数控编程基础课件

,数控编程与操作主要知识点：,一、基础知识二、数控机床与刀具运动三、数控系统和加工功能四、加工程序的结构、指令五、各种典型零件由简单到复杂的加工,一、认识数控机床,1.数控技术（NumericalControlTechnology）一种自动控制技术，采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。,2.数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。,我国第一台数控机床,铣床,铣床,铣床,数控车床,数控车床,数控刀具,数控加工中心,锥度电火花线切割机床,二、数控编程概述,编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。,程序编制的过程,1.分析零件图纸、制定加工工艺方案。2.数学处理3.编写零件加工程序4.记录程序并输入到数控机床5.程序检验和首件试切（目的是加工精度）（形到数的过程，将加工图形转化为数字加工程序）,三、数控编程的方法,1.手工编程手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。2.自动编程自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作由计算机来实现。,我们熟悉的自动编程软件：1、CAXA制造工程师-北航海尔软件有限公司,2、Mastercam-美国CNCSoftware公司,3、PRO/E-美国PTC公司,四、机床坐标轴,为了简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制定了统一的标准，规定直线进给坐标轴用X、Y、Z表示，常称基本坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，图中大拇指指向X轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，以大拇指指向+X，+Y，+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动+A，+B，+C方向。,机床坐标轴,1、数控机床坐标系的作用数控机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置，机床运动部件特殊位置及运动范围，即描述机床运动，产生数据信息而建立的几何坐标系。,四、数控机床坐标系,2、数控机床坐标系的确定方法1）假定刀具相对于固定的工件运动,2）采用右手笛卡儿坐标系,直线坐标XYZ旋转坐标ABC附加坐标UVW,3）确定顺序：ZXY4）增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向,数控车床坐标系,-,数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着工件运动来实现。坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的方向。机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局，对车床而言：Z轴与主轴轴线重合，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向；X轴垂直于Z轴，对应于转塔刀架的径向移动，刀具远离工件的方向为X轴的正方向；Y轴（通常是虚设的）与X轴和Z轴一起构成遵循右手定则的坐标系统。对于上位刀架（后置刀架）机床，其坐标系为：X轴向上为正，Z轴向右为正；对于下位刀架（前置刀架）机床，其坐标系为：X轴向下为正，Z轴向右为正。两种刀架方向的机床，其程序及相应设置相同。,3、坐标轴运动方向的确定,1、X、Y、Z坐标轴与正方向的确定,（1）Z坐标轴,1）、Z坐标轴的运动由传递切削力的主轴决定，与主轴平行的标准坐标轴为Z坐标轴，其正方向为增加刀具和工件之间距离的方向。,（2）X坐标：工件径向且平行于导轨的坐标轴为X坐标轴。正方向：刀具远离工件的方向（3）Y坐标轴,根据X、Z坐标轴，按照右手直角笛卡儿坐标系确定。注：如在X、Y、Z主要直线运动之外还有第二组平行于它们的运动，可分别将它们坐标定为U、V、W。,车床坐标系,主轴正旋转方向：从主轴尾端向前端(装刀具或工件端)看顺时针方向旋转为主轴正旋转方向或：以机床尾架向主轴看，逆时针为+C向，顺时针为-C向。,对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同,4、主轴正旋转方向与c轴正方向的关系,一、机床坐标系与工件坐标系,1机床坐标系与机床原点、机床参考点,(1)机床坐标系,机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具(刀架)或工件(工作台)位置的参考系，并建立在机床原点上。,第二讲、数控车床编程与操作,(2)机床原点,机床坐标系原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。一般取在机床运动方向的最远点。,通常车床的机床零点多在主轴法兰盘接触面的中心即主轴前端面的中心上。主轴即为Z轴，主轴法兰盘接触面的水平面则为X轴。+X轴和+Z轴的方向指向加工空间。,(3)机床参考点,也是机床上的一个固定点，不同于机床原点,回零操作（回参考点）后表明机床坐标系建立,机床参考点对机床原点的坐标是已知值，既可根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置,数控仿真操作回参考点,2工件坐标系与工件坐标系原点,(1)工件坐标系,编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。,(2)工件坐标系原点,也称为工件原点或编程原点，由编程人员根据编程计算方便性、机床调整方便性、对刀方便性、在毛坯上位置确定的方便性等具体情况定义在工件上的几何基准点，一般为零件图上最重要的设计基准点,工件原点选择：1.与设计基准一致2.尽量选在尺寸精度高，粗糙度低的工件表面3.最好在工件的对称中心上4.要便于测量和检测,工件坐标系坐标轴的确定与机床坐标系坐标轴方向一致,（3）主轴正旋转方向与c轴正方向的关系,主轴正旋转方向：从主轴尾端向前端(装刀具或工件端)看顺时针方向旋转为主轴正旋转方向或：以机床尾架向主轴看，逆时针为+C向，顺时针为-C向。对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同,机床坐标系与工件坐标系的关系,对刀操作,二、数控车床编程的特点,1、直径编程方式2、绝对坐标与增量坐标3、固定循环加工功能4、进刀和退刀方式,三、数控系统的功能,1、准备功能（G功能/G指令）2、辅助功能（M功能）3、其他功能（1）主轴功能（S功能）（2）进给功能（F功能）（3）刀具功能（T功能）,指令解释及编程,FANUC0iMateTC数控车床系统的基本指令表,FANUC0iMateTC数控系统中常见的G指令和M指令功能表见21和表22。,表21G指令功能表,表22M指令功能表,带*者表示开机时会初始化的代码,G功能根据功能的不同分成若干组，其中00组的G功能称非模态G功能，其余组的称模态G功能。非模态G功能：只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销；模态G功能：是一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的G功能注销为止。模态G功能组中包含一个缺省G功能，上电时将被初始化为该功能。没有共同地址符的不同组G代码可以放在同一程序段中，而且与顺序无关。,关于M功能的几点说明,1）、M00：程序暂停程序中若使用M00指令，于执行至M00指令时，程序即停止执行，且主轴停止、切削液关闭，若欲再继续执行下一段程序，只要按下循环启动（CYCLESTART）键即可。,2）、M01：选择停止M01指令必须配合执行操作面板上的选择性停止功能键OPTSTOP一起使用，若此键“灯亮”时，表示“ON”，则执行至M01时，功能与M00相同；若此键“灯熄”时，表示“OFF”，则执行至M01时，程序不会停止，继续往下执行。,3）、M02：程序结束此指令应置于程序最后，表示程序执行到此结束。此指令会自动将主轴停止（M05）及关闭切削液（M09）但程序执行指针不会自动回到程序的开头。,4）、M03：主轴正转程序执行至M03，主轴即正方向旋转（由主轴向尾座看，顺时针方向旋转）。5）、M04：主轴反转程序执行至M04，主轴即反方向旋转（由主轴向尾座看，逆时针方向旋转）。6）、M05：主轴停止程序执行至M05，主轴即瞬间停止，此指令用于下列情况：、程序结束前（但一般常可以省略，因为M02，M30指令，皆包含M05）。、若数控车床有主轴高速挡（M42）、主轴低速挡（M41）指令时，在换挡之前，必须使用M05，使主轴停止，再换挡，以免损坏换挡机构。、主轴正、反转之间的转换，也必须加入此指令，使主轴停止后，再变换转向指令，以免伺服电机受损。,7）、M08：切削液开程序执行至M08，即启动润滑油泵。8）、M09：切削液关用于程序执行完毕之前，将润滑油泵关闭，停止喷切削液，该指令常可省略，因为M02，M30指令，都包含M09。9）、M30：程序结束复位此指令应置于程序最后，表示程序执行到此结束。此指令会自动将主轴停止（M05）及关切削液（M09），且程序执行指针会自动回到程序的开头，以方便此程序再次被执行。此即是M02指令不同之处，故程序结束大都使用M30较方便。10）、M98：子程序调用当程序执行M98指令时，控制器即调用M98所指定的子程序出来执行。,该指令格式为：M98P,调用次数，若省略则调用一次,子程序号,11）、M99：子程序结束并返回主程序此指令用于子程序最后程序段，表示子程序结束，且程序执行指针跳回主程序中M98下一程序段继续执行。M99指令也可用于主程序最后程序段，此时程序执行指针会跳回主程序的第一程序段继续执行此程序，所以此程序将一直重复执行，除非按下RESET键才能中断执行。,使用M指令时，一程序段只允许出现一个，若同时出现两个以上，则以最后面的M代码有效，前面的M代码将被忽略而不执行。例如：G97S2000M03M08;则执行此程序段时，主轴不会正转，只有切削液开。另外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能二类。前作用M功能在程序段编制的轴运动之前执行；后作用M功能在程序段编制的轴运动之后执行。,注意：,F、S、T功能,进给功能(F功能)功能用于指定进给速度,它有每转进给和每分进给两种指令模式。,1、每分钟进给模式（G98）格式：G98_F_；该指令在F后面直接指定刀具每分钟的进给量。G98为模态指令，在程序中指定后，直到G99被指定前，一直有效。,图a、G98指令,2、每转进给模式（G99）格式：G99_F_；该指令在F后面直接指定主轴转一转刀具的进给量。G99为模态指令，在程序中指定后，直到G98指定以前一直有效。机床通电后，该指令为系统默认状态。,图b、G99指令,主轴转速功能（S功能）,S功能用于指定主轴转速，它有恒线速度控制和恒转速控制两种指令方式，并可以限制主轴最高转速。,1）、主轴最高转速限制（G50）格式：G50S_；例如：G50S2000:表示设定主轴最高转速为2000r/min该指令可以防止因主轴转速过高，离心力太大，产生危险及影响机床寿命。2）、恒线速度控制（G96）格式：G96S_；例如：G96S180M03；表示主轴正转，使切削点的线速度为180m/min。该指令在车削端面或工件直径变化较大时使用。转速与线速度的转换关系为：n=1000/d线速度d切削点的直径n主轴的转速,3）恒线速度控制取消（G97）,指令格式：G97S_；S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。例如：G97S1500M03；表示主轴以1500r/min转速正转恒转速控制一般在车螺纹或车削工件直径变化不太大时使用，该指令可以设定主轴转速并取消恒线速度控制。,刀具功能（T功能）,指令格式T；T后的前两位表示刀具号，后两位为刀具补偿号。例如：T0808；表示选择8号刀，用8号刀具补偿。T0212；表示选择2号刀，用12号刀具补偿。T0300表示取消刀具补偿。刀具补偿包括刀具长度补偿和刀尖圆弧半径补偿。,有关坐标的指令,1、坐标的取法,Z轴,X轴,主轴轴线方向,主轴径向方向,正方向：刀具远离工件的方向,2、绝对值和增量值,绝对值：X、Z,增量值：U、W,X直径尺寸,Z轴向尺寸,U增量的两倍,W增量值,3、G54G59工件坐标系选择,格式：G54(G55G59)X_Z_；,功能：确定工件坐标系原点在机床坐标系的位置。通过使用G54G59命令，最多可设置六个工件坐标系（16）。在接通电源和完成了原点返回后，系统自动选择工件坐标系1(G54)。在有“模态”命令对这些坐标做出改变之前，它们将保持其有效性。,四、数控程序结构,一个零件程序是一组被传送到数控装置中去的指令和数据。一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字组成的。,一个完整的零件加工程序,程序段,代码字(指令字),一个零件程序必须包括起始符和结束符。程序起始符：%(或O)后跟程序号；程序结束：M02或M30；注释符：括号()内或分号；后的内容为注释文字；,代码字(指令字),尺寸字：,功能字：(功能指令，功能代码),X20，Y20，R30表示坐标值/尺寸值,G01，M02，F100.,每个加工程序都由加工程序号、程序段等组成1、加工程序号（程序文件名）CNC装置可以装入许多程序文件，以磁盘文件的方式读写。文件名格式为O(地址O后面必须有四位数字或字母,可以是00009999)本系统通过调用文件名来调用程序，进行加工或编辑。存入数控系统中各零件加工程序号不能相同。2、程序段NGX(U)Z(W)FSMT;,数控程序的一般结构：,准备功能字,程序段号,坐标运动尺寸,工艺性指令,结束代码,1、快速定位指令G00使刀具以点位控制的方式，从刀具所在点快速移动到目标点，但是目标点不能直接选择在工件上，一般选择在离工件35mm处。,快速点定位,格式：G00X（U）_Z（W）_式中X、Y、Z的值是目标点的坐标值。指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后到达终点。注意：刀具的实际运动路线可能是开始段为斜线的折线。,注：移动速度不能用程序指定，而是由机床参数指定，可用数控机床上的“倍率”调整。G01是模态代码，可由G00、G02、G03或G32功能注销。,G00常见运动轨迹,2、直线插补指令G01刀具按指定的进给速度沿直线切削加工。,格式：G01X（U）_Z（W）_F_；说明：X、Z：为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标；U、W：为增量编程时终点相对于起点的位移量；F：合成进给速度。,直线插补运动,G01是模态代码。,工作任务一,1.零件图如图所示，已知毛坯为60mm的45钢，要求编制数控加工程序，并完成零件的加工。2.毛坯60120mm3.刀具：T0101，D型刀片93外圆车刀。主轴转速800r/min,进给量120mm/min。4.工艺路线（1）三爪卡盘夹持工件，伸出约100mm。（2）用G00指令快速定位接近工件，利用G01指令车削外圆及倒角。,O0001T0101G98G54G0X100Z100M03S800X62Z2G01Z0F200X-1G00X50Z1G01Z0F100X52Z-1F60W-39F120X54F200X56W-1F60Z-80F120X58F200X62W-4F60G00X100Z100M30,数控仿真操作,第3讲、零件圆弧加工,上讲：引入加工简单零件必须具备的基本指令：S/M/T/G00/G01/G98/G99/G54等程序基本结构；仿真操作。这讲：更加规范程序；完成带有圆弧面的零件加工及仿真。,一、数控车床编程方法,1单位的设定1）尺寸单位选择G20，G21格式：G20、G21G20单位：in/min；G21单位：mm/min。G20、G21为模态功能，可相互注销，G21为缺省值。2）进给速度单位的设定G98、G99格式：G98F_G99F_G98为每分钟进给。对于线性轴，F的单位依G20/G21的设定而为mm/min或in/min；对于旋转轴，F的单位为度/min。G99为每转进给，即主轴转一周时刀具的进给量。F的单位依G20/G21的设定而为mm/r或in/r。这个功能只在主轴装有编码器时才能使用。G98、G99为模态功能，可相互注销，G99为缺省值。,2、绝对坐标和相对坐标,3.直径方式和半径方式编程数控车床的工件外形通常是旋转体，其X轴尺寸可以用两种方式加以指定：直径方式和半径方式。机床出厂一般设为直径编程。FANUC0i只支持直径编程。,例4如图7.6所示，用直线插补指令编程。,O0003N1T0101设立坐标系，定义对刀点的位置N2G00X0Z10M03S500移到倒角延长线，Z轴2mm处N3G01X26Z-3F300倒345角N4X26W-45加工26外圆N5U34W-10切第一段锥N6U20W-15切第二段锥N7X90退刀N8G00X100Z10回对刀点N9M05主轴停N10M30主程序结束并复位,习题：请同学们试着用相对编程和混合编程对这一工件进行编程,二、圆弧进给G02/G03,格式:,说明：G02/G03指令刀具，按顺时针/逆时针进行圆弧加工。圆弧插补G02/G03的判断:是在加工平面内，根据其插补时的旋转方向为顺时针/逆时针来区分的。加工平面为观察者迎着Y轴的指向，所面对的平面。,X、Z：为绝对编程时，圆弧终点在工件坐标系中的坐标；U、W：为增量编程时，圆弧终点相对于圆弧起点的位移量；I、K：圆心相对于圆弧起点的增加量(等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标)，在绝对、增量编程时都是以增量方式指定，在直径、半径编程时I都是半径值R：圆弧半径，F：被编程的两个轴的合成进给速度,注意：(1)顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向；(2)同时编入R与I、K时，R有效。,例6如图所示，用圆弧插补指令编程。,O0003N1T0101N2G00X40Z5N3M03S400N5G01X0Z0F60N6G03X24Z-24I0K-15F100N7G02X26Z-31I8K-3N8G01Z-40N9X40N11G00Z5N10M30,练习一,工作任务二,O0002T0101G00X100Z100M03S800X62Z2G01Z0F200X-1X0G03X40Z-34.45R23.09F80G02X40Z-54.45R20G01Z-64.45X60Z-74.45X65G00X100Z100M30,练习：毛坯为24的45钢,6.倒角加工（1）直线后倒直角格式：G01X（U）_Z（W）_C_；说明：直线倒角G01，指令刀具从A点到B点，然后到C点X、Z：为绝对编程时，未倒角前两相邻轨迹程序段的交点G的坐标值；U、W：为增量编程时，G点相对于起始直线轨迹的始点A点的移动距离。C：是相邻两直线的交点G，相对于倒角始点B的距离。,（2）直线后倒圆角格式：G01X（U）_Z（W）_R_；说明：直线倒角G01，指令刀具从A点到B点，然后到C点（见图7.7）。X、Z：为绝对编程时，未倒角前两相邻轨迹程序段的交点G的坐标值；U、W：为增量编程时，G点相对于起始直线轨迹的始点A点的移动距离。R：是倒角圆弧的半径值,注意：(1)在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指令；(2)见图7.7，X，Z轴指定的移动量比指定的R或C小时，系统将报警，即GA长度必须大于GB长度。,例5如图7.8所示，用倒角指令编程。%3305N10T0101M03S500N1G00X70Z10N2G01X0Z0F100N3X26Z0C3倒345直角N4X26Z-22R3倒R3圆角N5X65Z-36C3倒边长为3等腰直角N6Z-70加工65外圆X70N7G00X70Z10N8M05回到编程规划起点N9M30主轴停、主程序结束并复位,(3)圆弧后倒直角,G03,X(U)Z(W)RRL=,G02,说明：该指令用于圆弧后倒角，指令刀具从A经该圆弧上中间点B，倒直角到下一段的C点，如图所示，其中：X、Z：G点坐标值U、W：G点相对于A点的移动距离R：圆弧半径值RL=：倒角终点C相对于未倒角前圆弧终点G的距离。,(3)圆弧后倒圆角,G03,X(U)Z(W)RRC=,G02,说明：该指令用于圆弧后倒角，指令刀具从A经该圆弧上中间点B，倒圆角到下一段的C点，如图所示，其中：X、Z：G点坐标值U、W：G点相对于A点的移动距离R：圆弧半径值RC=：倒角圆弧半径值,用倒角指令编程,9.暂停指令（延时指令）G04：,使刀具作短时间的无进给的光整运动,常用于：车削环槽锪孔钻孔镗孔,格式：,车床G04P_（秒）,锪孔，对孔底有粗糙度要求,%1002N10G91G01Z-7F60；N20G04P5；N30G00Z7N40M02；,第4讲、单一固定循环指令,上几讲：用G01/G00/G02/G03一步一步走刀，完成零件基本形状的编程、仿真加工。这讲：试图寻求更加快捷的方法，加工零件。引入G90/G94指令。,问题导入,一、简单循环,有三类简单循环，分别是：G90：内（外）径切削循环；G94：端面切削循环；G92：螺纹切削循环。（后讲再介绍）,切削循环通常是用一个含G代码的程序段完成用多个程序段指令的加工操作，使程序得以简化.,说明：下述图形中U，W表示程序段中X、Z字符的相对值；X，Z表示绝对坐标值；R表示快速移动；F表示以指定速度F移动。,1)内（外）径切削循环G901.1圆柱面内（外）径切削循环格式：G90X（U）_Z(W)_F_；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示，其符号由轨迹1和2的方向确定。该指令执行如图所示ABCDA的轨迹动作。,如图，对零件进行外圆切削循环编程：,1.2圆锥面内（外）径切削循环格式：G90X（U）_Z（W）_R_F_；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示。R：为切削起点B与切削终点C的半径差。其符号为差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程)。该指令执行如图所示ABCDA的轨迹动作。,注：对于锥面加工的背吃刀量，应参照最大加工余量来确定，进行平均分配。,例:如图所示，用G90指令编程，点画线代表毛坯。O3310T0101M03S400G00X40Z3（主轴以400r/min旋转）G90X30Z-30R-5.5F100（加工第一次循环，吃刀深3mm）X27Z-30R-5.5（加工第二次循环，吃刀深3mm）X24Z-30R-5.5（加工第三次循环，吃刀深3mm）M30（主轴停、主程序结束并复位）,2)端面切削循环G94,1端平面切削循环格式：G94X_Z_F_；说明：X、Z：绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为切削终点C相对于循环起点A的有向距离，图形中用U、W表示，其符号由轨迹1和2的方向确定。该指令执行如图7.19所示ABCDA的轨迹动作。,如图，对零件进行端面切削循环编程