数控加工的程序

第二章数控加工的程序

第一节数控程序编制的基础一、数控编程的内容零件加工程序编制就是将零件加工顺序，刀具与工件相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数（主轴运动、进给运动的速度，切削深度等），以及辅助操作（主轴正、反转，刀具交换，冷却液开、关，工件夹紧、松开等）等加工信息，用规定的代码（由文字、符号、数字组成），按照一定格式编写成加工程序单，并将程序单上的信息通过控制介质或直接输入到CNC装置中，进行防真、试切、修正，正确无误后再用其进行自动加工。二、数控编程的步骤：分析零件图纸工艺处理数值计算编写程序单制作控制介质程序校核修改数控机床（一）分析零件图纸及工艺处理1确定工件的装夹方法数控加工对夹具的主要要求：一是要保证夹具本身在机床上安装准确；二是容易协调零件和机床坐标系的尺寸关系。选用或设计夹具时，应注意以下几点：（1）尽量选用可调试、组合式等标准化、通用化和自动化夹具，应尽量避免设计专用夹具。

（2）装卸工件要迅速，以缩短数控机床停机时间。（3）零件的加工部位要敞开，不致因夹具的具体结构影响刀具的走刀。（4）夹具安装在机床上要准确可靠，要考虑必要的定位安装基准，以保证工件在正确位置上按程序进行加工。（5）在有条件的情况下，尽量选用便于操作的气动、液压夹具。2对刀点和换刀点的确定

对刀点是指在数控机床上加工零件时，刀具相对零件运动的起始点。所以对刀点也称做程序起点或起刀点。刀具在机床上的位置是由“刀位点”的位置来表示的刀位点是指确定刀具位置的特征点。对立铣刀、端铣刀和钻头是指它们的底面中心；对球头铣刀是指球头球心；对车刀和镗刀是指它们的刀尖。对刀点的选择原则：1）零件上或零件外都可作为对刀点，但应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。2）对刀点应选在对刀方便的地方。3）对刀点的选择应便于坐标值的计算。换刀点的位置应根据换刀时刀具不碰伤工件、夹具和机床的原则而定。x0y0x1y1对刀点换刀点机床零点工件零点3确定加工路线加工路线又称走刀路线，是指数控机床在加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹。确定加工路线的原则：（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。（2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间。（3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。例1：对点阵类工件按（b）所示的加工路线，可节省定位时间一半左右（a）（b）例2：加工如图（a）所示的凹槽型封闭轮廓类零件(a)(b)(c)(d)对封闭型凹槽轮廓（c）、（d）方案使凹槽侧面的最终轮廓由最后一次走刀连续加工而成，可获得较好的表面质量。并且铣刀的切入、切出点最好选在零件轮廓两几何元素的交点处，否则会留下刀痕。例3加工平面轮廓类零件：对平面轮廓类零件，刀具应避免法向切入或法向切出，一般应沿零件轮廓外形的延长线切向切入、切出防止在轮廓的切入、切出处留下刀痕。并且在加工过程中，还应避免进给停顿，因为切削力的变化会引起工件、刀具、夹具和机床工艺系统的弹性变形，进给停顿时切削力减小，刀具会在理论停顿处留下凹痕。切入点切出点XY4刀具具的选择择选择刀具具应根据据数控加加工要求求与材料料特性、、加工表表面的类类型、机机床的加加工能力力、机床床允许的的切削量量、刀具具的耐用用度及其其他与加加工有关关的因素素来确定定。对所选择择刀具的的要求：：要使刀具具装夹调调整方便便，刚度度好，精精度高，，且使用用寿命长长等。5切削削量的确确定切削量包包括：主主轴转速速（切削削速度））、切削削深度、、切削宽宽度和进进给速度度等。1）切削削深度（（ap））的选用用。选用用时要考考虑机床床、工件件和刀具具工艺系系统的刚刚度，在在刚度允允许时，，应尽量量加大切切削深度度，以减减少走刀刀次数，，提高工工作效率率。2）主轴轴转速（（n）的的选用。。根据工工件材料料和刀具具材料允允许的切切削速度度（v））和工件件（或刀刀具）的的直径（（d）来来选定。。公式为：：n=1000v/ππd(m/min)3）进给给速度（（f）的的选用。。粗加工工中，在在工艺系系统强度度和刚度度允许的的情况下下应尽量量选用大大一些的的进给速速度。还还要考率率排屑的的问题，，继续切切削时硬硬质合金金刀片的的强度等等问题。。精加工工中，进进给速度度还应根根据加工工精度和和表面粗粗糙度的的要求选选定。在在轮廓加加工中，，选择进进给速度度时还应应注意轮轮廓拐角角处的超超程和欠欠程问题题。（二）数数值计算算数值计算算的任务务是根据据零件图图纸和已已确定的的加工路路线及允允许的编编程误差差，计算算数控系系统所需需的输入入数据。。1基点点和节点点基点：一个零零件的轮轮廓是由由若干直直线、圆圆弧、非非圆曲线线等线组组成，构构成零件件轮廓的的各相邻邻线段之之间的连连接点被被称为基基点。当加工由由直线和和圆弧所所组成的的平面轮轮廓类零零件时，，只要计计算出零零件轮廓廓中相邻邻几何元元素间的的交点或或切点的的坐标值值，以及及各几何何元素的的起点、、终点、、圆弧圆圆心坐标标值就可可编程。。节点：当零件件轮廓由由非圆曲曲线（如如二次曲曲线、渐渐开线、、阿基米米德螺线线等）组组成时，，要将轮轮廓曲线线按编程程允许误误差分割割成若干干小段，，每一小小段用直直线或圆圆弧去逼逼近，逼逼近直线线或圆弧弧小段与与轮廓曲曲线的交交点或切切点被称称为节点点。这时数值值计算的的任务就就是求解解节点坐坐标值。。2非圆圆曲线的的节点计计算用直线或或圆弧逼逼近方程程曲线y=f(x)时时，应考考虑在保保证逼近近精度的的前提下下，使节节点数目目少，计计算简单单。对于于曲率半半径大的的曲线用用直线逼逼近较为为有利，，若曲线线某段接接近圆弧弧，用圆圆弧逼近近有利。。（1）等等间距直直线逼近近法该方法是是使每个个程序段段中一个个坐标增量值值相等。。例：如图图示X方方向坐标标增量值值相等，，若已知方方程为y=f(x)，，且给定定等间距（Δx），则则X方向向坐标值值x1～xn可知，代代入方程程y=f(x)，可求得Y方向坐坐标值y1～yn,解得A1～An各各节点的的坐标值值。Δx决定定了曲线线的曲率率和允许许误差（δδ允），要求求δ≤δδ允。XYOA1A2Anx1x2xny=f(x)△xδ（2）等等弦长直直线逼近近法该方法是是使所有有逼近线线段的长长度相等等。即ab=bc=cd=de=ef=fg。计算时必必须使各各段的最最大误差差小于δ允，通常零零件轮廓廓曲线的的曲率半半径最小的地地方，误误差最大大。因因此，1）先确确定曲率率半径最最小的位位置；2）在该该处按照照δ≤δδ允的条件求求出弦的长度度；3）用此此弦长分分割零件件的轮廓廓曲线，，即可得各各节点坐坐标。OXYabcdefgδnl例：如图图示已知知零件轮轮廓曲线线方程为为y=f(x)，则曲曲线的曲曲率半径径为：r=[1+(y’)]/y”（（1））取dr/dx=0,求求解x值值，并代代入（1）中，，可得最小小曲率半半径（rmin）值。如果允许许误差为为δ允时，其弦弦长为：：L=2rmin－(rmin－δ允)≈2√√2rminδ允即L=2√2rminδ允以曲线的的起点a(xa,ya)为圆心心，L为为半径作圆圆，与轮轮廓曲线线相交，，交点b即为节点点。则解解联立方方程：（x-xa）+（y-ya）=Ly=f(x)可得节点点b的坐坐标值。。同理，，可依次次求出其其他各节节点坐标标值。OXYabcdefgδnLy=f(x)23/222222（3）等等误差直直线逼近近法该方法是是使所有有逼近线线段的误误差相等等，且小小于或等等于允许许误差值值δ允，因此，该该方法比比前两种种合理，，程序段段数少。。特别适适合曲率率变化较较大的复复杂曲线线轮廓。。已知零件件轮廓曲曲线的方方程为y=f(x)，，则计算方方法为：：1）以起起点a为为圆心，，以δ允为半径画允差圆圆，则圆圆的方程程为：(X-Xa)+(Y-Ya)=δδ允式中Xa,Ya为已已知的a点坐标标值。2）作允允差圆与与曲线y=f(x)的的公切线线MN,则则公切线线的斜率率为：K=(YN－YM)/(XN－XM)OXYy=f(x)δ允abcd222MN为求出YN，YM，XN，XM，需解出出下面的的方程组组：YN=f(XN)（（曲线方方程）(YN－YM)/(XN－XM)=f’(XN)（曲线切切线方程程）YM=F（XM）（（允差圆圆方程））(YN－YM)/(XN－XM)=F’(XM)（允差圆圆切线方方程）3）过点点a作斜斜率为K的直线线（即平平行于MN的的直线）），并与与轮廓曲曲线交于于b点，b点即为为所求节节点。则弦ab的直线线方程为为：Y-Ya=K(X––Xa)并与方程程Y=f(X)联联立立，，即可得得b点坐坐标值。。4）从b点开始始重复上上述步骤骤，依次次可得其其余各节节点坐标标值。OXYy=f(x)δ允abcdMN（4）等等误差圆圆弧逼近近法该方法用用于有圆圆弧插补补功能的的数控机机床，计计算中，，需要求求出每段段圆弧圆圆心，起起点，终终点的坐坐标值以以及圆弧弧段的半半径，并并且要使使圆弧段段与工件件轮廓曲曲线间的的误差小小于或等等于允许许的逼近近误差δ允。XYo（三）编编写零件件加工程程序单及及制作控控制介质质该过程是是根据工工艺分析析和数值值计算后后的数据据，按数数控机床床使用的的指令代代码，以以规定的的程序格格式，逐逐段编写写零件加加工程序序单。编编好加工工程序单单后，根根据程序序单上的的程序按按标准代代码制作作控制介介质。（四）进进行程序序校核该过程是是对制成成的控制制介质（（如穿孔孔纸带等等）进行行校验和和试切检检查，检检查无误误后才能能正式用用于加工工。三、数控控编程的的方法（一）手手工编程程（Manualprogramming）即编制零零件加工工程序的的全过程程，包括括分析零零件图纸纸及工艺艺处理，，数学计计算，书书写程序序单，制制作控制制介质，，程序校校验等均均由人工工完成。。该方法法适用于于点位加加工或几几何形状状不太复复杂的零零件加工工。（二）自自动编程程（AutomaticProgramming）即零件加加工程序序编制工工作的大大部分或或全部由由计算机机完成。。该方法法适用于于轮廓形形状不单单单由直直线段和和圆弧构构成的复复杂零件件，特别别是空间间曲面零零件；以以及几何何元素虽虽不复杂杂，但程程序量大大，计算算繁琐，，工作量量大的零零件。第二节程程序的的编制一、机床床坐标系系和工件件坐标系系１数控机机床的坐坐标轴及及运动方方向数控机床床的坐标标系规定定已标准准化，按按右手直直角笛卡卡儿坐标标系表示示。一般般假设工工件静止止，通过过刀具相相对工件件的移动动来确定定机床各各移动轴轴的方向向。（１１））Z坐坐标标轴轴：：规规定定平平行行于于机机床床主主轴轴（（传传递递切切削削力力））的的刀刀具具运运动动坐坐标标轴轴。。并并且且取取刀刀具具远远离离工工件件的的方方向向为为正正方方向向（（+Z））。。当当机机床床有有多多个个主主轴轴时时，，选选垂垂直直于于工工件件装装夹夹面面的的主主轴轴为为Z轴轴。。（２２））X坐坐标标轴轴：：规规定定为为水水平平方方向向，，且且垂垂直直于于Z轴轴并并平平行行于于工工件件的的装装夹夹面面。。对对工工件件旋旋转转的的机机床床（（如如车车床床、、磨磨床床））取取平平行行于于横横向向滑滑座座的的方方向向（（工工件件径径向向））为为X坐坐标标，，取取刀刀具具远远离离工工件件的的方方向向为为正正方方向向；；对对刀刀具具做做旋旋转转运运动动的的机机床床（（如如铣铣床床、、镗镗床床）），，当当Z轴轴为为水水平平时时，，沿沿刀刀具具主主轴轴向向工工件件方方向向看看，，X轴轴正正向向指指向向右右边边；；当当Z轴轴为为垂垂直直的的，，对对于于单单立立柱柱机机床床，，从从主主轴轴向向立立柱柱看看时时，，X轴轴正正向向指指向向右右边边；；对对于于双双立立柱柱机机床床，，从从主主轴轴向向左左侧侧立立柱柱看看时时，，X轴轴正正向向指指向向右右边边。。（３３））Y坐坐标标轴轴：：按按右右手手定定则则来来确确定定。。即即从从+Z转转到到+X时时，，拇拇指指确确定定+Y。。常见见机机床床的的坐坐标标轴轴方方向向如如图图所所示示：：数控控车车床床坐坐标标系系+Z+X立式式升升降降台台铣铣床床坐坐标标系系“+X’’,+Y’’,+Z’’””表表示示对对于于刀刀具具位位置置不不动动的的机机床床，，工工件件相相对对于于刀刀具具的的正正向向运运动动，，两两坐坐标标轴轴的的方方向向相相反反））铣刀刀+Z+X+Y+Z’’+X’’+Y’’２机机床床坐坐标标系系的的原原点点机床床坐坐标标系系的的原原点点也也称称机机械械原原点点、、参参考考点点或或零零点点。。它它不不仅仅是是机机床床坐坐标标系系的的原原点点，，也也是是其其他他坐坐标标系系和和机机床床内内的的基基准准点点。。该该点点在在机机床床一一经经设设计计制制造造出出来来便便被被确确定定，，因因此此，，机机械械原原点点是是机机床床坐坐标标中中固固有有的的点点，，不不能能随随意意改改变变。。回零零：：机机床床启启动动时时，，通通常常要要进进行行机机动动或或手手动动回回零零，，即即直直线线坐坐标标或或旋旋转转坐坐标标（（如如回回转转工工作作台台））回回到到正正向向极极限限位位置置（（机机械械原原点点））。。３工工件件坐坐标标系系编程程时时，，一一般般选选择择工工件件上上的的某某一一点点作作为为坐坐标标原原点点，，建建立立一一个个新新的的坐坐标标系系，，该该坐坐标标系系被被称称为为工工件件坐坐标标系系，，其其原原点点即即为为工工件件原原点点。。工件件原原点点偏偏置置：：在在加加工工时时，，工工件件随随夹夹具具在在机机床床上上安安装装后后，，测测量量工工件件原原点点与与机机械械原原点点间间的的距距离离（（通通过过测测量量某某些些基基准准面面、、线线间间的的距距离离来来确确定定）），，该该距距离离称称为为工工件件原原点点偏偏置置。。工工件件原原点点偏偏置置需需预预存存到到数数控控系系统统中中，，在在加加工工中中，，工工件件原原点点偏偏置置便便能能自自动动加加到到工工件件坐坐标标系系上上，，使使数数控控系系统统可可按按机机床床坐坐标标系系确确定定加加工工时时的的绝绝对对坐坐标标值值。。４附加坐标：：如果有第二二或第三组坐坐标平行于X、Y、Z，，则分别指定定用U、V、、W，和P、、Q、R。5绝对坐标标与增量（相相对）坐标1）绝对坐标标系：在坐标标系中，所有有坐标点的坐坐标值均从某某一固定坐标标原点计量的的坐标系，称称为绝对坐标标系。如图示，A、、B两点以绝绝对坐标计，，则XA=12,YA=15XB=22,YB=32２）增量（相相对）坐标系系：在坐标系中，运动动轨迹的终点点坐标是以起点计量量的坐标系，，称为增量（相对））坐标系。如图示，A、、B两点以相相对坐标计，，则XA=12,YA=15XB=10,YB=17151210221732XoABY二、程序编制制的代码及程程序格式１穿孔纸带和和代码１）穿孔带：：数控机床的的零件加工程程序目前广泛泛采用数控穿穿孔纸带作为为输入介质，，传到数控装装置中去。数数控机床上最最常用的是八八单位穿孔纸纸带。规格如如图示：2.2￠1.83±±0.05￠1.17±±0.020.052.54±0.0762.742.54±0.059.96±0.125.4±0.08走带方向前沿(基准边边)第1孔道第2孔道第3孔道第4孔道第5孔道第6孔道第7孔道第8孔道同步孔道２）代码代码是数控机机床传递信息息的语言，程程序单上给出出的字母和数数字以及符号号都要按照规规定在纸带上上穿出孔来，，有孔表示““１”，无孔孔表示“０””。在纸带宽宽度方向上的的一排孔组成成代表字符、、数字的符号号，这种符号号就是通常所所说的代码，，也称字符。。常用字符有：：a)数字００～９；b)字母A、B、C……X、Y、Z；c)特殊记记号＋（正号号）、－（负负号）、／（（跳过任意段段）、ER(程序号）、、SP（空格格）、DEL（注销码））、·（小数数点）等。３）常用的穿穿孔带代码目前国际上有有两种常用的的标准代码，，即ISO(InternationalStandardOrganization)国际标准准化组织制定定的代码及EIA(ElectronicIndustriesAssociation)美国电电子工业协会会制定的代码码，我国采用用ISO代码码为国家标准准。４）穿孔带代代码表示方法法（如书中图图所示）在ISO标准准代码中，每每一代码由７７位二进制数数和１位补偶偶位组成，第第八位用来补补偶。ISO标准代码码属于７单位位编码，能编编码２＝128个符号。而而且，ISO代码编码规规律性强，其其中第五、第第六位有孔为为数字代码，，第七位有孔孔为字母代码码，第六位有有孔为符号代代码。在EIA标准准代码中，每每一代码由６６位二进制数数和１位补奇奇位组成，第第五位孔为补补奇孔。EIA代码属属于６单位编编码，可编码码的符号数为为２＝64，而且它的的规律性也不不如ISO代代码。７６２程序的格式式程序是由程序序号、程序段段和符号所组组成。如下面面的这个程序序所示：O1210N1G90G92X0Y0Z0;N2G42X-60.0Y10.0D5F200;N3G02X40.0R50.0;N4G0G40X0Y0;N5M30;该程序中，程程序号是O1210，并由５个个程序段（每每一行称为一一个单段）和和“．”、““；”及“－－”组成。１）程序号：：每个程序都都需要进行编编号，在编号号前面要用程程序编号地址址码进行编号号指令。如：O1210（（O为程序序号地址，即即编号的指令令码；1210为程程序的编号，，即1210号程序）不同的数控系系统，程序号号地址码也不不同。如F6M系统用O、而AB8400系统统用P、而SMK8M系系统用%，所所以编程时，，要根据不同同机床的说明明书去编程，，否则系统会会不执行。２）程序段的的格式和组成成a)程序段段是由程序段段号（字）、、地址、数字字、符号等组组成。如：N1G90G92X0Y0Z0;式中N------程程序段地址码码，用于指令令程序段号；；１为程序段段号；G------指令动作作方式的准备备机能地址，，不同的数字字代表不同的的指令；X、Y、Z-----坐坐标轴地址，，数字代表刀刀具的坐标位位置；“；”为程序序段结束符号号。b)程序段段也可以认为为由程序段号号加上若干个个程序字组成成的。程序字通常由由地址字、数数字及符号组组成。如：X-60.0其中X表表示地址字；；－表示符号号（负号）；；60.0表表示数字；c)数控机床床常用的地址址符：①程序号字：：用英文字母母O后跟４位位以内的数字字来表示。程程序号字必须须加在每个程程序之首，以以区别不同的的程序，其后后可在括号内内加程序名或或注释。如：O2100(GEARWORK)②程序段号字字：用字母N后跟５位以以内的数字来来表示，放