数控加工程序输入及预处理.ppt

第二章 数控加工程序输入 及预处理,第一节 数控加工程序输入 第二节 数控加工程序的译码与诊断 第三节 刀具补偿原理 第四节 其他预处理,第一节 数控加工程序输入,我国参照ISO有关穿孔纸带和数控加工程序代码的标准，制订了符合我国国情的数控代码标准。 JB3208-83 ：穿孔带程序格式(准备功能G和辅助功能M) GB8870-88 ：轮廓/点位控制用穿孔带的可编程序格式,1纸带阅读机工作原理 通过光电转换技术将穿孔纸带上记载的数控加工程序信息（有孔或无孔）转换成相应电信号，经过放大、整形后送入数控装置。,纸带阅读机由三部分组成，即机械传动部分（主动轮、压轮、导轮）、信号采集部分（光源、透镜、光敏管）、起停控制部分（起、停衔铁、触发器）。,2纸带阅读机接口电路 通过并行总线接口与计算机相连。 采用硬件中断方式输入信息。 每中断一次读入一个字符。 读入后还要进行相应的检查。,二、键盘方式输入,数控机床键盘可供数控机床操作者输入数控加工程序（一般为部分或简单的数控加工程序）和控制信息，并称为手动数据输入（MDI）。,键的工作方式,接触式 无触点式 触摸式等 触点式 利用机械触点的分离与闭合判断电路的通断，由于磨损、氧化等易产生接触不良等故障 无触点式 通过按键上下运动使电容的电量发生变化，达到 检测开关的通断，不存在磨损和接触不良等问题，且密封组装有防尘特性,键盘分为全编码键盘和非编码键盘两种类型。 数控机床中使用较多的非编码键盘由一组排列成矩阵方式的按键开关组成。,全编码键盘,通过硬件编码器识别键的闭合/开启。 编码键盘就是当某个键被按下后，能够提供一个与之相对应的的编码信息,非编码键盘,用较为简单的硬件和专用的程序来识别被按键的位置，提供一个与位置相对应的中间代码（扫描码），然后又专用软件将其转换成规定的编码。,非编码键盘,设有m*n个键，其中m行由一个输出端口控制，n列由一个输入端口控制。当某一行输出为低电平时，如果有键按下，则某一列输入也为低电平，其状态在列输入端口可读到。通过识别行和列线上的电平状态，即可识别键的闭合与否。,8255A并行接口工作于方式0，端口C上半部为输出方式，下半部为输入方式,先使第0行为低电平，其余行为高电平 查询列线电平状态，若某一列变为低，则表示第0行和此列相交的位置上的键按下 若没有一条列线为低电平，则说明第0行上没有键闭合 再将第1行输出为低电平，然后检查列线中是否有变低的 一行一行扫描，直到最后一行,实际应用时，一般先快速检查键盘中是否有键按下，然后再定哪个键。 因此，先使所有行为0，在检查列线输入是否为0，再用行扫描法具体定位。,1键盘输入功能 要求显示器同步显示键盘输入的内容。 键盘输入通过中断方式来实现。 中断服务程序读入键盘输入的内容。 2键盘的输入处理 输入的字符转存入MDI缓冲器。 输入的命令转入相应键盘命令处理程序。 键盘编辑处理功能包括数控加工程序的插入、删除、替换、修改等操作。,三、存储器方式输入 外存储器 ：软磁盘或硬磁盘等磁性载体 内存储器 ：CNC装置内部的存储器 数控加工程序缓冲器和数控加工程序存储器本质上都是CNC装置内部存储器的一部分。 一般采用随机访问存储器(RAM),数控加工程序缓冲器,数控加工程序缓冲器的存储容量较小，一般只存放一个或几个程序段。但它是数控加工程序输入输出通道上极其重要的组成部分。在加工时，数控加工缓冲器中的程序段直接与后续的译码程序相联系，并按先入先出的顺序原则管理缓冲器。,数控加工程序存储器,为了便于管理数控加工程序存储器中各个数控加工程序，在这个存储器中还建立了程序目录区，在目录区中按约定格式存放每一个数控加工程序的程序名称、存储区中存放的首末地址等信息。,四、通信方式输入,通信是指计算机与计算机或计算机与外部设备之间的信息交换。 通信方式可分为并行通信和串行通信。 RS-232C RS-422 MAP3.0 Ethernet,五、数控加工程序的存储, 按输入代码的先后次序直接存储 按先后次序转换成内码后存放 内码的使用可加快译码的速度 数控加工程序存储举例： N05 G90 G01 X203 Y-17 F46 M03 LF,第二节 数控加工程序的译码与诊断,一、数控加工程序的译码 译码就是将输入的数控加工程序翻译成CNC装 置能识别的代码形式，也就是将数控加工程序 缓冲器或MDI缓冲器中数据逐个读出，先识别 其属性，然后作相应的处理。,（一）代码识别 代码识别是通过软件将数控加工程序缓冲器中的内码读出，并判断该数据的属性。 如果是数字码，则立即设置相应的标志并转存。 如果是字母码，则进一步判断该码的具体功 能，然后设置代码标志并转入相应的处理。,采取的有效措施： 判断字母码功能时一般按查询方式进行 译码的实时性要求不高 可按出现频率高低的顺序译码 将文字码与数字码分开处理 C语言编写可采用switch 语句 汇编语言可通过“比较判断与转移”等语句,（二）功能码翻译 建立一个与数控加工程序缓冲器相对应的译码结果缓冲器 考虑缓冲器的规模 约定存储格式,由于有些代码的功能属性相同或相近，它们不可能出现在同一个程序段中，也就是说这些代码具有互斥性。 将G代码、M代码按功能属性分组，每一组代码只需要设置一个独立的内存单元，并以特征字来区分本组中的不同代码。 大大压缩译码结果存储器的规模。,以下功能代码在一个程序段中只可能出现一次，在内存中的地址可以指定： 程序段序号N 几何尺寸单元X、Y、Z、I、J、K 主轴功能代码S 进给功能代码F 刀具功能代码T,关于M代码的处理： 数控系统可以约定在一个数控加工程序段中，最多允许出现三个不同组的M代码，用Mx、My、Mz表示，故只设置三个内存单元来存放同一程序段中的M指令即可。,关于G代码的处理： 数控系统可以约定在一个数控加工程序段中，最多允许出现六个不同组的G代码，用Ga、Gb、Gc、Gd、Ge、Gf表示，故只设置六个内存单元来存放同一程序段中的G指令即可。,数据形式与格式： BCD码(十进制数据) BIN或HEX码(二进制或十六进制数据) 数据范围 单字节BCD码 00-99 单字节HEX码 00FF (0255) (-128127) 双字节BCD码 0000-9999 双字节HEX码 0000-FFFF (0-65535) (-3276832767),数控加工程序译码过程举例,数控加工工艺及编程,加工工艺分析,N001 G92 X80 Z100 N002 G90 G00 X15 Z0 T 0101 N003 F100 N004 # 0= 1 WHILE #0 LE 5 DO 1 # 1= 1 WHILE #1 LE 2 DO 2 # 2= 1 WHILE #2 LE 2 DO 3 G91 G01 X0 Z - 5 G04 X1 # 2= # 2+ 1 END 3 # 1= # 1+ 1 G01 X1 Z0 END 2 # 0= # 0+ 1 IF #0 EQ 2 GOTO 6 EN D 1,N006 G03 X4 Z- 4 I4 K0 N007 G02 X4 Z- 4 I0 K- 4 N008 G01 X10 Z0 N009 G00 X5 Z0,FANUC 0T 的用户宏程序,译码思路,对数控加工程序进行译码的关键是对加工程序所包含信息的识别处理。由于数控加工程序是以程序段为一个独立数控加工动作的存储单位, 所以本译码程 序也是通过逐一读取 程序段并进行处理 , 来实现对整个加工程序的译码。,具体思路如下:,识别模块将以 ASCII 字 符为单位, 逐字对当前数控加工程序进行读取。并以程序段为单位, 将其存入所设计的数据结构中 识别 模块 将对存储程序段的数据结构进行识 别。 首先, 判断程序段中是否有宏指令, 如果有宏指令则调用宏指令的处理函数, 并进行识别和处理。如果没有宏指令, 则继续对该 程序段进行普通语句的处理, 诸如 G 、M字符的识别等。,程序段的存储,设计一个队列链表的数据结构LineContent0 , 该链表的每一个节点存储一个程序段信息。 LineContent0 链表各节点的结构如下: struct LineContent int N ; char ContentLineLength ; struct LineContent * Next; ; 其中, N是整型变量, 用来记录该节点存储的程序段的段号。ContentLineLength 是一个字符数组, 用来存储该节点对应程序段的全部字符串; LineLength 表示一个程序段可容纳的最多字符数。 Next变量是指针变量, 它指向下一个节点。,如何判断是否为宏程序,逐一判断该程序段中是否是宏指令。对于FANUC系统, 判断是否为宏程序的标准为检测该程序段是否包含IF 、GOTO、 WHILE和=等字符串。 如果包含当前程序段包含上述字符串中的一个 , 则根据的具体字符串类别分别进行相应的处理。,用户宏程序译码流程图,二、数控加工程序的诊断,所谓数控加工程序诊断是指CNC装置在程序输入或译码过程中，对不规范的指令格式进行检查、监控及处理的服务操作，其目的在于防止错码的读入。,在译码过程中，诊断程序将对数控加工程序的语法和逻辑错误进行集中检查，只允许合法的程序段进入后续处理。 所谓语法错误是指程序段格式或程序字格式不规范的错误，而逻辑错误是指整个数控加工程序或一个程序段中功能代码之间互相排斥、互相矛盾的错误。,(一) 语法错误现象 1）程序段的第一个代码不是N代码。 2）N代码后的数值超过了CNC系统规定的取值范围。 3）N代码后出现负数。 4）在程序中出现不认识的功能代码。 5）坐标值代码后的数据超越了机床的行程范围。 6）S代码所设置的主轴转速超过了CNC系统规定的取值范 围。 7）F代码所设置的进给速度超过了CNC系统规定的取值范 围。 8）T代码后的刀具号不合法。 9）出现CNC系统中未定义的G代码。 10）出现CNC系统中未定义的M代码。,（二）逻辑错误现象 1）在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组G代码。 2）在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组M代码。 3）在同一数控加工程序段中先后编入相互矛盾的尺寸代码。 4）违反系统约定，在同一数控加工程序段中超量编入M代码。,三、软件实现,FILE *fp1,*fp2; if( (fp1=fopen(strNCFileName,“r“)=NULL ) AfxMessageBox(“无法打开.asc文件“); return; 。 if (c=0x30) fprintf (fp2,“30n“); /字符 “0“ 。 fclose (fp1);,第三节 刀具补偿原理,一、刀具补偿计算的意义 二、刀具长度补偿计算 三、刀具半径补偿计算,一、刀具补偿计算的意义,数控机床在加工过程中，是通过控制刀具中心或刀架参考点来实现加工轨迹的。 刀具实际参与切削的部位只是刀尖或刀刃边缘，它们与中心或刀架参考点之间存在偏差。 通过数控系统计算偏差量，并将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需要。这种变换过程就称为刀具补偿。,刀具（山德维克可乐满）,采用刀具补偿功能，可简化数控加工程序的编 写工作，主要表现如下： 1）由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相关尺寸变化, 不必重新编写程序，只须修改相应的刀补参数即可。,过切和欠切,2）当被加工零件在同一机床上，经历粗加工、半精加工、精加工多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量加入刀补参数即可。,刀具补偿分类,刀具长度补偿 刀具半径补偿,二、刀具长度补偿计算,在加工过程中，当刀具的长度尺寸发生变化直接影响工件轮廓的加工时，数控系统应对这种变化实施补偿，即刀具长度补偿。 设数控车床刀具的理论刀尖点为P（XP，ZP），刀尖圆弧的圆心为S点，其半径为RS，刀架参考点为F（XF，ZF）。,令RS=0，则点P相对点F的偏移量分别为 XPF =XPXF ZPF =ZPZF 由此可得刀具长度补偿的计算公式为 XF =XPXPF ZF =ZPZPF,钻床的刀具长度补偿计算相对简单，只需考虑在X轴方 向进行长度补偿即可，其计算公式为 XF =XPXPF ZF =ZP 式中 XPF = L1,三、刀具半径补偿计算,（一）刀具半径补偿原理 数控机床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的运动轨迹不是零件的轮廓，而是加工刀具的中心轨迹。由于用户总是按零件的轮廓编写加工程序，因此，要加工出合格的零件，就必须使加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值，这种偏移就称为刀具半径补偿。,ISO标准规定： 沿编程轨迹（零件轮廓）前进方向看，当刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边时称为左刀补，用G41表示。反之，当刀具中心轨迹在编程轨迹的右边时称为右刀补，用G42表示。当不需要进行刀具半径补偿时，可用G40来撤消由G41或G42建立的刀具半径补偿。,刀具半径补偿在零件轮廓段的交点处需作适当 的过渡处理。 圆弧过渡型刀具半径补偿B刀补 直线过渡型刀具半径补偿C刀补,刀具半径补偿步骤,在实际轮廓加工过程中，刀具半径补偿执行 过程一般分为三个步骤： 1）刀具半径补偿建立 2）刀具半径补偿进行 3）刀具半径补偿撤消,这里介绍的刀具半径补偿算法只适用于指定的二维坐标平面内，而平面的指定是通过G代码中的G17（X-Y平面）、G18（Y-Z平面）和G19（Z-X平面）来设定的。 在未指明刀具半径补偿指定平面时，不妨假设为X-Y平面，以便下面的分析与计算。,注意,（二）刀具半径补偿类型,大多数CNC系统所处理的基本轮廓线型是直线与圆弧。 因此，前后两段编程轨迹的连接方式有四种：直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线、圆弧接圆弧。,相邻两轮廓交接点处的切线在工件实体一侧的夹角，称为拐角。 拐角的变化范围为：0a360 其中，当0a180时，a称为外拐角；当180a180时，a称为内拐角。,根据拐角类型的不同，刀具半径补偿的转接过渡方式可分为三种类型： 1）当0a90时，刀具半径补偿在此处的转接方式为插入型。 2）当90a180时，刀具半径补偿在此处的转接方式为伸长型。 3）当180a360时，刀具半径补偿在此处的转接方式为缩短型。,1刀具半径补偿建立的转接类型 2刀具半径补偿进行的转接类型,3刀具半径补偿撤消的转接类型,（三）方向矢量和刀具半径矢量 直线本身就是一个矢量，其方向由起点指向终点。圆弧轮廓的矢量有半径矢量（简称矢径）、弦长矢量之分。其中半径矢量的方向由圆弧中心指向圆弧上的动点，而弦长矢量的方向则由圆弧起点指向其终点。 所谓刀具半径矢量，是指在加工过程中，始终垂直于工件的编程轮廓，大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的一个矢量。,1方向矢量 所谓方向矢量是指与零件轮廓上任意动点运动方向（切线方向）一致的单位矢量，用表示。,（1）直线的方向矢量,（2）圆弧的方向矢量 由于圆弧走向有顺逆之分，故圆弧的方向矢量也分顺圆和逆圆两种情况。设圆弧圆心为（X0，Y0），圆弧上动点为P（X，Y），圆弧半径为R，圆弧的方向矢量表示为。,2刀具半径矢量 刀具半径矢量是指加工过程中始终垂直于编程轨迹，且指向刀具中心、其大小等于刀具半径值的矢量，用表示。,（四）转接类型的判别 转接类型与拐角a的大小有直接关系，如果通过相邻两轮廓段在拐角处的方向矢量判断出sin a 和cos a 的正负，就可以确定拐角 a 所属象限，进而可判断出该处的转接类型。, 缩短型 ：当180a360时，有sin a，即sgn（r）（Y l2X l1X l2Y l1） 伸长型 ：当90a180时，有sin a且cos a，即sgn（r）（Yl2Xl1Xl2Yl1）且（Yl2Yl1Xl2Xl1） 插入型 ：当0a90时，有sin a且cos a，即sgn（r）（Yl2Xl1X l2Y l1）且（Y l2Y l1X l2X l1）0,（五）刀具半径补偿计算 所谓刀具半径补偿计算是指运用矢量法，求出刀具半径补偿过程中刀具中心轨迹在各个转接点处的坐标值。其计算公式不仅与相邻两轮廓的转接类型有关，而且还与刀具补偿所处的阶段有关。,（2）伸长型 1）刀具半径补偿建立 直线与直线按伸长型建立刀具半径补偿，其转接点有两个（XS1，YS1）、（XS2，YS2）。,（3）插入型 1）刀具半径补偿建立,2）刀具半径补偿撤消,3）刀具半径补偿进行,由于在圆弧轮廓上一般不进行刀具半径补偿的建立与撤消，因此，只需考虑刀具半径补偿建立与进行阶段的转接点坐标计算问题。 另外，对于圆弧轮廓来讲，只要使用转接点处该圆弧的切线参与刀具半径补偿的作图和计算即可，并保证相邻轮廓之间的过渡段均为直线，其它与直线情况相类似。,（六）特殊情况处理 特殊情况的刀具半径补偿是指当拐角0、90或180时，对刀具半径补偿的处理。,（七）刀具半径补偿计算小结,刀具半径补偿零件加工实例,第四节 其他预处理,一、进给速度处理 二、工件零点设置与撤消的处理 三、绝对编程与增量编程的处理 数控系统内部的数据预处理是指从数控加工程序输入到插补前的整个过程，它不仅包括译码、诊断、刀具补偿计算，而且还涉及到速度处理、坐标转换、某些辅助功能的实现等内容。,一、进给速度处理,在零件加工过程中，根据工艺要求，数控加工程序中总是要用代码F来指定轮廓加工的进给速度。F需经译码后存入指定的单元，供后续的速度处理程序调用。根据轮廓插补方法的不同，其速度处理算法也不一样。,（一）脉冲增量插补法的速度处理 脉冲增量插补法一般用在以步进电动机为执行元件的开环数控系统中。各坐标轴的运动速度是通过向该轴步进电动机发送进给脉冲来实现的，而进给脉冲又是通过程编进给速度F确定的。,（二）数据采样插补法的速度处理 数据采样插补法一般用在以直流或交流伺服电动机为执行元件的闭环或半闭环数控系统中。各坐标轴的运动速度是通过控制其伺服系统的位移量来实现的，即由一个插补周期内坐标轴的进给量大小来确定。,二、工件零点设置与撤消的处理,每一台数控机床都设置了两个极其重要的坐标原点： 机床零点(机械原点) 机床参考点(电气原点) 机床零点的位置是由机床制造厂家确定的，它是机床坐标系的基准点，位置固定。 机床参考点在数控机床上的位置也是固定的，主要用于确定机床移动部件的参考位置。,在编制数控加工程序时，如果将机床零点或机床参考点选作工件零点，则数控加工程序的编写相当麻烦。 为了简化编程以及方便加工程序坐标系的调整，数控系统必须允许编程人员在机床移动部件的运动范围内任意设置工件坐标系，而不必另外考虑工件坐标系与机床坐标系之间的关系。,在机床的数控编程中，插补指令和其它与坐标值有关的指令中的IP- 除非有特指外，都是指在当前坐标系中(指令被执行时所使用的坐标系)的坐标位置 大多数情况下，当前坐标系是G54G59中之一(G54为上电时的初始模态)，直接使用机床坐标系的情况不多,G92 IP_;,利用上述指令就设定了零件坐标系. 一旦确定了坐标以后，绝对值指令的位置就是这个坐标系中的坐标值。,也就是说，基准点经长度补偿后，可使刀尖正好移动到加工轨迹起始点处，从而开始切削,撤消由G92所设置的零点,方式1：G99可以撤消所设置的工件零点以外 方式2：机床返回参考点的操作使命令位置寄存器恢复为按机床坐标系计算的命令位置值。,直接机床坐标系编程 G53,G53 是机床坐标系编程 在含有 G53 的程序段中，绝对值编程时的指令值是在机床坐标系中的坐标值。其为非模态指令。,零点偏置 G54 一 G59 指令,零点偏置是数控系统的一种特性，即允许把数控测量系统的原点在相对机床基准的规定范围内移动，而永久原点的位置被存贮在数控系统中。 当不用G92 指令设定工件坐标系时可以用G54 -G59 指令设定六个工件坐标系，即通过设定机床所特有的六个坐标系原点（即工件坐标系1 -6 的原点） 在机床坐标系中的坐标（即工件零点偏移值）。,注意,在接通电源和完成了原点返回后，系统自动选择工件坐标系 1 (G54) 。 在有 “模态”命令对这些坐标做出改变之前，它们将保持其有效性。 通过在CRT-MDI面板上的操作，设置每一个工件坐标系原点相对于机床坐标系原点的偏移量，然后使用G54G59指令来选用它们，G54G59都是模态指令，分别对应16预置工件坐标系,FANUC 0-MD系统的工件坐标系选择,1. 格式 G54 X_ Y_ Z_ 通过使用 G54 G59 命令，来将机床坐标系的一个任意点 (工件原点偏移值) 赋予 1221 1226 的参数，并设置工件坐标系(1-6)。该参数与 G 代码要相对应如下： 工件坐标系 1 (G54) -工件原点返回偏移值-参数 1221 工件坐标系 2 (G55) -工件原点返回偏移值-参数 1222 工件坐标系 3 (G56) -工件原点返回偏移值-参数 1223 工件坐标系 4 (G57) -工件原点返回偏移值-参数 1224 工件坐标系 5 (G58) -工件原点返回偏移值-参数 1225 工件坐标系 6 (G59) -工件原点返回偏移值-参数 1226,除了这些设置步骤外，系统中还有一参数可立刻变更G54G59 的参数。工件外部的原点偏置值能够用 1220 号参数来传递,注意,G54与G55G59的区别 G54G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别： 利用G54设置机床原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正； 利用G55G59设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值,G92与G54G59的区别 G92指令与G54G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的： G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。 G54G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通过MDI 方式修改,常见错误,当执行程序段“G92 X 10 Y 10”时，常会认为是刀具在运行程序后到达X 10 Y 10 点上。其实， G92指令程序段只是设定加工坐标系，并不产生任何动作，这时刀具已在加工坐标系中的 X10 Y10点上 G54G59指令程序段可以和G00、G01指令组合，如G54 G90 G01 X 10 Y10时，运动部件在选定的加工坐标系中进行移动。程序段运行后，无论刀具当前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的X 10 Y 10 点上。,实例,预置1工件坐标系偏移量：X-150.000 Y-210.000 Z-90.000。 预置4工件坐标系偏移量：X-430.000 Y-330.000 Z-120.000,结论,从以上举例可以看出，G54G59指令的作用就是将NC所使用的坐标系的原点移动到机床