第二章 數(shù)控加工程序的編制(測(cè)試專業(yè))

第二章數(shù)控加工程序的編制唐山學(xué)院機(jī)電系卜勻數(shù)控編程知識(shí)簡(jiǎn)介數(shù)控編程定義根據(jù)被加工零件的圖紙和技術(shù)要求、工藝要求等切削加工的必要信息，按數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的指令和格式編制成加工程序文件。常用編程方法：手工編程自動(dòng)編程（圖形交互式）手工編程利用一般的計(jì)算工具，通過(guò)各種數(shù)學(xué)方法，人工進(jìn)行刀具軌跡的運(yùn)算，并進(jìn)行指令編制。這種方式比較簡(jiǎn)單，很容易掌握，適應(yīng)性較大。適用于中等復(fù)雜程度程序、計(jì)算量不大的零件編程，對(duì)機(jī)床操作人員來(lái)講必須掌握。對(duì)于具有空間自由曲面、復(fù)雜型腔的零件，刀具軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算相當(dāng)繁瑣，工作量大，極易出錯(cuò)，且很難校對(duì)，有些甚至根本無(wú)法完成編程的內(nèi)容與步驟1.確定加工方案分析圖紙，根據(jù)零件的材料、形狀、尺寸、精度、毛坯和熱處理狀態(tài)等確定加工方案，選擇機(jī)床、刀具、夾具和裝夾方法。2、工藝處理確定加工路線和切削用量3.數(shù)學(xué)處理零件圖上給出的一般是零件的幾何尺寸如長(zhǎng)、寬、高、直徑等，而編程所需的是每個(gè)程序段的起點(diǎn)終點(diǎn)和輪廓線型等，數(shù)學(xué)處理的主要任務(wù)就是根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)求出編程所需的數(shù)據(jù)。4.編寫(xiě)程序清單5.制備介質(zhì)和程序檢驗(yàn)檢驗(yàn)方法：空走刀、顯示器上模擬加工、用易切材料試切。坐標(biāo)系及坐標(biāo)方向

(以數(shù)控車床為例)

數(shù)控車床的坐標(biāo)系是以徑向?yàn)椋剌S方向，縱向?yàn)椋谳S方向。指向主軸箱的方向?yàn)椋谳S的負(fù)方向，而指向尾座的方向?yàn)椋谳S的正方向。Ｘ軸是以操作者面向的方向?yàn)椋剌S正方向。（數(shù)控車床編程中不涉及Y軸坐標(biāo)）。

（1）機(jī)床原點(diǎn)機(jī)床原點(diǎn)又稱為機(jī)械原點(diǎn)，它是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。該點(diǎn)是機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定的點(diǎn)，其位置在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)由機(jī)床設(shè)計(jì)和制造單位確定，通常不允許用戶改變。機(jī)床原點(diǎn)是工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系、機(jī)床參考的基準(zhǔn)點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)不是一個(gè)硬件點(diǎn)，而是一個(gè)定義點(diǎn)。數(shù)控車床上，一般取在卡盤(pán)端面與主軸中心線的交點(diǎn)處。數(shù)控銑床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸正方向的極限位置上。

（2）編程原點(diǎn)編程原點(diǎn)是指根據(jù)加工零件圖樣選定的編制零件程序的原點(diǎn)，即編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)。編程原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，并考慮到編程的方便性，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)與所使用數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸方向一致。1.3絕對(duì)坐標(biāo)與增量坐標(biāo)

絕對(duì)坐標(biāo)編程：工件所有點(diǎn)的坐標(biāo)值基于某一坐標(biāo)系（機(jī)床或工件）零點(diǎn)計(jì)量的編程方式相對(duì)坐標(biāo)編程：運(yùn)動(dòng)軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)值是相對(duì)于起點(diǎn)計(jì)量的編程方式（增量坐標(biāo)編程）。圖中A、B兩點(diǎn)的編程值在絕對(duì)坐標(biāo)編程中為：A（10，20）、B（25，50），在相對(duì)坐標(biāo)編程中：A（0，0）、B（15，30）

數(shù)控加工工藝分析

加工方法的選擇

1、數(shù)控車床加工內(nèi)容形狀較復(fù)雜軸，復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)形成模具內(nèi)型腔。

2、立式數(shù)控銑鏜床或立式加工中心的加工內(nèi)容箱體、箱蓋、平面凸輪、樣板、形狀復(fù)雜平面、立體零件。

3、臥式數(shù)控銑鏜床或臥式加工中心的加工內(nèi)容復(fù)雜箱體類零件、泵體、閥體、殼體。數(shù)控加工程序的格式及編程方法1、程序的結(jié)構(gòu)加工程序分:主程序和子程序程序號(hào)、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成程序的內(nèi)容則由若干程序段組成，程序段是由若干程序字組成，每個(gè)程序字又由地址符和帶符號(hào)或不帶符號(hào)的數(shù)值組成，程序字是程序指令中的最小有效單位。(講解程序的結(jié)構(gòu)及六大功能字)

在編制數(shù)控機(jī)床程序時(shí)，首先要根據(jù)機(jī)床的脈沖當(dāng)量確定坐標(biāo)值，然后根據(jù)其程序段格式編制數(shù)控程序。程序段：完成某一動(dòng)作要求所需的功能“字”的組合。由“功能字＋數(shù)字”組成準(zhǔn)備功能字G

坐標(biāo)功能字X、Y、Z、A、B、C

進(jìn)給功能字F（4種表示方法）主軸速度功能字S（4種表示方法）刀具功能字T

輔助功能字

M1.準(zhǔn)備功能（G00～G99功能）用來(lái)指示機(jī)床的動(dòng)作方式，包括移動(dòng)功能，暫停（G04）、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、返回參考點(diǎn)、固定循環(huán)、刀具補(bǔ)償、公英制轉(zhuǎn)換等。準(zhǔn)備功能越多，數(shù)控系統(tǒng)的功能越強(qiáng)見(jiàn)課本G功能代碼當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的G功能中選擇一部分與本系統(tǒng)相適應(yīng)的準(zhǔn)備功能，作為硬件設(shè)計(jì)及程序編制的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中那些“不指定”的準(zhǔn)備功能，必要時(shí)可用來(lái)規(guī)定為本系統(tǒng)特殊的準(zhǔn)備功能。2.坐標(biāo)功能字又稱為尺寸字，用來(lái)設(shè)定機(jī)床各坐標(biāo)之位移量。它一般使用X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R，A，B，C，D，E等地址符為首，在地址符后緊跟著“+”(正)或“－”(負(fù))及一串?dāng)?shù)字，該數(shù)字一般以系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為單位，不使用小數(shù)點(diǎn)。一個(gè)程序段中有多個(gè)尺寸字時(shí)，一般按上述地址符順序排列。3.進(jìn)給功能字

用來(lái)指定刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的速度。其單位一般mm/min。當(dāng)進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)時(shí)，如車螺紋、攻絲等，使用的單位為mm/r。進(jìn)給功能字以地址符“F”為首，其后跟一串?dāng)?shù)字代碼。有4種指定方法：三位數(shù)代碼法：FXXX，1728mm/min——F717指定；（幻3代碼法）二位數(shù)代碼法：FXX，規(guī)定了與00-99相對(duì)應(yīng)的速度表，速度是按等比關(guān)系上升的。比例系數(shù)為10的20次方根(≈1.12)，即相鄰的后一速度比前一速度增加約12%。如F20為10mm/min，F(xiàn)21為11.2mm/min。一位數(shù)代碼法：對(duì)于速度擋較少的數(shù)控機(jī)床可用F后跟一位數(shù)字，即0-9來(lái)對(duì)應(yīng)10種預(yù)定的速度。直接指定法：像尺寸字中的坐標(biāo)位移量一樣，在F后面按照預(yù)定的單位直接寫(xiě)上要求的進(jìn)給速度。

4.主軸速度功能字主軸速度功能字用來(lái)指定主軸速度，單位為r/min，它以地址符S為首，后跟一串?dāng)?shù)字。它與F為首的進(jìn)給功能字一樣可采用三位、二位、一位數(shù)字代碼法或直接指定法。數(shù)字的意義、分擋辦法及對(duì)照表與進(jìn)給功能字通用。只是單位改為r/min。

5.刀具功能字當(dāng)系統(tǒng)具有換刀功能時(shí)，刀具功能字用以選擇替換的刀具。刀具功能字以地址符T為首，其后一般跟二位數(shù)字，代表刀具的編號(hào)。6.輔助功能（M功能）用于執(zhí)行主軸的起停、方向變換、切削液的開(kāi)關(guān)、刀庫(kù)的起停，指定工作臺(tái)等的固定直線與角位移；說(shuō)明程序停止或紙帶結(jié)束等。標(biāo)準(zhǔn)中一些不指定的輔助功能可選作特殊用途。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的M代碼中選擇一部分本系統(tǒng)所需要的輔助功能代碼，作為有關(guān)部分線路設(shè)計(jì)及將來(lái)程序編制的依據(jù)。對(duì)于字地址格式的程序段常常可以用一般形式來(lái)表示。如：

N134G01X－32000Y+47000F1020S1250T16程序段格式在某數(shù)控機(jī)床上銑切半圓的零件，編制的加工程序如下：

講解指令（G00，G01；G90；G91；G02；G41；G42；G40；M02；M03；M05）

工件坐標(biāo)系選擇指令

工件坐標(biāo)系選擇指令有G54、G55、G56、G57、G58、G59。均為模態(tài)指令。加工之前，通過(guò)MDI(手動(dòng)鍵盤(pán)輸入)方式設(shè)定這6個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，系統(tǒng)則將它們分別存儲(chǔ)在6個(gè)寄存器中。程序中出現(xiàn)G54～G59中某一指令時(shí)，就相應(yīng)地選擇了這6個(gè)坐標(biāo)系中的一個(gè)。

程序段格式為：G54

數(shù)控編程常用指令1.1與坐標(biāo)和坐標(biāo)系有關(guān)的指令

G17、G18、G19指令功能為指定坐標(biāo)平面，都是模態(tài)指令，相互之間可以注銷。G17、G18、G19分別指定空間坐標(biāo)系中的XY平面、ZX平面和YZ平面

數(shù)控編程常用指令

坐標(biāo)平面選擇指令

絕對(duì)值編程指令與增量值編程指令絕對(duì)值編程指令是G90，增量值編程指令是G91，它們是一對(duì)模態(tài)指令。G90出現(xiàn)后，其后的所有坐標(biāo)值都是絕對(duì)坐標(biāo)，當(dāng)G91出現(xiàn)以后，G91以后的坐標(biāo)值則為相對(duì)坐標(biāo)

1、尺寸單位設(shè)定指令

數(shù)控編程常用指令單位設(shè)定指令

運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

尺寸單位設(shè)定指令有G20、G21。其中G20表示英制尺寸，G21表示公制尺寸。G21為缺省值。

SIMENS和FAGOR系統(tǒng)采用G71/G70代碼。

2、進(jìn)給速度單位的設(shè)定指令

G94、G95，均為模態(tài)指令，G94為缺省值。程序段格式為：G94F；或G95FG94設(shè)定每分鐘進(jìn)給量，G20－－in/min、G21－－mm/min。

G95設(shè)定每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，G20－－in/r、G21－－mm/r。

3、半徑和直徑編程

數(shù)控編程常用指令

單位設(shè)定指令

運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

半徑和直徑編程指令分別為G22和G23。注意，華中數(shù)控世紀(jì)星HNC-21/22T系統(tǒng)的直徑/半徑編程采用G36/G37代碼。如圖，刀尖從A到B時(shí)，以絕對(duì)值編程為例，程序段為：直徑編程

G90G23G01X36Z8半徑編程

G90G22G01X18Z8

數(shù)控編程常用指令

快速定位指令運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

G00為快速定位指令，刀具以點(diǎn)位控制方式從刀具所在位置以各軸設(shè)定的最高允許速度移動(dòng)到指定位置，屬于模態(tài)指令。程序段格式為：G00

X

Y

Z，XYZ為目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。

指令F對(duì)G00程序段無(wú)效

G60與G00的功能相似，它們都是快速地進(jìn)行定位。只不過(guò)G60定位的方式不同，它先快速到達(dá)一個(gè)中間點(diǎn)，然后再以一固定速度移到定位點(diǎn)。為非模態(tài)指令，僅在本程序段中有效。程序段格式為：G60XYZ，其中X、Y、Z為定位終點(diǎn)。

方向定位指令

第4章數(shù)控編程常用指令線性進(jìn)給指令

運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

G01指令即直線插補(bǔ)指令，按程序段中規(guī)定的進(jìn)給速度F，由某坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)到另一坐標(biāo)點(diǎn)，插補(bǔ)加工出任意斜率的直線。

機(jī)床在執(zhí)行G01指令時(shí)，在該程序段中必須具有或在該程序段前已經(jīng)有F指令，如無(wú)F指令則認(rèn)為進(jìn)給速度為零。G01和F均為模態(tài)代碼。程序段格式為：G01XYZFX

Y

Z為目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。

數(shù)控編程常用指令線性進(jìn)給指令運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

例如圖4.6所示路徑，要求用G01，坐標(biāo)系原點(diǎn)O是程序起始點(diǎn)，要求刀具由O點(diǎn)快速移動(dòng)到A點(diǎn)，然后沿AB、BC、CD、DA實(shí)現(xiàn)直線切削，再由A點(diǎn)快速返回程序起始點(diǎn)O，其程序如下：

OXYADCB12281042圖4.6

G01編程圖例%0001

N10G90G00X10Y12S600T01M03N20

G01

Y28

F100N30

X42N40

Y12N50

X10N60

G00

X0

Y0N70

MO5N80

M02直線加工例子1、2

數(shù)控編程常用指令圓弧進(jìn)給及螺旋線進(jìn)給指令

運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

G02、G03為圓弧插補(bǔ)指令，該指令的功能是使機(jī)床在給定的坐標(biāo)平面內(nèi)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。圓弧插補(bǔ)指令首先要指定圓弧插補(bǔ)的平面，插補(bǔ)平面由G17、G18、G19選定。圓弧插補(bǔ)有兩種方式，一是順時(shí)針圓弧插補(bǔ)Ｇ02，一是逆時(shí)針插補(bǔ)Ｇ03。編程格式有兩種，一是I、J、K格式，另一種是R格式。1、圓弧插補(bǔ)指令

數(shù)控編程常用指令圓弧進(jìn)給及螺旋線進(jìn)給指令運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

1、圓弧插補(bǔ)指令

G02G02G02G03G03G03ZXYO圖4.7圓弧插補(bǔ)方向判別程序段格式：G02

X

Y

I

J

F或G02

X

Y

R

FG03

X

Y

I

J

F或G03

X

Y

R

F

數(shù)控編程常用指令圓弧進(jìn)給及螺旋線進(jìn)給指令

運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

1、圓弧插補(bǔ)指令

如圖4.9所示圖例，設(shè)刀具由坐標(biāo)原點(diǎn)O相對(duì)工件快速進(jìn)給到A點(diǎn)，從A點(diǎn)開(kāi)始沿著A、B、C、D、E、F、A的線路切削，最終回到原點(diǎn)O。

OXY153878R2048R23301025圖4.9

G02、G03編程圖例ABCDE58F%0001N10

G92

X0

Y0N20

G91

G17M03N30

GOO

X15

Y10N40

G01

X43

F180S400N50

G02

X20

Y20

I20

F80

N60

G01

X0Y18F180

N70

X-40

N80

G03

X-23Y-23

J-23

F80

N90

G01

Y-15

F180

N100

G00

X-15Y-10N110

M02

使用R格式編程

N50

G02

X78

Y30

R20

F80N80

G03

X15

Y25

R23

F80R表示圓心角小于180o的圓弧用R-表示圓心角大于180o的圓弧

＊整圓只能用圓心坐標(biāo)編程

圓弧編程例子

數(shù)控編程常用指令暫停指令運(yùn)動(dòng)路徑控制指令

G04為暫停指令，該指令的功能是使刀具作短暫的無(wú)進(jìn)給加工(主軸仍然在轉(zhuǎn)動(dòng))，經(jīng)過(guò)指令的暫停時(shí)間后再繼續(xù)執(zhí)行下一程序段，以獲得平整而光滑的表面。G04指令為非模態(tài)指令。其程序段格式為：G04

X（或P或F或S）

N05

G90

G1

F120

Z-50

S300

M03

N10

G04

X2.5；暫停2.5秒N15

Z70N20

G04

S30；主軸暫停30轉(zhuǎn)N30

G00

XO

Y0；進(jìn)給率和主軸轉(zhuǎn)速繼續(xù)有效N40

……

數(shù)控編程常用指令輔助功能指令輔助功能及其它功能指令

M00指令實(shí)際上是一個(gè)暫停指令。功能是執(zhí)行此指令后，機(jī)床停止一切操作。按下控制面板上的啟動(dòng)指令后，機(jī)床重新啟動(dòng)，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。

1、M00——程序停止指令

2、M01——計(jì)劃停止指令

M01指令的功能與M00相似，不同的是，M01只有在預(yù)先按下控制面板上“選擇停止開(kāi)關(guān)”按鈕的情況下，程序才會(huì)停止。3、M02——程序結(jié)束指令

M02指令的功能是程序全部結(jié)束。此時(shí)主軸停轉(zhuǎn)、切削液關(guān)閉，數(shù)控裝置和機(jī)床復(fù)位。該指令寫(xiě)在程序的最后一段。

數(shù)控編程常用指令輔助功能指令輔助功能及其它功能指令

M03表示主軸正轉(zhuǎn)，M04表示主軸反轉(zhuǎn)。所謂主軸正轉(zhuǎn)，是從主軸向Z軸正向看，主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，則為反轉(zhuǎn)。M05表示主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。4、M03、M04、M05——主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止指令

5、M06——自動(dòng)換刀指令

M06為手動(dòng)或自動(dòng)換刀指令。當(dāng)執(zhí)行M06指令時(shí)，進(jìn)給停止，但主軸、切削液不停。6、M07、M08、M09——冷卻液開(kāi)關(guān)指令

M07表示2號(hào)冷卻液或霧狀冷卻液開(kāi)。M08表示1號(hào)冷卻液或液狀冷卻液開(kāi)。M09表示關(guān)閉冷卻液開(kāi)關(guān)。

數(shù)控編程常用指令輔助功能指令輔助功能及其它功能指令

M30指令與M02指令的功能基本相同，不同的是，M30能自動(dòng)返回程序起始位置，為加工下一個(gè)工件作好準(zhǔn)備。7、M30——程序結(jié)束指令

8、M98、M99——子程序調(diào)用與返回指令

M98為調(diào)用子程序指令，M99為子程序結(jié)束并返回到主程序的指令。

數(shù)控編程常用指令刀具功能指令輔助功能及其它功能指令刀具功能用地址符T加4位數(shù)字表示，前兩位是刀具號(hào)，后兩位是刀補(bǔ)號(hào)。如果后兩位數(shù)為00，則表示刀具補(bǔ)償取消。

1、Ｔ指令編程

2、Ｔ、Ｄ指令編程

T后接兩位數(shù)字，表示刀號(hào)，選擇刀具；D后面也是接兩位數(shù)，表示刀補(bǔ)號(hào)。如果選用了D0，則表示取消刀具補(bǔ)償。

數(shù)控編程常用指令進(jìn)給功能指令輔助功能及其它功能指令也稱F