模具工廠數(shù)控編程簡介

1、模具工廠數(shù)控編程簡介1.1本章要點和學習方法本章主要介紹在模具工廠里如何進行數(shù)控編程，著重回答初學者急需了解的以下知識 要點：模具制造流程。數(shù)控加工在制模流程中的重要作用。自動編程和手工編程。數(shù)控程序代碼含義：G代碼及M代碼。本章是基礎，目的是讓初學者有一個初步概念，對于難以理解的內(nèi)容可以暫時不必深 究，隨著學習的深入，部分概念會越來越明白，再回頭看本章就會覺得很容易。學習重點是：認識 NC程序代碼的含義，學會簡單圖形的手工數(shù)控編程。1.2模具制造流程模具設計階段隨著社會的發(fā)展，大量的塑膠件日用品先后進入了人們的生活，諸如機器塑膠結構件、手機外殼、電視機外殼、游戲機外殼等都是利用塑膠模具成型的

2、。因為相對于直接制造塑 膠件來說，利用模具注塑工藝可以使塑膠產(chǎn)品的尺寸同一性好、質(zhì)量穩(wěn)定可控、制造速度 快捷，以及具有成本低廉等重要特點，所以在現(xiàn)代輕工業(yè)中，模具被稱為“工業(yè)之母”， 得到了大量的應用。模具工業(yè)在我國也是方興未艾，是朝陽產(chǎn)業(yè)。通俗地講，模具制造過程具有以下重要環(huán)節(jié)。（1 ）在產(chǎn)品開發(fā)部門（也叫 PDD），產(chǎn)品設計工程師將根據(jù)市場和客戶的需求，先 設計出產(chǎn)品的外觀彩圖，經(jīng)過客戶認可后設計成3D模型圖和相應功能的電子線路圖，然后利用快速成型技術或者 3D打印技術制作成快速手板，裝上電子元件和其他配件后制作 成具有實際功能的產(chǎn)品。經(jīng)過客戶確認，修改完善設計后，就可以把設計3D圖及其他

3、圖紙交由工廠制造這些產(chǎn)品了。而外觀塑膠件通常都是利用塑膠模具來成型。（2）模具制造部門（也叫工模部）在接收到這些圖以后，首先由模具設計工程師評估注塑這些產(chǎn)品的模具在制造上的可行性，以及這些產(chǎn)品注塑成型的可行性。沒有錯誤以后,就初步設計出模具結構，估算模具材料的規(guī)格大小、模具配件的數(shù)量、模具制造的成本及 完成日期。在經(jīng)過客戶的認可后， 發(fā)出訂單（也叫P0）,即可正式設計模具的結構裝配圖。（3）分模工程師根據(jù)客戶的產(chǎn)品3D圖和模具結構圖進行 3D模具設計，這個過程也叫分模。經(jīng)過分模，可以輸出模具的前模圖（也叫定模圖）、后模圖（也叫動模圖），復 雜一些的可能還有行位（也叫滑塊圖）、斜頂?shù)取＝?jīng)過評審，

4、沒有錯誤以后，即可設計銅 公圖（也叫電極圖）。數(shù)控編程階段數(shù)控編程工程師（也叫 CNC工程師）在收到分模圖后，先要進行檢查，在制造方面沒 有問題以后即可進行數(shù)控編程（也叫CNC編程），以便數(shù)控機床能據(jù)此加工出模具來。先分析模具配件圖的大小、坐標系的位置、加工需求、裝夾方案，然后規(guī)劃出加工工 步方案。打開編程軟件，轉(zhuǎn)化及修補圖形，設定刀具類型大小，選取加工方法，設定加工 參數(shù)，然后計算刀具運動的路線軌跡（也叫刀路）。經(jīng)過檢查，沒有錯誤后即可進行后置 處理，生成數(shù)控機床能夠識別的數(shù)控程序（也叫 NC程序）。數(shù)控程序的質(zhì)量直接決定加工的快慢和工件的質(zhì)量。數(shù)控編程階段是整個模具制造流 程的咽喉，如果這

5、部分出現(xiàn)錯誤就會導致加工錯誤，有時會導致返工。如果這個階段時間 耽誤了，那么整個模具制造周期就會拉長。所以對于模具制造流程來說，數(shù)控編程階段很 重要?；谶@個原因，一般的模具工廠都會高薪聘請經(jīng)驗豐富、技術熟練的CNC工程師來從事這項工作，而不大愿意讓新手承擔重要的數(shù)控加工編程任務。數(shù)控加工階段數(shù)控車間在收到CNC加工程序單后，就要根據(jù)制模組送來的模具材料、機床的工作情況，以及加工任務的緊急程度等因素，來安排數(shù)控加工生產(chǎn)。作為操作員接受加工任務后，要檢查程序單的要求，了解編程刀路及加工過程；準備 刀具，在機床工作臺上裝夾模具毛坯材料；裝上分中棒進行分中找正，測量工件的編程零 點，記錄其機械坐標數(shù)

6、；在機床的補償界面中，把這個坐標數(shù)輸入到G54等寄存器中；裝上刀具，測量長度補償數(shù)值，并把長度補償數(shù)值輸入到機床里。這個過程也叫對刀。把程序單上的NC程序復制到與機床連接的計算機中，檢查甚至修改NC程序里的刀具長度補償號H及坐標系G54等。利用DNC系統(tǒng)把修改好的數(shù)控程序輸入到數(shù)控機床， 并運行程序。模具加工完后一般在機床上檢查，沒有錯誤后就可以拆下，清理機床準備加 工下一件。124其他加工階段一般來說，數(shù)控加工在模具制造中的加工量是最大的。但除此之外，還需要電火花加 工、線切割加工、傳統(tǒng)的車、銃、刨、磨及鉗等工種的加工，最后才可以裝配模具。模具加工完成后就被送到注塑部試模。經(jīng)過修改設計和修改

7、模具，沒有錯誤后就可以 大量注塑塑膠件了。再經(jīng)過和其他配件的裝配，就可以把真正的產(chǎn)品送交給客戶，直至出 售給顧客，滿足人們的生活需要。125數(shù)控編程的技術難點數(shù)控編程工作具有一定的難度，在實際工作中，初學者可能會出現(xiàn)以下錯誤，在學習 時應注意克服。在開始學習編程時，只關注了軟件的操作技巧，忽視了現(xiàn)實加工可行性，參數(shù)有 時不夠合理，導致加工時出現(xiàn)刀具損耗過大或者出現(xiàn)斷刀等現(xiàn)象。有時忽視了工廠的工藝裝備的精度，以為所有工廠里都是理想機床及理想刀具。 實際工廠里的情況是千差萬別的，個別工廠的機床裝備并非想象的那樣精密，編 程員所編的程序如果沒有考慮這些因素，就會出現(xiàn)工件過切或者漏切現(xiàn)象。這屬 于理論

8、聯(lián)系實際不夠。有時忽視上一把刀具加工的殘留材料的位置和大小，未進行必要的清角，加工時 極易在角落處彈刀而過切。這屬于思維不夠嚴密所致。盡管現(xiàn)在的數(shù)控編程軟件種類很多，但都處于發(fā)展階段，一般都不是十全十美， 都存在一些缺陷。新入行的朋友有時過于相信計算機，對于軟件的計算錯誤不能 敏銳判斷并且未能及時糾正這些錯誤而導致加工錯誤。所以，在學習數(shù)控編程技 術時應揚長避短，即不但要熟練掌握軟件的優(yōu)點，還要有效避免其缺點，學習 Cimatron軟件也不例外。1.3手工數(shù)控編程方法但作在節(jié)所介紹的自動編程是當今數(shù)控編程的主要方法，也是本書學習的重點。為編程工程師，還應該熟練掌握常用數(shù)控機床編程代碼的含義，并

9、學會基本二維圖形的手 工編程方法。所謂手工數(shù)控編程，是指利用一般常用的計算工具，通過各種數(shù)學方法，人工計算出 刀具路徑軌跡，然后根據(jù)機床編程說明書，充分利用機床的指令編制出符合在數(shù)控機床上 運行的數(shù)控程序。手工編程的基本步驟是：確定圖形編程坐標系的零點和放置方向，計算圖形節(jié)點的坐 標數(shù)值，計算圓弧起始點坐標、終點坐標、半徑，按照圖形輪廓確定進刀位置和退刀位置， 根據(jù)輪廓編寫各個圖素的數(shù)控程序，添加輔助代碼指令。如果對數(shù)控編程軟件不熟悉但卻對 AutoCAD等繪圖軟件比較熟悉，可以在畫圖軟件里測量點坐標及圓弧數(shù)據(jù)，然后據(jù)此編程。手工編程一般事先在紙上寫好，并逐條檢查各個語句沒有錯誤以后，才在機床

10、的MDI界面輸入到機床，并先進行空運行，消除各種報警錯誤以后，再加工試件。檢查試件合格 以后，就可以正式加工工件。本節(jié)任務：加工如圖1-1所示的試件，材料為電木。請編寫適合在FANUC系統(tǒng)機床上運行的NC程序。坐標系1 機床坐標系通俗地講，假設機床工作臺不動，刀具在動，操作者站在立式機床工作臺前觀察刀具運動，向右為 X正方向，向里為 Y正方向，向上為 Z正方向。對于臥式數(shù)控機床，假設觀察者站在機床背面，沿著主軸方向看工作臺和刀具，假定工作臺不動，刀具在動，向右為 X正方向，向上為Y正方向，刀具朝著觀察者運動為 Z正 方向。對于多軸加工中心，沿著 X軸旋轉(zhuǎn)為A，沿著Y軸旋轉(zhuǎn)為B，沿著Z軸旋轉(zhuǎn)為C

11、。 坐標系仍為笛卡兒右手坐標系，旋轉(zhuǎn)軸方向遵循右手螺旋定則。機床坐標系的原點（用 M表示，也叫Home點）位置一般在各坐標軸的正向最大極限處。 機床的參考點（用 R表示）不在機床原點，而在機床行程開關設置的特定的物理位置。對于加工中心來說，參考點為刀具的換刀位置。數(shù)控機床在通電后，正式加工前，或者加工 中心在換刀前，必須要回歸參考點，在操作面板上顯示的機械坐標值均為零，這個過程通常 也叫作“回零”。機床面板上顯示出的刀具中心點的機械坐標值就是相當于參考點來說的。2 .工件編程坐標系編程原點（用 W表示）是指編程員在工件上指定的、便于測量的幾何基準點，也稱為 工件原點，以此原點建立的坐標系也叫工

12、件坐標系。在機床上設定工件的坐標系通常有以 下兩種方法。（1）G92指令格式為：G92 X_ Y_ Z_機床不產(chǎn)生動作。通過設定刀具起點相對于工件坐標系原點的相對位置來建立坐標系。 機床重開機時坐標系就消失，所以僅適用于臨時性、簡單工件的加工，模具加工很少使用 這種方式。為了編程和操作方便一般都把起始點作為坐標零點。（2 ）用 G54G59通過測量工作臺上安裝的工件的編程原點，將其機械坐標值輸入到機床的G54寄存器里，機床加工時，系統(tǒng)會將NC程序里的坐標值加上 G54存儲的坐標值來計算出刀具中心點在機床坐標系里的數(shù)值，并以此數(shù)值來控制刀具的運動。普通機床可以建立 G54G59共6個坐標系，有些

13、新型機床可能還會更多。機床斷電或者重啟都不會清除G54G59里存儲的數(shù)值，其廣泛用于模具加工。一般在加工之前就設定 G54。手工編程時，編程原點一般選取在便于計算、又便于測量且安全的位置。模具工廠里 的工件，在加工前的毛坯料大多數(shù)為長方體，坐標系 XY零點一般設定在長寬對稱中心位 置，也叫“四邊分中”，Z零點一般設定在毛坯的頂面。圖1-1所示的毛坯料為長方體，其編程坐標系如圖1-2所示。球心作為編程原點（也叫編程零點）。132圖形節(jié)點計算機床控制刀具的運動方式有直線、圓弧及曲線。曲線方式是新型機床里將多個小直線 合并為一條曲線指令的方式，因計算復雜，不適合手工編程。數(shù)控程序?qū)嶋H上是控制刀具中心

14、點的移動位置。要根據(jù)圖形計算出沿著工件外輪廓補 償?shù)牡毒哌\動軌跡，以此軌跡線確定刀具位置，這樣才能準確加工出工件來。對于二維圖 形，需要計算圖形的等距偏移圖形。對于三維曲面，如果用球刀加工，則需要首先計算曲 面的等距面，據(jù)此計算出球刀的球心坐標，再換算成球刀刀尖的坐標，然后寫出NC程序。三維曲面的等距面計算復雜，也不適合手工編程。由于現(xiàn)代數(shù)控機床一般都有補償功能G41 （左補償）或者 G42 （右補償），所以只需要計算出原始圖形的直線端點坐標、圓弧起始點及終點坐標、圓心坐標或者圓弧半徑，據(jù) 此編寫NC數(shù)控程序，輸入到機床，就可以在機床控制器里計算出刀具中心的軌跡線。關于圖形節(jié)點計算，可以采用解

15、析幾何的方法，也可以根據(jù)已有的電子圖檔在普通繪 圖軟件（如AutoCAD、Pro/E）里測量。但得出的坐標數(shù)據(jù)必須是以編程選定的坐標系為準。模具編程大多采取絕對坐標編程（G90），這樣可以消除相對坐標編程（ G91）存在的積累誤差等缺陷。對于圖1-2所示的坐標系，加入進刀線和退刀線后如圖1-3所示。計算圖形的節(jié)點坐標，數(shù)據(jù)如下：點 1(- 20,40,0)，點 2(20,40,0)，點 3(38,40,0)，點 4(50,28,0)，點 5(50,-28,0)，點 6(38,-40,0)， 點 7(- 38,-40,0)，點 8(- 50,-28,0)，點 9(- 50,28,0)，點 10(

16、-38,40,0)。進刀線起點 p1(-20,60,0)， 退刀線終點p2(12,40,0)。圓弧cl圓心坐標(0,40,0)，半徑為20；圓弧c2圓心坐標(38,28,0)，半徑為12；圓弧c3 圓心坐標(38,-28,0)，半徑為12；圓弧c4圓心坐標(-38,-28,0)，半徑為12;圓弧c5圓心坐 標(-38,28,0)，半徑為 12。133程序代碼在正式編寫數(shù)控程序之前，先學習常用數(shù)控程序代碼。以下為FANUC系統(tǒng)指令中較為常用且很重要的指令。1 運動指令(1) G90為絕對值編程，G91為相對值編程。(2) G00刀具按機床設定的固定速度快速移動，也可寫成G0。女口刀具從 A(3.

17、0,6.0,0.0)走到 B(10.0,12.0,0.0)，則程序為 N01 G90 G00 X10.0 Y12.0 Z0. 或 N01 G91 G00 X7.0 Y6.0 Z0。要指出的是，此程序不能用于切削，只用于快速回刀，而且并不是按F值走直線AB ,而是折線ACB，如圖1-4所示。要注意：正因為G00并不像計算機里顯示的那樣走直線，所以編程時移刀的安全高度要 足夠高，否則實際加工中可能出現(xiàn)過切，而計算機卻查不出來。(3) G01為按指定速度直線運動，也可寫成G1。如刀具從 A 點(3.0,6.0,0.0)走到 B 點(10.0,12.0,0.0)，則程序為 N01 G90 G01 X1

18、0.0 Y12.0 Z0.F500 或 N01 G01 G91 X7.0 Y6.0 Z0 F500。N01表示程序段號，可以省略，F(xiàn)500表示進給速度，單位為mm/min。(4) G02為順時針圓弧，G03為逆時針圓弧，也可寫成G2或G3。如圖1-5所示，在XY平面內(nèi)，如刀具從 A點(3.0,6.0,0.0)沿圓弧順時針方向走到 B點 (10.0,12.0,0.0),半徑為 6.0,圓心為 C2(8.999,6.084,0),則程序為 G90 G02 X10.0 Y12.0 R6.0 或 G90 G02 X10.0 Y12.0 I5.999 J0.084。如刀具從B點(10.0,12.0,0.

19、0)沿圓弧逆時針方向走到A點(3.0,6.0,0.0)，半徑為6.0，圓 心為 C2(8.999,6.084,0)，則程序為 G90 G03 X3.0 Y6.0 R6.0 或 G90 G03 X3.0 Y6.0 I-1.001 J-5.916。R表示圓弧半徑，I、J、K是圓心相對于起點的相對坐標。這些都是模態(tài)指令，如前一程序段已指定，本條如相同可以省略。Y Ic1(4.001,11.916)A(3,6)c2(8.999,6.084)圖1-5圓弧運動知識拓展：有些機床的R指令可能是非模態(tài)，NC程序就不能輕易省略；有些機床的I、J、K要求是圓心絕對坐標值。這樣的話以上NC程序就不能正常運行，剛接

20、觸新機床時要注意這些問題。2 .坐標系設置G54、G55、G56G59，一般為6個，但有些新機床可擴展到G540G599。3 .補償指令G41為左補償，G42為右補償。沿著刀具前進方向看，刀具在加工工件的左邊，就稱 作左補償，否則為右補償，G40為取消補償。G43為刀具長度補償，G49為取消長度補償。4 .輔助功能M00為程序暫停，也可寫成 M0。M01為操作暫停，也可寫成 M1。M02為程序停，也可寫成 M2。M03為刀具正轉(zhuǎn)，也可寫成 M3。M05為刀具停轉(zhuǎn)，也可寫成 M5。M06為換刀，也可寫成M6。在加工中心中，刀具要根據(jù)在刀庫架中的排列位置確定刀號。如T5 M06，表示先選T5刀具，

21、再用機械手將這個刀具裝在機床的主軸之中。M08為開冷卻油，也可寫成M8。M09為關冷卻油，也可寫成M9。M30為程序結束，紙帶倒帶或程序返回開始處。要注意：有些機床要求同一條語句只能有一個M指令，最后一個才起作用。為了保險起見，可把要加入的M指令分作不同的 NC語句。其他不常用的代碼，如果今后工作中要用到，可參考機床說明書或者其他資料。程序編寫根據(jù)節(jié)計算的圖形節(jié)點，編寫數(shù)控程序如下（括號內(nèi)文字是對數(shù)控程序語句的解 釋，在機床上并不輸入）：% （程序開頭符號）O001 （程序號。如果采取 DNC傳送，則可以省略）N0010 G40 G仃G90 G49 G80 （ N0010表示程序段號，G40表

22、示取消補償，G17表示選擇XY平面，G90表示絕對值編程，G49表示取消長度補償，G80表示取消鉆孔循環(huán)）N0020 G91 G28 Z0.0 （機床回參考點，G91表示相對值編程，G28表示回歸機械零點便于換刀）N0030 T01 M06 （換刀，將編號為1號的刀自動裝上主軸。此功能對于加工中心才有用，對于普通 數(shù)控銃機床，這一段和上一段由操作員刪除）N0040 G0 G54 X-20. Y60. S2200 M03（ G0表示刀具快速運動到以 G54為零點的p1點（-20,60,0）上方的點，注意要帶上小數(shù)點，M03表示主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 S為2200r/min）N0050 G43 Z50.

23、H01 （ G43表示長度補償，H01表示長度補償值，同時快速下降到Z50.位置，省略XY說明在XY方向不動。如果首次加工需加入G01 F2000，操作員通過調(diào)倍率開關使刀具在可控進給速度F2000的百分率在下降）N0060 Z2.N0070 G1 Z-12. F1250. M08（ M08 表示開冷卻油，按進給 F 為 1250mm/min）N0080 G41 Y40. D01 （在進刀線上加入左補償，同時設定補償號碼為D01，運動到點1）N0090 G3 X20. 120. J0.（切削逆時針圓弧 c1到達點2）N0100 G1 X38.（切削直線點3）N0110 G2 X50. Y28.

24、 I0. J-12.（切削順時針圓弧 c2 到點 4）N0120 G1 Y-28.（切削直線到點5）N0130 G2 X38. Y-40. I-12. J0.（切削順時針圓弧 c3 到點 6）N0140 G1 X-38.（切削直線到點7）N0150 G2 X-50. Y-28. I0. J12.（切削順時針圓弧 c4 到點 8）N0160 G1 Y28.（切削直線到點 9）N0170 G2 X-38. Y40. I12. J0.（切削順時針圓弧 c5 到點 10）N0180 G1 X-20.（切削直線到點1）N0190 G40 X2.（切削直線到點p2,同時取消刀具半徑補償）N0200 G1

25、Z2.（慢速提刀到Z2.0，省略XY說明在XY方向不動）N0210 G0 Z50.（快速提刀到 Z50.0）N0220 M02 （程序結束）% （程序結束符號）請注意以下問題：(1) 這個NC程序與刀具大小無關，適應面廣。這種編程方法通常也叫輪廓編程，精 加工時在機床的MDI界面里輸入的補償值就等于刀具半徑值。(2) 實際加工時所選的平底刀的刀具直徑不能大于40.0mm，否則輸入補償過大， 機床會報警。(3) 加工完成后，如果測量加工零件的尺寸沒有到位，可以適當輸入補償值重新加工， 最終達到圖紙的尺寸要求。(4) 這個程序可以通過在 MDI界面輸入不同的補償值，來實現(xiàn)粗加工和精加工。(5) 在

26、零件輪廓開始點之前，最好加入切入直線指令，并在此直線上加入補償指令。 退刀時同樣加入退刀線。加入和取消補償時要注意刀具的實際軌跡線，以避免過切工件。(6) 表示尺寸長度的數(shù)據(jù)要帶上小數(shù)點。如X-20.,而不能寫成X-20。因為不帶小數(shù)點系統(tǒng)可能會認為單位為微米(E)而不是毫米(mm )。(7) 稍微復雜一些的輪廓，尤其是有很多凹形的小直線，機床在執(zhí)行較大的補償數(shù)值 時可能會出現(xiàn)報警錯誤信息而無法執(zhí)行。為了克服這些困難，可以事先計算刀具的中心軌跡線，以此中心線來編寫數(shù)控程序。隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控編程人員只需要弄懂數(shù)控代碼的含義，會運用CimatronE10.0等軟件的數(shù)控編程功能，就可以輕松完成數(shù)控編程的工作。1.4本