；而工作在G00、G60方式下快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。借助操作面板上的倍率开关，F可在一定范围内进行倍率修调。当执行攻丝循环G84、螺纹切削G33时倍率开关失效，进给倍率固定在100%。,四.F、S、T功能指令,38,主轴功能S主轴功能S控制主轴转速。是由地址码S和在其后面的若干数字组成，单位为转/每分钟(r/min)；S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。恒线速度控制（G96）当数控机床的主轴为伺服主轴时，可以通过指令G96来设定恒线速度控制。系统执行G96指令后，便认为用S指定的数值表示切削速度。例如G96S200，表示切削速度为200m/min。主轴转速控制（G97）G97是取消恒线速度控制指令。编程G97后，S指定的数值表示主轴每分钟的转速。例如G97S1200，表示主轴转速为1200r/min。,四.F、S、T功能指令,39,刀具功能(T机能)：T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号。T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。在加工中心上执行T指令刀库转动，选择所需的刀具，然后等待直到M06指令作用时自动完成换刀。T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值(刀补长度和刀补半径)。T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效直到再次换刀调入新的刀补值,四.F、S、T功能指令,40,小结本次课需要学生掌握数控机床的坐标系建立；各坐标轴的确定；数控编程的的组成和格式；功能指令和功能指令。思考题1.数控机床的坐标系是怎样确定的?.模态指令与非模态指令之间的区别是什么？,41,第五节常用的M指令和G指令,一、常用M功能指令常用的辅助功能代码见下表。注意：各种机床的M代码规定有差异，编程时必须根据说明书的规定进行。,42,一.常用M功能指令,43,1.工件坐标系的设定指令（G92/G50）编程格式：G92X_Y_Z_（数控铣床、加工中心）G50X_Z_（数控车床）坐标值X、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的坐标。G92/G50只建立工件坐标系刀具并不产生运动。如图右所示，建立工件坐标系。G92X30Y30Z20；,二.常用的G功能指令,44,2.坐标平面选择指令（G17、G18、G19）坐标平面选择指令G17、G18、G19分别用来指定程序段中刀具的圆弧差补偿平面和刀具半径补偿平面。在笛卡尔直角坐标系中，三个互相垂直的轴X、Y、Z分别构成三个平面，如图右所示。G17选择在XY平面内加工G18选择在XZ平面内加工G19选择在YZ平面内加工,二.常用的G功能指令,45,3.绝对值编程G90与相对值编程G91格式：G90G91说明：G90绝对值编程，终点坐标值是相对于编程原点的绝对坐标；G91相对值编程，终点坐标值是相对于本次运动起点的增量值，该值等于沿轴移动的距离。G90G91为模态功能可相互注销，G90为缺省值。,二.常用的G功能指令,46,4.快速定位方式G00（模态）格式：G00XYZ；说明：G00速度由系统确定，是以系统的最高速度进给，后面的坐标值为终点坐标值。应用于空行程、快进、快退，节省时间，提高效率。,二.常用的G功能指令,47,5.直线插补指令G01（模态）格式：G01XYZF；说明：X、Y、Z坐标值为直线终点坐标值，可为绝对坐标值或相对坐标值由G90/G91决定。F为速度指令，改变F值可以改变直线插补速度。注意：程序中首次出现的插补指令（G01、G02、G03）一定要有F指令，否则出错！后续程序中如速度相同可省略。如速度改变不可省略。,二.常用的G功能指令,48,例：分别用绝对和增