字符編碼標(biāo)準(zhǔn)與加工程序指令標(biāo)準(zhǔn)化
以前廣泛采用數(shù)控穿孔紙帶作為加工程序信息輸入介質(zhì),常用的標(biāo)準(zhǔn)紙帶有五單位和八單位兩種,數(shù)控機(jī)床多用八單位紙帶。紙帶上表示代碼的字符及其穿孔編碼標(biāo)準(zhǔn)有EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會(huì))制定的EIA RS-244和 ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì))制定的ISO-RS840兩種標(biāo)準(zhǔn)。國際上大都采用ISO代碼,由于EIA代碼發(fā)展較早,已有的數(shù)控機(jī)床中,有一些是應(yīng)用EIA代碼的,現(xiàn)在我國規(guī)定新產(chǎn)品一律采用ISO代碼。也有一些機(jī)床,具有兩套譯碼功能,既可采用ISO代碼也可采用EIA代碼。目前絕大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)采用通用計(jì)算機(jī)編碼,并提供與通用微型計(jì)算機(jī)完全相同的文件格式,保存、傳送數(shù)控加工程序,因此,紙帶已逐步被現(xiàn)代化的信息介質(zhì)所取代。除了字符編碼標(biāo)準(zhǔn)外,更重要的是加工程序指令的標(biāo)準(zhǔn)化,主要包括準(zhǔn)備功能碼(G代碼)、輔助功能碼(M代碼)及其它指令代碼。我國機(jī)械工業(yè)部制定了有關(guān)G代碼和M代碼的JB3202-1983標(biāo)準(zhǔn),它與國際上使用的ISO1056-1975E標(biāo)準(zhǔn)基本一致。
數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系定義
數(shù)控機(jī)床通過各個(gè)移動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生刀具與工件之間的相對運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)切削加工。為表示各移動(dòng)件的移動(dòng)方位和方向(機(jī)床坐標(biāo)軸),在ISO標(biāo)準(zhǔn)中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系對機(jī)床的坐標(biāo)系進(jìn)行命名,在這個(gè)坐標(biāo)系下定義刀具位置及其運(yùn)動(dòng)的軌跡。
機(jī)床坐標(biāo)的命名方法如圖所示:
通常在坐標(biāo)軸命名或編程時(shí),不論在加工中是刀具移動(dòng),還是被加工工件移動(dòng),都一律假定工件相對靜止不動(dòng)而刀具在移動(dòng),并同時(shí)規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)軸的正方向。在坐標(biāo)軸命名時(shí),如果把刀具看作相對靜止不動(dòng),工件移動(dòng),那么,在坐標(biāo)軸的符號(hào)上應(yīng)加注標(biāo)記('),如X'、Y'、Z'等。確定機(jī)床坐標(biāo)軸,一般是先確定Z軸,再確定X軸和Y軸。 1.確定Z軸對于有主軸的機(jī)床,如車床、銑床等則以機(jī)床主軸軸線方向作為Z軸方向。對于沒有主軸的機(jī)床,如刨床,則以與裝卡工件的工作臺(tái)相垂直的直線作為Z軸方向。如果機(jī)床有幾個(gè)主軸,則選擇其中一個(gè)與機(jī)床工作臺(tái)面相垂直的主軸作為主要主軸,并以它來確定Z軸方向。 2.確定X軸X軸一般位于與工件安裝面相平行的水平面內(nèi)。對于機(jī)床主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床,如車床、磨床等,則在水平面內(nèi)選定垂直于工件旋轉(zhuǎn)軸線的方向?yàn)椋剌S,且刀具遠(yuǎn)離主軸軸線方向?yàn)椋剌S的正方向。對于機(jī)床主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床,當(dāng)主軸是水平的,如臥式銑床、臥式鏜床等,則規(guī)定人面對主軸,選定主軸左側(cè)方向?yàn)椋剌S正方向;當(dāng)主軸是豎直時(shí),如立式銑床、立式鉆床等,則規(guī)定人面對主軸,選定主軸右側(cè)方向?yàn)椋剌S正方向。對于無主軸的機(jī)床,如刨床,則選定切削方向?yàn)椋剌S正方向。 3.確定Y軸Y軸方向可以根據(jù)已選定的Z、X軸方向,按右手直角坐標(biāo)系來確定。
坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)命名
如果機(jī)床除有X、Y、Z主要直線運(yùn)動(dòng)之外,還有平行于它們的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng),則應(yīng)分別命名為U、V、W。如果還有第三組運(yùn)動(dòng),則應(yīng)分別命名為P、Q、R。如在第一組回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B和C的同時(shí),還有第二組回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),可命名為D或E等。
數(shù)控加工程序的程序段格式
字地址格式,一個(gè)零件的加工程序是由許多按規(guī)定格式書寫的程序段組成。每個(gè)程序段包含著各種指令和數(shù)據(jù),它對應(yīng)著零件的一段加工過程。常見的程序段格式有固定順序格式、分隔符順序格式及字地址格式三種。而目前常用的是字地址格式。典型的字地址格式如圖。
數(shù)控加工程序的程序段格式,每個(gè)程序段的開頭是程序段的序號(hào),以字母N和四位數(shù)字表示;接著一般是準(zhǔn)備功能指令,由字母G和兩位數(shù)字組成,這是基本的數(shù)控指令;而后是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)坐標(biāo)值,如用X、Y、Z等指定運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)值;在工藝性指令中,F(xiàn)代碼為進(jìn)給速度指令,S代碼為主軸轉(zhuǎn)速指令,T為刀具號(hào)指令,M代碼為輔助機(jī)能指令。LF為ISO標(biāo)準(zhǔn)中的程序段結(jié)束符號(hào)(在EIA標(biāo)準(zhǔn)中為CR,在某些數(shù)控系統(tǒng)中,程序段結(jié)束符用符號(hào)“*”或“;”表示)。
程序字,程序段由若干個(gè)部分組成,各部分稱為程序字。
地址碼和數(shù)據(jù),每一個(gè)程序字均由一個(gè)英文字母和后面的數(shù)字串組成。英文字母稱為地址碼,其后的數(shù)字串稱為數(shù)據(jù),這種形式稱為字地址格式。
字地址格式特點(diǎn),字地址格式用地址碼來指明指令數(shù)據(jù)的意義,因此程序段中的程序字?jǐn)?shù)目是可變的,程序段的長度也就是可變的,因此,字地址格式也稱為可變程序段格式。字地址格式的優(yōu)點(diǎn)是程序段中所包含的信息可讀性高,便于人工編輯修改,是目前使用最廣泛的一種格式。字地址格式為數(shù)控系統(tǒng)解釋執(zhí)行數(shù)控加工程序提供了一種便捷的方式。
主程序與子程序結(jié)構(gòu),主程序程序號(hào)程序段一般用O來設(shè)置程序號(hào);設(shè)定工件坐標(biāo)系程序段應(yīng)用G92指令建立工作坐標(biāo)系;加工前準(zhǔn)備程序段將完成刀具快速定位到切入點(diǎn)附近、冷卻液泵啟動(dòng)、主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定與啟動(dòng)等設(shè)置工作;切削程序段是加工程序的核心,一般包括刀具半徑補(bǔ)償設(shè)置、插補(bǔ)、進(jìn)給速度設(shè)置等指令;系統(tǒng)復(fù)位包括加工程序中所有設(shè)置的狀態(tài)復(fù)位、機(jī)械系統(tǒng)復(fù)位等工作;程序結(jié)束一般由M02或M30來實(shí)現(xiàn)。一般加工程序典型結(jié)構(gòu)如左下圖所示。
子程序,在程序中,某一固定的程序部分反復(fù)出現(xiàn)時(shí),則可以把它們作為子程序,事先儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中,這樣可以簡化加工程序。右上圖反映了子程序調(diào)用的執(zhí)行過程。首先,子程序可以由主程序調(diào)用,也可由其它子程序調(diào)用。子程序結(jié)構(gòu)與一般加工程序非常相似,只是程序結(jié)束指令用M99代替,如: 0(或:)×××××*………… M99*利用M98指令調(diào)用子程序,其程序段格式為:M98 P□□□□*,其中□□□□是子程序號(hào)。
數(shù)控程序指令
數(shù)控程序指令包括準(zhǔn)備功能G指令、輔助功能M指令和工藝指令(F、S、T)。準(zhǔn)備功能G指令用來規(guī)定刀具和工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡(即指令插補(bǔ)功能)、機(jī)床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償?shù)榷喾N加工操作;輔助功能M指令的作用是實(shí)現(xiàn)機(jī)床各種輔助動(dòng)作的控制,包括主軸起停、潤滑油泵起停、冷卻液泵起停、加工程序結(jié)束等功能控制; F指令用來設(shè)定進(jìn)給速度; S指令用來指定主軸的轉(zhuǎn)速; T指令用來設(shè)定加工所用的刀具。
切觸點(diǎn)與切觸點(diǎn)曲線
切觸點(diǎn)在曲面加工過程中,切削過程中刀具與工件曲面的理論接觸點(diǎn)稱為切觸點(diǎn)。切觸點(diǎn)是變化的。從幾何學(xué)的角度來看,刀具與工件曲面之間的接觸關(guān)系均為點(diǎn)接觸。不同的刀具形狀與工件的接觸點(diǎn)位置是不一樣的,如圖。
切觸點(diǎn)曲線切觸點(diǎn)曲線指刀具在加工過程中由切觸點(diǎn)構(gòu)成的曲線。切觸點(diǎn)曲線是生成刀具軌跡的基本要素,既可以顯式地定義在加工曲面上,如曲面的等參數(shù)線、兩曲面的交線等,也可以隱式定義,使其滿足一些約束條件,如約束刀具沿導(dǎo)動(dòng)線運(yùn)動(dòng),而導(dǎo)動(dòng)線的投影可以定義刀具在加工曲面上的切觸點(diǎn),還可以定義刀具中心軌跡,切觸點(diǎn)曲線由刀具中心軌跡隱式定義。這就是說,切觸點(diǎn)曲線可以是曲面上實(shí)在的曲線,也可以是對切觸點(diǎn)的約束條件所隱含的“虛擬”曲線。
刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)與刀具運(yùn)動(dòng)軌跡
刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)是指準(zhǔn)確確定刀具在加工過程中每一位置所需的坐標(biāo)值。一般來說,刀具在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置可以用刀具中心點(diǎn)和刀軸矢量來進(jìn)行描述,其中刀具中心點(diǎn)可以是刀心點(diǎn)(如球心),也可以是刀尖點(diǎn)。刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是指在加工過程中由刀位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)所構(gòu)成的曲線,曲線上的每一點(diǎn)還包含著一個(gè)刀軸矢量。對于二、三坐標(biāo)數(shù)控加工,刀具運(yùn)動(dòng)軌跡一般由切觸點(diǎn)曲線經(jīng)過刀具偏置計(jì)算得到,計(jì)算結(jié)果一般存放于刀位文件之中。
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