數控機床編程CAI課件.ppt

第2章數控加工編程基礎,2.1概述,2.2字符與代碼,2.4程序段與程序格式,本章小結,2.3數控機床的坐標系,本章學習目標：本章是數控編程的基礎，主要講述了數控編程的基礎知識，常用G代碼及M代碼功能指令，數控機床坐標系，數控程序段與程序格式等。本章要求熟悉數控加工程序格式以及編程步驟，熟記數控機床坐標系的確定方法和右手笛卡爾直角坐標系的應用。,2.1概述,目的：程序編制是數控加工的一項重要工作，理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖紙要求的合格工件，同時應能使數控機床的功能得到合理的應用與充分的發(fā)揮，以使數控機床安全可靠及高效地工作。,內容與步驟：分析被加工零件的零件圖，確定加工工藝過程；進行刀具運動軌跡坐標計算；編寫程序單；制備控制介質；程序校驗和首件試切等。,2.1.1數控機床編程的目的與步驟,1分析零件圖紙分析工件材料、形狀、尺寸精度及毛坯形狀和熱處理等，確定工件在數控機床上進行加工的可行性。,2工藝處理制定數控加工工藝除考慮一般工藝原則外，還應考慮充分發(fā)揮所有數控機床的指令功能，走刀路線要短，換刀次數盡可能少等。,（1）確定加工方案；（2）刀具、工夾具的設計和選擇；（3）選擇對刀點：對刀點是指刀具相對零件運動的起始點。對刀點也稱作程序起始點或起刀點。對刀點的選擇原則是：所選對刀點應使程序編制簡單、工件容易找正，并在加工過程中便于檢查和減小加工誤差的位置。,（4）確定加工路線：盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產率；保證加工零件的精度和表面粗糙度的要求；有利于簡化數值計算，減少程序段的數目和編程的工作量。（5）確定切削用量：包括背吃刀量、側吃刀量、主軸轉速（切削速度）及進給速度。,3進行刀具運動軌跡坐標計算,根據零件圖的幾何尺寸、進給路線及設定的工件坐標系，計算工件粗、精加工各種運動軌跡關鍵點的坐標值。,4編寫程序單,編程人員要了解數控機床的性能、程序指令代碼以及數控機床加工零件的過程，才能編寫出正確的加工程序。,5制備控制介質,控制介質有穿孔帶、磁帶、磁盤和U盤等。,6程序校驗和首件試切,程序的驗證可采用仿真軟件（如：德國的Dialog；國產的宇龍、斯沃、金銀花數控仿真軟件等）在計算機上進行模擬，也可利用數控機床的空運行功能進行檢驗，以檢查機床的動作和運動軌跡的正確性。為了檢查出由于編程計算不準確或刀具調整不當造成的加工誤差的大小，還需經過試切進行檢驗。根據試切情況對程序進行修改。,2.1.2數控機床程序的編制方法,1手工編程從工件的圖樣分析、工藝過程的確定、數值計算到編寫加工程序單、制作控制介質等都是人手工完成。對形狀簡單的工件，可以使用手工編程。手工編程既經濟又及時。但對于幾何形狀復雜的零件，特別是具有列表曲線、非圓曲線及曲面的零件（如葉片、復雜模具），或者表面的幾何元素并不復雜而程序量很大的零件（如復雜的箱體），或者工步復雜的零件，手工編程就難以勝任，因此必須用自動編程的方法。為了縮短生產周期，提高數控機床的利用率，有效解決復雜零件的加工問題，應當使手工編程向自動編程方向發(fā)展，但也要看到，手工編程是自動編程的基礎，自動編程中許多核心的經驗都來源于手工編程，二者是相輔相成的。,2自動編程自動編程也稱計算機輔助編程，即程序編制工作的大部分或全部由計算機完成。典型的自動編程有人機對話式自動編程及圖形交互式自動編程。,UGCATIAPRO/ECimatronMasterCAMDELCAMCAXA制造工程師,常用的CAD/CAM軟件,CAD-ComputerAidedDesign計算機輔助設計CAM-ComputerAidedManufacturing計算機輔助制造,（1）UG：Unigraphics是美國UnigraphicsSolution公司開發(fā)的一套集CAD、CAM、CAE功能于一體的三維參數化軟件，現被西門子公司收購，是當今最先進的計算機輔助設計、分析和制造的軟件，用于航空、航天、汽車、輪船、通用機械和電子等工業(yè)領域。UG軟件在CAM領域處于領先的地位，產生于美國麥道飛機公司，是飛機零件數控加工首選編程工具。,（2）CATIA：Catia是法國達索（Dassault）公司推出的產品，法制幻影系列戰(zhàn)斗機、波音737、777的開發(fā)設計均采用Catia。CATIA據有強大的曲面造型功能，在所有的CAD三維軟件位居前列，廣泛應用于國內的航空航天企業(yè)、研究所，以逐步取代UG成為復雜型面設計的首選。CATIA具有較強的編程能力，可滿足復雜零件的數控加工要求。目前一些領域采取CATIA設計建模，UG編程加工，二者結合，搭配使用。,（3）Pro/E：是美國PTC（參數技術有限公司）開發(fā)的開發(fā)的軟件，是全世界最普及的三維CAD/CAM（計算機輔助設計與制造）系統。廣泛用于電子、機械、模具、工業(yè)設計和玩具等民用行業(yè)。具有零件設計、產品裝配、模具開發(fā)、數控加工、造型設計等多種功能。Pro/E在我國南方地區(qū)企業(yè)中被大量使用，設計建模采用PRO/E，編程加工采用MASTERCAM和CIMATRON是目前通行的做法。,（3）Cimatron：Cimatron系統是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產品，是較早在微機平臺上實現三產品，是較早在微機平臺上實現三維CAD/CAM全功能的系統。該系統提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型、工程繪圖，全面的數控加工，各種通用、專用數據接口以及集成化的產品數據管理。CimatronCAD/CAM系統在國際上的模具制造業(yè)備受歡迎，國內模局制造行業(yè)也在廣泛使用。,（4）MasterCAM:MasterCAM是美國CNC公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件，它具有方便直觀的幾何造型，Mastercam提供了設計零件外形所需的理想環(huán)境，其強大穩(wěn)定的造型功能可設計出復雜的曲線、曲面零件。MasterCam具有較強的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多種選擇方式，可以滿足復雜零件的曲面加工要求，同時具備多軸加工功能。由于價格低廉，性能優(yōu)越，成為國內民用行業(yè)數控編程軟件的首選。,（）DELCAM：FeatureCAM是美國DELCAM公司開發(fā)的基于特征的全功能CAMCAM軟件，全新的特征概念，超強的特征識別，基于工藝知識庫的材料庫，刀具庫，圖標導航識別，基于工藝卡片的編程模式。全模塊的軟件，從25軸銑削，到車銑復合加工，從曲面加工到線切割加工，為車間編程提供全面解決方案。DELCAM軟件后編輯功能相對來說是比較好的。近年來國內一些制造企業(yè)正在逐步引進，以滿足行業(yè)發(fā)展的需求，屬新興產品。,（）CAXA制造工程師：CAXA制造工程師是北京北航海爾軟件有限公司推出一款全國產化的CADCAM產品，為國產CADCAM軟件在國內CAM市場中占據了一席之地。作為我國制造業(yè)信息化領域自主知識產權軟件優(yōu)秀代表和知名品牌，CAXA已經成為我國CAD/CAM/PDM業(yè)界的領導者和主要供應商。CAXA制造工程師是一款面向二至五軸數控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的銑削/鉆削數控加工編程軟件。該軟件性能優(yōu)越，價格適中，在國內市場頗受歡迎。,2.2字符與代碼,2.2.1字符與代碼,字符（Character）：用來組織、控制或表示數據的一些符號，如數字、字母、標點符號、數學運算符等。字符是機器能進行存儲或傳送的記號。字符也是我們所要研究的加工程序的最小組成單位。加工程序用的字符分四類。一類是字母，它由大寫26個英文字母組成。第二類是數字和小數點，它由09共10個阿拉伯數字及一個小數點組成。第三類是符號，由正（+）號和負（-）號組成。第四類是功能字符，它由程序開始（結束）符（如“%”）、程序段結束符（如“；”）、跳過任選程序段符（如“/”）等組成。,2.2.1字符與代碼,字符（Character）：用來組織、控制或表示數據的一些符號，如數字、字母、標點符號、數學運算符等。字符是機器能進行存儲或傳送的記號。字符也是我們所要研究的加工程序的最小組成單位。加工程序用的字符分四類。一類是字母，它由大寫26個英文字母組成。第二類是數字和小數點，它由09共10個阿拉伯數字及一個小數點組成。第三類是符號，由正（+）號和負（-）號組成。第四類是功能字符，它由程序開始（結束）符（如“%”）、程序段結束符（如“；”）、跳過任選程序段符（如“/”）等組成。,2.2.2數控機床功能代碼,1準備功能準備功能（G功能）是使數控機床建立起某種加工方式的指令，如插補、刀具補償、固定循環(huán)等。G功能由地址符G和其后的兩位數字組成，從G00G99共100種功能。,2輔助功能輔助功能（M功能）是用于指定主軸的旋轉方向、啟動、停止、冷卻液的開關，工件或刀具的夾緊和松開，刀具的更換等功能。輔助功能字由地址符M和其后的兩位數字組成。從M00M99共100種功能。,2.3數控機床的坐標系,2.3.1坐標系及運動方向的規(guī)定目前，國際標準化組織已經統一了標準的坐標系。我國已制訂了JB3051-82數控機床坐標和運動方向的命名數控標準，它與ISO841等效。,標準的坐標系采用右手笛卡爾直角坐標系，如圖2-2所示。這個坐標系的各個坐標軸與機床的主要導軌相平行。直角坐標系X、Y、Z三者的關系及其方向用右手定則判定；圍繞X、Y、Z各軸回轉的運動及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則確定。,在坐標軸命名或編程時，不論機床在加工中是刀具移動，還是被加工工件移動，都一律假定被加工工件相對靜止不動，而刀具在移動，即刀具相對運動的原則，并同時規(guī)定刀具遠離工件的方向為各坐標的正方向。,標準的坐標系采用右手笛卡爾直角坐標系，如圖2-2所示。這個坐標系的各個坐標軸與機床的主要導軌相平行。直角坐標系X、Y、Z三者的關系及其方向用右手定則判定；圍繞X、Y、Z各軸回轉的運動及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則確定。,2.3.2機床坐標軸的確定,確定機床坐標軸時，一般是先確定Z軸，然后再確定X軸和Y軸。,1Z軸的確定,Z軸的方向是由傳遞切削力的主軸確定的，標準規(guī)定：與主軸軸線平行的坐標軸為Z軸，并且刀具遠離工件的方向為Z軸的正方向。,圖2-3臥式車床,圖2-5立式銑床,對于沒有主軸的機床，如牛頭刨床等，則以與裝夾工件的工作臺面相垂直的直線作為Z軸方向。如果機床有幾根主軸，則選擇其中一個與工作臺面相垂直的主軸，并以它來確定Z軸方向（如圖2-4立式車床）。,圖2-4立式車床,2X軸的確定,平行于導軌面，且垂直于Z軸的坐標軸為X軸。X軸是在刀具或工件定位平面內運動的主要坐標。對于工件旋轉的機床（如車床、磨床等），X坐標的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座導軌面，刀具遠離工件旋轉中心的方向為X軸正方向。如圖2-3所示。注意：對于刀架在工件前側時，數控車床的X軸正方向與圖2-3方向相反。,數控車床（刀具后置）,數控車床（刀具前置）,2X軸的確定,對于刀具旋轉的機床（如銑床、鏜床、鉆床等），如果Z軸是垂直的，則面對主軸看立柱時，右手所指的水平方向為X軸的正方向。如圖2-5所示如果Z軸是水平的，則面對主軸看立柱時，左手所指的水平方向為X軸的正方向，如圖2-6所示。,圖2-5立式銑床,圖2-6臥式銑床,3Y軸的確定,Y坐標軸垂直于X、Z坐標軸。Y運動的正方向根據X坐標和Z坐標的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標系來判斷。,圖2-5立式銑床,圖2-3數控車床,4旋轉運動的確定,圍繞坐標軸X、Y、Z旋轉的運動，分別用A、B、C表示。它們的正方向用右手螺旋法則判定，如2-2圖所示。,5附加軸如果在X、Y、Z主要坐標以外，還有平行于它們的坐標，則用U、V、W軸分別表示平行于X、Y、Z軸的第二組直線運動坐標軸，用P、Q、R分別表示平行于X、Y、Z軸的第三組直線運動坐標軸。如圖2-4立式車床。,6工件運動時的相反方向,對于刀具旋轉而工件移動的機床，如數控銑床、加工中心等，則用帶“”的字母來表示工件相對移動的方向，如+X、+Y等表示工件相對于刀具正的運動方向，而+X、+Y等表示刀具相對于工件正的運動方向，二者表示的運動方向正好相反。對于編程人員只考慮刀具相對于工件的運動方向，即不帶“”的運動方向。,圖2-5立式銑床,圖2-6臥式銑床,2.3.3數控機床坐標系的原點與參考點,1數控機床坐標系的原點,機床坐標系的原點也稱機械原點或零點（M），這個零點是機床固有的點，由生產廠家事先確定，不能隨意改變，它是其他坐標系和機床內部參考點的出發(fā)點。不同數控機床坐標系的零點也不同。數控車床的機械零點在主軸前端面的中心上，如圖2-7所示M點。數控銑床和立式加工中心的機床原點，一般在機床的左前下方。如圖2-8、圖2-9所示M點。,圖2-7數控車床原點,1數控機床坐標系的原點,數控車床的機械零點在主軸前端面的中心上，如圖2-7所示M點。數控銑床和立式加工中心的機床原點，一般在機床的左前下方。如圖2-8、圖2-9所示M點。,圖2-8數控銑床原點,圖2-7數控車床原點,圖2-9加工中心原點,2數控機床參考點,參考點R也稱基準點，是大多數具有增量位置測量系統的數控機床所必須具有的。它是數控機床工作區(qū)確定的一個點，與機床零點有確定的尺寸聯系。參考點在各軸以硬件方式用固定的凸塊或限位開關實現。機床每次通電后，移動件（刀架或工作臺）都要進行返回參考點的操作，數控裝置通過移動件（刀架或工作臺）返回參考點后確認出機床原點的位置，數控機床也就建立了機床坐標系。,圖2-8數控銑床原點,圖2-7數控車床原點,圖2-9加工中心原點,2.4程序段與程序格式,2.4.1程序段,把程序中出現的英文字母及其字符稱為“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；數字09（包含小數點、“+”、“-”號）稱為“數字”?！暗刂贰焙汀皵底帧钡慕M合稱為“程序字”，程序字（亦稱代碼指令）是組成數控加工程序的最基本單位。如N010、G01、X-100、Z200、F0.1等。,程序由若干個程序段組成，程序段是由若干程序字和程序段結束指令構成。如N010G01X-100Z200F0.1；就是一個程序段。在書寫和打印程序段時，每個程序段一般占一行，在屏幕顯示程序時也是如此。,2.4.2程序段格式,1可變程序段格式2固定程序段格式3使用分隔符的固定程序段格式,2.4.3常規(guī)加工程序的格式,模態(tài)代碼、單段有效代碼在某一程序段中指令之后，可以一直保持有效狀態(tài)，直到撤消這些指令；這些代碼指令，稱為“模態(tài)代碼”或“模態(tài)指令”。如G00、G01、F0.1、S500等。而僅在編入的程序段生效的代碼指令，稱為“單段有效或非模態(tài)代碼”或“單段有效或非模態(tài)指令”。如G04、M98等。,代碼分組、開機默認代碼利用模態(tài)代碼可以大大簡化加工程序，但是，由于它的“連續(xù)有效”性，使得其撤消必須由相應的指令進行，“代碼分組”的主要作用就是為了撤消“模態(tài)代碼”。所謂代碼分組，就是將系統不可能同時執(zhí)行的代碼指令歸為一組，并予以編號區(qū)別。同一組的代碼有相互取代的作用，由此來撤消“模態(tài)代碼”。,代碼分組、開機默認代碼利用模態(tài)代碼可以大大簡化加工程序，但是，由于它的“連續(xù)有效”性，使得其撤消必須由相應的指令進行，“代碼分組”的主要作用就是為了撤消“模態(tài)代碼”。所謂代碼分組，就是將系統不可能同時執(zhí)行的代碼指令歸為一組，并予以編號區(qū)別。同一組的代碼有相互取代的作用，由此來撤消“模態(tài)代碼”。1）同一組的代碼在一個程序段中只能有一個生效，當編入兩個以上時，一般以最后輸入的代碼為準；但不同組的代碼可以在同一程序中編入多個。2）對于開機默認的模態(tài)代碼，若機床在開機或復位狀態(tài)下執(zhí)行該程序，程序中允許不進行編寫。,本章小結數控程序的編制過程就是把工件加工所需的數據和信息編成加工程序，然后將程序制成控制介質，輸入數控裝置，由數控裝置控制數控機床進行加工。數控編程的方法有手工編程和自動編程。本章內容主要包括數控編程的目的與步驟，數控程序的手工編程和自動編程編制方法，數控程序字符與代碼，數控程序G、M功能代碼、數控機床的坐標系及坐標軸的確定、數控機床坐標系的原點與參考點、數控程序段與程序格式等。,思考題與習題2-1簡述數控編程的內容和步驟？2-2如何選擇一個合理的對刀點和加工路線？2-3程序校驗與首件試切有何作用？程序校驗常用那些方法？2-4數控加工程序編制方法有哪幾種？它們分別適用什么場合？2-5什么是字符？常規(guī)加工程序用的字符分哪四類？2-6什么是右手笛卡爾直角坐標系？簡述數控機床坐標系及運動方向的規(guī)定？2-7什么是刀具相對運動的原則？數控機床坐標軸確定的順序是什么？2-8數控車床和立式數控銑床的各坐標軸及運動的正方向是如何規(guī)定的？2-9數控機床坐標系的原點與參考點是如何確定的？2-10數控編程的程序段格式通常包括哪幾種？常用的一種有何特點？2-11程序的三要素是什么？程序段主體部分的六要素包括那些內容？2-12何謂模態(tài)代碼？代碼分組？默認代碼？,