数控加工程序编制及操作课程电子教案市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

数控加工程序编制及数控加工程序编制及操作操作课程课程电子教案电子教案无锡职业技术学院主讲教师：顾京第1页第1章数控机床加工程序编制基础1.1数控程序编制概念1.2数控机床坐标系1.3惯用编程指令1.4程序编制中数学处理第2页 在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制主要工作内容，程序编制工作步骤，每一步应遵照工作标准等，最终才能取得满足要求数控程序。1.1 数控程序编制概念第1章数控机床加工程序编制基础第3页 1.1.1 1.1.1 数控程序数控程序编编制定制定义义 编制数控加工程序是使用数控机床一项主要技术工作，理想数控程序不但应该确保加工出符合零件图样要求合格零件，还应该使数控机床功效得到合理应用与充分发挥，使数控机床能安全、可靠、高效工作。第1章数控机床加工程序编制基础第4页 1、数控程序编制内容及步骤数控编程是指从零件图纸到取得数控加工程序全部工作过程。编程工作主要包含：（1）分析零件图样和制订工艺方案（2）数学处理（3）编写零件加工程序（4）程序检验 第1章数控机床加工程序编制基础分分 析析零零 件件图图 样样和和 制制订订 工工艺艺 方方案案 数数 学学 处处 理理 编编 写写 程程 序序 程程 序序 校校 验验修修 改改第5页 2、数控程序编制方法 数控加工程序编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段工作。零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加工程序初稿加工程序修改编程手册第1章数控机床加工程序编制基础第6页 （2）计算机自动编程 自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制订工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采取计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成，因为计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检验程序是否正确，需要时可及时修改，以取得正确程序。又因为计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐数值计算，可提升编程效率几十倍乃至上百倍，所以处理了手工编程无法处理许多复杂零件编程难题。因而，自动编程特点就在于编程工作效率高，可处理复杂形状零件编程难题。第1章数控机床加工程序编制基础第7页 1.1.2 1.1.2 字与字功效字与字功效1、字符与代码 字符是用来组织、控制或表示数据一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。2、字 在数控加工程序中，字是指一系列按要求排列字符，作为一个信息单元存放、传递和操作。字是由一个英文字母与随即若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中内容。第1章数控机床加工程序编制基础第8页 3、字功效 组成程序段每一个字都有其特定功效含义，以下是以FANUC-0M数控系统规范为主来介绍。（1）次序号字N次序号又称程序段号或程序段序号。次序号位于程序段之首，由次序号字N和后续数字组成。（2）准备功效字G 准备功效字地址符是G，又称为G功效或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式一个指令。附表：G功效字含义表第1章数控机床加工程序编制基础第9页 （3）尺寸字 尺寸字用于确定机床上刀具运动终点坐标位置。其中，第一组X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于确定终点直线坐标尺寸；第二组A，B，C，D，E用于确定终点角度坐标尺寸；第三组I，J，K用于确定圆弧轮廓圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还能够用P指令暂停时间、用R指令圆弧半径等。（4）进给功效字F进给功效字地址符是F，又称为F功效或F指令，用于指定切削进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，普通只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中惯用来指令螺纹导程。第1章数控机床加工程序编制基础第10页 （5）主轴转速功效字S主轴转速功效字地址符是S，又称为S功效或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。（6）刀具功效字T刀具功效字地址符是T，又称为T功效或T指令，用于指定加工时所用刀具编号。对于数控车床，其后数字还兼作指定刀具长度赔偿和刀尖半径赔偿用。（7）辅助功效字M 辅助功效字地址符是M，后续数字普通为13位正整数，又称为M功效或M指令，用于指定数控机床辅助装置开关动作。附表：准备M功效字含义表 第1章数控机床加工程序编制基础第11页 1.1.31.1.3程序格式程序格式1、程序段格式 一个数控加工程序是若干个程序段组成。程序段格式是指程序段中字、字符和数据安排形式。程序段格式举例：N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08N40 X90（本程序段省略了续效字“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M08”，但它们功效依然有效）在程序段中，必须明确组成程序段各要素：移动目标：终点坐标值X、Y、Z；沿怎样轨迹移动：准备功效字G；进给速度：进给功效字F；切削速度：主轴转速功效字S；使用刀具：刀具功效字T；机床辅助动作：辅助功效字M。第1章数控机床加工程序编制基础第12页 1.2 1.2 数控机床坐标系数控机床坐标系1.2.11.2.1机床坐机床坐标标系系、机床坐标系确实定（1）机床相对运动要求 在机床上，我们一直认为工件静止，而刀具是运动。这么编程人员在不考虑机床上工件与刀具详细运动情况下，就能够依据零件图样，确定机床加工过程。第1章数控机床加工程序编制基础第13页 （2）机床坐标系要求标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床动作是由数控装置来控制，为了确定数控机床上成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动位移和运动方向，这就需要经过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。比如铣床上，有机床纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。第1章数控机床加工程序编制基础第14页 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：1）伸出右手大拇指、食指和中指，并互为90。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。2)大拇指指向为X坐标正方向，食指指向为Y坐标正方向，中指指向为Z坐标正方向。3)围绕X、Y、Z坐标旋转旋转坐标分别用A、B、C表示，依据右手螺旋定则，大拇指指向为X、Y、Z坐标中任意轴正向，则其余四指旋转方向即为旋转坐标A、B、C正向。第1章数控机床加工程序编制基础第15页 （3）运动方向要求 增大刀具与工件距离方向即为各坐标轴正方向，下列图为数控车床上两个运动正方向。第1章数控机床加工程序编制基础第16页 、坐标轴方向确实定（1）Z坐标 Z坐标运动方向是由传递切削动力主轴所决定，即平行于主轴轴线坐标轴即为Z坐标，Z坐标正向为刀具离开工件方向。第1章数控机床加工程序编制基础第17页 （2）X坐标 X坐标平行于工件装夹平面，普通在水平面内。确定X轴方向时，要考虑两种情况：1）假如工件做旋转运动，则刀具离开工件方向为X坐标正方向。2）假如刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀 具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。下列图所表示为数控车床X坐标。第1章数控机床加工程序编制基础第18页 （3）Y坐标 在确定X、Z坐标正方向后，能够用依据X和Z坐标方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标方向。第1章数控机床加工程序编制基础第19页 3、机床原点设置 机床原点是指在机床上设置一个固定点，即机床坐标系原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动基准参考点。（1）数控车床原点在数控车床上，机床原点普通取在卡盘端面与主轴中心线交点处。同时，经过设置参数方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标正方向极限位置上。第1章数控机床加工程序编制基础第20页 4、机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制固定位置点。机床参考点位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关准确调整好，坐标值已输入数控系统中。所以参考点对机床原点坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远极限点。下列图为数控车床参考点与机床原点。第1章数控机床加工程序编制基础第21页 1.2.2编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时无须考虑工件毛坯在机床上实际装夹位置。以下列图所示，其中O2即为编程坐标系原点。第1章数控机床加工程序编制基础第22页 编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定编程坐标系原点。编程原点应尽可能选择在零件设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴方向应该与所使用数控机床对应坐标轴方向一致，以下列图所示为车削零件编程原点。第1章数控机床加工程序编制基础第23页 1.2.31.2.3加工坐加工坐标标系系 1、加工坐标系确实定 加工坐标系是指以确定加工原点为基准所建立坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，对应编程原点在机床坐标系中位置。第1章数控机床加工程序编制基础第24页 2、加工坐标系设定在机床坐标系中直接设定加工原点。例：以下列图为例，在配置FANUC-OM系统立式数控铣床上设置加工原点03。（1）加工坐标系选择 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面交点上。设工作台工作面尺寸为800mm320mm，若工件装夹在靠近工作台中间处，则确定了加工坐标系位置，其加工原点03就在距机床原点O1为X3、Y3、Z3处。而且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。（2）设定加工坐标系指令1）G54G59为设定加工坐标系指令。G54对应一号工件坐标系，其余以这类推。可在MDI方式参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定加工原点O3，将其坐标值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm第1章数控机床加工程序编制基础第25页 1.3 1.3 惯用编程指令惯用编程指令数控加工程序是由各种功效字按照要求格式组成。1.3.11.3.1绝对绝对尺寸指令和增量尺寸指令尺寸指令和增量尺寸指令 在加工程序中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表示方法。绝对尺寸指机床运动部件坐标尺寸值相对于坐标原点给出。增量尺寸指机床运动部件坐标尺寸值相对于前一位置给出。第1章数控机床加工程序编制基础第26页 1、G功效字指定G90指定尺寸值为绝对尺寸。G91指定尺寸值为增量尺寸。2、用尺寸字地址符指定（本课程中车床部分使用）绝对尺寸尺寸字地址符用 X、Y、Z增量尺寸尺寸字地址符用 U、V、W第1章数控机床加工程序编制基础第27页 1.3.3 1.3.3 坐坐标标平面平面选择选择指令指令坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补平面和刀具赔偿平面。G17表示选择 XY平面，G18表示选择 ZX平面，G19表示选择 YZ平面。各坐标平面如图1.22所表示。普通，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工。第1章数控机床加工程序编制基础第28页 1.3.4 1.3.4 快速点定位指令快速点定位指令 快速点定位指令控制刀具以点位控制方式快速移动到目标位置，其移动速度由参数来设定。指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定速度移动，最终减速抵达终点，以下列图所表示。程序程序格式格式：G00 X Y Z式中X、Y、Z值是快速点定位终点坐标值第1章数控机床加工程序编制基础第29页 1.3.51.3.5直直线线插插补补指令指令直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现空间直线运动。程序格式程序格式：G01 X Y Z F 其中：X、Y、Z值是直线插补终点坐标值。例：实现下列图中从A点到B点直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90 G01 X10 Y10 F100增量方式编程：G91 G01 X-10 Y-20 F100第1章数控机床加工程序编制基础第30页 1.3.6圆弧插补指令G02为按指定进给速度顺时针圆弧插补。G03为按指定进给速度逆时针圆弧插补。圆弧顺逆方向判别：沿着不在圆弧平面内坐标轴，由正方向向负方向看，顺时针方向G02，逆时针方向G03，以下列图所示。第1章数控机床加工程序编制基础第31页 程序格式程序格式：XYXY平面：平面：G17 G02 X Y I J(R)FG17 G03 X Y I J(R)FZXZX平面：平面：G18 G02 X Z I K(R)FG18 G03 X Z I K(R)FYZ平面：平面：G19G02ZYJK(R)FG19G03ZYJK(R)F 其中：X、Y、Z值是指圆弧插补终点坐标值；I、J、K是指圆弧起点到圆心增量坐标，与G90,G91无关；R为指定圆弧半径，当圆弧圆心角180o时，R值为正，当圆弧圆心角1800时，R值为负。第1章数控机床加工程序编制基础第32页 1.3.7 1.3.7 刀具半径刀具半径赔偿赔偿指令指令 在零件轮廓铣削加工时，因为刀具半径尺寸影响，刀具中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了防止计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径赔偿功效，见下列图。第1章数控机床加工程序编制基础第33页 1、编程格式G41为左偏刀具半径赔偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧刀具半径赔偿，见下列图。G42为右偏刀具半径赔偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧刀具半径赔偿。G40为赔偿撤消指令。程序格式程序格式:G00/G01 G41/G42 XG00/G01 G41/G42 X Y Y H H /建立建立赔偿赔偿程序段程序段 /轮轮廓切削程序段廓切削程序段 G00/G01 G40 X Y/赔偿撤消程序段赔偿撤消程序段第1章数控机床加工程序编制基础第34页 1.3.8 1.3.8 刀具刀具长长度度赔偿赔偿指令指令 使用刀具长度赔偿指令，在编程时就无须考虑刀具实际长度及各把刀具不一样长度尺寸。当因为刀具磨损、更换刀具等原因引发刀具长度尺寸改变时，只要修正刀具长度赔偿量，而无须调整程序或刀具。G43 为正赔偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度赔偿量相加，按其结果进行Z轴运动。G44 为负赔偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度赔偿量相减，按其结果进行Z轴运动。G49为撤消赔偿。编程格式为：G01 G43/G44 Z H/建立赔偿程序段/切削加工程序段G49/赔偿撤消程序段 第1章数控机床加工程序编制基础第35页 1.4 1.4 程序编制中数学处理程序编制中数学处理依据被加工零件图样，按照已经确定加工工艺路线和允许编程误差，计算数控系统所需要输入数据，称为数学处理。数学处理普通包含两个内容：依据零件图样给出形状，尺寸和公差等直接经过数学方法（如三角、几何与解析几何法等），计算出编程时所需要相关各点坐标值。第1章数控机床加工程序编制基础第36页 1.4.1 1.4.1 选择编选择编程原点程原点从理论上讲编程原点选在零件上任何一点都能够，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，降低计算误差，应选择一个合理编程原点。车削零件编程原点X向零点应选在零件回转中心。Z向零点普通应选在零件右端面、设计基准或对称平面内。车削零件编程原点选择见下列图。第1章数控机床加工程序编制基础第37页 铣削零件编程原点，X、Y向零点普通可选在设计基准或工艺基准端面或孔中心线上，对于有对称部分工件，能够选在对称面上，方便用镜像等指令来简化编程。Z向编程原点，习惯选在工件上表面，这么当刀具切入工件后Z向尺寸字均为负值，方便于检验程序。铣削零件编程原点见下列图。编程原点选定后，就应把各点尺寸换算成以编程原点为基准坐标值。为了在加工过程中有效控制尺寸公差，按尺寸公差中值来计算坐标值。第1章数控机床加工程序编制基础第38页 1.4.2 1.4.2 基点基点零件轮廓是由许多不一样几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间连接点称为基点。基点坐标是编程中必需主要数据。A、B、C、D、E为基点。第1章数控机床加工程序编制基础第39页 1.4.3 1.4.3 非非圆圆曲曲线线数学数学处处理基本理基本过过程程 数控系统普通只能作直线插补和圆弧插补切削运动。假如工件轮廓是非圆曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要经过一定数学处理。数学处理方法是，用直线段或圆弧段去迫近非圆曲线，迫近线段与被加工曲线交点称为节点。比如，对下列图所表示曲线用直线迫近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。第1章数控机床加工程序编制基础第40页 1.4.4 1.4.4 数控加工数控加工误误差差组组成成数控加工误差数加是由编程误差编、机床误差机、定位误差定、对刀误差刀等误差综合形成。即：数加=f(编+机+定+刀)其中：（1）编程误差编由迫近误差、圆整误差组成。（2）机床误差机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。（3）定位误差定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生。（4）对刀误差刀是在确定刀具与工件相对位置时产生。第1章数控机床加工程序编制基础第41页