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 Ⅲ讲稿

  1. 典型数控铣床概述

数控铣床有立式和卧式两种,它的特点是能够完成直线、斜线、曲线轮廓等到铣削加工;可以组成各种往复循环和框式循环;还可以加工复杂型面的工件,如凸轮、样板、模具、叶片、螺旋槽等。使用于机械制造行业的各类部门以及军工部门。

二、数控铣床的坐标系

 21坐标系及运动方向

为了便于编程时描述机床的运动,简化程序的编制及保证记录数据的互换性,数控机床的坐标和运动的方向均已标准化。

1、坐标系的确定原则

标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系,如图11-1所示。图中规定了XYZ三个直角坐标系的方向,这个坐标系的各个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。根据右手螺旋方法,可以很方便地确定出ABC三个旋转坐标的方向。



11-1右手笛卡尔直角坐标系



我国原机械工业部1982年颁布了JB3052-82标准,其中规定的命名原则如下:

  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,确定机床的加工过程。

  1. 标准坐标系原则。

标准坐标(机车坐标)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(机械坐标系)。

  1. 运动方向原则。

运动的方向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。

2Z坐标

Z坐标的运动,是由传递切削动力的主轴所规定的主轴轴向,对于铣床、镗床、钻床主轴指的等是带动刀具旋转的主轴。

3X坐标

X坐标一般是水平的、它平行于工件装夹平面。这是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标对于Z坐标是垂直的,对于单立柱机床(XK714),当从主要刀具主轴向立柱看时,+X的运动方向指向右方;

3Y坐标

根据XZ坐标的运动方向,按照右手之角笛卡尔坐标系来确定。

4.旋转ABC

旋转ABC相应地表示其轴线平行于XYZ的旋转方向。正向的ABC相应地表示XYZ坐标正方向上按照右手螺旋前进的方向。

5、数控机床的坐标简图

11-2数控三坐标车床                图11-3数控立式三坐标铣床



11-3是几种代表性的数控机床坐标简图。图中表示运动的坐标,箭头表示正方向。当考虑刀具移动时,用不加“’”的字母表示运动的正方向, 当考虑工件移动时,用加“,”的字母表示运动的正方向,加“,”与未加“,”所表示的运动方向正好相反。对于使用者,机床运动的坐标可在机床的使用说明书上找到。有些数控机床还用标牌将运动的坐标注在机床的显著位置。

在图11-3,Z轴运动由刀具完成,向上为正;X,Y轴运动由工件完成,故标示为X’,Y’,方向与刀具完成的X,Y向相反。

22、坐标系的原点

  1. 机床的原点和机械坐标系

机床的原点是指在机床上设置的一个固定的点,即机床坐标系的原点,它在机床装配、调试过程中就已确定下来,在数控铣床上,机床原点一般取在XY,Z三个直线坐标轴的极限位置上,如图11-4所示,图中所示即为立式数控铣床的机床原点,由机床坐标系确定的坐标系称为机械坐标系(也称为机器坐标系)



11-4   数控铣床机床原点

(a) 数控铣床坐标系;(b)铣床加工零件

2、编程原点与工件坐标系

编程原点是指根据加工零件图选定的编程零件程序的原点, 即编程坐标系的原点,由编程原点确定的坐标系称为编程坐标系,编程坐标原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上,并考虑到编程的方便性,工件坐标系中各轴的方向应与所使用的机床相应的坐标轴方向一致,图11-5为工件坐标系的情况。

11-5 工件坐标系的确定

2.3、绝对坐标系和增量坐标系

刀具(或机床)运动位置的坐标值是相对固定坐标原点(这里指编程原点)给出的,即称为绝对坐标,该坐标系称为绝对坐标系。 刀具(或机床)运动位置的坐标值是相对前一位置,而不是相对固定坐标原点给出的,称为增量坐标系。

三、数控铣床的编程基础和编程方法

31数控编程概述

数控机床是按照事先编好的数控程序自动地进行加工的高效自动化设备。理想的数控程序不仅应该保证能加工出符合图纸要求的合格工件,还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥,以使数控机床能安全,可靠,高效地工作。数控程序编制流程如图11-6所示。

11-6 数控程序编程流程



在程序编制以前,编程人员应了解所用数控机床的规格,性能,数控系统所具备的功能及编程指令格式等。编制程序时。需要先对零件图规定的技术特征、几何形状,尺寸及工艺要求进行分析,确定加工方法和加工路线,再进行数值计算,获得刀具中心运动轨迹的位置数据。然后,按数控机床规定采用的代码和程序格式,将工件尺寸,刀具运动中心轨迹,位移量,切削参数,(如主轴转速,切削进给量,切削深度等)以及辅助功能(如换刀,主轴正转与反转,切削液的开与关等)编制成数控加工程序。将零件加工程序输入数控系统,由数控系统控制数控机床自动进行加工。

32.数控编程的方法

数控加工程序编制的方法有两种:手工编程自动编程

手工编程是指主要由人工来完成数控编程各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时,都可以采用手工编程的方法。

对于几何形状不太复杂的零件,所需要的加工程序不太长,计算也比较简单,出错机会较少,这时用手工编程既经济又及时,因而手工编程仍被应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。

但对于一些复杂零件,特别是具有非圆曲线的表面,或者零件的几何元素并不复杂,但程序量很大的零件(如一个零件上有许多个孔或平面轮廓由许多段圆弧组成),由于计算相当繁琐且程序量大,手工编程就难以胜任,即使能够编出程序来,往往耗费很长时间,而且容易出现错误。

采用计算机自动编程时,程序编制人员使用自动编程软件画出加工图形,计算机自动地进行处理,计算出刀具中心运动轨迹,编出零件加工程序。由于计算机可自动绘出零件图形和走刀轨迹,因此程序编制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。

33数控加工程序的有关标准及代码

为了满足设计,制造,维修和普及的需要,在输入代码,坐标系统,加工指令,辅助功能及程序格式等方面,国际上已经形成了两种通用标准,即国际标准化组织(ISO)标准和美国电子工业学会(ELA)标准。我国原机械工业部根据ISO标准指定了JB3050-82《数字控制机床用七单位编码字符》,JB3051-82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》,JB3208-83《数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备G和辅助功能M代码》。但是由于各个数控机床生产厂家所用的标准尚未完全统一,其所用的代码,指令及其含义不完全相同,因此在编程时必须按所用数控机床编程手册中规定进行。XK714数控铣床的代码如下:

G代码:

G00 定位(快速进给)

G01 直线插补;

GO2 圆弧插补CW

GO3 圆弧插补CCW

GO4 暂停

GO9 准确定位;

G17 XY 平面指定;

G18 ZX 平面指定

G19 YZ 平面指定

G20 英制输入

G21 公制输入

G27 返回参考点检测;

G28 返回参考点

G29 从参考点返回;

G30 返回第2参考点;

G40 刀具半径补偿取消;

G41 刀具半径左补偿取消

G42 刀具半径右补偿取消

G43 刀具长度补偿+

G44 刀具长度补偿-

G49 刀具长度补偿取消

G52  局部坐标系设定

G53  机床坐标系选择;

G54  工件坐标系1选择;

G55 工件坐标系1选择;

G56  工件坐标系1选择;

G57 工件坐标系1选择;

G58  工件坐标系1选择;

G59 工件坐标系1选择;

G60 单一方向定位;

G61 准确定位方式;

G64 切削方式;

G73 深孔钻循环;

G74 反攻丝循环;

G76 精镗;

G80 固定循环取消;

G81 钻孔循环;

G82 钻孔循环,镗阶梯孔;

G83 深孔钻循环;

G84 攻丝循环;

G85 镗孔循环;

G86 镗孔循环;

G87 反镗孔循环;

G88 镗孔循环;

G89 镗孔循环;

G90 绝对输入;

G91 增量输入;

G92 坐标系设定;

G94 每分进给;

G98 返回初始平面;

G99 返回R平面;

辅助M代码

M00  程序暂停

M01  选择暂停

M02  主程序结束

M03  主轴正转

M04  主轴反转

M05  主轴停转

M06  换刀循环

MO8  冷却液开

M09  冷却液关

其它辅助代码(F S T H D )

F: 进给速度F150(150MM/MIN)

S: 主轴转速(R/MIN)S200表示每分钟200

T:选刀功能,刀具交换要用M06来完成,M06T5

H:刀具长度补偿功能代码H  H18表示刀具长度补偿量用第18号的值  

D 刀具半径补偿号,D16表示刀具半径补偿量用第16号的值        



四、数控铣床的操作

41   X714数控铣床主参数介绍

本机床使用FANUC-0MD数控系统;9”单显,进给驱动采用FANUC αCXI系列;主参数如下:

X 行程:630MM

Y 行程400MM

Z 行程500MM

工作台宽:400MM

工作台长:800MM

主轴转速:40-3600RPM

电网电压:3相交流380V±10﹪

电网频率:50HZ±1HZ

电网容量:20KVA

最大电流:30A

4.2FANUC-OMD控制系统的CRT面板和机床操作面板简图

11-7 CRT面板图



11-8  机床操作面板图



4.3、各控制按键的含义如下:

PROGRAM PROTECT 为程序保护钥匙,当处于ON ,方可进行程序的编辑修改,输入输出;

AUTO 自动方式选择键,用于程序的自动运行;

EDIT 编辑方式选择键,在此方式下可编辑,修改输入输出零件加工程序;

MDI 手动数据输入方式选择键;

HOME 机床返回参考点方式选择键;

JOG 手动方式选择键

INC JOG 本机床未使用;

MPG 手摇脉冲发生器方式选择键;选择此方式可用手摇脉冲发生器操作机床坐标轴;

D   DNC功能键;(需相应软件支持)

TEACH:示教方式方式选择键;

OFFSET MENU 本机床未开通使用;

SINGL BLOCK 在自动方式选择下按下此键,其上指示灯亮,程序执行的是单段执行,再次按下该键, 其上指示灯灭,取消该功能;

BLOCK DELET 按下此键,其上指示灯亮,程序进给值按空运行执行, 再次按下该键, 其上指示灯灭,取消该功能,机床按实际编程的进给值;

PRG TEST (1)程序测试功能;按下此键, 其上指示灯亮,可进行程序测试; 再次按下该键, 其上指示灯灭,取消该功能

        (2)执行程序测试功能后,由于机床不移动而坐标

AXIS INHIBT:轴禁止功能键,其上指示灯亮,表示进给轴禁止运动,

        1. 主轴松开时,该键上指示灯亮;

        2. 按下此键, 其上指示灯亮,进给轴停止运动再次按下该键, 其上指示灯灭,取消该功能;

        3. 润滑油缺少时,该键上指示灯亮;

A JOG 方式下,刀具松开功能,JOG方式下,按下此键, 其上指示灯亮,主轴松刀开始,再次按下该键, 其上指示灯灭, 主轴刀具夹紧;

B 未使用;

C未使用

CYCLE START 循环启动键;

CYCLE STOP  循环停止键;

PRG STOP 未使用

LOW X1 MPG方式下, 手摇进给选X1

MEDL X10MPG方式下, 手摇进给选X10

MEDL X100MPG方式下, 手摇进给选X100

MEDH X1000未使用

HIGH未使用

EX,Y,Z任一轴超硬行程时,屏幕显示”准备不足”此时按下该键,转为JOG方式,等待伺服电机上电正常并无”准备不足”字样,向相反方向点动机床坐标,退出超程区域;

SPDL DEC 主轴转速以10%递减修调,最低为50%;

SPDL 100% 主轴转速以100%

SPDL INC  主轴转速以10%递增修调,最低为120%

SPDL CW JOG方式下,主轴正转启动键;

SPDL STOP JOG方式下,主轴转动停止键

SPDL CCW JOG方式下,主轴反转启动键

+X –X +Y –Y +Z –Z 分别按下以上各键,表示沿可各相应坐标轴运动;

TRVRS 快速移动功能键,JOG方式下按坐标轴方向键的同时按下该键, 其上指示灯亮,该轴可按坐标轴的方向快速移动,松开该键,其上指示灯灭,轴以手动速度进给;

CLNT ON JOG方式下冷却泵启动运行键,当该键按下时,其上指示灯亮,冷却泵启动;

CLNT OFFJOG方式下冷却泵停止键,当该键按下时,其上指示灯亮,冷却泵停止运行;

CLNT AUTO冷却泵自动运行键,AUTO方式下,按下该键, 冷却泵起停由程序M8M9控制;

OVERIDE 各进给轴的速度修调开关,旋转开关,可对进给速度进行修调;

EMERGENCY STOP急停按钮,当发生紧急危险情况时,按下此键,可切断强电源,机床所用动作停止;

4.4 XK714数控铣床开、关机步骤:

开机步骤:
1
)首先用钥匙将电柜上的钥匙开关旋向开的位置,关电柜门,然后才能合上总电源开关
QF1(机床背面),正常时,电柜风扇及主轴电机风扇将启动;

2)按下操作台上的CRT(控制面板以下同)的绿色启动按钮;

3)松开红色蘑菇状急停按纽,等到CRT显示未出现“准备不足字样,并出现正常的操作画面,就表明机床可以开始工作;

4)按以下键HOME +Z  +X  +y  使机床回机器零点;(每次开机后必须回零点,否则不能正常工作),注意,各轴回零时,必须退出零点大致50MM以上,方可回零,否则,应在JOG方式下,在—X、 —Y、—Z方向运动超过50MM

5)分别按TRVRS + -X  TRVRS + -Y  或   TRAVS +  -Z,可使XYZ分别离开机器零点;

6)当以上正常时,即可进行数控机床的操作;

4.5 任一方向超程处理:

1)JOG方式下,同时按下E.  +AXIS INHIBT

2)等到AXIS灯息或松开该按键后其上灯息,就可在—X、—Y、—Z方向运动(JOG方式下);(如要消除X方向正超程,同时按下E.  +—X ,依此可消除其他方向+超程;)

4.6 MDIMANUAL DATA INPUT手动输入数据)方式:

使用M01M00M30编程时,将使主轴旋转及冷却液停止工作;若需要重新启动主轴旋转及冷却泵,可在MDI方式下先启动主轴旋转及冷却泵,MDI 输入S2000 INPUT ;输入M03 INPUT ;按START 就可使主轴旋转,输入M08INPUT再按START 就可使冷却泵启动;

当然,也可用在加工程序中重新输入主轴指令和冷却泵运转指令;

47现在位置的显示



1POSPAGE

2)显示相对坐标:按XYZ;→CAN

3)在POS模式下,按软键综合 可找到机器坐标;

48 程序输入和编辑



EDIT →PRGRAM →键入O程序号→EOBINS

此时可以键入新程序:

N100 G00 X100 .Y100.;按EOB,在屏幕上出现“;”后,按“INPUT"可换行;(注意:各运动进给轴移动XYZ后面的小数点不能省略,包括定义工件坐标系G54的输入(EDIT+MENU OFFSET—坐标系—找到G54

如要输入G00,则光标必须停留在N处,否则会换行;

如要输入X100.,则光标必须停留在G00处,依此类推;

如要换行,则光标必须停在该行的最后面;
如要修改→
X100.→X200.,则光标在G处,键入X200.后按ALTER

如要删除X100.则光标在G处按DEL

整行的删除:光标移到该行,/EOB  —→ DELETE删除大段字

N1100

………

光标移到N1100行,键入DELETE则整大段被删除;

字的插入:把光标移到要插入位置,键入内容,—→INSRT



49 打开已有程序:



EDIT →PRGRAM →键入O程序号→CURSOR的↓,程序就调入CRT内存待命;



410 自动运行程序:

AUTO→RECYCLE (先把程序调出,方法是EDIT →PRGRAM →键入O程序号→CURSOR的↓,程序就调出)



411 DNC功能的实现:
1)
连好计算机(
COM2);OPEN (亚州国际AIC)传输软件;
2)RESET →AUTO →E + CYCLE START
此时
CRT标头SKP闪烁,就进入接收状态;

3)使进给率旋钮处于较底档;

4)按AIC软件的提示F2 ,提示“ENTER FILE NAME:”

键入文件名(如C\T.NC,回车;





五、程序实例

下图为使用立铣刀铣削工件外轮廓,尺寸如图所示,立铣刀直径为10MM,铣深2MM





%                           程序开始符(ISO代码是%,EIA代码是ER)

O8000                       程序名(O开头,四位数,由数控系统决定)

N100G21                     单位公制

N102G0G17G40G49G80G90       G17(XY坐标系)G40取消半径补偿,G49取消长度补偿,

                            G80取消固定循环,G90建立绝对坐标系;

N106G54X-40.Y-34.S500M3     设定工件坐标系G54主轴转速500/分正转;

N108G43H1Z50.               建立刀具长度补偿,补偿号为1,并运动到Z50位置;

N110Z10.                    运动到Z10位置;

N112G1Z0.F500               运动到Z0位置(F500MM/MIN速度,以下N138前同)

N114G42D1X0.Y0.             建立半径右补偿(补偿号为D1) 加工到工件原点X0.Y0

N116X58.                    水平直线运动到X58位置,开始加工外轮廓;

N118Y15.                    垂直直线运动到(58,15)位置;

N120X104.                   水平直线运动到(104,15)位置;

N122Y0.                     垂直直线运动到(104,0)位置;

N124X139.                   垂直直线运动到(139,0)位置;

N126Y34.                    垂直直线运动到(139,34)位置;

N128G3X117.Y56.R22.         逆时针圆周运动到(117,0)位置(R22),加工R22逆圆弧;

N130G1X22.                  直线运动到(22,0)位置;

N132G2X0.Y34.R22            顺针针圆周运动X0Y34位置(R22),加工R22顺圆弧;

N134G1Y0.                   垂直直线运动到X139Y0位置(F500MM/MIN速度)

N136G1G40X-40.Y-34.         取消刀具半径补偿直线运动到(-40,-34)位置;

N138G0Z50.                  斜向直线运动到Z50.位置(以快进速度)

N140M5                      主轴停转;

N142M30                     主程序结束;

%                           程序结束符.