數(shù)控機(jī)床加工程序的編制

1、第二章數(shù)控機(jī)床加工程序的編制第一節(jié)數(shù)控編程根底一、數(shù)控編程的概念我們都知道，在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，一般是由工藝人員按照設(shè)計(jì)圖樣事先制訂好 零件的加工工藝規(guī)程。 在工藝規(guī)程中給出零件的加工路線、切削參數(shù)、機(jī)床的規(guī)格及刀具、卡具、量具等內(nèi)容。操作人員按工藝規(guī)程的各個(gè)步驟手工操作機(jī)床，加工出圖樣給定的零 件。也就是說(shuō)零件的加工過(guò)程是由工人手工操作的。數(shù)控機(jī)床卻不一樣， 它是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)主軸轉(zhuǎn)數(shù)、 進(jìn)給量、吃刀量等以及輔助功能換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開(kāi)、關(guān)等，按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及

2、程序格式編寫(xiě)成加工程序單，再把這一程序單中的內(nèi)容記錄在控制 介質(zhì)上如穿孔紙帶、磁帶、磁盤(pán)、磁泡存儲(chǔ)器，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而指揮機(jī)床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過(guò)程叫數(shù)控程序的編制。從以上分析可以看出，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于數(shù)控機(jī)床是按照程序 自動(dòng)進(jìn)行零件加工，而普通機(jī)床要由人來(lái)操作，我們只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序就可以 到達(dá)加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機(jī)床特別適用于加工小批量且形狀復(fù)雜精度要求高 的零件。由于數(shù)控機(jī)床要按照預(yù)先編制好的程序自動(dòng)加工零件，因此，程序編制的好壞直接影 響數(shù)控機(jī)床的正確使用和數(shù)控加工特點(diǎn)的發(fā)揮。這就要求編程員具有比擬

3、高的素質(zhì)。編程 員應(yīng)通曉機(jī)械加工工藝以及機(jī)床、刀夾具、數(shù)控系統(tǒng)的性能，熟悉工廠的生產(chǎn)特點(diǎn)和生產(chǎn) 習(xí)慣。在工作中，編程員不但要責(zé)任心強(qiáng)、細(xì)心，而且還能和操作人員配合默契，不斷吸 取別人的編程經(jīng)驗(yàn)、 積累編程經(jīng)驗(yàn)和編程技巧，并逐步實(shí)現(xiàn)編程自動(dòng)化， 以提高編程效率。二、數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟一數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖樣，確定加工工藝過(guò)程；確定走刀軌跡，計(jì)算 刀位數(shù)據(jù)；編寫(xiě)零件加工程序；制作控制介質(zhì)；校對(duì)程序及首件試加工。二數(shù)控編程的步驟數(shù)控編程的步驟一般如圖 2-1所示。數(shù)學(xué)處理就挖機(jī)爪一程序檢驗(yàn) T圖2-1數(shù)控編程過(guò)程1、分析零件圖樣和工藝處理這一步驟的內(nèi)容包括：對(duì)零件圖樣進(jìn)

4、行分析以明確加工的內(nèi)容及要求，選擇加工方 案、確定加工順序、走刀路線、選擇適宜的數(shù)控機(jī)床、設(shè)計(jì)夾具、選擇刀具、確定合理的 切削用量等。工藝處理涉及的問(wèn)題很多，編程人員需要注意以下幾點(diǎn)：1工藝方案及工藝路線應(yīng)考慮數(shù)控機(jī)床使用的合理性及經(jīng)濟(jì)性，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能；盡量縮短加工 路線，減少空行程時(shí)間和換刀次數(shù)，以提高生產(chǎn)率；盡量使數(shù)值計(jì)算方便，程序段少，以 減少編程工作量；合理選取起刀點(diǎn)、切入點(diǎn)和切入方式，保證切入過(guò)程平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊； 在連續(xù)銃削平面內(nèi)外輪廓時(shí)，應(yīng)安排好刀具的切入、切出路線。盡量沿輪廓曲線的延長(zhǎng)線 切入、切出，以免交接處出現(xiàn)刀痕，如圖2-2所示。a)圖2-2刀具的切入切出路線a銃

5、曲線輪廓板b銃直線輪廓2零件安裝與夾具選擇盡量選擇通用、組合夾具，一次安裝中把零件的所有加工面都加工出來(lái)，零件的定位 基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差；應(yīng)特別注意要迅速完成工件的定位和夾緊過(guò)程， 以減少輔助時(shí)間，必要時(shí)可以考慮采用專(zhuān)用夾具。3編程原點(diǎn)和編程坐標(biāo)系編程坐標(biāo)系是指在數(shù)控編程時(shí)，在工件上確定的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，其原點(diǎn)也是數(shù)控加工的 對(duì)刀點(diǎn)。要求所選擇的編程原點(diǎn)及編程坐標(biāo)系應(yīng)使程序編制簡(jiǎn)單；編程原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在 零件的工藝基準(zhǔn)或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上，并在加工過(guò)程中便于檢查的位置；引起的加工誤差要小。4刀具和切削用量應(yīng)根據(jù)工件材料的性能，機(jī)床的加工能力，加工工序的類(lèi)型，切削用量以及其他與加 工有關(guān)的因

6、素來(lái)選擇刀具。對(duì)刀具總的要求是：安裝調(diào)整方便，剛性好，精度高，使用壽 命長(zhǎng)等。切削用量包括：主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度等。切削深度由機(jī)床、刀具、工件的 剛度確定，在剛度允許的條件下，粗加工取較大切削深度，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率; 精加工取較小切削深度，以獲得外表質(zhì)量。主軸轉(zhuǎn)速由機(jī)床允許的切削速度及工件直徑選 取。進(jìn)給速度那么按零件加工精度、外表粗糙度要求選取，粗加工取較大值，精加工取較小值。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度及進(jìn)給系統(tǒng)性能限制。2、數(shù)學(xué)處理在完成工藝處理的工作以后，下一步需根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸、走刀路線及設(shè)定 的坐標(biāo)系，計(jì)算粗、精加工各運(yùn)動(dòng)軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)。一般的數(shù)控系統(tǒng)均具有

7、直線插補(bǔ) 與圓弧插補(bǔ)功能。對(duì)于點(diǎn)定位的數(shù)控機(jī)床如數(shù)控沖床一般不需要計(jì)算；對(duì)于加工由圓 弧與直線組成的較簡(jiǎn)單的零件輪廓加工，需要計(jì)算出零件輪廓線上各幾何元素的起點(diǎn)、終 點(diǎn)、圓弧的圓心坐標(biāo)、兩幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)的坐標(biāo)值；當(dāng)零件圖樣所標(biāo)尺寸的坐標(biāo)系 與所編程序的坐標(biāo)系不一致時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的換算；假設(shè)數(shù)控機(jī)床無(wú)刀補(bǔ)功能，那么應(yīng)計(jì)算 刀心軌跡；對(duì)于形狀比擬復(fù)雜的非圓曲線如漸開(kāi)線、雙曲線等的加工，需要用小直線 段或圓弧段逼近，按精度要求計(jì)算出其節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值；自由曲線、曲面及組合曲面的數(shù)學(xué)處 理更為復(fù)雜，需利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。3、編寫(xiě)零件加工程序單在加工順序、工藝參數(shù)以及刀位數(shù)據(jù)確定后，就可按數(shù)控系統(tǒng)

8、的指令代碼和程序段格 式，逐段編寫(xiě)零件加工程序單。編程人員應(yīng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能、指令功能、代碼書(shū)寫(xiě)格式 等非常熟悉，才能編寫(xiě)出正確的零件加工程序。對(duì)于形狀復(fù)雜如空間自由曲線、曲面 工序很長(zhǎng)、計(jì)算煩瑣的零件采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程。4、輸入數(shù)控系統(tǒng) 程序編寫(xiě)好之后，可通過(guò)鍵盤(pán)直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，比擬老一些的數(shù)控機(jī)床需要 制作控制介質(zhì)穿孔帶 ，再將控制介質(zhì)上的程序輸入數(shù)控系統(tǒng)。5、程序檢驗(yàn)和首件試加工程序送入數(shù)控機(jī)床后，還需經(jīng)過(guò)試運(yùn)行和試加工兩步檢驗(yàn)后，才能進(jìn)行正式加工。通 過(guò)試運(yùn)行，檢驗(yàn)程序語(yǔ)法是否有錯(cuò)，加工軌跡是否正確；通過(guò)試加工可以檢驗(yàn)其加工工藝 及有關(guān)切削參數(shù)指定得是否合理，加工精度能否滿

9、足零件圖樣要求，加工工效如何，以便 進(jìn)一步改良。試運(yùn)行方法對(duì)帶有刀具軌跡動(dòng)態(tài)模擬顯示功能的數(shù)控機(jī)床，可進(jìn)行數(shù)控模擬加工，檢 查刀具軌跡是否正確，如果程序存在語(yǔ)法或計(jì)算錯(cuò)誤，運(yùn)行中會(huì)自動(dòng)顯示編程出錯(cuò)報(bào)警， 根據(jù)報(bào)警號(hào)內(nèi)容，編程員可對(duì)相應(yīng)出錯(cuò)程序段進(jìn)行檢查、修改。對(duì)無(wú)此功能的數(shù)控機(jī)床可 進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)檢驗(yàn)。試加工一般采用逐段運(yùn)行加工的方法進(jìn)行，即每撳一次自動(dòng)循環(huán)鍵，系統(tǒng)只執(zhí)行一段 程序，執(zhí)行完一段停一下，通過(guò)一段一段的運(yùn)行來(lái)檢查機(jī)床的每次動(dòng)作。不過(guò)，這里要提 醒注意的是，當(dāng)執(zhí)行某些程序段，比方螺紋切削時(shí)，如果每一段螺紋切削程序中本身不帶 退刀功能時(shí)，螺紋刀尖在該段程序結(jié)束時(shí)會(huì)停在工件中，因此，應(yīng)防止由

10、此損壞刀具等。 對(duì)于較復(fù)雜的零件，也先可采用石蠟、塑料或鋁等易切削材料進(jìn)行試切。三、數(shù)控編程的方法數(shù)控編程一般分為手工編程和自動(dòng)編程。1手工編程 Manual Programming從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫(xiě)程序單、程序輸入至程序校驗(yàn)等各步驟 均由人工完成，稱為手工編程。對(duì)于加工形狀簡(jiǎn)單的零件，計(jì)算比擬簡(jiǎn)單，程序不多，采 用手工編程較容易完成，而且經(jīng)濟(jì)、及時(shí)，因此在點(diǎn)定位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工中，手工編程仍廣泛應(yīng)用。但對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件，用手工編程就有一定的困難，出錯(cuò)的機(jī)率增大，有的甚至無(wú)法編出程序，必須采用自動(dòng)編程的方法編制程

11、序。2. 自動(dòng)編程(Automatic Programming )自動(dòng)編程是利用計(jì)算機(jī)專(zhuān)用軟件編制數(shù)控加工程序的過(guò)程。它包括數(shù)控語(yǔ)言編程和圖形交互式編程。數(shù)控語(yǔ)言編程，編程人員只需根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語(yǔ)言編寫(xiě)出零件加工源程序，送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行編譯、數(shù)值計(jì)算、后置處理，編寫(xiě)出零件加工程序單，直至自動(dòng)穿出數(shù)控加工紙帶，或?qū)⒓庸こ绦蛲ㄟ^(guò)直接通信的方式送入數(shù)控機(jī)床，指揮機(jī)床 工作。數(shù)控語(yǔ)言編程為解決多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工曲面、曲線提供了有效方法。但這種編程方法直觀性差，編程過(guò)程比擬復(fù)雜不易掌握，并且不便于進(jìn)行階段性檢查。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展，計(jì)算機(jī)圖形處理功能已有了極大的增強(qiáng)，“圖形交互

12、式自動(dòng)編程也應(yīng)運(yùn)而生。圖形交互式自動(dòng)編程是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD )軟件的圖形編程功能，將零件的幾何圖形繪制到計(jì)算機(jī)上，形成零件的圖形文件，或者直接調(diào)用由CAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件中的零件圖形文件， 然后再直接調(diào)用計(jì)算機(jī)內(nèi)相應(yīng)的數(shù)控編程模塊，進(jìn)行刀具軌跡處理，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)零件加工軌跡的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算和數(shù)學(xué)處理，從而生成刀位文件。之后,再經(jīng)相應(yīng)的后置處理 (postprocessing),自動(dòng)生成數(shù)控加工程序，并同時(shí)在計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)地顯示其刀具的加工軌跡圖形。圖形交互式自動(dòng)編程極大地提高了數(shù)控編程效率，它使從設(shè)計(jì)到編程的信息流成為連 續(xù)，可實(shí)現(xiàn)CAD/CAM 集成，為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

13、( CAD )和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM ) 一體化建立了必要的橋梁作用。因此，它也習(xí)慣地被稱為CAD/CAM自動(dòng)編程。其詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)第四節(jié)。四、程序的結(jié)構(gòu)與格式每種數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)本身的特點(diǎn)及編程的需要，都有一定的程序格式。對(duì)于不同的 機(jī)床，其程序格式也不盡相同。因此，編程人員必須嚴(yán)格按照機(jī)床說(shuō)明書(shū)的規(guī)定格式進(jìn)行編 程。1.程序結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的程序由程序號(hào)、程序的內(nèi)容和程序結(jié)束三局部組成。例如:程序號(hào)程序內(nèi)容程序結(jié)束00001N10 G92 X40 Y30 ;N20 G90 G00 X28 T01 S800 M03 ;N30 G01 X-8 Y8 F200 ;N40 X0 Y0 ;N50 X28

14、 Y30 ;N60 G00 X40 ;N70 M02 ;(1) 程序號(hào)。在程序的開(kāi)頭要有程序號(hào)，以便進(jìn)行程序檢索。程序號(hào)就是給零件加工程 序一個(gè)編號(hào)，并說(shuō)明該零件加工程序開(kāi)始。如 FUNUC數(shù)控系統(tǒng)中，一般采用英文字母 0及 其后4位十進(jìn)制數(shù)表示“OXXXX，4位數(shù)中假設(shè)前面為0，那么可以省略，如“ 00101 等 效于“ 0101 。而其他系統(tǒng)有時(shí)也采用符號(hào)“ %或“ P及其后4位十進(jìn)制數(shù)表示程序號(hào)。2 程序內(nèi)容。程序內(nèi)容局部是整個(gè)程序的核心，它有許多程序段組成，每個(gè)程序段由一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成，它表示數(shù)控機(jī)床要完成的全部動(dòng)作。3 程序結(jié)束。 程序結(jié)束是以程序結(jié)束指令M02、M30或M99 子

15、程序結(jié)束，作為程 序結(jié)束的符號(hào)，用來(lái)結(jié)束零件加工。2 .程序段格式零件的加工程序是由許多程序段組成的，每個(gè)程序段由程序段號(hào)、假設(shè)干個(gè)數(shù)據(jù)字和程序段結(jié)束字符組成，每個(gè)數(shù)據(jù)字是控制系統(tǒng)的具體指令，它是由地址符、特殊文字和數(shù)字集合 而成，它代表機(jī)床的一個(gè)位置或一個(gè)動(dòng)作。程序段格式是指一個(gè)程序段中字、字符和數(shù)據(jù)的書(shū)寫(xiě)規(guī)那么。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用字-地址可變程序段格式。所謂字-地址可變程序段格式，就是在一個(gè)程序段內(nèi)數(shù)據(jù)字的數(shù)目以及字的長(zhǎng)度位數(shù)都是可以變化的格式。不需要的字以及與上一程序段相同的續(xù)效字可以不寫(xiě)。一般的書(shū)寫(xiě)順 序按表2-1所示從左往右進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，對(duì)其中不用的功能應(yīng)省略。該格式的優(yōu)點(diǎn)是程序簡(jiǎn)短、直

16、觀以及容易檢驗(yàn)、修改。表2-1 程序段書(shū)寫(xiě)順序格式123456789O11- NG-X-U-P-A-DD- - - - - Y V Q B EZ-W-RRC- F- T- MRLLC-程序段序號(hào)準(zhǔn)備功能字 標(biāo) 坐進(jìn)給功能主軸功能刀具功能輔助功能字據(jù)數(shù)例如：N20 G01 X25 Z-36 F100 S300 T02 M03 ;程序段內(nèi)各字的說(shuō)明：1 程序段序號(hào)簡(jiǎn)稱順序號(hào)：用以識(shí)別程序段的編號(hào)。用地址碼N和后面的假設(shè)干位數(shù) 字來(lái)表示。如 N20表示該語(yǔ)句的語(yǔ)句號(hào)為 20。2準(zhǔn)備功能G指令：是使數(shù)控機(jī)床作某種動(dòng)作的指令，用地址 G和兩位數(shù)字所組成， 從G00-G99共100種。G功能的代號(hào)已標(biāo)準(zhǔn)化

17、。3坐標(biāo)字：由坐標(biāo)地址符如 X、Y等、+、符號(hào)及絕對(duì)值或增量的數(shù)值組成， 且按一定的順序進(jìn)行排列。坐標(biāo)字的“ + 可省略。其中坐標(biāo)字的地址符含義如表2-2所示。表2-2地址符含義地址碼意義X- Y- Z-根本直線坐標(biāo)軸尺寸U- V- W-第一組附加直線坐標(biāo)軸尺寸P- Q- R-第二組附加直線坐標(biāo)軸尺寸A- B- C-繞X、Y、Z旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸尺寸I- J- K-圓弧圓心的坐標(biāo)尺寸D- E-附加旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸尺寸R-圓弧半徑值各坐標(biāo)軸的地址符按以下順序排列:X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、D、E(4) 進(jìn)給功能F指令：用來(lái)指定各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸及其任意組合的進(jìn)給量或螺紋導(dǎo)程。該 指令是續(xù)效代碼

18、，有兩種表示方法：1) 代碼法即F后跟兩位數(shù)字，這些數(shù)字不直接表示進(jìn)給速度的大小，而是機(jī)床進(jìn)給速度數(shù)列的序號(hào)，進(jìn)給速度數(shù)列可以是算術(shù)級(jí)數(shù)，也可以是幾何級(jí)數(shù)。從F00F99共100個(gè)等級(jí)。2) 直接指定法即F后面跟的數(shù)字就是進(jìn)給速度的大小。按數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給功能，它 也有兩種速度表示法。一是以每分鐘進(jìn)給距離的形式指定刀具切削進(jìn)給速度(每分鐘進(jìn)給量)，用F字母和它后繼的數(shù)值表示， 單位為“ mm/min ,如F100表示進(jìn)給速度為100 mm /min。 對(duì)于回轉(zhuǎn)軸如F12表示每分鐘進(jìn)給速度為12 °。二是以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量規(guī)定的速度(每轉(zhuǎn)進(jìn)給量)，單位為“ mm/r。直接指定方法較為直觀，

19、因此現(xiàn)在大多數(shù)機(jī)床均采用這一指定方法。(5) 主軸轉(zhuǎn)速功能字 S指令：用來(lái)指定主軸的轉(zhuǎn)速，由地址碼S和在其后的假設(shè)干位數(shù)字組成。有恒轉(zhuǎn)速(單位r/min )和外表恒線速(單位 m/min )兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式。如 S800表示主軸轉(zhuǎn)速為800r/min ;對(duì)于有恒線速度控制功能的機(jī)床，還要用 G96或G97指令配合S代 碼來(lái)指定主軸的速度。如G96S200表示切削速度為200m/min , G96為恒線速控制指令；G97S2000表示注銷(xiāo) G96，主軸轉(zhuǎn)速為 2000r/min。(6) 刀具功能字T指令：主要用來(lái)選擇刀具，也可用來(lái)選擇刀具偏置和補(bǔ)償，由地址 碼T和假設(shè)干位數(shù)字組成。如 T18表示換刀

20、時(shí)選擇18號(hào)刀具，如用作刀具補(bǔ)償時(shí)， T18是指 按18號(hào)刀具事先所設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。 假設(shè)用四位數(shù)碼指令時(shí)， 例如T0102 ,那么前兩位數(shù)字 表示刀號(hào)，后兩位數(shù)字表示刀補(bǔ)號(hào)。由于不同的數(shù)控系統(tǒng)有不同的指定方法和含義，具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)參照所用數(shù)控機(jī)床說(shuō)明書(shū)中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。(7) 輔助功能字 M指令：輔助功能表示一些機(jī)床輔助動(dòng)作及狀態(tài)的指令。由地址碼M和后面的兩位數(shù)字表示。從M00M99共100種。(8) 程序段結(jié)束：寫(xiě)在每個(gè)程序段之后，表示程序結(jié)束。當(dāng)用EIA標(biāo)準(zhǔn)代碼時(shí)，結(jié)束 符為“ CR，用ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼時(shí)為“ NL 或“ LF 。有的用符號(hào)“；或“ *表示。五、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向規(guī)

21、定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸及運(yùn)動(dòng)方向，是為了準(zhǔn)確地描述機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化程序的編制方法，并使所編程序有互換性。目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。我國(guó)機(jī)械工業(yè)部也頒布了 JB3051 82?數(shù)字控制機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名?的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng) 方向作了明文規(guī)定。1 坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向命名的原那么數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，有的是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)如車(chē)床，有的是工件相對(duì)于刀具的運(yùn)動(dòng)如銃床。為了使編程人員能在不知道是刀具移向工件，還是工件移向 刀具的情況下，可以根據(jù)圖樣確定機(jī)床的加工過(guò)程，特規(guī)定：永遠(yuǎn)假定刀具相對(duì)于靜止的工 件坐標(biāo)系而運(yùn)動(dòng)。2.標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的規(guī)定在數(shù)控機(jī)床上加工零件，機(jī)床的動(dòng)作是由

22、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令來(lái)控制的。為了確定機(jī)床 的運(yùn)動(dòng)方向和移動(dòng)的距離，就要在機(jī)床上建立一個(gè)坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系就叫標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，也 叫機(jī)床坐標(biāo)系。在編制程序時(shí)，就可以以該坐標(biāo)系來(lái)規(guī)定運(yùn)動(dòng)方向和距離。數(shù)控機(jī)床上的坐標(biāo)系是采用右手直角迪卡兒坐標(biāo)系。如圖2-3所示。在圖中，大拇指的方向?yàn)閄軸的正方向，食指為 Y軸的正方向。圖2-42-7分別示出了幾種機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。圖2-3右手直角迪卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)圖2-4 臥式車(chē)床-Zr/4圖2-5立式升降臺(tái)銃床+ Z圖2-6臥式升降臺(tái)銃床圖2-7牛頭刨床3 .運(yùn)動(dòng)方向確實(shí)定JB3051 82中規(guī)定：機(jī)床某一部件運(yùn)動(dòng)的正方向，是增大工件和刀具之間的距離的方向。(1) Z坐標(biāo)的

23、運(yùn)動(dòng)Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，是由傳遞切削力的主軸所決定，與主軸軸線平行的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)。對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如車(chē)床、外圓磨床等，平行于工件軸線的坐標(biāo)為Z坐標(biāo)。而對(duì)于刀具 旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如銃床、鉆床、鏜床等，那么平行于旋轉(zhuǎn)刀具軸線的坐標(biāo)為Z坐標(biāo)。如圖2-4、2-5。如果機(jī)床沒(méi)有主軸(如牛頭刨床)，Z軸垂直于工件裝卡面。如圖 2-7。Z坐標(biāo)的正方向?yàn)樵龃蠊ぜc刀具之間距離的方向。如在鉆鏜加工中，鉆入和鏜入工件 的方向?yàn)閆坐標(biāo)的負(fù)方向，而退出為正方向。(2) X坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)定X坐標(biāo)為水平方向，且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。X坐標(biāo)是在刀具或工件定位平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的主要坐標(biāo)。對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如車(chē)床、磨床等)，

24、X坐標(biāo)的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座。刀具離開(kāi)工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向，如圖2-4所示。對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如銃床、鏜床、鉆床等)，如Z軸是垂直的，當(dāng)從刀具主軸向立柱看時(shí)，X運(yùn)動(dòng)的正方向指向右，如圖 2-5所示。如Z軸(主軸)是水平的，當(dāng)從主軸向工 件方向看時(shí)，X運(yùn)動(dòng)的正方向指向右方，如圖2-6。(3) Y坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，其運(yùn)動(dòng)的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手直角迪卡兒坐標(biāo)系來(lái)判斷。(4 )旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B、C如圖2-3所示，A、B、C相應(yīng)地表示其軸線平行于X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。A、B、C正方向，相應(yīng)地表示在 X、Y和Z坐標(biāo)正方向上，右旋螺紋前進(jìn)的方向

25、。(5 )附加坐標(biāo)如果在X、Y、Z主要坐標(biāo)以外，還有平行于它們的坐標(biāo)，可分別指定為U、V、W。如還有第三組運(yùn)動(dòng)，那么分別指定為P、Q、R。6)對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的相反方向?qū)τ诠ぜ\(yùn)動(dòng)而不是刀具運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，必須將前述為刀具運(yùn)動(dòng)所作的規(guī)定，作相反的安排。用帶“的字母，如+ X ,表示工件相對(duì)于刀具正向運(yùn)動(dòng)指令。而不帶“的字母，如+ X ,那么表示刀具相對(duì)于工件的正向運(yùn)動(dòng)指令。二者表示的運(yùn)動(dòng)方向正好相反。如圖2-42-7所示。對(duì)于編程人員、工藝人員只考慮不帶“的運(yùn)動(dòng)方向。7主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向主軸的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向正轉(zhuǎn)，是按照右旋螺紋旋入工件的方向。4 絕對(duì)坐標(biāo)系與增量相對(duì)坐標(biāo)系1絕對(duì)坐標(biāo)系 刀具或機(jī)床運(yùn)動(dòng)

26、軌跡的坐標(biāo)值是以相對(duì)于固定的坐標(biāo)原點(diǎn)0給出的，即稱為絕對(duì)坐標(biāo)。該坐標(biāo)系為絕對(duì)坐標(biāo)系。如圖2-8a所示，A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)均以固定的坐標(biāo)原點(diǎn) 0計(jì)算的，其值為：Xa=10 , Ya=20 , Xb=30, Yb=50。圖2-8絕對(duì)坐標(biāo)與增量坐標(biāo)a絕對(duì)坐標(biāo)b增量坐標(biāo)2增量相對(duì)坐標(biāo)系刀具或機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡的坐標(biāo)值是相對(duì)于前一位置起點(diǎn)來(lái)計(jì)算的，即稱為增量或相對(duì)坐標(biāo)，該坐標(biāo)系稱為增量坐標(biāo)系。增量坐標(biāo)系常用 U、V、W來(lái)表示。如圖2-8b, B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的坐標(biāo)即增量坐標(biāo) 為 U=20 , V=30。六數(shù)控系統(tǒng)的準(zhǔn)備功能和輔助功能數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)是由程序控制的，而準(zhǔn)備功能和輔助功能是程序段的根本組成局部，也 是程

27、序編制過(guò)程中的核心問(wèn)題。目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的是ISO標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，制訂了 JB3208 83?數(shù)控機(jī)床穿孔帶程序段格式中的準(zhǔn)備功能G和輔助功能 M代碼?。1 準(zhǔn)備功能準(zhǔn)備功能也叫G功能或G代碼。它是使機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)建立起某種加工方式的指令。G代碼由地址 G和后面的兩位數(shù)字組成，從G00G99共100種。表2-3為我國(guó)JB3208 83標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的G功能的定義。表2-3JB3208 83準(zhǔn)備功能 G代碼表2-4 JB3208輔助功能M功能G 代碼分為模態(tài)代碼又稱續(xù)效代碼和非模態(tài)代碼。表中序號(hào)2一欄中標(biāo)有字母的所對(duì)應(yīng)的 G 代碼為模態(tài)代碼， 字母相同的為一組。 模態(tài)代碼表示該代碼一經(jīng)在

28、一個(gè)程序段 中指定如a組的G01,直到出現(xiàn)同組的a組的另一個(gè) G代碼如G02 時(shí)才失效。表 中序號(hào) 2一欄中沒(méi)有字母的表示對(duì)應(yīng)的G 代碼為非模態(tài)代碼，即只在有該代碼的程序段中有效。表中序號(hào) 4欄中的“不指定代碼，用作將來(lái)修改標(biāo)準(zhǔn)，指定新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)使用?！坝啦恢付ùa，指的是即使修改標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也不指定新的功能。然而這兩類(lèi)G代碼，可以由機(jī)床的設(shè)計(jì)者根據(jù)需要定義新的功能，但必須在機(jī)床說(shuō)明書(shū)中予以說(shuō)明。2輔助功能輔助功能也叫 M 功能或 M 代碼。 它是控制機(jī)床開(kāi) -關(guān)功能的一種命令。 如開(kāi)、停冷卻泵； 主軸正、反轉(zhuǎn)；程序結(jié)束等。表2-4為我國(guó)JB3208 83標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的 M代碼。由于數(shù)控機(jī)床的廠家很多，

29、每個(gè)廠家使用的 G 功能、 M 功能與 ISO 標(biāo)準(zhǔn)也不完全相同， 因此對(duì)于某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，必須根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)行編程。第二節(jié) 數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算根據(jù)零件圖樣，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計(jì)算出數(shù)控系統(tǒng)所需要的輸 入數(shù)據(jù)，稱為數(shù)控加工的數(shù)值計(jì)算。具體地說(shuō)，數(shù)值計(jì)算就是計(jì)算出零件輪廓上或刀具中軌 跡上一些點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。數(shù)值計(jì)算的內(nèi)容繁簡(jiǎn)懸殊甚大。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的尺寸計(jì)算，而輪廓控制系 統(tǒng)將復(fù)雜的多。 為了提高工效， 降低出錯(cuò)率， 有效的途徑是計(jì)算機(jī)輔助完成坐標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算， 或直接采用自動(dòng)編程。一、基點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算 一個(gè)零件的輪廓往往是由許多不同的幾何元素所組成，如直線、

30、圓弧、二次曲線和特形 曲線等。各個(gè)幾何元素間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱為基點(diǎn)，如兩直線間的交點(diǎn)，直線與圓弧或圓弧與圓弧 間的交點(diǎn)或切點(diǎn)，圓弧與二次曲線的交點(diǎn)或切點(diǎn)等。計(jì)算的方法可以是聯(lián)立方程組求解，也 可以利用幾何元素間的三角函數(shù)關(guān)系求解或采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算編程，計(jì)算比擬方便。這里 只簡(jiǎn)單介紹聯(lián)立方程組求解基點(diǎn)坐標(biāo)的方法。采用聯(lián)立方程組求解基點(diǎn)坐標(biāo)，假設(shè)直接列解方程組，計(jì)算過(guò)程是比擬繁瑣的，為簡(jiǎn)化計(jì) 算，可以將計(jì)算過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化。1 直線與圓弧相交或相切如圖2-9所示，直線方程為 y=kx+b，求以點(diǎn)x°, y°為圓心，半徑為 R的圓與 該直線的交點(diǎn)坐標(biāo) xc， yc。圖2-9直線與圓弧相交直

31、線方程與圓方程聯(lián)立，得聯(lián)立方程組：廣222(XXo) +(yyo) =Ry =kx +b經(jīng)推算后給出標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式如下：A=1 k2B=2k(b-y0)-x?！? 2 2C (b -y°) - RXcB八"_4AC (求 xc較大者時(shí)取“ + )2Ayc = kxc b上式也可用于求解直線與圓相切時(shí)的切點(diǎn)坐標(biāo)。當(dāng)直線與圓相切時(shí)，取B2 4AC=0 ,此時(shí)xc= B/ (2A),其余計(jì)算公式不變。2.圓弧與圓弧相交或相切如圖2-10所示，兩相交圓的圓心坐標(biāo)及半徑分別為(Xi, yi),只仁(X2, y2),R2,求其交點(diǎn)坐標(biāo)(Xc, yc)。圖2-10圓弧與圓弧相交聯(lián)立兩圓方程

32、C222xxi +yyj = Ri222X - x2+yy2 R2經(jīng)推算可給出標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式如下LX = X2 - X1,2 22、 ， 2 2 2、X2 y2 -只2-為yi -尺2-B B2 -4AC2A求 Xc較大值時(shí)取“ + -XXc當(dāng)兩圓相切時(shí)，B2-4AC=0 ,因此上式也可用于求兩圓相切的切點(diǎn)。二、非圓曲線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算當(dāng)被加工零件輪廓形狀與機(jī)床的插補(bǔ)功能不一致時(shí)，如在只有直線和圓弧插補(bǔ)功能的數(shù) 控機(jī)床上加工雙曲線、拋物線、阿基米德螺線或列表曲線時(shí)，就要采用逼近法加工，用直線 或圓弧去逼近被加工曲線。這時(shí)，逼近線段與被加工曲線的交點(diǎn)，稱為節(jié)點(diǎn)。如圖2-11所示,圖a為用直線段逼近非

33、圓曲線的情況，圖b為用圓弧段逼近非圓曲線的情況。a)b)圖2-11曲線逼近編寫(xiě)程序段時(shí)，應(yīng)按節(jié)點(diǎn)劃分程序段。逼近線段的近似區(qū)間愈大，那么節(jié)點(diǎn)數(shù)目愈少，相 應(yīng)的程序段數(shù)目也會(huì)減少，但逼近線段的誤差 3應(yīng)小于或等于編程允許誤差3允，即3W允?？紤]到工藝系統(tǒng)及計(jì)算誤差的影響，一般取零件公差的1/51/10。非圓曲線輪廓零件的數(shù)值計(jì)算過(guò)程，一般可按以下步驟進(jìn)行：1) 選擇插補(bǔ)方式，即采用直線還是圓弧逼近非圓曲線。采用直線段逼近，一般數(shù)學(xué)處 理較簡(jiǎn)單，但計(jì)算的坐標(biāo)數(shù)據(jù)較多，且各直線段間連接處存在尖角，由于在尖角處，刀具不 能連續(xù)地對(duì)零件進(jìn)行切削，零件外表會(huì)出現(xiàn)硬點(diǎn)或切痕，使加工質(zhì)量變差。采用圓弧段逼近

34、的方式，可以大大減少程序段的數(shù)目，同時(shí)假設(shè)采用彼此相切的圓弧段來(lái)逼近非圓曲線，可以 提高零件外表的加工質(zhì)量。但采用圓弧段逼近，其數(shù)學(xué)處理過(guò)程比直線要復(fù)雜一些。2) 確定編程允許誤差，即使3W33) 選擇數(shù)學(xué)模型，確定計(jì)算方法。目前生產(chǎn)中采用的算法比擬多，在決定采用什么算法時(shí)，主要考慮的因素有兩條，一是盡可能按等誤差的條件，確定節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，以便最大 程度地減少程序段的數(shù)目；二是盡可能尋找一種簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，以便于計(jì)算機(jī)程序的制作，及時(shí)得到節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。4) 根據(jù)算法，畫(huà)出計(jì)算機(jī)處理流程圖。5) 用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，上機(jī)調(diào)試，并獲得節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。下面簡(jiǎn)單介紹常用算法。1 用直線逼近零件輪廓曲線的

35、節(jié)點(diǎn)計(jì)算常用的計(jì)算方法有：等間距法、等弦長(zhǎng)法、等誤差法和比擬迭代法等。等間距法就是將某一坐標(biāo)軸劃分成相等的間距。如圖2-12 (a)所示，沿X軸方向取?X為等間距長(zhǎng)，根據(jù)曲線的方程y=f (x),可由Xi求得yi, Xi+1=xi+ x, yi+1=f (xi+? x)。如此求得的一系列點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)。將相鄰節(jié)點(diǎn)聯(lián)成直線，用這些直線段組成的折線代替原來(lái)的 輪廓曲線。坐標(biāo)增量？X取得愈小那么3插愈小，這使得節(jié)點(diǎn)增多，程序段也增多，編程費(fèi)用高， 但等間距法計(jì)算較簡(jiǎn)單。a)等間距法b)等弦長(zhǎng)法等弦長(zhǎng)法就是使所有逼近直線段長(zhǎng)度相等，如圖2 -12 (b)所示。由于零件輪廓曲線 y=f(X )的曲率各處不等

36、，因此首先應(yīng)求出該曲線的最小曲率半徑Rmin，由Rmin及3允確定允許的步長(zhǎng)I,然后從曲線起點(diǎn)a開(kāi)始，按等步長(zhǎng)I依次截取曲線，得b、c、d、，點(diǎn)，那么ab=bc=l即為所求各直線段?？偟目磥?lái)，此種方法比等間距法的程序段數(shù)少一些。但當(dāng)曲線曲率半徑變化較大時(shí)，所 求節(jié)點(diǎn)數(shù)將增多，所以，此法適用于曲率變化不大的情況。等誤差法是使逼近線段的誤差相等，且等于3允，所以此法較上兩種方法合理，特別適合曲率變化較大的復(fù)雜曲線輪廓。 如圖2-13所示。下面介紹用等誤差法計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的方法。 設(shè)零件輪廓曲線的數(shù)學(xué)方程為 Y=f (X )圖2-13等誤差法(1) 以起點(diǎn)a ( Xa, Ya)為圓心，以允為半徑作圓。

37、其圓方程為允(X -Xa)2 (Y - Ya)2( 2-1 )式中Xa、Ya為的a點(diǎn)坐標(biāo)值。(2) 作3允圓與曲線Y=f (X)的公切線 MN，那么可求公切線 MN的斜率KYn -YmK 二X N - Xm為求Yn , Ym , Xn , Xm，需解下面的方程組：Yn = f(XN)Yn -YmX n _ NmYm =F(Xm)f (Xn)Yn - YmX N _ X M二F (Xm)式中的允差圓即 3允圓，Y=F X 曲線方程曲線切線方程允差圓方程允差圓切線方程表示3允圓的方程，見(jiàn)2-1式。3過(guò)a點(diǎn)作斜率為K的直線，那么得到直線插補(bǔ)段ab,其方程式為Y Ya =K X Xa4求直線插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)

38、b的坐標(biāo)。聯(lián)立方程組：Y = fx曲線方程丫 = KX Xa +Ya直線插補(bǔ)段方程求的交點(diǎn)b Xb, Yb的坐標(biāo)值，便是第一個(gè)直線插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)。5按以上步驟順次求得 c, d、，各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。用等誤差法，雖然計(jì)算較復(fù)雜，但可在保證3允的條件下，得到最少的程序段數(shù)目。此種方法的缺乏之處是直線插補(bǔ)段的聯(lián)結(jié)處不光滑，使用圓弧插補(bǔ)段逼近，可以防止這一缺點(diǎn)。2用圓弧逼近零件輪廓曲線的節(jié)點(diǎn)計(jì)算用圓弧逼近非圓曲線，目前常用的算法有曲率圓法、三點(diǎn)圓法和相切圓法等。1 曲率圓法圓弧逼近的節(jié)點(diǎn)計(jì)算1根本原理 曲率圓法是用彼此相交的圓弧逼近非圓曲線。偏輪廓曲線 Y=f X 如圖2-14所示，從曲線的起點(diǎn)開(kāi)始，作與曲線內(nèi)切

39、的曲率圓， 求出曲率圓的中心。 以曲率圓中心為圓心， 以曲率圓半徑加減3允為半徑，所作的圓 差圓與曲線Y=f X的交點(diǎn)為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并重新計(jì)算曲率圓中心，使曲率圓通過(guò)相鄰 的兩節(jié)點(diǎn)。圖2-14 曲率圓法圓弧段逼近 重復(fù)以上計(jì)算即可求出所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及圓弧的圓心坐標(biāo)。2計(jì)算步驟 以曲線起點(diǎn)Xn, yn開(kāi)始作曲率圓：2,J+(yn)n 7- yn -圓心yn協(xié)丄 1+(yn)2n 二 Ynyn半徑R 1 - (yn)2 3/2Rnyn 偏差圓方程與曲線方程聯(lián)立求解：f222(X6) +(yn) =(Rn±6)y = f (x)得交點(diǎn)( Xn+1 , yn+1) 求過(guò)(Xn, yn)和(Xn

40、+1, yn+1 )兩點(diǎn)，半徑為 Rn的圓的圓心:2 2 2(x-Xn) +(y-yn) =Rni(x XnG2 +(y yn 卅)2 = R得交點(diǎn)(Z, nm),該圓即為逼近圓。(2).三點(diǎn)圓法圓弧逼近的節(jié)點(diǎn)計(jì)算圖2-15 三點(diǎn)圓弧段逼近三點(diǎn)圓法是在等誤差直線段逼近求出各節(jié)點(diǎn)的根底上，通過(guò)連續(xù)三點(diǎn)作圓弧，并求出圓心點(diǎn)的坐標(biāo)或圓的半徑。如圖2-15所示，首先從曲線起點(diǎn)開(kāi)始，通過(guò)Pl、P2、P3三點(diǎn)作圓。圓方程的一般表達(dá)形式為X2 + y2+ Dx + Ey+ F=0其圓心坐標(biāo)DEx-，y-y半徑c Jd2+E2_4FR 二-2通過(guò)點(diǎn)P1 (X1, y1)、P2 (X2, y2), P3 (X3

41、, y3)的圓，其_ yi x； yf -y3x： y：x2 -X3y2X3X；y； -Xix； y；x°2 -X3y222 2 2y3X2Xiyi _ yiX2X3y3Xi y2 - X3 y23= 3允，為此應(yīng)作進(jìn)一步的計(jì)算。設(shè)已求Rpi、Rp2、Rp3,通過(guò) Pi、P2、P3 二點(diǎn)為了減少圓弧段的數(shù)目，應(yīng)使圓弧段逼近誤差 出連續(xù)三個(gè)節(jié)點(diǎn) Pi、P2、P3處曲線的曲率半徑分別為 的圓的半徑為r，取RP1 RP2RP3Rp 二，按一 允算出3值,r-RpM和N圓弧相切于 MN的延長(zhǎng)線上 G點(diǎn)。 B、C兩點(diǎn)，應(yīng)滿足的條件是：兩圓相切G點(diǎn)滿足3允要求Rm -Rn|=MN2-21AMI|

42、dn_bm蘭6允CN蘭&允2-32計(jì)算方法：求圓心坐標(biāo)的公式。點(diǎn)A和B處曲線的法線方程式為按3值進(jìn)行一次等誤差直線段逼近，重新求得Pi、P2、P3三點(diǎn)，用此三點(diǎn)作一圓弧，該圓弧即為滿足3 3允條件的圓弧。3.相切圓法圓弧逼近的節(jié)點(diǎn)計(jì)算1根本原理如圖2-16所示粗線表示工件廓形曲線，在曲線的一個(gè)計(jì)算單元上任選四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D,其中A點(diǎn)為給定的起點(diǎn)。AD段一個(gè)計(jì)算單元曲線用兩相切圓弧 M和N逼近。具體來(lái)說(shuō)，點(diǎn) A和B的法線交于 M，點(diǎn)C和D的法線交于N，以點(diǎn)M和N 為圓心，以 MA和ND為半徑作兩圓弧，那么曲線與M、N圓的最大誤差分別發(fā)生在(X Xa) kA (y y) =0(x Xb

43、) kB (y yB) =0式中kA和kB為曲線在點(diǎn)A和B處的斜率，k=dy/dx。 解上兩式得兩法線交點(diǎn) M (圓心)的坐標(biāo)為：XmkAXB -kBXA kAkB(yA - Yb)YmkA - kB(xb -xa) (kAyA -kByB)(2-4)同理可通過(guò)C、kA - kBD兩點(diǎn)的法線方程求出 N (圓心)點(diǎn)坐標(biāo)為:kcXD -kDXo kckD(yc - Yd)(Xd -Xc) (kcyc -koy。)(2-5)kc -kc - ko求B、C、D三點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)(2-2)和(2-3)式，得(Xa 譏)2 -(林一力,(Xm - Xn) 2 (m - Yn )2 : (2-6)二.(Xd

44、-Xn)2 (yD -yN)2：(Xa Xm)2 *(yA yM)2 -(Xb Xm)2 (yB 丫皿)'=帝允 S | (2-7)J(xd xn)2 +(y° yN )2 f(xc xn)2 +(yc Yn )2= &允式中的A、B、C、D的y坐標(biāo)值分別由以下公式求出yA=f ( Xa)，YB=f(x b)yc=f ( Xa )，YD=f(x d)再代入(2-6)和(2-7 )式，用迭代法可求出B、C、D坐標(biāo)值。求圓心 M、N坐標(biāo)值和Rm、Rn值。 將B、C、D坐標(biāo)值代入(2-4)和(2-5)式即 求出圓心M和N的坐標(biāo)值，并由此求出Rm和Rn值。應(yīng)該指出的是，在曲線

45、有拐點(diǎn)和凸點(diǎn)時(shí)，應(yīng)將拐點(diǎn)和凸點(diǎn)作為一個(gè)計(jì)算單元(每一計(jì)算單元為四個(gè)點(diǎn))的分割點(diǎn)。第三節(jié)數(shù)控加工手工編程一、數(shù)控手工編程的工藝處理數(shù)控編程人員首先是一個(gè)很好的工藝人員，在編程前要對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析, 擬訂加工方案，選擇適宜的刀具，確定切削用量。在編程中，對(duì)一些工藝問(wèn)題(如對(duì)刀點(diǎn)、 加工路線等)也要做一些處理。1數(shù)控加工工藝的根本特點(diǎn)和根本內(nèi)容1根本特點(diǎn)在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，是用工藝規(guī)程或工藝卡片來(lái)規(guī)定每道工序的操作程序，操作 者按工藝卡上規(guī)定的“程序加工零件。而在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要把被加工的全部工 藝過(guò)程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)編制成程序，并以數(shù)字信息的形式記錄在控制介質(zhì)如穿孔紙 帶

46、、磁盤(pán)等上，用它控制機(jī)床加工。由此可見(jiàn)，數(shù)控機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝在 原那么上根本相同，但數(shù)控加工的整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，因而又有其特點(diǎn)。1數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機(jī)床的工序加工內(nèi)容復(fù)雜。由于數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床價(jià) 格貴，假設(shè)只加工簡(jiǎn)單工序在經(jīng)濟(jì)上不合算，所以在數(shù)控機(jī)床上通常安排較復(fù)雜的工序，甚至 在普通機(jī)床上難以加工的工序。2數(shù)控機(jī)床加工程序的編制比普通機(jī)床工藝規(guī)程的編制復(fù)雜。這是因?yàn)樵谄胀C(jī)床的 加工工藝中不必考慮的問(wèn)題，如工序內(nèi)工步的安排、對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)及走刀路線確實(shí)定等問(wèn) 題，在編制數(shù)控機(jī)床加工工藝時(shí)不能忽略。2根本內(nèi)容實(shí)踐證明，數(shù)控加工工藝主要包括以下幾方面：1選擇適合在數(shù)控機(jī)

47、床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。2分析被加工零件圖樣，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，在此根底上確定零件的加工方案， 制定數(shù)控加工工藝路線，如工序的劃分、加工循序的安排、與傳統(tǒng)加工工序的銜接等。3設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序。如工步的劃分、零件的定位與夾具的選擇、刀具的選擇、切削 用量確實(shí)定等。4調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。如對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的選擇、加工路線確實(shí)定、刀具的補(bǔ) 償。5分配數(shù)控加工的容差。6處理數(shù)控機(jī)床上局部工藝指令。2機(jī)床的合理選用 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)一般有兩種情況。一是有零件圖樣和毛坯，要選擇適合該零件 的數(shù)控機(jī)床；二是已經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合在該機(jī)床上加工的零件。無(wú)論哪種情況， 考慮的因素有，毛

48、坯的材料和類(lèi)型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù) 量、熱處理要求等。概括起來(lái)有三點(diǎn)：要保證加工零件的技術(shù)要求，加工出合格的產(chǎn)品。 有利于提高生產(chǎn)率。盡可能降低生產(chǎn)本錢(qián)加工費(fèi)用。根據(jù)國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床應(yīng)用實(shí)踐，數(shù)控機(jī)床加工的使用范圍可用圖1-2 定性分析。從圖中可以看出，數(shù)控機(jī)床最適合加工輪廓形狀復(fù)雜，對(duì)加工精度要求較高的零件；多 品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。3工序與工步的劃分1工序的劃分在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比擬集中，在一次裝夾中盡可能完成大局部或全部工 序。一般工序劃分有以下幾種方式：1按零件裝卡定位方式劃分工序 由于每個(gè)零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各加工外表的技術(shù)

49、要求也有所不同，故加工時(shí)，其定位方 式那么各有差異。一般加工外形時(shí)，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時(shí)又以外形定位。因而可根據(jù)定位 方式的不同來(lái)劃分工序。如圖2-17所示的片狀凸輪，按定位方式可分為兩道工序，第一道工序可在普通機(jī)床上進(jìn)行。以外圓外表和 B平面定位加工端面 A和22H7的內(nèi)孔，然后再加工端面 B和Q4H7的 工藝孔；第二道工序以已加工過(guò)的兩個(gè)孔和一個(gè)端面定位，在數(shù)控銃床上銃削凸輪外外表曲 線。圖2-17片狀凸輪圖2-18 車(chē)削加工的零件2粗、精加工劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來(lái)劃分工序時(shí)，可按粗、精加工分開(kāi)的原那么來(lái) 劃分工序，即先粗加工再精加工。此時(shí)可用不同的機(jī)床或不同的刀

50、具進(jìn)行加工。通常在一次 安裝中，不允許將零件某一局部外表加工完畢后，再加工零件的其他外表。 如圖2-18所示的零件，應(yīng)先切除整個(gè)零件的大局部余量，再將其外表精車(chē)一遍，以保證加工精度和外表粗糙 度的要求。3按所用刀具劃分工序?yàn)榱藴p少換刀次數(shù)，壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法 加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另 一把刀加工其他部位。在專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床和加工中心中常采用這種方法。2工步的劃分工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具 和切削用量，對(duì)不同的外表進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，

51、在工序內(nèi)又細(xì)分 為工步。下面以加工中心為例來(lái)說(shuō)明工步劃分的原那么：1同一外表按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工外表按先粗后精加工 分開(kāi)進(jìn)行。2對(duì)于既有銃面又有鏜孔的零件，可先銃面后鏜孔，使其有一段時(shí)間恢復(fù)，可減少由 變形引起的對(duì)孔的精度的影響。3按刀具劃分工步。某些機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用按刀具劃分工步， 以減少換刀次數(shù)，提高加工生產(chǎn)率。總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。4 零件的安裝與夾具的選擇1定位安裝的根本原那么在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，定位安裝的根本原那么是合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。在選 擇時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1力求設(shè)計(jì)、工

52、藝和編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。2盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工外表。3防止采用占機(jī)人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。2選擇夾具的根本原那么數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)根本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐 標(biāo)方向相對(duì)固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。除此之外，還要考慮以下幾點(diǎn):1當(dāng)零件加工批量不大時(shí)，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮 短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。2在成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專(zhuān)用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。3零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時(shí)間。4夾具上各零部件應(yīng)不阻礙機(jī)床對(duì)零件各外表的加工，即夾具要開(kāi)敞

53、，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的走刀如產(chǎn)生碰撞等。5.刀具的選擇與切削用量確實(shí)定1刀具的選擇刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影 響加工質(zhì)量。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度 好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加 工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的外表尺寸和形狀相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零 件周邊輪廓的加工，常采用立銃刀。銃削平面時(shí)，應(yīng)選用硬質(zhì)合金刀片銃刀；加工凸輪、凹 槽時(shí)，選高速鋼立銃刀；加工毛坯外表或粗加工孔時(shí)，可選鑲硬質(zhì)合金的玉米銃刀。對(duì)

54、一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銃刀、環(huán)形銃刀、鼓形刀、錐形 刀和盤(pán)形刀，如圖 2-19所示。abcde圖2-19 常用銃刀a球銃刀b環(huán)形刀c鼓形刀d錐形刀 e盤(pán)形刀曲面加工常采用球頭銃刀，但加工曲面較平坦部位時(shí)，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較 差，因而應(yīng)采用環(huán)形刀。在單件或小批量生產(chǎn)中，為了取代多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床，常采用鼓形刀 或錐形刀來(lái)加工飛機(jī)上的一些變斜角零件，如圖2-20所示。加鑲齒盤(pán)銃刀，適用于在五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上加工一些球面，其效率比用球頭銃刀高近十倍，并可獲得好的加工精度。圖2-20變斜角斜面加工(2) 切削用量確實(shí)定切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(切削速度)、背吃刀量、進(jìn)給量。對(duì)于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并編入程序單內(nèi)。合理選擇切削用量的原那么是，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 加工本錢(qián)；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 工本錢(qián)。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。1) 切削深度ap (伽)主要根據(jù)機(jī)床、夾具、刀具和工件的剛度來(lái)決定。在剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進(jìn)給次數(shù)切除加工余量，最好一次切凈余量，以便提高生產(chǎn)率。在數(shù) 控機(jī)床上，精加工余量可小于普通機(jī)床，一般取(0.20.5)mm2) 主軸轉(zhuǎn)速n (r/