第 二 章 数控加工编程基础

03.06.2020,.,1,第二章数控加工编程基础,03.06.2020,.,2,第二章数控加工编程基础,数控编程的基础知识：常用准备功能指令的编程方法数控编程的工艺处理。编程中的尺寸计算。,本章内容：,03.06.2020,.,3,一.数控编程的基本概念数控加工程序编制：指从零件图纸到制成控制介质的全过程。二、数控编程的内容和步骤1、确定工艺过程（1）选定机床、刀具与夹具；（2）确定零件加工的工艺路线、工装及切削用量等工艺参数。,2.1概述,03.06.2020,.,4,2、数值计算按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需的输入数控装置的数据，称为数值计算。主要内容：零件轮廓和刀具轨迹的坐标值。,03.06.2020,.,5,3、编制程序（1）编程根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序。（2）填写工艺文件。,03.06.2020,.,6,4、制备控制介质将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息。注意：若程序较简单，也可直接通过键盘输入。,03.06.2020,.,7,5、程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。,03.06.2020,.,8,常用的校验和试切方法有3种：阅读法、模拟法、试切法（1）阅读法：阅读法检查指令语法的正确性。（2）模拟法:检查程序（刀具运动轨迹）的正确性。空运转画图：用笔代替刀具，坐标纸代工件空运转绘图。空走刀校验。用图形模拟刀具与工件的切削。,03.06.2020,.,9,注意：上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工误差是否满足要求。（3）试切法：检查加工精度对实际的毛坯试切，不仅可查出程序是否错，还可知道加工精度是否符合要求。,03.06.2020,.,10,编制方法有2种：手工编程、自动编程两种。1、手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高。（熟悉数控代码和编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力）2、自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式输入计算机。,三、数控编程的方法,03.06.2020,.,11,一.零件加工程序的结构,1程序的构成,2.2编程的基础知识,03.06.2020,.,12,O0600N0010G92X0Y0;N0020G90G00X50Y60；N0040G01X10Y50F150S300T12M03；N0100G00X-50Y-60M02；这是一个完整加工程序,它有1个程序号和10个程序段组成。,（1）程序号组成规则,03.06.2020,.,13,注意：不同的数控系统，程序号地址码可以不相同。编程时一定要根据说明书规定使用。（2）程序段组成规则程序段以程序段号开始，以“;”结束;程序段号：N；2、程序段格式固定顺序程序段格式；带分割符的固定顺序的程序段格式；字地址程序段格式。,03.06.2020,.,14,2程序段格式,注意：目前广泛采用的是字址地程序段格式，也称地址符可变程序段格式。这种格式的特点是：程序段的长短、指令字数和字长都是可变的；指令字的排列顺序没有严格要求；不需要的指令字以及与上一个程序段相同的续效指令字可以不写。,03.06.2020,.,15,2.2编程的基础知识,例如：N0020G01X25Y-36Z64F100S300T02M03；,03.06.2020,.,16,程序段由若干个程序字组成，程序字由地址码和数字组成。例如：N0020G01X25Y-36Z64F100S300T02M03；该程序段由程序段号和8个指令字（程序字）组成。程序字格式：,03.06.2020,.,17,表常用地址码及其含义,03.06.2020,.,18,3、主程序、子程序在一个零件的加工程序中，若有几个连续的程序段在多处重复出现，则可将这些重复的程序串单独抽出来，按一定的格式编写成子程序。调用的程序段为:N-M98PL;,主程序：N01；N02；N11调用子程序1；N28调用子程序8；NM02；子程序1：N01；NM99；子程序n：N01；NM99；,03.06.2020,.,19,2.2编程的基础,右手直角笛卡尔坐标系,1、坐标轴及运动方向的规定（1）直线进给和圆周进给运动坐标系,直角坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。,二、数控机床坐标系,直角坐标轴相互关系：由右手定则决定。,圆周进给坐标：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A、B、C表示。坐标轴正向：由右手螺旋法则而定。,03.06.2020,.,20,2.2编程的基础知识,具体规定：坐标系是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的坐标系。以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。,数控机床的进给运动是相对运动。,03.06.2020,.,21,（2）机床坐标轴的确定方法,Z轴的确定,具体地讲：a.对于刀具旋转的机床：平行于旋转刀具轴线的坐标为z坐标。,平行于机床主轴轴线的刀具运动坐标,Z,Z,03.06.2020,.,22,b.对于工件旋转的机床：平行于旋转工件轴线的坐标为z坐标。,Z,03.06.2020,.,23,2.2编程的基础知识,X坐标的确定,在水平方向，垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。,具体的讲：a.在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床）,03.06.2020,.,24,Z轴水平时（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。,X,03.06.2020,.,25,Z轴垂直时（立式），对单立柱机床，面向刀具主轴向立柱看时，X轴的正方向指向右边,X,03.06.2020,.,26,b.在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向滑座，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。,X,03.06.2020,.,27,Y坐标利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。,+z,+z,+x,+x,+Y,+Y,03.06.2020,.,28,A、B、C坐标用右手定则来确定。,附加坐标系X、Y、Z为第一坐标系；U、V、W为第二坐标系；P、Q、R为第三坐标系。A、B、C第一回转坐标系，其他命名为D、E。,03.06.2020,.,29,2.2编程的基础知识,（3）编程坐标系编程时一律假定工件不动，全部用刀具运动的坐标系编程，即：X、Y、Z、A、B、C。,2、机床坐标系与工件坐标系,（1）机床原点与机床坐标系,机床原点：是机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点（见机床说明书），不能随意改变。,机床原点的建立：用回零运行方式建立。,03.06.2020,.,30,机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。,03.06.2020,.,31,（2）工件原点与工件坐标系,工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点。,工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。,工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。,注意:现代数控机床均可设置多个工件坐标系，在加工时通过G指令进行变换。,03.06.2020,.,32,(3)机床坐标系与工件坐标系的关系,关系:原点不同,各坐标轴互相平行.,处理办法:将两原点间的距离预储存在数控装置中,在加工过程中,系统便可按机床坐标系确定加工时的坐标值.,03.06.2020,.,33,3、绝对坐标编程和相对(增量)坐标,绝对坐标系：在这种坐标系中,工件所有点的坐标值基于固定的坐标系（机床或工件）的原点来确定。,相对坐标系：在这种坐标系中,运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计算的。,03.06.2020,.,34,2.2编程的基础知识,例如:在a)图的绝对坐标系中,B点的坐标值为(25,50);,在b)图的增量坐标系中,B点的坐标值为(15,30).,03.06.2020,.,35,4、最小设定单位与编程尺寸的表示法（1）最小设定单位(脉冲当量、分辨率):指数控系统能实现的最小位移量。它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.00010.01mm，（2）编程尺寸表示方法：以最小设定单位来表示；以毫米为单位来表示.,03.06.2020,.,36,三、穿孔带及代码,“中导孔”,用来产生读带同步控制信号,其余八个大孔为“信息孔”,用来记录有关信息，有孔表示二进制的”1”，无孔表示二进制的“0”。,1、穿孔带的规格：数控采用八位穿孔纸带，穿孔带的每行可穿9个小孔，其中一个小孔成为“同步孔”或,03.06.2020,.,37,第二节编程的基础知识,数控系统中常用的代码有ISO代码和EIA代码。,ISO代码由7位二进制数和一位偶校验位组成。,EIA代码由6位二进制数和一位奇校验位组成。补奇、补偶的作用是可以检验纸带的孔是否少穿,孔道是否被弄脏、堵塞、断裂以及阅读装置线路元件是否完好。,03.06.2020,.,38,ISO代码规律:所有数字必须在第5和6列上穿孔;所有字母必须在第7列上穿孔;第8列是偶数校验位.,2.2编程的基础知识,EIA代码规律:第5列是偶数校验位.,注意:ISO代码的信息量是EIA的2倍.(ISO代码是7位码,EIA码是6位码),03.06.2020,.,39,表2-2ISO及EIA穿孔带代码,03.06.2020,.,40,四、功能代码简介,1.准备功能G代码,G代码构成：地址码G后跟2位数字组成，从G00-G99共100种。先介绍2个基本概念：,（1）模态指令（续效指令）：是指该指令一旦在某程序段中被使用,将一直保持有效到被同组的其它指令取代（或注销）,或整个程序结束为止。由此可知：同组指令在一个程序段中只能出现一个，否则只有最后的代码有效。模态指令只需在使用时指定一次即可，而不必在后续的程序段中重复指定。,03.06.2020,.,41,2.2编程的基础知识,（2）非模态指令（非续效指令）：是指该指令仅在使用它的某程序段中有效。若需继续使用该功能则必须在后续的程序段中重新指定。,03.06.2020,.,42,表中(2)栏中标有字母的行所对应的G代码是模态代码,标有相同字母的G代码为一组.表中(2)栏中没有字母的行所对应的G代码是非模态代码.表中（4）栏中的“不指定”代码，用作将来修改标准时，指定新的功能。“永不指定”代码，指的是即使修改标准时，也不指定新的功能。这两类G代码可由设计者根据需要定义新的功能。,03.06.2020,.,43,N0010G00G17X-Y-M03M08;N0020G01G42X-Y-F-;N0030X-Y-;N0040G02X-Y-I-J-;N0050X-Y-I-J-;N0060G01X-Y-;N0070G00G40X-Y-M05M09;,例子：模态代码的用法：,03.06.2020,.,44,2.辅助功能M代码,2.2编程的基础知识,M指令构成：地址码M后跟2位数字组成，从M00-M99共100种。,(1)M00程序停止。,(2)M01计划（任选）停止。程序运行前，在操作面板上按下“任选停止”键时，才执行M01指令，主轴停转、进给停止、冷却液关断、程序停止执行。若“任选停止”处于无效状态时，M01指令不起作用。利用启动按钮才能再次自动运转，继续执行下一个程序段。,03.06.2020,.,45,2.2编程的基础知识（3）M02、M30程序结束M30还使运行程序返回起始点，继续加工下一个零件。（4）M03、M04、M05分别为主轴顺时针旋转、主轴逆时针旋转、主轴停转。（5）M06换刀指令。（6）M07、M08、M09分别为2号（雾状）冷却液开、1号（液状）冷却液开、冷却液关。（7）M10，M11运动部件的夹紧或松开。,03.06.2020,.,46,3.F、S、T代码,（1）F代码作用：用来指定进给速度的大小,是进给速度代码，它是续效代码。组成：F后带若干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际的合成速度值。它是模态指令，单位：mm/min。,（2）S代码作用：用来指定主轴的转速.该代码为续效代码.组成：S后带若干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令。单位：r/min,03.06.2020,.,47,2.2编程的基础知识,(3)T代码组成：地址码T后跟若干位数字（一般是4位）。作用：是刀具功能代码。用来选择所需的刀具号和刀补号。例：T0102前2位数字表示1号刀;后2位数字表示选用2号刀补。,03.06.2020,.,48,2.3常用准备功能指令的编程方法,一、与坐标系有关的指令1.绝对坐标与增量坐标指令G90/G91指令G90指令：表示程序中的编程尺寸值是在某个坐标系下按绝对坐标给定的。G91指令：表示程序中编程尺寸值是相对于本段的起点，即编程尺寸值是本程序段各轴的移动增量，故G91又称增量坐标指令。,03.06.2020,.,49,2.3常用准备功能指令的编程方法,注意：这两个指令是同组续效指令，也就是说在同一程序段中只允许用其中之一，而不能同时使用。在缺省的情况下(即无G90又无G91)，系统按G90状态处理。,03.06.2020,.,50,X,例：AB和BC两个直线插补程序段的运动方向及坐标系.假设AB段已加工完，要加工BC段，刀具在B点，,则该加工程序段为：绝对坐标：G90G01X30Y40;增量坐标：G91G01X-50Y-30;,03.06.2020,.,51,注意：有的机床不用G91指定，而是自动在轨迹的起点建立平行于X、Y、Z的增量坐标系U、V、W则BC的加工程序段可写成:G01U-50V-30;,03.06.2020,.,52,2.坐标系设定指令G92指令,编制程序时，首先要设定一个坐标系，程序中的坐标值均以此坐标系为根据，此坐标系称为工件坐标系。G92指令就是用来建立工件坐标系的，它规定了工件坐标系原点的位置。就是说它确定了工件坐标系的原点(工件原点)在距刀具起始位点多远的地方。或者说，以工件原点为准，确定起刀点的坐标值。,03.06.2020,.,53,2.坐标系设定指令G92指令作用：以工件原点为准，确定起刀点的坐标值。编程格式：G92XaYbZc；（a、b、c为当前刀位点在所设工件坐标系中的坐标值）,工件坐标系原点可以设定在工件基准或工艺基准上，也可以设定在卡盘端面中心或工件的任意一点上。,注意：G92指令只是设定坐标系原点位置，执行该指令后，刀具(或机床)并不产生运动。,03.06.2020,.,54,例：数控车的坐标系设定；G92X50Z30；,(1)车削编程中，X尺寸字中的数值一般用坐标值的2倍，即用刀尖相对于回转中心的直径值编程。(2)该指令程序段要求坐标值x、z必须齐全，不可缺少，并且只能使用绝对坐标值，不能使用增量坐标值。(3)在一个零件的全部加工程序中，根据需要，可重复设定或改变编程原点。,03.06.2020,.,55,3.坐标平面指定指令G17、G18、G19指令G17，G18，G19分别表示规定在XY,ZX,YZ坐标平面内的加工。,注意:若数控系统只有在一个平面的加工能力,可省略.铣床中XY平面最常用，故G17可省略;在车床中,总是在XZ平面内运动，G18可省略。,03.06.2020,.,56,二、运动控制指令1、快速点定位指令G00指令编程格式：G00XYZ;功能：命令刀具从当前点，以数控系统预先调定的快进速度，快速移动到程序段所指定的下一个定位点。其中：X,Y,Z为目标点的绝对或增量坐标。,03.06.2020,.,57,(1)G00指令中不需要指定速度，即F指令无效。系统快进的速度事先已确定。(2)在G00状态下不同数控机床坐标轴的运动情况可能不同。编程前应了解机床数控系统的G00指令各坐标轴运动的规律和刀具运动轨迹，避免刀具与工件或夹具碰撞。,注意：,03.06.2020,.,58,2.直线插补指令G01指令编程格式：G01XYZF；功能：按程序段中规定的合成进给速度F，使刀具相对于工件，由当前位置沿直线移动到程序段中规定的位置。其中：X、Y、Z为直线终点的绝对或增量坐标;F为沿插补方向的进给速度。,03.06.2020,.,59,(1)G01指令既可双坐标联动插补运动，又可三坐标联动插补运动，取决于数控系统的功能，当G01指令后面只有两个坐标值时，刀具将作平面直线插补，若有三个坐标值时，将作空间直线插补。(2)G01程序段中必须含有进给速度F指令，否则机床不动作。(3)G01和F指令均为续效指令。,注意：,03.06.2020,.,60,O0020N0010G92X50Z10；N0020G90G00X20Z2S600T11M03;N0030G01X20Z-14F100;N0040X28Z-38;N0050X28Z-48;N0060X42Z-48;N0070G00X50Z10M02;,例2.1：车削零件如下图，设A点为起刀点，刀具由A点快进到B点，然后沿BCDEF方向切削，再快退至A点.（直径40的外圆不加工）。,03.06.2020,.,61,用绝对坐标编程:O0050N0010G92X28Y20;N0020G90G00X16S600T01M03;N0030G01X-8Y8F100;N0040X0Y0;N0050X16Y20;N0060G00X28M02;,例2.2：铣削下图零件，设P点为起刀点，刀具由P点快进到A点，然后沿A-B-O-A方向铣削，再快退至P点（绝对编程和增量编程）。,03.06.2020,.,62,用相对(增量)坐标编程:O0050N0010G92X28Y20;N0020G91G00X-12S600T01M03;N0030G01X-24Y-12F100;N0040X8Y-8;N0050X16Y20;N0060G00X12Y0M02;,2.3常用准备功能指令的编程方法,03.06.2020,.,63,2.3常用准备功能指令的编程方法,3.圆弧插补指令G02、G03G02：顺时针圆弧插补。G03：逆时针圆弧插补。顺、逆时针方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴由正方向向负方向观察,来判别圆弧的顺逆时针方向.(见下图),03.06.2020,.,64,顺、逆时针方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴由正方向向负方向观察,来判别圆弧的顺逆时针方向.,03.06.2020,.,65,2.3常用准备功能指令的编程方法,说明:圆弧的终点坐标，由X、Y、Z的数值（绝对或增量尺寸）指定。程序段中的圆心坐标有两种表示方法:,圆弧加工程序段一般应包括圆弧所在的平面、圆弧的顺逆、圆弧的终点坐标以及圆心坐标(或半径R)等信息。,圆弧加工程序段的格式:,03.06.2020,.,66,圆心的位置通常有以下2种表示方法：,用由圆弧起点指向圆心的向量在X,Y,Z轴上的投影I,J,K表示。,03.06.2020,.,67,圆心的位置通常有以下2种表示方法：,用半径R表示(R用代数值).,注意:用半径R编程时，不能描述整圆.,当AB180o时，R取正值；当180oABb时，蓝色路径比较短。,03.06.2020,.,92,2.4数控编程工艺处理,下图所示圆盘上共有8个等距离（L）的孔。兰色路径长约8L，红色路径长约（4L+8L=12L）。,03.06.2020,.,93,二、合理选择对刀点、换刀点1、对刀点对刀点(起刀点):指刀具相对工件运动的起点.对刀点的选择原则：1)要便于数学处理和简化程序编制。(2)在机床上找正容易，加工中检查方便。(3)引起的加工误差小。,03.06.2020,.,94,对刀点选在工件上，也可选在工件外。但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。例如以孔定位的零件。选用孔的中心作为对刀点较合适。,03.06.2020,.,95,刀位点：指用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。常见刀具的刀位点如下图所示.,03.06.2020,.,96,2、换刀点多刀加工的机床在加工过程中需要换刀，应设换刀点.换刀点位置：某固定点或任意设定的一点。换刀点设置：位于工件或夹具的外部。,03.06.2020,.,97,三、合理选择工件的装夹方法、刀具和切削用量数控机床上工件的装夹方法与普通机床一样，要合理地选择定位基准和夹紧方案。应尽量选用已有的通用夹具装夹，减少装夹次数，做到在一次装夹中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。工件定位基准与设计基准要尽量重合，减少定位误差对尺寸精度的影响。在选用或设计夹只时应当遵循以下原则：,03.06.2020,.,98,在选用或设计夹只时应当遵循以下原则：尽量采用通用夹具、组合夹具，必要时才设计专用夹具。工件的装卸要快速、方便、可靠。夹具在夹紧工件时，要使工件上的加工部位开放，夹紧机构上的各部件不得妨碍走刀。四、合理编制工艺文件不同的机床，其工艺文件不同，不再详细介绍。,03.06.2020,.,99,2.5程序编制中的数值计算,一、概述数值计算：是指根据工件的图样要求，按照确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。对于带有自动刀补功能的数控装置来说，通常要计算出零件轮廓上一些点的坐标数值。,03.06.2020,.,100,2.5程序编制中的数值计算,1基点和节点的计算基点:一个零件的轮廓曲线一般是由许多不同的几何元素组成的，把各几何元素间的连接点称为基点。节点:根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其相邻二直线的交点称为节点。,对于立体型面零件，应根据铣削面的几何形状精度要求分割成不同的铣道，各铣道上的轮廓曲线也要计算基点和节点。,03.06.2020,.,101,2.5程序编制中的数值计算,2刀位点轨迹的计算数控系统是从对刀点开始控制刀位点运动的，并由刀具的切削刃部分加工出要求的零件轮廓。因此，在许多情况下，刀位点轨迹并不与零件轮廓完全重合。编程时就需要根据零件轮廓和刀具类型计算出刀位点的运动轨迹。,03.06.2020,.,102,2.5程序编制中的数值计算,3辅助计算辅助计算包括增量计算、脉冲数计算、辅助程序段的数值计算等。辅助程序段:是指开始加工时，刀具从对刀点到切入点，或加工完时，刀具从切出点返回到对刀点而特意安排的程序段。数值计算时要计算出相关点的坐标。,03.06.2020,.,103,2.5程序编制中的数值计算,二、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算平面零件轮廓的曲线多数是由直线和圆弧组成的，只需计算出零件轮廓的基点坐标即可。由直线、圆弧组成的零件轮廓的数值计算比较简单，用数学方程求出相邻几何元素的交点和切点即可。直线方程的一般形式：Ax+By+C0圆弧标准方程的形式：（x+a)2+(y+b)2=R2式中：a、b圆弧的圆心坐标；R圆弧半径。,联立方程，求出交点或切点的坐标值。,03.06.2020,.,104,二、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算当数控装置没有刀补功能时，需要计算出刀位点轨迹上的基点坐标。,直线方程的等距线方程：圆弧的等距线方程：联立方程，求出刀位点轨迹的基点坐标值。,03.06.2020,.,105,三、非圆曲线的节点计算非圆曲线：指数控加工中把除直线与圆弧之外，可用数学方程式表达的平面轮廓曲线。非圆曲线的逼近:常用直线和圆弧逼近非圆曲线，需要计算出相邻二逼近直线或圆弧的节点坐标。1用直线段逼近非圆曲线时的节点计算常用计算方法有:等间距法;