數(shù)控銑床編程基本知識

1、第二章數(shù)控銃床編程基本知識第一節(jié)編程基礎知識一、數(shù)控編程1、數(shù)控編程的概念在數(shù)控機床上加工零件，首先要進行程序編制，將零件的加工順序、工件與刀具相對運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度等）以及輔助操作等加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，并將程序單的信息通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置控制機床進行自動加工。從零件圖紙到編制零件加工程序和制作控制介質(zhì)的全部過程稱為數(shù)控程序編制。2、數(shù)控編程的方法（1）手工編程。手工編程時，整個程序的編制過程由人工完成。這就要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備機械加工工藝知識

2、和一定的數(shù)值計算能力。手工編程對簡單零件通常是可以勝任的，但對于一些形狀復雜的零件或空間曲面零件，編程工作量十分巨大,計算繁瑣，花費時間長，而且非常容易出錯。不過，根據(jù)目前生產(chǎn)實際情況，手工編程在相當長的時間內(nèi)還會是一種行之有效的編程方法。手工編程具有很強的技巧性，并有其自身特點和一些應該注意的問題，將在后續(xù)內(nèi)容中予以闡述。（2）自動編程。自動編程是指編程人員只需根據(jù)零件圖樣的要求，按照某個自動編程系統(tǒng)的規(guī)定，編寫一個零件源程序，輸入編程計算機，再由計算機自動進行程序編制，并打印程序清單和制備控制介質(zhì)。自動編程既可以減輕勞動強度，縮短編程時間，又可減少差錯，使編程工作簡便。目前，實際生產(chǎn)中應用

3、較廣泛的自動編程系統(tǒng)由數(shù)控語言編程系統(tǒng)和圖形編程系統(tǒng)。數(shù)控語言編程系統(tǒng)最主要的是美國的APT（AutomaticallyProgianunedTools自動化編程工具），它是一種發(fā)展最早、容量最大、功能全面又成熟的數(shù)控編程語言，能用于點位、連續(xù)控制系統(tǒng)以及25坐標數(shù)控機床，可以加工極為復雜的空間曲面。數(shù)控圖形編程系統(tǒng)是利用圖形輸入裝置直接向計算機輸入被加工零件的圖形，無需再對圖形信息進行轉(zhuǎn)換，人大減少了人為錯誤，比語言編程系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性和廣泛的適應性，提高了編程的效率和質(zhì)量。另外，由于CAD（ComputerAidedDesign）的結(jié)果是圖形，故可利用CAD系統(tǒng)的信息生成NC(Nume

4、ricalControl)程序單。所以，它能實現(xiàn)CAD/CAM(ComputerAidedManufacturing)的集成化。正因為圖形編程的這些優(yōu)點，現(xiàn)在乃至將來一段時間內(nèi)，它是自動編程的發(fā)展方向，必將在自動編程方面占主導地位。目前，生產(chǎn)實際中應用較多的商品化的CAD/CAM系統(tǒng)主要有國外引進的UnigraphicsIIsProZEngineeiCATIA、Solidworks、Mastercam.SDRCLDEAS、DELCANI等，技術較為成熟的國產(chǎn)CAD/CANI系統(tǒng)是北航海爾的CAXAo在機械制造方面，CAD/CAM系統(tǒng)的內(nèi)容一般包含：二維繪圖，三維線架、曲面、實體建模，真實感顯示

5、，特征設計，有限元前后置處理，運動機構(gòu)造型，幾何特性計算,數(shù)控加工和測量編程，工藝過程設計，裝配設計，板金件展引和排樣，加工尺寸精度控制,過程仿真和干涉檢查，工程數(shù)據(jù)管理等。其中，對產(chǎn)品模型進行計算機輔助分析，包括運動學及動力學分析與仿真(Kuiematics&Dynamics)、有限元分析與仿真FEA(FiniteElementAnalysis)、優(yōu)化設計OPT(OPTiinization)稱為計算機輔助工程CAE(ComputerAidedEngineering)。綜上所述，對于幾何形狀不太復雜的零件和點位加工，所需的加工程序不多，計算也較簡單，出錯的機會較少，這時用手工編程還是經(jīng)濟省時的

6、，因此，至今仍廣泛地應用手工編程方法來編制這類零件的加工程序。但是對于復雜曲面零件：幾何元素并不復雜，但程序量很人的零件(如一個零件上有數(shù)個孔)；以及銃削輪廓時.數(shù)控裝置不具備刀具半徑自動偏移功能，而只能按刀具中心軌跡進行編程等情況。由于計算相當繁瑣及程聲量大，手工編程就很難勝任，即使能夠編出來，也耗時長，效率低，易出錯。據(jù)國外統(tǒng)計，用手工編程時,一個零件的編程時間與在機床上實際加工時間之比，平均約為30：lo數(shù)控機床不能開動的原因中有2030%是由于加工程序不能及時編制岀來而造成的，因此，必須要求編程自動化。3、數(shù)控編程的步驟數(shù)控編程的一般步驟如圖1-2所示。數(shù)控機床數(shù)控機床圖2-1數(shù)控編程

7、的步驟（1）分析圖樣、確定加工工藝過程。在確定加工工藝過程時，編程人員要根據(jù)圖樣對工件的形狀、尺寸、技術要求進行分析,然后選擇加工方案、確定加工順序、加工路線、裝卡方式、刀具及切削參數(shù)，同時還要考慮所用數(shù)控機床的指令功能，充分發(fā)揮機床的效能，加工路線要短，要正確選擇對刀點、換刀點，減少換刀次數(shù)。（2）數(shù)值計算。根據(jù)零件圖的幾何尺寸、確定的工藝路線及設定的坐標系，計算零件粗、精加工各運動軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)。對于形狀比較簡單的零件（如直線和圓弧組成的零件）的輪廓加工，需要計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點的坐標值，有的還要計算刀具中心的運動軌跡坐標值。對于形狀比較復雜的

8、零件（如非圓曲線、曲面組成的零件），需要用直線段或圓弧段逼近，根據(jù)要求的精度計算出其節(jié)點坐標值，這種情況一般要用計算機來完成數(shù)值計算的工作。（3）編寫零件加工程序單。加工路線、工藝參數(shù)及刀位數(shù)據(jù)確定以后，編程人員可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的功能指令代碼及程序段格式，逐段編寫加工程序單。此外，還應填寫有關的工藝文件，如數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控刀具卡片、數(shù)控刀具明細表、工件安裝和零點設定卡片、數(shù)控加工程序單等。（4）制備控制介質(zhì)。制備控制介質(zhì)就是把編制好的程序單上的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)（穿孔帶、磁帶、磁盤等）上作為數(shù)控裝置的輸入信息。目前，隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，可直接由計算機通過網(wǎng)絡與機床數(shù)控系統(tǒng)通訊。

9、（5）程序校驗與首件試切。程序單和制備好的控制介質(zhì)必須經(jīng)過校驗和試切才能正式使用。校驗的方法是直接將控制介質(zhì)上的內(nèi)容輸入到數(shù)控裝置中，讓機床空運轉(zhuǎn)，以檢查機床的運動軌跡是否正確。還可以在數(shù)控機床的顯示器上模擬刀具與工件切削過程的方法進行檢驗，但這些方法只能檢驗出運動是否正確，不能查出被加工零件的加工精度。因此有必要進行零件的首件試切。當發(fā)現(xiàn)有加工誤差時，應分析誤差產(chǎn)生的原因，找出問題所在，加以修正。所以作為一名編程人員，不但要熟練數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)的功能及標準，而且還必須是一名好的工藝人員，要熟悉零件的加工工藝、裝夾方法、刀具、切削用量的選擇等方面的知識。4、數(shù)控銃床坐標系規(guī)定數(shù)控機床坐

10、標軸和運動方向，是為了準確地描述機床運動，簡化程序的編制，并使所編程序具有互換性。國際標準化組織目前已經(jīng)統(tǒng)一了標準坐標系，我國也頒布了相應的標準（JB3051-82）,對數(shù)控機床的坐標和運動方向作了明文規(guī)定。（1）數(shù)控銃床坐標系建立的原則1）刀具相對于靜止的工件而運動的原則。2）標準坐標系是一個右手笛卡兒直角坐標系。在圖2-2中，人拇指的方向為X軸的正方向，食指為Y軸的正方向，中指為Z軸正方向。（2）數(shù)控銃床的坐標系1）機床坐標系和機床原點機床坐標系是機床上固有的坐標系。機床坐標系的原點也稱為機床原點或機床零點，在機床經(jīng)過設計制造和調(diào)整后這個原點便被確定下來，它是固定的點。在標準中，規(guī)定平行于

11、機床主軸（傳遞切削力）的刀具運動坐標軸為Z軸，取刀具遠離工件的方向為正方向。如果機床有多個主軸時，則選一個垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸。X軸為水平方向，且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。對于刀具作旋轉(zhuǎn)運動的機床（如銃床、鋰床），當Z軸為水平時，沿刀具主軸后端向工件方向看，向右的方向為X的正方向；如Z軸是垂直的，則從主軸向立柱看時，對于單立柱機床，X軸的正方向指向右邊。上述正方向都是刀具相對工件運動而言。在確定了X、Z軸的正方向后，可按右手直角笛卡兒坐標系確定Y軸的正方向，即在Z-X平面內(nèi)，從+Z轉(zhuǎn)到+X時，右螺旋應沿+Y方向前進。2）工件坐標系工件坐標系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工

12、件上的某一已知點為原點稱編程原點或工件原點。工件坐標系一旦建立便一直有效，直到彼新的工件坐標系所取代。工件坐標系的原點選擇要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件,一般情況下以坐標式尺寸標注的零件，編程原點應選在尺寸標注的基準點；對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點應選在對稱中心線或圓心上；Z軸的程序原點通常選在工件的上表面。二、數(shù)控編程格式及內(nèi)容國際上已形成了兩個通用標準：國際標準化組織(ISO)標準和美國電子工業(yè)學會(EIA)標準。我國根據(jù)ISO標準制定了JB3051-82數(shù)字控制機床坐標和運動方向的命名等國標。由于生產(chǎn)廠家使用標準不完全統(tǒng)一，使用代碼、指令含義也不完全相同

13、，因此需參照機床編程手冊。1、數(shù)控程序的結(jié)構(gòu)一個完整的數(shù)控程序是由程序號、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。例如：程序號程序內(nèi)容00029：程序號程序內(nèi)容N10G15G17G21G40G49G80；N20G91G28Z0：N30T1M6：N40G90G54S500M03；程序結(jié)束N100M30：程序結(jié)束(1)程序號程序號是一個程序必需的標識符。它是由地址符后帶若干位數(shù)字組成。地址符常見的有:y“p“等?？诒綟ANUC系統(tǒng)為9”。后面所帶的數(shù)字一般為48位。如：02000程序體它表示數(shù)控加工要完成的全部動作，是整個程序的核心。它由許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構(gòu)成，程序段以“；”為結(jié)束符

14、。程序結(jié)束它是以程序結(jié)束指令M02或M30,結(jié)束整個程序的運行。2、程序段格式零件的加工程序是由程序段組成。程序段格式是指一個程序段中，字、字符、數(shù)據(jù)的書寫規(guī)則，通常有字一地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式，最常用的為字一地址程序段格式。一個程序段由若干個“字”組成；字則由地址字（字母）和數(shù)值字（數(shù)字及符號）組成。地址字有，N、G、X.Y、Z.I、J、K、P、Q、R、A、B.C、F、S、T、M、L等，后面跟相應的數(shù)值字。表示地址的英文字母的含義見表2-1o地址功能含義地址功能含義A坐標字繞X軸旋轉(zhuǎn)N順序號程序段順序號B坐標字繞Y軸旋轉(zhuǎn)O程序號程序號、子程序的指定C坐標字繞Z

15、軸旋轉(zhuǎn)P暫停時間或程序中某功能的開始使用的順序號D刀具半徑補償號刀具半徑補償指令Q固定循壞終止段號或固定循環(huán)中的定距E第二進給功能R坐標字固定循壞定距離或圓弧半徑的指定F進給速度進給速度指令S主軸功能主軸轉(zhuǎn)速的指令G準備功能動作方式指令T刀具功能刀具編號的指令H刀具長度補償號刀具長度補償指令U坐標字與X軸平行的附加軸增量坐標值I坐標字圓弧中心相對于起點的X軸向坐標V坐標字與Y軸平行的附加軸增量坐標值J坐標字圓弧中心相對于起點的Y軸向坐標W坐標字與Z軸平行的附加軸增量坐標值K坐標字圓弧中心相對于起點的Z軸向坐標X坐標字X軸的絕對坐標值或暫停時間L重復次數(shù)固定循環(huán)及子程序重復次數(shù)Y坐標字Y軸的絕對

16、坐標值M輔助功能機床開/關指令Z坐標字Z軸的絕對坐標值第二節(jié)典型數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼（FANUCOi系統(tǒng)）一、F、S、T功能1、進給速度FF指令用于控制刀具的進給功能。F的單位取決于G94（每分鐘進給量mm/min）或G95（每轉(zhuǎn)進給量mniQ。進給功能有兩種：（1）快速移動當指定定位指令GOO時，刀具以CNC設置的快速移動速度移動，與F無關。（2）切削速度刀具以程序中編制的切削進給速度F移動。F可通過下面公式求得：F=Fz*Z*N其中，F(xiàn)z：每齒進給量Z：齒數(shù)N：主軸轉(zhuǎn)速F指令是模態(tài)指令。當工作在G01、GO2或G03方式卞時，F(xiàn)將一直有效直到被新的F值所取代。借助操作面板上的倍率開關，F(xiàn)可在

17、一定范圍內(nèi)進行倍率調(diào)節(jié)。而當執(zhí)行攻絲循環(huán)G84、螺紋切削G33時倍率開關失效，進給倍率固定在100%。2、主軸功能S主軸功能S控制主軸轉(zhuǎn)速。是由地址碼S和在其后面的若干數(shù)字組成，單位為轉(zhuǎn)/每分鐘（r/niin）：S是模態(tài)指令，S功能只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時有效。主軸轉(zhuǎn)速N可通過下面公式求得：N=1000v/7rd其中，V：切削速度，單位mnrmin。d：刀具直徑，單位mm。（1）恒線速度控制（G96）當數(shù)控機床的主軸為伺服主軸時，可以通過指令G96來設定恒線速度控制。系統(tǒng)執(zhí)行G96指令后，便認為用S指定的數(shù)值表示切削速度。例如G96S200,表示切削速度為200nVnuno（2）主軸轉(zhuǎn)速控制（G

18、97）G97是取消恒線速度控制指令。編程G97后，S指定的數(shù)值表示主軸每分鐘的轉(zhuǎn)速。例如G97S1200,表示主軸轉(zhuǎn)速為1200i7nmio3、刀具功能TT代碼用于選擇刀具，其后的數(shù)值表示選擇的刀具號。T代碼與刀具的關系是由機床制造廠規(guī)定的。在加工中心上執(zhí)行T指令時，刀庫首先轉(zhuǎn)動，選擇所需的刀具，然后等待直到M06指令作用時自動完成換刀。T指令同時調(diào)入刀補寄存器中的刀補值（刀具半徑補長和刀具長度補償）。T指令為非模態(tài)指令，但被調(diào)用的刀補值一直有效到再次換刀調(diào)入新的刀補值。二、數(shù)控系統(tǒng)的準備功能和輔助功能數(shù)控機床的運動是由程序控制的，而準備功能和輔助功能是程序段的基本組成部分。目前國際上廣泛應用

19、的是ISO標準，我國根據(jù)ISO標準制訂了JB3208-83數(shù)控機床的準備功能G和輔助功能的代碼一、準備功能（G功能）使機床做某種操作的指令。用地址G和兩位數(shù)字表示，從G00-G99共100種。數(shù)控銃削及加工中心編程常用準備功能指令，如圖表2-2所示。1、非模態(tài)G功能：只在所規(guī)定的程序段中有效，程序段結(jié)束時被注銷。例：N10G04P10.0：（延時10s）NilG91GOOX-10.0F200：（X負向移動lOnun）注解：N10程序段中G04是非模態(tài)G代碼，不影響Nil程序段的移動。2、模態(tài)G功能：一組可相互注銷的G功能，這些功能一旦被執(zhí)行，則一直有效，直到被同一組的G功能注銷為止。例：N15

20、G91G01X-10.0F200：N16Y10.0：（G91,G01仍然有效）N17G03X20Y20R20：（G03有效,G01無效）表2-2JB3208-83準備功能G代碼指令代碼功能模態(tài)組別指令代碼功能模態(tài)組別G00快速點定位01G41刀具半徑左補償*07G01直線插補01G42刀具半徑右補償*07G02順時針圓弧插補01G43刀具長度正補償*07G03逆時針圓弧插補01G44刀具長度負補償*07G04進給暫停00G49刀具長度補償取消*07G09準確停止G50比例縮放取消G15極坐標指令取消*G51比例縮放G16極坐標指令*G52局部坐標系G17XY平面選擇*02G53機床坐標系G18ZX平面選擇*02G54-G59工件坐標系G19YZ平面選擇*02G68坐標系旋轉(zhuǎn)G20英制輸入*G69坐標系旋轉(zhuǎn)取消G21公制輸入*G73、G74、G76、固定循壞指令G28自動返回原點00G80固定循壞取銷G29從參考點返回00G81-G89固定循壞指令G33螺紋切削*G90絕對指令編程G40刀具半徑補償取銷*07G91增量指令編程G92工件坐標