数控加工编程基础

第 2章 数控加工编程基础 2.1 数控机床坐标系 2.2 数控编程的步骤与方法 2.3 数控编程格式 2.4 数控加工工艺基础 第 2章 数控加工编程基础 2.1 数控机床坐标系 2.1.1 机床坐标系 1坐标系 机床坐标系是机 床上固有的，用来确定 工件坐标系的基本坐标 系。国际标准和我国部 颁标准中，规定了数控 机床的坐标系采用笛卡 尔右手直角坐标系，如 图 2-1所示。 图 2-1 笛卡尔右手直角坐标系 第 2章 数控加工编程基础 2坐标轴及其运动方向 （ 1） ISO标准的有关规定 不论数控机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还 是刀具静止、工件运动，都假定工件不动，刀具相对于静 止的工件运动。 （ 2）坐标轴的判定方法 图 2-2 数控车床 图 2-3 数控立式升降台铣床 第 2章 数控加工编程基础 图 2-4 数控卧式升降台铣床 图 2-5 数控龙门铣床 图 2-6 数控牛头刨床 第 2章 数控加工编程基础 图 2-7 五坐标数控铣床 图 2-8 数控卧式镗床 第 2章 数控加工编程基础 2.1.2 工件坐标系 工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称为编程坐 标系。编程时首先根据被加工零件的几何形状和尺寸， 在零件图上设定工件坐标系，使零件图上的所有几何元 素，在坐标系中都有确定的位置，为编程提供轨迹坐标 和运动方向。 工件坐标系的坐标轴，要根据工件在机床上的安装 位置和加工方法来确定。一般工件坐标系的 z轴要与机床 坐标系的 z轴平行，且正方向一致，与工件的主要定位支 撑面垂直；工件坐标系的 x轴，选择在零件尺寸较大或切 削时的主要进给方向上，且与机床坐标系的 x轴平行，正 方向一致；工件坐标系的 y轴，可根据右手定则确定。 第 2章 数控加工编程基础 2.1.3 坐标原点与参考点 1机床坐标系原点 2机床参考点 3工件原点 4装夹原点 图 2-9 数控铣床的坐标原点 图 2-10 数拉机床的坐标原点 第 2章 数控加工编程基础 2.1.4 绝对坐标编程及增量坐标编程 数控加工程序中表示几何点的坐标位置有绝对值和 增量值两种方式。绝对值是以“工件原点”为依据来表 示坐标位置，如图 2-11（ a）所示。增量值是以相对于 “前一点”位置坐标尺寸的增量来表示坐标位置，如图 2-11（ b）所示。 图 2-11 绝对坐标与增量坐标 第 2章 数控加工编程基础 2.2 数控编程的步骤与方法 2.2.1 数控编程的步骤 1分析零件图样，制定工艺方案 2数值计算 3编写零件加工程序 4将程序输入数控机床 5程序校验和首件试切 图 2-12 数控编程的内容和步骤 第 2章 数控加工编程基础 2.2.2 数控编程的方法 数控程序的编制方法一般有手工编程和自动编程两种。 1手工编程 手工编程就是从分析零件图样、制定工艺方案、图形的 数学处理、编写零件加工程序单、制备控制介质到程序的校 验等，主要由人工完成的编程过程。对于加工形状简单、计 算量不大、程序段不多的零件，采用手工编程即可实现，而 且经济、及时。 2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定 工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采 用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工 作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中 心的运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要 时可及时修改，以获得正确的程序。 第 2章 数控加工编程基础 2.3 数控编程格式 1数控加工程序的组成 一个完整的数控加工程序都是由程序号、程序内容和 程序结束 3部分组成的。程序内容则由若干程序段组成，程 序段由若干字组成，每个字又由字母和数字组成。字组成程 序段，程序段组成程序。图 2-13所示为零件加工过程，加工 程序如下。 图 2-13 零件的铣削加工 第 2章 数控加工编程基础 2程序段的格式 程序段的格式可分为地址格式、分隔顺序格式、固定 程序段格式和可变程序段格式等。最常用的是可变程序段 格式。 3程序数字输入格式 数控程序中的每一个指令皆有一定的固定格式，使用 不同的数控装置其格式也不同，故必须依据该数控装置的 指令格式书写指令，若其格式有错误，则程序将不被执行 而出现报警提示。 4坐标字的表示方式 程序中控制刀具移动的指令中坐标字的表示方式有两 种。 （ 1）用小数点表示法 （ 2）不用小数点表示法 第 2章 数控加工编程基础 2.4 数控加工工艺基础 2.4.1 数控加工工艺内容及特点 1数控加工工艺的主要内容 一般数控加工工艺主要包括以下几方面的内容。 分析零件图样，选择、确定数控加工的内容。 结合零件加工表面的特点和数控设备的功能，对零件进 行工艺分析。 刀具、夹具的选择和调整。 确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。 根据编程的需要，对零件图形进行数学处理。 编写和调整数控加工程序。 首件试加工并修改数控机床上的部分工艺指令。 第 2章 数控加工编程基础 2数控加工工艺的特点 数控加工程序是数控机床的指令性文件，数控机床受控 于程序指令，加工的全部过程都是按程序指令自动进行的， 而数控加工程序的编制基础是工艺设计。因此，数控加工工 艺的内容要十分详细、具体，不仅要包括零件加工的工艺过 程，而且还要包括刀具选择、切削用量、走刀路线以及机床 的运动过程等。 工艺设计要严密、准确。数控机床虽然自动化程度较高， 但自适应性较差。它不能根据加工过程中出现的问题，灵活 适时地进行人为调节。即使现代数控机床在自适应性方面作 了不少努力与改进，自由程度也不大。 编程尺寸的数学处理是数控加工工艺的又一显著特点。 编程尺寸并不是零件图上基本尺寸的简单再现。编程前，要 根据零件尺寸公差要求和零件形状的几何关系，对零件图进 行数学处理和计算，合理确定编程尺寸。 第 2章 数控加工编程基础 2.4.2 数控机床的合理选用 从加工工艺的角度分析，选用的数控机床功能必须适 应被加工零件的形状、尺寸精度和生产节拍等要求。 1形状尺寸适应性 所选用的数控机床必须能适应被加工零件群组的形状 尺寸要求。 2加工精度适应性 所选择的数控机床必须满足被加工零件群组的精度要 求。 3生产节拍适应性 根据加工对象的批量和节拍要求来决定是用一台数控 机床来完成加工，还是选择几台数控机床来完成加工；是 选择柔性加工单元、柔性制造系统来完成加工，还是选择 柔性生产线、专用机床和专用生产线来完成加工。 第 2章 数控加工编程基础 2.4.3 数控加工工艺设计 1加工方法的选择 2工序的划分 （ 1）工序划分的原则 工序划分的原则有工序集中原则和工序分散原则两种。 （ 2）工序划分方法 在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分 工序，划分方法如下。 按零件装夹定位方式划分。 按所用刀具划分。 按粗、精加工划分。 按加工部位划分。 第 2章 数控加工编程基础 3加工顺序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序 和辅助工序，工序的顺序直接影响零件的加工质量、生产 效率和加工成本。 4零件的定位与夹具的选择 （ 1）定位与夹紧方案的选择 （ 2）选择夹具的基本原则 5确定走刀路线和工步顺序 6刀具与切削用量的选择 （ 1）刀具的选择 （ 2）切削用量的选择 （ 3）切削用量的选择原则 7对刀点与换刀点的确定 （ 1）对刀点 （ 2）刀位点 图 2-14 刀位点 第 2章 数控加工编程基础 2.4.4 数控加工程序中的数值计算 确定编程尺寸实际上是对零件图进行的数学处理，计算 零件图形各点在坐标系中的坐标值和运动轨迹。 1 基点和节点的坐标计算 图 2-15 零件轮廓的基点 图 2-16 零件轮廓的节点 第 2章 数控加工编程基础 2刀位点轨迹的计算 零件图上的数据是按零件轮廓尺寸给出的，加工时刀具 是按刀位点轨迹运动的，零件的轮廓形状是由刀具切削刃进 行切削形成的。 3辅助计算 辅助计算包括增量计算和辅助程序段的数值计算。 增量计算是指用增量坐标编程时，将绝对坐标数据转换 成增量坐标数据的计算。有时，在增量坐标或绝对坐标系统 中，某些数据要求以增量方式输入时，也要进行由绝对坐标 数据向增量坐标数据转换。 辅助程序段是指刀具从对刀点到切入点或从切出点回到 对刀点而特意安排的程序段。因此该辅助程序段刀位点轨迹 坐标也需要计算。 第 2章 数控加工编程基础 2.4.5 数控加工常用刀具 1数控刀具的种类 数控刀具按不同的分类方式可分为以下几类。 （ 1）按数控刀具的结构分 整体式刀具。 镶嵌式刀具。 减震式刀具。 内冷式刀具。 特殊式刀具。 （ 2）按数控刀具的材料分 高速钢刀具、 硬质合金刀具、陶瓷刀具、 立方氮化硼 刀具、聚晶金刚石刀具。 （ 3）按数控刀具切削工艺分 车削刀具、镗削刀具、钻削刀具、铣削刀具。 第 2章 数控加工编程基础 2数控刀具的特点 数控刀具的特点有：切削效率高、精度高、可靠性高、 耐用度高，尺寸能够预调，换刀速度快，具有完善的工具 系统，具有刀具管理系统。 3数控机床的工具系统 工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可 快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。 （ 1）数控镗铣加工用工具系统 （ 2）数控车削加工用工具系统 第 2章 数控加工编程基础 2.4.6 数控加工工艺文件的编制 1数控编程任务书 第 2章 数控加工编程基础 2 数控加工工件安装和原点设定卡片 第 2章 数控加工编程基础 3数控加工工序卡片 第 2章 数控加工编程基础 4 数控加工走刀路线图 第 2章 数控加工编程基础 5 数控刀具卡片