數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)

1、數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)主要內(nèi)容:Ø 概述Ø 數(shù)控編程中的常用指令Ø 數(shù)控編程中的工藝處理Ø 高速加工及其工藝處理Ø 數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)處理一、 概述1. 數(shù)控編程的基本概念從分析零件圖紙開始，經(jīng)過工藝分析、數(shù)學(xué)處理到獲得數(shù)控機(jī)床所需的數(shù)控加工程序的全過程叫做數(shù)控編程。2. 數(shù)控編程內(nèi)容及步驟 3. 編程方法：手工編程和自動(dòng)編程據(jù)國外統(tǒng)計(jì)：用手工編程時(shí)，一個(gè)零件的編程時(shí)間與機(jī)床實(shí)際加工時(shí)間之比，平均約為 30：1；數(shù)控機(jī)床不能開動(dòng)的原因中，有20-30%是由于加工程序不能及時(shí)編制出造成的。編程自動(dòng)化是當(dāng)今的趨勢！3.1 手工編程：幾何形狀不太復(fù)雜的零

2、件；3.2 自動(dòng)編程：形狀復(fù)雜的零件；雖不復(fù)雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個(gè)孔的零件）；雖不復(fù)雜但計(jì)算工作量大的零件（如非圓曲線的計(jì)算）等。4. 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的命名及方向：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在加工過程中無論是刀具移動(dòng)，工件靜止，還是工件移動(dòng)，刀具靜止，一般都假定工件相對(duì)靜止不動(dòng)，而刀具在移動(dòng)，并同時(shí)規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)軸的正方向。 4.1 Z軸正方向的規(guī)定：刀具遠(yuǎn)離工件的方向 4.2 X軸 在刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（銑床、鉆床、鏜床等）Z軸水平（臥式)： 從刀具(主軸)向工件看時(shí)，X軸正方向指向右邊。Z軸垂直（立式）：單立柱機(jī)床，從刀具向立柱看時(shí)，X的正方向指向右邊；雙立柱機(jī)床(龍門機(jī)

3、床)，從刀具向左立柱看時(shí)，X軸的正方向指向右邊。在工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（車床、磨床等），X軸的運(yùn)動(dòng)方向是工件的徑向并平行于橫向拖板，且刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是X軸的正方向。4.3 Y軸的確定X、Z軸的正方向確定后，Y軸可按右手直角笛卡爾直角坐標(biāo)系來判定。 坐標(biāo)數(shù)：采用數(shù)字控制的運(yùn)動(dòng)方向的個(gè)數(shù)聯(lián)動(dòng)數(shù)：數(shù)控系統(tǒng)能同時(shí)控制的坐標(biāo)數(shù)（2坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工5坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工）4.4 機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，用于確定被加工零件在機(jī)床中的坐標(biāo)、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位置（如換刀點(diǎn)、參考點(diǎn)）以及運(yùn)動(dòng)范圍（如行程范圍、保護(hù)區(qū)）等。機(jī)床原點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)系的零點(diǎn),在機(jī)床調(diào)試完成后便確定

4、，是機(jī)床上固定的點(diǎn)，一般不允許用戶改變。數(shù)控車一般在卡盤前后端面的中心，數(shù)控銑各廠家不一樣，有的工作臺(tái)中心，有的行程終點(diǎn)等。 工件坐標(biāo)系與工件原點(diǎn) 1)由編程人員確定,用于編程;2)工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為工件原點(diǎn)或工件零點(diǎn)，可用程序指令來設(shè)置和改變;3)根據(jù)編程需要，在一個(gè)加工程序中可一次或多次設(shè)定或改變工件原點(diǎn)。 機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床廠家設(shè)定的固定點(diǎn)，一般為機(jī)床各坐標(biāo)軸的正極限位置，通過返回參考點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)才能確定機(jī)床的原點(diǎn)位置，從而正確建立機(jī)床坐標(biāo)系。 2.1.5 加工程序結(jié)構(gòu)與格式 加工程序的構(gòu)成 字地址程序段的一般格式主程序和子程序 二、 數(shù)控編程中的常用指令1、 準(zhǔn)備功能G代

5、碼 在插補(bǔ)運(yùn)算之前需要規(guī)定，為插補(bǔ)運(yùn)算作好準(zhǔn)備的工藝指令，如：G17、G01、G02、G81等。 模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼 模態(tài)代碼:一經(jīng)在一個(gè)程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同組其它G代碼所代替。非模態(tài)代碼:僅在所出現(xiàn)的程序段內(nèi)有效。G41、G42、G40G81G89G04 G90、G91G00、G01、G02、G03絕對(duì)坐標(biāo)與增量坐標(biāo)編程指令G90、G91 N100 G90 G01 X30.0 Y20.0 F100；N100 G91 G01 X20.0 Y10.0 F100；快速點(diǎn)定位指令G00 直線插補(bǔ)指令G01 圓弧插補(bǔ)指令G02/G03 刀具半徑補(bǔ)償建立與取消指令G41/G42、

6、G40 刀具長度補(bǔ)償建立與取消指令G43/G44、G49 G43(G44) a_ H_G43：正偏移G44：負(fù)偏移G49：取消長度補(bǔ)償a_： 指定軸的位置H_： 偏移值地址G91 G43 Z-100.0 H1; H1-刀具偏移值為20.0刀具補(bǔ)償功能應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)簡化編程工作量 實(shí)現(xiàn)粗、精加工 內(nèi)外型面的加工 坐標(biāo)平面選擇指令G17、G18、G19 用G54-G59指令設(shè)定工件坐標(biāo)系 操作者在實(shí)際加工前，測量工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的偏置值，并在數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定。這個(gè)值叫做“工件零點(diǎn)偏置”。 工件零點(diǎn)偏置?試切對(duì)刀測量棒對(duì)刀杠桿百分表對(duì)刀尋邊器對(duì)刀Z軸設(shè)定器對(duì)刀自動(dòng)對(duì)刀 用杠桿百分表找正孔中心 Z

7、軸設(shè)定器對(duì)刀 暫停（延遲）指令G04使刀具作短時(shí)間（幾秒鐘）的無進(jìn)給光整加工，用于車槽、鏜孔、锪孔等場合。G04 P/X（U）；G04 F/S；2、輔助功能字也稱為M功能，該功能指定除G功能之外的種種“通斷控制”功能。它一般用地址碼“M”和后面的兩數(shù)字表示。2.1、M00程序停止指令 M00指令實(shí)際上是一個(gè)暫停指令。功能是執(zhí)行此指令后，機(jī)床停止一切操作。按下控制面板上的啟動(dòng)指令后，機(jī)床重新啟動(dòng)，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。 2.2、M01計(jì)劃停止指令 M01指令的功能與M00相似，不同的是，M01只有在預(yù)先按下控制面板上“選擇停止開關(guān)”按鈕的情況下，程序才會(huì)停止。2.3、M02程序結(jié)束指令 M02指令

8、的功能是程序全部結(jié)束。此時(shí)主軸停轉(zhuǎn)、切削液關(guān)閉，數(shù)控裝置和機(jī)床復(fù)位。該指令寫在程序的最后一段。2.4、M03、M04、M05主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止指令 M03表示主軸正轉(zhuǎn)，M04表示主軸反轉(zhuǎn)。所謂主軸正轉(zhuǎn)，是從主軸向Z軸正向看，主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，則為反轉(zhuǎn)。M05表示主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.5、M06自動(dòng)換刀指令 M06為手動(dòng)或自動(dòng)換刀指令。當(dāng)執(zhí)行M06指令時(shí)，進(jìn)給停止，但主軸、切削液不停。2.6、M07、M08、M09冷卻液開關(guān)指令 M07表示2號(hào)冷卻液或霧狀冷卻液開。M08表示1號(hào)冷卻液或液狀冷卻液開。M09表示關(guān)閉冷卻液開關(guān)。 2.7、M30程序結(jié)束指令 M30指令與M02指令的功能基本相同，

9、不同的是，M30能自動(dòng)返回程序起始位置，為加工下一個(gè)工件作好準(zhǔn)備。3、其它常用的一些功能：F、S、TF 進(jìn)給功能指令F可以指定刀具相對(duì)于工件的進(jìn)給進(jìn)度，有兩種指定方式，即代碼法和直接給定法?，F(xiàn)代的CNC機(jī)床在進(jìn)給速度范圍內(nèi)一般都實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速，故采用直接指定方式。直接給定法是在F后面直接寫上進(jìn)給速度值，進(jìn)給量的單位用G94和G95來指定。G94表示進(jìn)給速度與主軸速度無關(guān)的每分鐘進(jìn)給量，單位為mm/min；G95表示與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)的主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mm/r，如車螺紋、攻絲等。在低檔數(shù)控系統(tǒng)中多數(shù)還采用代碼法來指定進(jìn)給速度，用F00F99表示100種進(jìn)給速度。S- 恒線速度功能，使切削點(diǎn)的線

10、速度始終保持在160m/min;S 主軸轉(zhuǎn)速功能指令轉(zhuǎn)速功能指令S用來指定主軸轉(zhuǎn)速或速度，單位為r/min或 m/min。中檔以上數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速采用直接指定方式。例如S1500表示主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，仍主要用代碼法指定方式。對(duì)于中檔以上的數(shù)控機(jī)床，還有一種使切削線速度保持不變的所謂恒線速度功能，這時(shí)需用G96和G97指令配合S指令來指定主軸轉(zhuǎn)速。例如G96 S160表示控制主軸轉(zhuǎn)速，使切削點(diǎn)的線速度始終保持在160m/min，G97 S1000表示注銷G96，即主軸不是恒線速度，其轉(zhuǎn)速為1000r/min。應(yīng)指出的是，當(dāng)由G96轉(zhuǎn)為G97時(shí)，應(yīng)對(duì)S碼賦值，否則

11、將保留G96指令的最終值。當(dāng)由G97轉(zhuǎn)為G96時(shí)，若沒有S指令，則按前一G96所賦S值進(jìn)行恒線速度控制。T、刀具功能指令T后面跟若干位數(shù)字，主要用來選擇刀具，也可用來選擇刀具偏置。例如，T12用作選刀時(shí)表示12號(hào)刀具；用作刀具補(bǔ)償時(shí)，表示按照12號(hào)刀具事先設(shè)定的偏置值進(jìn)行刀具補(bǔ)償。若用四位數(shù)字時(shí)，如T0101，前兩位01表示刀具號(hào)，后兩位01表示刀具補(bǔ)償號(hào)。三、數(shù)控加工工藝特點(diǎn)與內(nèi)容1、數(shù)控加工工藝特點(diǎn)1.1工序內(nèi)容具體 1.2工序內(nèi)容復(fù)雜 1.3工序內(nèi)容嚴(yán)密1.4工序集中1.5加工精度不僅取決于加工過程，還取決于程編階段存在逼近誤差、圓整化誤差、插補(bǔ)誤差）2、數(shù)控加工工藝的內(nèi)容2.1數(shù)控機(jī)床

12、上加工零件的選擇2.2數(shù)控工藝性分析2.3工藝路線制訂2.4工序設(shè)計(jì)3、數(shù)控編程中的工藝處理數(shù)控加工工序卡片數(shù)控加工走刀路線圖數(shù)控刀具卡片4、數(shù)控加工零件或加工內(nèi)容選擇4.1用普通機(jī)床無法加工的零件，應(yīng)優(yōu)先考慮采用數(shù)控加工，如曲面類零件；4.2用普通機(jī)床難加工，質(zhì)量難以保證，應(yīng)重點(diǎn)考慮采用數(shù)控加工；4.3用普通機(jī)床加工效率低，手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，可在數(shù)控機(jī)床尚存在富余能力基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控加工。2.3.5、 數(shù)控加工工藝性分析5.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)符合編程方便的原則同一基準(zhǔn)線引注尺寸;直接給出坐標(biāo)尺寸； 對(duì)稱公差等。5.2結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)零件外形、內(nèi)腔最好采用統(tǒng)一幾何類型和尺寸；內(nèi)槽圓角半

13、徑不應(yīng)過小；銑削零件底面時(shí)，槽底圓角半徑r不應(yīng)過大； rrdDdD銑刀端刃銑削平面的面積越小，加工表面的能力越差，工藝性也越差。零件的可裝夾性6、數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì) 6.1機(jī)床選擇、加工方法、裝夾、加工階段劃分、工序安排考慮毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、批量、熱處理要求等因素。要滿足：生產(chǎn)上適用、技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理6.2加工方法的選擇: 6.3工序的安排: 先進(jìn)行內(nèi)形內(nèi)腔加工，后進(jìn)行外形加工工序；同定位、同夾緊最好一起進(jìn)行，以減少重復(fù)定位；用同刀具加工的工序最好一起進(jìn)行，節(jié)省換刀時(shí)間；同一次裝夾中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工序?；鶞?zhǔn)先行、

14、先主后次、先粗后精、先面后孔數(shù)控工序與常規(guī)工序的銜接: 除了必要的基準(zhǔn)面加工、校正和熱處理等工序外，要盡量減少數(shù)控加工工序與常規(guī)加工工序交接的次數(shù)。6.4零件的裝夾與夾具的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的夾具與傳統(tǒng)夾具結(jié)構(gòu)的差別：不需要導(dǎo)向和對(duì)刀功能，夾具比較簡單。1.設(shè)計(jì)或選用要求：1）基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差；2)統(tǒng)一基準(zhǔn)，減少重復(fù)定位次數(shù)，減少重復(fù)定位誤差；3)夾緊要可靠，盡量避免振動(dòng)；夾緊點(diǎn)分布要合理，夾4)緊力大小要適中且穩(wěn)定，減少夾緊變形；5)夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，加工部位要敞開；6)數(shù)控夾具裝卸應(yīng)方便（氣動(dòng)。）；7)多件裝夾，以提高加工效率等。2.刀具的選擇應(yīng)滿足：安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用

15、度高等要求刀具主要結(jié)構(gòu)1）整 體 式2）機(jī) 夾 式常用銑刀：面銑刀：圓周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃為副切削刃。面銑刀多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)，刀齒材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀體為40Cr。立銑刀的圓柱表面（主切削刃）和端面上（副切削刃）都有切削刃，為螺旋齒，以增加切削平穩(wěn)性，主、副切削刃可同時(shí)進(jìn)行切削，也可單獨(dú)進(jìn)行切削。普通立銑刀端面中心處無切削刃，軸向進(jìn)給？鍵槽銑刀：有兩個(gè)刀齒，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立銑刀，又像鉆頭。加工時(shí)先軸向進(jìn)給達(dá)到槽深，然后沿鍵槽方向銑出鍵槽全長。三面刃銑刀鼓形銑刀的切削刃分布在半徑為R的圓弧面上，端面無切削刃。改變刀刃的切削部位，可以切出從負(fù)到

16、正的不同斜角。缺點(diǎn)：刃磨困難，切削條件差，不適合加工有底的輪廓表面。波紋立銑刀因其切削刃呈正弦波的形狀而得名。它的特點(diǎn)是主切削刃各點(diǎn)的半徑、前角、刃傾角都不等，能減少切削振動(dòng)；切削阻力小、切屑成魚鱗狀，因而排屑流暢，散熱性能好，刀具耐用度高。成型銑刀一般是為特定的工件或加工內(nèi)容專門設(shè)計(jì)制造的，如角度面、凹槽、特形孔或臺(tái)階等。l 大平面：面銑刀；l 加工凹槽、小臺(tái)階面及平面輪廓：立銑刀l 加工空間曲面、模具型腔等：球頭銑刀l 加工封閉的鍵槽：鍵槽銑刀等l 加工變斜角零件：鼓形銑刀l 特殊形狀：成形銑刀薄壁件加工，如整體框、肋類零件，在加工時(shí)由于振動(dòng)引起被動(dòng)再切削，造成嚴(yán)重超差，為了防止加工薄壁零

17、件時(shí)的再切削，應(yīng)選用短切削刃的立銑刀。3.切削用量的選擇 粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。 4.對(duì)刀點(diǎn)確定 1）對(duì)刀點(diǎn)：刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，也是程序的起點(diǎn)。2）選擇準(zhǔn)則：對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上；3）便于對(duì)刀、觀察和檢測；4）簡化坐標(biāo)值的計(jì)算；5）精度高、粗糙度低的表面。 6）“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”重合 刀具在機(jī)床上的位置是由“刀位點(diǎn)”的位置來表示的。所謂“刀位點(diǎn)”就是表征刀具特征的點(diǎn)。將工件夾緊并對(duì)正、將已知半徑的標(biāo)準(zhǔn)刀具裝于主軸上、得到實(shí)際位置值。5.加工路線確定

18、加工路線是指刀具相對(duì)于被加工工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，不但包含了工步的內(nèi)容，而且也反映了工步的順序。1）保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；2）簡化數(shù)值計(jì)算，減少程編工作量；3）縮短加工路線，減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率。4）切向切入切出5）順銑、多次走刀、避免進(jìn)給停頓 四、高速加工及其工藝處理4.1 高速加工概述 通常的觀點(diǎn)：1）切削速度很高，超過普通切削的510倍；2）機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般在1000020000r/min以上，最高達(dá)到150000r/min以上；3）進(jìn)給速度很高，通常在1550m/min以上，最高可達(dá)90m/min以上。 4.2 高速加工應(yīng)用的主要領(lǐng)域有：1.航空工業(yè)及其零件產(chǎn)業(yè)“整體制造法”，即在整體上“掏空”加工以形成多筋薄壁件 。2.模具制造業(yè)3.汽車工業(yè)五、 數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)