数控加工程序编制基础课件.ppt

概述数控编程中的常用指令数控编程中的工艺处理数控编程中的数学处理,主要内容,概念：从分析零件图纸开始，经过工艺分析、数学处理到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程。,1 概述,数控编程步骤,1 概述,编程方法：手工编程和自动编程,自动编程：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）；虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线的计算）等。,手工编程：几何形状不太复杂的零件；,1 概述,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20-30%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！,1 概述,坐标轴的命名及方向,标准规定，在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。,1 概述,X、Y、Z U、V、WP、Q、R A、B、C D、E,1 概述,Z坐标 方位 标准规定：Z坐标主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。,1 概述,数控机床坐标轴的确定方法：,X坐标 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。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。,1 概述,Y轴的确定 X、Z轴的正方向确定后，Y轴可按右手笛卡尔坐标系来判定。,1 概述,1 概述,坐标轴分析实例：,1 概述,坐标数：是指有几个运动采用了数字控制（采用数字控制的运动方向的个数）联动数：数控系统能同时控制的坐标数（2坐标加工5坐标加工）,1 概述,机床坐标系与机床原点,机床坐标系是机床上固有的坐标系，用于确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动范围（如行程范围、保护区）等。,机床原点：机床坐标系的零点,在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零（参考点）方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程,1 概述,机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。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。注意：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。,1 概述,工件坐标系与工件原点 1)由编程人员确定,用于编程;2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变;3)根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。,1 概述,主要内容,工件原点偏置：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。,1 概述,加工程序结构与格式,一个完整的加工程序由若干程序段组成，程序的开头是程序名，结束时写有程序结束指令。例如：O0001；程序名N10 G92 X0 Y0 Z200.0；N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03；N30 G01 X10.0 Y50.0 F150；N110 M30（M02)；程序结束指令,程序段,1 概述,字地址程序段的一般格式为：N_ G_ X_ Y_ Z_ F_ S_ T_ M_；其中 N程序段号字；G准备功能字；X、Y、Z坐标功能字；F进给功能字；S主轴转速功能字；T刀具功能字；M辅助功能字。,1 概述,常用地址码及其含义,1 概述,主程序和子程序 在一个加工程序中，如果有几个连续的程序段在多处重复出现，则可将这些重复使用的程序段按规定的格式独立编号成子程序，输入到数控系统的子程序存储区中，以备调用。程序中子程序以外的部分便称为主程序。,O1000；M98P0020;M30;,O0020；M98P0010M99;,O0010；M99;,子程序,主程序,子程序,1 概述,数控加工过程中的各种动作都是事先由程编人员在程序中用指令的方式予以规定的，主要包括准备功能G代码、辅助功能M代码、进给功能F代码、主轴转速功能 S代码、刀具功能T代码等。准备功能G代码和辅助功能M代码统称为工艺指令，是程序段的主要组成部分。,何谓工艺指令？,2 数控编程中的常用指令,准备功能G代码,在插补运算之前需要规定，为插补运算作好准备的工艺指令。如：G17、G01、G02、G81,模态代码和非模态代码,2 数控编程中的常用指令,绝对坐标与增量坐标编程指令G90、G91,直线插补指令G01,圆弧插补指令G02/G03,刀具半径补偿建立与取消指令G41/G42、G40,2 数控编程中的常用指令,刀具长度补偿建立与取消指令G43/G44、G49,1）简化程编工作,2）实现粗、精加工,3）实现内外型面的加工,2 数控编程中的常用指令,刀具补偿功能应用的优点：,2 数控编程中的常用指令,坐标平面选择指令G17、G18、G19,2 数控编程中的常用指令,工件坐标系设定指令G92,G92X160.0Y-20.0；,2 数控编程中的常用指令,用G54-G59指令设定工件坐标系 操作者在实际加工前，测量工件原点与机床原点之间的偏置值，并在数控系统中预先设定。这个值叫做“工件零点偏置”。,2 数控编程中的常用指令,暂停（延迟）指令G04,G04指令是根据暂停计时器预先给定的暂停时间停止进给。它的功能是使刀具作短时间（几秒钟）的无进给光整加工，用于车槽、镗孔、锪孔等场合。G04 P/X（U）；,极坐标指令G16（建立）、G15（取消）,G17/G18/G19 G90/G91 G16;GX(半径）Y（角度）F;G15;,2 数控编程中的常用指令,30,150,G17G90G16;G81X100.Y30.Z-20.R-F200;Y150.;Y270.;G15G80;,加工三个小孔,X,Y,2 数控编程中的常用指令,参考点,参考点是机床上的固定点，一般作为换刀和坐标系测量零点等使用，通过参考点返回功能G28可以很容易移动到参考点上。,比例缩放（G51、G50),G51 X-Y-Z-P-；X、Y、Y缩放中心,P缩放倍数G51X-Y-Z-I-J-K；X、Y、Z缩放中心，I、J、K各轴缩放倍数，倍率为负，实现镜像 G50缩放取消,2 数控编程中的常用指令,M代码（M00-M99）,坐标旋转指令（G68，G69),G17/G18/G19 G68 X-Y-Z-R-；旋转中心（X、Y、Z）,R旋转角度，逆（正）G69 取消,旋转中心,旋转角度,M01，M00，M02，M30，M03，M04，M05M06，M07，M08，M09，M98，M99。,2 数控编程中的常用指令,S-，切削线速度保持不变的所谓恒线速度功能，这时需用G96和G97指令配合S指令来指定主轴转速。例如G96 S160表示控制主轴转速，使切削点的线速度始终保持在160m/min，G97 S1000表示注销G96，即主轴不是恒线速度，其转速为1000r/min。,F-，G94表示进给速度与主轴速度无关的每分钟进给量，单位为mm/min；G95表示与主轴转速有关的主轴每转进给量，单位为mm/r，如车螺纹、攻丝等。,F、S、T代码,2 数控编程中的常用指令,刀具功能指令T后面跟若干位数字，主要用来选择刀具，也可用来选择刀具偏置。例如，T12用作选刀时表示12号刀具；用作刀具补偿时，表示按照12号刀具事先设定的偏置值进行刀具补偿。若用四位数字时，如T0101，前两位01表示刀具号，后两位01表示刀具补偿号。,2 数控编程中的常用指令,数控加工工艺的特点,（1）工序内容具体（2）工序内容复杂（3）工序内容严密（4）工序集中（5）加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段（存在逼近误差、圆整化误差、插补误差）,3 数控编程中的工艺处理,数控加工工艺的内容,数控机床上加工零件的选择数控工艺性分析工艺路线制订工序设计工艺指令的处理,3 数控编程中的工艺处理,主要内容,数控加工工序卡片,3 数控编程中的工艺处理,数控加工走刀路线图,3 数控编程中的工艺处理,主要内容,数控刀具卡片,3 数控编程中的工艺处理,主要内容,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,两种情况：,考虑因素主要有：,毛坯材料、类型；零件轮廓复杂程度、尺寸大小加工内容及精度、零件批量。,1.数控机床上加工零件的选择,3 数控编程中的工艺处理,3 数控编程中的工艺处理,1.加工精度高及加工形状复杂零件2.用数学模型描述的复杂曲线及曲面零件3.一次装夹完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多工序的零件4.不开敞内腔的壳体或盒腔零件,最适应类：,3 数控编程中的工艺处理,1.价值高的零件2.在通用机床上需制造复杂专用工装的零件3.需多次更改设计及精密复制的零件4.在通用机床上需作长时间调整的零件在通用机床上加工效率低、劳动强度大的零件,较适应类,3 数控编程中的工艺处理,1.生产批量大的零件2.装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件3.材质不均、加工余量不稳定的零件4.必须用特定的工艺装备协调加工的零件,不适应类,3 数控编程中的工艺处理,2.对零件设计及工艺性的要求,1)零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则；同一基准线引注尺寸、直接给出坐标尺寸；构成零件轮廓的几何元素的条件应充分；,2)零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺寸（减少刀具规格和换刀时间）内槽圆角半径不应过小,3 数控编程中的工艺处理,内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，如果太小，刚度不足，影响表面加工质量，工艺性较差。因而内槽圆角半径应大一些。,(R0.2H),原因？,2.3 数控编程中的工艺处理,铣削零件底面时，槽底圆角半径r不应过大,原因？,圆角r越大，d 越小（刀具有效直径d=D-2r，D为铣刀直径），即铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头刀加工，此时切削性能较差，应尽量避免。,3 数控编程中的工艺处理,3.工艺路线制订,数控机床的选择、加工方法的确定、加工阶段的划分、工序的安排等内容。,内容,数控机床的选择,考虑毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等因素。要满足以下要求：保证加工零件的技术要求，能够加工出合格产品；有利于提高生产率；可以降低生产成本。,3 数控编程中的工艺处理,加工方法的选择,加工方法选择时要保证加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有多种，在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸、位置和热处理要求，生产率和经济性要求，以及工厂的生产设备等实际情况综合考虑。,3 数控编程中的工艺处理,工序的安排,（1）先进行内形内腔加工，后进行外形加工工序；（2）有相同的定位、夹紧方式或用同一把刀具加工的工序最好一起进行，以减少重复定位，节省换刀时间；（3）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。,3 数控编程中的工艺处理,数控加工工序与常规加工工序的衔接,除了必要的基准面加工、校正和热处理等工序外，要尽量减少数控加工工序与常规加工工序交接的次数。,数控加工工序前后一般都穿插着其它常规加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。,3 数控编程中的工艺处理,1)零件的装夹与夹具的设计,数控机床的夹具与传统夹具结构的差别 数控机床上使用的夹具只需要具备定位和夹紧两种功能就能满足要求，不需要导向和对刀功能，夹具比较简单。,3 数控编程中的工艺处理,4.数控加工工序的详细设计,通常定位基准与设计基准重合，以减少定位误差；可采用统一基准，以减少重复定位次数，减少重复定位误差；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；夹具结构应力求简单，加工部位要敞开；,设计或选用要求,3 数控编程中的工艺处理,数控夹具装卸应方便,数控机床的加工效率高，装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大，所以要求数控夹具在使用中装卸要快捷且方便，以缩短辅助时间。可尽量采用气动、液压夹具。,一次装夹应尽可能装夹多个工件，以提高加工效率,3 数控编程中的工艺处理,2)刀具的选择(应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度高等要求),1,3 数控编程中的工艺处理,2,3,3 数控编程中的工艺处理,加工中心刀具系统,3 数控编程中的工艺处理,数控车床刀具系统,3 数控编程中的工艺处理,1）整体式2）机夹式3）内冷式4）抗振式5）特殊型式,刀具结构,3 数控编程中的工艺处理,机夹式可转位硬质合金立铣刀,3 数控编程中的工艺处理,3 数控编程中的工艺处理,铣刀常用种类：,面铣刀,面铣刀：圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。,3 数控编程中的工艺处理,主要内容,立铣刀,立铣刀的圆柱表面（主切削刃）和端面上（副切削刃）都有切削刃，主切削刃一般为螺旋齿，以增加切削平稳性，主切削刃和副切削刃可同时进行切削，也可单独进行切削。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。,3 数控编程中的工艺处理,主要内容,模具铣刀由立铣刀发展而成，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。,圆锥形立铣刀,圆柱形球头立铣刀,圆锥形球头立铣刀,3 数控编程中的工艺处理,键槽铣刀 有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。,3 数控编程中的工艺处理,鼓形铣刀 切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，且不适合加工有底的轮廓表面。,3 数控编程中的工艺处理,波纹立铣刀因其切削刃呈正弦波的形状而得名。它的特点是主切削刃各点的半径、前角、刃倾角都不等，能减少切削振动；切削阻力小、切屑成鱼鳞状，因而排屑流畅，散热性能好，刀具耐用度高。这种刀具克服了传统刀具的许多缺陷，数控加工中应用越来越广泛。,3 数控编程中的工艺处理,成型铣刀一般是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或台阶等。,3 数控编程中的工艺处理,大平面：面铣刀；加工凹槽、小台阶面及平面轮廓：立铣刀加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等：模具铣刀加工封闭的键槽：键槽铣刀加工变斜角零件：鼓形铣刀特殊形状：成形铣刀根据不同的加工材料和加工精度要求，应选择不同参数的铣刀进行加工。,铣刀选择,3 数控编程中的工艺处理,3)切削用量的选择,粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。,3 数控编程中的工艺处理,切削用量：主轴转速（切削速度）、切削深度、进给量。,切削深度,切削深度（也称背吃刀量）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，同时又能提高加工精度和改善表面质量。,3 数控编程中的工艺处理,在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大，或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一、5次进给的切削深度尽量取得大一些。在中等功率机床上，粗加工（R a10-80mm）时切削深度可达8-10mm。半精加工（Ra 1.25-10mm）时，切削深度取为0.5-2mm。精加工（Ra0.32-1.25mm）时，切削深度取为0.2-0.4mm。,2.3 数控编程中的工艺处理,（1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100-200mm/min范围内选取。（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20-50mm/min范围内选取。（3）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20-50mm/min范围内选取。（4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。,确定进给速度,3 数控编程中的工艺处理,主轴转速,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。,S1000Vc/D,3 数控编程中的工艺处理,在选择切削速度时，还应考虑以下几点：应尽量避开积屑瘤产生的切削速度区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时，应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。,3 数控编程中的工艺处理,对刀点是数控加工时刀具相对工件运动的起点，也是程序的起点。因此对刀点也称程序起点或起刀点。,4）对刀点与换刀点的确定,对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，以提高零件的加工精度，如以孔为定位基准的零件，应以孔中心作为对刀点；便于对刀、观察和检测；简化坐标值的计算。,3 数控编程中的工艺处理,对刀点位置,3 数控编程中的工艺处理,对刀点位置,3 数控编程中的工艺处理,刀具在机床上的位置是由“刀位点”的位置来表示的。所谓“刀位点”就是表征刀具特征的点。,如何对刀？,所谓对刀，就是使“刀位点”与“对刀点”重合。目前常用的对刀方法是将千分表装在机床主轴上，然后轻轻转动机床主轴，以使“刀位点”与“对刀点”一致。,3 数控编程中的工艺处理,对刀,3 数控编程中的工艺处理,Z轴设定器与刀具和工件的关系,3 数控编程中的工艺处理,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步间的换刀问题。,换刀问题,3 数控编程中的工艺处理,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顺序。,5）加工路线确定,保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；简化数值计算，减少程编工作量；缩短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加工效率。,3 数控编程中的工艺处理,切向切入切出,3 数控编程中的工艺处理,3 数控编程中的工艺处理,顺铣、多次走刀、避免进给停顿,3 数控编程中的工艺处理,曲面加工：行切法,3 数控编程中的工艺处理,凹槽加工,孔加工,3 数控编程中的工艺处理,螺纹加工,3 数控编程中的工艺处理,直线、圆弧类零件的轮廓一般由直线、圆弧组成。相邻几何元素间的交点或切点称之为基点。基点的计算方法可以是通过联立方程组求解，也可利用几何元素间的三角函数关系求解。,直线、圆弧类零件的数学处理,4 数控编程中的数学处理,4 数控编程中的数学处理,数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式y=f（x）表达的平面轮廓曲线，称为非圆曲线。,非圆曲线节点坐标计算,数学处理比较复杂，应在满足允许的编程误差条件下，用若干直线段或圆弧段去逼近给定的非圆曲线，相邻逼近线段的交点或切点称为节点。,4 数控编程中的数学处理,4 数控编程中的数学处理,用直线段逼近非圆曲线时节点的计算,割线逼近,弦线逼近,切线逼近,4 数控编程中的数学处理,