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数控编程

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  数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一,通常包括分析零件图样,确定加工工艺过程;计算走刀轨迹,得出刀位数据;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。

  手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。利用一般的计算工具,通过各种三角函数计算方式,人工进行刀具轨迹的运算,并进行指令编制。

  主要用于点位加工(如钻、铰孔)或几何形状简单(如平面、方形槽)零件的加工,计算量小,程序段数有限,编程直观易于实现的情况等。

  对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件,刀具轨迹数据计算相当繁琐,工作量大,极易出错,且很难校对,有些甚至根本无法完成。

  对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序,经过处理后生成加工程序,称为自动编程。

  随着数控技术的发展,先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能,而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC6M数控系统的参数编程,应用灵活,形式自由,具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程,使加工程序简练易懂,实现普通编程难以实现的功能。

  数控编程同计算机编程一样也有自己的语言,但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的Windows为绝对优势占领全球市场.数控机床就不同了,它还没发展到那种相互通用的程度,也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容.所以,当我要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床采用的是什么型号的系统.

  Unigraphics 是美国Unigraphics Solution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件,是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件,用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。

  UG软件在CAM领域处于领先的地位,产生于美国麦道飞机公司,是飞机零件数控加工首选编程工具。

  良好的使用者界面,客户也可自行化设计界面多样的加工方式,便于设计组合高效率的刀具路径

  Catia是法国达索(Dassault)公司推出的产品,法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。

  CATIA 据有强大的曲面造型功能,在所有的CAD三维软件位居前列,广泛应用于国内的航空航天企业、研究所,以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。

  CATIA具有较强的编程能力,可满足复杂零件的数控加工要求。一些领域采取CATIA设计建模,UG编程加工,二者结合,搭配使用。

  美国 PTC (参数技术有限公司)开发的软件,是全世界最普及的三维 CAD/CAM (计算机辅助设计与制造)系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。

  Pro/E在中国南方地区企业中被大量使用,设计建模采用PRO-E ,编程加工采用MASTERCAM 和 CIMATRON 是通行的做法。

  CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品,是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面,优良的三维造型、工程绘图,全面的数控加工,各种通用、专用数据接口以及集成化产品数据管理。CimatronCAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎,国内模具制造行业也在广泛使用。

  美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件,它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境,其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。Mastercam具有较强的曲面粗加工及的曲面精加工的功能,曲面精加工有多种选择方式,可以满足复杂零件的曲面加工要求,同时具备多轴加工功能。由于价格低廉,性能优越,成为国内民用行业数控编程软件的首选。

  美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAM软件,全新的特征概念,超强的特征识别,基于工艺知识库的材料库,刀具库,图标导航的基于工艺卡片的编程模式。全模块的软件,从2~5轴铣削,到车铣复合加工,从曲面加工到线切割加工,为车间编程提供全面解决方案。DELCAM软件后编辑功能相对来说是比较好的。

  CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAM产品,为国产CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。作为中国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌,CAXA已经成为中国CAD/CAM/PLM业界的领导者和主要供应商。 CAXA制造工程师是一款面向二至五轴加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越,价格适中,在国内市场颇受欢迎。

  英国Pathtrace公司出品的具有智能化的专业数控编程软件,可应用于

  车、铣、线切割等数控机床的编程。针对当前复杂三维曲面加工特点,EdgeCAM设计出更加便捷可靠的加工方法 ,流行于欧美制造业。英国路径公司正在进行中国市场的开发和运作,为国内的制造业的客户提供更多的选择。

  美国CGTECH公司出品的一种先进的专用。VERICUT 采用了先进的三维显示及虚拟现实技术,对数控加工过程的模拟达到了极其逼真的程度。不仅能用彩色的三维图像显示出刀具切削毛坯形成零件的

  全过程,还能显示出刀柄、夹具,甚至机床的运行过程和虚拟的工厂环境也能被模拟出来,其效果就如同是在屏幕上观看数控机床加工零件时的录像。

  编程人员将各种编程软上生成的数控加工程序导入VERICUTVERICUT中,由该软件进行校验,可检测原软件编程中产生的计算错误,降低加工中由于程序错误导致的加工事故率。目前国内许多实力较强的企业,已开始引进该软件来充实现有的数控编程系统,取得了良好的效果。

  随着制造业技术的飞速发展,数控编程软件的开发和使用也进入了一个高速发展的新阶段,新产品层出不穷,功能模块越来越细化,工艺人员可是在微机上轻松地设计出科学合理并富有个性化的数控加工工艺,把数控加工编程变得更加容易、便捷。

  PowerMILL是英国Delcam Plc公司出品的功能强大,加工策略丰富的数控加工编程软件系统。采用全新的中文WINDOWS用户界面,提供完善的加工策略。帮助用户产生最隹的加工方案,从而提高加工效率,减少手工修整,快速产生粗、精加工路径,并且任何方案的修改和重新计算几乎在瞬间完成,缩短85%的刀具路径计算时间,对2-5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除。具有集成一的加工实体仿真,方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果,节省加工时间。

  对零件图样要求的形状、尺寸、精度、材料及毛坯进行分析,明确加工内容与要求;确定加工方案、走刀路线、切削参数以及选择刀具及夹具等。

  根据零件的几何尺寸、加工路线、计算出零件轮廓上的几何要素的起点、终点及圆弧的圆心坐标等。

  在完成上述两个步骤后,按照数控系统规定使用的功能指令代码和程序段格式,编写加工程序单。

  程序的输入可以通过键盘直接输入数控系统,也可以通过计算机通信接口输入数控系统。

  利用数控系统提供的图形显示功能,检查刀具轨迹的正确性。对工件进行首件试切,分析误差产生的原因,及时修正,直到试切出合格零件。

  字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号,如数字、字母、标点符号、数学运算符等。国际上广泛采用两种标准代码:

  在数控加工程序中,字是指一系列按规定排列的字符,作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成,这个英文字母称为地址符。

  如:“X2500”是一个字,X为地址符,数字“2500”为地址中的内容。(FANUC系统中,地址中的值如果带小数点,表示是毫米单位,如果不带小数点,表示是微米单位。如X2500. 表示X坐标2500毫米 X2500 表示X坐标2500微米)

  组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义,以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的。

  顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首,由顺序号字N和后续数字组成。其作用为校对、条件跳转、固定循环等。使用时应间隔使用,如N10 N20 N30…… (程序号只是起标记作用,没有实际的意义)

  准备功能字的地址符是G,又称为G功能或G指令,是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。G00~G99

  其中,第一组 X,Y,Z,U,V,W,P,Q,R 用于确定终点的直线坐标尺寸;第二组 A,B,C,D,E 用于确定终点的角度坐标尺寸;第三组 I,J,K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中,还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。

  进给功能字的地址符是F,又称为F功能或F指令,用于指定切削的进给速度。对于车床,F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种,对于其它数控机床,一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。

  主轴转速功能字的地址符是S,又称为S功能或S指令,用于指定主轴转速。单位为r/min。

  刀具功能字的地址符是T,又称为T功能或T指令,用于指定加工时所用刀具的编号,如T01。对于数控车床,其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用,如T0101。

  辅助功能字的地址符是M,后续数字一般为1~3位正整数,又称为M功能或M指令,用于指定数控机床辅助装置的开关动作,如M00~M99。

  一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。程序段格式举例:

  N30G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08;

  N40 X90; (本程序段省略了续效字“G01,Y30.2,F500,S3000,T02,M08”,但它们的功能仍然有效)

  程序开始符、结束符是同一个字符,ISO代码中是%,EIA代码中是EP,书写时要单列段。

  程序名有两种形式:一种是英文字母O(%或P)和1~4位正整数组成;另一种是由英文字母开头,字母数字多字符混合组成的程序名(如TEST1 等)。一般要求单列一段。

  N10 G54 G00 X10.0 Y20.0 M03 S1000 //程序主体

  在机床上,我们始终认为工件静止,而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下,就可以依据零件图样,确定机床的加工过程

  标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。

  在数控机床上,机床的动作是由数控装置来控制的,为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动,必须先确定机床上运动的位移和运动的方向,这就需要通过坐标系来实现,这个坐标系被称之为机床坐标系。

  例如铣床上,有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。

  标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角 坐标系决定:

  1)伸出右手的大拇指、食指和中指,并互为90°。则大拇指代表X坐标,食指代表Y坐标,中指代表Z坐标。

  2)大拇指的指向为X坐标的正方向,食指的指向为Y坐标的正方向,中指的指向为Z坐标的正方向。

  3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示,根据右手螺旋定则,大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向,则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。

  增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向,下图为数控车床上两个运动的正方向。

  Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的,即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标,Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。⑵X坐标

  X坐标平行于工件的装夹平面,一般在水平面内。确定X轴的方向时,要考虑两种情况:

  2)如果刀具做旋转运动,则分为两种情况:Z坐标水平时,观察者沿刀 具主轴向工件看时,+X运动方向指向右方;Z坐标垂直时,观察者面对刀具主轴向立柱看时,+X运动方向指向右方。下图所示为数控车床的X坐标。

  在确定X、Z坐标的正方向后,可以用根据X和Z坐标的方向,按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

  机床原点是指在机床上设置的一个固定点,即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来,是数控机床进行加工运动的基准参考点。

  在数控车床上,机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时,通过设置参数的方法,也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。

  执行G50指令时,机床不动作,即X、Z轴均不移动,系统内部对X、Z的数值进行记忆,CRT显示器上的坐标值发生了变化,这就相当于在系统内部建立了以工件原点为坐标原点的工件坐标系。

  在数控编程时,刀具位置的坐标通常有两种表示方式:一种是绝对坐标,另一种是增量(相对)坐标,数控车床编程时,可采用绝对值编程、增量值编程或者二者混合编程。

  ⑴绝对值编程:所有坐标点的坐标值都是从工件坐标系的原点计算的,称为绝对坐标,用X、Z表示。

  ⑵增量值编程:坐标系中的坐标值是相对于刀具的前一位置(或起点)计算的,称为增量(相对)坐标。X轴坐标用U表示,Z轴坐标用W表示,正负由运动方向确定。

  数控车床编程时,由于所加工的回转体零件的截面为圆形,所以其径向尺寸就有直径和半径两种表示方法。采用哪种方法是由系统的参数决定的。数控车床出厂时一般设定为直径编程,所以程序中的X轴方向的尺寸为直径值。如果需要用半径编程,则需要改变系统中的相关参数,使系统处于半径编程状态。

  工程图纸中的尺寸标注有公制和英制两种形式,数控系统可根据所设定的状态,利用代码把所有的几何值转换为公制尺寸或英制尺寸,系统开机后,机床处在公制G21状态。

  二、主轴控制、进给控制及刀具选用(FANUC-0iT系统)1.主轴功能S

  ⑴恒线指令后,S指定的数值表示切削速度。例如G96 S150,表示车刀切削点速度为150m/min。

  系统执行G97指令后,S指定的数值表示主轴每分钟的转速。例如G97 S1200,表示主轴转速为1200r/min。FANUC系统开机后,默认G97状态。

  G50除有坐标系设定功能外,还有主轴最高转速设定功能。例如G50 S2000,表示把主轴最高转速设定为2000r/min。用恒线速度控制进行切削加工时,为了防止出现事故,必须限定主轴转速。

  数控系统在执行了G98指令后,便认定F所指的进给速度单位为mm/min(毫米/分钟),如G98 G01 Z-20.0 F200;程序段中的进给速度是200mm/min。

  数控系统在执行了G99指令后,便认定F所指的进给速度单位为mm/r(毫米/转),如G99 G01 Z-20.0 F0.2;程序段中进给速度是0.2mm/r。

  G00指令使刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置。它只是快速定位,而无运动轨迹要求,且无切削加工过程。

  二、直线指令是直线运动命令,规定刀具在两坐标间以插补联动方式按指定的进给速度F做任意的直线运动。

  圆弧插补指令有顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03两种。

  ⑴X_ Z_ 是圆弧插补的终点坐标的绝对值,U_ W_是圆弧插补的终点坐标的增量值。

  ⑶(圆心法)I、K是圆心相对于圆弧起点的坐标增量,在X(I)、Z(K)轴上的分向量。

  ⑷选用原则:以使用较方便者(不用计算,即可看出数值者)为取舍,当同一程序段中同时出现I、K和R时,以R为优先(即有效)I、K无效。

  ⑹若要插补一整圆时,只能用圆心法表示,半径法无法执行。若用半径法以两个半圆相接,其真圆度误差会太大。

  培养适应现代化经济建设需要,德、智、体全面发展,具有扎实的数控机床加工专业知识,有较强的动手能力,能在生产一线的智能、技能型操作岗位上,从事数控加工和数控设备操作与管理的人才。

  机械制图、公差配合与技术测量基础、金属材料与热处理、机械设计基础、工程力学、液压与气动技术、机床夹具、金属切削原理与刀具机械制造工艺学、电工电子基础及操作技能、钳工技能培训数控车床加工技术、数控铣床加工中心加工技术、电火花加工技术、AutoCAD、PRO/E三维造型与设计、UG三维设计与数控编程、MASTERCAM三维设计与数控编程、数控机床结构与维护。

  从事生产管理、机械产品设计、数控编程与加工操作、数控设备安装、调试与操作、数控设备故障诊断与维修、改造及售后服务等工作。

  第一、可以选择的就是数控操作工,经过数控实习和数控操作培训的学生都可以胜任,但是这个工作岗位竞争的压力最大,任何一所工科的高职都有这个专业,还不要说中职以及技校的学生。目前我国机加工行业的数控操作岗位已基本达到饱和。有的学生跟我说他们的同学,也就初中毕业,干数控操作比他们早五六年,都是熟练工了,工资也可以,因此觉得很没有希望。我跟他们讲,要比的不是眼前,而是以后的发展。

  第二、数控编程员。很多的机加工企业都采用自动编程来生成数控加工程序,因此需要学习CAM软件。不同的单位使用不同的CAM软件,种类多种多样,但是大体上加工的方法都类似,所以必须学好一个。但是做数控编程员要求很高,责任也很大,因此要求有丰富的加工经验。这样的话,对于刚刚走出校门的学生,马上做这个岗位不现实。必须经过一段时间的锻炼,短则一两年,长的话得三五年。

  第三、数控维修人员或者叫售后服务人员。这个岗位的要求更高,是数控方面最缺乏的。不仅要求有丰富机械知识,还要有丰富的电气知识。如果选择了这个方向,可能会很辛苦(比如经常出差),要不断的学习,不断积累经验。这个岗位需要得到的锻炼更多,因此达到熟练的时间会比较长,但是回报也会比较丰厚。

  第四、数控销售人员。这个岗位的报酬是最丰厚的,而要求掌握的专业知识并不那么多,但是要求有出众的口才以及良好的社交能力,不是一般人能干的。

  第五、相近专业的也可以选择:机械设计方面如绘图人员,做机械设计师、结构设计师;加工工艺管理或者现场技术人员、机械设计人员(机械工程师)数控机床操作工、机械设备维修工、机械设备销售员、程序编制员、机械工艺员、检查员、生产管理员。

  在国内制造业对数控加工高速增长的需求形势下,数控编程技术人才出现了严重短缺,数控编程技术已成为就业市场上的需求热点。

  ⑴教材的内容应适合于实际编程应用的要求,以广泛采用的基于CAD/CAM软件的交互式图形编程技术为主要内容。在讲授软件操作、编程方法等实用技术的同时也应包含一定的基础知识,使读者知其然更知其所以然。

  ⑵教材的结构。数控编程技术的学习是一个分阶段不断提高的过程,因此教材的内容应按不同的学习阶段进行合理的分配。同时,从应用角度对内容进行系统的归纳和分类,便于读者从整体上理解和记忆。

  第1阶段:基础知识的学习,包括数控加工原理、数控程序、数控加工工艺等方面的基础知识。

  第2阶段:数控编程技术的学习,在初步了解手工编程的基础上,重点学习基于CAD/CAM软件的交互式图形编程技术。

  第3阶段:数控编程与加工练习,包括一定数量的实际产品的数控编程练习和实际加工练习。

  同其他知识和技能的学习一样,掌握正确的学习方法对提高数控编程技术的学习效率和质量起着十分重要的作用。下面是几点建议:

  ⑴集中精力打歼灭战,在一个较短的时间内集中完成一个学习目标,并及时加以应用,避免进行马拉松式的学习。

  ⑵对软件功能进行合理的分类,这样不仅可提高记忆效率,而且有助于从整体上把握软件功能的应用。

  ⑶从一开始就注重培养规范的操作习惯,培养严谨、细致的工作作风,这一点往往比单纯学习技术更为重要。

  ⑷将平时所遇到的问题、失误和学习要点记录下来,这种积累的过程就是水平不断提高的过程。

  交互式图形编程技术的学习(也就是我们常说的CAM编程的要点)可分三个方面:

  ⒈是学习CAD/CAM软件应重点把握核心功能的学习,因为CAD/CAM软件的应用也符合所谓的“20/80原则”,即80%的应用仅需要使用其20%的功能。

  ⒉是培养标准化、规范化的工作习惯。对于常用的加工工艺过程应进行标准化的参数设置,并形成标准的参数模板,在各种产品的数控编程中尽可能直接使用这些标准的参数模板,以减少操作复杂度,提高可靠性。

  需要特别指出的是,实践经验是数控编程技术的重要组成部分,只能通过实际加工获得,这是任何一本数控加工培训教材都不可能替代的。虽然本书充分强调与实践相结合,但应该说在不同的加工环境下所产生的工艺因素变化是很难用书面形式来表述完整的。

  最后,如同学习其他技术一样,要做到“在战略上藐视敌人,在战术上重视敌人”,既要对完成学习目标树立坚定的信心,同时又脚踏实地地对待每一个学习环节。



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