编程就是把零件的外形尺寸、加工工艺过程、工艺参数、刀具参数等信息,按照CNC专用的编程代码编写加工程序的过程。数控加工就是CNC按加工程序的要求,控制机床完成零件加工的过程。
GSK980TDi使用X轴、Z轴组成的直角坐标系,X轴与主轴轴线垂直,Z轴与主轴轴线方向平行,接近工件的方向为负方向,离开工件的方向为正方向。
按刀座与机床主轴的相对位置划分,数控车床有前刀座坐标系和后刀座坐标系,图1-4为前刀座的坐标系,图1-5为后刀座的坐标系。从图中可以看出,前、后刀座坐标系的X轴方向正好相反,而Z轴方向是相同的。在以后的图示和例子中,如未特殊说明,则用前刀座坐标系来说明编程的应用。
机床坐标系、机床零点和机床参考点 机床坐标系是CNC进行坐标计算的基准坐标系,是机床固有的坐标系。机床零点是机床上的一个固定点,由安装在机床上的零点开关或回零开关决定。通常情况下回零开关安装在X轴和Z轴正方向的最大行程处。机床参考点是机床零点偏移数据参数№114的值后的位置。当数据参数№114的设置值均为0时,机床参考点与机床零点重合。机床参考点的坐标为数据参数№120设置的值。执行机床回零、G28代码回零操作就是回机床参考点位置。进行机床回零操作、回到机床参考点后,GSK980TDi建立了就以№120设置的值为参考点的机床坐标系。机床第2,3,4参考点请详见本篇3.13节。
注:如果车床上没有安装零点开关,请不要进行机床回零操作,否则可能导致运动超出行程限制、机械损坏。
工件坐标系、局部坐标系和程序零点 工件坐标系是按零件图纸设定的直角坐标系,又称浮动坐标系。当零件装夹到机床上后,根据工件的尺寸用G50设置刀具当前位置的绝对坐标,在CNC中建立工件坐标系。通常工件坐标系的Z轴与主轴轴线重合,X轴位于零件的首端或尾端。
工件坐标系一旦建立便一直有效,直到被新的工件坐标系所取代。本系统可以预先设定6个工件坐标系G54~G59。工件坐标系的说明具体见3.18。 在工件坐标系上编程时,为了方便起见,可以在工件坐标系中再创建一个子工件坐标系。这样的子坐标系称为局部坐标系。
图中,XOZ为机床坐标系,X1O1Z1为X坐标轴在工件首端的工件坐标系,X2O2Z2为X坐标轴在工件尾端的工件坐标系,O为机床零点,A为刀尖,A在上述三坐标系中的坐标如下: A点在机床坐标系中的坐标为(X,Z); A点在X1O1Z1坐标系中的坐标为(X1,Z1); A点在X2O2Z2坐标系中的坐标为(X2,Z2);
插补功能:插补是指2个或多个轴同时运动,运动合成的轨迹符合确定的数学关系,构成二维(平面)或三维(空间)的轮廓,这种运动控制方式也称为轮廓控制。插补时控制的运动轴称为联动轴,联动轴的移动量、移动方向和移动速度在整个运动过程中同时受控,以形成需要的合成运动轨迹。只控制1轴或多轴的运动终点,不控制运动过程的运动轨迹,这种运动控制方式称为定位控制。
螺纹插补:主轴旋转的角度决定X轴或Z轴或两轴的移动量,使刀具在随主轴旋转的回转体工件表面图1-6 第一章 编程基础 11 第一篇 编程说明篇 形成螺旋形切削轨迹,实现螺纹车削。螺纹插补方式时,进给轴跟随主轴的旋转运动,主轴旋转一周螺纹切削的长轴移动一个螺距,短轴与长轴进行直线; (B→C;螺纹插补)
直径编程和半径编程 按编程时X轴坐标值以直径值还是半径值输入可分为:直径编程、半径编程。 直径编程:状态参数№.001的Bit2位为0时,程序中X轴的编程值按直径值输入,此时,X轴的坐标以直径值显示。 半径编程:状态参数№.001的Bit2位为1时,程序中X轴的编程值按半径值输入,此时,X轴的坐标以半径值显示。
除了上表中所列举的地址之外的的地址、数据,如圆弧的半径、G90的锥度等X轴的编程值均按半径值输入,与直径编程或半径编程的设置无关。
代码字是用于命令CNC完成控制功能的基本代码单元,代码字由一个英文字母(称代码地址)和其后的数值(称为代码值,为有符号数或无符号数)构成。代码地址规定了其后代码值的意义,在不同的代码字组合情况下,同一个代码地址可能有不同的意义。表1-2为GSK980TDi所有代码字的一览表。
一个程序段中可输入若干个代码字,也允许无代码字而只有“;”号(EOB键)结束符。 在同一程序段中,除N、G、S、T、H、L等地址外,的地址只能出现一次,否则将产生报警(代码字在同一个程序段中被重复指令)。N、S、T、H、L代码字在同一程序段中重复输入时,相同地址的最后一个代码字有效。同组的G代码在同一程序段中重复输入时,最后一个G代码有效。
必须在自动操作方式下才能运行当前打开的程序,GSK980TDi不能同时打开2个或更多程序,因此,GSK980TDi在任一时刻只能运行一个程序。打开一个程序时,光标位于第一个程序段的行首,在编辑操作方式下可以移动光标。在自动操作方式的运行停止状态,用循环启动信号(机床面板的 键或外接循环启动信号)从当前光标所在的程序段启动程序的运行,通常按照程序段编写的先后顺序逐个程序段执行,直到执行了M02或M30代码,程序运行停止。光标随着程序的运行而移动,始终位于当前程序段的行首。在以下情况下,程序运行的顺序或状态会发生改变:
一个程序段中可以有G、X、Z、F、R、M、S、T等多个代码字,大部分M、S、T代码字由NC解释后送给PLC处理,代码字直接由NC处理。M98、M99、M9000~M9999,以及以r/min、 m/min为单位给定主轴转速的S代码字也是直接由NC处理。
M02、M30已由NC定义为程序结束代码,同时也输出M代码到PLC,可由PLC程序用于输入输出控制(关主轴、关冷却等)。
代码功能:在自动方式下,执行M98 代码时,当前程序段的代码执行完成后,CNC去调用执行P指定的子程序,子程序最多可执行9999次。
代码功能: (子程序中)当前程序段的代码执行完成后,返回主程序中由P指定的程序段继续执行,当未输入P时,返回主程序中调用当前子程序的M98代码的后一程序段继续执行。如果M99用于主程序结束(即当前程序不是由程序调用执行),当前程序将反复执行。M99代码在MDI下运行等同于M99用于主程序结束。
代码功能:自动刀架换刀到目标刀具号刀位,并按代码的刀具偏置号执行刀具偏置。刀具偏置号可以和刀具号相同,也可以不同,即一把刀具可以对应多个偏置号。在执行了刀具偏置后,再执行T□□00,CNC将按当前的刀具偏置反向偏移,CNC由已执行刀具偏置状态改变为未补偿状态,这个过程称为取消刀具偏置。上电时,T代码显示的刀具号、刀具偏置号均为掉电前的状态。
G代码由代码地址G和其后的多位代码值组成,用来规定刀具相对工件的运动方式、进行坐标设定等多种操作,G代码一览表见表3-1。
G代码字分为00、01、02、03、06、07、09、12、14、15、16、21组。除01与00组代码不能共段外,同一个程序段中可以输入几个不同组的G代码字,如果在同一个程序段中输入了两个或两个以上的同组G代码字时,最后一个G代码字有效。没有共同参数(代码字)的不同组G代码可以在同一程序段中,功能同时有效并且与先后顺序无关。如果使用了表3-1以外的G代码或选配功能的G代码,系统出现报警。
代码功能:X轴、Z轴同时从起点以各自的快速移动速度移动到终点,如图3-1所示。 两轴是以各自独立的速度移动,短轴先到达终点,长轴独立移动剩下的距离,其合成轨迹不一定是直线组G代码的初值; X(U)、Z(W)可省略一个或全部,当省略一个时,表示该轴的起点和终点坐标值一致; 同时省略表示终点和始点是同一位置,X与U、Z与W在同一程序段时X、Z有效,U、W无效。X、U、Z、W取值范围为见1.4.1的表1-2,单位为mm/inch。
圆弧方向:G02/ G03圆弧的方向定义,在前刀座坐标系和后刀座坐标系是相反的,见图3-8:
5) 建议使用R编程。当使用I、K编程时,为了保证圆弧运动的始点和终点与指定值一致,系统按半径R=22I+K运动;
暂停代码G04 代码格式:G04 P_ Q_ ;或 G04 X_ Q_ ;或 G04 U_ Q_ ;或 G04; 代码功能:各轴运动停止,不改变当前的G代码模态和保持的数据、状态,延时给定的时间后,再执行下一个程序段。在G04暂停时间内,收到跳转信号(由Q值指定),能够中止暂停,执行下一个程序段
代码说明:G04为非模态G代码; G04延时时间由代码字P__、X__或U__指定; P值取范围为-99999999~99999999(单位:ms)。 X、U代码范围为-9999.999~9999.999(单位:s)。 Q跳转信号地址选择,取值范围1~4,对应的跳转地址由数据参数№.148~№.151设定。
如图3-54所示,当执行代码段“G50 X100 Z150;”后,建立了如图所示的工件坐标系,并将(X100 Z150)点设置为程序零点。 注:当状况参数003号的Bit4位为1(以坐标偏移方式执行刀具偏置)时,当执行T功能代码而又未执行移动代码时,用G50设定坐标系,系统显示的绝对坐标值为G50设定的坐标值加上或减去未执行的刀补值,并把此点作为程序零点。
GSK980TDi的多重循环代码包括:轴向粗车循环G71、径向粗车循环G72、封闭切削循环G73、精加工循环G70、轴向切槽多重循环G74、径向切槽多重循环G75及钻孔循环G83/G87。系统执行这些代码时,根据编程轨迹、进刀量、退刀量等数据自动计算切削次数和切削轨迹,进行多次进刀→切削→退刀→再进刀的加工循环,自动完成工件毛坯的粗、精加工,代码的起点和终点相同。
⑶:定义精车轨迹的若干连续的程序段,执行G71时,这些程序段仅用于计算粗车的轨迹,实际并未被执行。
精车轨迹:由代码的第⑶部分(ns~nf程序段)给出的工件精加工轨迹,精加工轨迹的起点(即ns程序段的起点)与G71的起点、终点相同,简称A点;类型Ⅰ精加工轨迹的第一段(ns程序段)只能是X轴的快速移动或切削进给,ns程序段的终点简称B点;精加工轨迹的终点(nf程序段的终点)简称C点。精车轨迹为A点→B点→C点。
② 从A’点X轴移动Δd(进刀),ns程序段是G0时按快速移动速度进刀,ns程序段是G1时按G71的切削进给速度F进刀,进刀方向与A点→B点的方向一致;
⑵:给定定义精车轨迹的程序段区间、精车余量的程序段;⑶:定义精车轨迹的若干连续的程序段,执行G72时,这些程序段仅用于计算粗车的轨迹,实际并未被执行。 系统根据精车轨迹、精车余量、进刀量、退刀量等数据自动计算粗加工路线,沿与X轴平行的方向切削,通过多次进刀→切削→退刀的切削循环完成工件的粗加工,G72的起点和终点相同。本代码适用于非成型毛坯(棒料)的成型粗车。
⑶:定义精车轨迹的若干连续的程序段,执行G73时,这些程序段仅用于计算粗车的轨迹,实际并未被执行。;
代码功能:从切削起点开始,进行径向(X轴)进刀、轴向(Z轴或X、Z轴同时)切削,实现等螺距的直螺纹、锥螺纹切削循环。执行G92代码,在螺纹加工未端有螺纹退尾过程:在距离螺纹切削终点固定长度(称为螺纹的退尾长度)处,在Z轴继续进行螺纹插补的同时,X轴沿退刀方向指数或线性(由参数设置)加速退出,Z轴到达切削终点后,X轴再以快速移动速度退刀,如图3-88所示。
代码功能:通过多次螺纹粗车、螺纹精车完成规定牙高(总切深)的螺纹加工,如果定义的螺纹角度不为0°,螺纹粗车的切入点由螺纹牙顶逐步移至螺纹牙底,使得相邻两牙螺纹的夹角为规定的螺纹角度。G76代码可加工带螺纹退尾的直螺纹和锥螺纹,可实现单侧刀刃螺纹切削,吃刀量逐渐减少,有利于保护刀具、提高螺纹精度。
P(a):相邻两牙螺纹的夹角,取值范围为00~99,单位:度(°)。未输入a时,以系统数据参数№.058的值作为螺纹牙的角度。实际螺纹的角度由刀具角度决定,因此a应与刀具角度相同; Q(△dmin):螺纹粗车时的最小切削量,取值范围为0~999999( IS-C)/ 0~99999( IS-B),(单位:最小输入增量,半径值)。当(n- n−1)×△d<△dmin时,以△dmin作为本次以及后续粗车的切削量,后续的进刀深度将不再按公式计算。设置△dmin 是为了避免由于螺纹粗车切削量递减造成粗车切削量过小、粗车次数过多。
未输入Q(△dmin)时,以系统数据参数№.059的值作为最小切削量; R(d):螺纹精车的切削量,取值范围为00~99.999(IS_B)/00~99.9999(IS_C),(单位:mm/inch,无符号,半径值),半径值等于螺纹精车切入点Be与最后一次螺纹粗车切入点Bf的X轴绝对坐标的差值。
未输入△d时,系统报警; F:螺纹导程, 取值范围见1.4.1的表1-2; I:螺纹每英寸的螺纹牙数, 取值范围见1.4.1的表1-2; J:螺纹退尾时在短轴方向的移动量(退尾量)( 取值范围0~99999999×最小输入增量,单位mm/inch,不带方向);如果短轴是X轴,该值为半径指定,非模态参数; K:螺纹退尾时在长轴方向的长度(取值范围0~99999999×最小输入增量,单位mm/inch,不带方向);如果长轴是X轴,则该值为半径指定,非模态参数;
机床数控系统和数控机床 数控机床是由机床数控系统(Numerical Control Systems of machine tools)、机械、电气控制、液压、气动、润滑、冷却等子系统(部件)构成的机电一体化产品,机床数控系统是数控机床的控制核心。机床数控系统由控制装置(Computer Numerical Controler简称CNC)、伺服(或步进)电机驱动单元、伺服(或步进)电机等构成。 数控机床的工作原理:根据加工工艺要求编写加工程序(以下简称程序)并输入CNC,CNC按加工程序向伺服(或步进)电机驱动单元发出运动控制代码,伺服(或步进)电机通过机械传动机构完成机床的进给运动;程序中的主轴起停、刀具选择、冷却、润滑等逻辑控制代码由CNC传送给机床电气控制系统,由机床电气控制系统完成按钮、开关、指示灯、继电器、接触器等输入输出器件的控制。目前,机床电气控制通常采用可编程逻辑(Programable Logic Controler简称PLC),PLC具有体积小、应用方便、可靠性高等优点。由此可见,运动控制和逻辑控制是数控机床的主要控制任务。
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