数控机床及编程：第2章 数控加工程序

1、第2章 数控加工程序,1,天津工程师范学院 机械系,第2章 数控加工程序,2,第2章 数控加工程序,2.1 程序编制的基本概念,2.2.1 数控编程的方法 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,3,第2章 数控加工程序,程序编制可分成手工编程和自动编程两类。 1、手工编程 整个程序的编制过程是由人工完成的。要求编程人

2、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 指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。根据输入方式的不同，可将自动编程分为图形数控自动编程、语言数控自动编程（APT）和语音数控自动编程、视觉系统编程等。 1）图形数控自动编程：目前，图形数控自动编程是使用最为广泛的自动编程方式,4,第2章 数控加工程序,图形数控自动编程软件,CAXA 制造工程师-北航海尔软件有限公司,5,第2章 数控加工程序,Mastercam-

3、美国 CNC Software 公司,图形数控自动编程软件,6,第2章 数控加工程序,PRO/E-美国 PTC 公司,图形数控自动编程软件,7,第2章 数控加工程序,其它： Solidworks软件 Catia软件 广州红地公司推出的金银花系统 UG软件,8,第2章 数控加工程序,2）语言自动编程（APT语言） 为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零 件数控加工程序编制的语言，称为APT（Automatically Programmed Tool）。是编程人员根据零件图纸要求用一种直观易懂的编程语言（包括几何、工艺等语句定义）手工编写一个简短的零件源程序，然

4、后输给计算机，计算机经过翻译处理和刀具运动轨迹处理，再经过后置处理，自动生成数控系统可以识别的加工程序。由此可见，APT语言不能直接控制机床。 APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削数据库管理系统)和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版本,9,第2章 数控加工程序,采用APT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.。APT仍有许多不便

5、之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化,10,第2章 数控加工程序,针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为CATIA。随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问

6、题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展,11,第2章 数控加工程序,APT语言格式举例： 点的定义：P=POINT/10，20，15；直线的定义：LLINE/16，8，0，16，32，0。 机床主轴转数及旋转方向的定义：SPINDL/n，CLW 轮廓加工的外容差和内容差的定义：OUTTOL/ INTOL/ 刀具起始点为P：From/P； 刀具从P点以最短距离运动向L运动，直至与L相切：GO/TO，L,12,第2章 数控加工程序,制定工艺过程,前置处理,后置处理,翻译程序,数值计算,零件图样,编写零件源程序,这里用“语言”编写的源程序和手工编程的加工程序有本质差别:手工编程的加工程序可直接控制

7、数控机床进行零件加工;自动编程的源程序要经编译处理后才可被数控机床接受,加工程序单或纸带,APT自动编程的基本步骤,13,第2章 数控加工程序,3）语音编程：语音数控自动编程是采用语音识别器，将编程人员发出的加工指令声音转变为加工程序,14,第2章 数控加工程序,4）视觉系统编程：采用计算机视觉系统来自动阅读、理解图样，由程编员在编辑过程中实时给定起刀点、下刀点和退刀点，然后自动计算出刀位点的有关坐标值，并经后置处理，最后输出数控加工的程序单。视觉系统在编程时不需要零件源程序和编程员，只要事先输入工艺参数即可，操作简单，能直接与CAD的数据相连接，实现高度自动化,15,第2章 数控加工程序,2

8、.1.2 数控程序结构及代码 国际标准化组织ISO(international standard organization) 美国电子工业协会EIA(electronic industries association) 国际上通用的数控代码有ISO、EIA两种,16,第2章 数控加工程序,程序结构 加工程序由若干个程序段组成。 程序段由一个或若干个指令字组成，字是数控程序的最小单位。 每个指令字由地址符和数字组成（字地址结构），代表机床的一个位置或一个动作。地址符由字母组成，每个字母、数字、符号（正负号）称为字符,17,第2章 数控加工程序,程序的起始符：% 程序结束符：M02或M30。 每一

9、行程序以分号结尾。 注释符：括号“（）”内或分号“；”后的内容为注释文字。 注：一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的大小顺序执行的，但书写或输入程序时，建议按升序,18,第2章 数控加工程序,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。如图2.1 所示。 程 序 O1000 N01 G00 U50 W60; N10 G01 U100 W500 F150 S300 M03; N 程序段 N200 M30 ; 指令字 图2.1 程序的结构,19,第2章 数控加工程序,1、程序的文件名（程序名） 格式：O _ _ _ _

10、 说明： 1) O：文件名首字母，后面必须有四位数字或字母，如 日本 FANUC 系统如O001，O002；华中数控HNC-21/22T系统扩展了标识程序文件的方法，可以使用任意 DOS文件名（即 8+3 文件名：1 至 8 个字母或数字加小数点，再加 0至 3个字母或数字组成，如 “MYPART.001”、 “ O1234”等）标识零件程序。 2) O1、O01、O001、O0001等价； 3) 范围O1O7999 用户区 O8000O8999 用户区（加密、加锁） O9000O9999 扩展区（厂方修改）（FANUC0i,20,第2章 数控加工程序,2、顺序号 （标识作用） 格式：N _

11、_ _ _ 说明： 1）范围：N1N9999 2）N1、N01、N001、N0001等价 3、准备功能（简称G功能） 由地址符G和两位数字组成，G01，G02等等，G功能的代号已标准化；G1、G01等价,21,第2章 数控加工程序,4、尺寸字（坐标字）： 由坐标地址符和数字组成，各组数字必须有作为地址代码的字母开头。 X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R； A、B、C、D、E； I、J、K。 其中， X50. X50.0 在相对坐标编程时， 都表示沿X轴移动50mm X50000,22,第2章 数控加工程序,5、进给功能字：F 由进给地址符和数字组成，单位一般为mm/min或mm/r F指令表示

12、刀具中心运动时的进给合速度。由F和其后的若干数字组成。数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。具体内容见所用机床的编程说明书,23,第2章 数控加工程序,注意事项如下： 1)当编写程序时，第一次遇到直线（G01）或圆弧（G02/G03）插补指令时，必须编写进给率F，如果没有编写F功能，CNC采用F0。当工作在快速定位（G00）方式时，机床将以通过机床轴参数设定的快速进给率移动，与编写的F指令无关。 2）F指令为模态指令，实际进给率可以通过CNC操作面板上的进给倍率旋钮，在0200%之间调整,24,第2章 数控加工程序,车削系统中， G98 F10 进给速度10mm/min G99

13、F0.2 进给速度0.2mm/r G32 F5 螺距5mm,25,第2章 数控加工程序,6、主轴转速功能字：S 由主轴地址符和数字组成，单位为r/min S指令表示机床主轴的转速。由S和其后的若干数字组成，其表示方法有以下三种： 转速 S表示主轴转速，单位为r/min。 如 铣削指令S1000 表示主轴转速为1000r/min。 车削指令G97 S1000表示主轴转速为1000r/min 。 线速 在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为m/min。 如车床中， G96 S60 表示切削点的线速度恒定为60m/min,26,第2章 数控加工程序,代码 用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直

14、接表示转速或线速的数值，而只是主轴速度的代号。如某机床用S00S99表示100种转速，S40表示主轴转速为1200r/min， S41表示主轴转速为1230r/min，S00表示主轴转速为0r/min，S99表示最高转速,27,第2章 数控加工程序,7、刀具功能字：T 由刀具地址符和数字组成，数字表示刀具库中刀具号。 刀具和刀具参数的选择是数控编程的重要内容，其编程格式因数控系统不同而异，主要格式有以下两种： 采用T指令编程 由T和数字组成。有T和T两种格式，数字的位数由所用数控系统决定，T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。 例如：T04表示选择4号刀；T0404表示选择4号刀，4号偏置值

15、；T0400表示选择第4号刀，刀具偏置取消,28,第2章 数控加工程序,采用T、D指令编程 利用T功能选择刀具，用D功能选择相关的刀偏。 在定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。T和D可以编写在一起，也可以单独编写， 例如：T4 D04表示选择4号刀，采用刀具偏置表第4号的偏置尺寸；D12表示仍用4号刀，采用刀具偏置表第12号的偏置尺寸；T2表示选择2号刀，采用与该刀具相关的刀具偏置尺寸,29,第2章 数控加工程序,8、辅助功能字：M 由辅助操作地址符和两位数字组成。M功能的代码已标准化。 M指令是控制数控机床“开、关”功能的指令，主要用于完成加工操作时的辅助动作。 M 功能有非模态M功能和

16、模态M功能二种形式。 非模态M功能（当段有效代码）：只在书写了该代 码的程序段中有效； 模态M功能（续效代码）：一组可相互注销的 M功 能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直 有效。 如：M02或M30 、M03、M04、M05 等,30,第2章 数控加工程序,1）程序停止 指令：M00 功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行重新开始。 （对于Fanuc系统，M00为程序无条件暂停指令。程序执行到此进给停止，主轴停转。重新启动程序，必须先回到JOG状态下，按下CW（主轴正转）启动主轴，接着返回AUTO状态下，按下START

17、键才能启动程序。） （2）程序计划停止 指令：M01 功能：与M00类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置1时，这个代码才有效。 M00和M01常常用于加工中途工件尺寸的检验或排屑,31,第2章 数控加工程序,3）主轴正转、反转、停止 指令：M03、M04、M05 功能：M03、M04指令可使主轴正、反转。与同段程序其它指 令一起开始执行。M05指令可使主轴在该程序段其它指令执 行完成后停转。 格式：M03S600； M04S600； M05； 说明：数控机床的主轴转向的判断方法是，对于铣床而言，沿Z方向看(从主轴头向工作台看)，顺时针方向旋

18、转为正转，逆时针方向旋转为反转。对于车床，沿着Z方向看（从主轴向尾座看），顺时针方向旋转为正转，逆时针方向旋转为反转,32,第2章 数控加工程序,4）换刀 指令：M06 功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机 床，如加工中心、数控车床。 格式：M06T 说明：当数控系统不同时，换刀的编程格式有 所不同，具体编程时应参考操作说明书,33,第2章 数控加工程序,5）程序结束 指令：M02或M30 功能： 1)M02为主程序结束指令。执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关闭。但程序光标停在程序末尾。 2)M30为主程序结束指令。功能同M02，不同之处是，光标返回程序头位置，不管M30后是否还有

19、其他程序段。 说明：该指令必须编在最后一个程序段中,34,第2章 数控加工程序,M 代码及功能表,35,第2章 数控加工程序,模态M功能组中包含一个缺省功能，系统上电时被初始化为该功能。 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。 M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是 CNC内定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，也就是说，与PLC程序无关； 其余 M 代码用于机床各种辅助功能的开关动作，其功能不由CNC内定，而是由 PLC程序指定，所以有可能因机床制造

20、商不同而有差异（ 使用时须参考机床使用说明书,第2章 数控加工程序,36,图 2.1 例题1, O0001 N0001G90G54G00X0Y0Z100.0S300M03； N0002G00X0Y-50.0； N0003G01Z-50.0F100； N0004X-100.0； N0005Y50.0； N0006X100.0； N0007Y-50.0； N0008X0； N0009Z100.0； N0010Y0M05； N0011M30,37,第2章 数控加工程序,图 2.2 右手笛卡儿直角坐标系,2.2 程序的编制,一、坐标系,38,第2章 数控加工程序,右手笛卡儿直角坐标系 为了简化编程和保

21、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,39,第2章 数控加工程序,1 、机床原点、机床坐标系 a、机床原点 机床原点也称为机床零点，它的位置通常由机床制造厂确定。在机床经过设计、制造和调整之后，这个原点便被确定下来，它是固定的点

22、。 数控车床的机床原点的位置大多数规定在其主轴旋转中心与卡盘后端面的交点上；数控铣床的机床原点的位置大多数规定各坐标轴的正向最大极限处。 b、机床坐标系 以机床原点作为坐标系原点建立的坐标系就是机床坐标系，它是制造和调整机床的基础，一般不允许随意变动,40,第2章 数控加工程序,理解机床坐标系： 1、机床坐标系是针对刀具而言的，假定工件不动，刀具运动； 2、机床坐标系符合右手定则； 3、按下操作面板上的 ，则刀具相对于工件向X方向运动,X,41,第2章 数控加工程序,42,第2章 数控加工程序,机床坐标系方向确定： 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

23、现。但是在确定坐标轴的正方向时，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,43,第2章 数控加工程序,图 2.5 车床坐标系,44,第2章 数控加工程序,对铣床及加工中心而言： 1、Z轴的确定：平行于机床主轴的刀具运动坐标 轴为Z 轴，取刀具远离工件的方向为正方向（ Z）。当机床有多个主轴时，选一个垂直 于工件装夹面的主轴为Z轴。 2、X轴的确定： 1)当Z轴为水平方向时，沿刀具主轴后端 向工件方向看，向右为X轴的正方向； 2)当Z轴为垂直方向时，则从主轴向立柱 看时，对于单立柱机床，X轴的正方向 指向右边；对于双立柱机床，当从主轴 向立柱看时，X轴向的正方向指向右边。 3、Y轴的确定：Y 轴与 X轴和Z轴一起构成遵循右手定则的 坐标系统,45,第2章 数控加工程序,图2.6立式数控铣床,图2.7卧式数控铣床,46,第2章 数控加工程序,卧式数控车床坐标系,X,Z,47,第2章 数控