數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ)

1、第1節(jié)數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ)1.1數(shù)控程序編制的概念 1.2數(shù)控機床的坐標系 1.3常用編程指令 1.4程序編制中的數(shù)學(xué)處理 在編制數(shù)控加工程序前，應(yīng)首先了解：數(shù)控程序編制的主要工作內(nèi)容，程序編制的工作步驟，每一步應(yīng)遵循的工作原則等，最終才能獲得滿足要求的數(shù)控程序。1.1 數(shù)控程序編制的概念第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.1.1 1.1.1 數(shù)控程序編制的定義數(shù)控程序編制的定義 編制數(shù)控加工程序是使用數(shù)控機床的一項重要技術(shù)工作，理想的數(shù)控程序不僅應(yīng)該保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機床能安全、可靠、高效的工作。第1章數(shù)控機床加

2、工程序編制基礎(chǔ) 1、數(shù)控程序編制的內(nèi)容及步驟數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過程。編程工作主要包括：（1）分析零件圖樣和制定工藝方案 （2）數(shù)學(xué)處理（3）編寫零件加工程序 （4）程序檢驗 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ)分 析分 析零 件零 件圖 樣圖 樣和 制和 制定 工定 工藝 方藝 方案案 數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 處處 理理 編編 寫寫 程程 序序 程程 序序 校校 驗驗修修 改改 2、數(shù)控程序編制的方法 數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種：手工編制程序和自動編制程序。（1）手工編程手工編程指主要由人工來完成數(shù)控編程中各個階段的工作。 零件圖 樣工藝人 員夾具表機床表刀具表工藝規(guī) 程編

3、程人 員加工程序初稿加工程 序修 改編程手冊第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （2）計算機自動編程 自動編程是指在編程過程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成。 采用計算機自動編程時，數(shù)學(xué)處理、編寫程序、檢驗程序等工作是由計算機自動完成的，由于計算機可自動繪制出刀具中心運動軌跡，使編程人員可及時檢查程序是否正確，需要時可及時修改，以獲得正確的程序。又由于計算機自動編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍，因此解決了手工編程無法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。因而，自動編程的特點就在于編程工作效率高，可解決復(fù)雜形狀零件的編程難題。

4、 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.1.2 1.1.2 字與字的功能字與字的功能1、字符與代碼 字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標點符號、數(shù)學(xué)運算符等。2、字 在數(shù)控加工程序中，字是指一系列按規(guī)定排列的字符，作為一個信息單元存儲、傳遞和操作。字是由一個英文字母與隨后的若干位十進制數(shù)字組成，這個英文字母稱為地址符。如：“X2500”是一個字，X為地址符，數(shù)字“2500”為地址中的內(nèi)容。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 3、字的功能 組成程序段的每一個字都有其特定的功能含義，以下是以FANUC-0M數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范為主來介紹的。（1）順序號字N順序號又稱程序段號或程序段序號

5、。順序號位于程序段之首，由順序號字N和后續(xù)數(shù)字組成。（2）準備功能字G 準備功能字的地址符是G，又稱為G功能或G指令，是用于建立機床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令。附表：G功能字含義表第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （3）尺寸字 尺寸字用于確定機床上刀具運動終點的坐標位置。 其中，第一組 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于確定終點的直線坐標尺寸；第二組 A，B，C，D，E 用于確定終點的角度坐標尺寸；第三組 I，J，K 用于確定圓弧輪廓的圓心坐標尺寸。在一些數(shù)控系統(tǒng)中，還可以用P指令暫停時間、用R指令圓弧的半徑等。（4）進給功能字F進給功能字的地址符是F，又稱為F功能或F指令，用于指定切削

6、的進給速度。對于車床，F(xiàn)可分為每分鐘進給和主軸每轉(zhuǎn)進給兩種，對于其它數(shù)控機床，一般只用每分鐘進給。F指令在螺紋切削程序段中常用來指令螺紋的導(dǎo)程。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S主軸轉(zhuǎn)速功能字的地址符是S，又稱為S功能或S指令，用于指定主軸轉(zhuǎn)速。單位為r/min。（6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又稱為T功能或T指令，用于指定加工時所用刀具的編號。對于數(shù)控車床，其后的數(shù)字還兼作指定刀具長度補償和刀尖半徑補償用。（7）輔助功能字M 輔助功能字的地址符是M，后續(xù)數(shù)字一般為13位正整數(shù)，又稱為M功能或M指令，用于指定數(shù)控機床輔助裝置的開關(guān)動作。附表：準備M功能字含義表 第

7、1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.1.31.1.3程序格式程序格式1、程序段格式 一個數(shù)控加工程序是若干個程序段組成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和數(shù)據(jù)的安排形式。程序段格式舉例：N 3 0 G 0 1 X 8 8 . 1 Y 3 0 . 2 F 5 0 0 S 3 0 0 0 T 0 2 M 0 8N40 X90（本程序段省略了續(xù)效字“G01，Y30.2，F(xiàn)500，S3000，T02，M08”，但它們的功能仍然有效）在程序段中，必須明確組成程序段的各要素：移動目標：終點坐標值X、Y、Z； 沿怎樣的軌跡移動：準備功能字G；進給速度：進給功能字F； 切削速度：主軸轉(zhuǎn)速功能字S；使用刀具：刀

8、具功能字T； 機床輔助動作：輔助功能字M。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.2 1.2 數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的坐標系1.2.11.2.1機床坐標系機床坐標系、機床坐標系的確定（1）機床相對運動的規(guī)定 在機床上，我們始終認為工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機床的加工過程。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （2）機床坐標系的規(guī)定 標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標系決定。 在數(shù)控機床上，機床的動作是由數(shù)控裝置來控制的，為了確定數(shù)控機床上的成形運動和輔助運動，必須先確定機床上運動的位移和運動的方向

9、，這就需要通過坐標系來實現(xiàn)，這個坐標系被稱之為機床坐標系。 例如銑床上，有機床的縱向運動、橫向運動以及垂向運動。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機床坐標系來描述。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標系決定： 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90。則大拇指代表X坐標，食指代表Y坐標，中指代表Z坐標。 2)大拇指的指向為X坐標的正方向，食指的指向為Y坐標的正方向，中指的指向為Z坐標的正方向。3)圍繞X、Y、Z坐標旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標A

10、、B、C的正向。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （3）運動方向的規(guī)定 增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向，下圖為數(shù)控車床上兩個運動的正方向。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 、坐標軸方向的確定 （1）Z坐標 Z坐標的運動方向是由傳遞切削動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標，Z坐標的正向為刀具離開工件的方向。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （2）X坐標 X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時，要考慮兩種情況：1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運動，則刀具離開工件的方向為X坐標的正方向。 2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運動，則分為兩種情況：Z坐標水平時，觀察者沿刀 具主軸向

11、工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方。 下圖所示為數(shù)控車床的X坐標。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) （3）Y坐標 在確定X、Z坐標的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標的方向，按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 3、機床原點的設(shè)置 機床原點是指在機床上設(shè)置的一個固定點，即機床坐標系的原點。它在機床裝配、調(diào)試時就已確定下來，是數(shù)控機床進行加工運動的基準參考點。（1）數(shù)控車床的原點在數(shù)控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處。同時，通過設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機床原點設(shè)定在X、Z坐標的正方向極限位置

12、上。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 4、機床參考點 機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。 機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數(shù)。 通常在數(shù)控銑床上機床原點和機床參考點是重合的；而在數(shù)控車床上機床參考點是離機床原點最遠的極限點。下圖為數(shù)控車床的參考點與機床原點。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.2.21.2.2編程坐標系編程坐標系編程坐標系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如下圖所示，

13、其中O2即為編程坐標系原點。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 編程原點是根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標系的原點。 編程原點應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計基準或工藝基準上，編程坐標系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機床相應(yīng)的坐標軸方向一致，如下圖所示為車削零件的編程原點。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.2.3 1.2.3 加工坐標系加工坐標系 1、加工坐標系的確定 加工坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。加工原點也稱為程序原點，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點在機床坐標系中的位置。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 2、加工坐標系的設(shè)定在機床坐標系中直接設(shè)定加工原點。例：以下圖為

14、例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設(shè)置加工原點03。（1）加工坐標系的選擇 編程原點設(shè)置在工件軸心線與工件底端面的交點上。設(shè)工作臺工作面尺寸為800mm320mm，若工件裝夾在接近工作臺中間處，則確定了加工坐標系的位置，其加工原點03就在距機床原點O1為X3、Y3、Z3處。并且X3=-345.700mm, Y3=-196.220mm, Z3=-53.165mm。（2）設(shè)定加工坐標系指令1）G54G59為設(shè)定加工坐標系指令。G54對應(yīng)一號工件坐標系，其余以此類推?？稍贛DI 方式的參數(shù)第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ)1.3

15、 1.3 常用編程常用編程G G指令指令數(shù)控加工程序是由各種功能字按照規(guī)定的格式組成的。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ)【例【例4-1】圖4-9為AB和BC兩個直線插補程序段的坐標值，假設(shè)AB段已加工完畢，刀具在B點，現(xiàn)要加工BC段，加工程序段為：5030ABC4030 工件oopb起刀點編程原點403025OY(30,20)(20,20)(0,0)X12816128BApOG02G02G03G03G18G02G17G03G19ABG02 X_ Y_ R5;G03 X_ Y_ R5;G02 X_ Y_ R-5;G03X_ Y_ R-5;R5ABG02 X_ Y_ R5;G03 X_ Y_ R5

16、;G02 X_ Y_ R-5;G03X_ Y_ R-5;R5ABG02 X_ Y_ R5;G03 X_ Y_ R5;G02 X_ Y_ R-5;G03X_ Y_ R-5;R5ABG02 X_ Y_ R5;G03 X_ Y_ R5;G02 X_ Y_ R-5;G03X_ Y_ R-5;R5ABG02 X_ Y_ R5;G03 X_ Y_ R5;G02 X_ Y_ R-5;G03X_ Y_ R-5;R5AR20ODCBA6843R20R25R18圖為锪孔加工，設(shè)孔底有粗糙度要求，程序如下： N0010 G91 G01 Z-7.0 F60；N0020 G04 X5.0；N0030 G00 Z7.0；

17、 43BBAAr0100GG4241GG0100GG40G102030405010203040504443GGZ_ H_； 指令值點實際達到點實際達到點指令值點H值H值 1.4 1.4 程序編制中的數(shù)學(xué)處理程序編制中的數(shù)學(xué)處理根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工工藝路線和允許的編程誤差，計算數(shù)控系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理一般包括兩個內(nèi)容：根據(jù)零件圖樣給出的形狀，尺寸和公差等直接通過數(shù)學(xué)方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計算出編程時所需要的有關(guān)各點的坐標值。第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.4.1 1.4.1 選擇編程原點選擇編程原點從理論上講編程原點選在零件上的任何一點

18、都可以，但實際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計算誤差，應(yīng)選擇一個合理的編程原點。車削零件編程原點的X向零點應(yīng)選在零件的回轉(zhuǎn)中心。Z向零點一般應(yīng)選在零件的右端面、設(shè)計基準或?qū)ΨQ平面內(nèi)。車削零件的編程原點選擇見下圖。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 銑削零件的編程原點，X、Y向零點一般可選在設(shè)計基準或工藝基準的端面或孔的中心線上，對于有對稱部分的工件，可以選在對稱面上，以便用鏡像等指令來簡化編程。Z向的編程原點，習(xí)慣選在工件上表面，這樣當?shù)毒咔腥牍ぜ骦向尺寸字均為負值，以便于檢查程序。銑削零件的編程原點見下圖。 編程原點選定后，就應(yīng)把各點的尺寸換算成以編程原點為基準的坐標值。為了在加工過程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值來計算坐標值。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.4.2 1.4.2 基點基點零件的輪廓是由許多不同的幾何要素所組成，如直線、圓弧、二次曲線等，各幾何要素之間的連接點稱為基點?；c坐標是編程中必需的重要數(shù)據(jù)。A、B、C、D、E為基點。 第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ) 1.4.3 1.4.3 非圓曲線數(shù)學(xué)處理的基本過程非圓曲線數(shù)學(xué)處理的基本過程 數(shù)控系統(tǒng)一般只能作直線插補和圓弧插補的切削運動。如果工件輪廓是非圓曲線，數(shù)控系統(tǒng)就無法直接實現(xiàn)插補，而需要通過一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的方法是，用直線