绪论
随着计算机技术和自动控制理论的高速发展,以计算机技术为核心的自动控制系统在设备上的应用也越来越广泛.如计算机检测,CNC(计算机数字控制),CAM(计算机辅助制造),CIMS(计算机集成制造系统),机器人技术等.这些都大大地延伸了现代工业中自动化设备的制造能力,从而也促进了现代工业技术日新月异的发展.
技术的进步推动了我们企业的进步,但对人的素质也随之提出了更高的要求.很明显,只有掌握了先进技术的人,才能更好地驾御这些高技术的设备,使它们以最大的效能为我们服务.
NC(数字控制)技术是近半个世纪中逐步成熟和发展起来的一项先进的设备制造技术.计算机技术的发展和在NC技术中的应用,给它带来了革命性的变革,并形成了现在的CNC(计算机数字控制)技术.近年来,采用CNC系统的设备已越来越多地走进我们的工厂,并逐年保持高速增长的趋势.它们都在我们工厂的关键工序中起着举足轻重的作用,其状态的好坏和使用状况直接关联到我们产品的质量和企业的声誉.
要充分发挥数控设备的优势,我们就必须培养出一批高素质的操作工人队伍.为了达到这个目的,我们编写了这本《数控操作工人培训教程》.然而,对具体数控系统的介绍决不是我们的真正目的,我们的真正想法是凭籍对这些系统的讲解,达到对数控设备基本理论和共性知识的掌握.这些知识包括系统的构成,原理,参数,编程,操作,诊断,调整等等,它们都是我们设备使用中至关重要的.
目录：
第一章：数控基础知识
第一节: 从人自身来认识电脑
第二节: 个人电脑的基本知识
第三节: 数控机床的概念及其基本特点
第四节: 如何学好数控设备知识
第五节: 数控机床的控制结构
第六节: 数控系统
第七节: 步进电机和伺服电机
第八节: 驱动控制系统
第九节: 基本外设
第十节: 数控编程原理及规范
第十一节: 准备机能--G指令
第十二节: 辅助机能--M指令
第十三节: 刀具机能与刀具的管理--T指令
第十四节: 主轴机能--S指令
第十五节: 一个小的程序实例
第十六节: 数控系统的参数系统
第二章: 数控机床的实用编程技术
第一节: 复杂的程序结构
第二节: 变量
第三节: 坐标系编程
第四节: 坐标值和尺寸
第五节: 插补功能
第六节: 进给功能
第七节: 参考点返回
第八节: 主轴功能
第九节: 固定循环
第一章:数控基础知识
第一节:从人自身来认识电脑
一
没有学习过电脑的人都觉得电脑很神秘.事实上,电脑之所以称为"电脑",正是对人脑模拟和再现的结果.从人脑的角度来理解电脑,我们就会发现,认识它并不是想象的那么难.
人脑有那些能力,为了理解电脑,我们不妨先思考一下,人脑都具备哪些能力
1.思维:人脑首先具有分析,计算,推理,归纳的能力,即逻辑思维与算术思维能力.
2.信息储存:即记忆信息的能力.
3.人体五觉的中枢:即感知环境的能力.
4.全身的指挥中心:即行为控制能力.
电脑如何实现这些能力
1.思维的再现——CPU
电脑使用CPU来完成思维和控制,CPU又叫做中央处理单元,是计算机系统的核心,用于进行逻辑运算和算术运算及系统的综合控制等.
2.记忆载体——存储介质
是计算机用于存储信息,数据的媒体.它们包括:存储器,硬盘,磁带,软盘,光盘,纸带等.
3.电脑的感官——输入设备
输入设备是电脑用于接受指令,数据,信息的装置.常见输入设备有:键盘,扫描器,鼠标器,纸带机,磁带机,数字摄像机等.
4.行为的输出——输出设备
输出设备是电脑用于输出控制结果的装置.常见输出设备有: CRT,打印机,绘图机等.
二:普通意义上的计算机
一.硬件结构
由以上介绍可以看出,一个计算机系统的基本结构主要由四部分组成:即CPU,存储器,输入设备和输出设备.
实际上的电脑比上述介绍还要复杂得多,它一般还包括如电源,主板等构件.
二.计算机的软件
(一).计算机软件的基本分类
计算机软件是人为编写的用于控制计算机工作的程序.它分为:
1.系统软件:用于计算机的系统资源管理,是计算机软件系统的核心.例如:台式机各版本的DOS系统等.
2.编译软件:用于开发应用软件的工具.利用它可以编写和调试应用软件,并翻译成系统软件能理解的代码文件.例如:各类语言工具,机床设备上所包含的专用设备控制程序的编译管理程序等.
3.应用软件:是由编译软件编译执行的,建立在系统软件基础上的,满足用户某些特定需要的软件.例如:各类设备由制造厂开发的操作平台软件,办公软件(微软OFFICE),财务软件,计算机辅助设计,游戏软件等.
(二).语言工具的级别
1.机器语言:计算机CPU能直接识别的代码级语言.其表面形式为二进制数字代码.
如:11001011,00110011等.这类语言无须编译,计算机能够直接执行.
2.汇编语言:用字母等符号来代替机器语言,以便人为编辑和识别的符号级语言.
如:LD A,08H
ADD A,C等.
这类语言必须编译成机器语言,才能被计算机执行.
3.高级语言
用语句化,结构化的命令形式编写的语言.
这类语言的每一个语句都能完成一系列机器或汇编语言所执行的特定功能,而且由于书写形式更接近生活化语言,因此使编程变得更直观和简单.
例如:C语言,BASIC语言,JAVA语言等.这些语言同样需要经过编译才能被计算机识别和执行.
4.专用语言
利用以上语言形式开发的,更接近于特定用户使用环境的编程语言.
PLC,数控,机器人等的编程等都属于这类特定的语言.它同样要被编译后执行,但它一般是被计算机系统自动完成的.
三:计算机中常用的进制和编码方法
下面介绍的是设备参数中涉及到的部分进制和编码方法.
一.计算机的进制
1.二进制:逢二进一的计数进位方法.
2.八进制:逢八进一的计数进位方法.
3.十进制:逢十进一的计数进位方法.
4.十六进制:逢十六进一的计数进位方法.
(五).BCD代码
用二进制表示的十进制代码.这种代码种类有多种,BCD代码是其中最常用的一种.
计数符号是使用四位二进制代码来表示一位十进制数,即:
0000:0 0001:1 0010:2 0011:3 0100:4
0101:5 0110:6 0111:7 1000:8 1001:9
例:00111000表示38.
第二节:个人电脑的基本知识
本节通过简单介绍个人计算机的基本硬件,软件及常规操作功能等入门知识,使读者对个人计算机系统有一个最基本的了解.但仅仅局限于这一点点概念性的东西,是远远不够的.
一.个人电脑的基本硬件
当前的个人电脑大体包括下面这些硬件设备:
1.CPU
电脑的控制核心,负责完成所有的运算和控制.
以美国INTEL(英特尔)公司的产品为例,个人电脑从286CPU开始大量走向家庭,以后经过了386,486,奔腾,奔腾2,奔腾3,奔腾4等,在短短十几年内,CPU制造技术经历了突飞猛进的发展.处理速度提高了几个数量级.这一切都为计算机技术在现代工业中推广应用创造了坚实的技术基础.
2.主板
主板是CPU,内存和接口板卡的连接母板.
主板伴随着CPU制造技术的发展,性能和品种也随之高速发展.
3.硬盘驱动器
是用于存储程序文件的主要载体.
硬盘最初推向市场时,容量仅
4.内存条
用于存储计算机运行动态数据的器件.
内存具备比硬盘,光盘,软盘等快得多的存取速度,直接被用来存储计算机运算和控制的中间数据,也可以作为硬盘,光盘数据存取的缓冲区,因此内存越多,计算机运算速度越高.个人电脑内存从早期的几百K到现在常规配置的几百M,提高了上千倍.而且,主板,硬盘,显示卡等都配置了越来越大的专用内存.
5.显示卡和显示器
显示卡是CPU和显示器的控制接口.
显示器则用作计算机通过屏幕显示方式向操作者反馈信息的工具.
目前常用的显示器有普通CRT显示器和液晶显示器两种.
随着显示卡和显示器的技术发展,显示分辨率和速度越来越高.最初采用的是单色显示器,现在高分辨率的彩色显示器已经非常普及了,绿色环保的节能型显示器则更多地考虑了人性化的设计特点.
6.机箱和电源
机箱即主机的外壳部分.
电源向系统提供各类级别的工作电压.它是计算机系统的工作动力来源.
7.软盘驱动器和软盘
软盘驱动器又叫软驱,用于读写软磁盘.
软盘是一种可移动式的磁性存储介质.以往有3寸和5寸两种,目前主要使用3寸软盘,容量为
8.光盘驱动器和光盘
光盘驱动器又叫光驱,用于读取光盘数据.
可写光盘的光驱称为光盘刻录机.
光盘是用于记载程序和数据的光敏介质,用光头进行读写.尽管容量大得多的DVD光盘已经不再陌生,但目前用得最多的还是
9.声卡和音箱
声卡是计算机用于向音箱传送声音的接口,用于把声音数码信号转换为真正的声音信号.
音箱即发声设备.当前的声音设备,已经能录制和再现质量非常高的声音品质.
10.打印机
11.键盘
12.鼠标
二.个人电脑软件
基本与前面介绍的软件情况相同.
目前设备上使用的操作系统有DOS和WINDOWS两种.
每台机床设备都有自己的编译程序,应用软件和专用语言开发环境.
三.常用个人电脑的操作概念
(一).目录结构和文件
1.目录结构
目录结构:计算机中由用户载入的文件内容的存储结构.
它采用树状目录结构,各软件都有自己的专用目录.这样做的目的是便于查询和执行时互不干涉.利用计算机的"我的电脑"和"资源管理器"等工具,可以非常方便地查询和浏览目录结构及其文件系统.
目录:目录结构中每一级叫做一个目录.在WINDOWS中,目录也叫做文件夹.
目录名:每个目录都有一个用于识别的目录名.可以用字母,数字,汉字,部分特殊符号等组成.
2.文件
文件:计算机向硬盘,软盘等载体存储信息的最小组织形式.它类似于一篇篇的文稿,因此叫做文件.
文件名:文件的名称.同样可用字母,数字,汉字,部分特殊符号等组成.
文件名由基本名和扩展名两部分构成.
XXXXXXXX.XXX基本名 扩展名
早期的DOS操作系统基本名限制长度为8个英文字符或4个汉字,扩展名为3个英文字符和1个汉字.目前使用的WINDOWS98,WINDOWS2000等系统的基本名最多可达255个字符.
(二).窗口和菜单
所谓窗口,即用户所能看到的屏幕显示界面.
WINDOWS把图标平面铺设的显示界面叫做"桌面".
菜单:计算机命令的一种可视化显示形式.常用的菜单是下拉式菜单.利用键盘和鼠标来操作菜单,可以向计算机发出各种命令.
(三).图标
图标是目前软件中放置在桌面上的图形标记.它往往代表一个目录或一个文件,操作它可以打开文件或进入下级目录.
(四).基本文件管理操作
最基本的文件管理操作有:
1.创建目录和新文件
2.复制,剪切,粘贴和发送
3.打开文件和编辑
4.文件和目录更名,等等.
作为一个数控操作人员,基本的个人计算机操作知识是必须具备的.建议读一些这方面的书籍并进行一些实践.
四.广义的计算机系统及应用
广义的计算机决不仅仅是我们办公桌上的计算机系统.个人电脑只是计算机的诸多应用形式之一.我们将通过下面的叙述,帮助您感受到计算机系统在我们的工作和生活中的应用是多么广泛.
(一).个人计算机及其应用
个人电脑是主要用于办公,娱乐的专用计算机系统.
1.企业管理:打字,财务,资料管理等.
2.设计:CAD制图,生产模拟,产品设计等.
3.分析计算:如工程模拟,股票分析等.
4.音像功能:可以播放和处理声音,音乐,歌曲,图片,影像等.
5.电子鸦片:即令许多人如痴如醉的电子游戏.
6.生活管理:家庭财务,档案等.
7.家庭教师:大量的家教软件开发使得利用计算机学习各种知识成为可能.
8.图书馆:电子图书与图书无纸化.
9.电视机:装上电视卡,你的计算机可以收看任何普通电视收得到的电视节目.
10.网络:我们已经有了多种形式的上网方式,你可以通过计算机网络查询信息,发布信息,发送邮件,召开会议,收看节目,找网友聊聊天,玩玩游戏等.这条信息的高速公路缩短了人与人之间的距离,把地球真正变成了一个村落.或许,坐在家里工作和读书的日子,也不会太远了吧!
(二).工业领域的专用计算机系统
A.数控系统
各类数控机床,加工中心上的计算机数字控制系统就是一台或几台计算机,只不过它们控制的目标是设备加工过程和尺寸.
B.PLC系统
PLC即电气控制的可编程序控制器,它用于机床的动作过程控制.
C.变频器,电机保护器
控制电机的变频器和电机保护器都是专用的计算机系统,多数使用单片计算机.
D.各种测量系统
现在的复杂测量系统,如在线量仪,过程测控等,基本是建立在单片计算机或工业控制计算机基础上的专用测量系统.
E.新兴的各种智能电器
由于计算机产品的成本日益下降,现在使用计算机作为控制核心的电器产品越来越多,如变压器,动力配电设备,显示仪表等.
(三).生活中的专用计算机系统
各种汽车电器,数字电视,VCD机,数码摄像机,数码照相机,全自动洗衣机,微波炉等,都有计算机的影子.计算机正在越来越广泛地进入我们的生活空间.
第三节:数控机床的概念及其基本特点
一.数控机床的概念
顾名思义,数控机床即数字控制机床.其核心控制部分全部由数字电路构成.它是由数字电路控制机床加工过程并实现需要的工艺参数的专用设备.
早期的数控机床控制系统完全用硬件——数字电路芯片构成.由于电脑技术的高速发展,数控机床的控制部分已完全被计算机取代,且功能大大加强.可以说,加工中心的发展完全得益于计算机的应用.电脑的强大功能有效地提高了机床的加工能力.而且,由于计算机运算速度的发展,数控机床控制部件也逐步走向数字化,智能化.
二.数控机床的基本功能.
从如下的功能中可以让我们更全面地了解数控机床.
1.控制加工过程的刀架移动速度和轨迹,实现多象限联动控制或单独控制.
2.关联或独立控制坐标轴的转速和位置.
3.实现对刀架,刀具库的加工控制.
4.外围动作的控制(M,S,T功能).
5.PLC功能.
6.系统自诊断功能.
7.良好的人机界面(图形用户接口GUI).
8.和其它计算机系统联网,互换数据信息和获取帮助.
三.数控机床的特点
(一).零件加工可编程
由于加工零件的形状可用程序编制,使得一机可以多用.在存储器中可存储多个零件的加工程序,加工时只要适当调整夹具和刀具即可变更加工内容.
(二).加工工艺参数的柔性调整
各种加工工艺参数,如刀具偏差,进刀速度,主轴转速,行程极限,传动间隙等均可以随时调整.
(三).可实现良好的加工精度
随着数控技术的发展,各类加工参数调整的柔性化,大大地简化了机床机械部分的结构.典型的一个数控"轴",机械部分只剩下一套丝杠和一个工作台.加上电气系统的发展已明显超出实际加工能力的需要,这就为提高加工精度奠定了好的基础.
四.数控机床的适用范围
对数控设备比较经济的使用观点是,用于具有小批量和产品多变性的场合,不适合大批量的流水作业.但现在的企业在生产线上使用数控设备的已越来越多,其代价是要付出昂贵的设备费用,而获得单一的功能.但由于其优良的加工精度,在大批量流水作业中使用也越来越多.
第四节:如何学好数控设备知识
一.注重基础知识的学习
由于数控技术理论上较为深奥,要掌握这门技术,就必须注重基础理论的学习.
二.从电气,工艺,机械结构几个方面综合学习
数控技术是一门集计算机技术,自动控制技术,机械技术,工程力学,加工工艺学等于一体的学科,因此,独立地想从单方面去了解数控设备是不可能的.只有把这些方面结合起来学习,才能完整地掌握它.
三.结构化的学习方法
数控机床是一套复杂的系统,控制逻辑性和关联性强.因此,掌握系统的整体结构,熟知各个部分的作用和特点,对更好地使用和维护数控机床就显得特别重要.这种结构化的思维在机床调整和维修中是非常有益处的.
四.了解数控机床的技术发展趋势
世界上的第一台数控机床是1952年由美国的Parsons(帕森斯)公司和麻省理工学院联合开发的,用于直升机制造的三坐标数控铣床.而我国最早的数控系统研制是从1958年开始的.
目前,数控机床和可编程序控制器(PLC),工业机器人,网络技术并列为工业自动化发展的四个方向之一.而其本身,也经历了日新月异的发展.
数控系统本身就经历了分立元件,集成电路,小型机,专用微型机系统,直到现在建立在个人电脑操作平台基础上的控制系统这样一系列的发展阶段.其功能也越来越强,速度越来越快,指令集越来越丰富.输入存储介质也由最早的纸带发展到现在的硬盘,软盘,各种类型的存储器等多种介质.
在计算机技术高速发展的基础上,控制系统的各个部分,如接口,驱动器,操作面板等也逐步智能化,数控系统由单一的计算机系统变成了多计算机系统分工协作,从而使系统的整体性能大幅度地提高.
伺服系统随着电机制造技术的发展,也经历了步进伺服,直流伺服,交流伺服几个过程.而交流伺服又经历了交流模拟伺服和交流数字伺服两个阶段.伺服系统的发展为机床的精度提高奠定了控制基础.
机械系统同样经历了巨大的发展,刀库由最早的简单刀架倒现在复杂的刀库管理系统,工作台由单一工作台到多工作台的自动交换系统,由于新材料和新工艺的发展,传动系统精度也日益提高.从而为机床整体性能和精度的提高创造了良好的前提条件.
数控机床在生产过程中的应用也由最早的单机工作逐步发展到由一台计算机为多台数控机床编程的计算机直接数控系统(DNC),兼DNC系统,自动输料,生产管理系统于一体的柔性制造系统(FMS),集产品开发设计,制造过程,生产管理,市场分析和财务管理等于一体的计算机集成制造系统(CIMS).完全可以说,数控设备将是今后工厂自动化的重要基础.
第五节:数控机床的控制结构
典型的数控机床控制系统如下:
(键盘,手轮等)
操作设备 PLC系统 机床现场
显示器 数控系统 驱动电路 伺服电机 工作台
或反馈电路 反馈器件
其中:
1.数控系统:包括上述的CPU,存储器,输入输出接口及其他的一些专用电路,是机床的控制中心.
2.PLC系统:又称可编程序控制器,用于机床各部件的整体动作逻辑组织和控制.
3.驱动电路:属于输出设备,用于将数控系统的控制指令放大和转化为电动机的激励信号,控制电机的旋转.
4.伺服电机:专用于数控设备直线轴和旋转轴的驱动电机,有优良的可控性和精度.
5.反馈器件:用于测量工作台的位移量或旋转角度.
6.反馈电路:负责反馈器件测量信号的处理转换,最终回送给数控系统和驱动电路进行位置和速度计算.
7.操作设备:操作者向控制系统发送指令的工具.如键盘,手轮.
8.显示器:数控系统通过屏幕显示方式向操作者反馈信息的工具.
第六节:数控系统
一.数控系统是数控机床的控制核心
包括CPU,存储器,输入输出接口及其他的一些专用电路,是机床的控制中心.它主要完成如下控制任务:存储系统管理程序,数控功能管理程序,用户应用软件环境,零件加工程序,各类参数及工艺数据等.按照操作人员的指令控制执行机构完成零件加工和调整等操作.控制外部设备,完成人机的相互交流.通过外部接口或网络,和其它计算机系统进行数据交换.数控系统的种类非常多,但国内比较常用的数控系统有日本FANUC系统,德国SIEMENS系统,美国GE-FANUC系统等.国内的华中数控及广州数控等.
二.执行机构
就象人一样,只有给电脑装上"四肢",数控系统才能完成实际加工工作.而这里的"四肢",就是执行机构.
(一),那些部分属于执行机构
数控机床的执行机构是指把数控系统的加工命令转换为实际加工过程的中间机构,它包括:
1.驱动电路:用于将数控系统的控制指令放大和转化为电动机的激励信号,控制电机的旋转.
2.伺服电机:用于数控设备直线轴和旋转轴的驱动.
数控机床常用的驱动电机有三种,即步进电机,直流伺服电机和交流伺服电机.
3.由伺服电机驱动的机械机构:如工作台,刀架,主轴及其传动系统等.
4.测量系统:测量伺服轴的实际直线位移和角位移.
(二).对执行机构的要求
数控机床的执行机构必须具备下述特点,才能满足加工过程的精度要求:
1.具备高度的可控制性.
所谓可控制性,亦即执行机构对数控系统给定的速度和位移量的跟踪灵敏度和精度.无论数控系统的给定速度如何变化,执行机构都必须实现快速跟踪.当系统发出位置命令时,执行机构要高精度地到达给定的位置.可以说,可控制性是数控机床满足加工精度的重要前提.
2.具备良好的抗扰动能力.
执行机构在遇到外界干扰,如负荷,电压等的变化时,必须有强的抗扰动能力,保持相对稳定的速度.否则,就会直接影响加工的表面质量和精度.
3.能很好地适应环境的变化.
无论是机械结构,还是电气系统,都要求对环境的变化,如温度,湿度,灰尘等,具备良好的适应性.为此,机械系统,尤其是传动系统必须有好的刚性和防护,环境变化时变形要小.电气系统的设计则要对各种元件的选择,补偿,防护等予以综合考虑.
第七节:步进电机和伺服电机
一步进电机
步进电机是最早广泛应用于数控机床的一种电机,现在虽然在数控机床上已很少使用,但由于其具备良好的经济性,在很多要求定位控制精度不高的场合,仍然而且将长期被采用.
一.步进电机的结构和普通电机一样,它包括定子,转子,励磁绕组几个部分.
所谓定子,即电机外壳和励磁磁极,是不能转动的部分.
转子是指旋转部分,由它驱动机械负载产生运动.
励磁绕组绕在定子上,由符合要求的电流信号进行激励,产生励磁磁场,从而驱动转子旋转.
除三相电机外,还有四相电机,五相电机等.
步进电机的转子又有电磁式和永磁式两种.
二.步进电机的工作原理五.步进电机的控制方法
通过上面原理和励磁方法的分析,我们可以发现步进电机的控制可以按下述方法进行:
速度控制:通过改变励磁频率来实现.
方向控制:通过改变励磁顺序来实现.
位移量:由于步进电机的步距角是固定的,因此,位移量可以简单地折算成励磁脉冲个数.这样,无须位置反馈,即可以通过发出固定的励磁脉冲数来控制工作台做特定的位移运动.
二 :直流伺服电机
直流伺服电机实质上就是一台特殊的直流电机.它是数控机床的第二代驱动电机,现在服役的设备中,还有相当部分的数控机床采用这种电机.但从二十世纪九十年代起,它就已经开始逐步被交流伺服电机取代.
一.直流伺服电机的原理及一般结构
直流伺服电机的定子磁极一般采用天然磁铁.如图,N,S构成一对磁极,形成由上到下的恒定磁场.如果在转子表面沿轴向粘上多层独立分匝的绕组(图中只画出了其中一匝),并通以图示方向的电流,则根据左手定则,绕组将受到逆时针方向的旋转力,而使转子逆时针旋转.
从图中我们还可看到,在直流电机中,每匝绕组中的电流要每180度换向一次,即上半周和下半周方向相反.直流电机的转子电流由电刷提供,换向则由和电机轴同轴安装的换向器完成.
直流电机为改善换向性能,消除换向时电流断续时产生火花,一般还设置换向磁极.
所以普通的直流电机除外壳外,还包括定子磁极,换向磁极,转子(又叫电枢),电刷,换向器等部分.
三 : 交流伺服电机
(一).单相交流伺服电机
(二).三相交流伺服电机
(三).交流伺服电机的物理结构特点二.交流伺服电机的调速和换相
(一).单相交流伺服电机
对单相交流伺服电机来讲,通过调节励磁电压的幅值或两个电压的相位差来实现调速.前者叫做幅值控制,后者称为相位控制.
换向只要改变控制电压与励磁电压的相位超前关系即可.
当控制电压等于零时,电机停止.
(二).三相交流伺服电机
这种电机的控制方法有矢量变换和直接PWM控制等,控制比单相电机复杂得多,不予赘述.
第八节: 驱动控制系统
由于三种伺服电机的出现,也因而产生了三种伺服驱动控制系统.即所谓: 步进伺服系统,直流伺服系统和交流伺服系统.
一. 步进伺服系统
步进伺服系统是较早期的系统,国内主要出现在70年代,现在一些要求定位精度不高的场合仍在使用.
控制系统即数控系统的核心控制部分.它给出一个脉冲列,脉冲频率决定了电机的速度,频率越高,速度越高.脉冲数量则决定了实际位移量.
环形分配器是把单一脉冲列按照电机各相励磁要求分成多个脉冲列.
功率放大部分把多个脉冲列进行放大,最后驱动电机的各相绕组,使电机旋转起来.
从成本经济,结构简单和利于维护方面来讲,步进系统是最具优势的.但其定位精度和平稳性有较明显缺陷,而且系统易受到干扰.近年来,由于国外对大功率步进系统开发的研究,步进系统的应用又有恢复的趋势.
二.直流伺服系统
直流伺服系统是较步进系统高一级的系统,八十年代在我国得到广泛应用,而且现在仍有一部分在服役中.
直流伺服系统框图直流伺服系统调速范围宽,控制平稳,精度也较高.但成本较步进系三.交流伺服系统三.其它测量器件简介
测量位置的器件还有很多.其中使用较多的还有光栅,旋转变压器,磁栅等.我们不再一一介绍.
第九节:基本外设
数控系统常用的外围器件有显示器,键盘,软驱,打印机,编程设备,手摇编码器等,它们统称为计算机系统的外部设备.
一.普通外设
这类设备即CRT,键盘,软驱,打印机等,它们是人机交流的重要工具.第一章中已经有所介绍,此处不予以重述.
二.编程设备
(一).纸带机
在七十到八十年代,纸带机是一种重要的编程和程序输入设备.它把程序和数据用经编码后的八位穿孔制作在纸带上.国际上还专门制定了ISO纸带指令标准.后来随着存储介质的容量,性能,种类的飞速发展,纸带机已经逐步被淘汰.
(二).专用编程器
继纸带机之后,数控设备的编程由数控设备厂家开发的各类专用编程器取代.这类编程器实际上是一种专用计算机系统,没有通用性,价格昂贵,每台几万元到几十万元不等.目前还有大量的这类编程设备在使用中.
(三).个人电脑编程
利用普通个人台式电脑或笔记本电脑,加载必要的软件和接口,实现对数控设备的编程和程序数据管理,这是近几年发展起来的一种新型编程工具.由于个人电脑资源广泛,可以避免重复投资.我们只要购买数控设备厂家的专用编程软件和必要的接口,即可方便地实现对机床的程序和数据编辑,备份,重装等操作.
(四).手摇脉冲编码器
这是一种由操作工人控制的,命令工作台作定量进给的器件.
它实际上也是一种光电脉冲编码器,二者的原理基本相同.区别无过于驱动来源不一样,一为设备电机,一为人为手摇而已.它把输出脉冲送到数控系统,使机床按照设置的脉冲当量(每个脉冲的走刀量或转角)进行走刀或旋转操作.
第十节: 数控编程原理及规范
一.数控编程坐标系
(1).绝对坐标和相对坐标△Z=Z终点-Z起点
(2).输入单位和输出单位
(3).直径编程与半径编程
半径编程时,输入单位和输出单位相等,编程位移量就是实际走刀量.但对车床的X轴来讲,零件直径变化将是编程位移量的二倍.直径编程和半径编程要在参数系统中进行设置.
二.数控坐标系的建立
(一).编程确定
用G92命令.这是一条专门用于建立坐标系的命令,通过给出当前刀具位置坐标来间接建立坐标系.这个坐标系我们又称之为工件坐标系.
比如:G92 X100.00 Z150.00 LF
这个程序段建立了一个坐标系,坐标原点在刀具(刀尖)当前位置X负向
(二).自动坐标系
从参数系统中给出机床参考点(机床的绝对位置基准,后续章节有介绍)的坐标以建立坐标系,以后的走刀按照该坐标系进行.这个坐标系也叫做机床坐标系.
三.插补原理
数学上对加工轨迹进行逼近的方法叫做插补运算.它是在坐标系内完成的.
下面以逐点比较法为例进行说明.
逐点比较法的进刀是一步步执行的.它通过数学方法来跟踪计算刀尖的当前位置坐标,再和编程轨迹坐标进行比较,以确定刀尖相对于编程轨迹的位置,控制刀尖沿着编程轨迹进行下一步移动.
计算机从起点坐标(坐标原点)起,开始逐点判断当前刀尖位置是在编程轨迹之上还是之下.如果在上,则向X+走一步;如果在下,则向Z+走一步.每走一次刀,还要和终点坐标比较,如果已经到达终点,则走刀停止.通过逐点比较和选择走刀方向,实现对编程轨迹的跟踪.鉴于操作工人的特点,这里我们不交代插补运算的数学过程.
逐点比较法在其他象限也有对应的比较走刀原则
在数控系统中,早期是用硬件插补器进行计算的,现在由于计算机速度的大幅度提高,这一过程已经完全可由软件来完成.
逐点比较法的各象限走刀规则实际上的插补计算除了逐点比较法以外,还有数字积分法,比较积分法,脉冲乘法器,矢量判别法,最小偏差法等.
四.程序标准
数控设备通过特殊的数控程序来完成加工过程.数控编程有两种标准,即:
ISO标准:国际标准化组织制定的标准.
EIA标准:美国电子工业协会制定的标准.
其中EIA标准曾在70到90年代广泛地应用于数控机床的程序设计.现在,越来越多的厂家采用了ISO标准.
我们后面的课程中,如无特殊说明,所介绍的指令系统都使用ISO标准.
很多厂家,包括FANUC和SIEMENSE,还有自己的企业标准.
五.程序结构
我们先看一个ISO标准程序的结构例子:
O××××
N
N
N0020 ......
......
N××××:...... EM
其中,包括了数控程序的主要构成部分:
1.程序块:O××××引导的一个相对完整的程序.取值1-9999.
2.程序段:N××××引导的一个程序行.取值1-9999.
其常规顺序是:
段号 G代码 位置坐标 M代码 S代码 T代码 LF
各种代码的意义我们在后续课程中分别予以解释.
3.指令:G92,G01,X150.0,M05等.
4.段结束:LF.
5.块结束:EM.
六.编程步骤
一般来讲,数控系统的编程遵循如下步骤:
1.分析图纸,确定轨迹.
对图纸进行分析,根据机床的装夹方式和刀具,材料等的特点,确认详细的加工过程,并逐一确定每一个过程的走刀轨迹.
2.确定各分轨迹的有关加工工艺参数,如转速,进给速度,切削量等.
3.建立坐标系,计算各轨迹的终点坐标和半径等轨迹数据.
4.编制程序.
在上述过程完成后,可以实际编制加工程序.
5.输入程序.
把程序通过机床键盘或编程设备输入到数控系统中.
6.调试程序.
对输入的程序进行实际上机调试.调试时可以选择单步执行方式,并降低机床运行速度,不带刀具空运行.程序逐段调试通过后,再上刀具重复调试一遍.确认无误后,才能进入正式加工生产.
第十一节:准备机能--G指令
G指令又叫"准备机能"指令.它一般规定刀具的走刀方式,是数控系统中最基本和最广泛的指令.
一.模态G代码和一次性G代码
模态G代码是指G指令的作用除非有专门指令来解除,否则将一直有效.
一次性G代码的作用只在本程序段内有效.
二.G代码简介
这里我们只介绍几条常用的G指令,旨在理解G指令的基本概念和常规使用方法.
(一).F代码——速度指令
了解G代码之前,应该了解这个指令.它的任务是给出走刀速度,一般放在程序段的最后.其单位在参数中规定,习惯使用mm/min,今后的举例中都采用这种单位.
格式:F__
(二).G92——坐标系设定指令(模态)
格式:G92 X__ Y__ Z__
操作:确定坐标系.它直接给出当前的位置坐标,而间接得到坐标原点的位置,从而建立一个坐标系.
例:N
(三).G00——快速定位指令(模态)
格式:G00 X__ Y__ Z__
操作:快速走刀到坐标为X__ Y__ Z__的点.
例:N
(四).G01——直线插补(模态)
格式:G01 X__ Y__ Z__
操作:以规定速度走刀到坐标为X__ Y__ Z__的点.
使用这条命令时,应在同一程序段中规定进刀速度,否则它将以前面最近处给定的速度走刀.
例:N
在知道当前位置坐标时,同样可以用相对坐标进行编程.
(五).G04——暂停指令
格式:G04 X(或U,P)__
操作:以规定的时间执行等待操作.一般用于光刀等.
G04后的X,U单位为秒,P为毫秒.
例:N
在当前位置等待2.5秒.
第十二节:辅助机能--M指令
一.辅助机能的作用
辅助机能是数控系统实施外部操作的重要功能.如控制主轴起停,冷却开关,夹具松夹,润滑工作,防护门开关等等.它通过M指令,把控制代码送到PLC,由PLC译码辨别数控程序的操作要求,再通过PLC程序控制外部电路执行.
二.辅助机能的代码规定
格式:M××
((的取值范围依系统的不同而不同,一般为00到99.
M代码在ISO标准中有固定定义,但许多厂家并不遵守这一标准定义.
表格3-1列出了ISO标准下的部分常用M代码.
表3-1:ISO标准的常用M代码表
M代码 功能
M00 程序停止
M11 松开
M01 计划停止
M30 纸带结束(即程序结束)
M02 程序结束
M40 齿轮换档
M03 主轴顺时针旋转
M41 齿轮换档
M04 主轴逆时针旋转
M42 齿轮换档
M05 主轴停止
M43 齿轮换档
M06 换刀
M44 齿轮换档
M07 2号冷却开
M45 齿轮换档
M08 1号冷却开
M50 3号冷却开
M09 冷却关
M51 4号冷却开
M10 夹紧
M60 更换工件
以上M代码中M00,M01,M02,M03,M30几个是比较固定的M代码,其它用户在使用中比较松散,通常是任意约定的.其中几个M代码解释如下:
M00:程序停止.在完成当前程序段的指令后,暂时停止一切动作,包括冷却,主轴旋转,进给等,以便操作者进行手工调整.调整后由操作者重新启动,程序将继续执行.
M01:计划停止.与M00类似,不同的是:面板上可以设置一个任选停止按钮,如果该按钮被按下,M01才予以处理,否则不执行.
M02:程序结束.用在一个程序块的最后,表示程序结束,相当于EM命令.
M30:纸带结束.原本表示程序按照纸带运行时,程序结束的标志.现在也常用做程序结束,与M02和EM相同.
第十三节:刀具机能与刀具的管理--T指令
一.刀具机能的作用
刀具机能是数控系统实施刀具管理操作的重要功能.它可以控制换刀操作,刀具补偿等.
它通过T指令,把控制代码送到PLC,由PLC译码辨别数控程序的操作要求,再通过PLC程序控制外部电路执行换刀.
二.刀具机能的代码规定
格式:T××××
头两位表示刀具号,后两位表示刀具补偿参数号.
当补偿号取00时,表示取消补偿.
××的取值范围也依系统的不同而不同,一般为00到99.
例如:T0205表示换2号刀,调用5号刀具补偿参数.
三.T代码的控制原理
T代码的控制在早期的数控系统中,和M代码一样,都是通过外部硬件电路接口来把编码信号送到PLC的.其电路原理与M代码相同.
新型的数控系统也使用内存中的特定地址字节交换T代码信号.当NC程序中运行了T代码时,这些地址字节的某一位被置,PLC程序到这个地址中读取数据并进行译码,完成对外部动作的控制.
各种数控系统的存储地址和形式可能不同,使用时需查阅相关手册.
第十四节:主轴机能--S指令
一.主轴机能的作用
主轴机能是数控系统对主轴操作的命令形式.多用于主轴速度换档.
它通过S指令,把控制代码送到PLC,由PLC译码辨别数控程序的操作要求,再通过PLC程序控制外部电路执行.
二.主轴机能的代码规定
格式:S××
××的取值范围依系统的不同而不同,一般为00到99.
注意在伺服主轴的恒转速操作中,S××××的S直接给出转速,与外部功能的S命令不同.后续章节将有介绍.
三.S代码的控制原理
早期的数控系统中,S代码的控制同样是通过外部硬件电路接口来进行的.
以FANUC-3T系统为例,代码使用BCD码,排列规律为:
M2(15) M2(16) M2(17) M2(18) M2(11) M2(12) M2(13) M2(14)
例如:针脚送出00000010时,指S02.
PLC接到S代码后,对其进行译码,识别是什么指令,再控制相应外部动作执行.上面例子中,PLC执行主轴二档转速控制.
新型的数控系统使用内存中的特定地址字节交换S代码信号.PLC程序到这个地址中读取数据并进行译码,完成速度换档控制.
如FANUC-21系统的S代码就存在F022到F025四个字节中.
各种数控系统的存储地址和形式可能不同,使用时需查阅相关手册.
第十五节:一个小的程序实例
这是一个小程序实例,从这里我们可以一睽数控编程的概貌.
使用绝对编程时:
N
N
N
N
N0040 X
当使用相对编程时:
N
N
N
N
N0040 U
对于模态指令,如果其状态不变,可以不在每个程序段中都写出.如上面N0040中的G00指令.
第十六节:数控系统的参数系统
:参数系统的作用
数控机床的参数系统是数控系统用来说明机床结构,工艺要求和电气控制参数的数据集合.它包括:
一.工艺参数
参数中关联到工艺内容的部分.它涉及程序结构,度量衡体系,速度和加速度,加工基准,刀具管理等和加工质量直接关联的数据.
二.机械参数
参数中有关机床结构的数据.包括传动间隙,传动比,每转进给量,螺距,电子齿轮箱,行程极限,直线度补偿等.
三.控制参数
参数中和控制相关的数据.如控制增益,电流限制,测量器件规格,允许跟随误差,电机型号,驱动器数据等.
参数是数控机床运行的重要数据,它直接关联到系统稳定性和加工精度.只有正确调整和设置,系统才会良好地发挥作用,设备才有可能加工出合格的产品.
以上只是按照参数的作用进行的分类,实际上,一个复杂的数控系统的参数结构要复杂得多,必须下点工夫去研究,才能很好地掌握.
机床数据的管理中,这里仅介绍驱动数据的管理.
驱动数据是非常专业的电气设计参数,它由机床设计人员设计和调试,不要求操作人员掌握.这些数据包含了电机型号,各控制回路增益,电流等一系列数据,每个轴都有近百个.
一般来讲,只要在参数中输入电机型号,系统会给出该型号的默认驱动参数值.这些默认值多数时候能使系统正常运行.特殊情况下,可能要根据机床实际情况进行调整.
数控设备作为一类特殊的高技术设备,其使用和保养有许多特殊要求.只有正常使用和保养它们,才能保持其良好的运行状态.由于它们多数价格昂贵,且往往都用在重要质量控制工序,因此,我们更应该细心地呵护它们.
按照常规,我们对数控机床的使用提出如下要求:
1.做好程序与参数的备份,以便机床程序和数据丢失时及时恢复,防止造成长时间的停产.
备份的介质有硬盘,软盘,FLASH RAM(闪存),光盘,磁带,纸带等多种形式.具体过程要求专业人员操作,此处不做详述.
2.认真调整参数.合理地设置数据,特别是不遗漏安全参数是设备良好运行的保证.
如最大限速,行程极限,刀具补偿值,过载电流等,设置不当将可能造成事故或不应有的故障.
3.善用,慎用倍率开关控制速度.尤其在调试时,合理使用可以防止碰撞而造成机械机构损坏.
4.留心电池状态,有电压低报警时要通知电工换电池.这样可以避免程序和数据丢失.
应注意的是,换电池必须在带电状态下进行.此时即使电池被摘除,由于系统处于送电状态,数据也不会丢失.
5.不直接在系统运行状态下停电,应在关闭系统工作界面后拉闸,以免破坏数据和损坏器件.特别是操作系统为WINDOWS的机床,更应注意这一点.
6.注意使用环境.
由于精密电子系统的特点,对环境的要求明显比普通低压电器高.数控系统使用要注意下述几点环境因素:
(1).电箱的数控系统,电机,传感器件的防水,防潮特别要引起关注,大量的系统器件损坏皆源于此类原因.
(2).温度变化对伺服系统有一定影响,尤其对直流伺服系统特别明显.因此,多数系统配置空调,风扇等.应加强对这些附加装置的检查和修理,使其正常工作.操作工人也应帮助监视其是否正常运行,有问题及时报修.
(3).尽量防止灰尘,污垢,油泥等直接接触系统部件,以免造成短路故障.
7.注意电机负荷,避免不必要的过载损坏.
其直接现象是频繁爆保险或跳空开,出现位置超差报警等.此时必须及时通知维修人员检修.继续野蛮操作将可能造成烧板故障.
8.电压的变化与加工安全.
电压过高将引起系统的保护,禁止系统运行.这种情况极易发生打刀,废零件的事故,也容易导致电子系统损坏.有电压过高报警时不要强行加工,等电压正常后再恢复生产.
9.有在线主动测量仪的设备要特别关心夹具和定位装置的状态,防止工件定位不准而损坏量仪.
10.故障或隐患及时通知维修人员,避免带病工作.自己不要擅自处理电气故障.
11.服役设备不长期停转.这样可以较好地保持设备状态,特别是防止设备受潮和程序,数据的丢失.
第二章: 数控机床的实用编程技术
第一节:复杂的程序结构
一.主程序与子程序
主程序是程序的主体,它执行程序的主要功能.
子程序是程序中多次使用,由其它程序调用的子体.它执行程序的一部分功能.
例如下面的实例:
O0001(主程序)
N0010 ………LF
N0020 ………LF
N
N0040 ……… LF
………
NXXXX ……… EM
O1010(子程序)
N1020 ……… LF
N1030 ……… LF
………
NXXXX ……… M99 返回主程序.
主程序可以多次调用一个子程序,也可以分别调用不同的多个子程序.
子程序也可以调用子程序,这种调用叫做子程序的嵌套.嵌套层数不同系统有不同的规定.
子程序的合理使用可以大大地简化程序设计.对复杂数控程序的设计,建议大家把各个单元的操作设计成子程序,由主程序统一调用.这样设计的程序结构简单,思路清晰,便于今后修改和阅读.
二.宏程序
宏程序的作用类似于子程序,它是一组指令的集合,完成某个特定部分的功能.我们可以给这个集合取一个符号名称,这个名称可以作为一个命令来使用.每使用一次,相当于执行了一遍这个指令集合.
它和子程序的区别除使用形式不同外,还在于宏程序在编译成机器语言代码时,每使用一次将在程序代码主体中产生一次全部宏指令集合的代码,而子程序调用只产生调用命令的代码.
数控系统的宏命令有其特殊规定,它把大量算术和比较运算设计成标准宏程序,或者自行设计宏程序,通过宏命令G65,G66或特定G,M代码等来调用.
例如,下面是一个FANUC-21系统的例子:
O0001;主程序.
:
NXXXX G65 P
:
M30;
O9010;宏程序.
#3=#1+#2;
IF [#3 GT 360] GOTO 9;
G
N
程序中,";"号即"LF",M30即EM.很多厂家都有这类自己的习惯用法.
第二节:变量
一.变量及其分类
所谓变量,即用符号表示的,可以自由赋值的数学量.
变量是数控程序的一个重要概念.适当使用变量,可以设计出灵活的程序,并为设备使用提供方便条件.
FANUC的变量分为普通变量,系统变量,局部变量.
普通变量没有特定的意义,类似于普通数学意义上的变量,可以自由使用.系统变量有固定功能含义,如用于I/O信号,刀具补偿,坐标值,计时,操作控制,程序设置,产量计数,坐标系补偿等特定的功能.局部变量则是用于宏程序的变量.
SIEMENSE的变量分全局变量和局部变量等.
全局变量的值在主程序中定义,在主程序,子程序中均起作用.局部变量则只在某个子程序中定义,并只在该子程序中起作用.
数控系统的变量可以在程序中赋值,也可以在操作面板上直接修改.
程序号,程序段号,跳步号不能使用变量.
二.FANUC系统的变量
FANUC系统的变量用#号引出.为了了解变量的全貌,我们下面以FANUC-21系统为例,较详细地介绍其变量体系.
(一),普通变量
范围:非掉电保持:#100-#149
掉电保持:#500-#531
以上是系统固定提供的变量.
#150-#199,#532-#599为可选变量,由参数配置来得到.一旦参数规定使用这部分变量,它们即可以使用.
(二),系统变量
1.接口信号:下面变量对应外部开关量接口.
#1000-#1015,#1032:输入接口变量.它从PMC读入数据,调用#1032时,表示上述十六位同时读取.
(三),局部变量
范围:#0-#33.
局部变量用于宏程序以存储宏运行的操作结果.其中#0恒为空(null),其余局部变量由宏程序赋值.在掉电时,所有局部变量被初始化为空.
(四),变量的算术运算
程序中,变量可以使用算术运算.常规运算的编程格式如表7-4所示.
实际的变量运算还有一些值得注意的地方,读者可以查阅相关说明书,这里不进行详细介绍.
事实上,除了算术运算外,变量在程序中还可以做大小比较,使程序有判断不同情况并分别处理的能力.符号为:GT(大于),EQ(等于),LT(小于),NE(不等于),GE(大于等于),LE(小于等于).
表7-4:算术运算表
第三节:坐标系编程
坐标系编程包括建立坐标系,坐标平面定义,极坐标,坐标系变换等.这里只介绍坐标系建立和坐标平面定义.
一.坐标系建立
系统建立坐标系的方法有如下三种:
(一),编程建立——G92(模态)
格式:G92 坐标位置 ;
注意这种方法建立的是工件坐标系.见第三章中有关坐标系的内容,这里不再赘述.
(二),自动设置
参数内部设定，一旦系统各轴做回参考点操作,坐标系就自动设定了.
例如:当参数给出了X,Y,Z坐标100,50,30,当完成回参考点操作后,相当于执行了:
G92 X100.0 Y50.0 Z30.0;
当程序种执行了新的G92命令时,坐标系将被修改.
(三),面板设置的六个坐标系及调用——G54-G59(模态)
用操作面板可以建立六个工件坐标系,程序选用哪个坐标系可以用G54到G59来选择.但这个功能要在回参考点操作后才成立.
所谓用操作面板建立六个坐标系,实际上是设置六组相对于自动坐标系的偏移量.程序中通过G54到G59选择其中一组偏移量,对自动坐标系进行平移,从而得到一个新的坐标系.
格式:G54(或G55-G59)其它G指令 坐标位置 ;
例如:G
其中G90规定后续坐标值按绝对坐标理解.
当程序种执行了新的G92命令时,坐标系将被修改.
二.坐标平面选择——G17,G18,G19(模态)
格式:G17(G18,G19)其它G指令 坐标位置;
其中,G17,G18,G19分别指定XY,XZ,YZ平面.
例:G
如果不使用平面选择指令,系统默认为XYZ三维坐标系.
第四节:坐标值和尺寸
一. 绝对坐标和增量坐标编程——G90,G91(模态)
格式:G90(G91) 其它G指令 坐标位置;
G90:绝对坐标,G91:增量坐标.
这两个G代码规定后续程序中的坐标值是按绝对坐标走刀还是按增量坐标走刀.
上面的走刀轨迹,按绝对坐标编程时,程序为:
目前位置X50Y30：
G
按照增量坐标编程,则写为:
G
增量编程中,坐标值为终点坐标减起点坐标.出现负值时,表示沿坐标轴负方向走刀.
二.英制/米制转换——G20,G21(模态)
数控系统可以使用英制和米制两种单位体制.它们可以在参数中进行预置,也可以通过编程来规定.
格式:G20(G21);
其中,G20为英制输入,G21为米制输入.
它要求在坐标系建立前的一个独立的程序块中进行编程.例如:
N
N
......
N
这两条命令对角度没有影响,但影响如下内容:
——进给率指令F.
——定位命令.
——零点补偿.
——刀具补偿.
——手摇脉冲编码器的当量.
——增量进给的移动距离.
——部分参数.
第五节:插补功能
一.快速定位——G00(模态)
格式:G00 坐标位置 ;
用法参见第二章有关内容,不再复述.
二.直线插补——G01(模态)
格式:G01 坐标位置 ;
用法参见第二章有关内容,不再复述.
三.圆弧插补——G02,G03(模态)
格式:G02(G03) X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ F_;
或G02(G03) X_ Y_ Z_ R_ F_;
上面各项中:G02:顺时针插补.G03:逆时针插补.
X_,Y_,Z_:给出圆弧终点的坐标.
I_,J_,K_:为起点到圆心向量在X,Y,Z三个坐标轴的投影值,注意投影值有正负.
R_:圆弧半径.
F_:插补走刀速度.
使用半径编辑圆弧时,要注意如下两点:
1.它无法编辑整圆.
2.R值在被编辑圆弧夹角小于等于180度时取正,大于180度时取负.这是由于在给出半径值和终点时,能画出两个圆弧.有了符号的规定,则圆弧就是唯一的了.
圆弧编程举例:下面四种编程方法都是可行的.
使用绝对值编程,用I,J,K:
G
G
G02 X90.0 Y80.0 I-30.0 ;
使用绝对值编程,用R:
G
G
G02 X90 Y80 R30 ;
使用增量值编程,用I,J,K:
G
G
G02 X-30.0 Y-30.0 I-30.0 ;
使用增量值编程,用R:
G
G
G02 X-30.0 Y-30.0 R30.0;
四.跳步——G31(一次性)
格式:G31 其它G插补指令 坐标位置 ;
它的作用是,G31加在其它插补指令之前时,系统将在本程序段的走刀过程中检测外部的中断——跳步信号(开关信号).当接到跳步信号后,当前程序段终止执行,自动跳到下一个程序段执行.
这个功能是为在线测量的量仪设置的.当加工到量仪规定的尺寸时,由量仪给出中断跳步信号,控制机床停止进刀.
例如:G
Y50.0;
Y 跳步信号
50.0
100 X
有的系统给出多个跳步信号,程序中在G31后用P1,P2等对这些跳步信号进行识别.例如:
G31 P
五.螺纹切削——G33(模态)
格式:G33 坐标位置 F_;
其中,坐标位置为终点坐标,F给出螺距在坐标轴上投影的最大值.
这条G指令用于加工螺纹.该指令的使用前提是工件旋转必须采用伺服控制系统控制.它要控制刀架配合工件的旋转均匀走刀,否则加工出来的螺纹将达不到要求.
我们来看看在数控车床上的几个典型的螺纹编程例子:
直螺纹:G
锥螺纹:G
涡形螺纹:G
第六节:进给功能
一.进给速度
对于系统的进给速度控制,我们应该了解如下内容.其它系统的控制方式相似,但参数号码等有差别.
1.快速进给G00的速度由参数给出.
2.插补G01,G02,G03的速度由F后的数字直接给出,它的作用是续效的,除非在后面的程序中改变它.
3.进给率上限速度由参数给出.当编程速度超过上限值时,将以上限速度加工.而插补G01和插补G02,G03的速度上限还可以用参数予以重复限制.
4.机床面板上可以用倍率开关设置快速,插补,一位F代码进给率的倍率.实际走刀速度将用倍率乘以编程速度.
5.在参数表中,还可以规定加/减速方式和加/减速时间等,以减少机械冲击,使速度更加平稳,有利于提高加工精度.
二.暂停指令——G04
格式:G04 X_(或P_);
其作用为进行暂停加工,等待一段时间再运行后续程序.
X_:IS-B单位:取值范围0.001到99999.999,单位为秒或转.
IS-C单位:取值范围0.0001到9999.9999,单位为秒或转.
P_:IS-B单位:取值范围1到99999999,单位为0.001秒或转.
IS-C单位:取值范围1到99999999,单位为0.0001秒或转.
G04一般情况下用时间进行计时.但当使用每转进给(G95)方式,且参数3405的位1置为1时,用转进行计时.即程序执行G04时,等待主轴完成X,P给定的转数后再继续加工.
三.每分进给和每转进给——G94,G95(模态)
格式:G
G
其中,G94后的F给出每分钟进给速度,G95后的F给出每转进给量.
送电后,系统默认的状态为每分进给.
这两种进给方式都可以在面板倍率开关上设置0-254%的倍率.
默认的每分进给的单位为毫米/分或英寸/分,每转进给的单位为毫米/转或英寸/转.
四.进给率控制——G61,G63,G64(模态)
(一),准停控制——G61
格式:G61 其它G指令 位置坐标;
该指令所在程序段执行时,刀具在段尾减速,并进行到位检查,然后再执行下个程序段.
比较G63,G64指令,我们可以更好地理解G61的作用.
(二),切削,攻丝的速度限制——G64,G63
格式:G64 其它G指令 位置坐标;切削方式限制.
G63 其它G指令 位置坐标;攻丝方式限制.
这两个命令所在程序段的结尾处刀具不减速,而是直接转入下一个程序段执行.而且,G63指令使用后,将不受进给率倍率开关的影响.
以上指令均为模态指令,给出其中任何一种指令,其它两个指令的作用将被取消,新给出的指令起作用.
第七节:参考点返回
一. 参考点
参考点是机床上通过位置传感器确认的绝对位置基准点.只要不改变传感器和机床的相对安装位置,参考点就是固定不变的.
一般的数控系统至少可以提供一个参考点.FANUC-21系统除了机床坐标系(由参数1240设置)对应的参考点外,还可以在参数1241到1243中设定第二到第四参考点.显然,这三个参考点是建立在第一参考点之上,而且是虚拟的.
.
二.参考点返回检查——G27(一次性)
格式:G27 位置坐标;
坐标位置即参考点坐标,执行完成后,要检查是否为真正的参考点.如果是,则参考点灯点亮.否则给出092号报警.
例如:G27 X100.0 Y110.0;
三.参考点返回——G28,G30(一次性)
格式:G28 位置坐标;
G30 Pn 位置坐标;
G28用于返回机床坐标系的参考点,G30用于返回第二到第四参考点.
上面,坐标位置给出回参考点途经的一点坐标值,这样做的目的是使回参考点操作有可能避开某些干涉点.Pn的n取值2-4,指第二到第四参考点.
程序举例:
G28 X100.0 Y230.0;
第二到第四参考点的返回G30必须在机床坐标系建立的前提下进行,执行方式同G28.G30指令通常在换刀后调整基准使用.
四.从参考点返回——G29(一次性)
格式:G29 坐标位置;
它必须在G28或G30之后的程序段立即给出.其工作起点即为参考点,坐标位置是终点坐标.G29从参考点开始,途经G28或G30的中间点,到达终点.
程序举例:
G28 X100.0 Y230.0 ;
G29 X240.0 Y100.0 ;
G29是一条非常有用的指令,它在机床找到基准(建立机床坐标系)后,用于使机床回到加工循环的原点.
以上各和参考点相关的指令的走刀速度除参数特殊规定的外,均采用快速速度.
第八节:主轴功能
一.代码S
S代码有两种含义,一种是对外输出开关量控制,另一种是跟随在G96,G97命令后直接给出主轴速度.
前一种情况的具体说明可以参考第二章关于S代码的内容.
S代码用于G96,G97之后时,使用五位数字,可以给出线速度或转速.
二.恒线速命令——G96(模态)
格式:G96 SXXXXX ;
G96 Pn SXXXXX ;
XXXXX为五位线速度,单位米/分或英尺/分.n为关联直线轴的轴号,取值0-4.不指定关联轴或n取0时,使用参数设置的关联轴,n取1-4指第一到第四轴.
它规定工件和刀具的切削点线速度必须是常数,而不管当前刀具位置如何.亦即,工件转速要跟踪关联轴刀具的位置.
三.恒转速命令——G97(模态)
格式:G97 SXXXXX ;
XXXXX为五位转数,单位转/分.
它规定旋转轴的转速必须是常数,而和刀具位置无关.
四.主轴限速命令——G92(模态)
格式:G92 SXXXXX ;
XXXXX为五位转速,单位转/分.
它规定旋转轴的转速上限,当编程速度超过它时,将以此速度旋转.
第九节:固定循环
这类指令用于常用的镗,钻,攻丝等的典型加工过程.它把典型加工过程用单一指令去完成,可以大大简化数控编程.
FANUC-21系统的G73到G89都是这类指令,共规定了十二个固定循环命令.这里只做概念性的介绍,具体指令介绍其中一个——高速多重钻孔循环G73.希望籍此使大家对固定循环命令有一个基本的认识.更多的内容需要的读者可以查询该系统的相关手册.
一.固定循环的描述
(一),标准操作过程
一般来讲,FANUC给固定循环定义了六个标准操作过程:
操作1:定位刀具到循环起始位置.
操作2:快速移动到R位置(初始加工位置).
操作3:进行孔加工.
操作4:孔底部加工.
操作5:返回到R位置.
操作6:快速移动到循环起始位置.
(二),定位平面和钻孔轴
固定循环的钻孔轴指钻头进给方向对应的轴,定位平面指和钻孔轴垂直的平面.系统规定用G17到G19定义定位平面,这样也间接给出了钻孔轴.但定义平面指令要在固定循环程序段中同时给出或在其前面程序段中进行定义.
例如:G
G
G
(三),固定循环的几条辅助指令
1.返回指令——G98,G99(模态)
当加工到达孔底部时,使用G98可以返回到起始位置,使用G99则返回到R位置.
它们要和固定循环一起使用才有意义,具体用法见关于G73指令的介绍.
2.固定循环的取消——G80(模态)
所有固定循环指令都是模态指令,它们的取消用G80完成.
另外,如果固定循环后给出了如下插补指令,也将被取消:
G00,G01,G02,G03,G60.
二.固定循环举例:高速多重钻孔循环——G73(模态)
以Z轴为钻孔轴时,有:
格式:G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_ K_ ;
上面格式中,X,Y:孔位置坐标.
Z:R位置到孔底部的距离.
R:起始位置到R位置的距离.
Q:每次切削加工的深度.
F:切削进给率.
K:重复进给次数.
下图给出了G73的整个加工过程.它先把钻头定位到起始位置,再快速移动到R位置.以后重复K次进刀,每次延伸进刀量为Q,返回量为d.K次进刀完成后,直接钻孔到孔的底部点Z.最后的返回方式如用G98则返回到起始位置,用G99返回到R位置.
每次进刀返回量d由参数5114给出.这样做的目的是为了便于倒出铁屑,实现快速加工.
使用固定循环命令时,要先用M03代码启动主轴.
d:返回量
G73(G99)
G73(G98)
没有评论:
发表评论