第二章数控机床的程序编制.ppt.Convertor.doc

第二章数控机床的程序编制2.1数控编程概述2.2穿孔纸带及代码2.3数控机床的有关功能2.4数控机床加工程序的编程格式 第二章数控机床的程序编制 2.1数控编程概述一、数控编程的概念 在普通机床上加工零件时，一般由工艺人员按照设计图样事先制订好零件的加工规程。在工艺规程中确定零件的加工工序、切削用量、机床的规格及工具、夹具等内容。操作人员按工艺规程的各个步骤操作机床，加工出图样给定的零件。也就是说，零件的加工过程是由人来完成。例如开车、停车、改变主轴转速、改变进给速度和方向、切削液开和关等都是由工人手工操纵的。在由凸轮控制的自动机床或仿行机床加工零件时，虽然不需要人对它进行操作，但必须根据零件的特点及工艺要求，设计出凸轮的运动曲线或靠模，由凸轮、靠模控制机床运动，最后加工出零件。在这个过程中，虽然避免了操作者直接操纵机床，但每一个凸轮机构或靠模，只能加工一种零件。当改变被加工零件时，就要更换凸轮、靠模。因此，它只能用于大批量、专业化生产中。数控机床和以上两种机床不同，它是按照事先编制好的加工程序，自动地对工件进行加工。我们把工件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、被吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开和关等），按照数控机床的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这一程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而控制机床加工。这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。第二章数控机床的程序编制数控编程的具体步骤与要求如下： 、分析零件图样和工艺处理工艺处理，需要考虑如下几点：（1）确定加工方案（2）刀具工夹具的设计和选择（3）选择对刀点（4）确定加工路线 （5）确定切削用量 、数值处理 、编写零件加工程序单 、制备控制介质 、程序校验与首件试切1.手工编程（）手工编程的定义 手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程方法。手工编程的框图如下图所示。（）手工编程的意义 手工编程的意义在于：加工形状简单的零件时，快捷、简便；不需要具备特别的条件；对机床操作或程序员不受特别条件的制约；还具有较大的灵活性和编程费用低等优点。（）手工编程的不足 手工编程既繁琐、费时又复杂，而且容易产生错误。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，技术比较简单，用手工编程既经济又及时，因此手工编程仍被广泛地应用于形状简单的加工中。但对于一些复杂零件，特别是具有非圆曲线的表面，或者程序量很大的零件，手工编程就难以胜任。据国外统计，当采用手工编程时，一个零件的编程量与在机床上实际加工时间之比，平均约为30：1，数控机床不能开动的原因有20%-30%是由于加工程序编制困难，所用时间较长造成的。因此，为了缩短生产周期，提高机床的利用率，必须采用“自动编程”的办法。、自动编程 自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。 编程人员只需要根据加工对象及工艺要求，借助控语言编程系统规定的数控语言编程或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简单的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘制出所编程序的图形及走刀轨迹，所以能及时地检查程序是否错误，并进行修改，得到正确的程序。 按输入方式的不同，自动编制程序可分为语言数控自动编程、图形交互自动编程和语音提示自动编程等等。尽管自动编程应用得到迅速发展，在实际工作中仍有必要掌握一定的手工编程知识。原因如下： 1）手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多重要的经验都来源于手工编程。 2）掌握手工编程有助于提高加工程序的可靠性。 3）在某些特殊的情况下无法实现自动编程时，仍然需要采用手工编程方法完成加工程序的编制。四、数控编程方法的选择 编程方法主要有手工编程和自动编程两种，其他方法可视为自动编程方法的扩展，它们各有其适用范围。究竟选择哪一种编程方法，通常应根据被加工零件的复杂程度、数值计算的难度与工作量大小、现有设备（计算机、数控语言系统等）以及时间和费用等进行全面考虑，权衡利弊，予以确定。2.2 穿孔纸带及代码数控机床经过50多年的发展，在输入代码、坐标指令、辅助指令以及程序格式等方面已逐步趋向统一。我国也制定了相应的数控标准，但各种数控机床所用的代码、指令及其含义不完全相同，编制程序时应严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。穿孔纸带上的信息必须使用规定的代码，且以一定的格式排列，数控装置读入后才能对它进行处理。以前使用的纸带为1英寸宽，一行共有9个孔，其中一个小孔称为“中导孔”或“同步孔”。其余8个大孔称为“信号孔”，用来记录数字、字母或符号信息。有孔表示二进制“1”，无孔表示二进制的“0”。代码及其格式均已标准化。 1ISO代码 ISO代码是国际标准化组织制定的数控国际标准代码，其特点是：数字、字母及符号在孔位上有区别。数字编码在第五列和第六列上有孔，字母编码在第七列上有孔，其它符号在五至七列没孔或在第六列上有孔。ISO代码是7位补偶码，第八列是补偶位。ISO代码中字母、数字和符号共128个 。2EIA代码 EIA代码是美国电子工业学会制定的标准代码，见上页表2-2。该代码为补奇码，b5列为补奇位。3EIA和ISO代码的区别 （1）字母：EIA为小写字母，ISO为大写字母。 （2）程序段结束符：EIA中用EOB（也可用CR），ISO中用LF或NL。 （3）EIA中有EOR代码，用于倒带停止，ISO中用。 （4）ISO中有左括号和右括号，两者之间的文字对数控装置没有影响，其中可以插入注解。 （5）ISO中有“：”代码，这个字符表示穿孔带上特定的位置。读入时将穿孔带送到此位置为止，或者返回到此位置。 （6）ISO中的“/”与EIA中的程序段取消具有同样功能。2.3 数控机床的有关功能在数控机床加工程序中，我国和国际上都广泛使用准备功能G指令、辅助功能M指令、进给功能F指令、主轴转速功能S指令和刀具功能T指令等5种指令代码来描述加工工艺过程和数控机床的各种运动特征。 一、准备功能 准备功能也称G功能或G代码，由地址符G加两位数值构成该功能的指令。G功能指令用来规定坐标平面、坐标系、刀具和工件的相对运动轨迹、刀具补偿、单位选择、坐标偏置等多种操作。G功能指令分若干组（指令群），有模态功能指令和非模态功能指令之分。非模态G功能指令只在程序段中有效，因此也称作一次性代码。模态功能指令可被同组G功能指令互相注销；模态G功能指令一旦被执行，则一直有效，直至被同组G功能指令注销为止。数控系统G代码的含义并未真正统一。下表是FANUC系统的G代码。G代码组别用于数控车床的功能用于数控铣床的功能附注G001快速定位相同模态G01直线插补相同模态G02顺时针圆弧插补相同模态G03逆时针圆弧插补相同模态G040暂停相同非模态G10数据设置相同模态G11数据设置取消相同模态G1716XY平面选择相同（缺省状态）模态G18ZX平面选择（缺省状态）相同模态G19YZ平面选择相同模态G206英制（in）相同模态G21米制(mm)相同模态G229行程检查功能打开相同模态G23行程检查功能关闭相同模态G258主轴速度波动检查关闭相同模态G26主轴速度波动检查打开相同非模态G270参考点返回检查相同非模态G28参考点返回相同非模态G30第二参考点返回X非模态G31跳步功能相同非模态G321螺纹切削X模态G360X向自动刀具补偿X非模态G37Z向自动刀具补偿X非模态G407刀尖半径补偿取消刀尖半径补偿取消模态G41刀尖半径左补偿刀尖半径左补偿模态G42刀尖半径右补偿刀尖半径右补偿模态G431X刀具长度正补偿模态G44X刀具长度负补偿模态G49刀具长度补偿取消模态G500工件坐标原点设置，最大主轴速度设置非模态G52局部坐标设置相同非模态G53机床坐标系设置相同非模态G5414第一工件坐标系设置相同模态G55第二工件坐标系设置相同模态G56第三工件坐标系设置相同模态G57第四工件坐标系设置相同模态G58第五工件坐标系设置相同模态G59第六工件坐标系设置相同模态G650宏程序调用相同非模态G6612宏程序模态调用相同模态G67宏程序模态调用取消相同模态G684双刀架镜像打开XG694双刀架镜像关闭XG700精车循环X非模态G71外圆/内孔粗车循环X非模态G72端面粗车循环X非模态G73仿形车削循环高速深孔钻孔循环非模态G74端面啄式钻孔循环左旋螺纹循环非模态G75外径/内径啄式钻孔循环精镗循环非模态G76螺纹车削多次循环X非模态G8010钻孔固定循环取消相同模态G81X钻孔循环G82X钻孔循环G83端面钻孔循环X模态G84端面攻螺纹循环攻螺纹循环模态G85X镗孔循环G86端面镗孔循环镗孔循环模态G87侧面钻孔循环背镗循环模态G88侧面攻螺纹循环X模态G89侧面镗孔循环镗孔循环模态G901外径/内径车削循环绝对坐标编程模态G91X增量坐标编程模态G92单次螺纹车削循环工作坐标原点设置模态G94端面车削循环X模态G962恒表面速度设置X模态G97恒表面速度设置取消X模态G985每分钟进给固定循环中返回到初始点模态G99每转进给固定循环中返回到R点模态G107圆柱插补XG112极坐标插补XG113极坐标插补取消XG250多棱柱车削取消XG251多棱柱车削X二、辅助功能辅助功能也称M功能，它是指令机床做一些辅助动作的代码。例如：主轴的旋转、冷却液的开、关等等。ISO标准中M功能从M00-M99，共有100种，不同的数控系统M代码的含义有差别的。M指令有模态与非模态之分。下表是FANUC数控系统的M代码。M代码用于数控车床的功能用于数控铣床的功能附注M00程序停止相同非模态M01程序选择停止相同非模态M02程序结束相同非模态M03主轴顺时针旋转相同模态M04主轴逆时针旋转相同模态M05主轴停止相同模态M06X换刀非模态M08切削液打开相同模态M09切削液关闭相同模态M10接料器前进X模态M11接料器退回X模态M131号压缩空气吹管打开X模态M142号压缩空气吹管打开X模态M15压缩空气吹管关闭X模态M17两轴变换X模态M18三轴变换X模态M19主轴定向X模态M20自动上料器工作X模态M30程序结束并返回相同非模态M31旁路互锁相同非模态M38右中心架夹紧X模态M39右中心架松开X模态M50棒料送料器夹紧并送进X模态M51棒料送料器松开并返回X模态M52自动门打开相同模态M53自动门关闭相同模态M58左中心架夹紧X模态M59左中心架松开X模态M68液压卡盘夹紧X模态M69液压卡盘松开X模态M74错误检测功能打开相同模态M75错误检测功能关闭相同模态M78尾架套筒送进X模态M79尾架套筒退回X模态M80机内对刀器送进X模态M81机内对刀器退回X模态M88主轴低压夹紧X模态M89主轴高压夹紧X模态M90主轴松开X模态M98子程序调用相同模态M99子程序调用返回相同（1）M00：程序停止 在完成编有M00指令的程序段中的其它指令后，主轴停转、进给停止、冷却液关断，程序停止。利用启动按钮才能再次自动运转，继续执行下一个程序段。 （2）M01：计划停止 该指令与M00指令相似。但必须是操作面板上“任选停止”按钮被按下，M01指令才起作用。如 “任选停止”开关不接通，则 M01指令不起作用，程序继续执行。加工过程中需停机检查、测量零件、手工换刀和交接班等可使用M01指令。 （3）M02：程序结束 该指令用于程序全部结束。此时主轴、进给和冷却液全部停下，机床复位。 （4）M03、M04、M05：分别为主轴顺时针旋转、主轴逆时针旋转和主轴停止。 （5）M06：换刀 该指令用于数控机床的自动换刀或显示待换刀号。自动换刀时换刀用M06，选刀用T功能指令；对显示待换刀号的数控机床，换刀是用手动实现的。 （6）M07：2号冷却液开 用于雾状冷却液开。 （7）M08：1号冷却液开 用于液状冷却液开。 （8）M09：冷却液关 注销M07，M08，M50（3号冷却液开）和M51（4号冷却液开）。 第二章数控机床的程序编制（9）M30：程序结束 在完成程序段的所有指令之后，使主轴、进给和冷却液停止。用以使控制机和机床复位，程序返回到开始字符。 （10）M41、M42：主轴低速齿轮挡连接和高速齿轮挡连接。 （11）M98：子程序调用指令 。 （12）M99：从子程序返回。三、进给功能 进给速度是指刀具向工件进给的相对速度。进给速度是用地址字母F和字母F后面数字来表示。 F功能的分类： 根据准备功能（G功能）可把F功能分为以下两种： （1）G98方式：用F指令表示刀架每分钟的进给量。例如：F500指500mm/min。这通常用于铣削类进给指令。 （2）G99方式：用F指令表示主轴每转的进给量。例如：车床以主轴每转进给0.2mm时，亦作F0.2，即主轴每转一周刀具沿其切线方向上移动0.2mm。每转进给与每分钟进给的关系为 Fm=Fr × S式中fm每分钟进给率（mm/min） Fr每转进给 (mm/r) S主轴转数(r/min) 。 F地址在螺纹切削程序段中用于指定螺纹导程。 F功能指令为模态指令。程序中F指令的进给速度在实际加工中可以用数控系统操作面板上的进给速度倍率旋钮来调整，可以在0120(或150200)%范围内调节。 四、主轴转速功能主轴转数功能用来指定主轴的转速，单位为r/min，地址符使用S，所以又称为S功能或S指令。现在一般数控系统主轴已采用主轴控制单元，能使用直接指定方式，即可用地址符S的后续数字直接指定主轴转数。 例如：要求1300r/min，就指令S1300。 现在用得较多的主轴单元的允许调幅还不够宽，为增加无级变速的调速范围，需加入几档齿轮变速，由前面介绍的辅助功能指令来变换齿轮档，这时，S指令要与相应的辅助功能指令配合使用。S功能按照准备功能G代码的种类，执行以下四种不同的控制。1、用G96方式的指令 G96是按恒线速度控制的功能。此时，用S指定的数值表示切削速度。 在切削过程中，如果切削部位的回转直径不断变化，则主轴转速也要不断地作相应的变化，如加工端面、圆锥而及任意曲线构成的旋转面时，为保证车刀刀尖处的切削线速度不变，必须随着刀尖所处位置直径的不同而自动调整主轴的转速。数控装置依刀架X轴的位置计算出主轴的转速，自动而连续的控制主轴转速，使之始终达到由S功能所指定的切削速度。 例如S200，表示自动改变转速，使切削速度为200m/min。 在恒线速控制中，由于主轴转速不断变化，为了防止主轴转速过高，所以在使用G96指令前必须设定主轴最高转速（G50） 。2、用G97方式的指令 G97是取消恒线速控制的功能，此时使用S指定的数值表示主轴每分钟的转速。 S2000：主轴以2000r/min的速度旋转。3、主轴最高转速设定G50 G50的功能中有坐标系设定和主轴最高转速设定两种功能，这里用的是后一种功能。用S指定的数值是设定主轴每分钟最高转速。 例如：G50 S2000，表示把主轴最高转速设定为2000r/min。 用恒线速控制加工端面，锥度、圆弧时，容易获得内外一致的表面粗糙度，但由于主轴转速不断变化，当刀具逐渐移近工件旋转中心时，主轴转速就会越来越高，即所谓“超速”，工件就有可能从卡盘中飞出，为了防止这种事故，有时不得不限制主轴的最高转速，这时就可以借助G50 S_指令来达到此目的。五、刀具功能1. 刀具功能字 地址符规定为T。它用以指定切削时使用的刀具的刀号及刀具自动补偿时的组号。其自动补偿的内容有刀具对刀后的刀位偏差、刀具长度及刀具半径补偿。 在编程中，其指令格式因数控系统不同而异，主要格式有以下两种： （1）采用T指令编程 由刀具功能地址符T和数字组成。T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。在FANUC系统中刀具功能T指令的后续数字有一位数、两位数、四位数及六位数4种，其中以两位数（T××）和四位数（T××××）两种格式居多。 例如： T0404表示选择第4号刀具，使用刀具偏置表中4号偏置地址的尺寸； T0200表示选择第2号刀具，刀具偏置取消（2）采用T、D指令编程 使用T功能指令选择刀具号，使用D功能选择相关的刀具偏置量。在定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。T和D可以编写在一起，也可以单独编写。在SIEMENS系统中，一般一个刀具可以匹配l9个不同的刀具偏置量。 例如： T5D2表示选择第5号刀具，使用刀具偏置表中2号偏置地址的尺寸； T5D7表示仍用第5号刀具，使用刀具偏置表中7号偏置地址的尺寸。2.4 数控机床加工程序的编程格式一、程序段格式 程序段格式是指在同一个程序段中关于字母、数字和符号等各个信息代码的排列顺序和含义规定的表示方法。目前使用最多的是字地址程序段格式（也称为使用地址符的可变程序段格式）。以这种格式表示的程序段，每一个量之间都标有地址码用以识别地址。对于字地址格式的程序段常常可以用一般形式来表示。如：N134G01X-32000Y+47000F1020S1250T16M06二、零件加工程序的结构 一完整的加工程序由若干程序段组成，每个程序段由若干个指令字组成，每个指令字又由字母、数字、字符组成。下面是字地址段程序的某一加工程序：O0006 （ 程序开始部分）N001 G92 X0 Y0 Z1.0；N002 S300 M03；N003 G90 G00 X-5.5 Y-6.0；.N014 G00 X5 Y10 Z3； N015 X0 Y0； （程序内容部分）N016 M30； （程序结束部分）1、程序开始部分 常用程序号表示程序开始。程序名由程序名地址符和程序的编号（或程序的名称）组成。地址符字母O（或P）加表示程序号的数值（最多4位，数值没有具体含义）组成，其后可加括号注出程序名或作解释，但不得超过16个字符。 程序号必须放在程序之首。但是，不同的数控系统程序号地址符不同，例如： FANUC系列数控系统中，程序名地址是用英文“O”表示；SIEMENS系列数控系统中，程序名地址是用符号“%”表示；还有些数控系统程序名地址符为“P”等。2、程序内容部分 程序内容部分是整个程序的核心部分，由若干程序段组成，表示数控机床要完成的全部动作。常用顺序号（也叫程序段号或程序段序号）表示顺序，程序中可以在程序段前任意设置顺序号，可以不写，或只在重要程序前按顺序编号。顺序号的地址符是N，后续数字通常是N1-N9999。程序段号的使用规则： 数字部分应为正整数，一般最小顺序号N1。顺序号的数字可以不连续，也不一定从小到大顺序排列。 程序段号的作用： （1）在加工轨迹图的几何基点处标上相应程序段序号，可以直观地检查加工程序； （2）可作为加工程序中条件转向的目标； （3）可用于对加工程序的校对和检索； （4）标注了程序段号，当发生程序语法等错误时，数控系统可以提示存在语法问题的程序段位置； （5）在编辑方式和自动运行中供检索目标用。程序段号加上若干个程序字就可组成一程序段。在程序段中表示地址的英文字母可分为尺寸字地址符或非尺寸字地址符两种。表示尺寸字地址符的英文字母有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、I、J、K、A、B、C、D、E、R、H共18个字母。 字是程序字的简称。字是由地址以及该地址后面的符号和若干位数字组成，字作为一个信息单元存储、传递和操作。例如，X35就是一个“字”。字所含的字符个数叫字长。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成。这个英文字母称为地址字符。地址字符与后续数字之间可加正、负号，正号可以省略。 表示非尺寸字地址有N、G、F、S、T、M、L、O等8个字母。其字母的含义见表1-7。地址功能地址功能A坐标字绕X轴旋转N顺序号程序段顺序号B坐标字绕Y轴旋转O程序号程序号、子程序号的指定C坐标字绕Z轴旋转P暂停或程序中某功能开始使用的顺序号D补偿号刀具半径补偿指令Q固定循环终止段号或固定循环中的定距E第二进给功能R坐标字固定循环中的定距或圆弧半径的指定F进给速度进给速度的指令S主轴功能主轴转速的指令G准备功能指令动作方式T刀具功能刀具编号的指令H补偿号补偿号的指定U坐标字与X轴平行的附加轴增量坐标值或暂停时间I坐标字圆弧中心X轴向坐标V坐标字与Y平行的附加轴增量坐标值J坐标字圆弧中心Y向坐标W坐标字与Z平行的附加轴增量坐标值K坐标字圆弧中心Z向坐标X坐标字X轴绝对坐标值或暂停时间L重复次数固定循环和子程序的重复次数Y坐标值Y轴绝对坐标值M辅助功能机床开/关指令Z坐标字Z轴绝对坐标值程序中还有时会用到一些符号，它们的含义见下表。符号意义符号意义HT或TAB分隔符-负号LF或NL程序段结束/跳过任意程序段%程序开始：对准功能（控制暂停BS返回）控制恢复EM纸带终了+正 号DEL 注销3、程序结束部分 程序结束部分以程序结束指令构成一个最后的程序段。程序结束指令常用M02或M30。程序结束标志符： 在程序段的最后一个有用的字符之后应有结束标志符表示程序段的结束。用EIA标准代码时，结束符为“CR”；用ISO标准代码时，结束符为“LF”。书面符号无规定时，可用符号“；”或“*”表示，或不书写任何符号。在编写程序单时可选择不书写程序段结束符号，当手工输入程序换行时，CNC系统会自动加上，数控系统的显示屏幕上可以看到。 4. 子程序 程序分为主程序和子程序。 当在一个加工程序中的若干位置上有连续若干段程序在写法及格式上完全相同的内容时，为了简化编程，可将这些重复出现的程序段单独编写，这样的程序称为子程序。子程序的编写格式与主程序完全相同。子程序的应用范围： 1）工件上有若干个相同的轮廓形状； 2）加工中经常出现或具有相同的加工路线轨迹； 3）某一个轮廓或形状需要分层加工； 4）独立的加工工步。 正常情况下，机床是按主程序的指令工作的。当程序段中有调用子程序的指令时，就按子程序工作。当在子程序有返回到主程序的指令时，机床返回主程序，继续按主程序的指令进行工作。子程序可以被主程序调用，同时子程序也可以调用另一个子程序. 主程序调用子程序时，要用M98指令呼叫子程序。呼叫某一子程序需要在M98后面写上子程序号，此时要改子程序号O或P。主程序可以多次调用和重复调用某一子程序，重复调用时要L及后面的数字指示调用次数。也可用P+调用次数+子程序名称（数字）。 重复调用方式，子程序还可调用另处的子程序，称子程序嵌套，不同的数控系统所规定的嵌套次数是不同的。主程序 O0101（子程序）N0010 N1010. N0011 N1020.N1012. N1030N0013 M98 P0101 L2 N1040.M99N0014. 上列写重复调用2次的方式，下面是镗削加工调用固定循环（子程序）的实例：O0020（子程序号）N1 G98 G76 Z-120.0 R-35.0 Q0.5 P50 F50N2 M99O0001（主程序）N1 G92 X0 Y0 Z0N2 G30 Y0 M06 T01 N3 G00 X-100.0 Y-50.0 N4 S5000 M03 N5 M98 P0020 N6 X100.0 Y50.0 N7 M98 P0020N8 X0 Y0 M05 N9 M30