第四章 数控加工与编程基础

第一节数控加工的工艺特点,第二节数控加工的工艺分析与设计,第三节数控加工的程序格式与标准数控代码,第四节数控编程中的数值计算,第四章数控加工与编程基础,一、数控加工工艺的内容,第一节数控加工的工艺特点,所谓数控加工工艺，就是使用数控机床加工零件的一种工艺方法。数控技术涉及数控加工设备，还包括数控加工工艺、工装和加工过程的自动控制等。其中，拟定数控加工工艺是进行数控加工的一项基础性工作。,数控加工工艺的主要内容,1)通过数控加工的适应性分析，选择数控加工的零件及内容；2)结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工的工艺分析；3)进行数控加工的工艺设计；4)根据编程的需要，对零件图形进行数学处理；5)编写加工程序单（自动编程时为源程序，由计算机自动生成加工程序）；6)校对与修改加工程序；7)首件试加工，并对现场问题进行处理；8)编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡，程序说明卡，走刀路线图等。,二、数控加工的工艺特点,工序内容具体、复杂、严密工序集中加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段（存在逼近误差、圆整化误差、插补误差）,1优点(1)自动化程度高。(2)加工的零件一致性好，质量稳定。(3)生产效率较高。(4)便于产品研制。(5)便于实现计算机辅助设计与制造一体化。,2缺点(1)加工成本一般较高。(2)只适宜于多品种小批量或中批量生产。(3)维修困难。,第二节数控加工的工艺分析与设计一、数控加工工艺合理性分析1适合数控加工的零件（1）形状复杂，精度高通用机床难以加工的零件（2）用数学模型描述的曲线曲面轮廓（3）难检测，难控制进给和尺寸的内腔壳体（4）必须一次装夹完成多种工序加工的零件（5）用通用机床加工效率低，劳动强度大的零件（6）需要多次改形的零件,2数控机床的选择（1）旋转零件的加工：数控车、数控磨（2）平面与曲面轮廓零件的加工：数控铣、加工中心（3）孔系零件的加工：数控钻床、数控镗床（4）模具型腔的加工：数控铣、数控电火花,3零件图工艺性分析（1）加工精度及技术要求分析（2）零件轮廓几何要素分析（3）零件图中尺寸标注分析（4）零件结构的工艺性分析4零件加工条件分析与确定毛坯5选择定位基准，拟定零件加工工艺路线,二、零件的工艺性分析,1零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。,2零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高；2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。4）应采用统一的基准定位。,1工序的划分(1)按粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。如图7-6所示的零件，应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。,三、确定工艺过程,(2)按先面后孔的原则划分工序对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔；(3)按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。,如图75所示的片状凸轮，按定位方式可分为两道工序，第一道工序可在普通机床上进行。,(4)按零件装夹定位方式划分工序一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。,14,主要内容,2、加工路线确定,加工路线是指刀具相对于被加工工件的运动轨迹，不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的顺序。,保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；简化数值计算，减少程编工作量；缩短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加工效率。,15,孔加工,问题：1m以上的深孔如何加工？,16,带岛屿的型腔加工,“行切法”加工,17,型腔的粗铣加工,18,主要内容,凹槽加工,曲面的三坐标和五坐标加工,19,复杂型腔环切加工,由外至内环切加工,由内至外环切加工,20,切向切入,径向切入,切入切出的选择,21,回转体的加工,22,固定斜角斜面加工,23,空间曲线曲面加工,1零件的安装,在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通机床相同，要合理选择定位基准和夹紧方案，为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列几点：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。（3）避免采用占用机时的人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。,四确定零件的安装方法和对刀点、换刀点,2.对刀点与换刀点的确定刀位点：刀具中心或尖点对刀点：加工零件时刀具运动的起点。对刀：使刀位点和对刀点重合的过程。用对刀来确定刀具和工件的相对位置，建立机床坐标系和工件坐标系的联系。换刀点：更换刀具的位置。,各种刀具刀位点,对刀点确定准则：1）对刀点应为零件的设计基准或工艺基准2）对刀点应便于观察检测，对刀方便3）对刀点应在坐标系原点上或已知坐标值的点上4）对刀点可用试切法确定5）不重复使用原则,刀具与工件原点Y轴方向之距离,刀具与工件原点X轴方向之距离,刀具与工件原点Z轴方向之距离,70,对刀点与工件坐标系原点重合,车削加工零件,铣削加工零件,对刀点在加工过程中便于检查,对刀点在工件的几何对称中心,30,主要内容,1、刀具的选择,应满足：安装调整方便刚性好精度高耐用度高,数控车床刀具系统,五选择刀具和切削用量,31,主要内容,数控铣床刀具系统,32,主要内容,切削用量的选择,切削深度进给量进给速度主轴转速,2切削用量选择,切削深度,也称为吃刀量,主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工精度和改善表面质量。在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般可取（0.20.5）mm,33,主要内容,进给速度,（1）若工件质量能得到保证，为提高生产率，可选较高的进给速度。常在100-200mm/min范围内选取。（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选较低的进给速度，常在20-50mm/min范围内选取。（3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20-50mm/min范围内选取。（4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。,34,主要内容,主轴转速,根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度选择切削速度。,S1000Vc/D,第三节数控加工的程序格式与标准数控代码一、常用的数控标准和指令代码1.ISO代码和EIA代码国际标准化协会美国电子工业协会2.数控标准的内容：数控的名词术语；数控机床的坐标轴和运动方向；数控机床的字符编码（ISO代码、EIA代码）数控编程的程序段格式；准备机能（G代码）和辅助机能（M代码）；进给功能、主轴功能和刀具功能。,二、程序结构与程序段格式1.加工程序的结构加工程序主程序和子程序程序段(block)字(word)地址和数据2.程序段格式,NGX.Y.FSTMLF,程序段序号,准备机能字,坐标字,进给功能字,主轴转速功能字,刀具功能字,辅助功能字,结束符,加工程序的结构加工程序：由程序名（号），程序体(若干程序段)和程序结束语3部分组成。每个程序段又由若干个代码字组成，每个代码字则由文字（地址符）数字和符号组成。举例如下：%O0012（程序名，程序号）N0010G91G00X50Y60LFN0020G01X1000Y5000F150S300T12M03LFN0100G00X-50Y-60LFN0110M02LF（程序结束语）上例为一个完整的加工程序，它由11个程序段组成，每个程序段以序号“N”开头，用LF结束。M02代表整个程序的结束。有些数控系统还规定，整个程序要求以符号“%”开头，以符号“EM”结尾。,常用地址字符地址字意义A、B、C围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字F、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能G准备机能I、J、K插补参数M辅助机能N程序段序号U、V、W与X、Y、Z轴平行的第2移动坐标尺寸字X、Y、Z主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字,（1）程序段由程序段序号若干个程序字结束符LF组成。一个程序段表示一个完整的加工工步或动作。（2）字符由英文字母，数字和小数点，正负号和功能符号组成。（3）指令指令结构：程序字(地址符）数字和符号程序字分类：分为功能字和坐标字（4）程序名（号）FANUC：O+数字和文字，O0123，O0FILESIEMENS：%+数字和文字，%0012，%NAME12（5）子程序子程序应用范围：1）若干相同轮廓；2）有相同的加工路线；3）一个轮廓需要分多层加工；4）独立的加工工步,2程序段格式（1）固定顺序程序段格式这种格式是预先规定了所有可能出现的程序字的固定排列顺序，根据程序字出现的顺序，就可判定其功能。（2）带分隔符的固定顺序程序段格式在上面格式的基础上用分隔符“HT”代替地址符分隔程序字。我国数控线切割机床采用的“3B”或“4B”格式指令就是典型的分隔符固定顺序格式。其3B格式的一般表示为：BXBYBJGZ（3）程序字地址符可变程序段格式特点：程序简单，可读性强，易于检查。现代数控机床广泛采用。（ISO10561975E，JB/T32081999）N4G2X4.3Y4.3Z4.3I4.3J4.3K4.3(R4.3)F3S4T4M2LF,三、数控程序指令代码1.程序段号N0001N9999正整数，可不连续2.准备功能字G模态指令（续效指令），非模态指令3.主轴转速功能字SG97S1200主轴转速功能，主轴转速1200r/minG96S200主轴恒线速功能，主轴线速度200m/min4.进给功能字FG94F100每分钟进给100mm/minG95F100每转进给100mm/r5.刀具功能字TT0404选4号刀4号刀偏，T0200选2号刀刀偏取消T5D2选5号刀2号刀偏，T5D7选5号刀7号刀偏6.辅助功能字M,7坐标功能字坐标功能字的排列顺序：X,Y,Z,U,V,W,Q,R,A,B,C,D,EFANUCG21公制，G22英制SIEMENSG71公制，G72英制公制单位：0.001mm,1mm,英制单位：0.0001inch,0.001inch8程序结束符EIA：“CR”，ISO：“LF”，书写：“；”，“*”,四、数控系统的指令功能,1准备功能准备功能又称“G”功能或“G”代码，它是建立机床或控制数控系统工作方式的一种命令，它由地址G及其后的两位数字组成。G代码分为模态代码和非模态代码两种。,（1）选择机床坐标系指令（G53）G53XY；（2）工件坐标系设定指令G92X400.Z250.,G代码功能介绍（以FANUC系统为例）1.与坐标系有关的G代码,G92X180.Y150.（3）选择工件坐标系指令（G54G59）,(4)设定局部坐标系指令（G52）G52X100.Y50.,(5)坐标平面设定指令（G17，G18，G19）G17-xy平面;G18-zx平面;G19-yz平面.,2.坐标值尺寸G代码（1）绝对值和增量值编程指令（G90，G91）G90X40.0Y70.0；绝对值编程G91X60.0Y40.0；增量值编程,（2）极坐标尺寸指令G16；建立极坐标指令方式G15；取消极坐标指令方式,绝对值指令编程N1G17G90G16N2G81X100.0Y30.0Z-20.0R-5.0F200.0N3Y150.0N4Y270.0N5G15G80相对值指令编程N1G17G90G16N2G81X100.0Y30.0Z-20.0R-5.0F200.0N3G91Y120.0N4Y120.0N5G15G80,100,（3）公制，英制转换指令G20；英制输入G21；公制输入3.关于参考点的G代码（1）返回参考点校验指令（G27IP_）（2）自动返回参考点指令（G28IP_）（3）返回到第二、第三和第四参考点指令（G30piIP_）（4）自动从参考点返回指令（G29IP_）,G28和G29指令应用的例子；G28G90X1000.0Y700.0；返回参考点（ABR）T1111；在参考点换刀G29X1500.0Y200.0；从参考点返回（RBC）,4.插补功能G代码（1）定位（快速）指令（G00）,（2）单方向定位指令（G60）,（3）直线插补指令（G01）G01XxYyZzFfx轴方向的进给速度：其中：例：直线轴插补：（G91）G01X200.0Y100.0F200.0；旋转轴插补：G91G01C90.0F300.0；,绝对坐标：N001G92X28Y20;N002G90G00X16S_T_M_;N003G01X-8Y8F_;N004X0Y0;N005X16Y20；N006G00X28M02;增量坐标：N001G91G00X-12Y0S_T_M_;N002G01X-24Y-12F_;N003X8Y-8;N004X16Y20；N005G00X12Y0M02;,（4）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）方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往负向观察,X,Y,G17,G03,G02,Z,X,G18,G03,G02,Y,Z,G19,G03,G02,圆弧插补指令G02(顺圆)、G03(逆圆)程序格式如下：式中X、Y、Z为终点坐标，G90时用绝对值，G91时用增量值；I、J、K为圆心相对起点的坐标，总为增量值。R为圆弧半径，圆弧180时R取正值，圆弧180时R取负值,格式：G03XxYyIiJjFf或G03XxYyRrFfx,y-终点坐标(与G90和G91有关)I,j-圆心相对起点的坐标(增量值，与G90和G91无关)r-圆弧半径(负值表示大于180度圆弧)f-切向速度例：G03X100.Y100.I50.J50.F100.或G03X100.Y100.R50.F100.,圆弧插补示例，加工轨迹如图绝对编程方式：G92X200.0Y40.0Z0；G90G03X140.0Y100.0I-60.0F300；G02X120.0Y60.0I-50.0；或G92X200.0Y40.0Z0；G90G03X140.0Y100.0R60.0F300；G02X120.0Y60.0R50.0；增量编程方式：G91G03X-60.0Y60.0I-60.0F300；G02X-20.0Y-40.0I-50.0；或G91G03X-60.0Y60.0R60.0F300；G02X-20.0Y-40.0R50.0；,示例：绝对坐标：N001G92X0Y0;N002G90G00X20Y0;N003G03X20Y0I-20J0F100;N004G00X0Y0M02;增量坐标：N001G91G00X20Y0;N002G03X0Y0I-20J0F100;N003G00X-20Y0M02;,绝对坐标：N001G92X0Y18;N002G90G02X18Y0R18F100;N003G03X68Y0R25;N004G02X88Y20R-20M02;增量坐标：N001G91G02X18Y-18R18F100;N002G03X50Y0R25;N003G02X20Y20R-20M02;,（5）螺旋线插补指令F代码规定为刀具沿圆弧的进给速度例：G91G17G03X-50.Y50.R50.Z30F100.,Z,Y,X,刀具轨迹,（6）螺纹切削指令格式：G33IP_F_；其中IP_：螺纹终点位置F_：长轴方向导程（或螺距）例:加工螺纹长度10mm，螺距1.5mm，指令为G33Z10.0F1.5；,（9）跳过功能指令指令格式：G31IP_；应用场合：加工停止位置由跳过信号指定，如磨削加工，工件尺寸测量等。示例：,100,50,Y,X,跳过信号输入,G31G91X100.0F100.0；Y50.0；,G31G90X200.0F100.0；X300.0Y280.0；,Y,跳过信号输入,（300，280）,280,100200300,x,5.进给功能G代码（1）每分进给量指令（G94）G94；每分进给G代码F_；进给速度指令（mm/min或inch/min）（2）每转进给量指令（G95）G95；每转进给G代码F_；进给速度指令（mm/rev或inch/ren）（3）时间倒数进给速度指令（G93）G93；倒数时间进指令G代码F_；进给速度指令（1/min）（4）一位进给速度F代码指令,6.切削速度控制G代码（1）准确停止指令（G09）到终点之前减速并进行“到位检测”,非模态指令。（2）准确停止方式指令(G61)到终点之前减速并进行“到位检测”,模态指令。（3）切削方式指令（G64）终点前不减速而移到下一个程序段，模态指令。（4）攻丝方式指令（G63）同G64但进给倍率固定为1。（5）自动拐角倍率指令（G62）在拐角两端，运动速度会自动地减少。（6）暂停指令（G04）G04X_；或G04P_；例:暂停1秒的指令为：G04X1000,7.主运动速度G代码恒表面速度控制指令格式为：G96S；线速度（m/min或feet/min）恒表面速度控制取消指令格式为：G97S；主轴速度（rpm）,8.补偿功能G代码刀具长度补偿指令格式：G43(G44)_H_G43：正偏移G44：负偏移G49：取消长度补偿_：指定轴的位置H_：偏移值地址例：H1-刀具偏移值为20.0G90G43Z100.0H1;刀具将沿Z轴运动到120.0的位置,8.补偿功能G代码（2）刀具偏移指令G45IP_D_；增加一个刀具偏移量的移动距离G46IP_D_；减少一个刀具偏移量的移动距离G47IP_D_；增加二个刀具偏移量的移动距离G48IP_D_；减少二个刀具偏移量的移动距离,N1G91G46G00X35.0Y20.0D01；N2G47G01X50.0F120.0；N3Y40.0；N4G48X40.0；N5Y-40.0；N6G45X30.0；N7G45G03X30.0Y30.0J30.0；N8G45G01Y20.0；N9G46X0；运动量为零，刀具向-X方向移动一个刀偏值；N10G46G02X-30.0Y30.0；J30.0；N11G45G01Y0；运动量为零，刀具向+Y方向移动一个刀偏值；N12G47X-120.0N13G47Y-80；N14G46G00X-35.0Y-20.0,（3）刀具半径补偿C指令B刀补-尖角用圆弧过渡C刀补-尖角用折线过渡左刀补:G00（或G01）G41IP_D_；右刀补:G00（或G01）G42IP_D_；IP_指令坐标轴的运动值；D_为表示刀具半径补偿值的代码。撤消刀补指令为G40。,G92X0Y0Z0；设定绝对坐标系，刀具位于开始位置（X0，Y0，Z0）；N1G90G17G00G41D07X250.0Y550.0；建立刀具半径补偿；N2G01Y900.0F150；N3X450.0；N4G03X500.0Y1150.0R650.0；N5G02X900.0R-250.0；N6G03X950.0Y900.0R650.0；N7G01X1150.0；N8Y550.0；N9X700.0Y650.0；N10X250.0Y550.0；N11G00G40X0Y0；,X,G92X0Y0Z50G00X-60Y-40S500M03Z5G01Z-10F20G42D1X-40Y-20X20G03X40Y0I0J20X-6.195Y39.517R40G01X-40Y20Y-20G40X-60Y-40G00Z50,（4）拐角圆弧插补指令G39；或G39,N1Y10.0N2G39；N3X-10；,N1Y10.0;N2G39I-1.0J2.0；N3X-10.0Y20.0；,拐角圆弧终点的矢量垂直于由I,J,K确定的矢量。,79,9、孔固定循环功能主要用于钻孔、镗孔、攻螺纹等。FANUC-6M固定循环功能如表3-7所示。,80,固定循环的动作虚线：快速进给实线：切削进给。孔加工固定循环通常包含以下6个动作：动作1x、y孔位置。动作2快进到R点。动作3孔加工。动作4在孔底的动作：包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作。动作5返回到R点，继续孔的加工而又可以安全移动刀具时选择R点。动作6快速返回到初始点，孔加工完成后一般应选择初始点。,81,(1)初始平面为安全下刀而规定的一个平面。(2)R点平面R点平面又叫做R参考平面，是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面，距工件表面的距离可取2-5mm。(3)Z（孔底）平面加工盲孔时为孔底Z轴高度，加工通孔时要伸出孔底一段距离，以保证孔能全部加工。,R点,Z点,82,固定循环的代码(1)数据形式G90时R与Z一律取其终点坐标值，G91则指自R点到孔底平面上Z的距离。(2)返回点平面G98，G99G98使刀具返回到初始平面，G99则返回到R点平面。,G98,G99,G99,G98,9.固定循环指令（1）钻镗类固定循环指令1）高速深孔钻削循环（G73）G73X_Y_Z_R_Q_F_K_；(X、Y)为孔位置数据，Z：增量编程时指从R点到孔底的增量值。绝对编程时指孔底的坐标值。R：增量编程时指从初始平面到R点的增量值。绝对编程时指R点的坐标值。Q_：每次切削进给的深度K：加工相同距离的多个孔时，指定循环次数K,例：加工4个直径为30mm通孔G90G00X0.Y0.Z100.G98G73X120.Y-75.Z-46.R2.Q8.F60Y75.X-120.Y-75.G80G00Z200.,2）左旋螺纹攻丝循环（G74）G74X_Y_Z_R_P_F_K_；其中P为暂停时间,3）精密镗孔循环（G76）指令格式：G76X_Y_Z_R_Q_P_F_K_；Q_：让刀位移量P_:孔底停留时间,4）钻削循环（G81）G81X_Y_Z_R_F_K_；,5）钻、镗阶梯孔循环（G82）G82X_Y_Z_R_P_F_K_；,6）深孔加工循环（G83）G83X_Y_Z_R_Q_F_K_；,7）攻螺纹循环（G84）G84X_Y_Z_R_P_F_K_；,8）镗孔循环（G85）G85X_Y_Z_R_F_K_；,9）镗孔循环（G86）G86X_Y_Z_R_F_K_；,10）背镗循环（G87）G87X_Y_Z_R_Q_P_F_K_；,11）镗孔循环（G88）G88X_Y_Z_R_P_F_K_；,12）镗孔循环（G89）G89X_Y_Z_R_P_F_K_；13）取消固定循环指令（G80）G80；,N001G92X0Y0Z0；工件坐标系设置在参考点；N002G90G00Z250.0T11M06；到换刀点换T11刀具；N003G43Z0H11；到初始平面，长度补偿；N004S30M03；主轴正转；N005G99G81X400.0Y-350.0Z-153.0R-97.0F120；定位，钻1孔；N006Y-550.0；钻2孔；N007G98Y-750.0；钻3孔；N008G99X1200.0；钻4孔；N009Y-550.0；钻5孔；N010G98Y-350；钻6孔；N011G00X0Y0M05；X、Y坐标返回到参考点，主轴停；N012G49Z250.0T15M06；到换刀点，取消刀具长度补偿，换T15刀具；N013G43Z0H15；到初始平面，并进行刀具长度补偿；N014S20M03；主轴正转；,N015G99G82X550.0Y-450.0Z-130.0R-97.0P2000F120；N016G98Y-650定位，钻8孔，返回到初始平面，孔底暂停；N017G99X1050.0；定位，钻9孔，返回到R平面，孔底暂停；N018G98Y-450.0；定位，钻10孔，到初始平面，孔底暂停；N019G00X0Y0M05；返回到参考点，主轴停；N020G49Z250.0T31M06；到换刀点，取消长度补偿，换T31刀具；N021G43Z0H31；到初始平面，进行刀具长度补偿；N022S10M03；主轴正转；N023G99G85X800.0Y-350.0Z-153.0R-47.0F50；定位，钻11孔，返回到R平面；N024G91Y-200.0K2；定位，钻12、13孔，返回到R平面；N025G28X0Y0M05；经中间点（0,0,-47.0）回到参考点，主轴停；N026G49Z0；取消刀具长度补偿；N027M30；程序停止。,作业：如图对A、B、C、D四孔进行深孔钻攻螺纹（左旋），编制加工程序,Z,N10G92X0Y0Z250.0;N15T01M06;在250处换刀N20G90G00Z150.0;快进到初始平面N25G99G73X15.0Y10.0Z-53.0Q5.0R3.0F50;钻通孔A循环,R平面为工件上表面3mm,刀具伸出下平面4mm,返回到R平面N30G98Y35.0;钻B孔,返回到初始平面N35G99X50.0;钻C孔,返回到R平面N40G98X10.0;钻D孔,返回到初始平面N45G00X0Y0Z250.0T02M06;N50Z150.0S150M03;N55G99G74X15.0Y10.0Z-53.0R3.0F150;攻A孔螺纹循环,返回到初始平面N60G98Y35.0;攻B孔螺纹N65G99X50.0;攻C孔螺纹N70G98Y10.0;攻D孔螺纹N75G80G00X0Y0Z250.0M30;,（3）车削单一固定循环指令1）外径、内径车削循环指令（G77）指令格式：G77X（U）_Z（W）_F_；G77X（U）_Z（W）_I_F_；,有些车削数控系统不使用G90/G91绝对值/增量值指令。用X、Z表示绝对值尺寸，用U、W表示对应X、Z的增量值尺寸。而且编程时可以混合使用。另外X轴方向为了适应直径和半径尺寸标注，可以用参数设置为直径指定或半径指定。,2）螺纹切削循环指令（G78）指令格式：G78X（U）_Z（W）_F_；G78X（U）_Z（W）_I_F_；,3）端面切削循环指令（G79）指令格式：G79X（U）_Z（W）_F_；G79X（U）_Z（W）_K_F_；,（4）车削复合固定循环指令1）外径粗车循环（G71）外径精车循环（G70）指令格式：G71U（d）R（e）；G71P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；G70P（ns）Q（nf）；N（ns）；在顺序号N（ns）和N（nf）的程序段之间指定的加工路线。N（nf）；其中d每次半径方向的吃刀量,半径值；e每次切削循环的退刀量，半径值。ns指定路线的第一个程序段序号；nf指定路线的最后一个程序段序号；uX轴方向的精车余量；wZ轴方向的精车余量；,应用举例：已知粗车切深为2mm，退刀量为1mm，精车余量在X轴方向为0.6mm（直径值），Z轴方向为0.3mmN010G92X250.0Z160.0；设置工件坐标系；N020T0100；换刀，无长度和磨损补偿；N030G96S55M04；主轴反转，恒线速度（55m/min）控制；N040G00X45.0Z5.0T0101；由起点快进至循环起点A，用1号刀具补偿；N050G71U2R1；外圆粗车循环，粗车切深2mm，退刀量1mm；N060G71P070Q110U0.6W0.3F0.2；精车路线为N070N110。N070G00X22.0F0.1S58；设定快进AA,精车进给量0.1mm/r，恒线速度控制；N080G01W-17；车22外圆N090G02X38.0W-8.0R8；车R8圆弧N100G01W-10.0；车38外圆N110X44.0W-10.0；车锥面；N120G70P070Q110；精车循环开始结束后返回到A点；N130G28U30.0W30.0；经中间点（75，35）返回到参考点；N140M30；程序结束。,2）端面粗车循环（G72）G72W（d）R（e）；G72P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；N（ns）；在N（ns）和N（nf）的程序段间，指定粗加工路线。N（nf）；其中d每次Z方向的吃刀量；e每次切削循环的退刀量。ns指定精加工路线的第一个程序段序号；nf指定精加工路线的最后一个程序段序号；uX轴方向的精车余量（直径/半径指定）；wZ轴方向的精车余量；,应用举例：已知粗车切深为2mm，余量在X轴方向为1mm，Z轴方向为2mm。N101T0100；自动换刀，采用1号刀具，无长度和磨损补偿；N102G97S220M08；取消主轴恒线速度控制，开冷却液；N103G00X176.0Z2.0M03；由起点快进至循环起点A，主轴正转；N104G96S120；恒线速度（120m/min）控制；N105G72W2.0R1；端面粗车循环，Z向切深2mm，退刀量由参数指定；N106G72P107Q100U2.0W2F0.3；精车路线为N107N100。N107G00Z-100.0F0.15S150；精车进给量0.15mm/r，恒线速度控制（150m/min）；N108G01X150.0;N109X120.0Z-60.0；移动到120、Z-60mm；N110Z-35.0；车120的外圆；N111X80.0W35.0；车锥面。N112G70P107Q100；精车循环；N113G00G97X200.0Z142.0；返回到换刀点；N114M30；程序结束。,11.比例缩放和旋转变换指令（1）比例缩放指令（G50,G51）G51X_Y_Z_P_；比例缩放开始；(G51X_Y_Z_I_J_K_；)比例缩放有效G50；比例缩放取消。,G51X0Y0P2G01X100Y200G01X200Y400G50G51X0Y0I2J3G01X100Y200G01X200Y600G50,（2）坐标旋转指令（G68,G69）G68_R_；坐标旋转开始坐标系旋转方式G69；取消坐标系旋转指令其中：_-旋转中心的绝对坐标值，指定平面的二个轴；R-旋转角度,例：N1G92X0Y0G69G01；设定坐标系、取消坐标旋转、设定G01运动；N2G42G90X100.0Y100.0F1000D01；右刀补，运动到(100,100)；N3G68R-30000；坐标旋转.旋转中心：(100,100),旋转角:30；N4G91X200.0；N5G03Y100.0I100.0J50.0；N6G01X-200.0；N7Y-100.0；N8G69G40G90X0Y0;取消坐标旋转，取消刀补，回到原点M30；程序停止。,（1）作用：用于控制CNC机床开关量，如主轴正反转、冷却液的开停、工件的夹紧松开等。（2）组成：M后带二位数字组成。（3）分组及分组的原则（4）标准中：未指定、永不指定的目的,四、辅助功能M代码及其应用,M00程序暂停，可以重新按下机床面板上的循环启动按钮再执行程序M01选择暂停，要在机床机板上按下选择暂停按钮才有效M02和M30程序结束，M02结束在程序末尾，M30结束后又返回程序头M03、M04和M05主轴正转、反转和停转M06换刀（常用于加工中心，刀库换刀）M07、M08、M09冷却液开、冷却液关,常用M指令,！注意事项：a、不同组别的指令，包括M指令在一条加工程序中，最多只有3个G或M指令b、如果加工程序段中的指令超过3个，则只有最后一个指令有效，前面的指令无效。,五F、T、S功能(1)F功能指定进给速度，由地址F和其后面的数字组成。(2)T功能指令数控系统进行选刀或换刀。(3)S功能指定主轴转速或速度，用地址S和其后的数字组成。,第四节数控编程中的数值计算,数控机床的控制系统主要进行的是位置控制，即控制刀具的切削位置。数控编程的主要工作就是把加工过程中刀具移动的位置按一定的顺序和方式编写成程序单，输入机床的控制系统，操纵加工过程。刀具移动位置是根据零件图纸，按照已经确定的加工路线和允许的加工误差计算出来的。这一工作称为数控加工编程中的数值计算。数值计算主要用于手工编程时的轮廓加工。,一、数控编程中数值计算的内容：,数控加工编程中的数值计算主要包括：,零件轮廓中几何元素的基点插补线段的节点刀具中心位置辅助计算等内容,基点,基点就是构成零件轮廓的各相邻几何元素之间的交点或切点。如两直线的交点、直线与圆弧的交点或切点、圆弧与二次曲线的交点或切点等等，均属基点。一般来说，基点的坐标根据图纸给定的尺寸，利用一般的解析几何或三角函数关系不难求得。,节点,节点是在满足容差要求条件下用若干插补线段（如直线段或圆弧段等）去逼近实际轮廓曲线时，相邻两插补线段的交点。节点的计算比较复杂，方法也很多，是手工编程的难点。有条件时，应尽可能借助于计算机来完成，以减少计算误差并减轻编程人员的工作量。一般称基点和节点为切削点，即刀具切削部位必须切到的点。,刀具中心位置,刀具中心位置是刀具相对于每个切削点刀具中心所处的位置。因为刀具都有一定的半径，要使刀具的切削部位切过轮廓的基点和节点，必须对刀具进行一定的偏置。对于没有刀具偏置功能的数控系统，应计算出相对于基点和节点的刀具中心位置轨迹。对于具有刀具偏置功能的数控系统，加工某些内腔型面时，往往也要求计算出刀具中心轨迹的坐标数据。,辅助计算,辅助计算包括以下内容：1）增量计算对于增量坐标的数控系统，应计算出后一节点相对前一节点的增量值。2）脉冲数计算通常数值计算是以毫米为单位进行的，而数控系统若要求输入脉冲数，故应将计算数值换算为脉冲数。3）辅助程序段的数值计算对刀点到切入点的程序段，以及切削完毕后返回到对刀点的程序均属辅助程序段。在填写程序单之前，辅助程序段的数据也应预先确定。,一零件轮廓如图2-1所示，其中A、B、C、D、E、F为基点，A、B、C、D、可直接由图中所设工件坐标系中得知，而E点是直线DE与EF的交点，F是直线EF与圆弧AF的切点。分析可知，OF与X轴的夹角为30，EF与X轴夹角为120，则FX=20cos30=17.321FY=20sin30=10EY=30EX=FX-（EY-FY）/tg60=5.774,二、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算,G,三、节点的计算,大多数铣床或加工中心都具有直线及圆弧插补功能，因此在加工由直线、圆弧组成的平面轮廓时，只需进行各基点的数值计算，不涉及节点计算问题。但若零件轮廓不是直线和圆弧组合而成，则要用直线段或圆弧段去逼近轮廓曲线，故要进行相应的节点计算。节点计算的方法很多，一般可根据轮廓曲线的特性、数控系统的插补功能及加工要求的精度而定。一般有三种方法，即切线逼近法、弦线逼近法和割线逼近法等。,几种常用插补方法中节点坐标的计算：,直线插补圆弧等步长插补法等误差插补法圆弧插补法,1.直线插补圆弧,在只有直线插补功能的数控系统中，加工圆弧要靠直线插补来实现。直线插补圆弧是用直线作弦或切线去逼近圆弧。如图2-3所示，一圆弧AB的半径为R，起始角为，终止角为，圆心位于（x0，y0），若插补容差为，则插补节点的计算步骤如下：,1）求插补线段所对应的圆心角=2arccos（R）/R）2）求插补节点数n-/n取-/截去小数部分的整数值。3）求插补节点坐标xi=x0+Rcos（i）yi=y0+Rsin（i）式中，i=1，2，n；沿逆时针方向插补圆弧时取“+”号、沿顺时针方向插补圆弧时取“-”号。,演示,思考：如果用切线逼近圆弧，使导出切线段插补圆弧的节点计算公式。P24-14,A,节点1,节点n,1,n,B,B,B,B,B,=2arccor(R/(R+)n=-/当n为整数时，n=n；当n的小数部分大于等于0.5时，n=n+1；xi=x0+（R+）cos（2i-1）/2）i=1，2，n；沿逆时针方向插补圆弧时取“+”号、沿顺时针方向插补圆弧时取“-”号。当n的小数部分小于0.5时，第n+1个节点需单独计算。,方法1,n,B,节点n,n+1,n,B,若以半角为份数，则n为奇数时，小数部分可截去。n为偶数时，小数部分均需单独处理；,B,A,方法2,A,1,B,B,B,B,2,n,B,n+1,n-1,A,i=1,i=0,方法3（2000级杲祥明）,1）求插补线段所对应的圆心角=2arccos（R/（R+）2）求插补节点数n=-/n为整数时，=；=；否则，n取不小于n整数，=-/n=R/cos(/2)-R3）求插补节点坐标xi=x0+(R+)cos（2i-1）/2）yi=y0+(R+)sin（2i-1）/2）式中，i=1，2，n；沿逆时针方向插补圆弧时取“+”号、沿顺时针方向插补圆弧时取“-”号。,等步长是指插补的直线段长度相等，而插补误差则不一定相同。计算插补节点时，必须使产生的最大插补误差max小于或等于容许的插补误差，以满足加工精度的要求。图2-4所示为一段轮廓曲线。设曲线方程为y=f（x），则等步长插补节点的计算步骤为：,2等步长插补法,演示,1)求曲线段的最小曲率半径Rmin,最大插补误差max必在最小曲率半径Rmin处产生，已知曲线曲率半径为：R=1+（y）23/2/y（2-1）欲求最小曲率半径，应将式（2-1）对x求一阶导数，即dR/dx=3（y）2y1+（y）21/2-1+（y）23/2y/（y）2令dR/dx=0，得3(y）2y-1+（y）2y=0（2-2）由此可求出最小曲率半径处的x值。将此值代入式(2-1)，可得Rmin。,演示,图,2）求插补步长,在三角形ofg中，有（/2）2=R2（Rmax）2取max=（一般取零件公差的1/51/10），R=Rmin，则插补步长为h8Rmin图,3）求插补节点,步长确定之后，以曲线的起点a（x0，y0）为圆心，步长为半径作圆，该圆与曲线的交点b，即为第一个插补节点。即联立方程y=f（x）（xx0）2+（yy0）2=8Rmin的解（x1，y1），即为b的坐标。再以b点为圆心，重复3），即可求得下一插补节点。依此类推，可求得y=f（x）的全部插补节点。,图,例一轮廓曲线方程为x2=4ay起点为（0，0）。则y=x/2ay=1/2ay=0代入式（2-2）:3(y）2y-1+（y）2y=0，再将所的结果x=0代入式（2-1）R=1+（y）23/2/y可得Rmin=2a，将Rmin代入式（2-3），得16a最后由式（2-4）解联立方程：,x2=4ayx2+y2=16a即可得第一个插补节点。重复步骤3），可求得其余插补节点。等步长插补法，计算过程比较简单，但因步长取决于最小曲率半径，致使曲率半径较大处的节点过多过密，所以等步长法只对于曲率半径变化不是太大的的曲线加工较为有利。,等误差法可使各插补直线段的插补误差小于或等于容许的插补误差，其插补线段可长可短。该插补法适用于轮廓曲率变化比较大、形状比较复杂的工件，是插补线段最少的方法。如图2-5所示，设轮廓曲线方程为y=f（x），插补容差为，则等误差法插补节点的计算步骤为：,3.等误差插补法,1）以曲线起点（x0，y0）为圆心，为半径作圆，圆方程为（xx0）2+（yy0）2=22）作该圆与轮廓曲线y=f（x）的公切线，得到两切点（0，0），（1，1），满足下列联立方程：对曲线f（1）=（1-0）/（1-0）f（1）=1对圆F（0）=（1-0）/（1-0）F（0）=0式中，y=F（x）表示圆方程。由此可求得公切线得斜率kk=（1-0）/（1-0）,3）过（x0，y0）点作公切线的平行线yy0=k（xx0）4）将平行线方程与轮廓曲线方程联立，可求得第一个节点坐标（x1，y1）。y=f（x）yy0=k（xx0）依此类推，再以（x1，y1）点为圆心重复上述步骤，可求其余插补节点。,用圆弧段逼近轮廓曲线是一种精度较高的插补方法。用这种方法插补轮廓曲线时，需计算出各插补圆弧段半径、圆心及圆弧段的起点和终点（即轮廓曲线上的插补节点）。如图2-6所示，设轮廓曲线方程为y=f（x），插补容差为