淳安夏坤教育数控培训2024/12/10 9:08:40
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CNC编程入门基础知识
一、CNC编程的定义与作用
CNC编程简单来说,就是用一种特殊的语言,将设计图转换为计算机可以理解的指令,使计算机能自动完成图形加工的过程1。在工业生产中,CNC数控机床广泛应用于金属、塑料、陶瓷等材料的加工领域,而CNC编程就成为控制数控机床进行精确加工操作的关键环节。
二、CNC编程的核心代码
CNC编程的核心是G代码和M代码。
G代码
G代码是指控制CNC加工过程中各轴的移动和操作流程的代码。例如,在控制机床坐标轴的移动方面,不同的G代码指令对应着不同的运动方式。像G00指令表示快速定位,机床会以最快的速度移动到指定的坐标位置,这个过程中不进行切削加工,主要用于快速接近或离开工件等操作。而G01指令则是直线插补指令,用于控制刀具沿着直线轨迹进行切削加工,它需要指定刀具的进给速度(通常用F代码表示)以及目标坐标位置。
对于复杂的曲线加工,会用到如G02(顺时针圆弧插补)和G03(逆时针圆弧插补)指令。这些指令在加工圆形、弧形等零件轮廓时非常关键,编程时需要准确计算圆弧的圆心坐标、半径以及起始点和终点坐标等参数。
M代码
M代码主要用于控制辅助设备。例如,M03指令用于启动主轴正转,在加工过程中,主轴带动刀具旋转,不同的加工材料和刀具类型需要设置合适的主轴转速。M05指令则是停止主轴转动,当一个加工工序完成或者需要更换刀具时,就会用到这个指令。M08指令是打开冷却液,冷却液在加工过程中起到冷却刀具和工件、冲走切屑的作用,有助于提高加工质量和延长刀具寿命;M09指令是关闭冷却液
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二、圆锥面加工实例
零件描述
加工一个圆锥零件,大端直径为60mm,小端直径为40mm,圆锥长度为80mm。
编程思路
同样先确定工件坐标系,原点设置在圆锥小端的中心。
选择外圆车刀。
对于圆锥面的加工,可以通过计算圆锥的斜率,然后利用G01指令进行编程。圆锥的斜率可以根据圆锥的大端直径、小端直径和长度计算得出。
程序示例(以华中数控系统为例)
Plaintext
复制
%0001
G90 G54 G00 X42 Z2 S500 M03;
G01 Z0 F0.2;
X60 Z - 80;
G00 X100 Z100;
M05;
M30;
数控车床编程软件推荐
一、Mastercam
功能特点
Mastercam由美国CNC Software Inc.公司开发,集数控编程、二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、刀具路径模拟及真实感模拟等多种功能于一身。它提供了设计零件外形所需的理想环境,其稳定强大的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。例如,在模具制造行业,对于复杂的模具型腔和型芯的设计与编程,Mastercam能够很好地满足需求。它可以快速生成刀具路径,并且通过刀具路径模拟功能,编程人员可以直观地查看刀具的运动轨迹,提前发现可能存在的碰撞或过切等问题,提高编程的准确性和安全性。Mastercam9.0以上版本支持中文环境,价位适中,是中小企业理想的选择,也是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统14。
适用场景
适用于各种类型的数控车床编程,无论是简单的轴类零件还是复杂的回转体零件。在机械加工车间、模具制造车间等场景下,Mastercam都能发挥很好的作用。对于初学者来说,它的界面相对友好,容易上手,同时又有丰富的功能满足高级用户的复杂编程需求。
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二、PowerMILL
功能特点
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。它的刀路计算速度快,加工效率高,在大型模具加工方面优势明显。它可以帮助用户产生最佳的加工方案,从而提高加工效率,减少手工修整。能够快速产生粗、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,可缩短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,具有集成的加工实体仿真功能,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14。
适用场景
主要适用于模具加工行业。在大型模具的数控编程中,PowerMILL能够有效地提高编程效率和加工质量。由于其强大的干涉检查和实体仿真功能,对于复杂的模具结构可以避免加工过程中的碰撞等问题。
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二、坐标系统
数控车床的坐标系统是编程的基础。加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致,X轴对应径向,Z轴对应轴向。C轴(主轴)的运动方向则以从机床尾架向主轴看,逆时针为+C向,顺时针为-C向。加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置,一般在工件的右端面或左端面上。 在确定工件坐标系原点时,需要考虑加工工艺和编程的便利性。例如,对于轴类零件,如果选择右端面为原点,在编程时,Z坐标值通常为正值,便于计算和编程;对于盘类零件,有时选择左端面为原点可能更合适。
三、车床类型与刀具夹具
车床类型:按照数控系统功能分为简易数控车床、经济型数控车床、多功能数控车床、车削中心;按主轴的配置形式分为卧式数控车床和立式数控车床。不同类型的数控车床在加工范围、精度、自动化程度等方面有所不同。例如,车削中心除了具备普通数控车床的车削功能外,还可以进行铣削、钻削等加工操作,适用于加工复杂形状的回转体零件;而经济型数控车床则结构简单、价格相对较低,适用于一些精度要求不是特别高的简单零件加工。
刀具类型:在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、内孔车刀、钻头、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具等。刀具根据与刀体的链接固定方式分为焊接式车刀和机夹可转位车刀;根据切削刃的形状分为尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。不同类型的刀具适用于不同的加工任务。例如,外圆车刀用于加工轴类零件的外圆柱面;内孔车刀用于加工孔类结构;钻头用于钻孔操作;镗刀用于对已有的孔进行精加工,提高孔的精度和表面质量;切断刀用于将加工好的零件从毛坯上切断;螺纹加工刀具则专门用于加工螺纹。
夹具类型:数控车床上的夹具主要有两类。一类用于盘类或短轴类零件,工件毛坯装夹在可调卡爪的卡盘(三爪、四爪)中,由卡盘传动旋转;另一类用于轴类零件,工件毛坯装在主轴顶针和尾座顶针间,工件由主轴上的波动卡盘传动旋转。三爪卡盘可以自动定心,装夹方便快捷,适用于圆形截面的零件装夹,但定心精度相对四爪卡盘略低;四爪卡盘可以通过调整卡爪的位置来装夹不规则形状的零件,定心精度较高,但装夹过程相对复杂。而使用顶尖装夹轴类零件时,可以提高零件的装夹精度,减少加工过程中的变形。
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CNC操作工工作内容
CNC操作工主要负责运用计算机数控系统对机床进行操作和监控,以完成各类零件的加工任务。
编程工作
CNC操作工需要根据加工工艺流程和产品要求,使用专业的编程软件编写程序。这要求他们在编程时参考产品图纸和工艺要求,深入理解工件的几何尺寸、加工过程和物料要求等要素,从而确定机床的各种运动轨迹、加工参数等。例如,在加工一个复杂形状的机械零件时,操作工要根据零件的三维模型和设计公差要求,编写出能够精确控制刀具路径的程序,确保加工出来的零件符合设计标准。同时,还需考虑不同材料的硬度、切削性能等因素,合理调整编程参数,像加工硬度较高的合金钢材料时,可能需要降低切削速度、减小进给量,以保证刀具寿命和加工质量4。
对编写好的程序,要进行准确性和合理性检查。因为编程工作的质量直接影响产品的加工质量和效率,如果程序存在错误,可能导致零件加工尺寸偏差、表面粗糙度不达标甚至损坏刀具和机床。
操作与调试工作
根据编写好的程序,将其加载到机床的数控系统中,并设置相应的加工工艺参数。在操作过程中,要时刻关注机床的运行状态,包括刀具的切削情况、主轴的转速、进给速度等。例如,在加工过程中,如果发现切削声音异常或者加工表面出现明显的振纹,操作工需要及时调整加工参数,如降低进给速度或者调整刀具的切削深度,以保证加工的稳定性和质量。
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(二)编程步骤
分析零件图样、确定加工工艺过程:分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等,确定正确的加工方法、定位夹紧以及加工顺序、所用刀具和切削用量等,即制定加工工艺。这是数控编程的一个重要环节,其主要目的是确定数控加工的工艺路线、切削用量以及工件的定位、夹紧等。例如,对于一个轴类零件,需要确定是先车外圆还是先加工内孔,采用何种刀具进行加工,以及每一步的切削用量(如切削深度、进给量、主轴转速等)等12。
建立工件坐标系:一般将程序原点设立在工件的右端面上(当然也可以根据实际情况选择其他便于计算和测量的位置)。建立工件坐标系后,所有的编程坐标都是相对于这个原点而言的。例如,在车削一个圆柱零件时,以右端面圆心为原点建立工件坐标系,那么圆柱面上各点的坐标就可以根据其相对于原点的位置进行计算。
编写程序单:
程序号:每个程序都有一个唯一的程序号,如O0020等。
程序的内容:通常由准备阶段(如工件坐标系的建立、选择刀具、主轴转动、快速定位等)、加工阶段(根据加工工艺编写具体的加工指令,如直线插补、圆弧插补等)和结束阶段(如程序结束指令M02或M30)组成。
以“;”号结束:这是数控程序格式的要求,在编写程序时要注意遵循。
数控车床编程新手注意事项
一、编程逻辑与格式
保持程序简洁直观:编写程序时应注意使程序简单、方便和直观。避免编写过于复杂和难以理解的程序逻辑,这样不仅便于自己检查和修改,也方便其他编程人员阅读和维护。例如,在选择加工路线时,尽量采用简洁的路径,减少不必要的空行程。
遵循程序段格式:要弄清程序段的基本格式,常用指令的格式、功能及用途。数控加工程序由一系列程序段构成,程序段又由指令字组成。基本的加工指令如G00、G01、G02、G03等的格式和使用条件需要熟练掌握。例如,G01指令的格式为G01 X_Z_F_,其中X和Z是目标点的坐标,F是进给速度,如果格式错误,程序将无法正确执行。
合理选择坐标编程方式:根据零件的加工要求和尺寸标注方式,合理选择绝对坐标编程(G90)或相对坐标编程(G91),或者混合编程。如果零件尺寸是相对于某一固定原点标注的,可能使用绝对坐标编程更方便;如果是基于上一加工位置的相对尺寸,相对坐标编程可能更合适。二、加工参数确定
切削参数选择:包括切削速度、进给量和切削深度的选择。这些参数的选择需要综合考虑工件材料、刀具材料、加工精度要求等因素。例如,加工硬度较高的工件材料时,切削速度要适当降低,以避免刀具过度磨损;而对于精度要求较高的表面,进给量要选择较小的值,以获得较好的表面粗糙度。如果切削参数选择不当,可能会导致加工效率低下、刀具损坏或者加工质量不达标。
主轴转速确定:根据工件材料、刀具材料、加工直径等因素确定主轴转速。一般来说,加工大直径工件时,在保证切削线速度的前提下,可以适当降低主轴转速;而加工小直径工件时,为了维持合适的切削线速度,需要提高主轴转速。同时,还需要考虑机床的性能和刀具的允许转速范围,避免超出机床或刀具的极限值。
三、其他注意事项
刀具路径规划:确定合理的加工路线,尽量把路线上点的坐标值标示出来,这样在编程时才不容易出差错。在规划刀具路径时,要考虑避免刀具与工件、夹具发生碰撞,同时要优化刀具路径,减少空行程,提高加工效率。例如,在车削一个有内孔和外圆的零件时,要合理安排内孔和外圆的加工顺序,以及刀具的进退刀路径。
安全操作:在编写程序时,要始终牢记安全 。如果是初学者,最好在老师或有经验的人员指导下进行编程和操作。在首次模拟时,可按控制面板上的“机床锁住”按钮,进行程序的模拟运行,检查程序是否存在逻辑错误或可能导致危险的操作,如刀具碰撞、超行程等。同时,要严格按照数控车床安全操作规程进行操作。
数控车床编程入门实例
一、简单外圆车削实例
零件分析:假设要加工一个简单的轴类零件,其外圆直径为50mm,长度为100mm,材料为45号钢,毛坯为直径55mm的棒料。加工要求为车削外圆至尺寸精度要求,表面粗糙度为Ra3.2μm。
工艺规划:
刀具选择:选用外圆车刀,刀具号设为T01。
切削参数确定:根据45号钢的材料特性和加工要求,主轴转速设为S800r/min,进给量设为F0.2mm/r,切削深度设为ap = 2.5mm(分两次切削,每次切削深度1.25mm)。
加工顺序:先进行粗车,将外圆余量去除,然后进行精车,达到尺寸精度和表面粗糙度要求。
编程实现:
建立工件坐标系:以零件右端面圆心为原点建立工件坐标系。
粗车程序段:
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二、圆锥面车削实例
零件分析:加工一个圆锥台零件,大端直径为60mm,小端直径为40mm,圆锥长度为80mm,材料为铝合金,毛坯为直径65mm的棒料。
工艺规划:
刀具选择:同样选用外圆车刀,刀具号T01。
切削参数:主轴转速S1000r/min,进给量F0.15mm/r,切削深度ap = 2mm(分三次切削)。
加工顺序:先粗车圆锥面,再精车圆锥面。
编程实现:
建立工件坐标系:以右端面圆心为原点。
粗车程序段:数控车床编程软件推荐
一、Mastercam
功能特点:Mastercam是美国CNC Software Inc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、体素拼合、数控编程、刀具路径模拟及真实感模拟等多种功能于一身。具有较强的曲面粗加工及曲面精加工的功能,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。
优势: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。它能够有效地提高编程效率,特别是对于复杂零件的编程,其可视化的编程界面和丰富的刀具路径策略可以帮助编程人员快速生成高质量的数控程序。例如在加工复杂的模具零件时,Mastercam可以通过其强大的曲面加工功能准确地生成刀具路径,减少编程时间和错误。
二、UG(Unigraphics)
功能特点:UG 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。它提供可靠、精确的刀具路径,能直接在曲面及实体上加工,具有良好的使用者界面,客户也可自行设计界面,多样的加工方式便于设计组合高效率的刀具路径,还包含完整的刀具库、加工参数库管理功能,涵盖二轴到五轴铣削、车床铣削、线切割等多种加工类型,并且具有大型刀具库管理、实体模拟切削、泛用型后处理器等功能,还具有高速铣功能。
优势:在处理复杂的三维模型加工时具有很大的优势,其强大的CAD功能可以方便地进行零件的三维建模,然后直接基于模型进行数控编程。在航空航天等高端制造业
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