數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用清華數(shù)控加工程序的編制

會(huì)計(jì)學(xué)1數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用清華數(shù)控加工程序的編制22.1概述使用普通機(jī)床加工工件時(shí)，一般根據(jù)工藝規(guī)程或工藝過程卡選擇加工表面，但切削用量、走刀路線、工步的選擇等往往由操作者自行決定。而使用數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，要按照事先編好的加工程序自動(dòng)地進(jìn)行加工，操作者無法臨時(shí)改變加工過程。所以，編制數(shù)控機(jī)床的加工程序要比編制普通機(jī)床的加工工藝卡片細(xì)致得多。第1頁/共27頁32.1.1程序編制的目的編制數(shù)控加工程序時(shí)，要把加工工件的工藝過程、運(yùn)動(dòng)軌跡、工藝參數(shù)和輔助操作等信息按一定的格式編制成加工程序，然后通過輸入裝置將控制信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。從分析工件圖紙開始到獲得正確的程序載體為止的全過程，稱為工件加工程序的編制，以下簡(jiǎn)稱為編程。第2頁/共27頁42.1.2程序編制的方法數(shù)控加工程序的編制方法主要有手工編程和自動(dòng)編程兩類。1.手工編程編程的過程全部由人工完成的方法稱為手工編程。對(duì)于點(diǎn)位加工或幾何形狀簡(jiǎn)單的工件，不需要經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算，加工程序段不多，此時(shí)使用手工編程的方法較為合適。但對(duì)于形狀復(fù)雜、工序(或工步)較多的工件，需要進(jìn)行繁瑣的計(jì)算，程序段很多，出錯(cuò)也難以校核，此時(shí)應(yīng)盡可能采用自動(dòng)編程。2.自動(dòng)編程編程的過程全部或部分地由計(jì)算機(jī)來完成的方法稱為自動(dòng)編程。第3頁/共27頁52.1.3編程內(nèi)容與步驟現(xiàn)以手工編程為例來說明編程內(nèi)容與步驟。1.分析并熟悉工件圖紙2.數(shù)值計(jì)算3.編寫加工程序4.試切第4頁/共27頁62.2加工程序段的格式與代碼2.2.1加工程序的構(gòu)成一個(gè)完整的加工程序具有如下形式：%Oxxxxxxxx

%其中大寫英文字母O后面的X表示可接不大于8位的數(shù)字。在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中加工程序按該數(shù)字從小到大的順序排列，超過內(nèi)存的容量時(shí)即自行溢出。第5頁/共27頁72.2.2加工程序的代碼該代碼已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，目前最常用的代碼標(biāo)準(zhǔn)有ISO、ASCII和EIA三種。在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，這三種代碼可以由用戶自行設(shè)定，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。第6頁/共27頁82.2.3加工程序段的格式在工件加工程序中包含加工時(shí)所需要的全部信息。一個(gè)工件加工程序包括若干個(gè)程序段，而程序段中包含每一個(gè)操作所需要的機(jī)械控制的各種信息。1.程序段格式2.文字地址程序段格式中各功能字的說明(1) 程序段序號(hào)N：程序段序號(hào)用來表示程序段的順序。(2) 準(zhǔn)備功能字G：常用的準(zhǔn)備功能指令包括字母G和后續(xù)的2位數(shù)字。(3) 位移功能字X、Y、Z等：位移功能字(尺寸字)是用來給定機(jī)床各坐標(biāo)軸位移的方向和數(shù)值的。(4) 進(jìn)給功能字F：進(jìn)給功能字用來規(guī)定機(jī)床的進(jìn)給速度。常用的表示方法有下列兩種：①每分鐘進(jìn)給量(mm/min)。②每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)。(5) 主軸轉(zhuǎn)速功能字S(6) 刀具交換功能字T(7) 輔助功能字M(8) 程序段結(jié)束(EOB)3.程序段格式的順序第7頁/共27頁92.3數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系2.3.1數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上加工工件時(shí)，工序比較集中，在一次裝夾中要加工工件上的平面、曲面、孔、螺紋等各種表面，刀具和工件具有復(fù)雜的相對(duì)移動(dòng)。因此要在機(jī)床上建立坐標(biāo)系，以便于數(shù)控裝置向各坐標(biāo)軸發(fā)出控制信號(hào)，完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。最常用的是笛卡兒直角坐標(biāo)系，如圖2.1所示。1.坐標(biāo)軸的指定2.坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)方向3.回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)方向第8頁/共27頁102.3.2機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系1.機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的任何人都不能改變的坐標(biāo)系，往往采用那些能夠作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面來作為機(jī)床的換刀點(diǎn)、坐標(biāo)軸的軸心線和坐標(biāo)平面。2.工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系是在編程時(shí)使用，由編程人員在工件上建立的工件坐標(biāo)系。3.機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的關(guān)系在圖2.4中，OM-XMYMZM為機(jī)床坐標(biāo)系，o-xyz為工件坐標(biāo)系。工件安上機(jī)床后，兩個(gè)坐標(biāo)系保持一定的關(guān)系。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中稱為調(diào)整點(diǎn)。也稱對(duì)刀點(diǎn)。選擇對(duì)刀點(diǎn)的原則為：(1)盡可能與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)重合。(2)便于對(duì)刀。(3)便于進(jìn)行各基點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。(4)在加工的過程中，便于觀察。第9頁/共27頁112.4常用準(zhǔn)備功能指令的編程說明功能指令是程序段組成的基本單位，是編制加工程序的基礎(chǔ)。本節(jié)主要討論常用的準(zhǔn)備功能指令的編程方法與應(yīng)用。下面所涉及的指令代碼均依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)。第10頁/共27頁122.4.1與位置有關(guān)的指令1.絕對(duì)坐標(biāo)與增量坐標(biāo)指令——G90、G91在一般的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，為方便計(jì)算和編程，都允許絕對(duì)坐標(biāo)方式和增量坐標(biāo)方式及其混合方式編程。這就必須用G90、G91指令指定坐標(biāo)方式。

2.坐標(biāo)系設(shè)定指令——G92G92指令就是用來建立工件坐標(biāo)系的，它規(guī)定了工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置。就是說它確定了工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)(工件原點(diǎn))在距刀具刀位點(diǎn)起始位置(起刀點(diǎn))多遠(yuǎn)的地方。

3.坐標(biāo)平面選擇指令——G17、G18、G19G17、G18、G19指令分別表示設(shè)定選擇XY、ZX、YZ平面為當(dāng)前工作平面。對(duì)于三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床和加工中心，常用這些指令指定機(jī)床在哪一平面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

4.快速點(diǎn)定位指令——G00該指令是使刀具從當(dāng)前位置以系統(tǒng)設(shè)定的速度快速移動(dòng)到坐標(biāo)系的另一點(diǎn)。它只是快速到位，不進(jìn)行切削加工，一般用作為空行程運(yùn)動(dòng)。第11頁/共27頁132.4.2與插補(bǔ)有關(guān)的指令1.直線插補(bǔ)指令——G0l該指令是直線運(yùn)動(dòng)控制指令，它命令刀具從當(dāng)前位置以兩坐標(biāo)或三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)方式按指定的F進(jìn)給速度作任意斜率的直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)指定的位置。該指令一般用作輪廓切削。編程格式為：G01X—Y—Z—F—；2.圓弧插補(bǔ)指令——G02、G03這是兩個(gè)圓弧運(yùn)動(dòng)控制指令，它們能實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)加工。G02表示順時(shí)針圓弧(順圓)插補(bǔ)，G03表示逆時(shí)針圓弧(逆圓)插補(bǔ)。第12頁/共27頁142.4.3暫停(延遲)指令暫停(延遲)指令——G04指令可使刀具作短時(shí)間的無進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行光整加工，可用于車槽、鏜平面、锪孔等場(chǎng)合。暫停指令的程序格式為：G04—；其中，符號(hào)表示地址符，常用的地址符有X、U、P等，不同系統(tǒng)有不同的規(guī)定，后面的數(shù)字表示暫停時(shí)間(以秒為單位)，或表示工件轉(zhuǎn)數(shù)，視具體機(jī)床而定。圖2.7為锪孔加工，孔底有粗糙度要求，根據(jù)圖示條件編制加工程序?yàn)椋篘0010G91G01Z-7.0F60；N0020G04X5；(刀具停留5s)N0030G00Z7.0M02；第13頁/共27頁152.4.4刀具補(bǔ)償指令1.刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償指令——G41、G42、G40(1)刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償?shù)母拍?2)刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償指令2.刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令——G43，G44，G49刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令一般用于刀具軸向(Z方向)的補(bǔ)償，它可使刀具在Z方向上的實(shí)際位移大于或小于程序給定值，即：實(shí)際位移量=程序給定值±補(bǔ)償值第14頁/共27頁162.4.5標(biāo)準(zhǔn)固定循環(huán)指令在數(shù)控加工中，一般一個(gè)動(dòng)作就要編制一條加工程序，但在許多情況下，常需重復(fù)一組固定的動(dòng)作。例如，鉆孔時(shí)，往往需要快速接近工件、慢速鉆孔、鉆完后快速退回這三個(gè)固定的動(dòng)作。在G指令中，常用G80~G89作為固定循環(huán)指令。而在有些車床中，常用G33~G35與G76~G79作為固定循環(huán)指令。固定循環(huán)指令一般隨機(jī)床的種類、型號(hào)、生產(chǎn)廠家等而變，是不通用的。本節(jié)介紹了常用的一些G指令的應(yīng)用及編程方法。在具體使用時(shí)，還要特別注意各機(jī)床說明書(編程手冊(cè))中的具體規(guī)定，嚴(yán)格按其規(guī)定使用。第15頁/共27頁172.5數(shù)控銑床與加工中心的編程2.5.1數(shù)控銑床的編程特點(diǎn)(1) 銑削是機(jī)械加工中最常用的方法之一，它包括平面銑削和輪廓銑削。(2) 數(shù)控銑床的數(shù)控裝置具有多種插補(bǔ)方式，一般都具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。(3) 程序編制時(shí)要充分利用數(shù)控銑床齊全的功能，如刀具位置補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償和固定循環(huán)、對(duì)稱加工等功能。(4) 由直線、圓弧組成的平面輪廓銑削的數(shù)學(xué)處理比較簡(jiǎn)單。非圓曲線、空間曲線和曲面的輪廓銑削加工，數(shù)學(xué)處理比較復(fù)雜，一般要采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和自動(dòng)編程。第16頁/共27頁182.5.2數(shù)控銑床編程中的特殊功能指令數(shù)控銑床編程中除了要用到上一章介紹的常用的功能指令外，還要用到一些比較特殊的功能指令，下面選擇部分指令作一簡(jiǎn)單介紹。1.工件坐標(biāo)系設(shè)定指令如圖2.12所示為工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的關(guān)系。2.固定循環(huán)指令(1)孔加工循環(huán)的組成動(dòng)作：如圖2.13所示。(2)孔加工循環(huán)指令格式(3)幾種加工方式的圖示說明(4)孔加工循環(huán)的注意事項(xiàng)第17頁/共27頁192.5.3數(shù)控銑床編程實(shí)例如圖2.18所示的是一蓋板零件，試編制其零件加工程序。該零件的特點(diǎn)是形狀比較簡(jiǎn)單，數(shù)值計(jì)算比較方便?，F(xiàn)按輪廓編程，根據(jù)圖2.18和圖2.19計(jì)算各基點(diǎn)及圓心點(diǎn)坐標(biāo)如下：A(0，0) B(0，40) C(14.96，70) D(43.54，70) E(102，64)F(150，40) G(170，40) H(170，0) O1(70，40) O2(150，100)第18頁/共27頁202.5.4加工中心的編程特點(diǎn)加工中心編程具有以下特點(diǎn)。(1)首先應(yīng)進(jìn)行合理的工藝分析。由于零件加工的工序多，使用的刀具種類多，甚至在一次裝夾下，要完成粗加工、半精加工與精加工。周密合理地安排各工序加工的順序，有利于提高加工精度和生產(chǎn)效率。(2)根據(jù)加工批量等情況，決定采用自動(dòng)換刀還是手工換刀。(3)自動(dòng)換刀要留出足夠的換刀空間。(4)為了提高機(jī)床的利用率，應(yīng)盡量采用刀具機(jī)外預(yù)調(diào)，并將測(cè)量尺寸填寫到刀具卡片中，以便于操作者在運(yùn)行程序前，及時(shí)修改刀具補(bǔ)償參數(shù)。(5)對(duì)于編好的程序，必須進(jìn)行認(rèn)真檢查，并于加工前安排好模擬仿真和試運(yùn)行。(6)盡量把不同工序內(nèi)容的程序，分別安排到不同的子程序中。(7)一般應(yīng)使一把刀具盡可能擔(dān)任較多的表面加工，且進(jìn)給路線設(shè)計(jì)得應(yīng)合理。第19頁/共27頁212.5.5加工中心換刀程序的編制下面就一般情況作一簡(jiǎn)要介紹，具體可參看各機(jī)床說明書。帶有“機(jī)械手——刀庫”的加工中心，其換刀動(dòng)作包括“換刀”和“選刀”兩項(xiàng)內(nèi)容。多數(shù)數(shù)控加工中心機(jī)床換刀時(shí)都規(guī)定“換刀點(diǎn)”的位置，即“定距換刀”，主軸只有運(yùn)動(dòng)到規(guī)定位置時(shí)，機(jī)械手才可以執(zhí)行換刀動(dòng)作。還有的加工中心采用“跟蹤換刀”，即主軸運(yùn)動(dòng)到任意位置時(shí)，機(jī)械手都可以執(zhí)行換刀動(dòng)作。對(duì)于“定距換刀”，在增量坐標(biāo)系中，應(yīng)在換刀程序中書寫主軸到換刀點(diǎn)的坐標(biāo)值；在絕對(duì)坐標(biāo)系中可以不寫。實(shí)際換刀程序的編制，一般包括兩部分內(nèi)容：在程序中首先安排一段“換刀準(zhǔn)備程序”，作用是將第一把刀裝到主軸上，并同時(shí)檢查一下機(jī)床的換刀運(yùn)動(dòng)；然后編寫加工過程中的“選刀”和“換刀”指令。下面是某臺(tái)臥式數(shù)控加工中心加工程序中的“刀具準(zhǔn)備”和“換刀”程序。第20頁/共27頁222.6數(shù)控車床加工程序的編制2.6.1數(shù)控車床的編程特點(diǎn)(1)在一個(gè)程序段中，根據(jù)圖樣上標(biāo)注的尺寸，可以采用絕對(duì)值編程、增量值編程或二者混合編程。(2)由于圖樣尺寸和測(cè)量值都是直徑值。故直徑方向用絕對(duì)值編程時(shí)，X以直徑值表示，用增量值編程時(shí)，以徑向?qū)嶋H位移量的二倍值表示。(3)為提高工件的徑向尺寸精度，X向的脈沖當(dāng)量取Z向的一半。(4)由于毛坯常用棒料或鍛料，加工余量較大，所以數(shù)控裝置常具備不同形式的固定循環(huán)功能，可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)切削。(5)編程時(shí)，常認(rèn)為車刀刀尖是一個(gè)點(diǎn)，而實(shí)際上為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量，車刀刀尖常磨成一個(gè)半徑不大的圓弧，因此為提高工件的加工精度，當(dāng)編制圓頭刀程序時(shí)，需要對(duì)刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償。大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具補(bǔ)償功能(G4l、G42)，這類數(shù)控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。對(duì)不具備刀具自動(dòng)補(bǔ)償功能的數(shù)控車床，編程時(shí)，需先計(jì)算補(bǔ)償量。(6)許多數(shù)控車床用X、Z表示絕對(duì)坐標(biāo)指令，用U、W表示增量坐標(biāo)指令。而不用G90、G9l指令。(7)第三坐標(biāo)指令I(lǐng)、K在不同的程序段中作用也不相同。I、K在圓弧切削時(shí)表示圓心相對(duì)圓弧的起點(diǎn)的坐標(biāo)位置。而在有自動(dòng)循環(huán)指令的程序中，I、K坐標(biāo)則用來表示每次循環(huán)的進(jìn)刀量。(8)根據(jù)刀架所在的位置，有的機(jī)床采用左手坐標(biāo)系，有的機(jī)床采用的是右手坐標(biāo)系，當(dāng)采用左手坐標(biāo)系時(shí)，順時(shí)針方向車削圓弧用G03，而逆時(shí)鐘方向用G02。第21頁/共27頁232.6.2編程實(shí)例試編制如圖2.20所示工件的精車加工程序。1.工藝路線2.刀具的布置3.使用的機(jī)床4.車削加工程序5.程序說明第22頁/共27頁242.7自動(dòng)編程系統(tǒng)2.7.1概述自動(dòng)編程系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)軟件、硬件及其外圍設(shè)備，如打印機(jī)、繪圖儀等組成。根據(jù)數(shù)控機(jī)床輸入載體的不同，系統(tǒng)可將加工程序記錄在軟磁盤上，或者通過穿孔機(jī)制成數(shù)控帶。自動(dòng)編程的處理過程如圖2.22所示。1.以“數(shù)控語言”為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程(1) APT自動(dòng)編程系統(tǒng)的思路(2) 信息處理過程2.以“計(jì)算機(jī)繪圖”為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程3.Pro/ENGINEER數(shù)控加工自動(dòng)編程簡(jiǎn)介第23頁/共27頁252.7.2自動(dòng)編程技術(shù)的新進(jìn)展數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快，數(shù)控機(jī)床的使用日益廣泛，要求有功能更加完備，使用更加方便的自動(dòng)編程系統(tǒng)以滿足生產(chǎn)需要。因此，數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的發(fā)展也是很迅速的，各種新型的自動(dòng)編程技術(shù)和編程系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，以下介紹幾種較新的自動(dòng)編程系統(tǒng)。1.在線編程2.實(shí)物編程3.語音編程4.視覺編程第24頁/共27頁262.8習(xí)題(1) 編制數(shù)控機(jī)床加工程序的過程是怎樣的？(2) 數(shù)控加工程序的編制方法有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？(3) 數(shù)控加工的手工編程有什么內(nèi)容？(4) 程序段格式中，下列地址字符表示什么意義？

A、X、F、G、M、S、T、U、Z、N(5) 什么是“字地址程序段格式”，為什么現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)常用這種格式？(6) 試說明下列G代碼的功能：

G00、G01、G02、G03；

G40、G41、G42、G43、G44；

G45、G46、G47、G48；

G80、