教学材料《数控技术》-第3章

3.1数控铣床基础数控铣床概述数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表血外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要2~5个坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。主要可进行钻孔、锁孔、攻螺纹、外轮廓形状、平面铣削、平面型腔铣削、变斜角类零件及三维复杂型面的铣削加工。下一页返回3.1数控铣床基础数控铣床编程具有以下特点:在编写程序时可以用绝对值编写，也可用相对值编写在确定铣削加工顺序时，尽量采用基准重合、先粗后精、先面后孔、先外后内、先主后次的方法来安排。在确定走刀路线时，应在保证零件加工精度和表血质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产效率编程时，由于通常刀具的刀位点与铣刀加工时和工件的接触点并不重合，所以尽可能使用刀具补偿功能。既可以减少对刀具中心轨迹的计算，也容易保证零件的加工精度因刀具的磨损等因素而产生的影响。对于钻孔类零件的加工，可选择钻孔类固定循环进行编写程序，以使程序书写简单、阅读方便上一页下一页返回3.1数控铣床基础对于具有特殊形状的零件结构，如同一零件图形中出现相同结构、相同尺寸或成比例尺寸时，或者是同一零件图形中图形是关于某个方向是对称关系等，则可以选择特殊编程方法进行编程，如子程序、坐标系平移、坐标系旋转、图形比例缩放和镜像加工等下一页上一页返回3.1数控铣床基础数控铣床坐标系机床坐标系的定义在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫机床坐标系，也叫标准坐标系。机床坐标系中的规定数控铣床的加工动作主要分刀具的动作和工件的动作两部分，因此，在确定数控铣床坐标系的方向时，有如下规定:永远假定刀具相对于静止的而运动。对于机床坐标系的方向，一律将刀具远离工件的方向确定为正方向。下一页上一页返回3.1数控铣床基础数控铣床坐标系的方向数控铣床的坐标系采用右手笛卜尔坐标系。并且在判断数控铣床坐标系中各个坐标轴及其正方向时，应首先判断Z轴，然后再判断X轴，最后判断Y轴。例如图3-1和图3-2数控铣床上的有关点机床原点是指在机床上设置的一个固定的点，也是一个极限点。即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已经确定下来了，是数控机床进行加工运动的基准点。在数控铣床上，机床原点一般取在X,Y,Z3个直线坐标轴正方向的极限位置上下一页上一页返回3.1数控铣床基础机床参考点许多数控机床(全功能型及高档型)都设置有机床参考点，该点和机床原点在其进给坐标轴方向上的距离在机床出厂时已经准确确定，使用时可通过“寻找操作”方式确认刀架相关点从机械上说，所谓寻找机床参考点，就是使刀架相关点与机床参考点重合，从而使数控系统得知刀架相关点在机床坐标系中的坐标位置。所有刀具的长度补偿量均是刀尖相对该点的长度尺寸，即为刀长工件坐标系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.上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程程序结构程序名称为了识别程序和调用程序，每个程序必须有一个程序名。在编制程序时，SIEMENS数控系统可以按以下规则确定程序名称开始的两个符号必须是字母，其后的符号可以是字母、最多为16个字符，不得使用分隔符数字或者下划线。程序的结构和内容数控程序由若干个程序段组成，所采用的程序段格式属于可变程序段格式。每一个程段执行一个加工工步，每个程序段由若干个程序字组成，最后一个程序段包含程序结束符指令M02或M30下一页返回3.2SIEMENS数控系统编程程序字及地址符程序字程序字主要由地址符和数值两部分组成:地址符一般为字母;数值是一个数字串，它可以带正、负号和小数点，正号可以省略不写扩展地址对于如下地址:R为计算参数;H为H功能;I,J,K为圆弧参数/中间点。这些地址可以通过1~4个数字进行地址打一展。在这种情况下，其数值可以通过“=”进行赋值。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程程序段结构程序段由若干个字和程序段结束符LF组成。在程序编写输入过程中进行换行或按“输入键”时，可以自动产生程序段结束符基本功能指令应用工件坐标系的建立工件零点的选择工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件零点。工件零点的位置是任意的，它由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。在选择工件零点的位置时应按照以下几点进行选择。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程工件零点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少错误。工件零点应尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。对于对称的零件，工件零点应设在对称中心上。Z轴方向的零点，一般设在工件的上表面。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程工件坐标系建立指令常用建立工件坐标系的指令有G92,G54~G59两种方法。G92指令设定工件坐标系。G54~G59设定工件坐标系。在机床行程范围内还可由G54~G59指令设定6个不同的工件坐标系。图3-4描述了一种一次装夹加工3个相同零件的多程序原点与机床参考点之间的关系及偏移计算方法。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程绝对尺寸与增量尺寸绝对尺寸指令用G90表示。它表示程序段中的尺寸字为绝对尺寸，即从编程零点开始的坐标值。是数控系统默认状态指令选择平面指令该组指令用于选择圆弧插补和刀具半径补偿平面。如果数控系统中具有模拟功能，则也是用于选择模拟时所显示的平面下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程控制刀具运动指令快速点定位指令G00直线插补指令G01圆弧插补指令G02,G03暂停指令G04指令可使刀具作短暂的无进给光整加工，一般用于平面、锁孔等场合。通过在两个程序段之间插入一个G04程序段，可以使加工程序按程序中所给定的时间暂停，比如退刀槽切削等。G04程序段(含地址F或S)是非模态指令，只对自身程序段有效，并按所给定的时间暂停。在此之前程序中的进给量F和主轴转速S保持存储状态。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程轮廓倒角、倒圆在一个轮廓拐角处可以进行倒角或倒圆，指令CHF=____的运动轴指令或者RND=____与加工拐角一起写入和程序段中。倒角CHF=____直线轮廓之间、圆弧轮廓之间以及直线轮廓和圆弧轮廓之间需要倒去棱角，可选用CHF=___功能、如图3-11所示.为两段首线之间倒角举例倒圆RND=____直线轮廓之间、圆弧轮廓之间以及直线轮廓和圆弧轮廓之间需要倒一圆弧，圆弧与轮廓进行切线过渡，可选用RND=____进行倒圆，如图3-12所示下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程M,F,S.T功能指令在SIEMENS802D系统中，一个程序段中最多可以有5个M功能、1个T功能和1个D功能，它们按M、S,T,D,F的顺序输出到接口控制器。可由机床数据指定是在轴运动之前，还是在轴运动期间输出这些功能。如果是在轴运动过程中输出这些功能，则在轴运动之前，新的值是有效的，新的功能必须写入前一个程序段中。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程辅助功能M利用辅助功能可以设定一些开关操作，如“打开/关闭切削液”、“主轴旋转/主轴停止”等编程格式:M___;进给功能F进给速度是刀具轨迹速度，它是所有移动坐标轴速度的矢量和。坐标轴速度是刀具轨迹速度在坐标轴上的分量。进给率F在G01,G02,G03,CIP,CT插补方式中生效，并且一直有效，直到被一个新的地址F取代为止。进给速度F的单位，由相应的G功能指令确定，即G94和G95。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程主轴功能S当机床具有受控主轴时，主轴的转速可以用地址S编程，单位为r/min。旋转方向和主轴运动起始点和终点通过M指令规定。M03:主轴正转;M04:主轴反转;M05:主轴停转下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程刀具功能T刀具功能由地址代码T及后血的2位数字组成，数字表示所用刀具的编号。SIEMEN数控系统使用T指令编程可以选择刀具。也可以与D和H寄存器实现刀具半径补偿功能和刀具长度补偿功能下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程刀具半径、长度补偿功能指令刀具半径补偿功能刀具半径补偿的概念及指令格式刀具补偿指令为:G41一刀具半径左补偿，即沿刀具进刀方向看去，刀具中心在零件轮廓的左侧，如图3-13(a)所示G42一刀具半径右补偿，即沿刀具进刀方向看去，刀具中心在零件轮廓的右侧，如图3-13(b)所示G40一取消刀具半径补偿下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程刀具半径补偿实现的3个阶段刀具半径补偿的建立阶段。刀补的建立就是在刀具从起点接近工件时，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。刀具半径补偿进行阶段。在G41,G42程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量，直到刀具半径补偿指令取消刀具半径补偿的取消。刀具离开工件刀,具刀位点轨迹要过渡到与编程重合的过程下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程刀具半径补偿使用时应注意的问题在建立刀具半径补偿与取消刀具半径补偿的过程中，应注意以下四点要求G41,G42,G40指令只有放在G00和G01指令之前才有效，否则无效在加工工件之前必须建立好刀具半径补偿，在加工完工件之后才能取消刀具半径补偿为避免在加工中出现不安全的因素，一般在下刀过程中不建立刀具半径补偿，在抬刀过程中不取消刀具半径补偿在设计刀具运动轨迹路线时，一定要避免在刀具路径中出现锐角关系，也要注意刀具应该从工件外侧向工件的方向建立刀补，应该从工件向工件外侧的方向取消刀补下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程使用刀具半径补偿功能后，程序具有以下几个方面的特点。避免了计算刀具刀位点轨迹的过程，可以直接用零件轮廓尺寸编程;刀具因为磨损、重磨、换新刀而引起直径改变后不需要修改程序，只需要更改刀具参数中刀具的半径补偿值;应用同一程序，使用同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿值的修改可以进行粗精加工。应用同一程序，加工同一个公称尺寸的内、外两个型面下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程刀具长度补偿功能刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向的补偿，它使刀具在Z方向上的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏移量，这样当刀具在长度方向的尺寸有所变化时，可以在不改变程序的情况下，通过改变偏置量，加工出所要求的零件尺寸。特别适用于同一程序中需要使用多把刀具的情况下。指令格式为:下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程孔加工固定循环功能指令数控铣床配备的固定循环功能主要用于孔加工，包括钻孔、扩孔、锪孔、锁孔、攻螺纹等。使用一个程序段就可以完成一个孔加工的全部动作，使得程序编写大大简化，减少编程工作量，阅读程序简便。常见孔加工固定循环见表3-1孔加工固定循环概述孔加工循环动作SIEMENS数控系统孔加工固定循环通常有以下4个动作组，主要是Z轴方向的动作和孔底的动作，具体如下下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程动作1—快速进给到安全平血其中安全间隙为SDIS。刀具从初始平血快速进给定位到安全平面。动作2—孔加工。以切削进给方式执行孔加工的动作。动作3—孔底动作。包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作动作4—返回到返回平面(RTP)。孔加工完成后，根据需要指定刀具退回的平曲位置。固定循环的调用非模态调用。SIEMENS数控系统孔加工固定循环的非模态调用格式如下:下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程模态调用。孔加工固定循环的模态调用格式如下:固定循环中的平面固定循环中的平面如图3-17所示，并说明如下。返回平面(RTP)。返回平面是为安全下刀而规定的一个平面加工开始平面(RFP+SDIS)o该平血类似于FANUC系统中的R参考平面，是刀具进刀时，自快进转为工进的高度平面参考平面(RFP)。参考平面是指孔深在Z轴方向上的工件表血的起始测量位置平面，该平面一般设在工件的上表面，参考平面等于加工开始平面减安全间隙。孔底平面(DP或DPR)。加工盲孔时，孔底平面就是孔底的Z轴高度下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程孔加工循环中参数的赋值直接赋值。在编写孔加工固定循环时，参数直接用数字编写孔加工循环指令钻孔循环CYCLE81与钳孔循环CYCLE82深孔往复排屑钻循环CYCLE83刚性攻螺纹循环CYCLE84与柔性攻螺纹循环CYCLE840精镗孔循环Ⅰ型(CYCLE85、CYCLE89)镗孔循环Ⅱ型(CYCLE87、CYCLE88)精镗孔(锁孔Ⅲ)循环(CYCLE86)下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程圆周孔的钻孔样式循环功能及作用圆周孔的样式循环(HOLES2)与钻孔类固定循环(如CYCLE83)联用，可用来加下沿圆周均布的一圈孔。指令格式HOLES2(CPA，CPO，RAD，STA1，INDA，NUM)指令说明。以上参数的具体含义如图3-32所示程序示例。固定循环指令中涉及的参数意义固定循环指令中涉及的参数及其意义见表3-2下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程SIEMENS数控系统子程序某些被加工的零件中，常常会出现几何形状完全相同的加工轨迹。在程序编程中，将有固定顺序和重复模式的程序段作为子程序存放，可使程序简单化。主程序执行过程中如果需要某一个子程序，可以通过一定格式的子程序调用指令来调用该子程序，执行完后返回到主程序，继续执行后血的程序段。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程子程序的结构子程序的结构与主程序的结构一样，子程序也是在最后一个程序段中用M17结束子程序运行，子程序结束后返回主程序子程序结束除了用M17指令外，还可以用RET指令。RET要求占用一个单独的程序段，不能和其他内容写在同一行。用RET指令结束子程序，返回主程序时不会中断G64连续路径运行方式，用M17指令则会中断G64运行方式，并进入停止状态。如图3-34所示是两次调用子程序的示意图。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程子程序名为了方便地调用某一子程序，必须给子程序取一个程序名，程序名可以自由选取，但必须符合以下规定。开始的两个符号必须是字母，其后的符号可以是字母、数字或下划线。最多为16个字符，不得使用分隔符子程序调用在一个程序中(主程序或子程序)可以直接用程序名调用子程序。子程序调用要求占用一个独立的程序段。下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程程序重复调用次数P如果要求多次连续地执行某一子程序，则在编程时必须在所调用子程序的程序名后地址P下写入调用次数，最大次数可以为9999,即P1~P9999嵌套深度子程序不仅可以从主程序中调用，也可以从其他子程序中调用，这个过程称为子程序的嵌套。有的系统子程序的嵌套深度可以为8层，也就是8级程序界面(包括主程序界面)，见图3-35。SIEMENS802D系统要求最多4级程序下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程特殊编程功能在SIEMENS数控系统中，可以使特殊编用特殊功能指令来描述坐标系的转换，常用的程功能指令有:坐标平移(TRANS,ATRANS)、坐标旋转(ROT,AROT)、坐标缩放(SCALE.ASCALE)、坐标镜像(MIRROR,AMIRROR下一页上一页返回3.2SIEMENS数控系统编程SIEMENS数控系统R参数编程R参数的基本概念R参数的表示R参数由地址R与若干位(通常为3位)数字组成R参数的引用除地址N,G,L外，R参数可以用来代替其他任何地址后血的数值。但是使用参数编程时，地址与参数间必须通过“=”连接R参数的种类R参数分成3类，即自由参数、加工循环传递参数和加工循环内