數(shù)控加工工藝7

課題3數(shù)控機床的坐標系及編程規(guī)則實訓

3.1實訓目的3.13.2相關知識3.23.3實訓內(nèi)容3.33.1實訓目的掌握數(shù)控機床坐標系的建立，了解手工編程的一般步驟及加工程序的結(jié)構(gòu)，熟悉常用F、S、T、M指令的應用及模態(tài)與非模態(tài)指令的區(qū)別。3.2相關知識數(shù)控機床坐標系的確定數(shù)控機床的兩種坐標系數(shù)控編程的種類及步驟FANUC0i系統(tǒng)的編程指令數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)案例

如圖3.1所示，數(shù)控銑床的進給運動由三部分組成，工作臺帶動工件作橫向和縱向進給運動，主軸箱帶動刀具作垂直進給運動。當一個零件在數(shù)控銑床上加工時，如何用代碼來描述刀具與零件的相對運動呢？

3.2.1數(shù)控機床坐標系的確定

1．規(guī)定原則

（1）右手笛卡爾坐標系

（2）刀具運動原則

數(shù)控機床的坐標系是機床運動部件進給運動的坐標系。進給運動既可以是刀具相對工件的運動（如數(shù)控車床），也可以是工件相對刀具的運動（如數(shù)控銑床），為了方便程序編制人員能在不知刀具移近工件，或工件移近刀具的情況下確定機床的加工操作。在標準中統(tǒng)一規(guī)定：永遠假定刀具相對于靜止的工件坐標系而運動。（3）運動正方向的規(guī)定

機床的某一部件運動的正方向，是增大工件和刀具距離（即增大工件尺寸）的方向。2．坐標軸確定的方法及步驟

（1）Z軸一般取產(chǎn)生切削力的主軸軸線為Z坐標，刀具遠離工件的方向為正向，如圖3.3、3.4所示。當機床有幾個主軸時，選一個與工件裝夾面垂直的主軸為Z坐標。當機床無主軸時，選與工件裝夾面垂直的方向為Z坐標，如圖3.5所示。(a)帶前置刀架的數(shù)控車床(b)帶后置刀架的數(shù)控車床圖3.3數(shù)控車床坐標系（a）立式數(shù)控銑床(b)臥式數(shù)控銑床圖3.4數(shù)控銑床坐標系圖3.5牛頭刨床坐標系（2））X軸軸X坐坐標標是是水水平平的的，，它它平平行行于于工工件件的的裝裝卡卡面面。。對對于于工工件件作作旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)切切削削運運動動的的機機床床（（如如車車床床、、磨磨床床等等）），，X坐坐標標的的方方向向是是在在工工件件的的徑徑向向上上，，且且平平行行于于橫橫滑滑座座。。對對于于安安裝裝在在橫橫滑滑座座的的刀刀架架上上的的刀刀具具，，離離開開工工件件旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中中心心的的方方向向，，是是X坐坐標標的的正正方方向向，，如如圖圖3.3所所示示。。對于于刀刀具具作作旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)切切削削運運動動的的機機床床（（如如銑銑床床、、鉆鉆床床、、鏜鏜床床等等）），，當當Z坐坐標標垂垂直直時時，，對對于于單單立立柱柱機機床床，，當當從從主主要要刀刀具具主主軸軸向向立立柱柱看看時時，，+X運運動動的的方方向向指指向向右右方方，，如如圖圖3.4（（a））所所示示。。當當Z坐坐標標水水平平時時，，從從主主要要刀刀具具主主軸軸向向工工件件看看時時，，+X運運動動方方向向指指向向右右方方，，如如圖圖3.4（（b））所所示示。。對于于無無主主軸軸的的機機床床（（如如牛牛頭頭刨刨床床）），，X坐坐標標平平行行于于主主要要的的切切削削方方向向，，且且以以該該方方向向為為正正方方向向，，如如圖圖3.5所所示示。。（3）Y軸軸根據(jù)已確定定的X、Z軸，按右右手笛卡爾爾坐標系確確定。（4）A、、B、C軸軸A、B、C相應地表表示其軸線線平行于X、Y、Z坐標的旋旋轉(zhuǎn)運動。。正向的A、B、C，相應地地表示在X、Y、Z坐標正方方向上按照照右旋螺紋紋前進的方方向，如圖圖3.6所所示。（a）五坐坐標臥式曲曲面和輪廓廓銑床(b)五坐坐標擺動式式銑頭曲面面和輪廓銑銑床圖3.6多多坐標標數(shù)控銑床床坐標系（5）附加加的坐標直線運動：：如在X、、Y和Z主主要直線運運動之外，，另有第二二組平行于于它們的坐坐標，可分分別指定為為U、V和和W。如如還有第三三組運動，，則分別指指定為P、、Q和R。。如果在X、Y和Z主要直線線運動之外外，存在不不平行或可可以不平行行于X、Y或Z的直直線運動，，亦可相宜宜地指定為為U、V、、W、P、、Q或R。對于鏜鏜銑床，徑徑向刀架滑滑板的運動動，可指定定為U或P（如果這這個字母合合適的話）），滑板離離開主軸中中心的方向向為正方向向，如圖3.7所示示。選擇最最接近主要要主軸的直直線運動指指定為第一一直線運動動，其次接接近的指定定為第二直直線運動，，最遠的指指定為第三三直線運動動。圖3.7臥臥式鏜銑銑床坐標系系（6）主軸軸旋轉(zhuǎn)運動動的方向主軸的順時時針旋轉(zhuǎn)運運動方向，，是按照右右旋螺紋進進入工件的的方向。3.2.2數(shù)控控機床的兩兩種坐標系系1．機床坐坐標系又稱機械坐坐標系，其其坐標和運運動方向視視機床的種種類和結(jié)構(gòu)構(gòu)而定。機床坐標系系的原點也也稱機床原原點或機械械原點，如如圖3.8、圖3.9（a））所示的O點，從機機床設計的的角度來看看，該點位位置可任選選，但從使使用某一具具體機床來來看，這點點卻是機床床上一個固固定的點。。與機床原點點不同但又又很容易混混淆的另一一個概念是是機床零點點，它是機機床坐標系系中一個固固定不變的的極限點，，即運動部部件回到正正向極限的的位置。在在加工前及及加工結(jié)束束后，可用用控制面板板上的“回回零”按鈕鈕使部件（（如刀架））退到該點點。例如：：對數(shù)控車車床而言，，機床零點點是指車刀刀退離主軸軸端面和中中心線最遠遠而且是某某一固定的的點，如圖圖3.8所所示的O/點，O/點在機床出出廠時，就就已經(jīng)調(diào)好好并記錄在在機床使用用說明書中中供用戶編編程使用，，一般情況況下，不允允許隨意變變動。圖3.8數(shù)數(shù)控車床的的機床坐標系系圖3.9立立式數(shù)控銑銑床坐標系和和機床原點、、工件原點２．編程坐標標系又稱工件坐標標系，是編程程時用來定義義工件形狀和和刀具相對工工件運動的坐坐標系。為保保證編程與機機床加工的一一致性，工件件坐標系也應應是右手笛卡卡爾坐標系。。工件裝夾到到機床上時，，應使工件坐坐標系與機床床坐標系的坐坐標軸方向保保持一致。編程坐標系的的原點，也稱稱編程原點或或工件原點，，其位置由編編程者確定，，如圖3.9（b）所示示的O2點，工件原點點的設置一般般應遵循下列列原則：（1）工件原原點與設計基基準或裝配基基準重合，以以利于編程；；（2）工件原原點盡量選在在尺寸精度高高、表面粗糙糙度值小的工工件表面上；；（3）工件原原點最好選在在工件的對稱稱中心上；（4）要便于于測量和檢驗驗。３.2.3數(shù)數(shù)控編程程的種類及步步驟（1）確定工工藝過程（2）計算刀刀具軌跡的坐坐標值（3）編寫加加工程序（4）將程序序輸入數(shù)控機機床（5）程序檢檢驗1．數(shù)控加工工程序編制的的步驟2．數(shù)控編程程的種類（1）手工編編程手工編程是指指在編程的過過程中，全部部或主要由人人工進行，如如圖3.8所所示。對于加加工形狀簡單單、計算量小小、程序不多多的零件，采采用手工編程程較簡單、經(jīng)經(jīng)濟、效率高高。（2）計算機機自動編程計算機自動編編程是指在編編程過程中，，除了分析零零件圖樣和制制定工藝方案案由人工進行行外，其余工工作均由計算算機輔助完成成。采用計算機自自動編程時，，數(shù)學處理、、編寫程序、、檢驗程序等等工作是由計計算機自動完完成的，由于于計算機可自自動繪制出刀刀具中心運動動軌跡，使編編程人員可及及時檢查程序序是否正確，，需要時可及及時修改，以以獲得正確的的程序。又由由于計算機自自動編程代替替程序編制人人員完成了繁繁瑣的數(shù)值計計算，可提高高編程效率幾幾十倍乃至上上百倍，因此此解決了手工工編程無法解解決的許多復復雜零件的編編程難題。自自動編程的特特點就在于編編程工作效率率高，可解決決復雜形狀零零件的編程難難題。３.2.４FANUC0i系系統(tǒng)的編程指指令1．準備功能能G指令2．輔助功能能M指令表3.2是中中華人民共和和國機械行業(yè)業(yè)標準JB/T3208-1999規(guī)定的輔助助功能M代碼碼的定義表。。表3.1是中中華人民共和和國機械行業(yè)業(yè)標準JB/T3208-1999規(guī)定的準備備功能G代碼碼的定義表。。常用的M指令令功能及其應應用如下：（1）程序停停止指令：M00功能：執(zhí)行完完包含M00的程序段后后，機床停止止自動運行，，此時所有存存在的模態(tài)信信息保持不變變，用循環(huán)啟啟動使自動運運行重新開始始。（2）程序計計劃停止指令：M01功能：與M00類似，執(zhí)執(zhí)行完包含M01的程序序段后，機床床停止自動運運行，只是當當機床操作面面板上的任選選停機的開關關置1時，這這個代碼才有有效。（３）主軸順順時針方向旋旋轉(zhuǎn)、主軸逆逆時針方向旋旋轉(zhuǎn)、主軸停停指令：M03、M04、、M05功能：開動主主軸時，M03指令可使使主軸按右旋旋螺紋進入工工件的方向旋旋轉(zhuǎn)，M04指令可使主主軸按右旋螺螺紋離開工件件的方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。M05指指令可使主軸軸在該程序段段其它指令執(zhí)執(zhí)行完成后停停轉(zhuǎn)。格式：M03SM04SM05說明：數(shù)控機機床的主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的判斷方方法是，沿+Z方向看，，順時針方向向旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，逆時針方方向旋轉(zhuǎn)為反反轉(zhuǎn)。（４）換刀指令：M06功能：自動換換刀。用于具具有自動換刀刀裝置的機床床，如加工中中心、數(shù)控車車床。格式：M06T說明：當數(shù)控控系統(tǒng)不同時時，換刀的編編程格式有所所不同，具體體編程時應參參考操作說明明書。（5）程序結(jié)結(jié)束指令：M02或M30功能：該指令令表示主程序序結(jié)束，同時時機床停止自自動運行，CNC裝置復復位。M30還可使控制制返回到程序序的開頭，故故程序結(jié)束使使用M30比比M02要方方便些。說明：該指令令必須編在最最后一個程序序段中。對于BEIJING-FANUC0i系統(tǒng)，一般情情況下，在一一個程序段中中僅能指定一一個M代碼。。但是，設定定參數(shù)No.3404#7（M3B）=1時，，在一個程序序段中一次最最多可以指定定三個M代碼碼。模態(tài)指令又稱稱續(xù)效指令，，一經(jīng)程序段段中指定，便便一直有效，，直到以后程程序段中出現(xiàn)現(xiàn)同組另一指指令或被其它它指令取消時時才失效。編編寫程序時，，與上段相同同的模態(tài)指令令可省略不寫寫。不同組模模態(tài)指令編在在同一程序段段內(nèi)，不影響響其續(xù)效。例例如:N0010G91G01X20Y20Z-5F150M03S1000；N0020X35；；N0030G90G00X0Y0Z100M02；上例中，第一一段出現(xiàn)三個個模態(tài)指令，，即G91、、G01、M03，因它它們不同組而而均續(xù)效，其其中G91功功能延續(xù)到第第三段出現(xiàn)G90時失效效；G01功功能在第二段段中繼續(xù)有效效，至第三段段出現(xiàn)G00時才失效；；M03功能能直到第三段段M02功能能生效時才失失效。3．G、M指指令說明（1）模態(tài)與與非模態(tài)指令令表3.2第（（2）欄有““*”的M指指令，其功能能與同段其它它指令的動作作同時開始，，如上例第一一段中，M03功能與G01功能同同時開始，即即在直線插補補運動開始的的同時，主軸軸開始正轉(zhuǎn)，，轉(zhuǎn)速為1000r/min。表3.2第（（3）欄有““*”的M指指令，其功能能在同段其它它指令動作完完成后才開始始。如上例第第三段中，M02功能在在G00功能能完成后才開開始，即在移移動部件完成成G00快速速點位動作后后，程序才結(jié)結(jié)束。（2）M功能能開始時間4．F、S、、T代碼F代碼表示刀刀具中心運動動時的進給速速度。由F和和其后的若干干數(shù)字組成。。數(shù)字的單位位取決于每個個系統(tǒng)所采用用的進給速度度的指定方法法。具體內(nèi)容容見所用機床床的編程說明明書。注意事項如下下：①當編寫程序序時，第一次次遇到直線（（G01）或或圓?。℅02/G03）插補指令令時，必須編編寫進給率F，如果沒有有編寫F功能能，CNC采采用F0。當當工作在快速速定位（G00）方式時時，機床將以以通過機床軸軸參數(shù)設定的的快速進給率率移動，與編編寫的F指令令無關。②F代碼為模模態(tài)指令，實實際進給率可可以通過CNC操作面板板上的進給倍倍率旋鈕，在在0～120%之間調(diào)整整。（1）進給功功能F代碼S代碼表示機機床主軸的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。由S和和其后的若干干數(shù)字組成，，其表示方法法有以下三種種：①轉(zhuǎn)速S表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，單位為為r/min。如S1000表示主主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。②線速在恒線速狀態(tài)態(tài)下，S表示示切削點的線線速度，單位位為m/min。如S60表示切削削點的線速度度恒定為60m/min。③代碼用代碼表示主主軸速度時，，S后面的數(shù)數(shù)字不直接表表示轉(zhuǎn)速或線線速的數(shù)值，，而只是主軸軸速度的代號號。如某機床床用S00～～S99表示示100種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，S40表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1200r/min，S41表示主軸軸轉(zhuǎn)速為1230r/min，S00表示主軸軸轉(zhuǎn)速為0r/min，，S99表示示最高轉(zhuǎn)速。。（2）主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速功能S代代碼①采用T代碼碼編程由T和數(shù)字組組成。有T×××和T×××××兩種格格式，數(shù)字的的位數(shù)由所用用數(shù)控系統(tǒng)決決定，T后面面的數(shù)字用來來指定刀具號號和刀具補償償號。例如：T04表示選擇4號刀；T0404表示示選擇4號刀刀，4號偏置置值；T0400表示選選擇第4號刀刀，刀具偏置置取消。②采用T、D代碼編程利用T功能選選擇刀具，利利用D功能選選擇相關的刀刀偏。在定義這兩個個參數(shù)時，其其編程的順序序為T、D。。T和D可以以編寫在一起起，也可以單單獨編寫，例例如：T4D04表示示選擇4號刀刀，采用刀具具偏置表第4號的偏置尺尺寸；T4D12表示示用4號刀，，采用刀具偏偏置表第12號的偏置尺尺寸；T2表表示選擇2號號刀，采用與與該刀具相關關的刀具偏置置尺寸。（3）刀具功功能T代碼3.2.5數(shù)數(shù)控加工工程序的結(jié)構(gòu)構(gòu)1．數(shù)控加工工程序的構(gòu)成成一個完整的數(shù)數(shù)控加工程序序由程序開始始部分、若干干個程序段、、程序結(jié)束部部分組成。一一個程序段由由程序段號和和若干個“字字”組成，一一個“字”由由地址符和數(shù)數(shù)字組成。下面是一個完完整的數(shù)控加加工程序，該該程序由程序序號開始，以以M02結(jié)束束。程序說明O1122程序開始N5G90G92X0Y0Z0；程序段1N10G42G01X-60.0Y10.0D01F200；程序段2N15G02X40.0R50.0；程序段3N20G00G40X0Y0；程序段4N25M02；程序結(jié)束（1）程序號號為了區(qū)分每個個程序，對程程序要進行編編號，程序號號由程序號地地址和程序的的編號組成，，程序號必須須放在程序的的開頭。如：：O1122程序的編號（（1122號號程序）程序號地址（（編號的指令令碼）不同的數(shù)控系系統(tǒng)，程序號號地址也有所所差別。如SMK8M系系統(tǒng)用％，而而FANUC系統(tǒng)用Ｏ作作為程序號的的地址碼。編編程時一定要要參考說明書書，否則程序序無法執(zhí)行。。（2）程序段段的格式和組組成程序段的格式式可分為地址址格式、分隔隔地址格式、、固定程序段段格式和可變變程序段格式式等。其中以以可變程序段段格式應用最最為廣泛，所所謂可變程序序段格式就是是程序段的長長短是可變的的。例如：Ｎ15Ｇ01Ｘ-60.0Y10.0Ｆ100；程序段結(jié)束進給速度指令令坐標移動距離離指令運動方式指令令（直線）程序段號其中Ｎ是程序序段地址符，，用于指定程程序段號；ＧＧ是指令動作作方式的準備備功能地址，，G01為直直線插補；ＸＸ、Y是坐標標軸地址；ＦＦ是進給速度度指令地址，，其后的數(shù)字字表示進給速速度的大小，，例如