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重机部
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机加工工艺设计基础及应用
基础概念
工艺规程
定位及基准
二
一
三
工艺路线制定 四
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工艺 使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程
机械制造工艺 各种机械的制造方法和过程的总称
生产过程 将原材料或半成品转变为成品的各有关劳动过程的总和
包括:生产技术准备过程;毛坯制造过程;机械加工和
热处理;装配过程;生产服务过程
机械加工工艺规程 规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的技术
文件。一般包括:工件加工的工艺路线、各工序
的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检
验项目和检验方法、切削用量、时间定额等。
一、基础概念
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是生产的计划、调度,工人的操作、质量检查等活动的依据
是生产准备工作(包括技术准备工作)的依据
是新建或扩建车间(或工段)的原始依据。根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量,确定机床的布置和动力配置,确定生产面积和工人的数量等。
二、工艺规程——作用
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单件试制生产: 一般只编写简单的机械加工工艺过程卡片;
小批生产: 多采用机械加工工艺卡片;
大批大量生产: 要求有详细和完整的工艺文件,要求各工序都要有机械加工工序卡;
机械加工工艺规程被填写成表格(卡片)的形式, 针对批
量大小基本采用以下形式:
二、工艺规程——格式
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可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。
必须能满足生产纲领的要求。
在满足技术要求和生产纲领的前提下,一般要求工艺成本最低。
尽量减轻工人的劳动强度,保障生产安全。
二、工艺规程——设计原则
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(1)审核图纸:分析零件图及产品装配图,对零件进行工艺分析。
(2)选择毛坯。
(3)选择定位基准。
(4)拟定工艺路线。
(5)确定加工余量,计算工序尺寸及公差。
(6)选择各工序的加工设备、刀具、量具及辅具。
(7)确定切削用量,计算工时定额。
(8)填写工艺文件。
二、工艺规程——步骤及内容
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1、基准及其分类
基准:在零件图上或实际的零件上,用来确定一些点、线、面位置时
所依据的那些点、线、面称为基准。
1) 设计基准:
设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、
线、面称为设计基准。
2)工艺基准:
零件在加工或装配过程中所使用的基准,称为工艺基准(也称制造
基准)。工艺基准按用途又可分为:
(1)工序基准
在工序图上标注被加工表面尺寸(称工序尺寸)和相互位置关系时,
所依据的点、线、面称为工序基准。
三、定位及基准
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(2)定位基准 工件在机床上加工时,在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹
具、刀具位置的点、线、面称为定位基准。确定位置的过程称为定位。 加工轴类零件时,常以顶尖孔为定位基准。 加工盘类零件时,常以孔和端面为定位基准。 (3)测量基准 在工件上用以测量己加工表面位置时所依据的点、线、面称为测量
基准。
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2、定位基准的选择
定位基准又分为粗定位基准、精定位基准和辅助定位基准,分别简
称为粗基准、精基准和辅助基准。
粗基准:以未加工过的表面进行定位的基准称粗基准,也就是第一
道工序所用的定位基准为粗基准。
精基准:以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。
辅助基准:该基准在零件的装配和使用过程中无用处,只是为了便
于零件的加工而设置的基准称辅助基准。如轴加工用的顶尖孔等。
选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面与未
加工表面之间的相互位置精度,因此定位基淮的选择应从有相互位置精度
要求的表面间去找。
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1、加工方法的选择
(1)各种加工方法的经济加工精度和粗糙度
不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等,其用途各不
相同,所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。即使是同一种
加工方法,在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大
不一样,这是因为在加工过程中,将有各种因素对精度和粗糙度
产生影响,如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机
床的调整质量等等。
四、工艺路线制定
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(2)加工方法和加工方案的选择
①首先要根据每个加工表面的技术要求,确定加工方法及加工方案。
选择零件表面的加工方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定
而可靠的,并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。
②决定加工方法时要考虑被加工材料的性质。
淬火钢用磨削的方法加工;而有色金属则磨削困难,一般采用金刚镗
或高速精密车削的方法进行精加工。
③选择加工方法要考虑到生产类型,即要考虑生产率和经济性的问题。
在大批、大量生产中可采用专用的高效率设备和专用工艺装备。
在大批、大量生产中可以从根本上改变毛坯的形态,大大减少切削加
工的工作量。
在单件小批生产中,就采用通用设备、通用工艺装备及一般的加工方
法。提高单件小批生产的生产率亦是目前机械制造工艺的研究课题之一。
④选择加工方法还要考虑本厂(或本车间)的现有设备情况及
技术条件。
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2、设备的选择
①机床工作区域的尺寸应当与零件的外廓尺寸相适应。
②机床的精度应该与工件要求的加工精度相适应。机床精度过低,不能满足工件加工精度的要求;过高,则是一种浪费。
③机床的功率、刚度和工作参数应该与最合理的切削用量相适应。
粗加工时选择有足够功率和足够刚度的机床,以免切削深度和进给量的选用受限制;
精加工时选择有足够刚度和足够转速范围的机床,以保证零件的加工精度和粗糙度。
④机床生产率应该与工件的生产类型相适应。
对于大批、大量生产,宜采用高效率机床、专用机床、组合机床或自动机床;
对于单件小批生产,一般选择通用机床。
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3、加工阶段的划分
粗加工阶段:是加工开始阶段,在这个阶段中,尽量将零件
各个被加工表面的大部分余量从毛坯上切除。这个阶段主要问题是如何提高生产率。
半精加工阶段:这一阶段为主要表面的精加工做好准备,切
去的余量介于粗加工和精加工之间,并达到一定的精度和粗糙度值,为精加工留有一定的余量。在此阶段还要完成一些次要表面的加工,如钻孔、攻丝、铣键槽等。
精加工阶段:在这个阶段将切去很少的余量,保证各主要表面达到较高的精度和较低的粗糙度值(精度7~10级,Ra≈0.8~3.2μm)。
光整加工阶段:主要是为了得到更高的尺寸精度和更低的粗糙度值(精度5~9级,Ra<0.32μm),只从被加工表面上切除极少的余量。
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将工艺过程划分粗、精加工阶段的原因是:
①在粗加工阶段,由于切除大量的多余金属,可以及早发
现毛坯的缺陷(夹渣、裂纹、气孔等);
②粗加工阶段容易引起工件的变形,这是由于切除余量大,
一方面毛坯的内应力重新分布而引起变形,另一方面由于切削力、
切削热及夹紧力都比较大,因而造成工件的受力变形和热变形。
为了使这些变形充分表现,应在粗加工之后留有一定的时间。然
后再通过逐步减少加工余量和切削用量的办法消除上述变形。
③划分加工阶段可以合理使用机床,有利于长期保持精加
工机床的精度。
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④划分加工阶段可在各个阶段中插入必要的热处理工序。如
在粗加工之后进行去除内应力的时效处理;在半精加工后进行淬火处理等。
在某些情况下,划分加工阶段也并不是绝对的。
例如加工重型工件时,不必划分加工阶段。由于不便于多次装
夹和运输,可在粗加工后松开工件,让其充分变形,再夹紧工件进
行精加工,以提高加工的精度。
另外,如果工件的加工质量要求不高、工件的刚度足够、毛坯
的质量较好而切除的余量不多,则可不必划分加工阶段。
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4、工序安排
工序集中:将若干个工步集中在一个工序内完成,一个工
件的加工,只须集中在少数几个工序内完成。最大限度的集中是在一个工序内完成工件所有表面的加工。
采用工序集中可以减少工件的装夹次数,在一次装夹中可
以加工许多表面,有利于保证各表面之间的相互位置精度,也可以减少机床的数量,相应地减少工人的数量和机床的占地面积。但所需要的设备复杂,操作和调整工作也较复杂。
工序分散:工序的数目多,工艺路线长,每个工序所包括
的工步少。最大限度的分散是在一个工序内只包括一个简单的工步。
工序分散可以使所需要的设备和工艺装备结构简单、调整容易、操作简单,但专用性强。
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在确定工序集中或分散的问题上,主要根据生产规模、零件
的结构特点、技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后确定。
在单件小批生产中:一般采用通用设备和工艺装备,尽可能
在一台机床上完成较多的表面加工,尤其是对重型零件的加工,
为减少装夹和往返搬运的次数,多采用工序集中的原则。
在成批生产中:尽可能采用效率高的通用机床(如六角机床)和
专用机床,使工序集中。
在大批、大量生产中:①常采用高效率的设备和工艺装备,
如多刀自动机床、组合机床及专用机床等,使工序集中,以便提
高生产率和保证加工质量。②但因工件特殊结构关系,各个表面
不便于集中加工。如活塞、连杆等可采用效率高、结构简单的专
用机床和工艺装备,按工序分散的原则进行生产。
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加工顺序的确定:
工件各表面的加工顺序,一般按照下述原则安排:先粗加
工后精加工;先基准面加工后其它面加工;先主要表面加工后
次要表面加工;先平面加工后孔加工。
根据上述原则,作为精基准的表面应安排在工艺过程开始
时加工。精基准面加工好后,接着对精度要求高的主要表面进
行粗加工和半精加工,并穿插进行一些次要表面的加工,然后
进行各表面的精加工。要求高的主要表面的精加工一般安排在
最后进行,这样可避免已加工表面在运输过程中碰伤,有利于
保证加工精度。有时也可将次要的、较小的表面安排在最后加
工,如紧固螺钉孔等。
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西 门 子 基 础 编 程
基础概念
部分G功能概述
M功能、R参数
二
一
三
程序章程及举例 四
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• 机床坐标系确定原则: • 1.刀具相对于静止的工件移动
• 2.远离工件为正
• 3.右手迪卡尔定则
平面 指令 进给轴
X/Y
Z/X
Y/Z
G17
G18
G19
Z
Y
X
坐标系平面选择
基础概念
XY ZX YZ
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• 使用的坐标系:
• MKS: Machine coordinate system机床坐标系
• WCS: Workpiece coordinate system工件坐标系
• 工件坐标系是编程人员在编程时使用的,编程人员选择工件上的某一点为原点(也称程序原点),建立一个坐标系,称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效,直到被新的工件坐标系所取代。
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各点位置举例说明:
P1: 相当于 X20 Y35
P2 : 相当于 X50 Y60
P3 : 相当于 X70 Y20
P1 : 相当于 X20 Y35 ;(以原点为参考点)
P2 : 相当于 X30 Y25 ;(以P1点位参考点)
P3 : 相当于 X20 Y-40 ;(以P2点位参考点)
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基础概念:运动和信息
• 刀具轨迹延工件轮廓表面插补运动
• 刀具按照编程指定的F进给速度进行轮廓表面运动不表示刀具中心轨迹速度相同
• 图纸数据信息、编程数据信息和工件安装调整数据信息要进行统一,数控机床最终均按照机械原点进行运动
• 刀具移动距离可以是绝对的方式、也可以是相对的方式
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基础概念:编程语言
• N 批号地址块 • 10 批号 • G 准备功能 • X,Y,Z 位置材料 • F 进给 • S 转速 • T 工具,刀具 • D 刀具补偿号 • M 辅助功能 • H 辅助功能 • I,J,K 插补参数 • R 算术参数 • L 调用子程序 • 注:切削速度不等同于主轴转速,但相关。V=π*D*n/1000
例:N710 G0 G54 G60 G90 G601 B=DC(0)
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基础概念:程序类型与格式
• WKS 工件程序文件夹(目前主要放置主程序)
• MPF 主程序(OP0040_01.MPF)
• SPF 子程序(L833.SPF)
• CST 西门子标准循环
• CMA 制造商循环子程序(CLAMP_OP0050_01)
• CUS 用户循环子程序
• DEF 全局变量、宏定义程序
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基础概念:轴的名称和联动
• 基本直线轴由X、Y、Z组成,与其对应的旋转轴名称为A、B、C,与其对应的附加的直线轴名称为U、V、W。
Machine view
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1.绝对坐标
2.增量坐标
G90/G91 是模态指令
AC/IC 是非模态指令
G90或X=AC(....) Y=AC(....) Z=AC(....)
G91或 X=IC(....) Y=IC(....) Z=IC(....)
绝对坐标、增量坐标:
注意:
部分G功能概述:
举例:G90 X100 与 X=AC(100)之间的区别? 在于G90为模态指令,下面的行中除非G91出现否则G90一直有效;
而 AC()只是本程序段中起作用的一个非模态指令,它不对下一程序段起作用。
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• 旋转轴指令: • A=DC(…) B=DC(…) C=DC(…)
• 或
• A=ACP(…) B=ACP(…) C=ACP(…)
• 或
• A=ACN(…) B=ACN(…) C=ACN(…)
A B C 旋转轴名称
DC 旋转轴沿最短轨迹运行到用绝对坐标编程的位置处,最多移动180°
ACP 旋转轴以正旋转方向运行到用绝对坐标编程的位置处
ACN 旋转轴以负旋转方向运行到用绝对坐标编程的位置处
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移动指令:
• G0 快速移动
• G1 直线插补
• G2\G3 圆弧插补
• G40\G41\G42刀具半径补偿
• G331\G332 刚性攻丝
路径指令:
• G60 准停
• G601 精准停
• G602 粗准停
• G64 轮廓模式
• BRISK 轨迹轴快速加速
• SOFT 轨迹轴软加速
G04 暂停
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N10 G17 S400 M3 ;选择工件平面, 主轴正转
N20 G0 X20 Y20 Z2 ;快速运动到开始点位置
N30 G1 Z-2 F40 ;刀具开始切削
N40 X80 Y80 Z-15 ;刀具切削
N50 G0 Z100 M30 ;刀具快速退回,程序结束
G00、G01:
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N10 G0 X67.5 Y80.211
N20 G3 X17.203 Y38.029 I–17.500 J–30.211
F500
N10 G0 X67.5 Y80.211
N20 G3 X17.203 Y38.029 I=AC(50) J=AC(50)
N10 G0 G90 X133 Y44.48 S800 M3 ;快速运动到起始位置,主轴正转
N20 G17 G1 Z-5 F1000 ;刀具Z向切削
N30 G2 X115 Y113.3 I-43 J25.52 ;圆弧终点坐标, 对圆心的增量坐标(起点看圆心)
或
N30 G2 X115 Y113.3 I=AC(90) J=AC(70) ;圆弧终点坐标,中心点绝对坐标
G02、G03:
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刀具半径补偿:
G40 取消刀具半径补偿
G41 激活刀具半径左补
G42 激活刀具半径右补偿
刀具半径补偿条件:
1. 刀具号 T/刀刃号或刀具偏置号 D
2. 补偿方向 G41, G42
3. 加工平面 G17 to G19
激活/取消刀具半径补偿:
刀具半径起始段只能用 G0 or G1.这个移动命令在选定的工作平面内至少需指定一根轴方向的移动.
G40、G41、G42:
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激活/取消刀具半径补偿 刀具半径起始段只能用 G0 or G1.这个移动命令在选定的工作平面内至少需指定一根轴方向的移动.
若调用刀具半径补偿时只指定了一根轴,最后一点位置自动添加到第二根轴,以两根轴偏移运动。 例: N10 G0 X50 T1 D1 N20 G1 G41 Y50 F200 N30 Y100 在程序段N10中只有刀具长度补偿有效。趋近X50时不带补偿,在程序段N20中刀具补偿开始有效,趋近点X50/Y50补偿有效。
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G331、G332:
SPOS=0
G331 Z-50 K2 S500
G332 Z5 K2
G331 Z=R3 K=R31 S1=R94
G332 Z=R2 K=R31 S1=R94*2
R3:深度
R2:退回距离
R31:螺距
R94:转速
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G60、G601、G602、G64、G04:
G60准停,模态
G601若准确到达定位窗口,则此步有效
G602若近似到达定位窗口,则此步有效
G64 轮廓加工方式 模态.在轮廓加工
方式中,是尽可能的以恒定轨迹速度进行轮廓加工。恒定的速度可创造很好的加工条件,因此可提高表面加工的质量并可以缩短加工时间。 G04 :
G4 F….
G4 S….
G4 暂停时间生效
F…. 以秒为单位的时间
S…. 以主轴旋转次数确定的时间
BRISK 轨迹轴快速加速
SOFT 轨迹轴软加速
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• M功能: • M00 程序无条件停止 • M01 有条件停止(选择性停止) • M02 程序停止 • M03 主轴顺时针旋转(正转) • M04 主轴逆时针旋转(反转) • M05 主轴停转 • M06 刀具交换 • M07 高压切削液开(刀具内冷) • M08 低压切削液开(主轴外冷) • M09 切削液关闭 • M17 子程序结束 • M30 程序结束并复位返回 • M40 齿轮自动交换 • M41 低速档 • M42 高速档
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主轴转速S,主轴转向M3, M4, M5
•编程
•M3 or M4 or M5
•M1=3 or M1=4 or M1=5
•S…
•Sn=…
•命令解释
•M1=3 M1=4 M1=5 主轴1顺时针/逆时针转,停。其它主轴由M2=…M3=…来定义
•M3 主轴正传
•M4 主轴反转
•M5 主轴停
•Sn=… 主轴号n转速rpm
•S… 主轴转速rpm
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算术参数 R • 算术参数使用场合,程序中变量参数值的赋值和数值计算。在程序执行
期间控制系统可以设置和计算所需要的值。其它可能性是通过操作设置算术参数值。如果值已经赋到算术参数,那么这些值可以分配到程序中的其它NC地址,地址的值是灵活的。
• 赋值范围±(0.000 0001 ... 9999 9999)
• ‧ 对于整数值小数点可省略
• ‧ 正号也可省略
• 例如:
• R1=3.5678 R2=-37.3 R3=2 R4=-7
• R5=-45678.1234
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• 举例R参数运算: • N10 R1=R1+1; 新的R1由旧的R1加上1 • N20 R1=R2+R3 R4=R5-R6 R7=R8* R9 R10=R11/R12 • N30 R13=SIN(25.3); R13 等于 25.3度的正弦 • N40 R14=R1*R2+R3; 乘除优先于加减
R14=(R1*R2)+R3 • N50 R14=R3+R2*R1; 结果和程序段N40相同 • N60 R15=SQRT(R1*R1+R2*R2);表示: R15等于R12+R22 和的
平方根
编程举例: 轴地址分配算术值
N10 G1 G91 X=R1 Z=R2 F300
N20 Z=R3
N30 X=-R4
N40 Z=-R5
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• 程序章程: • 总体: • 子程序 (制造商循环, 标准循环, 用户循环或子程序) 能被呼叫,在一些主程序中。 • 主程序名称举例: OP0050_01 • …………….01 程序类型 • OP0050…… 操作号码(工序号) • 程序说明举例: OP0050_01 加工程序,类型1 • OP0050_02 加工程序,类型2 • OP0050_64 在不带有工件的通过程序(空运行) • 子程序说明举例: OP0050_NPV_01 原点偏置程序 • HOME_POS 正常回原点程序 • PO0050_HOME OP50的回原点程序(取决于主程序) • RT_START B和A轴开始重新定位 • RT_STOP B和A轴停止重新定位 • L833 攻螺纹子程序 • L830 铣螺纹子程序 •
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• 程序类型 / 程序路径 • 程序类型: • 工作部件 %_N_...................._MPF • 子程序 %_N_...................._SPF • 工件程序 %_N_...................._MPF • 制造商循环 %_N_...................._SPF • 标准循环 %_N_...................._SPF • 用户循环 %_N_...................._SPF • 程序路径: • Workpieces ;$PATH=/_N_WCS_DIR/_N_OP0050_WPD • Sub-programs ;$PATH=/_N_SPF_DIR • Parts programs ;$PATH=/_N_MPF_DIR • Manufacturer cycles ;$PATH=/_N_CMA_DIR • Standard cycles ;$PATH=/_N_CST_DIR • User cycles ;$PATH=/_N_CUS_DIR
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程序类型 / 程序路径 举例:
• 主程序:
• %_N_OP0050_01_MPF
• ;$PATH=/_N_WCS_DIR/_N_OP0050_WPD
• WPD = WorkPieceDirectory(工作部件地址)
• 子程序:
• %_N_OP0010_NPV_01_SPF
• ;$PATH=/_N_SPF_DIR
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位置参数 R2= 安全平面位置 R3= 加工深度 R9= 换刀后的起始点 R10= 返回平面
•R
3
•R
2
•R
10
•R
9
常规加工程序分析:
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主轴参数、进给参数:
N1270 R2=25.64 R3=0.64 R9=25.64 R10=25.64 N1275 R30=708 R96=2360 ;-------------------------- BB01 + BB04 -------------------------- N1305 X-54 Y-69.5 Z=R9 Z_2=R9+SPI_2_L1 M1=3 M2=3 S1=R96
S2=R96 F=R30 D1 N1310 G64 Z=R2 Z_2=R2+SPI_2_L1 N1315 G1 G60 Z=R3 Z_2=R3+SPI_2_L1 N1320 G0 G64 Z=R10 Z_2=R10+SPI_2_L1
常规加工程序例举:
;R30=Feed ;R96=Speed
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• ;============== PROGRAM JUMP IN (程序跳转)==================================
• N160 IF (LAST_TOOL <> 0)
LAST_TOOL:赋了下一把刀的数值情况下,通过跳转程序防止引起程序加工内容遗漏 。
• N165 WHEN TRUE DO $R21=1 • N170 IF LAST_TOOL<=9999 • N175 T=(<<"MB-T0"<<LAST_TOOL) • N180 ELSE • N185 T=(<<"MB-T"<<LAST_TOOL) • N190 ENDIF • N195 IF LAST_TOOL<=9999 • N200 GOTOF (<<"MB_T0"<<LAST_TOOL) • N205 ELSE • N210 GOTOF (<<"MB_T"<<LAST_TOOL) • N215 ENDIF • N220 ENDIF • N225 WHEN TRUE DO $R21=0
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程序跳转:
IF 条件
GOTOB 往上跳转到目的地的跳转指令(朝程序开头)
GOTOF 往下跳转到目的地的跳转指令(朝程序结尾)
LABEL 目的地(标注在程序中);
LABEL: 跳转目的地的标号,目的地标号后面跟一个冒号“:”
= = 等于,=是变量赋值
<> 不等于
> 大于
< 小于
>= 大于等于
<= 小于等于
<< 串的连接
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编程举例:
IF R1>R2 GOTOF MARKE1
如果R1大于R2则跳转到MARKE1目标位置
IF R7<=(R8+R9)*743 GOTOB MARKE1
以表达式的比较作为跳转条件
IF R10 GOTOF MARKE1
也可以指定一个变量,变量值为0则条件不满足FALSE,除0外的任何值都满足条件TRUE 。
IF R1==0 GOTOF MARKE1 IF R1==1 GOTOF MARKE2
几个条件判断在一个程序段中
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• 编程举例:
• N40 R1=30 R2=60 R3=10 R4=11 R5=50 R6=20;初始值赋值
• N41 MA1: G0 X=R2*COS(R1)+R5 ->
• -> Y=R2*SIN(R1)+R6; 计算赋值到轴地址
• N42 R1=R1+R3 R4=R4-1; 变量确定
• N43 IF R4>0 GOTOB MA1; 条件跳转语句
• N44 M30 程序结束
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