数控机床的坐标系与编程规则实训

1、 3.1 3.1 实训目的实训目的3.13.2 3.2 相关知识相关知识3.23.3 3.3 实训内容实训内容3.3掌握数控机床坐标系的建立，了掌握数控机床坐标系的建立，了解手工编程的一般步骤及加工程解手工编程的一般步骤及加工程序的结构，熟悉常用序的结构，熟悉常用F、S、T、M指令的应用及模态与非模态指指令的应用及模态与非模态指令的区别。令的区别。数控机床坐标系的确定数控机床坐标系的确定 数控机床的两种坐标系数控机床的两种坐标系 数控编程的种类及步骤数控编程的种类及步骤 FANUC 0i系统的编程指令系统的编程指令 数控加工程序的结构数控加工程序的结构 如图如图3.13.1所示，数控铣床的进所

2、示，数控铣床的进给运动由三部分组成，工作给运动由三部分组成，工作台带动工件作横向和纵向进台带动工件作横向和纵向进给运动，主轴箱带动刀具作给运动，主轴箱带动刀具作垂直进给运动。当一个零件垂直进给运动。当一个零件在数控铣床上加工时，如何在数控铣床上加工时，如何用代码来描述刀具与零件的用代码来描述刀具与零件的相对运动呢？相对运动呢？ 1规定原则规定原则 （1 1）右手笛卡尔坐标系）右手笛卡尔坐标系 数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。进给运动既可以是刀具相对工件的运动（如数控车床），进给运动既可以是刀具相对工件的运动（如数控车床），也可以是

3、工件相对刀具的运动（如数控铣床），为了方也可以是工件相对刀具的运动（如数控铣床），为了方便程序编制人员能在不知刀具移近工件，或工件移近刀便程序编制人员能在不知刀具移近工件，或工件移近刀具的情况下确定机床的加工操作。在标准中统一规定：具的情况下确定机床的加工操作。在标准中统一规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。机床的某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具距离机床的某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具距离（即增大工件尺寸）的方向。（即增大工件尺寸）的方向。（1）Z轴轴 一般取产生切削力的主轴轴线为一般取产生切削力的主轴轴线为Z坐标，刀具远坐标

4、，刀具远离工件的方向为正向，如图离工件的方向为正向，如图3.3、3.4所示。当机所示。当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为轴为Z坐标。当机床无主轴时，选与工件装夹面坐标。当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为垂直的方向为Z坐标，如图坐标，如图3.5所示。所示。(a) 带前置刀架的数控车床 (b) 带后置刀架的数控车床 图3.3 数控车床坐标系 （a）立式数控铣床 (b) 卧式数控铣床 图3.4 数控铣床坐标系图3.5 牛头刨床坐标系 X坐标是水平的，它平行于工件的装卡面。对于工件作旋坐标是水平的，它平行于工件的装卡面。对于工件作旋转切

5、削运动的机床（如车床、磨床等），转切削运动的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。对于安装在横滑座在工件的径向上，且平行于横滑座。对于安装在横滑座的刀架上的刀具，离开工件旋转中心的方向，是的刀架上的刀具，离开工件旋转中心的方向，是X坐标的坐标的正方向，如图正方向，如图3.3所示。所示。对于刀具作旋转切削运动的机床（如铣床、钻床、镗床对于刀具作旋转切削运动的机床（如铣床、钻床、镗床等），当等），当Z坐标垂直时，对于单立柱机床，当从主要刀具坐标垂直时，对于单立柱机床，当从主要刀具主轴向立柱看时，主轴向立柱看时，+X运动的方向指向右方，如图运动的方向指向右

6、方，如图3.4（a）所示。当所示。当Z坐标水平时，从主要刀具主轴向工件看时，坐标水平时，从主要刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方，如图运动方向指向右方，如图3.4（b）所示。）所示。对于无主轴的机床（如牛头刨床），对于无主轴的机床（如牛头刨床），X坐标平行于主要的坐标平行于主要的切削方向，且以该方向为正方向，如图切削方向，且以该方向为正方向，如图3.5所示。所示。根据已确定的根据已确定的X、Z轴，按右手笛卡尔坐标系确定。轴，按右手笛卡尔坐标系确定。A、B、C相应地表示其轴线平行于相应地表示其轴线平行于X、Y、Z坐标的旋转坐标的旋转运动。正向的运动。正向的A、B、C，相应地表示在，相应地表

7、示在X、Y、Z坐标正坐标正方向上按照右旋螺纹前进的方向，如图方向上按照右旋螺纹前进的方向，如图3.6所示。所示。（a）五坐标卧式曲面和轮廓铣床 (b)五坐标摆动式铣头曲面和轮廓铣床 图3.6 多坐标数控铣床坐标系 直线运动：如在直线运动：如在X、Y和和Z主要直线运动之外，另有第二主要直线运动之外，另有第二组平行于它们的坐标，可分别指定为组平行于它们的坐标，可分别指定为U、V 和和W。如还有。如还有第三组运动，则分别指定为第三组运动，则分别指定为P、Q和和R。如果在。如果在X、Y和和Z主要直线运动之外，存在不平行或可以不平行于主要直线运动之外，存在不平行或可以不平行于X、Y或或Z的直线运动，亦可

8、相宜地指定为的直线运动，亦可相宜地指定为U、V、W、P、Q 或或R。对于镗铣床，径向刀架滑板的运动，可指定为对于镗铣床，径向刀架滑板的运动，可指定为U或或P（如（如果这个字母合适的话），滑板离开主轴中心的方向为正果这个字母合适的话），滑板离开主轴中心的方向为正方向，如图方向，如图3.7所示。选择最接近主要主轴的直线运动指所示。选择最接近主要主轴的直线运动指定为第一直线运动，其次接近的指定为第二直线运动，定为第一直线运动，其次接近的指定为第二直线运动，最远的指定为第三直线运动。最远的指定为第三直线运动。图3.7 卧式镗铣床坐标系主轴的顺时针旋转运动方向，是按照右旋螺纹进入工件主轴的顺时针旋转运动

9、方向，是按照右旋螺纹进入工件的方向。的方向。 1机床坐标系机床坐标系 又称机械坐标系，其坐标和运动方向视机床又称机械坐标系，其坐标和运动方向视机床的种类和结构而定。的种类和结构而定。 机床坐标系的原点也称机床原点或机械原点，机床坐标系的原点也称机床原点或机械原点，如图如图3.8、图、图3.9（a）所示的）所示的O点，从机床设计的点，从机床设计的角度来看，该点位置可任选，但从使用某一具体角度来看，该点位置可任选，但从使用某一具体机床来看，这点却是机床上一个固定的点。机床来看，这点却是机床上一个固定的点。 与机床原点不同但又很容易混淆的另一个与机床原点不同但又很容易混淆的另一个概念是机床零点，它是

10、机床坐标系中一个固定概念是机床零点，它是机床坐标系中一个固定不变的极限点，即运动部件回到正向极限的位不变的极限点，即运动部件回到正向极限的位置。在加工前及加工结束后，可用控制面板上置。在加工前及加工结束后，可用控制面板上的的“回零回零”按钮使部件（如刀架）退到该点。例按钮使部件（如刀架）退到该点。例如：对数控车床而言，机床零点是指车刀退离如：对数控车床而言，机床零点是指车刀退离主轴端面和中心线最远而且是某一固定的点，主轴端面和中心线最远而且是某一固定的点，如图如图3.8所示的所示的O/点，点，O/点在机床出厂时，就已点在机床出厂时，就已经调好并记录在机床使用说明书中供用户编程经调好并记录在机床

11、使用说明书中供用户编程使用，一般情况下，不允许随意变动。使用，一般情况下，不允许随意变动。 图3.8 数控车床的机床坐标系图3.9 立式数控铣床坐标系和机床原点、工件原点 又称工件坐标系，是编程时用来定义工件形状和刀具相对工又称工件坐标系，是编程时用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系件运动的坐标系。为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也应是右手笛卡尔坐标系。工件装夹到机床上时，应使工件坐标也应是右手笛卡尔坐标系。工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。编程坐标系的原点，也称编程原

12、点或工件原点，其位置由编编程坐标系的原点，也称编程原点或工件原点，其位置由编程者确定，如图程者确定，如图3.9（b）所示的）所示的O2点，工件原点的设置一般应遵点，工件原点的设置一般应遵循下列原则：循下列原则：（1）工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程；）工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程；（2）工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工）工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上；件表面上；（3）工件原点最好选在工件的对称中心上；）工件原点最好选在工件的对称中心上；（4）要便于测量和检验。）要便于测量和检验。 （1）确定工艺过程）确定工艺过程（2）计算刀具轨

13、迹的坐标值）计算刀具轨迹的坐标值（3）编写加工程序）编写加工程序（4）将程序输入数控机床）将程序输入数控机床（5）程序检验）程序检验（1）手工编程）手工编程 手工编程是指在编程的过程中，全部或主要手工编程是指在编程的过程中，全部或主要由人工进行，如图由人工进行，如图3.8所示。对于加工形状简所示。对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零件，采用手工单、计算量小、程序不多的零件，采用手工编程较简单、经济、效率高。编程较简单、经济、效率高。 （2）计算机自动编程）计算机自动编程计算机自动编程是指在编程过程中，除了分析零计算机自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余

14、工作均由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。计算机辅助完成。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上成了繁琐的数值计

15、算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。自动编程的特点就在于编程工作效率高，的编程难题。自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。可解决复杂形状零件的编程难题。 表表3.2是中华人民共和国机械行业标准是中华人民共和国机械行业标准JB/T3208-1999规定的辅助功能规定的辅助功能M代码的定义表。代码的定义表。 表表3.1是中华人民共和国机械行业标准是中华人民共和国机械行业标准JB/T3208-1999规定的准备功能规定的准备功能G代码的定义表。代码的定义表。常用的常用的M指令

16、功能及其应用如下：指令功能及其应用如下：（1）程序停止）程序停止指令：指令：M00功能：执行完包含功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止的程序段后，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。循环启动使自动运行重新开始。（2）程序计划停止）程序计划停止指令：指令：M01功能：与功能：与M00类似，执行完包含类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当的程序段后，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机床操作面板上的任选停机的开关置1时，时，这个代码才有效。这个代码才有效。 （）主

17、轴顺时针方向旋转、主轴逆时针方向（）主轴顺时针方向旋转、主轴逆时针方向旋转、主轴停旋转、主轴停 指令：指令：M03、M04、M05功能：开动主轴时，功能：开动主轴时，M03指令可使主轴按右旋螺纹进入工件的方指令可使主轴按右旋螺纹进入工件的方向旋转，向旋转，M04指令可使主轴按右旋螺纹离开工件的方向旋转。指令可使主轴按右旋螺纹离开工件的方向旋转。M05指指令可使主轴在该程序段其它指令执行完成后停转。令可使主轴在该程序段其它指令执行完成后停转。格式：格式：M03 S M04 S M05说明：数控机床的主轴转向的判断方法是，沿说明：数控机床的主轴转向的判断方法是，沿+Z方向看，顺时方向看，顺时针方向

18、旋转为正转，逆时针方向旋转为反转。针方向旋转为正转，逆时针方向旋转为反转。 （）换刀（）换刀 指令：指令：M06功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机床，如功能：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。加工中心、数控车床。格式：格式：M06 T 说明：当数控系统不同时，换刀的编程格式有所不同，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。具体编程时应参考操作说明书。 （5）程序结束）程序结束 指令：指令：M02或或M30 功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运行，行，CNC装置复位。装置复

19、位。M30还可使控制返回到程序的开头，还可使控制返回到程序的开头，故程序结束使用故程序结束使用M30比比M02要方便些。要方便些。 说明：该指令必须编在最后一个程序段中。说明：该指令必须编在最后一个程序段中。 对于对于BEIJING-FANUC 0i系统，一般情况下，在一个系统，一般情况下，在一个程序段中仅能指定一个程序段中仅能指定一个M代码。但是，设定参数代码。但是，设定参数No.3404#7（M3B）=1时，在一个程序段中一次最多可以时，在一个程序段中一次最多可以指定三个指定三个M代码。代码。 模态指令又称续效指令，一经程序段中指定，便一直有效，直模态指令又称续效指令，一经程序段中指定，便

20、一直有效，直到以后程序段中出现同组另一指令或被其它指令取消时才失效。编到以后程序段中出现同组另一指令或被其它指令取消时才失效。编写程序时，与上段相同的模态指令可省略不写。不同组模态指令编写程序时，与上段相同的模态指令可省略不写。不同组模态指令编在同一程序段内，不影响其续效。例如在同一程序段内，不影响其续效。例如:N0010 G91 G01 X20 Y20 Z-5 F150 M03 S1000； N0020 X35； N0030 G90 G00 X0 Y0 Z100 M02；上例中，第一段出现三个模态指令，即上例中，第一段出现三个模态指令，即G91、G01、M03，因，因它们不同组而均续效，其中

21、它们不同组而均续效，其中G91功能延续到第三段出现功能延续到第三段出现G90时失效；时失效；G01功能在第二段中继续有效，至第三段出现功能在第二段中继续有效，至第三段出现G00时才失效；时才失效；M03功能直到第三段功能直到第三段M02功能生效时才失效。功能生效时才失效。（1）模态与非模态指令）模态与非模态指令 表表3.2第（第（2）栏有）栏有“*”的的M指令，其功能与同段其指令，其功能与同段其它指令的动作同时开始，如上例第一段中，它指令的动作同时开始，如上例第一段中，M03功能与功能与G01功能同时开始，即在直线插补运动开始的同时，主轴功能同时开始，即在直线插补运动开始的同时，主轴开始正转，

22、转速为开始正转，转速为1000r/min。 表表3.2第（第（3）栏有）栏有“*”的的M指令，其功能在同段其指令，其功能在同段其它指令动作完成后才开始。如上例第三段中，它指令动作完成后才开始。如上例第三段中，M02功能功能在在G00功能完成后才开始，即在移动部件完成功能完成后才开始，即在移动部件完成G00快速点快速点位动作后，程序才结束。位动作后，程序才结束。（2）M功能开始时间功能开始时间 F代码表示刀具中心运动时的进给速度。由代码表示刀具中心运动时的进给速度。由F和其后的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

23、法。具体内容见所用机床的编程说明书。速度的指定方法。具体内容见所用机床的编程说明书。注意事项如下：注意事项如下：当编写程序时，第一次遇到直线（当编写程序时，第一次遇到直线（G01）或圆弧）或圆弧（G02/G03）插补指令时，必须编写进给率）插补指令时，必须编写进给率F，如果没有，如果没有编写编写F功能，功能，CNC采用采用F0。当工作在快速定位（。当工作在快速定位（G00）方）方式时，机床将以通过机床轴参数设定的快速进给率移动，式时，机床将以通过机床轴参数设定的快速进给率移动，与编写的与编写的F指令无关。指令无关。F代码为模态指令，实际进给率可以通过代码为模态指令，实际进给率可以通过CNC操作

24、操作面板上的进给倍率旋钮，在面板上的进给倍率旋钮，在0120%之间调整。之间调整。 （1）进给功能）进给功能F代码代码 S代码表示机床主轴的转速。由代码表示机床主轴的转速。由S和其后的若干数字组成，和其后的若干数字组成，其表示方法有以下三种：其表示方法有以下三种：转速转速S表示主轴转速，单位为表示主轴转速，单位为r/min。如。如S1000表示主轴转速为表示主轴转速为1000r/min。线速线速 在恒线速状态下，在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为表示切削点的线速度，单位为m/min。如如S60表示切削点的线速度恒定为表示切削点的线速度恒定为60 m/min。代码代码 用代码表示主轴速

25、度时，用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直接表示转速或后面的数字不直接表示转速或线速的数值，而只是主轴速度的代号。如某机床用线速的数值，而只是主轴速度的代号。如某机床用S00S99表示表示100种转速，种转速，S40表示主轴转速为表示主轴转速为1200r/min， S41表示主表示主轴转速为轴转速为1230r/min，S00表示主轴转速为表示主轴转速为0r/min，S99表示最表示最高转速。高转速。 （2）主轴转速功能）主轴转速功能S代码代码 采用采用T代码编程代码编程由由T和数字组成。有和数字组成。有T和和T两种格式，数字的位数由两种格式，数字的位数由所用数控系统决定，所用数控系统决定，T

26、后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。例如：例如：T04表示选择表示选择4号刀；号刀；T0404表示选择表示选择4号刀，号刀，4号偏置值；号偏置值；T0400表示选择第表示选择第4号刀，刀具偏置取消。号刀，刀具偏置取消。采用采用T、D代码编程代码编程利用利用T功能选择刀具，利用功能选择刀具，利用D功能选择相关的刀偏。功能选择相关的刀偏。在定义这两个参数时，其编程的顺序为在定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。T和和D可以编写在可以编写在一起，也可以单独编写，例如：一起，也可以单独编写，例如：T4 D04表示选择表示选择4号刀，采用刀具偏号刀，采用刀具偏置

27、表第置表第4号的偏置尺寸；号的偏置尺寸；T4 D12表示用表示用4号刀，采用刀具偏置表第号刀，采用刀具偏置表第12号的偏置尺寸；号的偏置尺寸；T2表示选择表示选择2号刀，采用与该刀具相关的刀具偏置尺号刀，采用与该刀具相关的刀具偏置尺寸。寸。 （3）刀具功能）刀具功能T代码代码 1数控加工程序的构成数控加工程序的构成 一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干个程一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干个程序段、程序结束部分组成。一个程序段由程序段号和若干序段、程序结束部分组成。一个程序段由程序段号和若干个个“字字”组成，一个组成，一个“字字”由地址符和数字组成。由地址符和数字组成。 下面是一

28、个完整的数控加工程序，该程序由程序号开始，以下面是一个完整的数控加工程序，该程序由程序号开始，以M02结束。结束。程序说明O1122程序开始N5 G90 G92 X0 Y0 Z0；程序段1N10 G42 G01 X-60.0 Y10.0 D01 F200；程序段2N15 G02 X40.0 R50.0；程序段3N20 G00 G40 X0 Y0；程序段4N25 M02；程序结束（1）程序号）程序号 为了区分每个程序，对程序要进行编号，程序号由为了区分每个程序，对程序要进行编号，程序号由程序号地址和程序的编号组成，程序号必须放在程序的开程序号地址和程序的编号组成，程序号必须放在程序的开头。如：头

29、。如： O1122 程序的编号（程序的编号（1122号程序）号程序） 程序号地址（编号的指令码）程序号地址（编号的指令码） 不同的数控系统，程序号地址也有所差别。如不同的数控系统，程序号地址也有所差别。如SMK8M系统用，而系统用，而FANUC系统用作为程序号的地系统用作为程序号的地址码。编程时一定要参考说明书，否则程序无法执行。址码。编程时一定要参考说明书，否则程序无法执行。 （2）程序段的格式和组成）程序段的格式和组成 程序段的格式可分为地址格式、分隔地址格式、固定程序段格式程序段的格式可分为地址格式、分隔地址格式、固定程序段格式和可变程序段格式等。其中以可变程序段格式应用最为广泛，所谓可和可变程序段格式等。其中以可变程序段格式应用最为广泛，所谓可变程序段格式就是程序段的长短是可变的。变程序段格式就是程序段的长短是可变的。例如：1501-60.0Y10.0100 ； 程序段结束