自动编程基础

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1.3.1  机床坐标系的确定
& y+ s- R8 H" c  b4 I( p) J5 S/ c
6 m) M9 t" U" D! Y& h由于数控机床的种类繁多，机床坐标系的统一性有利用编程的方便。机床坐标系的确定主要包含：坐标系和运动方向的命名原则，机床坐标系的规定和运动方向。
1．坐标系和运动方向的命名原则:由于数控机床的种类繁多，为了编程的方便。不管是在任何数控机床上，都始终认为工件是静止的，而刀具是运动的。因此编程人员不需要考虑机床工件与刀具具体运动的情况，就可以依据零件图样，确定数控机床的加工过程。
2．机床坐标系的规定:数控机床上运动的位移和运动的方向需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称作为机床坐标系。在数控机床工作时，机床各轴的运动是由数控装置来控制的，机床坐标系就确定了机床的成形运动和辅助运动，比如数控铣床上有的3个轴的运动：纵向运动、横向运动以及垂向运动 。
3．运动方向
- J5 ^" M# S8 Y以右手笛卡尔直角坐标为基础，远离某个刀具与工件距离的方向即为该坐标轴的正方向，如图1.8所示为数控车床上两个运动的正方向。
* V, \2 `5 T4 Q; T
8 Z) u* w; R& z3 ~0 g, x
7 M2 l3 O5 H3 M+ Z, c8 V

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1.3.2  机床原点的设置
4 A/ ^$ H' U/ X6 O, r
  K+ Q7 [, f. ?) R* t. H机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床生产企业装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。
1．数控车床的原点
3 _# V, [" D1 Z, o在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。
! j- W! Y% E+ C& m0 z4 q2．数控铣床的原点
在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。


* @! Y, C* ]8 X" e* M

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1.3.3  机床参考点

机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。
/ F8 l3 T  a, `  T5 @
通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。图1.9所示为数控车床的参考点与机床原点。
# n( h  d1 i* a1 {2 b9 q( i- d
' L$ u7 _0 P+ L6 f# O" A6 F" F数控机床开机时，必须先返回机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。
: A7 u, `! K7 B2 U/ u" r

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1.3.5  工件坐标系
7 i2 F3 Q9 N5 T8 c) e
+ R6 t% [% |4 a1 }- u6 e工件坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。工件坐标也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。
6 K' U* i6 n0 I& b+ X* Q6 x
4 V  t! }+ Q5 O( X2 {: \在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。
2 p. R. f6 ?& l

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1.4  刀具的补偿
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刀具的补偿包括长度补偿、半径补偿。尤其是刀具半径尺寸影响最大，在零件轮廓铣削加工时，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能，如图1.11所示。
3 z! y6 l! L8 S) x# i

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1.4.1  长度补偿
2 G6 q( q9 L  F& ~- R
在实际加工当中刀具的长度不统一、刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，编程人员不必考虑刀具的实际长度及对程序的影响。可以通过使用刀具长度补偿指令来解决问题，在程序中使用补偿，并在数控机床上用MDI方式输入刀具的补偿量，就可以正确的加工。当刀具磨损也只要修正刀具的长度补偿量，而不必调整程序或刀具的加持长度，如图1.12所示。
+ e7 P0 f( ]  d, V3 @3 q8 _G43：刀具长度正补偿，将Z坐标值与长度补偿的量相加。
G44：刀具长度负补偿，将Z坐标值与长度补偿的量相减。
G49：撤消补偿。
刀具的长度补偿格式为：
G01 G43（或G44 ）H （建立补偿）
" M8 r* Y1 B( C9 V. Z9 Q1 J9 |( G…… 　　　　　 （切削加工）
) Y2 b2 f6 [6 a! qG49 　　　　　　（补偿撤消）

' E3 e+ b! ?1 `. m
( Z7 h; t5 m: w2 g8 N

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1.4.2  半径补偿
9 S- r: ~: N4 e* B' K; t
" H" A1 V! C. o' w在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响（车刀受刀尖半径的影响），刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能。
( F/ u, e" @( b. q0 e4 v( A1．刀补指令:G40：取消刀尖半径补偿；
G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)，如图1.13所示。
% \" J& n0 [1 v, A) F& sG42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)，如图1.13所示。
" V) ~7 L) \7 e2 OG40、G41、G42 都是模态代码，可相互注销。
2．补偿格式
; E: d3 v" y' h5 y* \+ ~7 L从G40 方式变为G41或G42方式的第一个程序段，称为起始补偿程序段。
4 h  V* ]; A! Y. a# s0 |G40 X0. Y15.… ；
G41 X10… ；（起始补偿程序段）
7 Z; M% p+ e* l1 g# Y/ W- ~; R…；
在起始补偿段刀具进行偏置移动。该段后的第一个程序段中，刀具在程序段的起始处刀尖中心线的运动轨迹垂直。
' E6 i; U1 s3 r3． 取消补偿
5 g9 h. d) O- Y3 R  u- V! A. P7 y从G41 或G42方式中，变到G40 的程序段称为取消偏置程序段。
G41 X0. Y15… ；
, `# J& \( y1 x. y…；
G40… ；（补偿取消程序段）
# @4 k9 i' A% X+ b" p取消补偿程序段的前一个程序段的终点，刀尖R中心垂直于编程轨迹。在G40的程序段中，刀具移向终点。

3 g+ O  D8 w8 i7 n6 R' P

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1.5  数控加工工艺设计
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数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工的零件要比通用机床加工零件的工艺规程要复杂。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序。

% e# [+ _2 K/ d7 W+ g在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择、数控加工工艺性分析和数控加工工艺路线的设计。
# H, x2 B4 j7 f' ~$ M. S& D

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1.5.1  数控加工内容的选择

/ Y; G$ I/ k5 M  v- W7 y6 v对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些适合进行数控加工的内容和工序。
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
2 W0 ~9 O3 u+ S+ w普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。
普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。
普通机床加工效率低、劳动强度大的内容。
& Z/ g( ]. G/ v2 D