數(shù)控機(jī)床操作與運(yùn)用基本知識講座——第2講數(shù)控機(jī)床的基本運(yùn)動形式及其程序指令數(shù)控機(jī)床操作與運(yùn)用基本知識講座第2講數(shù)控機(jī)床的基本運(yùn)動形式及其程序指令菲誠管理咨詢(上海)有限公司(200l22)沈炯各種類型的數(shù)控機(jī)床都具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動軸.所有金屬切削機(jī)床都要求其運(yùn)動軸在各自的運(yùn)動區(qū)間內(nèi)能準(zhǔn)確定位.而數(shù)控機(jī)床相對于普通機(jī)床而言,其優(yōu)越性首先表現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床具有的自動,精確和連續(xù)平穩(wěn)的運(yùn)動控制功能.1.運(yùn)動形式及其控制一般來講,數(shù)控機(jī)床運(yùn)動控制功能有下列幾項(xiàng):①運(yùn)動形式控制.②運(yùn)動軸及運(yùn)動方向控制.③移動量及移動速率控制.機(jī)床最常見的運(yùn)動形式是直線運(yùn)動和圓周運(yùn)動.而數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動形式有三種,除了直線和圓弧切割運(yùn)動外,還有一種"快速移動"(RapidTrave1),它的作用是將刀具快速移動到"預(yù)加工"位置上.運(yùn)動軸及其方向指的是刀具相對與工件的走向.而移動量及移動速率指的也是工件與刀具間的相對位移及速率.2."機(jī)器坐標(biāo)"與"Jj~'r坐標(biāo)"任何運(yùn)動的定位都是建立在位置坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的.在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際運(yùn)用中,直角坐標(biāo)系與極坐標(biāo)系都會被用到,而直角坐標(biāo)系是更常用的坐標(biāo)系統(tǒng).每一臺數(shù)控設(shè)備都有一個(gè)"機(jī)器原點(diǎn)"或"機(jī)器零點(diǎn)".對于數(shù)控加工中心而言,機(jī)器零點(diǎn)往往與長方形工作臺的一個(gè)頂角重合.數(shù)控機(jī)床控制器內(nèi)的運(yùn)算,采用的是計(jì)算機(jī)機(jī)器語言,而這些計(jì)算都是以機(jī)器原點(diǎn)為基準(zhǔn)的.這里有一個(gè)概念必需清楚,那就是雖然一般最通常選用的直角坐標(biāo)系多為第一象限,數(shù)控機(jī)床的機(jī)器坐標(biāo)可能是第一到第四象限中的任何一種.這完全取決于機(jī)床生產(chǎn)廠家的設(shè)置.但是,在絕大多數(shù)情況下,具體加工程序是不可能以機(jī)器原(零)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)的.因此,針對每個(gè)具體加工工件,都必須另外設(shè)定一個(gè)"子坐標(biāo)系統(tǒng)",也就是說設(shè)置一個(gè)"加工原點(diǎn)(或零點(diǎn))"(見圖1).因?yàn)?子坐標(biāo)系統(tǒng)"是由程序員或操作工人設(shè)置的,為方便起見,一般多選用第一象限,當(dāng)然也可以選用其他象限.機(jī)器原點(diǎn)圖1"機(jī)器坐標(biāo)"與"加工坐標(biāo)"關(guān)系示意圖設(shè)立或定義加工程序的零點(diǎn),也就是確定加工坐標(biāo)原點(diǎn)相對與機(jī)器原點(diǎn)的位置.不同的數(shù)控裝置對于如何定義程序零點(diǎn)在方式上有很大不同.比較老式的數(shù)控裝置(特別是數(shù)控車削中心)要求在每個(gè)加工程序中定義其程序原點(diǎn)相對于機(jī)器原點(diǎn)的位置.有些數(shù)控裝置甚至要求每次換刀具后都要重新定義加工原點(diǎn).這一般是由指令代碼"G92"或"G50"來完成的.而數(shù)控加工中心一般可以有六個(gè)加工坐標(biāo)系,分別由G54,G55,G56,G57,G58和G59來定義.3.絕對運(yùn)動模式與遞增(減)運(yùn)動模式在編制數(shù)控程序時(shí),加工程序的零點(diǎn)也就是加工坐標(biāo)的原點(diǎn).在編寫程序時(shí),如果將所有運(yùn)動的終點(diǎn)以相對于加工原點(diǎn)的坐標(biāo)值來定義,則被稱為"絕對運(yùn)動"模式(AbsoluteMotionMode).這是最簡單也是最常用的運(yùn)動指令方式.如果沒有特殊需要,一般數(shù)控程序都采用這種運(yùn)動模式來編制.另一種指令方法是將運(yùn)動的終點(diǎn)以相對于當(dāng)前位置移動量來定義.這種運(yùn)動指令方式被稱為"遞增(減)運(yùn)動"模式(IncrementalMotionMode).具有普通機(jī)床操作經(jīng)驗(yàn)的讀者可以發(fā)現(xiàn),一般手工控制的普通機(jī)床的加工方式就是按照遞增(減)模式來進(jìn)行的.對于數(shù)控機(jī)床而言,除了在某些特定的情況下,遞增(減)模式有其優(yōu)越性外,一般不建議采用這種模式.杠板l冷加工2005年第5朝4.數(shù)控程序的指令語言目前,幾乎所有的數(shù)控系統(tǒng)都采用"文字地址"格式的程序化語言.所謂"文字地址"格式,指得是數(shù)控程序是由類似"語句式"的指令組成.每一個(gè)指令代碼由包括字母(如"x",","z"等)表示的地址以及數(shù)值兩部分組成.數(shù)控程序通過一系列指令代碼來規(guī)定切削刀具的運(yùn)動軌跡,以加工(切削)出所要求的零件的幾何形狀.雖然每個(gè)數(shù)控裝置的生產(chǎn)商可能對其產(chǎn)品的"文字地址"的字母有不同的定義方法,有相當(dāng)一部分以字母定義的"地址"在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域是通用的,例如:一程序號N——語句序列號C——基本及預(yù)設(shè)功能x——指定軸向運(yùn)動Y——指定y軸向運(yùn)動.卜指定z軸向運(yùn)動R——圓弧運(yùn)動半徑F一刀具進(jìn)給速度s一主軸旋轉(zhuǎn)速度H_刀具長(高)度方向補(bǔ)償D一刀具半徑補(bǔ)償T——指定所選刀具M(jìn)——輔助功能這里,有兩個(gè)基本字母代碼,G和M,是用于定義數(shù)控機(jī)床的控制功能的.每一臺數(shù)控設(shè)備的說明書中,都列有該機(jī)床所有G和M代碼所代表的功能表.雖然每家數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)商都可以定義自身產(chǎn)品的指令代碼,但有許多G和M代碼在數(shù)控領(lǐng)域是相同的和通用的.通用的G代碼有很多,舉例來說:GOO一快速移動Gol——直線進(jìn)給運(yùn)動Go2——順時(shí)針圓弧運(yùn)動Go3——逆時(shí)針圓弧運(yùn)動G9【卜絕對運(yùn)動模式G9l——遞增(減)運(yùn)動模式通用的M代碼也有很多,例如:M0l——暫停執(zhí)行程序M03——主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)M06——變換刀具M(jìn)08——開啟切削液M09——關(guān)閉切削液困量笙筮量盟機(jī)梭l冷加工M3【卜程序結(jié)束5.基本運(yùn)動形式的程序控制指令前面已經(jīng)提到,數(shù)控機(jī)床具有三種最基本的運(yùn)動形式,即:①快速(定位)移動——控制指令G00②直線(切割)運(yùn)動——控制指令G01③圓弧(切割)運(yùn)動——控制指令G02和G03這三種運(yùn)動形式的指令具有兩個(gè)共同點(diǎn).第一,在運(yùn)動指令被改變之前,原指令保持有效.也就是說,如果同一種運(yùn)動形式需要進(jìn)行連續(xù)運(yùn)(移)動,與該運(yùn)動形式相應(yīng)的…G'指令只需在程序的第一個(gè)命令語句中出現(xiàn).同理,如果在命令語句中沒有任何定義新的運(yùn)動形式指令出現(xiàn),控制器將認(rèn)定原有的指令所定義的運(yùn)動形式仍然保持有效.第二,所有運(yùn)動指令后面的坐標(biāo)值,指的是該運(yùn)動的終點(diǎn),同時(shí),這一點(diǎn)也自動成為下一個(gè)運(yùn)動的起點(diǎn).換一句話說,在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動指令中,只出現(xiàn)運(yùn)動終點(diǎn)的坐標(biāo)值.下面,比較詳細(xì)地介紹一下這三種運(yùn)動形式的控制指令:(1)快速移動(定位)指令"GO0"快速移動指令是命令機(jī)床以所能夠達(dá)到的最快的移動速率,將加工刀具移動至所要求的位置.通常情況下,快速移動指令用于將刀具移至"預(yù)加工"位置,或?qū)⒌毒邚囊淹瓿傻募庸け砻嬉崎_.當(dāng)加工過程中,刀具需要避開工裝夾具等障礙物時(shí),一般也采用快速移動的形式.總的來說,在加工程序中,所有非切割運(yùn)動多應(yīng)采用快速移動形式,以減少加工循環(huán)中的非加工動作所占用時(shí)問的浪費(fèi).對于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床來說,快速移動速率是非常高的(25m/min,甚至更快).這意味著,在驗(yàn)證加工程序時(shí)必須十分小心和仔細(xì)地對待每一個(gè)快速移動指令.任何疏忽大意,都可能引起刀具與機(jī)器的劇烈碰撞,損壞刀具,工裝夾具以及機(jī)床本身,甚至可能危及操作人員的安全.在后續(xù)講座中,將介紹如何驗(yàn)證快速移動指令的方法.絕大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床快速移動的指令為"G00".同一命令語句中緊跟著"GO0"指令后面的是該移動的終點(diǎn)坐標(biāo).必須指出的是,不同的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)商在處理"G00"命令語句中含有不同的運(yùn)動軸的方法有所不同.例如,在執(zhí)行命令語句"GO0X30.Y30."的時(shí)候,有的加工中心的運(yùn)動軌跡是:先沿軸移動至X30.,然后在沿l,軸移動至Y30.(90o);也有的加工中心是沿,y軸同時(shí)移動,運(yùn)動軌跡呈45..因此,在編制加工程序時(shí),必須先了解該機(jī)床生產(chǎn)廠家是如何規(guī)定快速移動的運(yùn)動軌跡的,同時(shí)在編制程序時(shí)加以適當(dāng)調(diào)整,以免發(fā)生碰撞.(2)直線(切割)運(yùn)動指令"G01"這一指令用于任何形式的直線切割運(yùn)動命令語句中,例如鉆孔,車直徑或錐度,銑平面等等.在直線切割運(yùn)動的命令語句中,除了運(yùn)動指令"CO1"及運(yùn)動的終點(diǎn)坐標(biāo)外,還必須加入"進(jìn)給速度"(廠)的指令.一般加工中心的進(jìn)給速度單位是"m/min";而對于車削中心,按照車加工的特點(diǎn),進(jìn)給速度還有另外一個(gè)單位"m/r",其含義是主軸每旋轉(zhuǎn)一周,切削刀具的移動量.(3)簡單程序舉例為幫助讀者具體了解GO0和COl的運(yùn)用,表1列出了一個(gè)簡單的鉆孔數(shù)控程序的例子,表中左邊是數(shù)控程序語言的指令代碼,右邊為對程序指令要求機(jī)器執(zhí)行的任務(wù)的文字說明:表1鉆孔加工數(shù)控程序舉例OO0ol程序號0001選擇加工坐標(biāo)系及絕對運(yùn)動模式,主N0o5G54G90$400M03軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速400r/minN010Go0Xl0.Yl0.快速移動至第一L,Y坐標(biāo)位置加載刀具高度補(bǔ)償值,快速移動至zN015G43H0lrZ2.5M08軸加工表面間隙位置,開啟切削液鉆頭以100mm/min的速度,進(jìn)給至N020c0lZ一32.Fl0o.32ram深度N0250D0Z2.5快速返回至Z軸表面間隙位置快速移動至第二孔,Y坐標(biāo)位置,N030X20.y坐標(biāo)不變N035c0lZ一32.以同樣速度,鉆L至32mm深度N040COOZ2.5M09快速返回,關(guān)閉切削液轉(zhuǎn)換為遞增運(yùn)動模式,主軸快速返回No45G9lG28zoz軸機(jī)器零點(diǎn)N050M30程序結(jié)束(4)圓弧(切割)運(yùn)動指令"G02","G03"在數(shù)控機(jī)床的加工程序中,圓弧軌跡是由終點(diǎn)坐標(biāo)和該圓弧的半徑"R"(也有一些比較老式的控制裝置是用該圓弧的圓心坐標(biāo)",,-,,")來定義的.由于同樣也是切削運(yùn)動,與直線運(yùn)動一樣,在圓弧切割運(yùn)動的命令語句中也必須定義"進(jìn)給速度"(廠).其定義方法與直線運(yùn)動相同.由指令"G02"定義的圓弧運(yùn)動軌跡為按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動;而"G03"為逆時(shí)針運(yùn)動.每一個(gè)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)商,都會在其產(chǎn)品說明書中詳細(xì)介紹在其所設(shè)定的三維坐標(biāo)系內(nèi),如何來判定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方向.在編制加工程序時(shí),必須首先參考所使用的機(jī)床的產(chǎn)品說明書,以確定正確使用"G02"和"G03"指令的方法.6.運(yùn)動形式的程序指令運(yùn)用舉例圖2所示為一工件外部輪廓,表2則是一個(gè)用立銑刀在數(shù)控加工中心上加工該零件輪廓的簡單數(shù)控程序.通過仔細(xì)分析每一條命令語句和每個(gè)指令,可以概括地了解三種基本運(yùn)動形式的指令(COO,COl,G02/G03)的運(yùn)用方法,以及數(shù)控加工中心的一般編程格式.表2加工零件外部輪廓的數(shù)控程序舉例0oo02程序號0002選擇加工坐標(biāo)系及絕對運(yùn)動模式,主NOO5G54G90$350M03軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速350r/minN010COOX一15.Y一5.快速移動至預(yù)加工點(diǎn)X,Y坐標(biāo)位置加載刀具高度補(bǔ)償值,快速移動至預(yù)N015G43H0lZ—l0.加工點(diǎn)z坐標(biāo)位置刀具沿軸正方向直線切割;進(jìn)給速N020c0lX135.F100.度為100mm/minNO25c03Xl6o.Y20.按逆時(shí)針方向切割第一個(gè)圓弧,半徑R25.為25mm,切割速度不變N030c0lY80.刀具沿Y軸正方向直線切割N035c03X135.Y105.按逆時(shí)針方向切割第二個(gè)圓弧,半徑R25.仍為25mmN040c0lX20.刀具沿軸負(fù)方向直線切割NO45c03X一5.Y80.按逆時(shí)針方向切割第三個(gè)圓弧R25.NO50c0lY20.刀具沿Y軸負(fù)方向直線切割N055GO3X20.Y一5.按逆時(shí)針方向切割第四個(gè)圓弧R25.NO600D0rZ2.5將刀具快速移離加工表面轉(zhuǎn)換為遞增運(yùn)動模式,主軸快速返回N065G9lG28Z0z軸機(jī)器零點(diǎn)N070M30程序結(jié)束為易于理解,此程序沒有加入"刀具直(半)徑補(bǔ)償"指令.也就是說,在下面所列的程序中,其加工刀具的中心點(diǎn)與加工軌跡相吻合.7.其他程序化功能現(xiàn)代化的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床的程序控制功能,已經(jīng)遠(yuǎn)超出了單純的運(yùn)動控制的范圍.基本上機(jī)床的所有功能都可以由程序控制了.如前所述,數(shù)控加工中心的主軸轉(zhuǎn)速和方向,切削液控制,刀具變換,甚至包括測量探頭系統(tǒng),刀具高度補(bǔ)償值測量系統(tǒng),工作臺變換等功能都已經(jīng)可以全部由程序控制.對數(shù)控車削中心而言,轉(zhuǎn)塔板l冷加工2OO5年第5期幫擻簧CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)講座第2講在CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)仿真動畫(上)CAXA上海辦事處(200122)嚴(yán)海軍馮榮坦CAD設(shè)計(jì)的目的之一就是將設(shè)計(jì)結(jié)果以電子化的方式與他人共享,CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)本身不僅有實(shí)用高效的造型裝配功能,而且還集成了完美的渲染和動畫功能,非常適合做新產(chǎn)品的設(shè)計(jì),模擬演示.CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的動態(tài)機(jī)構(gòu)仿真功能,可以對裝配結(jié)構(gòu)做機(jī)構(gòu)運(yùn)動模擬,用最直接的動態(tài)效果演示,從而消除與客戶溝通上的障礙.實(shí)體設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)仿真功能是相當(dāng)強(qiáng)大的,在此專題中我們將對各類常用的機(jī)構(gòu)仿真如等臂四連桿,不等臂四連桿,擺桿,活塞運(yùn)動,滑桿機(jī)構(gòu),滑塊機(jī)構(gòu),刨床機(jī)構(gòu),搖桿滑塊,液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(翻斗),X型機(jī)構(gòu)(電動門)等做一個(gè)詳盡的介紹,相信看完后你會對實(shí)體設(shè)計(jì)的表現(xiàn)感到驚訝的.為了看起來清楚一點(diǎn),零件造型全部采用簡化方法,相關(guān)軸銷大家可以自己添加.圖2數(shù)控加工中心加工零件外部輪廓示意圖刀架轉(zhuǎn)換,后頂座移動等功能,也都由程序控制.各臺數(shù)控設(shè)備的程序控制功能及其指令代碼可能會有很大不同,但機(jī)床生產(chǎn)商都會在說明書中詳細(xì)列出.作為數(shù)控程序員,了解和掌握自己所負(fù)責(zé)的機(jī)床的功能指令代碼是其必備的基本功.(收稿13期:20050218)下期預(yù)告:第3講主題——數(shù)控加工過程的補(bǔ)償與修正齟2005qz~g5O]缸梭l冷加工1.等臂四連桿樣例如圖l所示,大家在進(jìn)入下一步前須先將造型做好(造型請參照CAX