第2章?數控車削程序的編制

2.1　FANUC系統數控編程基礎

2.1.1　編制零件加工程序過程

編制零件加工程序是把數控加工中所需要的工藝信息和刀具軌跡編入程序中。編制零件加工程序過程如圖2?1所示,簡述如下。

(1)分析零件圖樣,計算坐標尺寸

數控加工前,應認真分析零件圖樣,注意以下幾點。

① 明確加工任務。確認零件的幾何形狀、尺寸和技術要求,本工序加工表面和加工質量的要求。

② 確定工件零點,畫出工件坐標系。

③ 計算可能缺少的坐標尺寸。

a.標注尺寸的換算。當零件圖中標注尺寸與編程使用的尺寸數據不一致時,需要經過換算求解編程的尺寸數據。例如圖2?2所示小軸,零件圖中A點位置是以左端面為基準標注,編程時工件坐標系以軸的右端面為Z軸原點,編程坐標系中A點的Z軸尺寸不能用Z=10mm,需要進行尺寸換算,換算后A點Z坐標值為Z=-50.0mm。

b.基點計算。基點是指構成工件輪廓的不同幾何要素之間的交點或切點,如直線與直線的交點、直線與圓弧的交點或切點、圓弧與圓弧的交點或切點等。例如圖2?3所示凸輪,圖中A、B、C、D點是凸輪的基點。確定工件坐標系后,可用幾何方法計算出基點坐標。也可以借助CAD/CAM軟件,畫出工件的幾何圖形,通過軟件查詢功能,查出所需的基點坐標,如圖2?3中的凸輪,用CAD軟件1∶1畫出凸輪圖形,在圖上可查詢基點坐標:A(X0,Y75),B(X0,Y-30),C(X-7.5,Y29.407),D(X0,Y38.73)。

c.節點計算。一般數控系統只具備直線和圓弧插補功能,對直線和圓弧以外的復雜曲線,如橢圓線、阿基米德螺旋線等,只能用直線或圓弧逼近,具體方法是將復雜輪廓曲線按允許誤差分割成若干小段,再用直線或圓弧逼近這些小段,逼近線段的交點稱為節點。節點越密,輪廓曲線的逼近程度越高。人工計算節點很困難,此類情況通常采用自動編程,本書不介紹自動編程。

(2)確定加工過程

① 確定工件的加工表面,確定各表面加工的順序。

② 在機床上裝夾工件的方法。

③ 根據工件加工表面,選擇對應的切削刀具,確定切削參數。確定對刀點和換刀點。

④ 確定每一切削過程中的走刀路線,加工中是否需要零點偏移、旋轉、鏡像等。

⑤ 工件上需要重復加工的部位,是否需要存放到一個子程序中。在其他零件程序或者子程序庫中是否有當前工件可以使用的部件輪廓。

⑥ 編制加工操作順序

(3)確定加工中機床的輔助動作

輔助動作指在刀具不切削時為輔助切削過程所需做的動作,如刀具定位時快速移動,換刀,定位到工作平面,檢測工件時機床的空運行,開關主軸,開或閉冷卻液,調用刀具數據,進刀,刀具軌跡補償,返回到輪廓,離開輪廓快速提刀等。

(4)編寫加工程序

根據走刀路線、工藝參數及刀具等數據,按FANUC數控系統的指令代碼和程序段格式編寫加工程序。把加工中的每個步驟編為一個加工程序段(或多個程序段),把所有單個的步驟匯成一個零件加工程序。

(5)在機床上創建加工程序

可在機床上操作數控系統鍵盤輸入加工程序,此外還可以采用存儲盤拷貝或通信等手段輸入程序。單臺數控機床通過V24接口與計算機連接,通過在計算機上的通信軟件與數控機床進行數據傳輸,把計算機中的數控程序傳輸到數控系統。已實現聯網的數控機床,還可采用網絡通信傳輸程序。

(6)程序的校驗和試切

創建程序后首先通過程序的空運行和試切削,檢驗程序是否有誤,加工精度是否符合要求。如果不能達到要求,找出原因,采取相應措施進行更改。最后形成正確的加工程序。

2.1.2　FANUC系統數控程序組成

數控加工程序單如圖2?4所示。加工程序是由各種字符(英文字母和數字)組合而成的,數控系統通過字符的編碼識別字符。國際通用的數控程序字符編碼有兩種,即EIA碼(美國電子工業協會)和ISO碼(國際標準化協會)。FANUC數控系統能夠自動識別這兩種字符編碼。不同的字符組合定義了各種數控指令。程序中各指令的含義和書寫指令的排列順序稱為程序格式。FANUC系統數控程序格式基本上采用國際標準。數控程序記錄在數控加工程序單上,可存儲在數控系統中,也可存儲在存儲介質上。

數控加工程序單中顯示了組成加工程序的各部分,現解釋如下。

(1)紙帶開始

紙帶開始ISO代碼用符號“%”;表示NC程序文件開始的符號,當程序使用個人計算機輸入時不需要標記符號。此符號標記不在屏幕上顯示,但是如果文件輸出,此標記符號自動輸出在文件的開頭。

文件中在程序之前的文件頭為引導部分,即引導區,包括程序文件的標題等。當文件讀入數控裝置時,引導部分被跳過,引導部分由“%”開始,由“;”結束。

(2)程序部分

① 程序號。程序號用于檢索程序,如圖2?4中的字符“O0250”。程序號命名規定為:字母“O”后跟四位數字。通過程序號可以把一個數控程序作為子程序調用。

② 加工程序。數控加工程序是分行書寫的,程序中,每一行稱為一個程序段。程序由一系列的程序段組成。“;”表示一個程序段結束,相當于普通計算機按回車鍵,稱為EOB 代碼。

③程序段、指令、地址。每一程序段包含了執行一個加工工步的數據。程序段由若干個指令(也稱為字)組成,如圖2?5所示。

指令(字)是數控程序中的基本信息單元,代表機床的一個位置或一個動作。指令由英文字母和若干個數字組成,其中英文字母稱為地址,例如指令“X?20.1”的組成:

?

各種地址碼(英文字母)代表不同功能,FANUC系統加工程序使用的地址碼及其功能如表2?1所示。指令中的數字分為帶符號和不帶符號兩種,帶符號的數字用于定義尺寸,如指令“X?20.1”;不帶符號的數字用于定義各指令的含義,如準備功能字的G00、G01等。

④ 為了使加工程序更便于理解,可以為程序段加上注釋,括號“(?)”?中內容或分號“;”后的內容為注釋文字。

⑤ 程序結束指令M30(或M02)。程序中的最后一個程序段必須含有程序結束指令。

(3)紙帶結束

表示程序文件結束的符號。紙帶結束符號“%”放置在數控(NC)程序文件的末尾,用自動編程系統輸入程序時,不需要輸入“%”。標記“%”在屏幕上不顯示,但是當文件輸出時,標記自動輸出在文件的末尾。

2.1.3　程序段格式

一個程序段是一個由數控裝置執行的指令行。完整程序段的內容包括:刀具動作方式、刀具軌跡(準備功能G)、移動目標(終點坐標值X、Y、Z)、進給速度(進給功能指令F)、切削速度(主軸轉速功能指令S)、刀具號(刀具功能T)、刀補號(地址D、H)、機床輔助動作(輔助功能M)等。程序段格式是指一個程序段中各種指令的書寫規則,包括指令排列順序等。FANUC系統的程序段格式如圖2?6所示。程序段中的各種指令說明如下。

① N××——順序號。由地址“N”和后面的數字組成,用作標識程序段運行順序。書寫程序時建議按升序書寫程序段號。為減少代碼輸入和少占內存,在FANUC系統的數控程序中,順序號不是必需的,也不要求數值有連續性,系統能夠自動按照程序段排列先后順序運行程序。

跳過任選程序段符號“/”。對于不是每次程序運行都需要執行的程序段(如加工中測量或調整時,需要停止運行程序的程序段,該段不是每次程序運行都需要執行),在不需執行時可以選擇跳過。方法是在程序段號碼前加跳段符號“/”(斜線),同時在機床操作面板上接通“跳段開關”,使“/”有效,程序運行中就可以跳過標有“/”的程序段。如果面板上的“跳段開關”斷開,則跳段符號“/”無效,有“/”符號程序段有效。程序中允許連續跳過幾個程序段,如圖2?7所示,圖中跳過的程序段有N20,并連續跳過N40、N50、N60程序段。所跳過程序段中的指令不執行,程序從其后的程序段繼續執行。

② G××——準備。由“G”和兩位數字組成,用來規定刀具和工件的相對運動軌跡、機床坐標系、坐標平面、刀具補償、坐標偏置等多種加工操作。

③ X、Y、Z、A、B、C、I、J、K等——坐標指令。由坐標地址符(英文字母)及數字組成,例如“X?25.102”,其中字母表示坐標軸,字母后面的數值表示刀具在該坐標軸上移動(或轉動)后的坐標值。

④ F×××——進給速度。用于給定切削時刀具的進給速度。進給速度單位可以用G98/G99指定,G98指定的刀具進給速度單位是每分鐘進給量(mm/min),G99指定的單位是主軸每轉刀具的進給量(mm/r)。數控車床開機后默認的狀態是G99,即進給速度單位是“mm/r”,例如車床開機后指令“F0.2”,表示刀具的進給速度為0.2mm/r。

當數控系統工作在G01、G02、G03方式下編程的F一直有效,直到被新的F 值所取代。而工作在G00方式下快速定位的速度是各軸的最高速度,與所編F 無關。借助操作面板上的倍率按鍵,F值可在一定范圍內進行倍率修調。

⑤ S×××——主軸轉速。用以控制主軸轉速,其后的數值表示主軸轉速,單位為“r/min”,例如“S900”,表示主軸轉速為900 r/min。S 是模態指令,S 功能只有在主軸轉速可連續調節時有效。

⑥ T××××——刀具,用于選刀。由字母“T”加四位數字組成,其中前兩位數值表示選擇的刀具號,后兩位數字表示刀具補償號(存儲刀具補償值的地址)。

⑦ H××(或D××)——刀具補償號地址,由字母“H”(或“D”)加兩位數字組成。用于存放刀具長度或半徑補償值。

⑧ M××——輔助。簡稱M代碼,由字母“M”加兩位數字表示,用于控制零件程序的走向和機床各種輔助功能的開關動作。通常在一個程序段中僅能指定一個M 代碼。在某些情況下可以最多指定三個M代碼。代碼對應的機床功能由機床制造廠決定。常用的M代碼及其功能見表2?2。

　　⑨ “;”——分號是程序段結束符號,表示一個程序段的結束。程序段結束符號位于一個程序段末尾,在用鍵盤輸入程序時,按操作面板上的“EOB”(end of block)鍵,則“;”號自動添加在程序段末尾,同時程序換行。也有采用“LF”“CR”“*”等符號作為程序段結束符號的。

2.1.4　常用輔助功能M代碼

表2?2為常用M代碼,M00、M01、M02、M30、M98、M99指令用于控制零件程序走向,是數控系統內定的輔助功能,不由機床制造廠決定。其余M代碼用于控制機床各種開關的動作,由PLC程序指定,其功能可能因機床制造廠不同而有差異,請讀者參考機床說明書。

(1)M00(程序暫停)

功能:M00指令使正在運行的程序在本段停止運行,同時現場的模態信息全部被保存下來。重新按動程序啟動按鈕后,可繼續執行下一程序段。

應用:該指令用于加工中的停車,以進行某些固定的手動操作,如手動變速、換刀等。

(2)M01(選擇停止)

功能:M01執行過程和M00指令相同,不同的是只有按下機床操作面板上的?“選擇停止”按鈕時該指令才有效,否則機床繼續執行后面的程序。

應用:該指令常用于加工中的關鍵尺寸的抽樣檢查或臨時停車。

(3)M02(程序結束)

功能:該指令表示加工程序全部結束。它使主軸、進給、切削液都停止,機床復位。

應用:該指令必須編在最后一個程序段中。

(4)M03(主軸正轉啟動)、M04(主軸反轉啟動)、M05(主軸停止轉動)

功能:M03、M04指令可分別使主軸正、反轉,它們與同段程序其他指令同時執行。M05指令使主軸停止轉動,在該程序段中其他指令執行完成后才執行主軸停止轉動。

(5)M08(切削液打開);M09(切削液停止)

(6)M30(程序結束并返回)

功能:該指令與M02功能相似,不同之處是該指令使程序段執行順序指針返回到程序開頭位置,以便繼續執行同一程序,為加工下一個工件做好準備。該指令必須編在最后一個程序段中。

在初學加工中心編程時,對M00、M01、M02和M30幾個M代碼容易混淆,它們的區別與聯系如下。

?M00為程序暫停指令。程序執行到此進給停止,主軸停轉。重新按啟動按鈕后,可繼續執行后面的程序段。主要用于編程者想在加工中使機床暫停(檢驗工件、調整、排屑等)。

?M01為程序選擇性暫停指令。程序執行時控制面板上“選擇停止”按鈕處于“ON”狀態時此功能才有效,否則該指令無效。執行后的效果與M00相同,常用于關鍵尺寸的檢驗或臨時暫停。

?M02為主程序結束指令。執行到此指令,進給停止,主軸停止,冷卻液關閉。但程序執行光標停在程序末尾。

?M30為主程序結束并返回指令。功能同M02,不同之處是,程序執行光標返回程序頭位置。

2.1.5　車削程序G功能代碼

FANUC T系統G代碼如表 2?3所示,表中內容說明三點。

① G代碼分為不同的組別,組號在表中“分組”一欄中表示。不同組的G代碼能夠在同一程序段中指定,同一組號內的代碼可以互相取代,如果同一程序段中指定同組G代碼,則最后指定的G代碼有效。

② G代碼分為兩類:非模態G代碼和模態G代碼,表2?3中00組為非模態碼,其余組代碼為模態碼。非模態G代碼只在指令它的程序段中有效,例如G04是非模態碼,程序段:“G04 P1000”是使刀具進給暫停。程序運行到該指令,刀具進給暫停1s,非模態碼G04只在這個段內有效,不影響下一程序段。模態G代碼一旦被指令,在系統內存中保存該代碼,該代碼一直有效,在以后的程序段中使用該代碼可以不重寫,直到該代碼被程序指令取消或被同組代碼取代。

③ 表中標有“①”的G代碼為系統通電后默認狀態,即默認狀態。例如“06”組代碼G20和G21,其中標有“①”的是G21,則系統通電后自動進入G21狀態(公制輸入)。如需英制輸入,則需指定G20代碼,由G20取代G21,系統成為英制輸入狀態。

　?、?該G代碼為系統通電后默認狀態。

注:1.本表中00組為非模態碼,其余組為模態碼。

2.表中絕對坐標編程時地址碼為X和Z;增量編程時地址碼為U和W。

2.1.6　數字單位英制與公制的轉換

FANUC系統程序中的數值單位可以用G21/G20(表2?3中06組)指定,G21指定采用公制(毫米)輸入;G20指定采用英制(英寸)輸入。如果程序中不給出G21/G20指令,數控銑床開機后默認的單位是“G21”。G21/G20代碼必須編在程序的開頭,在設定坐標系之前以單獨程序段指定。

2.1.7　小數點編程

一般數控機床數值的最小輸入增量單位為0.001mm,小于最小輸入增量單位的小數被舍去。當輸入數字值是距離、時間或速度時可以使用小數點,稱為小數點編程。下面地址可以指定小數點:X,Y,Z,U,V,W,A,B,C,I,J,K,Q,R和F。

FANUC系統程序中,對沒寫小數點的數值,默認單位是“μm”,如坐標“X200”,表示X值為200μm。如果數值中有小數點,數值單位則是“mm”,如“X0.2”,此坐標值的單位是“mm”,即0.2mm。X0.2與X200等效。

例如,X值為+30.012mm,Y值為-9.8mm時,以下幾種表達方式表示是等效的:

① X30.012 Y-9.8　　　　單位是mm

② X30012 Y-9800　　單位是μm

③ X30.012 Y-9800　　X值單位是mm,Y值單位是μm