数控原理与系统课件

第二章数控系统程序输入与通信第一节 程序编制的基础知识第二节 数控机床的坐标系统第三节 信息输入第四节 数控加工程序的输入第五节 数控加工程序的预处理第六节 数控系统的通信接口与网络第二章数控系统程序输入与通信第一节程序编制1第一节程序编制的基础知识一、数控编程的概念一、数控编程的概念 编程的内容与步骤编程的内容与步骤 数控编程的过程可以用流程图2-1表示。各环节简要说明如下：确定加工方案工艺处理数学处理编写程序清单制备控制介质程序检验 图2-1 数控编程过程第一节程序编制的基础知识一、数控编程的概念2第一节程序编制的基础知识 1 确定加工方案 选择能够实现该方案的适当的机床、刀具、夹具和装夹方法。2.工艺处理 工艺处理包括选择对刀点，确定加工路线和切削用量。3.数学处理 数学处理的主要任务就是根据图纸数据求出编程所需的数据。4.编写程序清单 5.制备介质和程序检验第一节程序编制的基础知识1确定加3第一节程序编制的基础知识应用描述应用描述:a.明确加工目的明确加工目的,确定工艺参数确定工艺参数b.算基点与节点算基点与节点c.按规定的程序格式按规定的程序格式,逐条写程序逐条写程序d.程序输入程序输入:键盘、接口键盘、接口e.程序校验首件试切程序校验首件试切 :空刀运动空刀运动 用笔代刀用笔代刀 大批量生产（试切一件）大批量生产（试切一件）三维动态显示三维动态显示 好的编程人员好的编程人员,要熟悉要熟悉 a.机床结构、性能机床结构、性能 b.数控系统数控系统 c.加工工艺加工工艺充分发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力充分发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力第一节程序编制的基础知识应用描述:4第一节程序编制的基础知识 编程方法编程方法 1.手工编程 2.自动编程 二、数控编程的代码（二、数控编程的代码（介绍）为为了了满满足足设设计计、制制造造、维维修修和和普普及及的的需需要要，在在输输入入代代码码、坐坐标标系系统统、加加工工指指令令、辅辅助助功功能能及及程程序序格格式式方面，国际上已形成了两个通用的标准方面，国际上已形成了两个通用的标准ISOInternational Standard Organization EIAElectronic Industries Association 第一节程序编制的基础知识编程方法5第一节程序编制的基础知识 三、准备功能三、准备功能G G代码和辅助功能代码和辅助功能M M代码代码 1.1.准备功能G指令 （共有100种，分模态与非模态P16表2-2）常用的G指令有：(1)快速点定位指令G00 格式为：G00 X Y；三种可能的路径：第一节程序编制的基础知识三、准备6Y第一节程序编制的基础知识XXXYYAAABBBa）方案1b）方案2c）方案3图2-2 G00指令的运动轨迹Y第一节程序编制的基础知识XXXYYAAABBBa7第一节程序编制的基础知识 （2 2）直线插补指令直线插补指令G01G01 格式：格式：G01 X Y FG01 X Y F；（3 3）圆弧插补指令圆弧插补指令G02G02、G03G03 格式：格式：G02G02（G03G03）X Y I J FX Y I J F；a）逆圆指令G03 b）顺圆指令G02图2-3 圆弧插补指令第一节程序编制的基础知识（2）直线插8 2、辅助功能M M指令（开关功能控制-P17表2-4）（1）程序停止指令M00、M01和M02（2）主轴转动控制指令M03、M04和M05（3）换刀指令M06（4）冷却液控制指令M07、M08和M09（5）夹紧和松开指令M10和M11（6）改变运动方向指令M15和M16（7）主轴定向停止指令M19（8）纸带结束指令M30（9）互锁旁路指令M31第一节程序编制的基础知识2、辅助功能M指令（开关功能控制-P17表2-4）第9第一节程序编制的基础知识四、其他代码四、其他代码(S S、T T、F)F)1 主轴功能2 刀具功能3 进给功能4 主轴速度和进给速度的其它 表示方法第一节程序编制的基础知识四、其他代码(S、T10第一节程序编制的基础知识 五、五、程序结构与格式程序结构与格式 例例:N3 G00 X10 Z10 M03 S650;（1 1）程序段号程序段号:查找、跳转、注意，程序段标号与查找、跳转、注意，程序段标号与程序的执行顺序无关，不管有无括号，程序都是按排程序的执行顺序无关，不管有无括号，程序都是按排列的先后次序执行。列的先后次序执行。(2(2）程序段中的主体部分程序段中的主体部分：主体部分包含了各种控：主体部分包含了各种控制信息和数据制信息和数据 （3 3）结束符结束符:；、；、LFLF、*第一节程序编制的基础知识五、程序结11第二节数控机床的坐标系统 一一.数控机床的坐标轴与运动数控机床的坐标轴与运动 直角笛卡尔坐标轴直角笛卡尔坐标轴 注意右手螺旋定正负注意右手螺旋定正负 无论那一种数控机床都规定：无论那一种数控机床都规定：Z轴是轴是 平行于主轴中心线的坐标轴平行于主轴中心线的坐标轴。注意：刀具相对注意：刀具相对静止工件静止工件运动的原则。运动的原则。第二节数控机床的坐标系统12第二节数控机床的坐标系统第二节数控机床的坐标系统13第二节数控机床的坐标系统 图2-5 圆弧插补指令第二节数控机床的坐标系统图2-5圆弧插补14第二节数控机床的坐标系统 二二.数控机床的坐标系数控机床的坐标系 机床的机床的坐标原点坐标原点在机床上某一点，是固定不变的，机床出厂已在机床上某一点，是固定不变的，机床出厂已确定。机床的换刀点，托板的交换点，确定。机床的换刀点，托板的交换点，这些点在机床上都是固定这些点在机床上都是固定点。点。（1 1）机床坐标系机床坐标系:在数控机床中，为了实现零件的加工，往往需在数控机床中，为了实现零件的加工，往往需要控制几个方向的运动，这就需要建立坐标系，以便区别不同运动要控制几个方向的运动，这就需要建立坐标系，以便区别不同运动方向。方向。（2 2）工件坐标系工件坐标系：程序编制人员在编程时使用的坐标系。在这个：程序编制人员在编程时使用的坐标系。在这个坐标系内编程可以简化坐标计算，减少错误，缩短程序长度。坐标系内编程可以简化坐标计算，减少错误，缩短程序长度。第二节数控机床的坐标系统15第二节数控机床的坐标系统 三三.绝对坐标系与相对（增量）坐标系（绝对坐标系与相对（增量）坐标系（P20P20）在实际的加工中在实际的加工中,操作者在机床上装好工件之后要测量该工操作者在机床上装好工件之后要测量该工件坐标系的原点和基本机床坐标系原点的距离件坐标系的原点和基本机床坐标系原点的距离,并把测得的距离并把测得的距离在数控系统中预先设定在数控系统中预先设定,这个设定值叫工件零点偏置。这个设定值叫工件零点偏置。有些数控系统把选用机床坐标系的指令设定为有些数控系统把选用机床坐标系的指令设定为G54G59G54G59，它它是模态代码。需要指出的是是模态代码。需要指出的是,现代机床一般用预置寄存的方法设现代机床一般用预置寄存的方法设定机床坐标系、手工输入方法设置加工坐标系。定机床坐标系、手工输入方法设置加工坐标系。CRT/MDI(Cathode reytube/man data input)CRT/MDI(Cathode reytube/man data input)第二节数控机床的坐标系统三.绝对坐标16第二节数控机床的坐标系统 2 对刀点的确定 对刀点也称起刀点是数控加工中刀具相对工件运动的起点。a）对称零件的对刀点选择 b）钻孔加工时的对刀点选择图2-6 对刀点的选择第二节数控机床的坐标系统2对刀点17第三节信息输入 一.数控系统的信息 数字量:对各坐标轴的运动进行数字控制。如对进给各坐标轴运动的控制。开关量:实现辅助功能，如主轴的启停、换向，冷却、润滑 的启停等。二.数控系统的信息流程 输入 存储 译码 刀具补偿 进给速度处理 插补 I/O处理 位置控制第三节信息输入一.数控系统的信息18第四节数控加工程序的输入一、数控加工程序输入方式及特点：NC NC 输入方式输入方式：（早期纸带输入、内存小：（早期纸带输入、内存小）-输入一条就执行一条输入一条就执行一条 CNCCNC输入方式：（磁盘、输入方式：（磁盘、DNCDNC接口、接口、内存大内存大）-一次性读入分段一次性读入分段执行执行 特点：（P22）二、数控加工程序的输入：1.1.输入输入(MDIMDI、磁盘、磁盘、DNCDNC接口接口)2.2.零件加工程序的存放形式（零件加工程序的存放形式（P23P23）（两区：两区：零件加工程序零件加工程序存储区：连续存储，不留空隙；存储区：连续存储，不留空隙；目录区：含目录区：含程序名称、程序首址、程序终址程序名称、程序首址、程序终址）第四节数控加工程序的输入一、数控加工程序输入19零件程序的存储形式零件程序的存储形式系统内部代码系统内部代码(表表2-5)2-5)例：例：N05G90G01X106Y-60F46M05LF（与教材中X100Y-50比较）加工程序输入时完成代码识别,形成“数控加工程序存储器存放程序段的情况(表表2-62-6)”第五节数控加工程序的预处理一一.什么是译码什么是译码(P24)P24)译码阶段根据数控加工程序存储器内容,形成“译码结果缓冲器格式(表表2-72-7)”,即数控系统能够识别执行的代码形式机器指令。其中将其中将M M代码、G G代码按表2-8、表2-9规定分组（P26）第四节数控加工程序的输入第四节数控加工程序的输入20第五节数控加工程序的预处理表表2-5常用数控代码对应关系常用数控代码对应关系字符字符EIA码码ISO码码内码内码字符字符ELA码码ISO码码内码内码020H30H00HX37HD8H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H_40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11HEOR0BHA5H22H第五节数控加工程序的预处理21第五节数控加工程序的预处理表表2-6数控加工程序存储器地址地址内容内容地址地址内容内容地址地址内容内容2000H10H2008H01H2010H00H2001H00H2009H12H2011H18H2002H05H200AH01H2012H04H2003H11H200BH00H2013H06H2004H09H200CH06H2014H19H2005H00H200DH13H2015H00H2006H11H200EH21H2016H05H2007H00H200FH06H2017H20H第五节数控加工程序的预处理表2-6数控加工程序22第五节数控加工程序的预处理地址码地址码字节数字节数数据形式数据形式地址码地址码字节数字节数数据形式数据形式N1BCD码码MX1特征字特征字X2二进制二进制MY1特征字特征字Y2二进制二进制MZ1特征字特征字Z2二进制二进制GA1特征字特征字I2二进制二进制GB1特征字特征字J2二进制二进制GC1特征字特征字K2二进制二进制GD1特征字特征字F2二进制二进制GE1特征字特征字S2二进制二进制GF1特征字特征字T1BCD码码译码结果缓冲器格式第五节数控加工程序的预处理地址码字节数数据形23第五节数控加工程序的预处理单元名单元名地址地址内码内码单元名单元名地址地址内码内码N4000H05HF400EH00HX4001H6AHS400FH00H4002H00H4010H00HY4003HC4HT4011H00H4004HFFHMX4012H00HZ4005H00HMY4013H05H4006H00HMZ4014H00HI4007H00HGA4015H01H4008H00HGB4016H00HJ4009H00HGC4017H00H400AH00HGD4018H00HK400BH00HGE4019H00H400CH00HGF401AH90HF400DH2EH译码结果缓冲器第五节数控加工程序的预处理单元名地址内码单元24第五节数控加工程序的预处理二、刀具补偿二、刀具补偿 1 为什么要进行刀具补偿 如图2-7所示，在铣床上用半径为r的刀具加工外形轮廓为A的工件时，刀具中心沿着与轮廓A距离为r的轨迹B移动。我们要根据轮廓A的坐标参数和刀具半径r值计算出刀具中心轨迹B的坐标参数，然后再编制程序进行加工，因控制系统控制的是刀具中心的运动。在轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径，如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等。刀具中心（刀位点）的运动轨迹并不等于所加工零件的实际轨迹（直接按零件廓形编程所得轨迹），数控系统的刀具半径补偿就是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。第五节数控加工程序的预处理二、刀具补偿25第五节数控加工程序的预处理刀具图2-7 刀具半径补偿AB第五节数控加工程序的预处理刀具图2-7刀26第五节数控加工程序的预处理 2 刀具长度补偿及刀具半径补偿 具体应用 加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在一次加 工中使用多把长度不同的刀具，需要有刀具长度补偿功能。轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半 径补偿功能。车削加工：可以使用多种刀具，数控系统具备了刀具长度和刀具半径补偿功能，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，可大大简化编程。第五节数控加工程序的预处理2刀具长27第五节数控加工程序的预处理 具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。刀具补偿功能还可以满足加工工艺等其他一些要求，可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整每次进给量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循环。另外，因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时，若仍用原程序，势必造成加工误差，用刀具长度补偿可以解决这个问题。第五节数控加工程序的预处理28第五节数控加工程序的预处理三、三、进给速度处理（控制）进给速度处理（控制）为什么要控制进给速度为什么要控制进给速度 对于任何一个数控机床来说，都要求能够对进给速度进行控制，它不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。按照加工工艺的需要，进给速度的给定一般是将所需的进给速度用F代码编入程序。对于不同材料的零件，需根据切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速度。在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。第五节数控加工程序的预处理三、进给速度处29第五节数控加工程序的预处理 另外，在机床加工过程中，由于进给状态的变化，如起动、升速、降速和停止，为了防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律完成升速和降速的过程。进给速度控制方法和所采用的插补算法有关 1.开环控制系统-脉冲增量插补方式下进给速度控制脉冲增量插补方式下进给速度控制 以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理是根据程编的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。进给速度F与脉冲源频率f之间关系为：第五节数控加工程序的预处理另外，在机30第五节数控加工程序的预处理fFd60式中 d为脉冲当量(mm/脉冲)；f脉冲源频率(Hz)；F进给速度(mm/min)。脉冲源频率为：第五节数控加工程序的预处理fFd60式中31第五节数控加工程序的预处理2、闭环半控制系统-数据采样插补方式下进给速度控制数据采样插补方式下进给速度控制 数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中，速度计算的任务是确定一个插补周期的轮廓步长，即一个插补周期T内的位移量。式中 F程编给出的合成进给速度（mm/min）；T插补周期（ms）；L每个插补周期小直线段的长度（m）。以上给出的是稳定状态下的进给速度处理关系。当机床起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统应自动进行加减速处理。第五节数控加工程序的预处理2、闭环半控制系统32了解几个基本概念：（P34）习题2-7本章小结第六节数控系统的通信接口与网络了解几个基本概念：第六节数控系统的通信接口与网络33