第三章 数控手工编程.ppt

1、下午3时10分,数字化制造技术,1,第三章 数控手工编程,概念：分析零件图纸、制订工艺规程、计算刀具运动轨 迹、编写零件加工程序清单、制作控制介质直到程序校 验，整个过程主要由人来完成，这种人工制备零件加工程 序的方法称为手工编程。 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计算能力。 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。,下午3时10分,数字化制造技术,2,第三章 数控手工编程,手工编程的适用范围： 加工程序简单 几何形状不太复杂零件； 加工程序不长零件； 编程过程中所需计算比较简单的零件；,下午3时10

2、分,数字化制造技术,3,第三章 数控手工编程,手工编程工作程序：,下午3时10分,数字化制造技术,4,第三章 数控手工编程,基本内容： 基本概念：各类数控机床的分类和特点； 编程基础：各类数控机床的编程特点和功能； 编程方法：各类数控机床的常用指令和编程方 法； 编程举例：各类数控机床编程示例；,下午3时10分,数字化制造技术,5,第三章 数控手工编程,重点内容： 编程基础：各类数控机床的编程特点和功能； 编程方法：各类数控机床的常用指令和编程方 法；,下午3时10分,数字化制造技术,6,第三章 数控手工编程,补充内容：数控程序的基本格式 序号 名称 格式 内涵 程序号 O001 程序的编号

3、准备 N001 G00G90G92 编程方式、坐标系 （G54） G43H01Z_ 刀补设定，并快速 内容 移动Z轴到指定安全位置 N002 G00X_Y_S1000M03 X、Y联动快速移动 设置 到刀具起始点，主轴 开始正转，转速1000r/min,下午3时10分,数字化制造技术,7,第三章 数控手工编程,切削 N003 G00 Z_ 移动Z轴到指定 加工起始位置 加工 N004 G01 （G02、G03 ） 开始切削加工 G41（G42）D10 X_Y_ 按基点或节点 S300F100 M08 坐标值，该处 内容 X_Y_为第一个 基点或节点坐标，走直线 或圆弧插补，刀具半径补偿，主轴

4、转速设为600r/min，冷却液开,下午3时10分,数字化制造技术,8,第三章 数控手工编程,4 程序 N010 G00G 49Z_ M09 Z轴返回到安全位置 取消刀具长度补偿 冷却液关。 结束 N011 G00 G40 X_Y_ M05 X、Y轴联动快速移 动返回到安全位置 取消刀具半径补偿 内容 主轴停止。 N012 M30 程序结束，返回 主界面,下午3时10分,数字化制造技术,9,第一节 数控车床手工编程,1、 数控车床的分类和特点 数控车床与普通车床在结构上类似，加工回转类零 件，夹具多采用液压、气动和电动卡盘；区别在于进给系 统，没有传统的进给箱和交换齿轮，由伺服电机通过滚珠 丝

5、杠直接驱动溜板和刀架。 1.1 分类 按主轴位置： 立式数控车床 主轴垂直于水平面，工作台为一个直 径较大的圆形回转台。适合直径较大、长度较小零件。,下午3时10分,数字化制造技术,10,第一节 数控车床手工编程,图：数控车床,下午3时10分,数字化制造技术,11,第一节 数控车床手工编程,卧式数控车床 主轴平行于水平面，导轨一般为水 平式。也有倾斜式的，使机床的刚性更大，排屑更容易。 按加工零件类型： 卡盘式数控车床 没有尾座，适合车削盘类零件。 顶尖式数控车床 配有尾座，适合车削长度较长的轴 类零件。 按刀架数量： 单刀架数控车床 配有各种形式的单刀架，如四工位 自动转位刀架或转塔式自动转

6、位刀架。,下午3时10分,数字化制造技术,12,第一节 数控车床手工编程,双刀架数控车床 配有双刀架，适合多种功能结构的 加工。刀架分布可以是平行的，也可以是垂直的。 按车床功能： 螺纹数控车床 、活塞数控车床和曲轴数控车床 等。 1.2 特点 1）自动完成操作 如主轴变速、正反转、启动或停止、 两个坐标方向上的进给和快速移动、刀架夹紧、松开或转 位、切削液的开关等。,下午3时10分,数字化制造技术,13,第一节 数控车床手工编程,2）两坐标联动加工 一般是两个坐标X和Z，联动加工回 转类零件的轮廓。 3）具有刀具补偿和执行跳步指令功能。 4）刀架的进给与主轴转速有精确的匹配。 2、 数控车床

7、的编程特点 1）根据图纸尺寸标注，可以是绝对值或增量值编程， 也可以是二者的结合。 2）由于X向的坐标值是直径，故X向的脉冲当量为Z轴的 一半，用 绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值编程,下午3时10分,数字化制造技术,14,第一节 数控车床手工编程,时，以径向实际位移量的2倍编程。（如坐标值为4时，实 际径向X轴移动2） 3）对于加工余量较大的毛坯，有不同形式的固定循环功 能，以进行多次重复切削。 4）为了降低加工表面粗糙度值、提高刀具寿命，常把车 刀的刀尖磨成一定数值的圆弧，故编程时要对刀具半径进 行补偿，或手工计算补偿量（实际生产常用直接对刀法） 5）第三坐标指令I、K在不同的程序中

8、作用不同：在圆弧,下午3时10分,数字化制造技术,15,第一节 数控车床手工编程,切削时表示圆心相对于圆弧起点的坐标位置，此时I、K方 向的脉冲当量与Z向一致；但在自动循环指令中，I、K坐 标表示每次循环的进刀量，I方向的脉冲当量与X方向一 样，为Z方向的一半，K方向的脉冲当量与Z方向一致。 3、 数控车床的系统功能 以FANUC系统为例 1）准备功能G指令 见下表 2）辅助功能M指令 见下表,下午3时10分,数字化制造技术,16,第一节 数控车床手工编程,下午3时10分,数字化制造技术,17,第一节 数控车床手工编程,下午3时10分,数字化制造技术,18,第一节 数控车床手工编程,下午3时1

9、0分,数字化制造技术,19,第一节 数控车床手工编程,下午3时10分,数字化制造技术,20,第一节 数控车床手工编程,3）N、F、T、S功能指令 N：程序段的顺序号 F：进给速度。每分钟进给量 G98 F xx； 每转进给量G99 F xx； G98和G99相互替代。 如G98 F50 表示每分钟进给50毫米。 T：刀具号，由T和后面4位数组成，前两位为刀具号，后 两位为补偿号。,下午3时10分,数字化制造技术,21,第一节 数控车床手工编程,如：T0102 表示1号刀具，其刀具补偿值放在2号刀具 中。 S：转速功能指令。 线速度指令G96，系统会根据刀尖所处的X坐标值， 自动计算主轴的实际转

10、速。 主轴转速指令G97，取消线速度指令，同时指定主 轴每分钟的转速。 最高转速限定G50，规定主轴的最高转速，防止因 车削直径变小时，主轴转速过高而出现危险。,下午3时10分,数字化制造技术,22,第一节 数控车床手工编程,4、 数控车床刀具补偿 不同刀具的刀尖位置之间有差异，刀具安装有误差， 刀具的正常磨损及刀尖圆弧的存在等等，都是数控车床具 有补偿功能的实际原因。 1）长度补偿 编程时，一般以一把刀具为基准，将其刀尖位置作为 工件坐标系的坐标原点。当使用其它刀位的刀具、刀具磨 损有误差时，应对偏移误差x 、y进行补偿。,下午3时10分,数字化制造技术,23,第一节 数控车床手工编程,补偿

11、值输入到相应的存储器中。注意，当加工后外圆直径增 大时，输入的补偿量是负值，即在原数值基础上减去补偿 量，反之增加补偿量。轴向的补偿情况相同。 刀具补偿功能必须在一段执行程序中完成，而且程序段 中必须有G00或G01指令才有效。 2）半径补偿 数控车床编程时，常把刀具的刀尖看作一个点，但实际 都有圆弧，在车削圆柱面和圆柱孔时，不影响加工尺寸，在 车削锥面和圆弧时，就会出现过切和欠切现象，需要利用数 控车床的半径补偿功能进行补偿。,下午3时10分,数字化制造技术,24,第一节 数控车床手工编程,最初的半径补偿值可以直接输入到储存器中，当刀具 磨损或重磨后，半径值发生变化，需要手动修改补偿值。 5

12、、 数值计算补充内容 1）车刀尖角圆角编程计算 加工直线或斜线轮廓 先按刀片是尖角时的情况，计算轮廓基点坐标值进行 编程。 如果刀片切削刃有圆弧，就要按刀片的实际形状作平 面图来计算切削点坐标。,下午3时10分,数字化制造技术,25,第一节 数控车床手工编程,重点要考虑刀尖实际的具有 半径，切削时的主、副偏角情况， 即刀具安装位置角度。如图 图中OA为按尖角时的编程轮廓， 即零件的实际轨迹；OB为按圆角时 的实际情况，相差因圆角半径 r产生 的误差AB段，即按尖角编程后在X和Z方向分别相差x和 z，即为具有圆角半径 r的刀具加工实际轮廓。,下午3时10分,数字化制造技术,26,第一节 数控车床

13、手工编程,下午3时10分,数字化制造技术,27,第一节 数控车床手工编程,加工圆弧 如图 由于r的存在，刀尖所走的圆弧轨迹不是工件要求的形 状。 加工凸圆时，刀具在圆弧外侧，其圆心O1坐标在X、Z 轴各增加一个r，半径R+r，编程时就可按假想刀尖进行； 加工凹圆时，刀具在圆弧内侧，其圆心O1坐标在X、Z 轴各减小一个r，半径R-r，编程时就可按假想刀尖进行；,下午3时10分,数字化制造技术,28,第一节 数控车床手工编程,凸圆弧加工情况 凹圆弧加工情况,下午3时10分,数字化制造技术,29,第一节 数控车床手工编程, 按刀尖圆弧中心轨迹编程 如图 这时，圆心位置不变，半径分别增加一个刀尖圆弧半

14、 径值r。,下午3时10分,数字化制造技术,30,第一节 数控车床手工编程,2）有轮廓的尺寸公差时，基点坐标值的处理、计算 1）精度高的尺寸，将基本尺寸换算成平均尺寸； 2）几何关系的处理，保持原重要的几何关系，如角 度、相切等不变； 3）精度低的尺寸的调整，通过修改一般尺寸保持零件原 有几何关系，使之协调； 4）节点坐标尺寸的计算，按修改后的尺寸计算有关未知 节点的坐标尺寸；,下午3时10分,数字化制造技术,31,第一节 数控车床手工编程,例如：图示加工轴颈 ，圆弧R25，圆弧底边直径,下午3时10分,数字化制造技术,32,第一节 数控车床手工编程,1）首先对精度要求高的尺寸进行处理，换算成

15、平均尺寸： 改为 ； 改为 2）为了保证圆弧底边到中心线距离14.99175 ，R25圆心 位置不变，即满足编程数值要求，由于轴颈尺寸的修改， 所以需要调整圆弧半径。 3）经过计算，需要将圆弧半径由R25调整为R25.00825 ， 同时又保证了R25圆心到轴中心线距离50。,下午3时10分,数字化制造技术,33,第一节 数控车床手工编程,6、 数控车床坐标系统 以主轴线方向为Z轴，刀具远离工件方向为其正向； X轴位于通过主轴的水平面内，并垂直与主轴，刀具远离 主轴轴线的方向为其正方向。 1）机床原点、参考点和坐标系,下午3时10分,数字化制造技术,34,第一节 数控车床手工编程,机床原点为机

16、床上的一个固定点，定义在卡盘的定 位端面和主轴旋转中心线的交点处。 参考点也是机床上的一个固定点，其位置由Z向与X向 的机械挡块或形成开关决定。 由Z轴和X轴建立的直角坐标系，即为机床的坐标系， 如上图xoz。 机床启动后，无论刀架在什么位置，此时的显示坐标 值或为零，或是不正确的数值。必须首先执行返回参考点 的操作，然后显示的坐标值才是以机床坐标系为基准的真,下午3时10分,数字化制造技术,35,第一节 数控车床手工编程,实坐标值。 2）工件原点和工件坐标系 工件原点和坐标系是在工件上设定的、在编程时使用 的原点和坐标系。一般将工件原点设在工艺基准或设计基 准上，Z、X坐标轴和建立的坐标系与

17、机床坐标系相对应。 如图XpOpZp,下午3时10分,数字化制造技术,36,第一节 数控车床手工编程,7、 数控车床基本编程方法 1）工件坐标系设定 格式：G50 X Z ； 含义：刀尖相对于机床坐标系的当前坐标确定后（相 对于工件有一个确定坐标的点），再通过G50把刀尖相对 于工件原点的位置确定下来，即设定了一个工件坐标系。 后面的程序段均以此为基准计算编程。如图。,下午3时10分,数字化制造技术,37,第一节 数控车床手工编程,下午3时10分,数字化制造技术,38,第一节 数控车床手工编程,2）绝对编程和增量编程 绝对编程 格式：G00（ G01 ）X Z ； 增量编程 格式：G00（ G

18、01 ）u w ； 含义 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。,下午3时10分,数字化制造技术,39,第一节 数控车床手工编程,下午3时10分,数字化制造技术,40,第一节 数控车床手工编程,3）快速点定位 格式：G00 X（u） Z（w） ； 含义：X和Z轴联动，快速移动到指定位置。 注意；由于X和Z轴的进给速率不同，其移动时的合成 运动不一定是直线，要注意刀具与工件或夹具的碰撞。通 常采用如下编程方法： 格式：G00 X（u） ； Z（w） ； （举例说明）,下午3时10分,数字化制造技术,41,第一节 数控车床手工编程,4）直线插补 格式：G01

19、 X（u） Z（w） F ； 含义：X和Z轴联动，以F指令的进给速度直线插补移 动到指定位置。实现纵切、横切和锥切等直线切割。 使用G01编程，可以采用绝对坐标编程，也可以增量 坐标编程。 5）圆弧插补 在指定平面内按给定进给速度作圆弧插补运动，加工,下午3时10分,数字化制造技术,42,第一节 数控车床手工编程,圆弧轮廓。顺时针圆弧插补G02，逆时针圆弧插补G03。 格式： 用圆弧半径R指定圆心位置时 G02（ G03）X（u） Z（w） R F ； 用圆弧圆心在X、Z轴上相对于圆弧起点的向量时 G02（ G03）X（u） Z（w） I K F ； 举例如下：,下午3时10分,数字化制造技术

20、,43,第一节 数控车床手工编程,绝对编程方式： G03 X200.0 Z140.0 I0 K-60.0 F300； G02 X120.0 Z120.0 I0K-50； 或 G03 X200.0 Z140.0 R60.0 F300 G02 X120.0 Z120.0 R5 0.0； 增量编程方式： G03 U120.0 W-60.0 I0 K-60.0 F300； G02 U-80.0 W-20.0 K-50.0；,下午3时10分,数字化制造技术,44,第一节 数控车床手工编程,6）暂停指令 格式：G04 X（u） （P ）； 含义：使刀具作短时间的无进给光整加工，在车槽、 钻镗孔时使用。也可

21、用于在拐角处控制轨迹。 后面的数字一般代表时间，单位是秒，整数。也有的 机床代表工件空转的圈数。 7）英制和米制输入 格式：英制G20 米制G21,下午3时10分,数字化制造技术,45,第一节 数控车床手工编程,含义：是两个相互可以取代的指令，一般机床设置为 米制。如果是英制，则程序中相关数据均为英制。 注意：一旦设置了单位，机床在断电和开关前后都默 认该设置。 8）返回参考点、返回参考点确认、从参考点返回切削点 格式： 含义 G27 X（u） Z （W ）；检验各轴是否返回参考点 G28 X（u） Z （W ）；当前位置通过中间点返回 G29 X（u） Z （W ）；经中间点返回切削点位置,

22、下午3时10分,数字化制造技术,46,第一节 数控车床手工编程,图:返回参考点、返回参考点确认、从参考点返回切削点 9） 螺纹加工 单导程 格式：G32 X（U） Z(W) F ； 含义： z、x为螺纹结束点，F为螺纹导程,下午3时10分,数字化制造技术,47,第一节 数控车床手工编程,单位为0.01mm/r，u、w为螺纹终点对起点的坐标增量。 注意，螺纹加工时，应设定足够的导入和导出距离， 数值由主轴转速和螺纹导程确定。一般： 1=0.0015nP 2=0.00042nP n为主轴转速，r/min， P为螺纹导程，mm。 在加工编程中，还要分别计算X向螺纹的起始点和终 点，即径向最大和最小尺

23、寸。 螺纹大径即为径向最大尺寸，应选在螺纹大径的公差 范围内，并在加工螺纹前由车削外圆保证。,下午3时10分,数字化制造技术,48,第一节 数控车床手工编程,螺纹小径在考虑了牙底圆弧和螺纹中径公差后，即为 径向最小尺寸，也是编程小径。其计算公式如下： d小 = d - 1.75H + 2R + - Td2/2 式中：d是螺纹公称直径， H是螺纹标准三角形高度，一般为螺距的0.866 R 是牙底圆弧半径，一般取（1/81/6）H， es 是螺纹中径基本偏差，可查表得到， Td2是螺纹中径公差，可查表得到,下午3时10分,数字化制造技术,49,第一节 数控车床手工编程,螺纹加工程序说明 以教材P169为例。 变导程 格式：G34 X（U） Z(W) F K ； 含义： z、x为螺纹结束点，F为螺纹导 程，K为螺纹每个导程的增量或减量，单位mm/r。,下午3时10分,数字化制造技术,50,第一节 数控车床手工编程,螺纹循环加工 格式：G92 X（U） Z(W