数控加工程序的编制与数控加工.ppt

1,第二章数控程序的编制,2,2.1 概述数控程序编制的内容与步骤,在数控机床上加工零件时，也必须对零件进行工艺分析，制定工艺规程，同时要将工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式记录在控制介质上，将此控制介质上的信息输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。,3,内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。,1）分析零件图样和制定工艺方案,4,在确定了工艺方案后，要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，需要计算出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。,2）数学处理,5,在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。,3）编写零件加工程序,6,一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用：（1）机床空运转的方式（2）图形模拟（3）对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。（4）采用与被加工零件材料相同的材料进行试切。当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。,4）程序检验,7,1）手工编程 手工编程是由人工完成编程的全部步骤。手工编程适用于零件形状简单、程序段较少、计算简单的场合。它是自动编程的基础。2）自动编程 对于零件形状复杂或程序量大的零件采用手工编程则工作量很大或不可能时，就必须借助计算机CAM软件进行自动编程。,2.1.2 数控机床程序的编制方法,8,2.2 数控加工工艺基础,数控加工工艺分析内容：1)选择数控机床，确定工序内容。2)分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。3)设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。,9,2.2 数控加工工艺基础,4)调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。5)分配数控加工中的容差。6)处理数控机床上部分工艺指令。,10,2.3 数控程序的编制2.3.1 数控加工程序段格式及程序结构,一个数控加工程序由程序名、程序体和结束符组成。程序名由O和4位数字组成，如 O 0001，O1234等。程序体由若干程序行组成，如：O0001(程序名)N10 G54 G90 G00 X-40.Y-20.Z30.（程序行）N20 S1000 M03N30 Z1.0,11,N40 G01 Z-3.F50N150 G00 Z30.N160 M02（程序结束）程序结束有的是指令，如M02，有的数控系统则以“%”等作为程序结束标志。一个程序段中各指令的格式为：N35 G01 X26.8 Y32.Z15.428 F152.,12,2.3.2 数控机床的坐标系统,数控机床的坐标系统，包括坐标轴、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念 为了使数控系统规范化（标准化、开放化）及简化编程，ISO对数控机床的坐标系统作了若干规定。,13,坐标系的规定,数控机床的坐标系采用右手直角坐标系,14,数控机床坐标轴及其方向的确定,不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。1）z 轴 通常将传递切削力的主轴轴线定位Z坐标轴，对于刀具旋转的机床如铣床、钻床、镗床等，旋转刀具的轴线为Z轴。对于工件旋转的机床如车床，则工件旋转的轴线为Z轴。Z轴的正方向为刀具远离工件的方向。,15,2）x 轴,X坐标轴一般是水平的，它平行于工件的装夹面且与Z轴垂直。对于工件旋转的机床如车床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行横滑座。正方向为刀具远离工件的方向。对于刀具旋转的机床如铣床则规定：当Z轴水平时，从刀具主轴后端向刀具方向看，X轴的正方向为水平向右方向；当Z轴竖直时，面对主轴向立柱方向看，X轴的正方向为水平向右方向。,16,3）y 轴在确定了Z、X轴后，Y轴可按照右手直角坐标系确定。4）旋转轴旋转轴的确定是在X、Y、Z轴确定后，按照右手螺旋法则进行确定。,数控机床坐标轴及其方向的确定,17,3、机床原点,机床原点现代数控机床一般都有一个基准位置，称为机床原点或机床绝对原点。是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。铣床的机床原点车床机床原点,18,与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂前由机床制造商精密测量确定。机床参考点一般不同于机床原点。一般来说数控车床的参考点为刀架上的某一点。加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。,4、机床参考点,19,二、工件坐标系及工件原点,1、工件坐标系 工件坐标系是编程人员在编制数控加工程序时根据零件图纸所建立的坐标系。编程时编程尺寸都按工件坐标系中的坐标制确定。需要注意的是，在建立工件坐标系时，工件坐标系各坐标轴必须与机床坐标系个坐标轴对应起来，即X、Y、Z轴要平行，正方向一致。,20,2、工件原点工件原点，是编程人员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为程序原点。程序原点一般用G92或G54G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）指定。,二、工件坐标系及工件原点,21,1、绝对坐标：刀具运动过程中所有的刀具位置坐标是以一个固定的编程原点为基准给出的，即刀具运动的指令数值（刀具运动的位置坐标），与某一固定的编程原点之间的距离给出的。,三、绝对坐标与增量坐标,22,2、增量坐标：刀具运动的指令数值是按刀具当前所在位置到下一个位置之间的增量给出的,三、绝对坐标与增量坐标,23,2.3.3 数控加工程序常用编程指令,1、准备功能指令准备功能指令由字符G和其后的13位数字组成，常用的从G00G99，很多现代CNC系统的准备功能已扩大到G150，如表2-2所示。准备功能的主要作用是指定机床的运动方式，为数控系统的插补运算作准备。,24,G代码又分为模态代码（也叫续效代码）和非模态代码（非续效代码）。模态代码是同组代码出现之前一直有效的代码。即一个模态G功能被指令后，直到同组的另一个G功能被指令才无效。而非模态的G功能仅在其被指令的程序段中有效。G01 X10.Y10.G04 D01 X20.Y30.G01 X10.Y10.G02 X40.Y50.R10.X60.Y80.R10.,1、准备功能指令,25,1）与坐标系有关的指令 G90 G91 G92 G90 为绝对坐标编程，编程坐标相对于固定的工件原点，如图所示。,常用的G指令,例：如图所示，直线终点B的坐标，用绝对坐标时，写成 G90 G00 X30.Y37.,26,G91 为相对坐标编程，编程坐标是相对于上一指令的运动终点，如图所示。,常用的G指令,例：如图示，直线终点B 的坐标，用增量坐标时，写成 G91 G00 X20.Y25.,27,G92 工件坐标设定，用于设置工件坐标原点在机床坐标系的坐标。格式：G92 X_ Y_ Z_,常用的G指令,例：如图示，O为工件原点，写成 G92 X20.Y10.Z10.,28,坐标平面选择指令 G17 G18 G19 G17 为X-Y平面选择；G18 为X-Z平面选择；G19 为Y-Z平面选择；,常用的G指令,29,快速移动指令 G00 格式：G00 X_ Y_ Z_ 刀具以系统默认的进给速度移动到目标点X_ Y _ Z _。,常用的G指令,例：图中，从点（20，20）快速运动到点（100，60）G00 X100.Y60.,30,直线插补指令 G01 格式：G01 X_ Y_ Z_ F_;刀具以F指令指定的进给速度移动到直线终点X_ Y _ Z _。,常用的G指令,例：图中，从点（20，20）加工到点（100，60）G01 X100.Y60.F100,31,圆弧插补指令：G02（顺圆插补）G03（逆圆插补）格式：G17 G02（或G03）X_ Y_ I _ J_ G18 G02（或G03）X_ Z_ I _ K_G19 G02（或G03）Y_ Z_ J _ K_G17 G02（或G03）X_ Y_ R_ G18 G02（或G03）X_ Z_ R_G19 G02（或G03）Y_ Z_ R_,常用的G指令,32,圆弧插补指令：G02（顺圆插补）G03（逆圆插补）圆心坐标（i、j、k）编程：i、j、k为圆心相对圆弧起点的坐标值，且总为增量值（该定义以机床使用说明书为准）半径R编程：小于或等于180度圆弧用R+，大于180度圆弧用 R-编程。注意：不能用于整圆编程,常用的G指令,33,顺逆圆的判定：顺着垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向看，如果圆弧是顺时针方向加工，则为顺圆弧，逆时针方向加工，则为逆圆弧。如图所示。,常用的G指令,34,（1）绝对值编程G92 X200.0 Y40.0 Z0;G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300.;G02 X120.0 Y60.0 R50.0;,常用的G指令,或G92 X200.0 Y40.0 Z0;G90 G03 X140.0 Y100.0 I-60.0 J0.0 F300.G02 X120.0 Y60.0 I-50.0 J0.0,35,（2）增量值编程G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300.G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0;,常用的G指令,或G91 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 F300.G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0,36,6）刀具半径补偿指令 G41 G42 G40,常用的G指令,为了减少计算量和编程方便，数控装置大部分具有刀具半径补偿功能。当编制程序时，不计算刀具中心的轨迹，只要按照零件轮廓编程，并在数控装置中设置好补偿半径值，数控装置在执行指令时，自动计算刀具中心轨迹，并按刀具的中心轨迹运动。如图示，按零件轮廓编程，用半径补偿指令后，刀具按照虚线轨迹运动。,37,左补和右补的区分：沿着刀具前进的方向看，刀具在要加工轮廓的左侧，则为左补，在右侧为右补。,G41 为刀具半径左补偿，格式：G41 G00(G01)X_ Y _ D_；D_ 为补偿代号。G42 为刀具半径右补偿，格式：G42 G00(G01)X_ Y _ D_；D_ 为补偿代号。G40 为取消刀具半径补偿，格式：G40 G00(G01)X_ Y _；,常用的G指令,38,例：利用半径补偿指令编写下图轮廓加工程序，刀具R5mm，切削深度5mm。0100G54 G90 G00 X-50.Y0.M03 S500G00 Z5.0 GO1 Z-5.0 F100,常用的G指令,G42 G01 X-10.Y0.D01(D01=5.0),39,常用的G指令,G01 X60.Y0.G03 X80.Y20.R20.G03 X40.Y60.R40.G01 X0.Y40.G01 X0.Y-10.G40 G01 X0.Y-40.G00 Z40.M05M02,40,7）刀具长度补偿指令 G43 G44 G49 使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。加工时，用MDI方式输入刀具的长度尺寸，即可正确加工。另外，当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。,常用的G指令,41,7）刀具长度补偿指令 G43 G44 G49G43 为长度正补偿，格式：G43 Hxx，xx为补偿代号，当该把刀具比标准刀具长时，用G43 补偿。G44 为长度负补偿，格式：G44 Hxx，xx为补偿代号，当该把刀具比标准刀具短时，用G44 补偿。G49 为取消长度补偿，格式：G49,常用的G指令,42,8）工件坐标偏置指令 G54 G59根据零件图样所标尺寸基点的相对关系和有关形位公差要求，为编程计算方便，有的数控系统用G54G59预先设定6个工作坐标系，这些坐标系存储在机床存储器中，在机床重开机时仍然存在，在程序中可以分别选取其中之一使用。格式 G54,坐标值在机床参数中设置,常用的G指令,43,辅助功能指令亦称“M”指令，由字母M和其后的两位数字组成，从M00M99共100种。表2-3 列出了常用的M指令。这类指令主要是用于机床加工操作时的工艺性指令。常用的M指令有：（1）程序停止功能M00用以停止主轴、冷却液，使程序停止。如编程者想要在加工中使机床暂停（检验工件、调整、排屑等），使用M00指令，重新启动程序后，才能继续执行后续程序。,2、辅助功能指令,44,（2）选择停止指令M01M01指令的功能与M00相似。但与M00指令不同的是：只有操作面板上的“选择停开关”处于接通状态时，M01指令才起作用。常用于关键尺寸的检验或临时暂停。,2、辅助功能指令,45,（3）主轴控制指令M03，M04，M05 M03、M04和M05指令的功能分别为控制主轴顺时针方向转动、逆时针方向转动和停止。（4）换刀指令M06 常用于加工中心刀库的自动换刀时使用。格式 M06 Txx Txx为刀具号 对于车床换刀指令为Txxdd xx为到位号，dd为刀具参数号。,2、辅助功能指令,46,（5）冷却液控制指令M07、M08、M09 M072号冷却液开。用于雾状冷却液开。M081号冷却液开。用于液状冷却液开。M09冷却液关。注销M07、M08、M50、M51（M50、M51为3号、4号冷却液开）。,2、辅助功能指令,47,（6）程序结束M02和M30M02表明主程序结束，是在完成程序段的所有指令后，使主轴、进给和冷却液停止。表示加工结束，但该指令并不返回程序起始位置。M30与M02同样，也是表示主程序结束，区别是M30执行后使程序返回到开始状态。,2、辅助功能指令,48,（7）子程序调用返回 M98 M991）子程序的编程格式 O M99；2）子程序的调用 M98格式 M98 P NNN XXXXP后面的前3位为重复调用次数，省略时为调用一次；后4位为子程序号。,2、辅助功能指令,49,T功能刀具功能，格式为 T XX，XX为刀具在刀库中的编号。S功能主轴速度功能，格式：Sxxxx，地址S后跟四位数字；单位：转/分钟。F功能进给速度进给率功能，格式：Fxxxx，地址F后跟四位数字；单位：毫米/分钟,3、其它常用功能指令,50,参考程序,实例 1精加工下图中粗实线轮廓，零件毛坯100X60X40mm，加工深度10mm。,51,参考程序,O0001(毛坯100X60X40)N01 G90 G54 N03 G00 X135.0 Y100.0 N04 Z100.0 N06 M03 S300 M08N10 Z5.0N11 G01 Z-10.0 F20,N12 G42 G01 X115.0 Y80.0 D01 F50(D01=10.0)N20 G01 X40.0,52,参考程序,N25 G03 X20.0 Y60.0 R20.N35 G01 X30.0 Y40.0 N50 X100.0 N55 Y115.0N56 G40 X120.0 Y115.0N58 M09N60 G00 Z100.0N70 M05 N75 M30,53,例2：毛坯为1206010板材，5深的外轮廓已粗加工过，周边留2余量，要求加工出如下图所示的外轮廓，工件材料为铝。,4、数控编程实例,54,O0001G54G90G00X5.0Y-20.Z100.M03 S500 Z-5.G41 G01 X5.0 Y-10.D01 F150 G01Y35.G91G01X10.Y10.G01X11.8Y0.G02X30.5Y-5.R20.G03X17.3Y-10.R20.,参考程序,55,参考程序,G01X10.4Y0.G01X0.Y-25.G01X-100.Y0.G90G40G00 X-10.Y-10.Z100.M05 M02,56,2.4数控车加工程序的编制,车床坐标系的建立；1）Z轴总是与零件的回转轴重合，即与主轴轴线重合。2）X轴水平，与Z轴垂直。正方向判定时注意前后刀架的不同。2.工件坐标系的建立：1）零件的回转轴线为Z轴。2）原点选在右侧端面中心。车削是自右向左进行。,57,2.4数控车加工程序的编制,3.准备功能指令1）绝对编程与相对编程 在数控车编程中，绝对编程和相对坐标编程不用G90和G91,用坐标值前面的字母来区分。绝对坐标编程：G00 X20.0 Z100.0 G01 X30.0 Z50.0 F2.0在X方向上的坐标值用直径值给出。相对坐标编程：G00 U10.0 W20.0 G01 U15.0 Z10.0 F2.0在X方向上的坐标值用实际增量的两倍值给出。,58,2.4数控车加工程序的编制,2）坐标系设置指令 G50 格式 G50 X_ Z_作用：规定刀具起刀点（或换刀点）至工件原点的距离。坐标值为起刀点在工件坐标系中的坐标。3）G00 G01 G02 G03 4)刀尖半径补偿指令G41 G42 G40 5)刀具长度补偿指令G43 G44 G496）M03 M04，面对主轴，主轴顺时针转为M03,逆时针为M046)换刀指令：TXXDD XX 为刀具补偿参数代号，DD为刀具编号。,59,例3：该零件粗加工已完，只进行一次精加工、且30mm部分不加工。,4、数控编程实例,60,4、数控编程实例,O0002 N01 T0101(35度外圆车刀 R0.4)N05 G54 G00 X6.0 Z142.0 N08 M03 S300 M08N10 G01 X6.0 Z140.0 F100N12 X10.0 Z138.0N15 X10.0 Z120.0N20 X12.0 Z120.0N25 X15.0 Z100.0N30 Z90.0N35 X18.0N40 X22.0 Z88.0,X坐标值为直径值,61,4、数控编程实例,N45 Z80.0N50 G02 X22.0 Z50.0 R40.0N55 G01 Z40.0N60 X40.0N65 G00 X50.0 Z200.0N66 M05N67 T0202(宽2车刀)N68 G00 X30.0 Z120.0 M03 S200N69 G01 X8.0 F10N70 G00 X30.N71 G00 Z200.0N72 M02,62,例4：加工图示零件，编制从右端加工到20圆柱面的精加工程序，材料为铝。在后刀架数控车床加工。,4、数控编程实例,63,O0102 T0101M03 S500G00 X35.Z2.G42 G00 X0.G01 Z0.F0.5G03 X10.392.Z-9.R6.G01 X14.Z-15.Z-20.,4、数控编程实例,64,4、数控编程实例,G02 X18.Z-22.R2.G03 X20.Z-23.R1.G01 Z-29.X35.Z20.M02,65,编写2-7 a）图示零件凸台外轮廓的精加工程序，要求：画出工件坐标系，采用刀具半径补偿指令进行编程。,作业 2-7 a）,66,现拟在前刀架数控车床上加工图示零件,外圆64不加工，写出数控精加工加工程序。（刀具编号、进给速度、主轴转速自定）,作业 2-10 a),67,自动编程的主要类型有：数控语言编程（如APT语言）、图形交互式编程（如CAD/CAM软件）、语音式自动编程和实物模型式自动编程等。1）数控语言编程数控语言编程要有数控语言和编译程序。根据零件图样要求用一种编程语言（数控语言）编写零件的源程序（源程序描述零件形状、尺寸、几何元素之间相互关系及进给路线、工艺参数等），相应的编译程序对源程序自动的进行编译、计算、处理，最后得出加工程序。,2.4 自动数控编程,68,2）图形交互式编程图形交互式编程是以计算机绘图为基础的自动编程方法，需要CAD/CAM自动编程软件支持。特点：以工件图形为输入方式，并采用人机对话方式，不需要使用数控语言编制源程序。从加工工件的图形再现、进给轨迹的生成、加工过程的动态模拟，直到生成数控加工程序，都是通过屏幕菜单驱动。具有形象直观、高效及容易掌握等优点。,2.4 自动数控编程,69,3）语音式自动编程语音式自动编程是利用人的声音作为输入信息，并与计算机和显示器直接对话，令计算机编出数控加工程序的一种方法。语音编程系统编程时，编程员只需对着话筒讲出所需指令即可。编程前应使系统“熟悉”编程员的“声音”，即首次使用该系统时，编程员必须对着话筒讲该系统约定的各种词汇和数字，让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字命令。,2.4 自动数控编程,70,4）实物模型式自动编程实物模型式自动编程适用于有模型或实物，而无尺寸的零件加工的程序编制。因此，这种编程方式应具有一台坐标测量机，用于模型或实物的尺寸测量，再由计算机将所测数据进行处理，最后控制输出设备，输出零件加工程序单。这种方法也称为数字化技术自动编程。,2.4 自动数控编程,71,(1)零件的几何建模(2)加工方案与加工参数的合理选择合理选择刀具、刀轴控制方式、走刀路线和进给速度等(3)刀具轨迹生成(4)数控加工仿真(5)后置处理,生成G代码。,2.4.1 CAM自动编程的内容与步骤,72,常用的自动编程软件有：以色列的 CIMATRON；美国 CNC 软件公司的 Mastercam；美国UGS（Unigraphics Solutious）公司的UG（Unigraphics）；我国北航海尔的 CAXA 制造工程师 XP。,2.4.2 常用的自动编程软件,73,应用CAXA制造工程师实现自动编程实例1.冷轧辊的造型与自动编程可乐瓶底的造型与编程平面凸轮的造型与加工程序及零件实物,2.4.3 自动数控编程实例,74,立式铣床的坐标系,75,Z,X,Y,后刀架车床的坐标系,76,卧式镗铣床的坐标系,77,数控铣削加工中心的坐标系,78,刀具半径补偿,79,编写2-7 a）图示零件凸台外轮廓的精加工程序，要求：画出工件坐标系，采用刀具半径补偿指令进行编程。,作业 2-7 a）,80,现拟在前刀架数控车床上加工图示的机械零件（带锥柄的单球手柄），写出零件的精加工数控加工程序。（刀具编号、进给速度、主轴转速自定）,作业,