数控铣床程序编程PPT文件格式下载.ppt
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近来数控系统有所改进,有些数控机床可以在加工的同时进行其他零件的程序输入。
数控铣床按照标准配置提供的程序存储空间一般都比较小,尤其是中、低档的数控铣床,大概在几十K至几百K之间。
当加工程序超过存储空间时,就应当采用DNC加工,即外部计算机直接控制数控铣床进行加工,这在加工曲面时经常遇到,一般也叫它在线加工。
否则,只有将程序分成几部分分别执行,这种方法既操作繁琐,又影响生产效率。
随着三维造型软件的升级,利用软件造型和后置处理,在线加工应用已经非常普遍了。
(9)自诊断功能。
自诊断是数控系统在运转中的自我诊断。
当数控系统一旦发生故障,系统即出现报警,并有相应报警信息出现。
借助系统的自诊断功能,往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。
它是数控系统的一项重要功能,对数控机床的维修具有重要作用。
5.1.2数控铣床坐标系和参考点1数控铣床坐标系1)坐标系的确定原则我国机械工业部1982年颁布了JB305282标准,其中规定数控铣床坐标系的命名原则如下:
(1)刀具相对于静止工件而运动的原则。
这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下,就可依据零件图样,确定机床的加工过程。
也就是说,在编程时,总是把工件看作静止的,刀具的关键点沿着工件轮廓运动进行加工。
(2)标准坐标(机床坐标)系的规定。
在数控机床上,机床的动作是由数控装置来控制的,为了确定机床上的成形运动和辅助运动,必须先确定机床上运动的方向和运动的距离,这就需要一个坐标系才能实现,这个坐标系就称为机床坐标系。
标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系。
这个坐标系的X、Y、Z坐标轴与机床的主要导轨相平行,它与安装在机床上并且按机床的主要直线导轨找正的工件相关。
主运动是Z轴,X轴是水平的,根据右手螺旋法则,确定Y轴,并且可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。
(3)运动的方向。
数控机床的某一部件运动的正方向,是增大工件和刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向,即刀具远离工件的方向。
2)坐标轴的规定Z轴定义为机床主轴或平行于主轴的坐标轴,如果机床有一系列主轴,则选尽可能垂直于工件装夹面的主轴为Z轴,其正方向定义为从工作台到刀具夹持的方向,即刀具远离工作台的运动方向。
X轴为水平的、平行于工件装夹平面的坐标轴,它平行于主要的切削方向,且以此方向为正方向。
Y轴的正方向则根据X轴和Z轴的方向按右手螺旋法则确定。
相应地,旋转坐标轴A、B和C的正方向可在X、Y、Z坐标轴的正方向上按右手螺旋前进的方向来确定。
图5-1(a)、(b)所示分别为典型立式数控铣床和卧式数控铣床的坐标系。
图5-1数控铣床坐标系(a)立式数控铣床;
(b)卧式数控铣床,3)机床坐标系的原点在确定了机床各坐标轴及方向后,还应进一步确定坐标系原点的位置。
机床坐标系的原点即机床原点,是指在机床上设置的一个固定点。
它在机床装配、调试时就已确定下来了,是数控机床进行加工运动的基准点,由机床制造厂家确定。
2数控铣床参考点在数控铣床上,机床参考点一般取在X、Y、Z三个直角坐标轴正方向的极限位置上。
在数控机床回参考点(也叫做回零)操作后,CRT显示的是机床参考点相对机床坐标原点的相对位置的数值。
对于编程人员和操作人员来说,它比机床原点更重要。
对于某些数控机床来说,坐标原点就是参考点。
机床参考点也称为机床零点。
机床启动后,首先要将机床返回参考点(回零),即执行手动返回参考点操作,使各轴都移至机床参考点。
这样在执行加工程序时,才能有正确的工件坐标系。
数控铣床的坐标原点和参考点往往不重合,由于系统能够记忆和控制参考点的准确位置,因此对操作者来说,参考点显得比坐标原点更重要。
5.1.3工件坐标系数控机床总是按照自己的坐标系作相应的运动,要想使工件的关键点摆放在数控机床的某一特定位置上是难以实现的,根据机床的坐标系编制相应的加工程序也是十分麻烦的。
因此,为了编程方便和装夹工件方便,必须建立工件坐标系。
1)工件坐标工件坐标系的各坐标轴名称和方向必须与所使用的数控机床坐标系相应的名称和方向相同。
2)工件坐标系的原点工件坐标系的原点是指根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点,即编程坐标系的原点。
编程原点由编程人员自己确定,应该尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上,或者是工件的对称中心上,并考虑到编程的方便性。
3)机床坐标系和工件坐标系之间的联系机床有自己的坐标系,是按标准和规定建立起来的,各数控机床制造厂商必须严格执行。
工件也有自己的坐标系,是由编程人员根据加工实际情况和所用机床来确定的。
两者各对应坐标轴的名称和方向是相同的,差别在于工件的坐标原点和机床的坐标原点不同。
当工件安装在机床上以后,二者的原点是绝对不可能重合的,工件的原点相对于机床的原点,在X、Y、Z方向有位移量,通过对刀操作可以测定。
因此,编程人员在编制程序时,只要根据零件图样就可以选定编程原点,建立编程坐标系,计算坐标数值,而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。
对加工人员来说,则应在装夹工件、调试程序时,确定加工原点的位置,并在数控系统中给予设定(即给出原点设定值),这样数控机床才能按照准确的加工位置进行加工。
数控操作人员确定工件原点相对机床原点的操作过程,称为对刀。
有两点需要特别说明:
其一,寄存器中填写的数值是基准刀的关键点与工件原点重合时CRT显示的相应坐标值;
其二,加工同一个工件时所用到的所有刀具都需要对刀(也可以机外对刀)。
程序在执行时,系统首先把对刀设定值从寄存器中读出,然后附加在程序的相应值上,并按机床的坐标系作相应的运动,这样刀具就能沿着理想的路径加工出工件的轮廓。
5.1.4数控铣削基本功能指令1准备功能G指令数控铣床加工中最常用的指令就是G指令,如表5-1所示。
表5-1FANUC15系统的编程指令G功能代码,2辅助功能M指令在数控机床加工过程中,利用程序控制机床动作时,主要利用辅助功能M指令,如表5-2所示。
表5-2FANUC15系统的编程指令M功能代码,3其他功能系统指令F功能控制进给,它后面的数字表示进给量的大小。
系统指令S功能控制主轴,它后面的数字表示主轴转速的大小。
系统指令T功能是刀具功能,它后面的数字表示刀具号。
5.2数控铣床G指令,5.2.1坐标系设定指令1设定指令G92格式:
G92X_Y_Z_;
例如:
G92X200.0Y200.0Z200.0;
2工作坐标系的原点设置选择指令G54G59如图5-2所示,铣凸台时用G54设置原点,铣槽用G55设置原点,编程时比较方便。
工件可设置G54G59共六个工作坐标系原点。
工作原点数据值可通过对刀操作后,预先输入机床的偏置寄存器中,编程时不体现。
图5-2同一零件的两个坐标原点设定,3绝对值坐标指令G90和增量值坐标指令G91对于这两个指令,需要说明以下两点:
(1)编程时注意G90、G91模式间的转换。
(2)使用G90、G91时无混合编程。
4平面选择指令G17、G18和G19平面选择指令G17、G18和G19分别用来指定程序段中刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿平面。
其中,G17指定XY平面;
G18指定ZX平面;
G19指定YZ平面。
数控铣床初始状态为G17。
5.2.2基本指令1快速点定位指令G00和直线插补指令G01格式:
G00X_Y_Z_;
G01X_Y_Z_F_;
其中,F指定进给速度,单位为mm/min。
图5-3G00、G01指令的使用,例5-1使用G00、G01指令,完成图5-3所示路径的编程。
程序如下:
O0001;
G90G54;
M03S500F200;
G00X0.0Y0.0;
Z5.0;
G01X20.0Y20.0F100;
Y50.0;
X40.0;
X50.0Y40.0;
Y20.0;
X20.0;
G00X0Y0;
Z100.0;
M05;
M30;
2圆弧插补指令G02、G03格式:
G17G02/G03X_Y_I_J_F_/R_;
G18G02/G03X_Z_I_K_F_/R_;
G19G02/G03X_Z_J_K_F_/R_;
其中,X_、Y_、Z_为圆弧终点坐标,相对编程时是圆弧终点相对于圆弧起点的坐标;
I_、J_、K_为圆心在X、Y、Z轴上相对于圆弧起点的坐标;
F_表示进给量;
R_为圆弧半径。
现代CNC系统中,采用I、J、K指令,则圆弧是惟一的;
用R指令时须规定圆弧角,当圆弧角180时,R值为负(当然各系统规定有所不同)。
一般圆弧角180的圆弧用R指令,其余用I、J、K指令。
图5-4G02、G03指令的使用,3自动返回参考点指令G28格式:
G91/G90G28X_Y_Z_;
(1)G91G28Z0;
(2)G91G28X0Y0Z0;
表示刀具从当前点返回参考点(3)G90G28X_Y_Z_;
表示刀具经过某一点后回参考点,避免碰撞,4暂停指令G04格式:
G04X_/P_;
G04X5.0;
暂停5s或G04P5000;
暂停5s,5.2.3固定循环加工指令,1孔加工循环的6个动作加工一个孔可以分解为6个动作。
数控系统提供有相应的指令,将6个动作用一个复合循环指令即可完成,简化了程序的编写步骤。
这6个动作的分解如图5-5所示。
图5-5孔加工的6个动作分解,
(1)AB为刀具快速定位到孔位坐标(X,Y)(即循环起点B),Z值进至起始高度。
(2)BR为刀具沿Z轴方向快进至安全平面(即R点平面)。
(3)RE为孔加工过程(如钻孔、镗孔、攻螺纹等),此时的进给为工作进给速度。
(4)E点为孔底动作(如进给暂停、刀具偏移、主轴准停、主轴反转等)。
(5)ER为刀具快速返回R点平面。
(6)RB为刀具快退至起始高度(B点高度)。
2固定循环指令根据孔的长径比,可以把孔分为一般孔和深孔。
根据孔的精度,可以把孔分为一般孔和高精度孔。
还可以把孔分为光孔和螺纹孔。
这些孔的加工各有自己的工艺特点。
数控铣床不仅可以完成铣削加工任务,还可以进行钻孔、镗孔和攻丝加工。
为此,数控铣床系统提供了多种适合于不同情况下的孔加工固定循环指令,见表5-1。
1)固定循环指令格式固定循环指令格式:
G90/G91G98/G99GX_Y_Z_R_Q_P_F_L_;
说明:
(1)G90、G91分别为绝对值指令与增量值指令。
(2)G98和G99两个模态指令控制孔加工循环结束后的刀具返回平面,如图5-6所示。
G98:
刀具返回平面为启始平面(B点平面),为缺省方式,如图5-6(a)所示。
G99:
刀具返回平面为安全平面(R点平面),如图5-6(b)所示。
图5-6刀具返回平面选择(a)返回初始平面;
(b)返回R点平面,(3)G为孔加工方式,对应于表5-3的固定循环指令。
(4)X、Y值为孔位坐标值,刀具以快进的方式到达(X,Y)点。
(5)Z值为孔深,如图5-7所示。
在G90方式下,Z值为孔底的绝对值,如图5-7(a)所示;
在G91方式下,Z值是从R点平面到孔底的距离,如图5-7(b)所示。
(6)R值用来确定安全平面(R点平面),如图5-7所示。
R点平面高于工件表面。
在G90方式下,R值为绝对值;
在G91方式下,R值为从初始平面(B点平面)到R点平面的增量。
(7)Q值在G73或G83方式下,规定分步切深;
在G76或G87方式中规定刀具的退让值。
Q值通常在孔较深时使用,以使排屑和切削液进入切削区。
图5-7孔深Z值的确定(a)G90方式;
(b)G91方式,(8)P值规定在孔底的暂停时间,单位为ms,用整数表示。
(9)F值为进给速度,单位为mm/min。
(10)L值为循环次数,执行一次可不写L1;
如果是L0,则系统存储加工数据,但不执行加工。
固定循环指令是模态指令,可用G80取消循环。
此外,G00、G01、G02、G03也起取消固定循环指令的作用。
2)固定循环指令
(1)G73:
高速深孔钻削循环指令,如图5-8所示。
G73指令是在钻孔时间断进给,有利于断屑和排屑,适于深孔加工。
其中q为分步切深,最后一次进给深度q,退刀距离为d(由系统内部设定)。
图5-8G73高速深孔钻削循环,
(2)G74:
左旋攻螺纹循环指令,如图5-9所示。
主轴在R点反向切削至E点,正转退刀。
图5-9G74左旋攻螺纹循环指令,(3)G76:
精镗孔循环指令,如图5-10所示。
执行G76指令精镗至孔底后,有三个孔底动作:
进给暂停(P)、主轴准停即定向停止(OSS)及刀具偏移q距离,然后刀具退出,这样可使刀尖不划伤精镗表面。
图5-10G76精镗孔循环,(4)G81:
钻孔循环指令。
用于一般孔钻削,如图5-11所示,图5-11一般孔钻削循环,(5)G82:
钻孔、镗孔循环指令。
如图5-12所示,G82与G81的区别在于,G82指令使刀具在孔底暂停,暂停时间用P来指定。
图5-12G82钻孔、镗孔循环,(6)G83:
深孔钻削循环指令。
如图5-13所示,其中q、d与G73相同;
G83与G73的区别在于,G83指令在每次进刀q距离后返回R点,这样对深孔钻削时排屑有利。
图5-13G83深孔钻削循环,(7)G84:
右旋攻螺纹循环指令。
G84指令与G74指令中的主轴旋向相反,其他与G74指令相同。
(8)G85:
镗孔循环指令。
如图5-14所示,主轴正转,刀具以进给速度镗孔至孔底后以进给速度退出(无孔底动作)。
(9)G86:
G86与G85的区别在于,执行G86指令刀具到达孔底位置后,主轴停止,并快速退回。
(10)G87:
背镗孔循环指令。
如图5-15所示,刀具运动到起始点B(X,Y)后,主轴准停,刀具沿刀尖的反方向偏移g值,然后快速运动到孔底位置,主轴正转,刀具沿偏移值q正向返回,并向上进给运动至R点,再一次进行主轴准停,刀具沿刀尖的反方向偏移q值并快退,接着沿刀尖正方向偏移到B点,主轴正转,本加工循环结束,继续执行下一段程序。
图5-14G85镗孔循环,图5-15G87背镗孔循环,3固定循环加工实例常用固定循环指令格式如下:
钻孔格式:
G73X_Y_Z_R_Q_F_L_;
G81X_Y_Z_R_F_L_;
G83X_Y_Z_R_Q_P_F_L_;
镗孔格式:
G76X_Y_Z_R_Q_P_F_L_;
攻螺纹格式:
G84X_Y_Z_R_P_F_L_;
图5-16G81钻孔应用,例5-3完成图5-16所示零件的4孔加工,为其编制程序。
程序如下(使用G81指令):
O0341;
G90G54G00X0Y0;
S500M03F100;
Z50.0;
G99G81X20.0Z20.0R2.0F50;
X0Y20.0;
X20.0Y0;
G98X0Y20.0;
G80X0Y0;
例5-4使用G73指令,完成图5-17所示孔的加工,并为其编程。
图5-17G73高速钻孔循环指令应用,程序如下:
O0002;
建立工件坐标系M03S600F100;
主轴正转G99G73X25.0Y25.0Z-30.0R3.0Q6.0F50;
加工A孔G91X40.0L3;
加工B、C、D孔Y35.0;
加工H孔X-40.0L3;
加工G、F、E孔G90G80X0Y0;
取消循环M05;
主轴停转G00Z50.0;
提刀M05;
结束程序并返回,5.3刀具补偿功能,图5-18刀具半径补偿原理,5.3.1刀具半径补偿1不同平面内的刀具半径补偿刀具半径补偿用G17、G18、G19指令在被选择的工作平面内进行补偿。
比如当G17指令执行后,刀具半径补偿仅影响X、Y轴的移动,而对Z轴不起补偿作用。
2刀具半径左补偿指令G41与刀具半径右补偿指令G42由于立铣刀可以在垂直刀具轴线的任意方向作进给运动,因此铣削方式可分为两种,即沿着刀具进给方向看,刀具在加工工件轮廓的左边叫左刀补,用G41指令;
刀具在加工工件轮廓的右边叫右刀补,用G42指令。
如图5-19所示,图(a)、(b)为外轮廓加工,图(c)、(d)为内轮廓加工。
无论是内轮廓加工还是外轮廓加工,顺铣用左刀补G41,逆铣用右刀补G42。
图5-19刀具半径补偿原理,利用球头铣刀进行行切时,需要判别左右刀补。
在其他平面内的判别方法与在XY平面内的判别方法是一样的。
G40为取消刀具半径补偿指令,它和G41、G42为同一组指令。
调用和取消刀具补偿指令是在刀具的移动过程中完成的。
例5-5在G17选择的平面(XY平面)内,使用刀具半径补偿完成轮廓加工编程,如图5-20所示(注:
刀具长度刀补未加)。
图5-20应用刀具半径补偿时的刀具轨迹,程序如下(刀具的半径值事先存储在系统的记存器中):
O0005N5T1M06调用1号刀(平底刀)N10G90G54G00X0Y0M03S800F50;
N15G00Z50.0;
起始高度(仅用一把刀具,可不加刀长补偿)N20Z10.0;
安全高度N25G41X20.0Y10.0D01;
刀具半径补偿,D01为刀具半径补偿号N30G01Z-10.0;
落刀,切深10mm,N35Y50.0;
N40X50.0;
N45Y20.0;
N50X10.0;
N55G00Z50.0;
抬刀到起始高度N60G40X0Y0M05;
取消补偿N65M30;
3刀具半径补偿过程描述在例5-5中,当G41被指定时,包含G41句子的下面两句被预读(N30、N35)。
N25指令执行完成后,机床的坐标位置由以下方法确定:
将含有G41句子的坐标点与下面两句中最近的、在选定平面内有坐标移动语句的坐标点相连,其连线垂直方向为偏置方向,G41左偏,G42右偏,偏置大小为指定的偏置号(D01)地址中的数值。
在这里N25坐标点与N35坐标点运动方向垂直于X轴,所以刀具中心的位置应在(X20.0,Y10.0)左面刀具半径处。
例5-6(刀具半径补偿使用不当出现过切削程序实例。
)如图5-21所示,起始点在(X0,Y0),高度为50mm处,使用刀具半径补偿时,由于接近工件及切削工件时要有Z轴的移动,这时容易出现过切削现象,切削时应避免过切削现象。
图5-21刀具半径补偿应用不当出现过切现象,程序如下:
O0004;
N5T1M06;
调用T1号刀(平底刀)N10G90G54G00X0Y0M03S500;
起始高度(仅用一把刀具,可不加刀长补偿)N20G41X20.0Y100D01;
刀具半径补偿,D01为刀具半径补偿号N25Z10.0;
N30G01Z-10.0F50;
连续两句Z轴移动(只能有一句与刀具半径补偿无关的语句,此时会出现过切削),N35Y50.0;
当补偿从N20开始建立的时候,系统只能预读两句,而N25、N30都为Z轴的移动,没有X、Y轴移动,系统无法判断下一步补偿的矢量方向,这时系统不会报警,补偿照常进行,只是N20的目的点发生变化。
刀具中心将会运动到P1点,其位置是N20的目的点,由目标点看原点,目标点与原点连线垂直方向左偏D01值,于是发生过切削。
4使用刀具半径补偿的注意事项
(1)使用刀具半径补偿时应避免过切削现象。
这又包括以下三种情况:
使用刀具半径补偿和取消刀具半径补偿时,刀具必须在所补偿的平面内移动,移动距离应大于刀具补偿值。
加工半径小于刀具半径的内圆弧时,进行半径补偿将产生过切削,如图5-22所示。
只有过渡圆角R刀具半径r精加工余量的情况下才能正常切削。
被铣削槽底宽小于刀具直径时将产生过切削,如图5-23所示。
图5-22刀具半径大于工件内凹圆弧半径,图5-23刀具半径大于工件槽底宽度,
(2)G41、G42、G40须在G00或G01模式下使用,现在有一些系统也可以在G02、G03模式下使用。
(3)D00D99为刀具补偿号,D00意味着取消刀具补偿。
刀具补偿值在加工或试运行之前须设定在刀具半径补偿存储器中。
5刀具半径补偿的作用刀具半径补偿除了方便编程外,还可以通过改变刀具半径补偿大小的方法,利用同一程序实现粗、精加工。
其中:
粗加工刀具半径补偿刀具半径精加工余量;
精加工刀具半径补偿刀具半径修正量。
利用刀具半径补偿并用同一把刀具进行粗、精加工时,刀具半径补偿原理如图5-24所示。
图5-24利用刀具半径补偿进行粗、精加工,例如,如图5-24所示,刀具为20立铣刀,现零件粗加工后给精加工留单边余量为1.0mm,则粗加工刀具半径补偿D01的值为,R补R刀1.010.01.011.0mm,粗加工后实测尺寸为L0.08,则精加工刀具半径补偿D11的值应为,R补11.010.945mm,则加工后工件实际值为L0.03。
例5-7如图5-25所示,用14的平键槽铣刀,切深为5mm,完成工件外轮廓的铣
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