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1、数 控 技 术,胡天亮 博士 讲师 山东大学数控技术研究中心 办公地点：千佛山校区主楼916 办公电话：92700-1 Email: Cell: 15806627686,第二章 数控加工程序的编制,内容提要 本章将简要介绍数控加工工艺和典型数控加工方法、手工加工程序编制（G,M代码）的方法及编程实例,第一节 概述,程序编制的基本概念 从零件图纸到数控加工指令的有序排列（制成控制介质）的全过程。 将零件加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、s、t)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单
2、的信息变成控制介质的整个过程。,第一节 概述,编程方法：手工编程和自动编程 手工编程 定义：整个编程过程由人工完成。 对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 适用： 几何形状不太复杂的零件 三坐标联动以下加工程序,第一节 概述,编程方法：手工编程和自动编程 自动编程： 定义：编程人员根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。 适用 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（如非圆曲线轮廓的计算）,
3、第一节 概述,比较 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2030%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！但手工编程是学习自动编程基础！,手工编程的内容和步骤,图纸工艺分析：在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上， 明确加工内容及要求； 确定加工机床、刀具与夹具； 确定零件加工的工艺线路、工步顺序； 切削用量（f、s、t）等工艺参数。,手工编程的内容和步骤,计算运动轨迹数学处理 根据图纸尺寸及工艺线路的要求： 选定工件坐标系 计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值坐标计算，逼近处理，精度验算；
4、将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。,手工编程的内容和步骤,编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。,手工编程的内容和步骤,制备控制介质 将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息 若程序较简单，也可直接通过键盘输入。,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,手工编程的内容和步骤,程序的校验和试切 所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，
5、才能用于正式加工。 如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,手工编程的内容和步骤,常用的校验和试切方法： 阅读法 模拟法 检查程序的正确性 平面轮廓 用笔代刀具坐标纸代工件 空运转绘图 空间曲面 用蜡块、塑料、木料或价格低的材料作工件试切。 图形仿真 用计算机平面或三维图形仿真加工过程,手工编程的内容和步骤,常用的校验和试切方法： 试切法：检查运动轨迹正确性和加工精度 上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精
6、度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止,数控加工工艺简介和数控加工方法,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： 选择合适的对刀点 对刀点（起刀点） ：确定刀具与工件相对位置的点。是确定工件坐标系与机床坐标系的关系的点。 对刀点 可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。 对刀点 确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。,数控加工工艺简介和数控加工方法,Y,Z,35,对刀点选择示例,数控加工工艺简介和数控加工方法,XY平面上孔中心或圆柱面轴心：
7、对刀点的确定工具杠杆表,数控加工工艺简介和数控加工方法,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。,镗刀,钻头,立铣刀、端铣刀,面铣刀,指状铣刀,球头铣刀,车刀,数控加工工艺简介和数控加工方法,对刀： 就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作,Y,Z,35,30,工件对刀示意图,刀具,夹具,垫板,螺栓,工件,螺帽,数控加工工艺简介和数控加工方法,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。 选在对刀方便，便于测量的地方。 选在便于坐标计算的地方，最好在坐标原点或已知坐标值的点上。 加工中心为防止换刀与工件相碰，换刀点应选在工件之外,数控加工工艺简介和数控
8、加工方法,加工线路的确定,加工线路加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。 孔类加工（钻孔、镗孔） 原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减 少空行程：,n 个,),)(,1,),1,(,2,b,a,n,a,n,b,+,-,=,-,+,=,（,黄线长,红线长,b,a,+切入/出段,+切入/出段,加工线路的确定,车削或铣削： 原则： 尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于 切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。,切向切入,径向切入,加工线路的确定,空间曲面的加工,图用棒铣刀加工，粗超度小，但工件长时无法加工；图(a)、(b)用球头铣刀加工，有残余刀痕，粗超度大。,加工线路的确定,加
9、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。,程序编制中的误差,数控机床上加工零件的误差分类： 加工过程的误差：它是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床刀具夹具毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。 编程误差：即用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的误差。,程序编制中的误差,编程误差 a 算法误差：为用近似算法逼近零件轮廓时产生的误差（一次逼近误差、拟合误差）如用直线或圆弧去逼 近某曲线时或用近似方程式去拟
10、合列表曲线时的误差。 b计算误差：插补算出的线段与理论线段之间的误差，它与在计算时所取的字节长度有关。 c圆整误差：它是插补输出时，由于分辨率的限制，将其圆整而产生的误差。它与数控系统的分辨率有关。,程序编制中的误差,三种误差的关系如图所示：,a,b,c,Y,X,算法误差,计算误差,圆整误差,原则： Sp 应小于零件精度的10%,数控加工方法,平面孔系零件的加工方法 对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工,数控加工方法,旋转体类零件的加工方法 采用数控车床或数控磨床加工 车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。,先用直线
11、程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工,可先按图中的方法进行14次粗加工，再精加工成形。,数控加工方法,旋转体类零件的加工方法 难加工部位的工艺问题： 图(c) 圆圈所示的加工部位较难加工。 图(c) 方法：当处在轴向进刀时，切削力会陡增而且排 屑不畅，极易引起崩刃。 图(c)方法：由于没有单独的轴向进刀，切削条件大为改善，切程序段数可减少一半。,C,数控加工方法,平面轮廓零件的加工方法 采用数控铣床加工。 为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段，若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。,数控加工方法,空间轮廓表面的加工方法 空间轮廓表面的加工可根据以
12、下要求，有不同的加工方法 曲面形状 机床功能 刀具形状 零件的精度要求,数控加工方法,空间轮廓表面的加工方法 三轴两联动加工-“行切法”。 以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给（2轴半）。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。 该方法加工的表面光洁度较差。,数控加工方法,空间轮廓表面的加工方法 三轴联动加工 图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近 因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工 由于编程计算复杂，宜采用自动编程,数控加工方法,空间轮廓表面的加工方法
13、 四轴联动加工方法 如图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三座标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。除了三移动坐标的联动外，刀具还应绕O1O2作摆动以保证刀具与工件全长贴合。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。,数控加工方法,空间轮廓表面的加工方法 五轴联动加工：螺旋桨是典型零件 一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角摆动运动。并且还要作相应的附加补偿运动（摆动中心与铣刀的刀位点不重合）。 综上所述，叶面的
14、加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动 这种编程只能采用自动编程系统。,第二节 程序编制的代码及格式,经过多年的发展，程序用代码已标准化 现在有ISO（International Standardization OrganizationISO6983）和EIA （Electronic Industries Association）两种。 国内标准JB3208-83. 美国标准为RS274D.,代码及其分类,定义 系统操作指令的总称，又称指令或编程指令。 它由文字、数字、符号以及它们的组合组成 它是程序的最小功能单元。,代码及其分类,代码或指令分类 G指令 准备功能 功能：规定机床运动线型、坐标
15、系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。 组成：G后带二位数字组成，共有100种（G00G99）。有模态（续效）指令与非模态指令之分。 示例：G01，G03，G41，G91，G模态（续效）指令：这种代码一经在一个程序段中指定，便保持到以后的程序段中出现同组的另一代码时才失效。,G代码 模态（续效）分组： (a组) = G0-G3, G6, G33, G34, G35 运动 (c组)= G17, G18, G19 平面选择 (d组)= G40-G52, G68,G69 刀具补偿与偏置 (e组)G80-G89固定循环canned cycles (f组)G53-G59坐标系统选择 (h组)G60-G62 定位方式 (I组)G95,G96主轴速度模式 (j组) = G90, G91距离模式 (k组)G93-G95进给速度模式,代码及其分类,代码或指令分类 M指令 辅助功能 功能：控制机床及其辅助装置的通断的指令。如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等 组成：M后带二位数字组成，共有100种（M00M99）。有模态（续效）指令与非模态指令之分。 示例：M02，M03，M08等,代码及其分类,M代码模态（续效）分组： grou
