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主讲 王都阳 数控编程基础知识 目录 一 基本概念二 机床坐标系三 程序结构四 字及字功能五 与参考点相关的指令六 绝对与增量坐标系七 数学处理八 基本的编程指令 一 基本概念 1 数字控制 NumericalControl 用数字化信息实现机床控制的一种方法 是近代发展起来的一种自动控制技术 简称NC 2 数控机床采用数字控制技术的新型自动化机床 1 数控机床的发展史1952年美国帕森斯公司和麻省理工学院研制世界上第一台三坐标数控立式铣床 两个阶段六个时代 1 世界上第一台数控机床是 年研制出来的 A 1930B 1947C 1952D 19582 数控机床诞生于 A 美国B 日本C 英国D 德国3 世界上第一台数控机床于1952年在美国问世 4 数控机床与其他自动机床的一个显著区别在于当加工对象改变时 除了重新装夹工件和更换刀具外 只需对机床作一些调整 而不需更换控制介质 就可自动加工出新的工件 2 数控机床的特点自动化程度高 劳动强度低加工精度高 加工质量稳定对加工对象的适应性强生产效率高 经济效益好便于现代管理易于建立计算机通信网络 3 数控机床的适用范围一般来说 数控机床特别适用于加工零件较复杂 精度要求高和产品更新频繁 生产周期要求短的场合 批量小而又多次生产的零件几何形状复杂的零件在加工过程中必须进行多种加工的零件切削余量大的零件公差带范围小的零件工艺设计变化快的零件加工过程中的错误造成严重浪费的贵重的零件需要全部检测的零件 1 数控机床适于 生产 A 大型零件B 小批量 形状复杂零件C 小型零件D 低精度零件2 加工精度高 自动化程度高 劳动强度低 生产效率高等是数控机床加工的特点 A 加工轮廓简单 生产批量又特别大的零件B 对加工对象的适应性强C 装夹困难或必须依靠人工找正 定位才能保证其加工精度的单件零件D 适于加工余量特别大 材质及余量都不均匀的坯件 3 数控机床适用于批量小 品种更换频繁 零件结构复杂 精度要求高的产品加工 4 数控机床加工的优点很多 它能适用于所有的机械加工 5 采用数控机床可以提高零件的加工精度 稳定质量 提高生产率 完成普通机床难以加工的复杂型面的加工 4 数控机床的发展趋势高精度化高可靠性高柔性化复合化高速度化制造系统自动化 5 数控机床的组成 1 数控机床由四个基本部分组成 数控装置 伺服系统和机床本体部分 A 数控程序B 信息载体C 伺服电动机D 可编程控制器2 数控机床的核心装置是 A 机床本体B 数控装置C 输入输出装置D 伺服装置3 伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动 4 数控装置是数控机床的运算和控制系统 5 检测元件的作用是检测位移和速度的实际值 并向数控装置或伺服装置发送反馈信号 从而构成闭环控制 6 数控的实质是计算机控制 6 数控机床的分类1 按控制方式分点位控制系统直线切削控制系统连续 轮廓 控制系统 1 按照机床运动的控制轨迹分类 加工中心属于 A 点位控制B 直线控制C 轮廓控制D 远程控制2 在同一时间内控制一个坐标方向上的移动的系统是 控制系统 A 点位B 点位直线C 轮廓D 连续3 按数控系统的控制方式分类 数控机床分为 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 A 点位控制数控机床B 点位直线控制数控机床C 半闭环控制数控机床D 轮廓控制数控机床 4 数控钻床和数控冲床都属于轮廓控制机床 5 数控坐标镗床是一种点位控制数控机床 6 数控车床是一种轮廓控制数控机床 7 点位控制的数控机床只控制起点和终点位置 对加工过程中的轨迹没有严格要求 8 点位控制系统不仅要控制从一点到另一点的准确定位 还要控制从一点到另一点的路径 2 按伺服控制方式分开环控制系统 特点 无位置反馈装置 因此控制精度低 工作比较稳定 适用于中 小型数控机床 全闭环伺服系统 特点 有位置反馈装置 并安装在工作台上 反馈工作台的直线位移 定位精度高 调试 维修麻烦 稳定性差 大型和精密机床 半闭环伺服系统 特点 有位置反馈装置 并安装在丝杆或电机输出轴上 将其角位移反馈回来 因有一部分传动误差没有进行补偿 所以加工精度低于闭环的 系统调试 维修容易 稳定性较好 注意 开环 全闭环 半闭环伺服系统的区别 1 数控闭环伺服系统的速度反馈装置装在 A 伺服电动机上B 伺服电动机主轴上C 工作台上D 工作台丝杠上2 开环控制系统是带有位置检测装置的控制系统 它结构简单 容易调试 成本低 3 闭环控制系统是反指不带位置检测装置的控制系统 它结构复杂 不易调试 成本高 4 闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统主要区别在于 A 位置控制器B 检测单元C 伺服驱动器D 控制对象5 以下系统中 在目前应用较多 A 闭环B 开环C 半闭环D 双闭环6 位置检测元件装在伺服电动机的尾部的是 系统 A 闭环B 半闭环C 开环D 三者均不是7 数控半闭环控制系统一般利用装在电动机或丝杠上的光栅获得位置反馈量 8 在闭环数控机床中的伺服电机一般采用步进电机 9 伺服系统的执行机构常采用直流或交流伺服电动机 10 半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同 半闭环的位置传感器安装在工作台上 全闭环的位置传感器安装在电机的轴上 11 开环控制系统一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造 12 半闭环控制系统通常在机床的运动部件上直接安装位移测量装置 3 数控加工程序将加工所需信息用特定的代码编制 用来控制数控机床的加工 这样的程序 1 程序编制的内容 首件试切是用来检验程序编制是否有错 数控程序编制是指由分析零件图样到程序检验的全过程 2 程序编制的方法手工编程 形状简单零件自动编程 形状复杂零件 手工编程适应于各种工件形状的编程 数控机床既可以自动加工 也可以手动加工 3 数控程序编制的国际标准EIA代码 美国电子工业协会 ISO代码 国际标准化协会 1 EIA代码区别于ISO代码的最大特点是每行孔数为 A 奇数B 偶数C 7孔D 8孔2 ISO代码中第五列是奇校验位 4 专业术语NC NumericalControl 数字控制CNC ComputerNumericalControl 计算机数字控制CAD ComputerAidedDesign 计算机辅助设计CAM ComputerAidedManufacture 计算机辅助制造 CAE ComputerAidedEngineering 计算机辅助工程分析CAPP ComputerAidedProcessPlanning 计算机辅助工艺规程设计CIMS ComputerIntegratedManufacturingSystem 计算机集成制造系统FMS FlexibleManufacturingSystem 柔性制造系统MC Machiningcenters 加工中心 QC QualityControl 质量控制DNC DirectNumericalControl 直接数控AC AdaptiveControl 自适应控制MNC Micro computerNumericalControl 微机数控ENC EconomicalNumericalControl 经济型数控 1 MNC表示 A 数控系统B 微机数控系统C 计算机数控系统D 经济型数控系统2 FMS是指 A 直接数字控制B 自动化工厂C 柔性制造系统D 计算机集成制造系统3 CAM是指 A 计算机辅助设计B 计算机辅助制造C 计算机辅助工艺规划D 计算机集成制 4 AC控制是指 A 闭环控制B 半闭环控制C 群控系统D 自适应控制5 英文缩写NC的含义是 A 数控程序B 数控编程C 数控加工D 数字控制 二 坐标系 1 机床坐标系 1 标准坐标系 直角坐标系X Y Z旋转坐标系A B CX Y Z 右手直角笛卡尔坐标系A B C 右手螺旋定则 右手直角笛卡尔定则 右手螺旋定则 1 用右手笛卡尔坐标系判断机床坐标系时 食指方向指向 A X轴B Y轴C Z轴D B轴2 数控机床的旋转轴之一B轴是绕 直线轴旋转的轴 A X轴B Y轴C Z轴D W轴3 数控机床绕X轴旋转的回转的运动坐标轴是 A A轴B B轴C C轴D D轴 4 数控机床的旋转轴之一B轴是绕 直线轴旋转的轴 A X轴B Y轴C 轴D W轴5 数控机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系 2 运动方向 假设工件不动 刀具相对移动 正方向为增大工件与刀具之间的距离的方向 1 确定坐标系正方向时 通常假定 A 被加工工件和刀具不动B 刀具不动 被加工工件移动C 被加工工件和刀具都移动D 被加工工件不动 刀具移动2 数控机床坐标轴命名原则规定 的运动方向为该坐标轴的正方向 A 刀具远离工件B 刀具接近工件C 工件远离刀具D 工件接近刀具 3 数控机床有不同的运动形式 需要考虑工件与刀具相对运动关系及坐标方向 编写程序时 采用 的原则编写程序 A 刀具固定不动 工件相对移动B 铣削加工刀具只做转动 工件移动 车削加工刀具移动 工件转动C 分析机床运动关系后再根据实际情况D 工件固定不动 刀具相对移动4 编制加工程序时一律假定刀具固定 工件移动 3 坐标轴的确定先Z轴后X轴 最后Y轴 1 Z轴 平行于机床主轴轴线的方向 2 X轴 水平平面内 垂直于Z轴 工件旋转 如车床 工件的径向 刀具旋转 如铣床 加工中心 卧式机床 人站在立柱旁 面向工件看 右手为X轴正方向 立式机床 人站在工作位 面向立柱看 右手为X轴正方向 3 Y轴 由上述两轴确定 卧式数控车床 立式数控铣床 1 数控机床的Z轴方向是指 A 平行于工件装夹方向B 垂直于工件装夹方向C 与主轴回转中心平行D 不确定2 数控机床的坐标系采用右手笛卡儿坐标 在确定具体坐标时 先定x轴 再根据右手法则定Z轴 3 不同的数控机床各坐标轴的运动各不相同 编程时一律假定刀具相对于静止的工件运动 4 机床原点机床上一个固定点 由机床生产商确定 机床使用用户无法修改 1 数控车床 卡盘端面与主轴轴线的交点 2 数控铣床 X Y Z三个直线坐标轴正方向的极限位置 1 下列说法不正确的是 A 机床原点为机床上一个固定点B 机床原点为工件上一个固定点C 机床原点由制造厂确定2 数控机床的机械零点是不受限制任意设定的 2 编程坐标系编程坐标系 为了编程方便 编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系 编程原点 是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的坐标系原点 注 编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上 3 加工坐标系 工件坐标系 工件原点 程序原点 零件被装夹好后 相应的编程原点在机床坐标系中的位置 加工坐标系 以确定的加工原点为基准所建立的坐标系 注意 机床坐标系与编程坐标系 加工坐标系的相互关系机床坐标系是所有坐标系的基准 编程坐标系中各轴方向与数控机床相应的坐标轴方向一致 编程坐标系 加工坐标系重合 1 数控编程时 应首先设定 A 机床原点B 固定参考点C 机床坐标系D 工件坐标系2 编程坐标系是编程人员在编程过程中所用的坐标系 其坐标的建立就与所使用机床的坐标系相一致 3 编程数控程序时一般以机床坐标系作为编程依据 4 编制数控程序时一般以工件坐标系为依据 5 数控机床的机械零点是不受限制任意设定的 6 编程坐标系可以任意设定 7 机床坐标系原点的位置通常由编程人员确定 8 工件坐标系原点的位置通常由厂家确定 4 机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的 坐标值已输入数控系统中 因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数 注意 通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的 数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点 数控机床开机时 通过手动回零操作确定机床原点 只有机床原点被确认后 刀具 或工作台 移动才有基准 注意 机床原点 机床参考点 编程原点 加工原点的相互关系 机床原点是所有坐标系原点的基准 加工原点必须通过机床原点确定 机床参考点在车床上是离开机床原点最远的点 铣床上这两点重合 编程原点和加工原点重合 2020 3 17 63 可编辑 三 程序结构 1 程序名 或O 四位数字2 程序主体程序段格式 1 固定地址程序段格式 2 带分隔符固定地址程序段格式 3 字地址程序段格式 3 程序结束M02 或M30 常用的程序段格式是 A 字地址程序段格式B 带分隔符的程序段格式C 固定顺序程序段格式 四 字及字功能 N G X Y Z F M S T 1 N顺序号N 多个正整数字注 顺序号只是程序段的名称 与程序执行的先后顺序无关 功用 校对和检索修改程序 条件转向的目标 2 G准备功能字G 1 2正整数字模态指令 该指令一旦在某程序段中指定 其功能一直保持到被取消或被同组其它代码所代替 非模态指令 其功能仅在所出现的程序段内有效 如 G04 G27 G28 G29 G30 G53 G92 注意 同组的代码不能出现在一个程序段中 不同组的代码根据需要可以在一个程序段中出现 其中 G01 G17 G21 G40 G90 G94为缺省状态 例 1 不同组的G指令出现在同一程序段中时 A 前面的指令有效B 前后的指令均有效C 后面的指令有效D 前后的指令均无效2 同组的G指令出现在同一程序段中时 A 前面的指令有效B 前后的指令均有效C 后面的指令有效D 前后的指令均无效 3 下列哪一个是非模态指令 A G41B G01C G90D G044 程序段G00G01G02G03X50 0Y70 0R30 0F70 最终执行 指令 A G00B G01C G02D G03模态指令的作用一直延续到下一个非模态指令为止 5 准备功能G40 C41 G42都是模态指令 6 G96功能为主轴恒线速度控制 G97功能为主轴恒转速控制 7 数控机床编程中的模态指令必须由非模态指令取消 8 华中数控系统中 G96S200表示切削速度是200m mim 9 华中数控系统中 G97S1500表示主轴转速为1500r min 10 模态指令在整个程序中只需输入一次 11 同组模态G代码可以放在一个程序段中 而且与顺序无关 3 尺寸字第一组 X Y ZU V WP Q R第二组 A B C D E第三组 I J K P R 4 F进给功能字G94 每分钟进给量 mm min G95 每转进给量 mm r 注 当接入电源时 机床进给方式默认G94 fm fr S其中 fm 每分钟进给量 mm min fr 每转进给量 mm r S 每分钟主轴转速 r min 5 S主轴转速功能字主轴线速度恒定G96S 设定主轴线速度恒定 m min 主轴转速度恒定G97S 设定主轴转数恒定 r min 6 T刀具功能字T2位T 刀具号 T4位T 刀具号补偿号 为使用方便 尽量使刀具序号和刀具补偿号保持一致 注 T代码与刀具移动指令在同一程序段时 先执行T代码 1 T为 功能 A 准备功能B 辅助功能C 刀具功能D 主轴转速功能2 F为 功能 A 准备功能B 辅助功能C 刀具功能D 进给功能3 进给功能一般是用来指令机床主轴的转速 4 F S指令都是模态指令 5 主轴转速功能字一般用来指定主轴的转速 6 在数控系统中 F地址字只能用来表示进给速度 7 M辅助功能字 M指令分为模态 白色 和非模态 红色 两种形式 M指令还可分为前置和后置指令两种 前置指令 在轴运动之前执行 如M03 M04 M08 后置指令 在轴运动之后执行 如M00 M01 M02 M30 M05 M09 M98 M99 注 华中系统同一程序段只能有一个M指令 FANUC SIMERIKE同一程序段最多可以有五个M指令 1 M02为 指令 A 程序暂停B 程序停止C 程序结束D 主轴停止2 M09为 指令 A 主轴停止B 主轴暂停C 切削液关D 切削液开3 辅助功能M02和M30都表示主程序的结束 程序自动运行至此后 程序运行停止 系统自动复位一次 4 M00指令属于准备功能字指令 含义是主轴停转 5 M00指令时程序暂时停止执行 按下任一键后 程序可继续向下执行 五 与参考点相关的指令 1 自动返回参考点G28XYZ 中间点坐标 一般用于自动换刀或消除机械误差 注意 执行G28指令时 各轴先以G00的速度快移到程序指定的中间点位置 然后自动返回参考点 在使用上经常将X Y轴和Z轴分开来用 X Y Z值在G90时为指定点在工件坐标系中的坐标 在G91时为指定点相对于起点的位移量 G28指令前要求机床在通电后必须 手动 返回过一次参考点 使用G28指令时 必须预先取消刀具补偿 G28为非模态指令 例 G28G90X1000Y700 返回参考点 A B R M06T03 在参考点换刀G29X1500Y200 从参考点返回 R B C 2 从参考点返回G29XYZ 目标点坐标 注意 动作顺序是从参考点快速到达G28指令的中间点 再从中间点移动到G29指令的点定位 因此紧跟在G28指令后使用 其动作与G00动作相同 六 绝对与增量坐标系 1 绝对坐标系机床运动位置的坐标值是相对于固定的坐标原点给出的 2 增量坐标系机床运动位置的坐标值是相对于前一位置的坐标点给出的 3 绝对坐标编程指令G90增量坐标编程指令G91 绝对坐标编程 G90G01X40 0Y70 0F100 增量坐标编程 G91G01X 60 0Y40 0F100 增量坐标编程 就是把上一工步的终点坐标作为本工步的坐标原点 七 数学处理 根据被加工零件图样 按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差 计算数控系统所需要输入的数据 称为数学处理 数学处理一般包括两个内容 1 零件的几何形状尺寸 2 公差 误差等 1 基点零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成 如直线 圆弧 二次曲线等 各几何要素之间的连接点称为基点 计算方法 联立方程求法三角函数求法 例1 求下图基点C的坐标 例2 计算下图T1 T2点的坐标 2 节点如果工件轮廓是非圆曲线 就用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线 逼近线段与被加工曲线的交点 零件轮廓几何元素的连接点称为节点 八 基本的编程指令 1 快速点定位指令G00格式 G00X Y Z 其中 X Y Z 移动终点的坐标 注 1 G00的运动轨迹为一条直线 2 不需在程序段中设定移动速度F 为系统设定的最高速度 G00X140Z40G00U80W 60 2 直线插补指令G01格式 G01X Y Z F 其中 F 插补速度 注 1 G01的运动轨迹为一直线 2 在程序段中设定移动速度F G90 G01X220Y110F200 G91G01X200Y100F200 1 G00 指令定位过程中 刀具所经过的路径是 A 直线B 曲线C 圆弧D 连续多线段2 G00和G01的运行轨迹都一样 只是速度不一样 3 G00指令可以用于切削加工 4 G00指令为快速点定位指令 5 G00指令中不需要给定进给速度 3 圆弧插补指令顺时针圆弧插补指令G02逆时针圆弧插补指令G03 1 格式格式1 其中 X Y Z 圆弧的终点坐标 I J K 圆心相对于圆弧起点的增量坐标 与G90和G91无关 也可看作是 从圆弧起点指向圆心的矢量在X Y Z坐标轴上的分量 有符号 注意 I J K有符号 I J K不管在G90或G91中都是增量值 格式2 R 圆弧的半径 注意 当圆弧的圆心角小于180 时 用 R 当圆弧的圆心角大于180 时 用 R 当圆弧的圆心角等于180 时 用 R和 R均可 整圆不能用R描述 只能用I J K 同一程序段中出现R和I J K时 R有效 2 旋向判断从第三根轴的正方向往负方向看 顺时针圆弧插补为G02 逆时针圆弧插补为G03 3 例1 1 半径编程格式圆弧a的加工程序为 G90G03x0y30R30F100 G91G03x 30y30R30F100 圆弧b的加工程序为 G90G03x0y30R 30F100 G91G03x 30y30R 30F100 2 圆心编程格式圆弧a的加工程序为 G90G03x0y30I 30 J0 F100 G91G03x 30y30I 30 J0 F100 圆弧b的加工程序为 G90G03x0y30 I0 J30F100 G91G03x 30y30 I0 J30F100 例2 从a点顺时针一周时的程序 G90G02 x30y0 I 30 J0 F100 G91G02 x0y0 I 30 J0 F100 从b点逆时针一周时的程序 G90G03 x0y 30I0 J30F100 G91G03 x0y0I0 J30F100 例3 1 G02X20Y20R 10F100 所加工的一般是 A 整圆B 夹角 180 的圆弧C 180 夹角 360 的圆弧D 不确定2 在铣削一个XY平面上的圆弧时 圆弧起点在 30 0 终点在 30 0 半径为50 圆弧起点到终点的旋转方向为顺时针 则铣削圆弧的指令为 A G17G90G02X 30 0Y0R50 0F50B G17G90G03X 300 0Y0R 50 0F50C G17G90G02X 30 0Y0R 50 0F50D G18G90G02X30 0Y0R50 0F50 3 在XY平面上 某圆弧圆心为 0 0 半径为80 如果需要刀具从 80 0 沿该圆弧到达 0 80 点程序指令为 A G02XO Y80 I80 0F300B G03XO Y80 I 80 0F300C G02X8O Y0 J80 0F300D G03X80 Y0 J 80 0F3004 在XY平面上 某圆弧圆心为 0 0 半径为80 如果需要刀具从 80 0 沿该圆弧到达 0 80 点程序指令为 A G90G03X80 0Y0R80 0F3