数控机床加工的原理文档格式.docx
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总步数J=Xe+Ye,每走一步J减1,当J为0时刀具到达直线终点,插补结束。
第一象限的直线插补算法流程图如
图2-2所示。
图2-2第一象限直线插补算法流程图
其它三个象限的直线插补可根据相同原理得到其插补计算方法。
根据以上算法,每个象限可设计一个子程序。
下面是第一象限的子程序,其它象限只须加以修改即可。
该程序用MCS-51指令编写,电机采用步进电机,采用8255并行接口的A、B两端口进行控制。
图2-3是直线插补程序的流程图。
存分配表见表2-1。
图2-3直线插补流程图
表2-1存分配表
存单元地址
存放容
28H
终点坐标SE值
29H
2AH
插补值X
2BH
插补值Y
2CH
偏差值A
70H
控制电机正、反转的控制字
14H
计数器
直线插补的程序清单如下:
ORG2300H
MAIN:
MOVSP,#60H;
主程序开始
MOVR0,#T8255;
8255初始化
MOVA,#80H
MOVR0,A
LOP4:
MOV28H,#0C8H;
Xe
MOV29H,#0C8H;
Ye
MOV2AH,#00H;
X
MOV2BH,#00H;
Y
MOV2EH,#00H;
F
MOV70H,#0AH
LOP3:
MOVA,2EH
ACC.7,LOP1
MOVA,70H
SETBACC.0
CLRACC.2
MOV70H,A;
OB+X
LCALLMOTR;
调环行分配器,x方向走一步
LCALLDELAG
SUBBA,29H;
F-Ye
INC2AH;
X+1
AJMPLOP2
LOP1:
SETBACC.2
CLRACC.0
OF+Y
Y方向走一步
LCALLDELAY
ADDA,28H;
F+Xe
INC2BH;
Y+1
LOP2:
MOV2EH,A
MOVA,28H
CJNEA,2AH,LOP3;
Xe=X?
ST:
关8255
MOVA,#00H
MOVXR0,A
LJMPST
2.1.2逐点比较法圆弧插补
如图2-4所示,设逆圆弧AB在第一象限,原点为圆心O,起点A〔Xo,Yo〕,终点B〔Xe,Ye〕,半径为R,瞬时加工点为P〔Xi,Yj〕,令Fi,j=Xi2+Yj2-R2。
(1)如Fi,j=0,则点P在圆弧AB上;
(2)如Fi,j>0,则点P在圆弧AB外侧;
(3)如Fi,j<0,则点P在圆弧AB侧;
图2-4逐点比较法第一象限圆弧插补
为了逼近圆弧,规定Fi,j≥0时,刀具向-X方向进给一步〔一个脉冲当量〕;
总步数J=|Xe-Xo|+|Ye-Yo|,每走一步J减1,当J为0时刀具到达圆弧终点,插补结束。
第一象限的逆圆弧插补算法流程图如图2-5所示。
图2-5第一象限逆圆弧插补算法流程图
对于第一象限的顺圆与其第二、三、四象限的顺逆圆弧插补,可根据相同原理得到其插补计算方法。
根据以上算法,每个象限可设计顺、逆圆弧两个子程序。
下面是第一象限逆圆的子程序,其它象限只须加以修改即可。
图2-6是圆弧插补程序的流程图。
程序清单如下:
XLEQU18H
XHEQU19H
YLEQU28H
YHEQU29H
XeLEQU1AH
XeHEQU1BH
YeLEQU2AH
YeHEQU2BH
FLEQU2CH
FHEQU2DH
ORG2400H
图2-6是圆弧插补程序的流程图
MOVSP,#60H
MOVR0,#0EBH
LCALLDSUP;
调装码子程序
MOVR5,#11H
MOVR6,#21H
MOV70H,#08H
MOVXL,#80H;
XL
MOVXH,#0CH;
XH
MOVYeL,#00H;
YeL
MOVYeH,#00H;
YeH
MOVXeH,#00H;
XeH
MOVXeL,#00H;
XeL
MOVYL,#00H;
YL
MOVYH,#00H;
YH
MOVFL,#00H;
FL
MOVFH,#00H;
FH
MOV1CH,#00H
MOV1DH,#00H
LOOP3:
MOVA,FH
JNBACC.7.LOOP1
OC+Y
LCALLMOTR
MOVR1,#28H;
MOVR0,#1CH
MOVR7,#02H
LCALLCHFZ;
2*Y
ADD:
CLRC
MOVA,FL
ADDCA,1CH
MOVFL,A
ADDCA,1DH;
F+2Y
MOVFH,A
MOVA,YL
ADDA,#01H
MOV28H,A
MOVA,YH
ADDCA,#00H
MOVYH,A;
ADDA,01H
MOVFL,A;
F+2Y+1
ADDCA,00H
AJMPLOOP2
LOOP1:
09-X
MOVR1,#18H;
MOVR0,1CH
MOVR7,02H
2*X
SUB:
SUBBA,1CH
SUBBA,1DH
MOVFH,A;
F-2X
MOVA,XL
MOVXH,A;
X-1
F-2X+1
LOOP2:
CJNEA,YEH,LOOP3A;
YH=YEH?
YL=YEH?
STMOVP0,0EBH
MOVA,00H
AJMPST
LOOP3AAJMPLOOP3
END;
主程序结束
ORG2500H
CHFZ:
PUSHPSW;
双字节乘2子程序
PUSHA
PUSHB
PUSHC
MOVR2,00H
SHIOMOVA,R1
MOVB,#02H
PUSHPSW
MULAB
POPPSW
ADDCA,R2
MOVR2,B
INCR0
INCR1
DJNZR7,SHIO
POPB
POPA
RET
2.1.3对非圆曲线面加工的程序设计
非圆曲线的加工编程采用等距离逼近法。
图2-7非圆曲线的程序设计
如图2-7所示,按曲线的一个坐标轴把曲线平均分成若干段,每一段为一个步距△X,利用曲线方程分别计算出各点的Y值,把这些点依次用直线连接起来,就可以获得一个逼近曲线的折线。
步距越小折线越接近曲线。
此算法可用C语言的循环指令来实现,程序设计的流程图如图2-8所示。
2.2逻辑控制
逻辑控制由PLC〔可编程序控制器〕来完成。
在数控机床运行过程中,以CNC部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关信号状态为条件,按预先规定的逻辑关系对主轴的启停、换向、刀具的更换、工件的夹紧、松开、液压、冷却、润滑系统的运行进行控制。
使系统有条不紊地协调工作。
图2-8非圆曲线的程序设计流程图
第三章编程与加工
3.1复杂零件的编程和加工方法
以图3-1所示的零件为例,进行编程和加工。
图3-1零件图
3.2图样分析
该工件是一个组合件:
分零件1和零件2两个零件,它们的空间立体形状分别如图3-2和图3-3所示。
这两个零件有两种装配形式:
一种是零件1的右端和零件2的左端装配在一起,空间立体形状如图3-4所示;
另一种是零件1的左端和零件2的右端装配在一起,空间立体形状如图3-5所示。
两个零件除各有很高的加工要求外,对两种装配形式还各有装配尺寸和形位公差要求。
两零件形状复杂,要求也很高,属于典型的复杂零件。
图3-2零件1立体图
图3-3零件2立体图
图3-4左端配合立体图
图3-5右端配合立体图
零件1的主要加工部分包括4段圆柱外径,1段双曲面,1段椭圆面,1外圆面和1段抛物面相切。
1个外槽两个圆柱径。
一个公制螺纹与端面。
位置公差有六个:
锥面、椭圆面相对于Ø
60㎜圆柱的跳动,圆弧面相对于Ø
44㎜孔的跳动。
Ø
60㎜的左端面相对于Ø
60㎜圆柱的垂直度,右端面相对于Ø
44圆柱面的垂直度。
44㎜的孔相对于Ø
60㎜外圆的同轴度。
这些位置公差相互间有牵连。
既是决定加工顺序的重要根据。
也是装夹找正的重点。
表面粗糙度在各种孔和外圆弧回转面等处均为Ra1.6um。
毛坯为Ø
75×
140㎜棒料,材质为45#钢。
零件2的主要加工部分包括3段外圆柱面,1段双偏心外圆柱面,1个抛物线面,1段圆柱面,两个圆锥径,1段变螺距螺纹与端面。
位置公差有4个:
抛物线面相对于圆柱面轮廓跳动,抛物线面和Ø
44㎜圆柱面之间的端面相对于Ø
38㎜孔的垂直度,Ø
44㎜圆柱相对于Ø
38㎜孔的同轴度,圆锥面相对于Ø
38㎜孔的跳动。
57㎜棒料,材质为45#钢。
零件1和零件2装配起来〔两种装配形式〕有轮廓跳动误差要求,总长也有要求。
3.3工艺分析
根据以上对图样的分析,加工此零件有两种方案可供选择。
方案一:
将两个零件分别加工出来再装配到一起,此方案虽然编程和操作简单一些,但是装配后的跳动要求很难保证;
方案二:
为了使加工出的零件符合图样要求,就必须作如下工艺处理:
一是在零件1单独加工时,把两段相切的弧面、1段椭圆面和Ø
47.676㎜圆柱外径留着先不车出;
二是在零件2单独加工时,抛物线面、Ø
60㎜外圆柱与双偏心留着也不车出,把Ø
34㎜的小外圆柱车到Ø
36-0.15-0.25㎜并车出M36×
1.5的公制螺纹;
三是将两个零件用螺纹装配在一起车上述留着未加工的外形部分;
四是分体后将零件2的外螺纹车掉,即把小外径车到Ø
340-0.025㎜。
此方案虽然编程和操作麻烦一些,但是装配后的跳动要求就很容易保证。
下面以方案二对零件进行编程和加工。
方案二是两个零件各加工两道工序,再装配在一起加工共同的第三道工序,拆分后零件2再加工3道工序,图3-6为方案二的流程框图。
图3-6方案二的流程框图
3.4加工准备与编程
3.4.1零件1的第一道工序
1、加工准备
这到工序的装夹方式和加工部位〔图中阴影部分〕如图3-7所示。
图3-7
装夹方式:
用三爪卡盘夹住毛坯一端,悬伸长度为103㎜。
加工步骤依次为:
〔1〕用1号车刀车端面;
〔2〕用1号车刀粗、精车外圆;
〔3〕用2号切槽刀分别车两处槽;
〔4〕卸下工件。
2、加工程序与说明如下表:
程序
说明
O0011;
程序号,Z向原点选择在零件外端面中心
N01M03S800;
主轴正转,转速800转/分
N02T0101;
调用1号刀具1号刀补
N03G00X85Z0M08;
快速到达准备点,开切削液
N04G01X0F0.2;
车端面
N05G00X80Z3;
快速到达G73循环点
N06G73U37W0R26;
固定形状外圆粗加工复合循环
N07G73P8Q25U1W0.2F0.3;
N08G42G00X0;
指定形状开始,调用刀具半径右补偿
N09G01Z0;
N10#1=-2;
双曲线Z向起始位置
N11IF[#1LT-10]GOTO16;
条件转移语句
N12#2=SQRT[#1*#1-4];
循环体
N13G01X[2*#2]Z[#1+2];
N14#1=#1-0.5;
循环步距
N15GOTO11;
无条件转移语句
N16G01X24Z-10;
定位到双曲线的终点
N17Z-18;
N18X27.;
N19X38Z-33;
N20Z-41;
N21X60;
N22Z-54.7;
N23X72;
N24Z-96;
N25X79Z-100;
指定形状结束
N26G70P8Q25S1200F0.1;
外圆精加工循环,设定精车转速和进给量
N27G40GOOX100Z100;
快速退到换刀点,取消刀具半径补偿
N28T0202;
调用2号刀具2号刀补
N29M03S600;
主轴正转,车槽转速600转/分
N30GOOX74Z-54.5;
快速到达切槽第1刀起点
N31G01X54F0.12;
切槽第1刀
N32G00X60.5;
退刀
N33Z-54;
快速到达切槽第2刀起点
N34G01X54;
切槽第2刀
N35G04X1;
槽底暂停1秒
N36G00X74;
N37Z-90.5;
快速到达切槽第3刀起点
N38G01X62F0.12;
切槽第3刀
N39G04X1;
N40G00X74;
N41Z-87.5;
快速到达切槽第4刀起点
N42G01X62;
切槽第4刀
N43G04X1;
N44G00X74;
N45Z-84.5;
快速到达切槽第5刀起点
N46G01X62;
切槽第5刀
N47G04X1;
N48G00X74;
N49Z-81.5;
快速到达切槽第6刀起点
N50G01X62;
切槽第6刀
N51G04X1;
N52G00X100;
N53G00Z100;
N54M05M09;
主轴停止,关冷却液
N55M30;
程序结束
3.4.2零件1的第二道工序
这到工序的装夹方式和加工部位〔图中阴影部分〕如图3-8所示。
把上道工序的工件调头用三爪卡盘夹住Ø
72㎜已加工外圆,悬伸长度为64㎜。
〔1〕用1号车刀粗车外圆与端面;
〔2〕用7号Ø
25的麻花钻头钻底孔;
〔3〕用5号孔车刀粗、精车孔;
〔4〕用6号螺纹车刀车M36×
1.5的螺纹;
〔5〕卸下工件。
图3-8
O0012;
N03G00X85Z4M08;
快速到达G71循环点,开切削液
N04G71U2R1;
外圆粗加工复合循环
N05G71P6Q10U0W0.2F0.4;
N06G00X25;
指定形状开始
N07G01Z0;
N08X60;
N09X70Z-13.82;
N10Z-42.5;
N11G00X100Z200;
快速退到换刀点
N12M03S230;
主轴正转,钻孔转速230转/分
N13T0707;
调用7号麻花钻头7号刀补
N14G00X0Z5;
快速到达钻孔起点
N15G01Z-45F0.1;
钻孔
N16G00Z100;
Z向退出钻头
N17G00X100;
N18M03S1000;
主轴正转,车端面转速1000转/分
N19T0505;
调用5号孔车刀5号刀补
N20G00X64Z0;
快速到达准备点
N21G01X25F0.15;
N22G00Z1;
快速到达G71循环点
N23G71U1R1;
孔粗加工复合循环
N24G71P25QU-0.8W0.1F0.3;
N25G41G00X48.62;
指定形状开始,调用刀具半径左补偿
N26G01Z0;
N27X44Z-3;
N28Z-10;
N29X37.7;
N30X34.7Z-11.5;
N31Z-31;
N32X34;
N33Z-37;
N34X25;
N35G70P25Q34S1500F0.15;
孔精加工循环,设定精车转速和进给量
N36G40G00X100Z100;
N37M03S1000;
主轴正转,车螺纹转速1000转/分
N38T0606;
调用6号螺纹车刀6号刀补
N39G00X30Z5;
N40Z-7;
快速到达G76循环点
N41G76P010060Q100R0.1;
螺纹切削复合循环
N42G76X36Z-30P812Q400F1.5;
N43G00Z100;
Z向退出刀具
N44X100Z250;
N45M05M09;
N46M30;
3.4.3零件2的第一道工序
这到工序的装夹方式和加工部位〔图中阴影部分〕如图3-9所示。
图3-9
用三爪卡盘夹住毛坯一端,悬伸长度为36.5㎜。
〔2〕用2号切槽刀分别车两处槽;
〔3〕用7号Ø
20的麻花钻头钻底孔;
〔4〕用5号孔车刀粗、精车孔;
〔5〕
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