数控技术第2章2.1节(OK)

1、 华中科技大学机械科学与工程学院华中科技大学机械科学与工程学院12.1 概述概述2.2 指令及程序结构指令及程序结构 2.3 编程应用举例编程应用举例2.4 自动编程自动编程第第2章章 数控加工程序编制数控加工程序编制2 2.1.1 程序编制的基本概念程序编制的基本概念程序程序编制编制加工加工控制控制机床机床加工加工零件零件图纸图纸程序程序代码代码加工加工指令指令成品成品零件零件本章内容本章内容 这种从零件图纸到制成控制介质的全过程这种从零件图纸到制成控制介质的全过程称为数控机床加工程序的编制。称为数控机床加工程序的编制。 2.1 概述概述3程序程序编制编制加工的工艺条件加工的工艺条件加工的工

2、艺要求加工的工艺要求程序代码程序代码零件图纸零件图纸或模型或模型编程的模型描述编程的模型描述2.1 概述概述42.1.2 手工编程的步骤和内容手工编程的步骤和内容计算运动轨迹计算运动轨迹图纸工艺分析图纸工艺分析程序编制程序编制制备控制介质制备控制介质校验和试切校验和试切零件图纸零件图纸错误错误修修改改数控系统数控系统- 2.1 概述概述5B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH OM E TP g Dn OP g Up JR S T E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C

3、1 4 彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YXO2002N01 G91 G00 G41 D01 X-50 Y25 S400 M03 M08 ；N02 M98P01L10 ；N03 G40 M02 ；#01工艺分析工艺分析手工编程的过程手工编程的过程自动编程的过程自动

4、编程的过程2.1 概述概述6 2.1.3 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2.1.3.1 轴的概念及定义轴的概念及定义2.1.3.2 轴名的确定轴名的确定2.1.3.3 机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标系2.1 概述概述7主要内容目的目的为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一的标准。的坐标轴和方向命名制订了统一的标准。分类分类 基本坐标轴：基本坐标轴：规定直线进给坐标轴用规定直线进给坐标轴用X X、Y Y、Z Z表示。表示。 回转坐标轴：回转坐标轴：围绕围绕X X，Y Y，Z Z轴旋转的圆周进给轴旋转的圆周进给坐

5、标轴分别用坐标轴分别用A A、B B、C C表示。表示。 附加坐标轴：附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用给轴，用U U、V V、W W表示。表示。2.1.3.1 轴的概念及定义轴的概念及定义2.1 概述概述8主要内容右手规则 X X，Y Y，Z Z相互之间满足右手规则相互之间满足右手规则 A-XA-X；B-YB-Y；C-ZC-Z满足右手螺旋规则满足右手螺旋规则2.1 概述概述9主要内容进给运动的两种方式 主轴带动刀具运动；主轴带动刀具运动； 工作台带着工件运动。工作台带着工件运动。 坐标轴的正方向 假定工件不动，刀具相对于工件做进给运假定工件不动，刀具

6、相对于工件做进给运动的方向；动的方向； 机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局。组成部分的布局。 2.1 概述概述10主要内容Z座标轴的确定 Z座标轴：平行主轴轴线的进给轴。没有主轴或有多个主轴没有主轴或有多个主轴： 垂直于工件装夹面的方向为垂直于工件装夹面的方向为Z Z座标。座标。主轴能摆动主轴能摆动： 在摆动的范围内只与标准座标系中的某在摆动的范围内只与标准座标系中的某一座标平行时，则这个坐标便是一座标平行时，则这个坐标便是Z Z坐标；坐标； 若在摆动的范围内与多个座标平行，则若在摆动的范围内与多个座标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为取垂直

7、于工件装夹面的方向为Z Z座标。座标。2.1.3.2 轴名的确定轴名的确定2.1 概述概述11立式立式5 5轴数控铣床的座标系轴数控铣床的座标系主要内容Z座标正方向规定：刀具远离工件的方向2.1 概述概述12主要内容2.1 概述概述13主要内容 在刀具旋转的机床上,如：铣床、钻床、镗床等，按Z轴的布置情况以及机床的结构不同，其判别方式不同。 X X 座标轴的确定座标轴的确定Z Z轴水平（卧式）：轴水平（卧式）： 则从刀具则从刀具( (主轴主轴) )向向工件看时，工件看时，X X座标的正方座标的正方向指向右边。向指向右边。2.1 概述概述14主要内容立式立式5轴数控铣床的坐标系轴数控铣床的坐标系

8、Z轴垂直（立式）：轴垂直（立式）：u单立柱机床单立柱机床2.1 概述概述15主要内容Z轴垂直（立式）：轴垂直（立式）：双立柱机床双立柱机床( (龙门机床龙门机床) )， 从刀具向左立柱看时，从刀具向左立柱看时， X X轴的正方向指向右边。轴的正方向指向右边。2.1 概述概述16主要内容l在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。2.1 概述概述17主要内容Y坐标的确定坐标的确定 利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。右手定则：大姆指指向右手定则：大姆指指向+X+X，中指指向

9、中指指向+Z+Z，则则+Y+Y方向为食指指向。方向为食指指向。右手螺旋法则：在右手螺旋法则：在X ZX Z平面，从平面，从Z Z至至X X，姆指姆指所指的方向为所指的方向为+y+y。 2.1 概述概述18主要内容立、卧式数控铣床立、卧式数控铣床2.1 概述概述19主要内容龙门数控铣床龙门数控铣床2.1 概述概述20主要内容回转坐标回转坐标 A、B、C 2.1 概述概述21主要内容辅助坐标辅助坐标 U、V、W 2.1 概述概述22主要内容坐标系的三要素坐标系的三要素原点原点-机床或工件坐标系的原点机床或工件坐标系的原点轴轴 -XYZ ABC UVW-XYZ ABC UVW单位单位-编程单位、脉冲

10、当量编程单位、脉冲当量2.1 概述概述2.1.3.3 机床座标系与工件座标系机床座标系与工件座标系23主要内容l机床原点 机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。完成后便确定了，是机床上固有的点。 机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点的建立：用回零方式建立。 机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程过程2.1 概述概述24主要内容l机床坐标系机床坐标系 以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的座标系，它具有唯一性。床固有的座标系，它具有唯一性

11、。 机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。标系的参考坐标系。2.1 概述概述注意：注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。作为工件坐标系的参考坐标系。25主要内容工件原点与工件坐标系工件原点与工件坐标系为编程方便在零件、工装夹具上为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以选定的某一点或与之相关的点。该点也可以与对刀点重合。与对刀点重合。以工件原点为零点建立的一个以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此

12、坐标系计算。系计算。工件随夹具在机床上安装后，工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。工件原点与机床原点间的距离。现代数控机床均可设置多个工件座标系，在现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过加工时通过G G指令进行切换。指令进行切换。 2.1 概述概述26主要内容 工件原点偏置：工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。工件原点与机床原点间的距离。2.1 概述概述27主要内容绝对座标编程和相对座标编程绝对座标编程和相对座标编程 绝对座标编程：工件所有点的座标值基于某绝对座标编程：工件所有点的座标值基于某一座标系（机床或

13、工件）一座标系（机床或工件） 零点计量的编程零点计量的编程方式。方式。 相对座标编程：运动轨迹的终点座标值是相相对座标编程：运动轨迹的终点座标值是相对于起点计量的编程方式（增量座标编程）。对于起点计量的编程方式（增量座标编程）。2.1 概述概述28主要内容2.1 概述概述例：绝对座标与相对座的表达例：绝对座标与相对座的表达 29主要内容l表达方式：表达方式：G90/G91； X.Y.Z绝对，绝对，U.V.W相对相对 l选用原则：主要根据具体机床的座标系，考虑选用原则：主要根据具体机床的座标系，考虑编程的方便编程的方便(如图纸尺寸标注方式等如图纸尺寸标注方式等)及加工精及加工精度的要求，选用座标

14、的类型。度的要求，选用座标的类型。 l注意：在机床座标系和工件座标系中均可用绝注意：在机床座标系和工件座标系中均可用绝 l 对座标编程；对座标编程；l而在使用相对座标编程时，上述两个座标系是而在使用相对座标编程时，上述两个座标系是无区别的无区别的 。2.1 概述概述302.1.4 数控加工的工艺分析和数控加工方法数控加工的工艺分析和数控加工方法 2.1 概述概述 数控加工的工艺性问题涉及面很广数控加工的工艺性问题涉及面很广,一般来说一般来说包括：加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹包括：加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式、刀具、运动轨迹等多方面的考虑紧方式、刀具、运动轨迹等多方面的考虑

15、 。2.1.4.1 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析 31主要内容1 1）特点）特点: :工序内容具体工序内容具体 工序内容复杂工序内容复杂 工序内容严密工序内容严密工序集中工序集中加工精度不仅取决于加工过程，还取决于加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段程编阶段（存在逼近误差、圆整化误差、（存在逼近误差、圆整化误差、插补误差）插补误差）1. 数控加工的工艺特点与内容数控加工的工艺特点与内容2.1 概述概述32主要内容数控加工工序卡片2.1 概述概述33主要内容数控加工走刀路线图数控加工走刀路线图2.1 概述概述34主要内容 数控刀具卡片数控刀具卡片2.1 概述概述35主要内容2 2

16、）工艺处理的内容）工艺处理的内容: : 加工零件的选择加工零件的选择 数控工艺性分析数控工艺性分析 工艺路线制订工艺路线制订 工序设计工序设计对刀点对刀点/ /走刀路线走刀路线/ /切削量切削量2.1 概述概述36主要内容数控加工零件的选择数控加工零件的选择有毛坯和零件图样，选择合适的数控机床；有毛坯和零件图样，选择合适的数控机床；有数控机床，选择合适零件。有数控机床，选择合适零件。两种情况：两种情况：考虑因素主要有：考虑因素主要有：毛坯材料、类型；毛坯材料、类型；零件轮廓复杂程度、尺寸大小；零件轮廓复杂程度、尺寸大小；加工内容及精度、零件批量。加工内容及精度、零件批量。2.1 概述概述37主

17、要内容 加工精度高及加工加工精度高及加工形状复杂零件形状复杂零件; ; 用模型描述的复杂用模型描述的复杂曲线及曲面零件；曲线及曲面零件； 一次装夹完成铣、一次装夹完成铣、镗、钻、铰、攻丝等镗、钻、铰、攻丝等多工序的零件；多工序的零件； 不开敞内腔的壳体不开敞内腔的壳体或盒腔零件。或盒腔零件。最适应类最适应类2.1 概述概述 价值高的零件；价值高的零件； 在通用机床上需在通用机床上需制造复杂专用工装制造复杂专用工装的零件；的零件； 需多次更改设计需多次更改设计及精密复制的零件及精密复制的零件 在通用机床上需在通用机床上需作长时间调整的零作长时间调整的零件。件。 较适应类较适应类生产批量大的零件生

18、产批量大的零件 装夹困难或完全装夹困难或完全靠找正定位来保证靠找正定位来保证加工精度的零件加工精度的零件 材质不均、加工材质不均、加工余量不稳定的零件余量不稳定的零件 必须用特定的工必须用特定的工艺装备协调加工的艺装备协调加工的零件零件. .不适应类不适应类38主要内容2. 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则；的原则；零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点；工的特点；零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺寸寸（减少刀具规格和换刀

19、时间）；（减少刀具规格和换刀时间）；内槽圆角半径不应过小。内槽圆角半径不应过小。2.1 概述概述39主要内容工序的安排工序的安排 先内形内腔，后外形加工工序；先内形内腔，后外形加工工序；相同的定位和夹紧最好一起进行，以减相同的定位和夹紧最好一起进行，以减少重复定位；少重复定位；用相同刀具加工的工序最好一起进行，用相同刀具加工的工序最好一起进行，节省换刀时间；节省换刀时间；同一次装夹中进行的多道工序，应先安同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。排对工件刚性破坏较小的工序。 2.1 概述概述40主要内容夹具的选择夹具的选择q基准重合，以减少定位误差；基准重合，以减少定位误差

20、；q统一基准，减少重复定位次数，减少重复定位误差；统一基准，减少重复定位次数，减少重复定位误差；q夹紧要可靠，尽量避免振动；夹紧点分布要合理，夹夹紧要可靠，尽量避免振动；夹紧点分布要合理，夹紧力大小要适中且稳定，减少夹紧变形；紧力大小要适中且稳定，减少夹紧变形；q夹具结构应力求简单，加工部位要敞开夹具结构应力求简单，加工部位要敞开 ；2.1 概述概述41主要内容A、B？加工部位要敞开加工部位要敞开AB123应尽可能让多个工作面一次完成加工应尽可能让多个工作面一次完成加工2.1 概述概述42主要内容课堂练习：如何装夹？课堂练习：如何装夹？2.1 概述概述43主要内容刀具的选择刀具的选择 应满足：

21、应满足： 安装调整方便安装调整方便 刚性好刚性好 精度高精度高 耐用度高耐用度高2.1 概述概述数控车床刀具系统数控车床刀具系统44主要内容数控铣床刀具系统数控铣床刀具系统2.1 概述概述45主要内容切削用量的选择切削用量的选择 主要包括主要包括: : 切削深度切削深度 进给量进给量 进给速度进给速度 主轴转速主轴转速2.1 概述概述切削深度切削深度 也称为吃刀量也称为吃刀量, ,主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次

22、切净余量，况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工精度和改善表面质量。精度和改善表面质量。 46主要内容 在刚性不足或余量很大或不均匀时，粗加工在刚性不足或余量很大或不均匀时，粗加工可分几次进给，切削深度依此减少。可分几次进给，切削深度依此减少。 在中等功率机床上，粗加工（在中等功率机床上，粗加工（Ra10-80Ra10-80 m m）时）时切削深度可达切削深度可达8-10mm8-10mm。半精加工（。半精加工（Ra1.25-10 Ra1.25-10 m m）时，切削深度取为时，切削深

23、度取为0.5-2mm0.5-2mm。精加工（。精加工（Ra0.32-Ra0.32-1.25 1.25 m m）时，切削深度取为）时，切削深度取为0.2-0.4mm0.2-0.4mm。 不同材料切削深度不一样不同材料切削深度不一样2.1 概述概述47主要内容进给速度进给速度（1 1）当工件质量能得到保证时，为提高生产效率，可选较）当工件质量能得到保证时，为提高生产效率，可选较高的进给速度。一般在高的进给速度。一般在100-200mm/min100-200mm/min范围内选取。范围内选取。（2 2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的

24、进给速度，一般在低的进给速度，一般在 20-50mm/min20-50mm/min范围内选取。范围内选取。（3 3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在些，一般在20-50mm/min20-50mm/min范围内选取。范围内选取。（4 4）刀具空行程时，特别是远距离）刀具空行程时，特别是远距离“回零回零”时，可以选择时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。该机床数控系统给定的最高进给速度。 2.1 概述概述48主要内容在选择切削速度时，还应考虑以下几点：在选择切削速度时，还应考虑以下几点：u应尽量避开积屑瘤产生的切削速度

25、区域；应尽量避开积屑瘤产生的切削速度区域；u断续切削时，要适当降低切削速度；断续切削时，要适当降低切削速度；u在易发生振动的情况下，应避开自激振动的临在易发生振动的情况下，应避开自激振动的临界速度；界速度；u加工大件、细长件和薄壁件时，应选用较低切加工大件、细长件和薄壁件时，应选用较低切削速度；削速度；u加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。 2.1 概述概述49主要内容主轴转速主轴转速 根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度选择切削速度。选择切削速度。 S S10001000VcVc/ / D D 2.1

26、 概述概述50主要内容对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定 何谓对刀点？何谓对刀点？q刀位点刀位点q对刀点对刀点q换刀点（与换刀位置的区别）换刀点（与换刀位置的区别）相关概念相关概念2.1 概述概述 选择对刀点的原则：选择对刀点的原则： 选在零件的设计基准选在零件的设计基准或工艺基准上，或与或工艺基准上，或与之相关的位置上。之相关的位置上。 选在对刀方便，便于选在对刀方便，便于测量的地方。测量的地方。 选在便于坐标计算的选在便于坐标计算的地方。地方。51q 刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。的刀具上的特定点。2.1 概述概述52q

27、对刀点对刀点: :确定刀具与工件相对位置的点确定刀具与工件相对位置的点对刀点可以是工件或夹具上的点，或者对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。与它们相关的易于测量的点。对刀点对刀点 确定之后，机床坐标系与工件确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了坐标系的相对关系就确定了2.1 概述概述53l 对刀：就是使就是使“对刀点对刀点”与与“刀位点刀位点”重合重合的操作的操作。YZ3530工件对刀示意图工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽2.1 概述概述54CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ2.1 概述概述55主要内容 对车削中心、加工中心等多刀加工数控机床，对车削中心、加工中心等多刀加工数控机床，因加工过程中要进行换刀，故编程时应考虑不同工因加工过程中要进行换刀，故编程时应考虑不同工步间的换刀问题。步间的换刀问题。 换刀问题换刀问题2.1 概述概述56主要内容加工路线确定加工路线确定 加工路线是指刀具相对于被加工工件的运动轨加工路线是指刀具相对于被加工工件的运动轨迹，不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的迹，不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的顺序。顺序。 q保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；q简化数值计算，减少程编工作量；简化数值计算，减少程编工作量；q缩短加工路线