数控技术教学课件-数控课件.ppt

概 述,一、程序编制的基本概念,从零件图的分析到制成控制介质的全过程就是数控加工程序编制的过程。手工编程自动编程,二、手工编程的内容和步骤,1.图纸工艺分析；2.计算运动轨迹（零件轮廓和刀具轨迹）；3.编制程序及初步校验；4.制备控制介质；5.程序的校验和试切（阅读法、静/动态模拟和试切）。,手工编程的内容,编程的基础知识,一、数控加工程序的结构 1.程序的组成：%0001；程序名 N01 G92 X50.0 Y20.0；N02；N03；程序体 N04；N05；N06 M02；程序结束,2.程序段格式,字地址程序段格式,编程的基础知识,零件加工程序主要是由一个个程序段构成的，程序段又是由程序字构成的。程序字可分为尺寸字和功能字。各种功能字是程序段的主要组成部分，功能字又称为功能指令或功能代码。,3.主程序和子程序,编程的基础知识,统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给 维修和使用带来极大的方便。,二、数控机床的坐标系,二、数控机床的坐标系,1.坐标轴的方向及其命名,坐标轴指具有位移控制和速度控制功能的运动轴。,标准(基本)坐标系：是一个右手笛卡儿坐标系统。,坐标轴的方向及其命名,附加坐标轴：平行于标准坐标系中相应坐标轴的进给轴，称为附加坐标轴。,坐标轴的方向及其命名,两个原则：刀具相对于工件运动；以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。,坐标轴的方向及其命名,2.机床坐标轴的确定方法,Z 坐标（轴）：平行于主轴轴线；垂直于工件装夹面。,X 坐标（轴）：为水平方向，且垂直于z轴并平行于工件的装夹面。,2.机床坐标轴的确定方法,Y坐标（轴）：按右手定则确定Y坐标的正方向。,A、B、C坐标：按右手螺旋定则来确定A、B、C坐标的正方向。,2.机床坐标轴的确定方法,右手定则：大拇指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z 至X，拇指所指的方向为+。,2.机床坐标轴的确定方法,3机床坐标系与工件坐标系,编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。,（1）机床原点 机床坐标系的零点。是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。（2）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。,1）机床原点与机床坐标系,2）工件原点与工件坐标系,（1）工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点（也称编程原点）。（2）工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。现代数控机床均可设置多个工件坐标系，在加工时通过G指令进行切换。（3）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。,2）工件原点与工件坐标系,2）工件原点与工件坐标系,3）机床坐标系与工件坐标系的关系,4绝对坐标编程和相对坐标编程,1）绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式。2）相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。,5.分辨率（Resolution）,分辨率是数控机床很重要的技术指标，它是指数控系统可以控制的最小位移量。也称为最小编程单位、最小位移量、最小设定单位、最小指令增量、脉冲当量（常在步进电机的数控系统中使用，其含义是对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量）。,三、程序编制的代码及类型,经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO和EIA代码两种。1、代码的定义 代码是系统操作指令的总称，又称指令或编程指令。它由字母与后带的数字、符号以及它们的组合组成，如N03、G01、M03、X300、F250等。它是程序的最小功能单元。其中字母也称地址符，它决定指令的类型。,2、主要编程指令类型介绍,1）G指令 准备功能 规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。由G后带二位数字组成。,模态指令（续效指令）：该指令一旦在某程序段中被使用，将一直保持有效到被同组的其它指令取代（或注销）、或整个程序结束为止。非模态指令（非续效指令）：该指令仅在使用它的某程序段中有效，若需继续使用该功能则必须在后续的程序段中重新指定。,2）M指令 辅助功能,控制机床及其辅助装置的通断（如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等）的指令。由M后带二位数字组成，共有100种（M00M99）。如M02，M03，M08等。也有模态（续效）指令与非模态指令之分。,2、主要编程指令类型介绍,3）F、S、T、D指令 F 指令 指定（合成）进给速度指令 组成：F后带若干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际的合成速度值。它是模态指令。单位：mm/min（米制）或 in/min（英制）。视用户选定的编程单位而定，若为公制单位则上述两个指令分别表示：F=150mm/min；F=3500mm/min。,2、主要编程指令类型介绍,S 指令（切削速度）：指定主轴转速指令 组成：S 后带若干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令。单位：r/min。上述两个指令分别表示主轴转速：500r/min；3500r/min。,2、主要编程指令类型介绍,2、主要编程指令类型介绍,T、D 指令 指定刀具号和刀具长度、半径存放寄存器号指令组成：T、D 后跟两位数字，如 T11、D02等。其中数字分别表示存放在库中的刀具号和刀具长度、半径补偿寄存器号。上述两个指令分别表示后续加工将选择刀库中11号刀具和采用D02寄存器中的数值进行补偿。,常用指令编程方法与举例,ISO 1056-1975E 标准中规定了一些通用性很强的G代码的功能，还有许多功能都未规定，这些未规定的代码是为数控系统、数控机床生产厂家预留的，不同的生产厂家一般都有自定义的代码和编程规则。因此，在编程前必须认真阅读随机技术文件中有关编程说明，这样才能编制出正确的程序。,一、与坐标系有关的指令,1.G90/G91指令：G90指令：表示程序中的编程尺寸值是在某个坐标系下按 其绝对坐标给定的。G91指令：表示编程尺寸值是相对于本段的起点，即编程 尺寸值是本程序段各轴的移动增量，故G91又称增量坐标指令。,例：下图所示为AB和BC两个直线插补程序段的运动方向及坐标值。现假定AB已加工完毕，要加工BC段，刀具在B点，则该加工程序段为：,G90方式：G90 G01 X30 Y40；G91方式：G91 G01 X-50 Y-30；,（注意一些车削系统的特定要求）,一、与坐标系有关的指令,2.G92指令,坐标系设定的预置寄存指令，它只有在采用绝对坐标编程时才有意义。编程格式：G92 X a Y b Z c；（a、b、c为当前刀位点在所设工件坐标系中的坐标值）对应图中建立工件坐标系的程序段为：G92 X0 Y0 Z35；,一、与坐标系有关的指令,3.G53,G54G59指令（坐标系选择指令）,G53选择机床坐标系；G54G59选择工件坐标系1工件坐标系6。这些不是所有数控机床都具有的，有的只是其中几个。该指令本身不使机床产生运动，但是在使用该指令后，其后的编程尺寸都是相对于这些指令选定的坐标系的。这类指令只在绝对坐标编程G90下有意义，在G91下无效。这组指令是续效指令，缺省值是G53。,一、与坐标系有关的指令,一、与坐标系有关的指令,4.G17,G18,G19指令,坐标平面选择指令：G17、G18、G19 分别表示规定的操作在XY，ZX，YZ坐标平面内。缺省值为G17。,一、与坐标系有关的指令,二、与控制方式有关的指令,1.G00指令快速定位指令 编程格式：G00 X a Y b Z c；功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的快进速度，快速移动到程序段所指令的下一个定位点（a、b、c）。注意：G00的运动轨迹不一定是直线，若不注意则容易干涉。该指令不用指定运行速度F。,二、与控制方式有关的指令,2.G01指令直线插补指令,编程格式：G01 X a Y b Z c F f；功能：指令多坐标（2、3坐标）以联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度f，使刀具相对于工件按直线方式，由当前位置移动到程序段中规定的位置（a、b、c）。注意：(1)G01程序段中必须含有进给速度F指令，否则机床不动作。(2)G01和F指令均为续效指令。,二、与控制方式有关的指令,例：实现图1.24中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：,绝对方式编程：G17 G90 G01 X10 Y10 F100增量方式编程：G91 G01 X-10 Y-20 F100,二、与控制方式有关的指令,3.G02,G03指令圆弧插补指令,编程格式:G17 G02(G03)X a Y b R r(I i J j)F f；G18/G19？,二、与控制方式有关的指令,例：当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：G02 X321.65 Y280 I40 J140 F50 或 G02 X321.65 Y280 R-145.6 F50,当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为?,二、与控制方式有关的指令,4.G04暂停指令,编程格式：G04 X_ 或 G04 F_ 功能：可使刀具作短时的无进给运动。用途：用于车削环槽、锪平面、钻孔等光整加工；用作时间匹配。G04 为非续效指令。,二、与控制方式有关的指令,5.刀具补偿指令,1）G40 G41 G42指令刀具半径补偿指令,二、与控制方式有关的指令,编程格式：G01(G02、G03)G41 D_X_Y_；左刀补，G01(G02、G03)G42 D_X_Y_；右刀补，G01(G02、G03)G40 X_Y_；刀具半径补偿注销。其中：D偏置值寄存器选用指令。,二、与控制方式有关的指令,动画演示建立刀补,二、与控制方式有关的指令,动画演示撤消刀补,二、与控制方式有关的指令,刀具半径补偿的应用,二、与控制方式有关的指令,2）G40 G43 G44指令刀具长度补偿指令,6.G80、G81G89固定循环指令,动画演示深孔循环,G80取消固定循环 G81钻孔、中心G82扩孔 G83深孔G84攻丝 G85G89镗孔 这组指令是同组模态指令，缺省值是G80。,固定循环指令一般随机床的种类、型号、生产厂家等而变，是不通用的。,动画演示复合粗车循环,常用的M指令,2）M02、M30程序结束 M30还使运行程序返回起始点。,辅助功能也称为M指令。这类指令主要用于机床加工操作时的一些关断性质的工艺指令。,1）M01计划停止 在 在操作面板上“任选停止”有效时，执行M01指令，主轴停转、进给停止、冷却液关断、程序停止执行。若“任选停止”处于无效状态时，M01指令不起作用。利用启动按钮才能再次自动运转，继续执行下一个程序段。,3）M03、M04、M05分别为主轴顺时针旋转、主轴逆时针旋转、主轴停转。,4）M06换刀 该指令用于数控机床的自动换刀或 显示待换刀号。,5）M07、M08、M09分别为1号（液状）冷却液开、2号（雾状）冷却液开、冷却液关。,6）M10，M11夹紧，松开 用于机床滑座，工件，夹具，主轴等的夹紧或夹开。,常用的M指令,7）M19主轴定向停止 该指令使主轴停止在预定的角度位置上。它主要用于镗孔时，镗刀穿过小孔镗大孔，反镗孔和精镗孔退刀不划伤已加工表面。8）M98，M99子程序调用指令 M98指令用于从主程序调用子程序，M99指令为子程序结束符，用于从子程序返回主程序。当然，不同系统其指令及使用方法是不一样的，在应用时应注意区别。,常用的M指令,数控编程的工艺处理,数控加工过程是在加工程序的控制下自动进行的，而数控工艺分析是加工程序编制的重要组成部分，因此，数控加工与普通加工的工艺处理虽然基本相同，但有它的特点。一般说来，数控加工的工序内容要比普通加工内容复杂得多。许多在传统加工中由操作者灵活掌握随时调整的事，在数控加工中必须是事先选定和安排好的事情，另外，数控工艺分析中还会涉及到坐标系、一些“点”（如：对刀点、换刀点、原点等）的选择，而工艺路线、刀具以及切削参数等的选择也有区别与传统的工艺。,数控编程的工艺处理,1）平面孔系零件的加工方法：这类零件的孔通常都有形状精度和位置精度（由数控机床保证）、尺寸精度（由刀具尺寸和数控机床精度保证）的要求较高的零件，采用数控钻床或数控铣床、加工中心中的镗削功能加工。,1.数控加工方法,2）旋转体类零件的加工方法 对旋转体类零件采用数控车床或数控磨床加工。在车削零件时，毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在规划其加工方案时，应重点考虑合理选择粗车的加工线路。,3)平面轮廓零件的加工方法这类零件常用铣床加工。在编程时则应注意，为保证加工平滑，在加工线路中应增加切入和切出程序段。若加工的轮廓曲线是数控机床所不具备插补功能的曲线时，怎么办？,数控编程的工艺处理,4)曲面类零件的加工方法这类零件常用铣床加工。,（1）两轴半联动加工,（2）三轴联动加工,回珠器三轴联动加工示意图,数控编程的工艺处理,动画演示三轴联动环切曲面,数控编程的工艺处理,（3）四轴联动加工方法,飞机大梁四轴联动加工示意图,数控编程的工艺处理,（4）五轴联动加工,五轴联动加工示意图,螺旋桨类零件,数控编程的工艺处理,2.数控加工的工艺分析,数控机床加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还必须注意以下几点：1）选择合适的对刀点（确定刀具与工件相对位置的点）,数控编程的工艺处理,（2）刀位点（用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点）,数控编程的工艺处理,（3）对刀,就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。该操作是工件加工前必需的步骤。,数控编程的工艺处理,为什么要对刀？,明确机床坐标系和工件坐标系之间的关系。,怎么对刀？,对刀的方法,相对位置检测对刀,手动对刀是基本对刀方法，但它还是没跳出传统车床的“试切-测量-调整”的对刀模式，占用较多的在机床上时间。,对刀的方法,机外对刀仪对刀,机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。,对刀的方法,自动对刀,自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。,对刀的方法,（4）选择对刀点的原则 选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上，以保证工件的加工精度。选在对刀方便，便于测量的地方，以保证对刀的准确性。选在便于坐标计算的地方，以简化和方便加工程序的编制。,实例,2）确定合适的加工线路,加工线路是指加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹。对于不同的加工方法，有不同的考虑原则。（1）孔类加工：对位精度要求较高的孔，应该考虑采用单边定位的方法；另外，在满足精度要求的前提下，尽可能使运动路线总和为最短。,数控编程的工艺处理,数控编程的工艺处理,（2）车削或铣削 在采用这类加工工艺时，首先其加工线路的切向切入（出）段，应尽量从切向切入（出），以避免由于径向切入（出）时，刀具改变方向时速度的减慢，造成该处零件表面加工质量的降低。另外，设计的加工线路应考虑尽量减少程序段，应有利于工艺处理。在铣削带岛槽型零件时，为了避免刀具多次嵌入式切入，应正确选择加工路线。,数控编程的工艺处理,数控编程的工艺处理,（3）空间曲面的加工对空间曲面的加工除考虑尽量减少加工线路外，还应考虑加工方法对零件表面粗糙度的影响以及加工过程中零件的受力变形对加工精度的影响。,数控编程的工艺处理,（4）加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率；保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；保证零件的工艺要求；利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。,4）合理选择工件的装夹方法,在选用或设计夹具时应当遵循以下原则：(1)尽量选用组合夹具，可调整夹具等标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具。(2)工件的装卸要快速、方便、可靠。常采用气动、液压夹具，以减少机床的停机时间。(3)零件上的加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工。,数控编程的工艺处理,5）合理选择刀具和切削用量,合理选用刀具是数控加工工艺的重要内容。它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。,编制程序时，常需要预先规定好刀具的结构尺寸和调整尺寸。在刀具安装到机床上之前，应根据编程时确定的参数，在机床外的预调整装置中调整到所需要的尺寸。,数控编程的工艺处理,数 控 刀 具 卡 片,切削用量包括主轴转速(切削速度)、切削深度、进给速度(进给量)、切削宽度等。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序中。合理选择切削用量的原则是：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。具体数值应根据机床说明书，切削用量手册，并结合实际经验而定。,数控编程的工艺处理,车削加工的切削速度(m/min),5）合理编制工艺文件,数控加工工艺文件既是数控加工、产品验收的依据，也是操作者要遵守、执行的规范。同时也是产品零件重复生产在技术上的工艺资料积累和储备。加工工艺是否先进、合理，将在很大程度上决定加工质量的优劣。数控加工工艺文件主要有工序卡、刀具调整单、机床调整单、零件的加工程序单等。,数控编程的工艺处理,数控编程任务书,工件安装和原点设定卡片,数控加工工序卡片,数控加工走刀路线图,数 控 刀 具 卡片,3.程序编制中的数学处理,根据被加工零件图样，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算数控系统所需要输入的数据，称为数学处理。数学处理一般包括两个内容：根据零件图样给出的形状，尺寸和公差等直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等），计算出编程时所需要的有关各点（基点和节点）的坐标值；当按照零件图样给出的条件不能直接计算出编程所需的坐标，也不能按零件给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义时，就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学处理或改动，才可以进行各点的坐标计算和编程工作。,1）选择编程原点,从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。,车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心。Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。,铣削零件的编程原点，X、Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上，对于有对称部分的工件，可以选在对称面上，以便用镜像等指令来简化编程。,Z向的编程原点，习惯选在工件上表面，这样当刀具切入工件后Z向尺寸字均为负值，以便于检查程序。,1）选择编程原点,2）基点的计算,图示零件中，A、B、C、D、E为基点。A、B、D、E的坐标值从图中很容易找出,C点是直线与圆弧切点，要联立方程求解。,3）非圆曲线数学处理的基本过程,数控系统一般只能作直线插补和圆弧插补的切削运动。如果工件轮廓是非圆曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要通过一定的数学处理。数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线交点称为节点。,例如，对右图所示的曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。,在编程时，首先要计算出节点的坐标。根据逼近的线型不同，有等间距法、等弦长法和等误差法几种直线逼近方法和单圆弧法、双圆弧法以及三点作图法等圆弧逼近方法。节点的计算一般都比较复杂，靠手工计算已很难胜任，必须借助计算机辅助处理。求得各节点后，就可按相邻两节点间的直线或者圆弧来编写加工程序。,3）非圆曲线数学处理的基本过程,如果已知允许的编程逼近误差，则可以用弦高差法求出各点弦长L1，L2，L3等。允许弦长l 可由下式求出：式中：l=AB 弦长，mn 允许逼近误差，曲线A点处的曲率半径。,对于曲面加工，当用行切法加工时，还应正确选取行距，以保证加工表面的粗糙度要求。如图中采用球头刀加工曲面F，刀具01从点A 移动行距AB到02的点B 时，称为行距 S，产生残留区域，其高度为H。假定曲面在A点处的曲率半径(OA)，球头刀的半径为r,则可根据允许的残留高度H，求出编程中的加工行距的允许值S，计算公式如下：,数控编程的工艺处理,