数控机床自动化课件

1、数控机床自动化 数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较工艺分析数控加工程序工序卡B 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 C1 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

2、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 YX传统加工数控加工 传统加工与数控加工的比较图 第二章第二章 数控加工的程序编制数控加工的程序编制2.1 2.1 概概 述述数控机床自动化 编程的内容和步骤编程的内容和步骤数控机床自动化计算运动轨迹计算运动轨迹 根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。数控机床自动化q 编制程序及初步校验编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、

3、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。 数控机床自动化制备控制介质制备控制介质 将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。数控机床自动化程序的校验和试切程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。数控机床自动化常用的校验和试切方法：常用的校验和试切方法：q对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空对于平面轮廓零件可在机床上

4、用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。运转空运行绘图。q对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。进行试切，以此检查程序的正确性。 数控机床自动化q在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。q上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差差首件试切首件

5、试切(在允许的条件下在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。数控机床自动化程序编制分为：手工编程和自动编程两种程序编制分为：手工编程和自动编程两种。 1.1.手动编程手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值

6、计算能力） 2.2.自动编程自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。 2.1.2 数控机床的编程方法数控机床的编程方法数控机床自动化q手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。q自动编程适用于：自动编程适用于：形状复杂的零件，形状复杂的零件，虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算虽不复杂但计算

7、工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）数控机床自动化q据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为 30：1。数控机床不能开动的原因中，有2030%是由于加工程序不能及时编制出造成的 编程自动化是当今的趋势！编程自动化是当今的趋势！ 数控机床自动化 2.2 数控编程的基础数控编程的基础数控编程的标准数控编程的标准 国际上通用的数控编程的标准有2种：ISO国际标准化组织标准EIA美国电子工业协会标准 我国正式批准的数控标准是JB320883数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备功能G和辅助功能M的代码等。 由于各类机床使用的代码、指令，其含义不一定完全相同，

8、因此编程人员还必须按照各自数控机床使用手册的具体规定来编制程序。注意： 数控机床自动化2.2.1 程序结构与格式看一数控钻孔加工N001 G91 G00 X50 Y40 M03 S700;N002 Z-33;N003 G01 Z-46 F100;加工A孔N004 G00 Z46;刀具返回到距工件2mm的位置N005 X50 Y30;刀具到达B孔上方2mm的位置N006 G01 Z-22;加工B孔N007 G04 F2;延时2secN008 G00 Z57;返回到距工件35mm处N009 X-100 Y-70;刀具回到零点N010 M02;程序结束数控机床自动化数控机床自动化 2.2.2 功能字

9、功能字1）准备功能字（）准备功能字（G功能字、功能字、G指令、指令、G代码）代码） 用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀补等。用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀补等。G00G99 JB3208-83标准规定：标准规定：G指令由字母指令由字母G(地址符）及后面两位数字组成地址符）及后面两位数字组成 1.基本移动指令： G00、G01、G02/G03 2.与坐标系有关指令：G90、G91、G53G59及G92、G17/G18/G19 3.刀具补偿指令： G40/G41/G42、G43/G44、 4.螺纹切削指令： G

10、33、G34、G35 5.进给速度设置指令：G94、G95 6.其他：G04、G81G89、G96、G97 G指令有模态（续效）和非模态（非续效）之分。指令有模态（续效）和非模态（非续效）之分。 模态代码：模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替。代码所代替。 非模态代码：非模态代码：功能仅在所出现的程序段内有效功能仅在所出现的程序段内有效 同组的两个代码不能出现在一个程序段中同组的两个代码不能出现在一个程序段中 不同组的不同组的G G代码根据需要可以在一个程序段中出现代码根据需要可以在一个程序段

11、中出现 数控机床自动化v2) 2) 坐标字（尺寸字）坐标字（尺寸字） 用来设定机床各坐标之位移量。用来设定机床各坐标之位移量。 一般用X X、Y Y、Z Z表示直线位移；表示直线位移； U U、V V、W W表示为平行于表示为平行于X X、Y Y、Z Z的第二轴；的第二轴； A A、B B、C C为绕为绕X X、Y Y、Z Z 的转动；的转动；P P、Q Q、R R 表示平行于表示平行于X X、Y Y、Z Z的第三轴。的第三轴。 跟跟“+”+”或或“-”-”继一串数字，继一串数字，“+”+”可以省略；该数字可以脉冲当量或可以省略；该数字可以脉冲当量或mmmm为单位。为单位。 3) 3) 进给功

12、能字（进给功能字（F F字）字） 用来指定刀具相对于工件的速度。用来指定刀具相对于工件的速度。 其单位以一般为：其单位以一般为：mm/minmm/min。也有用。也有用mm/rmm/r、in/minin/min、r/minr/min、in/rin/r等表示等表示 F F是指各坐标方向速度的矢量和是指各坐标方向速度的矢量和 G95 F500 G95 F500 ； 0.5mm/r0.5mm/r、 G94 F200 G94 F200 ； 200mm/min 200mm/min 4)4)主轴转速功能字（主轴转速功能字（S S字字） 用来指定主轴速度，单位：用来指定主轴速度，单位：r/min,r/min

13、,以地址符以地址符S S后跟一串数字。后跟一串数字。 5 5）刀具功能字（）刀具功能字（T T字）字） 在系统具有换刀功能时，在系统具有换刀功能时，T T字用以选择刀具。字用以选择刀具。 T T后跟两位数字，代表刀具的编号。后跟两位数字，代表刀具的编号。 6）辅助功能字（M字） M M后跟两位数字分别代表不同辅助功能。后跟两位数字分别代表不同辅助功能。M00M00M99M99，也有模态和非模态之分。，也有模态和非模态之分。 例如：例如：M00M00；程序停止；程序停止M02M02；程序结束；程序结束M06M06；换刀。；换刀。数控机床自动化2.3 坐标系坐标系2.3.12.3.1坐标轴坐标轴

14、数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统 数控机床自动化Z 轴轴U在数控机床坐标系中，主轴的轴在数控机床坐标系中，主轴的轴线一般是线一般是Z轴轴。UZ轴垂直于工件装卡面。轴垂直于工件装卡面。U主轴带动刀具旋转：铣、钻。主轴带动刀具旋转：铣、钻。 数控机床自动化X 轴轴U在在X、Y轴中，主要进轴中，主要进给方向是给方向是X轴。轴。UX轴是定位面的主轴，轴是定位面的主轴，与工件装卡面平行，主与工件装卡面平行，主要作水平运动要作水平运动。 数控机床自动化X 轴轴为了确定X轴，将机床分成 有工作轴有工作轴v刀具旋转的机床刀具旋转的机床（钻、铣、镗、攻丝机）v工件

15、旋转的机床工件旋转的机床（车、磨） 无工作轴无工作轴（刨、线切割机） 数控机床自动化刀具旋转的机床刀具旋转的机床 当从主轴看工件时，如果Z轴是水平的，则正X轴向右移动。 图显示的是在卧式升降台铣床的X轴的正向情况。 数控机床自动化刀具旋转的机床刀具旋转的机床 在单立柱机床，如果Z轴是立式的，当从主轴向立柱看时，正X轴向右移动。 图显示的是一台立式升降台铣床。 数控机床自动化刀具旋转的机床刀具旋转的机床 对于双立柱机床，如果Z轴是立式的，当从主轴向左立柱看时，正X轴向右移动。 图举例说明对于双立柱机床如何确定X轴的正向。 数控机床自动化工件旋转的机床工件旋转的机床 对于车床或磨床，对于车床或磨床

16、，X轴径向于工件轴，并且轴径向于工件轴，并且平行于横向导轨。正平行于横向导轨。正X轴由工件轴向主刀架移动。轴由工件轴向主刀架移动。 数控机床自动化无工作轴的机床无工作轴的机床X轴平行于加工方向。轴平行于加工方向。X轴的正向是主加工方向。轴的正向是主加工方向。 数控机床自动化2.3.2 坐标系坐标系 在坐标系中坐标轴方向确定以后，要确定坐标原点的位置，只有在坐标系中坐标轴方向确定以后，要确定坐标原点的位置，只有这样坐标系统才能确定。这样坐标系统才能确定。 1）机床坐标系）机床坐标系 是机床上固有的坐标系，设有固定的坐标原点是机床上固有的坐标系，设有固定的坐标原点M（零点）。（零点）。零点M：是机

17、床坐标系统的坐标原点。（1）该点被机床的制造者预先设定并且不能更改。在机床零点的基础上测量整个机床。（2）是其他坐标系和参考点如工件坐标系、编程坐标系、机床参考点的基准点。（3）一旦建立，不受控制程序及新坐标系的影响。 数控机床自动化机床零点机床零点 M 数控机床自动化2）工件坐标系）工件坐标系 工件坐标系是为了确定工件几何图形上各几何要素（点、直线、圆弧）的位置而建立的坐标系。工件零点工件零点W是工件坐标系统的原点。能被编程者选定并且能在NC程序中被修改。 数控机床自动化工件零点工件零点W 选用原则选用原则 （1）. 选在工件图样的尺寸基准上。是可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，

18、减少计算工作量。 数控机床自动化工件零点工件零点 选用原则选用原则（2）.能使工件方便地装卡、测量和检验。（3）.尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上。这样可提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。如铣床，工件零点被设置在参照表面的交点处。 数控机床自动化工件零点工件零点 选用原则选用原则（4）.对于有对称的几何形对于有对称的几何形状的零件，工件零点最好选状的零件，工件零点最好选在对称中心点上。在对称中心点上。 数控机床自动化编程零点编程零点编程零点也是程序零点程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点。形状复杂零件需编制几个程序或子程序。为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零

19、点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置上。 数控机床自动化零点的转移零点的转移坐标系统原点位于机床零点机床零点M M。由于工件零点与机床零点很少相同，所有工件的坐标通常要转换成原点位于机床零点的坐标系统值。编程者可使用命令G53G59使坐标系统原点从机床零点从机床零点M M转换到工件零点。转换到工件零点。在加工操作前，移动到零点的不同轴向的距离必须确定，同时必须输入到CNC系统的零点转移寄存器中。数控机床自动化零点的转移零点的转移 对于铣床，机床零点通常位于工作台的上边。 数控机床自动化零点的转移零点的转移 对于车床，机床零点在主轴对于车床，机床零点在主轴的端部，安有卡盘。这里，通

20、常的端部，安有卡盘。这里，通常只是只是Z Z方向的零点转换。方向的零点转换。 数控机床自动化例：图2-9中，刀具在基准点（-6，0），使刀具在两个坐标系中运动，刀位顺序为：基准点A B C D 0 N1 G00 G90 G54 X10 Y10;刀具快速移动到G54坐标下的A(10,10)N2 G01X30 F100;N3 X10 Y20;在G54坐标系下A B CN4 G00 G53 X10 Y20;G53注销直线偏移，移动到机床坐标系DN5 X0 Y0;移动到G54下的工件原点（G54续效，G53非续效)N6 G28 X0 Y0;G28自动返回到基准点数控机床自动化3）设定工件坐标系例：下图

21、用下图用G92移动移动G54、G55工件坐标系工件坐标系N3 G55 X5 Y10；刀具移到刀具移到G55坐标系下（坐标系下（5,10）N4 G54 X5 Y10;刀具移到刀具移到G54坐标系下（坐标系下（5,10）N5 G92 X-5 Y-5;使使G54、G55坐标同时移动相同量坐标同时移动相同量X10,Y15后，到新后，到新G54下的（下的（-5,-5）N6 X0 Y15;新新G54下的（下的（0,15）N7 G55 X5 Y10;新新G55下的（下的（5,10）数控机床自动化2.4 常用编程指令相对坐标系相对坐标系：运动轨迹的终点坐标是：运动轨迹的终点坐标是相对于起点相对于起点计量计量

22、的坐标系。的坐标系。绝对坐标系绝对坐标系：所有坐标点的坐标值均从某：所有坐标点的坐标值均从某一固定坐标一固定坐标 原点原点计量的坐标系。计量的坐标系。最小设定单位：最小设定单位：即数控系统能实现的最小位移量（最小指令即数控系统能实现的最小位移量（最小指令 增量、脉冲当量），一般为增量、脉冲当量），一般为0.00010.01mm 是具体数控系统而定。所有编程时都应转换是具体数控系统而定。所有编程时都应转换 成最小设定单位。成最小设定单位。 数控机床中常用数控机床中常用G指令、指令、M指令、指令、T指令、指令、S指令来控制机床的各种加工操作。指令来控制机床的各种加工操作。数控机床自动化2.4.1

23、G00 快速点定位快速点定位(模态）模态） 命令刀具（或工件）从所在点以快速进给方式移动命令刀具（或工件）从所在点以快速进给方式移动到目标点。移动速度已由工厂预先设定，不能用程序指到目标点。移动速度已由工厂预先设定，不能用程序指令来改变，其后不需令来改变，其后不需F地址符及数字。地址符及数字。 只是快速定位，不能用于切削加工。只是快速定位，不能用于切削加工。 G00一般用于刀具快速趋近加工目标或快速退刀。一般用于刀具快速趋近加工目标或快速退刀。 格是：格是：G00 X_Y_Z_； 运动轨迹运动轨迹是直线是直线 坐标的终点值（增量或绝对式）坐标的终点值（增量或绝对式）范例：范例：N0070 N0

24、080 G00 X32.0 Z2.0N0090 数控机床自动化2.4.2 G01 直线插补直线插补 用于产生直线或斜线运动。指令刀具（或工件）用于产生直线或斜线运动。指令刀具（或工件）沿沿X、Y、Z方向执行单轴运动或在各坐标平面内执行方向执行单轴运动或在各坐标平面内执行具有任意斜率的直线运动，以输入的进给速度直线移具有任意斜率的直线运动，以输入的进给速度直线移动到程序中的目标点。动到程序中的目标点。 也可使机床三轴联动，沿任意空间直线运动。 G01 X_Y_Z_F_； 运动轨迹是直线运动轨迹是直线 坐标的终点值（增量或绝对式）坐标的终点值（增量或绝对式）F-速度指令，一定要有，否则出错。速度指

25、令，一定要有，否则出错。范例：（单位：范例：（单位：mm） N0070 N0080 G00 X10.0 Z2.0 （刀具起始点）（刀具起始点）N0090 G01 Z-10.0 F0.1（目标点（目标点1）N0100 X30.0 Z-25.0（目标点（目标点2）N0110 数控机床自动化G02G03I J KR 2.4.3 G02 / G03 圆弧插补圆弧插补 指令刀具（或工件）在各坐标平面内，以输入的进给速度，以圆弧形式移动到程序中的目标点，圆心点坐标通过插补参数I、J、K确定，半径由地址R后的数值确定。执行圆弧运动。 G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补。 指令中：指令中：X_Y_

26、Z_:X_Y_Z_:相对圆弧起点的终点值。（相对圆弧起点的终点值。（G90G90或或G91G91方式）方式） I_J_K_:I_J_K_:圆弧中心相对于圆弧起点的坐标值。（圆弧中心相对于圆弧起点的坐标值。（G90G90或或G91G91都是增量值）都是增量值） I I平行于平行于X X轴，轴，J J平行平行Y Y轴轴,K,K平行于平行于Z Z轴。轴。 R_: R_: 圆弧的半径值。若圆弧圆弧的半径值。若圆弧180180时，时，R R为为“+”+”，若圆弧，若圆弧180180时，时， R R为为“-”-” F_: F_: 圆弧插补进给速度，运动轨迹的切线方向。圆弧插补进给速度，运动轨迹的切线方向。

27、 程序格式为：程序格式为： G17 G18 X（U）Y（ V ）Z（W） F； G19注：注：G17、G18、G19指定圆弧加工所在的平面。当机床只有一个坐标平面时，平面指令可省略；指定圆弧加工所在的平面。当机床只有一个坐标平面时，平面指令可省略；当机床具有三个坐标时，当机床具有三个坐标时，G17可省略。可省略。 数控机床自动化圆弧插补示例，加工轨迹如图圆弧插补示例，加工轨迹如图绝对编程方式：绝对编程方式： G92 X200.0 Y40.0 Z0G92 X200.0 Y40.0 Z0； G90 G03 X140.0 Y100.0 I-60.0 F300G90 G03 X140.0 Y100.0

28、 I-60.0 F300； G02 X120.0 Y60.0 I-50.0G02 X120.0 Y60.0 I-50.0；或或 G92 X200.0 Y40.0 Z0G92 X200.0 Y40.0 Z0； G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300； G02 X120.0 Y60.0 R50.0G02 X120.0 Y60.0 R50.0；增量编程方式：增量编程方式： G91 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 F300G91 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 F300； G02

29、X-20.0 Y-40.0 I-50.0G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0；或或 G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300； G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0 G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0； 90 120 140R60R501006040OYX数控机床自动化 2.4.4 圆弧插补平面选择圆弧插补平面选择 顺时针圆弧插补指令（顺时针圆弧插补指令（G02G02）逆时针圆弧插补指令（逆时针圆弧插补指令（G03G03） 方向：方向：从从XYXY平面（平面（ZXZX平面，平面

30、，YZYZ平面）平面）的的Z Z轴（轴（Y Y轴，轴，X X轴）的正向往负向观察轴）的正向往负向观察 XYG17G03G02ZXG18G03G02YZG19G03G02数控机床自动化坐标平面设定指令（坐标平面设定指令（G17G17，G18G18，G19G19）G17-xy平面平面;G18-zx平面平面;G19-yz平面平面.Z/XZ/X平面平面Y/ZY/Z平面平面X/YX/Y平面平面Y YX XZ Z数控机床自动化2.4.5 2.4.5 螺旋线插补指令螺旋线插补指令F F代码规定为刀具代码规定为刀具沿沿圆弧的进给速度圆弧的进给速度即在选定的平面内完成圆弧插补的同时，在垂直于该平面的第三维方向进行直线插补。例：例：G91G17G03X0Y10Z5 R10 F100.ZYX刀具轨迹刀具轨迹数控机床自动化 2.4.6 2.4.6 螺纹切削指令螺纹切削指令 格式：格式： G33 Z_ _ F_ _；其中其中Z_ _：螺纹终点位置：螺纹终点位置F_ _：长轴方向导程（或：长轴方向导程（或螺距螺距）例例: : 加工螺纹长度加工螺纹长度10mm10mm，螺距，螺距1.5mm1.5mm，指令为，指令为 G33 Z10.0 F1.5； X XZ