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

會計學(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概述使用普通機床加工工件時，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)控機床加工時，要按照事先編好的加工程序自動地進行加工，操作者無法臨時改變加工過程。所以，編制數(shù)控機床的加工程序要比編制普通機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，要把加工工件的工藝過程、運動軌跡、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)控機床進行自動加工。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。對于點位加工或幾何形狀簡單的工件，不需要經(jīng)過復(fù)雜的計算，加工程序段不多，此時使用手工編程的方法較為合適。但對于形狀復(fù)雜、工序(或工步)較多的工件，需要進行繁瑣的計算，程序段很多，出錯也難以校核，此時應(yīng)盡可能采用自動編程。2.自動編程編程的過程全部或部分地由計算機來完成的方法稱為自動編程。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。在計算機內(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，計算機可以自動進行轉(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所需要的全部信息。一個工件加工程序包括若干個程序段，而程序段中包含每一個操作所需要的機械控制的各種信息。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N：程序段序號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)是用來給定機床各坐標(biāo)軸位移的方向和數(shù)值的。(4) 進給功能字F：進給功能字用來規(guī)定機床的進給速度。常用的表示方法有下列兩種：①每分鐘進給量(mm/min)。②每轉(zhuǎn)進給量(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)控機床的坐標(biāo)系2.3.1數(shù)控機床的坐標(biāo)軸在現(xiàn)代數(shù)控機床上加工工件時，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)雜的相對移動。因此要在機床上建立坐標(biāo)系，以便于數(shù)控裝置向各坐標(biāo)軸發(fā)出控制信號，完成規(guī)定的運動。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)軸運動方向3.回轉(zhuǎn)運動的回轉(zhuǎn)方向第8頁/共27頁102.3.2機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系1.機床坐標(biāo)系機床坐標(biāo)系是機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、線、面來作為機床的換刀點、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)系是在編程時使用，由編程人員在工件上建立的工件坐標(biāo)系。3.機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的關(guān)系在圖2.4中，OM-XMYMZM為機床坐標(biāo)系，o-xyz為工件坐標(biāo)系。工件安上機床后，兩個坐標(biāo)系保持一定的關(guān)系。工件坐標(biāo)系的原點在機床坐標(biāo)系中稱為調(diào)整點。也稱對刀點。選擇對刀點的原則為：(1)盡可能與設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和檢驗基準(zhǔn)重合。(2)便于對刀。(3)便于進行各基點的坐標(biāo)值計算。(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.絕對坐標(biāo)與增量坐標(biāo)指令——G90、G91在一般的機床數(shù)控系統(tǒng)中，為方便計算和編程，都允許絕對坐標(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)系原點的位置。就是說它確定了工件坐標(biāo)系的原點(工件原點)在距刀具刀位點起始位置(起刀點)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。對于三坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控銑床和加工中心，常用這些指令指定機床在哪一平面進行運動。

4.快速點定位指令——G00該指令是使刀具從當(dāng)前位置以系統(tǒng)設(shè)定的速度快速移動到坐標(biāo)系的另一點。它只是快速到位，不進行切削加工，一般用作為空行程運動。第11頁/共27頁132.4.2與插補有關(guān)的指令1.直線插補指令——G0l該指令是直線運動控制指令，它命令刀具從當(dāng)前位置以兩坐標(biāo)或三坐標(biāo)聯(lián)動方式按指定的F進給速度作任意斜率的直線運動到達指定的位置。該指令一般用作輪廓切削。編程格式為：G01X—Y—Z—F—；2.圓弧插補指令——G02、G03這是兩個圓弧運動控制指令，它們能實現(xiàn)圓弧插補加工。G02表示順時針圓弧(順圓)插補，G03表示逆時針圓弧(逆圓)插補。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間的無進給運動，進行光整加工，可用于車槽、鏜平面、锪孔等場合。暫停指令的程序格式為：G04—；其中，符號表示地址符，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)字表示暫停時間(以秒為單位)，或表示工件轉(zhuǎn)數(shù)，視具體機床而定。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為：N0010G91G01Z-7.0F60；N0020G04X5；(刀具停留5s)N0030G00Z7.0M02；第13頁/共27頁152.4.4刀具補償指令1.刀具半徑自動補償指令——G41、G42、G40(1)刀具半徑自動補償?shù)母拍?2)刀具半徑自動補償指令2.刀具長度補償指令——G43，G44，G49刀具長度補償指令一般用于刀具軸向(Z方向)的補償，它可使刀具在Z方向上的實際位移大于或小于程序給定值，即：實際位移量=程序給定值±補償值第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，一般一個動作就要編制一條加工程序，但在許多情況下，常需重復(fù)一組固定的動作。例如，鉆孔時，往往需要快速接近工件、慢速鉆孔、鉆完后快速退回這三個固定的動作。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)指令一般隨機床的種類、型號、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，還要特別注意各機床說明書(編程手冊)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(1) 銑削是機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方式，一般都具有直線插補和圓弧插補。(3) 程序編制時要充分利用數(shù)控銑床齊全的功能，如刀具位置補償、刀具長度補償、刀具半徑補償和固定循環(huán)、對稱加工等功能。(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，一般要采用計算機輔助計算和自動編程。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)的注意事項第17頁/共27頁192.5.3數(shù)控銑床編程實例如圖2.18所示的是一蓋板零件，試編制其零件加工程序。該零件的特點是形狀比較簡單，數(shù)值計算比較方便?，F(xiàn)按輪廓編程，根據(jù)圖2.18和圖2.19計算各基點及圓心點坐標(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加工中心編程具有以下特點。(1)首先應(yīng)進行合理的工藝分析。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，決定采用自動換刀還是手工換刀。(3)自動換刀要留出足夠的換刀空間。(4)為了提高機床的利用率，應(yīng)盡量采用刀具機外預(yù)調(diào)，并將測量尺寸填寫到刀具卡片中，以便于操作者在運行程序前，及時修改刀具補償參數(shù)。(5)對于編好的程序，必須進行認(rèn)真檢查，并于加工前安排好模擬仿真和試運行。(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，且進給路線設(shè)計得應(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要介紹，具體可參看各機床說明書。帶有“機械手——刀庫”的加工中心，其換刀動作包括“換刀”和“選刀”兩項內(nèi)容。多數(shù)數(shù)控加工中心機床換刀時都規(guī)定“換刀點”的位置，即“定距換刀”，主軸只有運動到規(guī)定位置時，機械手才可以執(zhí)行換刀動作。還有的加工中心采用“跟蹤換刀”，即主軸運動到任意位置時，機械手都可以執(zhí)行換刀動作。對于“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的坐標(biāo)值；在絕對坐標(biāo)系中可以不寫。實際換刀程序的編制，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，并同時檢查一下機床的換刀運動；然后編寫加工過程中的“選刀”和“換刀”指令。下面是某臺臥式數(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(1)在一個程序段中，根據(jù)圖樣上標(biāo)注的尺寸，可以采用絕對值編程、增量值編程或二者混合編程。(2)由于圖樣尺寸和測量值都是直徑值。故直徑方向用絕對值編程時，X以直徑值表示，用增量值編程時，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，可進行多次重復(fù)循環(huán)切削。(5)編程時，常認(rèn)為車刀刀尖是一個點，而實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，需要對刀具半徑進行補償。大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具補償功能(G4l、G42)，這類數(shù)控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。對不具備刀具自動補償功能的數(shù)控車床，編程時，需先計算補償量。(6)許多數(shù)控車床用X、Z表示絕對坐標(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在圓弧切削時表示圓心相對圓弧的起點的坐標(biāo)位置。而在有自動循環(huán)指令的程序中，I、K坐標(biāo)則用來表示每次循環(huán)的進刀量。(8)根據(jù)刀架所在的位置，有的機床采用左手坐標(biāo)系，有的機床采用的是右手坐標(biāo)系，當(dāng)采用左手坐標(biāo)系時，順時針方向車削圓弧用G03，而逆時鐘方向用G02。第21頁/共27頁232.6.2編程實例試編制如圖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.使用的機床4.車削加工程序5.程序說明第22頁/共27頁242.7自動編程系統(tǒng)2.7.1概述自動編程系統(tǒng)由計算機軟件、硬件及其外圍設(shè)備，如打印機、繪圖儀等組成。根據(jù)數(shù)控機床輸入載體的不同，系統(tǒng)可將加工程序記錄在軟磁盤上，或者通過穿孔機制成數(shù)控帶。自動編程的處理過程如圖2.22所示。1.以“數(shù)控語言”為基礎(chǔ)的自動編程(1) APT自動編程系統(tǒng)的思路(2) 信息處理過程2.以“計算機繪圖”為基礎(chǔ)的自動編程3.Pro/ENGINEER數(shù)控加工自動編程簡介第23頁/共27頁252.7.2自動編程技術(shù)的新進展數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快，數(shù)控機床的使用日益廣泛，要求有功能更加完備，使用更加方便的自動編程系統(tǒng)以滿足生產(chǎn)需要。因此，數(shù)控自動編程系統(tǒng)的發(fā)展也是很迅速的，各種新型的自動編程技術(shù)和編程系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，以下介紹幾種較新的自動編程系統(tǒng)。1.在線編程2.實物編程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？(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、