数控枕床及其程序编制.ppt

第三章数控枕床及其程序编制,第一节数控铣床基本知识第二节数控铣床的主要结构第三节数控铣床主要功能指令及坐标系第四节编程实例,第一节数控铣床基本知识,一、数控铣床的分类数控铣床种类很多，从不同的角度看，分类就有所不同。按其体积大小可以分为小型、中型和大型数控铣床。按其控制坐标的联动数可以分为二坐标联动、三坐标联动和多坐标联动数控铣床等。常用的分类方法是按其主轴的布局形式分，分为立式数控铣床、卧式数控铣床和立卧两用数控铣床。其中立式数控铣床和卧式数控铣床布局形式如图3-1所示。,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,二、数控铣床的用途数控铣床可以用来加工许多普通铣床难以加工甚至无法加工的零件。它以铣削功能为主，主要适合铣削下列3类零件。1.平面类零件的铣削2.曲面类零件的铣削3.变斜角类零件的铣削,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,三、数控铣床的数控系统功能1.控制轴(坐标)运动功能XK5040A立式数控铣床为两轴联动的三坐标数控铣床，即其数控系统能独立控制X,Y,Z三轴，自动加工过程可同时控制其中任意两轴。2.固定循环功能数控铣床数控系统的固定循环功能主要指孔加工的固定循环功能，包括深孔钻削循环、攻螺纹循环、定点钻孔循环、精镜孔循环和镜孔循环等。这些加工的共同特点是加工过程要反复多次完成几个基本动作，按一般方式编程，需要相当长的一段程序。而利用数控系统的固定循环功能，就只要写入几条指令和一些相关的参数，就能完成相应的循环加工过程，大大简化程序。,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,3.刀具自动补偿功能数控铣床的刀具补偿包括刀具半径自动补偿和刀具长度自动补偿两种。(1)刀具半径自动补偿数控铣床在加工零件时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹必须与零件轮廓轨迹偏离一个刀具半径R，才能得到所需的轮廓。刀具半径自动补偿就是指数控系统在加工过程中，可由编程人员按照零件轮廓轨迹编制的程序以及预先输入系统的刀具半径补偿值，自动算出刀具中心轨迹，从而控制铣床加工合格的零件。使用这一功能会大降低编程难度，提高加工精度和效率。,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,(2)刀具长度自动补偿功能刀具长度补偿是刀具轴向(Z方向)的补偿，它使刀具在Z方向上的实际坐标值比程序给定值增加或减少一个偏移量。使用该功能可以自动改变切削平面深度，降低在制造与返修时对刀具长度尺寸的精度要求，还可弥补轴向对刀误差。4.镜像功能镜像功能也称轴对称加工功能。当工件具有相对于某一轴对称的形状时，就可利用此功能和调用子程序的方法，只对工件的一部分进行编程，而能加工出工件的整体。,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,5.准备功能准备功能也称为G功能，是用来指定数控铣床动作方式的功能。G功能指令由G代码和它后面的两位数字组成。如用GO1指定机床为直线加工方式。各类数控铣床数控系统的准备功能指令的定义不尽相同，在编程时必须遵照数控系统的说明书编制程序。表3-1是FANUC一BESK一3MASHK系统的准备功能代码表。,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,6.辅助功能辅助功能也称为M功能，用来指定数控铣床的辅助动作及状态。M功能指令由M代码和其后面的数字组成。如M03表示主轴正转，MOS表示主轴停止转动。FANUC一BESK-3MASHK系统的辅助功能代码如表3-2所示。7.进给功能数控铣床的进给功能是指定加工过程各轴进给速度的功能，其功能指令也由F代码和其后面的数字组成，单位为mm/min。如F100表示指定进给速度为100mm/min,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,8.主轴功能数控铣床的主轴功能主要是指定加工过程主轴的转速(刀具切削速度)，主轴功能指令由5代码和其后面的数字组成，单位为r/min。如5600表示主轴转速为600r/min,上一页,下一页,返回,第一节数控铣床基本知识,四、数控铣床的主要技术参数若要正确使用一台数控铣床并充分发挥其功能，必须对数控铣床的主要技术参数有一定的了解，才不至于在编程和加工中出现一些不必要的错误。每一台数控铣床在出厂时，厂家都为用户提供一份使用手册，一般都有本铣床主要技术参数的介绍。,上一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,一、数控铣床的主传动系统为了保证加工时选用合理的切削速度，获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量，主传动必须具有很宽的变速范围。目前，数控铣床的主传动变速方式主要有无级变速和分段无级变速两种。1.无级变速无级变速是指主轴的转速直接由主轴电机的变速来实现，其配置方式通常有两种，如图3-2所示。,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,2.分段无级变速在大中型数控铣床和部分要求强切削力的小型数控铣床中，单纯的无级变速方式已不能满足转矩的要求，于是就在无级变速的基础上，再增加齿轮变速机构，使之成为分段无级变速，如图3-3所示。,上一页,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,二、数控铣床的进给传动系统1.齿轮传动副进给系统采用齿轮传动装置，主要是使高转速、低转矩的伺服电机的输出变为低转速、大转矩，以适应驭动执行元件的需要。有时也只是为了考虑机械结构位置的布局。少数小型数控铣床进给机构采取电机主轴与滚珠丝杆通过联轴器直接连接的方式，就没有了齿轮传动这一中间环节。数控铣床进给机构中实现齿轮减速的方式有圆柱齿轮副、锥齿轮副、蜗杆蜗轮副、同步齿形带等，其中最常用的就是圆柱齿轮副。同步齿形带传动是一种新型传动方式，它既有啮合传动的传动效率高的特点，又有带传动的工作平稳、噪声小的优点。因此，在大中型的数控铣床中，同步齿形带传动的应用逐渐增多。,上一页,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,2.滚珠丝杆螺母副滚珠丝杆螺母副是在丝杆螺母副的基础上发展起来的，是一种将回转运动转变为直线运动的新型理想传动装置。由于滚珠丝杆螺母副具有传动效率高、摩擦力小、使用寿命长等优点，因此数控铣床进给机构中普遍采用这种结构。滚珠丝杆螺母副在应用中同样要进行间隙调整，下面主要介绍其支承形式和制动方式。(1)滚珠丝杆的支承在滚珠丝杆螺母副本身刚度一定的情况下，提高其支承刚度可以提高整个进给传动系统的传动刚度，以满足数控铣床的加工需要。根据支承情况和使用轴承的不同，常用的支承方式可分为如图3-4所示的4种。,上一页,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,(2)制动装置由于滚珠丝杆螺母副传动效率高，无自锁作用，故必须配备制动装置;特别是滚珠丝杆用于主轴箱和工作台的上下传动时，制动装置就显得更为重要。图3-5为某数控卧式铣床主轴箱进给丝杆的制动装置示意图。当主轴箱需移动时，电磁铁线圈1通电吸住压簧2，打开摩擦离合器3，在伺服电机的作用下，丝杆转动，带动主轴箱移动。当伺服电机停止转动时，电磁铁线圈同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杆不能转动，主轴箱就不会因自重而下沉。3.导轨导轨主要是对运动部件起支承和导向作用。对于数控铣床来讲，由于加工精度越高，对导轨要求就越严格。目前数控铣床采用的导轨主要有塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种类型，其中又以塑料导轨居多。,上一页,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,三、数控铣床主轴部件主轴部件是数控铣床的关键部件，它包括主轴、主轴的支承、主轴端部结构等。主轴部件质量的好坏直接影响加工质量。不管哪类数控铣床，其主轴部件都应满足部件的结构刚度和抗振性、主轴的回转精度、热稳定性、耐磨性和精度保持能力等几个方面的要求。1.主轴的支承形式数控铣床主轴的支承形式即主轴轴承的配置形式，主要有三种，如图3-6所示。,上一页,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,2.主轴端部结构形状数控铣床主轴端部主要用于安装刀具。在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，且能传递足够的转矩。早期的数控铣床主轴端部结构较简单，刀具装上后靠人工锁紧，装卸比较麻烦;随着加工中心的出现，对主轴端部结构要求的提高，数控铣床主轴端部的结构也逐渐改变，并形成标准化，其基本结构如图3-7所示。在这种结构中，铣刀预先固定于标准锥柄刀夹中，装刀时，锥柄刀夹在前端7:24的锥孔内定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，由前端的端面键传递转矩。拉杆的拉紧和放松由按钮开关控制，刀具的装卸十分方便。,上一页,下一页,返回,第二节数控铣床的主要结构,四、工作台工作台是数控机床的重要部件，其形式尺寸往往体现厂数控机床的规格和性能。数控铣床一般采用上表面带有T形槽矩形工作台。T形槽主要用来协助装夹工件，不同工作台的T形槽的深度和宽度不一定一样。数控铣床工作台的四周往往带有凹槽，以便于冷却液的回流和金属屑的清除。,上一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,一、主要功能指令XK5032立式数控铣床所配的FANUC-OMC系统提供的功能指令比较多，这里主要介绍在加工中使用较多的一些基本功能指令。1.常用辅助功能指令辅助功能也称为M功能，主要用来指令辅助动作及状态。辅助功能指令由M代码及其后面的数字组成。(1)程序停止指令M00,MO1、M02,M30M00为程序停止指令。执行该指令后，主轴的转动、所有进给、切削液都将停止。重新启动机床后，继续执行后面的程序。,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,MO1为程序选择停止指令。只有在按下控制面板上的“选择停止”键后，该指令才有效。执行该指令后，程序停止(与M00相似);按动“启动”键，继续执行后面的程序。M02为程序结束指令，编于程序最后。执行该指令后，所有动作停止，机床处于复位状态。M30与M02相似，除具有M02功能外，还将返回程序的第一条指令，以便下一个工件的加工。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,(2)主轴转动指令M03,M04,MOSM03为主轴顺时针方向旋转指令(正转)。M04为主轴逆时针方向旋转指令(反转)。MOS为主轴停止转动指令。(3)冷却液状态指令M08,M09M08指令打开冷却液。M09指令关闭冷却液。(4)子程序调用指令M98,M99,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,2.绝对尺寸指令和增量尺寸指令数控编程中，坐标移动量的给出有下述两种方式。(1)绝对尺寸方式在该方式下，程序段中的尺寸字为绝对坐标值，即相对于工件零点的坐标值。绝对尺寸指令为G90(2)曾量尺寸方式在该方式下，程序段中的尺寸字为增量坐标值，即相对前一工作点的增量值。增量尺寸指令为G91假设设定一个工件坐标系，如图3-8所示，现要使口刀具从A点快速移动到B点，则用两种指令编程分别如下:.绝对尺寸方式:G90G00X30Y30.增量尺寸方式:G91G00X20Y10,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,3.基本进给指令(1)快速进给指令G00该指令一般格式为:G00XYZ执行该指令时，刀具将以最快的进给速度移到给定的XYZ点。此最快进给速度不需指定，属于系统默认值，可预先通过系统参数调整。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,(2)直线进给指令GO1该指令一般格式为:GO1X_Y_Z_F_其中h一为进给速度，单位是mm/min。执行该段程序时，刀具以F所给定的进给速度从刀具当前点(直线起点)向日标点(直线终点)(X,Y,Z)直线进给。当采用G90时，X、Y、Z为直线终点相对工件零点的坐标值。当采用G91时，X、Y、Z为直线终点相对直线起点的坐标值。(3)圆弧进给指令G02,G03圆弧进给一般格式为:,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,G02指令为按顺时针方向圆弧进给，G03指令为按逆时针方向圆弧进给。当采用G90时，X、Y、Z是圆弧终点相对工件零点的坐标值。当采用G91时，X、Y、Z为圆弧终点相对圆弧起点的坐标值。I、J、K为圆弧的圆心坐标值，不论在G90还是在G91中，它们都是圆心点相对圆弧起点的增量值。其中I与X对应，J与Y对应，K与Z对应。R为圆弧半径。当圆弧所夹圆心角超过180。时，R值为负，其他情况为正。当圆弧为整圆时，不能用R，只能用I,J,K,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,(4)进给暂停指令G04G04指令可使进给暂停，刀具在某点停留一段时间后再执行下一段程序。其格式为:G04X或G04P,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,X、P均为指定进给暂停时间。两者区别为:X后血的数值叫带小数点，单位为*;P后面的数值不能带小数点，单位为ms。例如，要使刀具暂停3.Ss，可用G04X3.5或G04P3500。4.补偿指令(1)刀具半径补偿指令G40,G41,G42数控铣床在加工零件时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹必须与零件轮廓轨迹偏离一个刀具半径R，才能得到所需的轮廓。刀具半径补偿方向有两个，沿刀具进给方向看，刀具中心在零件轮廓的左侧称为左刀补，右侧称为右刀补。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,G41为左刀补指令，G42为右刀补指令。它们的一般格式如下:G41(G42)GO1XYD其中D为刀具号，存有预先由MDI方式愉入的刀具半径补偿值G40为取消刀补指令，一般格式为:G40GO1XY刀补指令使用时应注意:G40必须与G41或G42成对使用;从无刀补状态进人刀补状态的转换过程必须用C00或G01直线移动指令，不能用G02和G03;刀补撤销时也要用C00或G01。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,(2)刀具长度补偿指令G43,G44,G49刀具长度补偿是刀具轴向(Z方向)的补偿，它使刀具在Z方向上的实际坐标值比程序给定值增加或减少一个偏移量。坐标值增加为正补偿，坐标值减少为负补偿。G43为正补偿指令，G44为负补偿指令。它们的一般格式为:,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,G43(G44)GO1ZH其中H为刀具号，存有预先由MDI方式输入的刀具长度补偿值。G49为取消刀具长度补偿指令，一般格式为:G49GO1Z5.固定循环指令固定循环功能是用一个特定的G指令代替某个典型加工中几个固定、连续的动作，使加工程序简化。固定循环主要用于孔加工，通常包括以下六个基本动作(如图3-10所示)。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,.动作一X,Y轴快速定位(初始点);.动作二快速移到R点;.动作三以切削进给的方式进行孔加工;动作四执行孔底动作(包括暂停、刀具移位等);.动作五返回到R点;.动作六快速返回到初始点。固定循环的一般格式为:G98(G99)G_X_Y_Z_R_Q_P_L_G98和G99用来指定刀具返回点位置，G98指令返回初始点，,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,G99返回R点;G为孔加工固定循环方式，本系统的孔加工固定循环方式主要有深孔钻削循环(G73)、攻螺纹循环(G74)、定点钻孔循环(G81)、精镜孔(G85)和镜孔(G86)X、Y为初始点坐标值;Z为孔底的坐标值，当采用增量方式时为相对R点的增量值;R_为R点的Z坐标值，当采用增量方式时为相对初始点的增量值;Q_为每次切削深度;P为孔底停留时间;F为切削进给速度;L为循环次数，当写作LO时，只存入加工数据，不作加工，当不写L时，循环次数默认为t当想结束固定循环时，可用G80指令。使用G80指令后，从G80的下一程序段开始执行一般的G进给指令。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,二、数控铣床的坐标系1.机床坐标系机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的零点(称为机械零点)，它由厂家在生产机床时确定。XK5032立式数控铣床机床坐标系的设定符合IS()规定，即以机床主轴轴线方向为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴正方向;X轴规定为水平平行于工件装夹表面，人在工作台前，面对主轴，右方向为X轴的正方向;Y轴垂直于X,Z坐标轴，其正方向根据笛卜几坐标系右手定则确定。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,2.工件坐标系工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件零点。工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。3.工件坐标系的设定工件坐标系的设定是进行编程计算的第一步，应当根据不同的加工要求和编程的方便性,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,进行恰当的选择。(1)用G92指令设定工件坐标系G92指令通常出现在程序的第一段。设定起始工件坐标系，也可出现在程序段中，以重新设定工件坐标系。其编程格式为:G92X_Y_ZX_,Y_,Z_为当前JJ位点在新建工件坐标系中的初始位置。数控系统执行该指令时，机床并不产生运动，只是把坐标设定值送入内存。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,例如，在加工开始前，将刀具置于一个合适的位置，执行程序的第一段:G92XOYOZO则CRT显示器上的坐标值就会相应变为X0.000,Y0.000,Z0.000，所建立的工件坐标系如图3-11(a)所示。若程序的第一段为:G92X10YSZS则CRT显示器上的坐标值就会相应变为X10.000,Y5.000,Z5.000，所建立的工件坐标系如图3-11(b)所示。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,(2)用G54一G59指令设定工件坐标系XK5032立式数控铣床除了可用G92指令设定工件坐标系外，还可通过CRT/MDI在参数设置方式下设定6个不同的工件坐标系。这6个坐标系分别被记忆成G54,G55,G56,G57,G58,G59，在加工工件时通过G54一G59指令选择相应的坐标系。,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,如图3-12所示，在参数设置方式下设定了G54,G56两个工件坐标系:G54X一100Y一200ZOG56X一50Y一50Z0,上一页,下一页,返回,第三节数控铣床主要功能指令及坐标系,这时，如果执行厂程序:G90G54G00X20Y30ZO，刀具就会向预先设定的G54坐标系中的A点(20,30,0)处移动。同样，如果执行了G90G56G00X20Y30ZO，刀具就会向预先设定的G56坐标系中的B点(20,30,0)处移动。G92指令与G54一G59指令在使用中区别如下:G92指令是通过程序来设定工件加工程序的，其设定的坐标原点与当前刀具所在的位置有关;G54一G59指令是通过CRT/MDI在参数设置方式下设定工件坐标系的，其设定的坐标原点与刀具当前位置无关。G92指令程序段只是设定加工坐标系，不产生任何移动;G54一G59指令可以和G00等指令组合在相应的工件坐标系中进行位移。,上一页,返回,第四节编程实例,一、平面凸轮的数控铣削平面凸轮如图3-13所示。1.编程准备(1)工件定位与夹紧已知该平面凸轮上卜表面及各孔均已加工，只要加工其由几段圆弧构成的轮廓，故以一个端面和小30H7内孔作为主要定位面，在一个拟3连接孔内增加削边销，在另一端面上用螺母垫圈压紧。(2)刀具选择从图上可知，构成此零件外轮廓的内凹圆弧段的最小半径为21mm，故要选用直径小于42mm的刀具，其他则无特殊要求。这里，考虑工件的整体尺J不是很大，可选用拟6的立铣刀进行加工。刀具半径补偿量R8加工前由MDI方式存入D02刀具号。,下一页,返回,第四节编程实例,(3)确定工件原点和加工路线因为孔是设计和定位的基准，所以工件零点选在孔中心轴线与上端面的交点上，这比较容易确定刀具中心与工件的相对位置。例如把千分表固定在主轴上，使表的测头触到夹具的定位销外圆或工件内孔壁上，旋转主轴，即可将主轴与工件找正至同心。对刀点选在工件零点正上方40mm处，加工开始点位于第二象限，采用逆时针方向加工该零件，加工路线为:对刀点一加工开始点一下刀点一切人外延点一A-B-C-D-E-F-G-H-I-A-切出外延点一退刀点一抬刀点。(4)计算各基点坐标,上一页,下一页,返回,第四节编程实例,上一页,下一页,返回,第四节编程实例,上一页,下一页,返回,第四节编程实例,二、盖板零件的数控铣削盖板零件如图3-14所示。1.编程准备(1)工件定位与夹紧已知该盖板零件的毛坯尺寸为180mmx90mmx10mm，板上各孔已经在其他机床上加工完，要求加工该零件的外形轮廓。故铣削时可以取一个底面和两个小10H8的孔进行定位然后通过小60孔把零件压紧。(2)刀具选择该零件外形主要由一些直线和圆弧连接而成，转角之处无特殊要求，故刀具的选择范围较大。考虑该零件毛坯各边余量为5mm，这里选用小10mm的立铣刀进行加工。刀具半径补偿量R=5mm加工前由MDI方式存入DO1刀具号。,上一页,下一页,返回,第四节编程实例,(3)确定工件原点和加工路线如图3-15所示，考虑编程和加工方便，选取A点为工件原点。又因为拟010H8孔为定位孔，故对刀点选在左边拟O10H8孔中心线上，相对于工件原点的坐标为(20,20,30)。刀具从A点切人，沿工件轮廓顺时针加工，加工路线为:对刀一开始点1一下刀点2-3-B-C-D-E-F-G-H-Z一下刀点2一开始点1。其中开始1(-30，-30,30)，下刀点(-30，-30，一14)I点是为了保证A直角处的加工完整性而设定的，可设3点坐标为(0，一10，一14),I点坐标为(一10,0，一14),上一页,下一页,返回,第四节编程实例,(4)计算各基点坐标从已知尺寸关系可较为容易地计算出该零件各基点相对工件零点的坐标如下:A(170，(0，0)B(0，40)、C(30，80)、D(70，80)、E(102，64)、F(150，40)、(170，0),上一页,下一页,返回,第四节编程实例,上一页,返回,图3-1数控铁床主铀布局形式简图,返回,表3-1FANUC一BESK一3MASHK系统的G功能,下一页,返回,表3-1FANUC一BESK一3MASHK系统的G功能,返回,上一页,表3-2辅助功能,返回,图3-2数控铁床主传动无级变速配置方式,返回,图3-3数控铁床主传动分段无级变速配置方式,返回,图3-4数控铁床滚珠丝杆支承形式,返回,图3-5数控卧式铁床主铀箱讲给丝杆制动装置示意图,返回,图3-6数控铁床主铀支承形式,返回,图3-7数控铁床主铀端部结构,返回,图3-8绝对方式和增量方式的使用,返回,图3-10固定循环,返回,图3-11工件坐标系,返回,图3-12工作坐标系的使用,返回,图3-13凸轮零件图,返回,图3-14盖板零件图,返回,图3-15工件原点及加工路线,返回,