數(shù)控車床編程基礎(chǔ)課件

1、第3章 數(shù)控車床編程基礎(chǔ)3.1 數(shù)控車床程序編制概述3.2 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床編程3.1 數(shù)控車床程序編制概述3.1.1 程序編制方法和步驟 數(shù)控加工是一種在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝方法。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，首先要根據(jù)零件圖，按規(guī)定的代碼及程序格式將加工零件的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)等以數(shù)字信息的形式，記錄在控制介質(zhì)上，然后輸入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置再將輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算處理后，轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，最后由伺服機(jī)構(gòu)控制機(jī)床的各種動(dòng)作，自動(dòng)地加工出零件來(lái)。 數(shù)控編程就是數(shù)控機(jī)床加工程序的編制。它是數(shù)控機(jī)床使用中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。下一頁(yè) 返回1 程序編制的方法 目前數(shù)控程序編制的方

2、法主要有手工編程和自動(dòng)編程。 手工編程 手工編程是指利用一般的計(jì)算工具，通過(guò)各種數(shù)學(xué)方法，人工進(jìn)行刀具軌跡的計(jì)算，并進(jìn)行指令編程的方法。當(dāng)零件形狀不十分復(fù)雜或數(shù)控程序不太長(zhǎng)時(shí)，采用手工編程方便、經(jīng)濟(jì)。這種方法比較簡(jiǎn)單，對(duì)機(jī)床操作人員來(lái)講必須掌握。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 自動(dòng)編程 自動(dòng)編程軟件編程 利用通用的計(jì)算機(jī)和專用的自動(dòng)編程軟件。編程人員首先利用數(shù)控語(yǔ)言編寫一個(gè)描述零件形狀、尺寸、幾何要素間的相互關(guān)系及進(jìn)給路線、工藝參數(shù)等“源程序”，相應(yīng)的自動(dòng)編程系統(tǒng)對(duì)源程序進(jìn)行編譯、計(jì)算、處理得出加工程序。使用較多的是APT（Automatically Programmed T

3、ools）語(yǔ)言編程。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 CAD/CAM計(jì)算機(jī)輔助編程 利用CAD/CAM計(jì)算機(jī)輔助編程是以零件CAD模型為基礎(chǔ)的一種加工工藝規(guī)劃及數(shù)控編程為一體的自動(dòng)編程方法。CAD/CAM軟件采用人機(jī)交互方式，進(jìn)行零件幾何建模，對(duì)車床刀具進(jìn)行定義和選擇，確定刀具相對(duì)于零件的運(yùn)動(dòng)方式、切削參數(shù)、自動(dòng)生成刀具軌跡，再經(jīng)過(guò)后置處理，最后按照數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)要求生成數(shù)控加工程序。目前正被廣泛應(yīng)用，編程效率高，程序質(zhì)量好。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述2 程序編制的步驟 數(shù)控編程中手工編程的步驟一般分為以下幾個(gè)過(guò)程，如圖3-1所示。 分析零件圖樣。首先

4、應(yīng)正確分析零件圖，確定零件的加工部位，根據(jù)零件的技術(shù)要求，分析加工零件的形狀、基準(zhǔn)面、尺寸公差和粗糙度的要求，還有加工面的種類、零件的材料、熱處理等其它技術(shù)要求。 確定加工工藝過(guò)程。在分析零件圖的基礎(chǔ)上，確定加工工序、加工路線、裝夾方法，選擇刀具、工裝及切削用量等工藝參數(shù)。同時(shí)充分利用數(shù)控機(jī)床的指令功能的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化程序，縮短加工路線，充分發(fā)揮機(jī)床的效能。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述圖3-1 數(shù)控編程的步驟返回分析零件圖樣確定加工工藝過(guò)程數(shù)值計(jì)算編寫程序 制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)首件試切 數(shù)值計(jì)算。根據(jù)已確定的加工路線和零件的加工公差的要求，計(jì)算編程時(shí)需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)雜程

5、度取決于零件的復(fù)雜程度和數(shù)控系統(tǒng)的功能。 編寫程序。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)具有的功能指令代碼和程序段格式，編寫加工程序。必要時(shí)還應(yīng)該填寫數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控刀具卡片等有關(guān)的工藝文件。 制作控制介質(zhì)。就是把編寫好的程序單上的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的輸入裝置，將控制介質(zhì)上的數(shù)控加工程序輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置。 程序校驗(yàn)和首件試切。為了保證零件加工的正確性，數(shù)控加工程序必須經(jīng)過(guò)校驗(yàn)和試切才能用于正式加工。一般通過(guò)圖形顯示和動(dòng)態(tài)模擬功能或空進(jìn)給校驗(yàn)等方法檢查機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡與動(dòng)作的正確性。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述3.1.2 常用數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控車床在配置數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)其功能和

6、性能要求，選用不同的數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)不同，其指令代碼也有差異。目前，常用的數(shù)控系統(tǒng)主要有FANUC、SIEMENS、華中數(shù)控等。1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 FANUC數(shù)控系統(tǒng)是由日本富士通公司研制開(kāi)發(fā)的。 FANUC公司創(chuàng)建于1956年，1959年首先推出電液步進(jìn)電機(jī)。70年代，一方面從Gettes公司引進(jìn)直流伺服電機(jī)制造技術(shù)，一方面與西門子合作，1976年成功開(kāi)發(fā)出5系統(tǒng)，后與西門子聯(lián)合開(kāi)發(fā)出7系統(tǒng)。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述FANUC公司目前生產(chǎn)的CNC裝置有：F0、F10、F11、F12、F15、F16、F18。F00、F100、110、120、150系列是在F0、1

7、0、11、12、15的基礎(chǔ)上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一體的CNC。2 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng) SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)是德國(guó)西門子公司開(kāi)發(fā)研制的，SIEMENS公司是生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的著名廠家，SINUMERIK的CNC數(shù)控裝置主要有：SINUMERIK 38810820850805840系列等。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述3 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)研制和生產(chǎn)自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始發(fā)展很快。目前常用于車床的數(shù)控系統(tǒng)有華中數(shù)控系統(tǒng)，如HNC21/22T、廣州數(shù)控系統(tǒng)，如GSK980T以及廣泰數(shù)控、航天數(shù)控系統(tǒng)等。 華中數(shù)控以“世紀(jì)星”系列數(shù)控單元為典型產(chǎn)品

8、，HNC21T為車削系統(tǒng)，最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為4軸，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC。 除此之外，國(guó)內(nèi)使用較多的數(shù)控系統(tǒng)還有西班牙的FAGOR、日本三菱、美國(guó)A-B數(shù)控系統(tǒng)等。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述3.1.3 數(shù)控系統(tǒng)主要功能 數(shù)控系統(tǒng)可以通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)許多功能，其中包括以下功能： 準(zhǔn)備功能。準(zhǔn)備功能也稱G功能，用來(lái)指揮機(jī)床動(dòng)作方式。包括基本移動(dòng)、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、基準(zhǔn)點(diǎn)返回、固定循環(huán)、公英制轉(zhuǎn)換等。 插補(bǔ)功能。CNC裝置通過(guò)軟件插補(bǔ)，其中數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是當(dāng)前應(yīng)用的主要方式。一般數(shù)控裝置都有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，高檔的數(shù)控系統(tǒng)還具有拋物線

9、插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、正弦插補(bǔ)和樣條插補(bǔ)等功能。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 主軸速度功能。CNC裝置可以控制主軸的運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)主軸速度的控制和準(zhǔn)確定位。 進(jìn)給功能。用F代碼可以直接控制各軸的進(jìn)給速度。同時(shí)可以通過(guò)主軸上的位置編碼器實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)給。 補(bǔ)償功能。包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償；坐標(biāo)軸的反向間隙補(bǔ)償；進(jìn)給傳動(dòng)件的傳動(dòng)誤差補(bǔ)償，如絲杠螺距補(bǔ)償。 輔助功能（M功能）。輔助功能是數(shù)控加工中不可缺少的功能。數(shù)控系統(tǒng)常用的輔助功能有程序結(jié)束、主軸正反轉(zhuǎn)/停止、冷卻液開(kāi)/關(guān)等。 字符圖形顯示功能。CNC裝置可配置不同尺寸的單色或彩色顯示器，通過(guò)軟

10、件和接口實(shí)現(xiàn)字符顯示和圖形顯示?？梢燥@示數(shù)控程序、機(jī)床參數(shù)、各種補(bǔ)償量、故障信息、動(dòng)態(tài)刀具軌跡等。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 輸入、輸出和通信功能。一般CNC裝置可以接多種輸入、輸出外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)程序和參數(shù)輸入、輸出和存儲(chǔ)。CNC還具有RS-232C、網(wǎng)絡(luò)功能等接口，實(shí)現(xiàn)通信功能。 自診斷功能。CNC中設(shè)置各種診斷程序，可以防止故障發(fā)生和擴(kuò)大。在故障出現(xiàn)后可以提供相關(guān)信息，為迅速查明故障類型和部位提供幫助，減少故障停機(jī)時(shí)間。3.1.4 數(shù)控車床坐標(biāo)系 數(shù)控加工是建立在工件輪廓點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)上的。準(zhǔn)確把握數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的定義、運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定，根據(jù)不同坐標(biāo)原點(diǎn)建立不同坐標(biāo)系

11、的方法，是正確計(jì)算工件輪廓點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)鍵，并會(huì)給程序編制和機(jī)床操作帶來(lái)方便。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述1 數(shù)控車床坐標(biāo)系 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令來(lái)控制的。為了確定數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向和移動(dòng)距離，需要在機(jī)床上建立一個(gè)坐標(biāo)系，這就是機(jī)床坐標(biāo)系。也就是說(shuō)，機(jī)床坐標(biāo)系是為了確定工件在機(jī)床上的位置，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的特殊位置以及運(yùn)動(dòng)范圍等而建立的幾何坐標(biāo)系，是機(jī)床固有的坐標(biāo)系。2 機(jī)床原點(diǎn)和參考點(diǎn) 機(jī)床原點(diǎn)。機(jī)床原點(diǎn)（亦稱機(jī)床零點(diǎn)）是機(jī)床上設(shè)置好的一個(gè)固定點(diǎn)，用于確定機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。 機(jī)床原點(diǎn)在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已設(shè)置好，一般不容許用戶進(jìn)行更改。數(shù)控車床的

12、原點(diǎn)為主軸軸線與卡盤端面的交點(diǎn)，它是車床參考點(diǎn)及工件坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 機(jī)床參考點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床上一個(gè)特殊位置的點(diǎn)，與機(jī)床原點(diǎn)的相對(duì)位置是固定的，在機(jī)床出廠之前由機(jī)床制造商精密測(cè)量確定。3 工件坐標(biāo)系與工件原點(diǎn) 工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系（亦稱編程坐標(biāo)系）是以工件設(shè)計(jì)尺寸為依據(jù)建立的坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系的原點(diǎn)可由編程人員根據(jù)具體情況設(shè)置，其坐標(biāo)軸的方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致。建立工件坐標(biāo)系的目的主要是為了方便編程。 工件原點(diǎn)。工件原點(diǎn)亦稱編程原點(diǎn)或程序零點(diǎn)，可由編程人員根據(jù)具體情況設(shè)置，一般是在工件裝夾完畢后通過(guò)對(duì)刀來(lái)確定。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車

13、床程序編制概述4 絕對(duì)坐標(biāo)與增量坐標(biāo) 在編程時(shí)，刀具或機(jī)床運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)值通常有兩種表達(dá)方式，即絕對(duì)坐標(biāo)和增量坐標(biāo)。 絕對(duì)坐標(biāo)是指刀具或機(jī)床運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)值是相對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)給出的。 增量坐標(biāo)是指刀具或機(jī)床運(yùn)動(dòng)位置的坐標(biāo)值相對(duì)前一位置，而不是坐標(biāo)系原點(diǎn)給出的。3.1.5 數(shù)控車床編程特點(diǎn) 在一個(gè)程序段中，根據(jù)圖紙上標(biāo)注的尺寸編寫運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)值，既可采用絕對(duì)坐標(biāo)，也可采用采用增量坐標(biāo)，有時(shí)還可采用二者混合編程。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 為了增加程序的可讀性，X坐標(biāo)采用直徑編程，即程序中X坐標(biāo)采用直徑值表示。若以增量坐標(biāo)編程，以徑向?qū)嶋H位移的2倍值表示，并附以方向符號(hào)。 為了提

14、高工件的徑向尺寸精度，X向的脈沖當(dāng)量取Z向的一半。 由于車削加工常用的毛坯為棒料或鍛件，加工余量較大，為了簡(jiǎn)化編程，數(shù)控系統(tǒng)常具備不同的固定循環(huán)，可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)切削。 編程時(shí)，常認(rèn)為車刀刀尖為一個(gè)點(diǎn)。而實(shí)際上，為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量，車刀刀尖常為一個(gè)半徑不大的圓弧。因此，為提高加工精度，當(dāng)用圓頭車刀加工編程時(shí)，需要對(duì)刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述3.1.6 數(shù)控程序編制中的數(shù)值計(jì)算 根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工路線和允許的編程誤差，計(jì)算編程時(shí)所需要的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)控編程的數(shù)值計(jì)算。 手工編程時(shí)，在完成工藝分析和確定加工路線以后，數(shù)學(xué)處理是

15、程序編制中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。數(shù)控編程的數(shù)值計(jì)算可分為基點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算兩種情況。1 基點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算 基點(diǎn) 一個(gè)零件的輪廓可能由許多不同的幾何要素所組成，各幾何要素之間的連接點(diǎn)稱為基點(diǎn)?；c(diǎn)坐標(biāo)是編程中重要數(shù)據(jù)，可以直接作為其運(yùn)動(dòng)軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 基點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算 基點(diǎn)坐標(biāo)值一般根據(jù)零件圖樣給出的形狀、尺寸和公差直接通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出的。2 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算1）節(jié)點(diǎn) 當(dāng)被加工零件輪廓形狀與車床插補(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)控車床上加工橢圓、拋物線或用一系列坐標(biāo)點(diǎn)表示的列表曲線等時(shí)，就要用直線或圓弧去逼近被加工曲線。此時(shí)，逼近線

16、段與被加工曲線的交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述2）節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算 非圓曲線上的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算，如果純粹用手工計(jì)算既復(fù)雜又煩瑣，所以一般可以采用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，甚至直接采用CAD/CAM編程。下面是用直線和圓弧逼近方法的簡(jiǎn)單介紹。 直線逼近法。直線逼近法中用得較多的是弦線法。由于弦線法的插補(bǔ)點(diǎn)均在曲線上，容易計(jì)算，編程也簡(jiǎn)便，所以常用弦線法逼近非圓曲線，其缺點(diǎn)是插補(bǔ)誤差較大，但只要處理得當(dāng)是可以滿足加工需要的，關(guān)鍵在于插補(bǔ)長(zhǎng)度及插補(bǔ)誤差控制。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述 圓弧逼近法。用圓弧逼近非圓曲線，常用的方法是三點(diǎn)圓法。三點(diǎn)圓法是在等誤

17、差直線逼近法求出各節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)連續(xù)三點(diǎn)作圓弧，并求出圓心點(diǎn)的坐標(biāo)或圓弧的半徑。上一頁(yè) 返回3.1 數(shù)控車床程序編制概述3.2.1 程序結(jié)構(gòu)與格式1 程序的組成 由于數(shù)控車床控制系統(tǒng)不同，數(shù)控加工程序的格式存在一定差異，因此，編程人員必須嚴(yán)格按照數(shù)控車床有關(guān)說(shuō)明書(shū)的規(guī)定格式進(jìn)行編程。 一個(gè)完整的數(shù)控程序，一般是由程序號(hào)、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三個(gè)部分組成。 2 程序段格式 程序段格式是指程序書(shū)寫的規(guī)則?？煞譃樽值刂犯袷健⒎指耥樞蚋袷?。下一頁(yè) 返回3.2 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床編程 根據(jù)程序段的長(zhǎng)度和每個(gè)字的位數(shù)是否相同，又分為固定程序段格式和可變程序段格式，其中最常用的是字地址可變程序段格式，

18、這種程序段中字的數(shù)量是變化的，程序段的長(zhǎng)短隨所選用的字?jǐn)?shù)與字長(zhǎng)而發(fā)生變化。 程序段中每個(gè)字都以地址符開(kāi)始，其后面跟上符號(hào)和數(shù)字，字的排列順序沒(méi)有嚴(yán)格要求。這種格式的特點(diǎn)是程序簡(jiǎn)單，可讀性強(qiáng)、易于檢查。上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.2 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床編程3.2.2 數(shù)控系統(tǒng)常用功能 數(shù)控系統(tǒng)常用的功能有準(zhǔn)備功能、輔助功能和其它功能三種，這些功能是編程的基礎(chǔ)。1 準(zhǔn)備功能 準(zhǔn)備功能也稱為G功能或G代碼，它是用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。準(zhǔn)備功能使用地址G及其后面的數(shù)字來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作。2 輔助功能 輔助功能也稱M指令，主要用于指定主軸啟動(dòng)/停止，程序結(jié)束等。不同機(jī)床制造商對(duì)部分M指令定義了不同的功能，但多數(shù)常用的M指令，在所有的機(jī)床上都是通用的。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回3.2 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床編程3 其它功能 1）主軸功能指令(S