第二部分数控机床加工程序的编制基础

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1、第二章 数控机床加工程序编制基础 主讲 辜良瑶 2 1 概述 2 2 数控编程的基础 2 3 数控编程的指令代码 2 4 数控编程的数学处理 2 5 手动编程 编程举例 在编制数控加工程序前 应首先了解 数控程序编制的主 要工作内容 程序编制的工作步骤 每一步应遵循的工作 原则等 最终才能获得满足要求的数控程序 2 1 概述 OX Y A D C B 12 28 1042 0001 N01 G92 X0 Y0 N10 G90 G00 X10 Y12 S600 M03 N20 G01 X10 Y28 F100 N30 G01 X42 Y28 N40 G01 X42 Y12 N50 G01 X10

2、 Y12 N60 G00 X0 Y0 N70 M30 一 数控程序编编制的定义义 编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作 理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的 合格零件 还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分 的发挥 使数控机床能安全 可靠 高效的工作 将零件的工艺过程 工艺参数 刀具位移量及 方向以及其它辅助动作 换刀 变速 冷却 夹紧等 按运动顺序用数控机床规定的指令代码和程序 格式编成加工程序 再将程序通过传输介质 输出给数控装置 从而指挥数控机床加工的过程叫数控编程 编写 工艺分析 对程序的处理 二 数控程序编编制的内容及步骤骤 数控编程是指从零件图纸到获得

3、数控加工程序的全部工作 过程 编程工作主要包括 1 分析零件图样和制定工艺方案 工艺处理 2 数学处理 3 编写零件加工程序 4 程序检验 返回 三 数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种 手工编制程 序和自动编制程序 1 手工编程 手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的 工作 2 计算机自 动编程 自动编程是 指在编程过程 中 除了分析零 件图样和制定 工艺方案由人工 进行外 其余工 作均由计算机 辅助完成 采用计算机自动编程时 数学处理 编写程序 检验程 序等工作是由计算机自动完成的 并可自动绘制出刀具中心 运动轨迹 使编程人员可及时检查程序是否正确 需要时可 及时修

4、改 由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁 琐的数值计算 可提高编程效率几十倍乃至上百倍 因此解 决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题 I 采用基于APT语言的自动编程 II 采用计算机高级语言进行辅助编程 III 采用CAD CAM集成系统进行数控编程 Pro E UG Ideas MasterCAM CAXAPro E UG Ideas MasterCAM CAXA ISO标准机床坐标系 采用右手笛卡尔直角坐标系 其中 X Y Z坐标轴的相互关系如下 2 2 数控编程的基础 2 2 1 坐标标系 1 伸出右手的大拇指 食指和中指 并 互为90 则大拇指代表X坐标 食指代 表Y坐

5、标 中指代表Z坐标 2 大拇指的指向为X坐标的正方向 食指 的指向为Y坐标的正方向 中指的指向为 Z坐标的正方向 1 机床坐标系的规定 一 机床坐标标系 3 围绕X Y Z坐标旋转的旋转坐标分别用A B C 表示 根据右手螺旋定则 大拇指的指向为X Y Z坐标 中任意轴的正向 则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A B C的正向 坐标轴 1 Z坐标 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的 即平行于主轴轴线 的坐标轴即为Z坐标 Z坐标的正向为刀具离开工件的方向 对于对于刀具旋转的刀具旋转的机床 如铣床 钻床 镗床等 平行机床 如铣床 钻床 镗床等 平行 于旋转刀具轴线的坐标为于旋转刀具轴线的

6、坐标为Z Z坐标坐标 对于对于工件旋转的工件旋转的机床 如车床 外圆磨床等 机床 如车床 外圆磨床等 则平行于工件轴线的坐标为则平行于工件轴线的坐标为Z Z坐标坐标 没有没有主轴的机床主轴的机床 则规定垂直于工件装夹表 则规定垂直于工件装夹表 面的坐标为面的坐标为Z Z坐标 如刨床 坐标 如刨床 如果工件做旋转运动 车床 磨床 则X坐标的方向是 在工件的径向上 刀具离开工 件的方向为X坐标的正方向 2 X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面 一般在水平面内 确定X 轴的方向时 要考虑两种情况 如果刀具做旋转运动 铣床 钻床 则分为两种情况 Z坐标水平时 从刀具主轴后端向工件方向看 向右方向为X 轴

7、的正方向 Z坐标垂直时 面对刀具主轴向立柱方向看 向右方向为X轴的正方向 在数控铣床加工中 一般是刀具不动 只做旋转运动 工件固定在工作台上 工作台移动 即工件运动 在数控车床上 一般是工件装夹在卡盘上做旋转运动 刀具运动 在编程时 我们始终认为 工件静止 而刀具是运动的 这样编 程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情 况下 就可以依据零件图样 确定零件的加工过程 u 机床相对运动的规定 3 Y坐标 Y坐标垂直于X Z坐标 在确定X Z坐标的正方向后 可以用根据X和Z坐标的方向 按照右手直角坐标系来确定Y 坐标的方向 3 机床原点 机床原点是指在机床上设置的一个固定点 即机床坐标 系的原点

8、 它在机床装配 调试时 就已确定下来 是数控机 床进行加工运动的基准参考点 1 数控车床的机床原点 在数控车床上 机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心 线的交点处 2 数控铣床的机床原点 在数控铣床上 机床原点一般设定在X Y Z坐标的正 方向极限位置上 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立 的坐标系 编程坐标系一般供编程使用 确定编程坐标系时不必考 虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置 如下图所示 其中O2 即为编程坐标系原点 二 编编程坐标标系 编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的 编程坐标系的原点 编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上 编程坐标系中各轴的方向应该

9、与所使用的数控机床相应 的坐标轴方向一致 如下图所示为车削零件的编程原点 三 加工坐标标系 加工坐标系是指工件装夹后 用于建立编程坐标系与机床 坐标系之间的关系所定义的虚拟坐标系 主要是确定零件装夹后 相应的编程原点在机床坐标系中 的坐标或者机床原点在编程坐标系中的坐标 例 以下图为例 在配置FANUC OM系统的立式数控铣床上设置编程原点02 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上 设工作台工作面 尺寸为800mm 320mm 若工件装夹在接近工作台中间处 则确定了编程坐 标系的位置 其编程原点02就在距机床原点O1为X3 Y3 Z3处 并且X3 345 72mm Y3 196 22m

10、m Z3 53 16mm 345 72 53 16 1 G54 G59指令 教材P71 G54 G59用于确定编程原点在机床坐标系中的坐标 坐标值在数控机 床的控制面板输入 在多数机床中常称为 零点偏移 如对于上例选定的编程原点O2 如将其坐标值输入G54寄存器 即完成 加工坐标系的设定 X3 345 72mm Y3 196 22mm Z3 53 16mm G54X 345 72 G54Y 196 22 G54Z 53 16 G55X G55Y G55Z G54 G01 X0 Y0 Z70 F200 2 G92指令 教材P72 确定机床原点在编程坐标系中的坐标 程序段格式为 G92 X Y Z

11、 X Y Z为机床原点在编程坐标系中的坐标 如上例中 使用G92的数控代码为 G92 X345 72 Y196 22 Z53 16 G01 X0 Y0 Z70 F200 G92 X25 0 Z350 0 设定加工坐标系为X1O1Z1 G92 X25 0 Z10 0 设定加工坐标系为X2O2Z2 工件坐标系设定 350 10 O2Z1 Z2O1 X1X2 25 一 字与字的功能 1 地址和数字 英文字母及各种字符称为地址 数字0 9 包括小数点 号 称为数字 2 字 在数控加工程序中 字由地址和数字组合而成 字是组 成数控加工程序的最基本的代码 如 X2500 是一个字 X为地址符 数字 250

12、0 为地址 中的内容 2 2 2 数控编编程的程序结结构与格式 3 字的功能 组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义 以下是 以FANUC 0M数控系统的规范为主来介绍的 1 顺序号字N 顺序号又称程序段号或程序段序号 顺序号位于程序段 之首 由顺序号字N和后续数字组成 2 准备功能字G 准备功能字的地址符是G 又称为G功能或G指令 是用 于建立机床或控制系统工作方式的一种指令 3 尺寸字 尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置 第一组 X Y Z U V W 用于确定终点的直线坐标尺 寸 第二组 A B C用于确定终点的角度坐标尺寸 第三组 I J K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸

13、用P指令暂停时间 用R指令圆弧的半径等 4 进给功能字F 进给功能字的地址符是F 又称为F功能或F指令 用于指 定切削的进给速度 对于车床 F可分为每分钟进给 和主轴 每转进给 两种 对于其它数控机床 一般只用每分钟进给 F指令在螺纹切削程序段中常用来指螺纹的导程 5 主轴转速功能字S 主轴转速功能字的地址符是S 又称为S功能或S指令 用 于指定主轴转速 单位为r min 6 刀具功能字T 刀具功能字的地址符是T 又称为T功能或T指令 用于指定 加工时所用刀具的编号 对于数控车床 其后的数字还兼作指 定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用 7 辅助功能字M 辅助功能字的地址符是M 后续数字一般为1 3

14、位正整数 又称为M功能或M指令 用于指定数控机床辅助装置的开关动作 常 用 地 址 符 及 其 含 义 地址符说明 程序号O或P或 程序编号地址 程序段号N程序段顺序编号地址 坐标字 X Y Z直线坐标轴 A B C旋转坐标轴 R圆弧半径 I J K圆弧中心坐标 加工功能G机床动作方式 辅助功能M冷却液开关 主轴转停等 补偿功能H刀具长度补偿 D刀具直径补偿 暂停功能P暂停运行 刀具号T刀库中刀具编号 切削用量F 主轴转速S 4 程序格式 数控机床的加工程序以程序字作为最基本的单位 程序字的集合构 成程序段 程序段的集合又构成了完整的加工程序 注意 有的程序段 程序字 是所有程序中必不可少的

15、有的却是根据需要选择 使用的 O0006 N10 G54 G90 G49 G80 G17 N20 M06 T01 N30 S1000 M03 N40 G00 X0 Y0 M08 N60 G01 Z 6 F100 n 程序以 开始 结束 n O0006称为程序号 n 程序中的每一行称为程序段 以 作为分行标记 n 程序开始标记 程序号 程序段 程序结束标记 是任何加工程序都 必须具备的四个要素 国际标准ISO6983 I 1982和我国的GB8870 88标准 都推荐使用这种字地址程序段格式 并作了具体规定 N G X Y Z F S T M N G X Y Z F S T M 例如 N20 G

16、01 X25 Y 36 Z64 F100 S300 T02 M03 程程 序序 段段 号号 字字 准准 备备 功功 能能 字字 尺尺 寸寸 字字 进进 给给 功功 能能 字字 主主 轴轴 转转 速速 功功 能能 字字 刀刀 具具 功功 能能 字字 辅辅 助助 功功 能能 字字 程程 序序 结结 束束 符符 程序段的一般格式为 教材程序段的一般格式为 教材P66P66 在程序段中 必须明确组成程序段的各要素 怎样的轨迹移动 准备功能字G 移动目标 终点坐标值 X Y Z 进给 速度 进给 功能字F 主轴转 速 主轴转 速功能字S 使用刀具 刀具功能字T 机床辅助动作 辅助功能字M 5 主程序和子程序 子程序号和主程序号格式相同 即用O后缀数字组成 不同点在 程序结束的辅助功能不是M30 而是M99 子程序调用指令有以下三种格式 见教材P66图3 10 1 N10 M98 P0100 2 N10 M98 P0100 L3 3 N10 M98 P60100 调用子程序O0100一次 调用子程序O0100三次 调用子程序O0100六次 2 3 数控编程的指令代码 2 3 1 数控编程常用指令代