数控编程演示文稿

1、学习重点：了解数控编程的的方法及内涵；掌握数控机床的有关标准、术语及编程功能：程序的结构与格式、机床的坐标轴及运动方向、工件坐标系的确立、常用功能指令等；学习数控加工的工艺设计、工序划分、零件的装夹方法和对刀点的确定、走刀路线和加工余量确定、选择刀具和切削用量、工艺文件编制；了解程序编制中的基点、节点及非圆曲线的直线逼近方法、圆弧逼近方法等刀位点数学处理方法。第二章 数控加工编程基础EXIT 我们把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序，它是机床数控系统的应用软件。 2.1 数控程序编制的概念 在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编

2、制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序（如图所示的程序样本）。2-1 数控编程的基本概念 EXIT2.1.1 数控程序编制的定义 1、数控程序编制的内容及步骤 数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图所示，编程工作主要包括： EXIT分析零件图样和制定工艺方案 数 学 处 理 编 写 程 序 程 序 校 验修 改2-1 数控编程的基本概念 （1）分析零件图样和制定工艺方案（2）数学处理（3）编写零件加工程序（4）程序检验2、数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。（1）手工编程 手工编程指主要由人工来

3、完成数控编程中各个阶段的工作。如图所示。EXIT2-1 数控编程的基本概念 EXIT2-1 数控编程的基本概念 （2）计算机自动编程 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，其余工作均由计算机辅助完成。 、字与字的功能 1、字符与代码 字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。国际上广泛采用两种标准代码：（1）ISO国际标准化组织标准代码（2）EIA美国电子工业协会标准代码EXIT2-1 数控编程的基本概念 2、字 3、字的功能 组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的。（1

4、）顺序号字N 一般使用方法：编程时将第一程序段冠以N10,以后以间隔10递增的方法设置顺序号。（2）准备功能字G 准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令 见表。EXIT2-1 数控编程的基本概念 EXITG功能字FANUC系统SIEMENS系统G00快速移动点定位快速移动点定位G01直线插补直线插补G02顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补G04暂停暂停G05-通过中间点圆弧插补G17XY平面选择XY平面选择G18ZX平面选择ZX平面选择G19YZ平面选择YZ平面选择G32螺纹切削-G33-恒螺距螺纹切削G40刀具补偿注销刀具补偿注销G41刀具补偿左刀具补偿左G

5、42刀具补偿右刀具补偿右G43刀具长度补偿正-G44刀具长度补偿负-G49刀具长度补偿注销-G50主轴最高转速限制-G54G59加工坐标系设定零点偏置表2.1 G功能字含义表2-1 数控编程的基本概念 EXITG65用户宏指令-G70精加工循环英制G71外圆粗切循环米制G72端面粗切循环-G73封闭切削循环-G74深孔钻循环-G75外径切槽循环-G76复合螺纹切削循环-G80撤销固定循环撤销固定循环G81定点钻孔循环固定循环G90绝对值编程绝对尺寸G91增量值编程增量尺寸G92螺纹切削循环主轴转速极限G94每分钟进给量直线进给率G95每转进给量旋转进给率G96恒线速控制恒线速度G97恒线速取消

6、注销G96G98返回起始平面-G99返回R平面-2-1 数控编程的基本概念 EXIT（3）尺寸字 尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置（4）进给功能字 F（5）主轴转速功能字 S（6）刀具功能字 T（7）辅助功能字 M 辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为13位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，见表。2-1 数控编程的基本概念 EXIT表2.2 M功能字含义表M功能字 含 义 M00 程序停止 M01 计划停止 M02 程序停止 M03 主轴顺时针旋转 M04 主轴逆时针旋转 M05 主轴旋转停止 M06 换刀 M07 2号冷却液开 M08 1号冷却液开

7、 M09 冷却液关 M30 程序停止并返回开始处 M98 调用子程序 M99 返回子程序 2-1 数控编程的基本概念 EXIT程序格式 1、程序段格式 程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。2、加工程序的一般格式 （1）程序开始符、结束符 （2）程序名 （3）程序主体 （4）程序结束指令2-1 数控编程的基本概念 % / 开始符O1000 / 程序名N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08 N30 X90 / 程序主体 N300 M30 /

8、 结束符EXIT2-1 数控编程的基本概念 EXIT2.1.4 数控机床的坐标系 在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，ISO和我国都拟定了命名的标准。 、机床坐标系的确定 （1）机床相对运动的规定 （2）机床坐标系的规定 例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动，如图所示。2-1 数控编程的基本概念 EXIT 图立式数控铣床 2-1 数控编程的基本概念 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右笛卡尔直角坐标系决定： EXIT2-1 数控编程的基本概念 EXIT（3）运动方向的规定增大刀具与工件距离的方

9、向即为各坐标轴的正方向，如图2. 6 所示为数控车床上两个运动的正方向。图机床运动的方向2-1 数控编程的基本概念 EXIT 、坐标轴方向的确定 （1）Z坐标 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。 如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。图所示为数控车床的Z坐标。2-1 数控编程的基本概念 图数控车床的坐标系 EXIT（2）X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般在

10、水平面内确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。 2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况： Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。 图所示为数控车床的X坐标。 2-1 数控编程的基本概念 3）Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。图所示为数控车床的Y坐标。EXIT图数控立式铣床的坐标系 2-1 数控编程的基本概念 例：根据图所示的数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标。 （1）Z

11、坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。 （2）X坐标：Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。 （3）Y坐标：在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。 EXIT2-1 数控编程的基本概念 、附加坐标系 为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。 对于直线运动，通常建立的附加坐标系有： （1）指定平行于X、Y、Z的坐标轴 可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三 组P、Q、R坐标。 （2） 指定不平行于X、Y、Z的坐标轴EXIT2-1 数控编程的基本概念 、机床原点的设置 （1）数控车床的原点EXIT图2.9 车床的机床原点 图2.10铣床的机床原点

12、2-1 数控编程的基本概念 2）数控铣床的原点 在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见图。、机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。EXIT图2.11 数控车床的参考点 2-1 数控编程的基本概念 EXIT 编程坐标系 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用， 确定编程坐标系时不必 考虑工件毛坯在机床上 的实际装夹位置。 如图所示， 其中O2即为编程 坐标系原点。图2.12 编程坐标系2-1 数控编程的基本概念 编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。编程原点应尽量选择在零

13、件的设计基 准或工艺基准上， 编程坐标系中各轴的 方向应该与所使用的 数控机床相应的坐标 轴方向一致，如图 所示为车削零件 的编程原点。 EXIT图2.13 确定编程原点 2-1 数控编程的基本概念 EXIT加工坐标系 1、加工坐标系的确定 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。 2、加工坐标系的设定 方法一：在机床坐标系中直接设定加工原点。 方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系。机床加工坐标系设定的实例 下面以数控铣床（FANUC 0M）加工坐标系的设定为例，说明工作步骤2-1 数控编程的基本概念 EXIT 在选择了图所示的被加工零件图样，并确定了编程原点位置后，可按以下方法

14、进行加工坐标系设定： 1、准备工作 2、装夹工件毛坯 3、对刀测量 4、计算设定值 5、设定加工坐标系 6、校对设定值图2.17零件图样 2-1 数控编程的基本概念 EXIT图2.18 X、Y向对刀方法 图2. 19Z向对刀方法2-1 数控编程的基本概念 数控加工程序是由各种功能字按照规定的格式组成的。正确地理解各个功能字的含义，恰当的使用各种功能字，按规定的程序指令编写程序，是编好数控加工程序的关键。 绝对尺寸指令和增量尺寸指令 绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出,如图所示。 增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出，如图所示。2-2 常用功能指令及编程方法EX

15、ITEXIT图 绝对尺寸 图2.21 增量尺寸 1. G功能字指定G90指定尺寸值为绝对尺寸。G91指定尺寸值为增量尺寸。2-2 常用功能指令及编程方法EXIT2. 用尺寸字的地址符指定（本课程中车床部分使用）绝对尺寸的尺寸字的地址符用 X、Y、Z增量尺寸的尺寸字的地址符用 U、V、W2.3.2 预置寄存指令G92 编程格式：G92 XY Z 2.2.2 坐标平面选择指令2-2 常用功能指令及编程方法EXIT 坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。G17表示选择 XY平面，G18表示选择 ZX平面，G19表示选择 YZ平面。各坐标平面如图所示。一般，数控车床默认在ZX平面内

16、加工，数控铣床默认在XY平面内加工。图坐标平面选择 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT 2.2.3 快速点定位指令编程格式：G00 X Y Z例：从A点到B点快速移动的程序段为：G90 G00 X20 Y30a) 同时到达终点 b) 单向移动至终点 图快速点定位 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT 直线插补指令 直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。 程序格式：G01 X Y Z F 其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。2-2 常用功能指令及编程方法EXIT圆弧插补指令G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。 圆弧顺逆方

17、向的判别：沿着不在圆弧平面内的坐标 轴，由正方向向负方向看，顺时针方向G02，逆时针方 向G03，如图所示。图圆弧方向判别 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT XY平面： G17 G02 X Y I J (R) F G17 G03 X Y I J (R) F ZX平面： G18 G02 X Z I K (R) F G18 G03 X Z I K (R) F YZ平面： G19 G02 Z Y J K (R) F G19 G03 Z Y J K (R) F2-2 常用功能指令及编程方法EXIT例：在图中，当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：G02 X321.65 Y280 I

18、40 J140 F50当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为： G03 X160 Y60 I-121.65 J-80 F5图各平面内圆弧情况2-2 常用功能指令及编程方法EXIT刀具半径补偿指令 在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能，见图。图圆弧插补应用 图刀具半径补偿2-2 常用功能指令及编程方法EXIT 1、编程格式 G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿，见图。图左偏刀具半径补偿2-2

19、常用功能指令及编程方法EXIT G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿，见图。G40 为补偿撤消指令。图2.30右偏刀具半径补偿 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT程序格式：G00/G01 G41/G42 X Y H /建立补偿程序段 G00/G01 G40 X Y /补偿撤消程序段 其中：G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标； 2、工作过程 图2.31图表示的刀具半径补偿的工作过程。其中，实线表示编程轨迹；点划线表示刀具中心轨迹；r等于刀具半径，表示偏移向

20、量。2-2 常用功能指令及编程方法EXIT(1)刀具半径补偿建立时，一般是直线且为空行程，以防过切。以G42为例，其刀具半径补偿建立见图。图建立刀具半径补偿 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT（2）刀具半径补偿一般只能平面补偿，其补偿运动情况见图。图2.32 刀具半径补偿运动 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT（3）刀具半径补偿结束用G40撤销，撤销时同样要防止过切，如图。图撤消刀具半径补偿2-2 常用功能指令及编程方法EXIT（4）注意： 1）建立补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动。 2）建立补偿的程序段，一般应在切入工件之前完成。 3）撤销补偿的程序段，一般应在切出工

21、件之后完成。 3、刀具半径补偿量的改变一般刀具半径补偿量的改变，是在补偿撤销的状态下重新设定刀具半径补偿量。 如图所示。图2. 34 刀具半径补偿量的改变 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT 4、刀具半径补偿量的符号一般刀具半径补偿量的符号为正，若取为负值时，会引起刀具半径补偿指令G41与G42的相互转化。 5、过切通常过切有以下两种情况：（1）刀具半径大于所加工工件内轮廓转角时产生的过切，如图所示。图加工内轮廓转角 图加工沟槽 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT（2）刀具直径大于所加工沟槽时产生的过切，如图所示。6、刀具半径补偿的其它应用图2.37刀具半径补偿的应用实例2-2 常用功

22、能指令及编程方法EXIT刀具长度补偿指令 G43 为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。 G44 为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。G49为撤消补偿。 例：图中左图所对应的程序段为 G01 G43 Zs H 图中右图所对应的程序段为 G01 G44 Zs H 2-2 常用功能指令及编程方法EXIT 图刀具长度补偿 2-2 常用功能指令及编程方法2-3 数控加工工艺设计EXIT概述：工艺设计是数控编程加工过程中十分重要的环节。它关系到所编制零件加工程序的正确性与合理性。数控加工过程是在加工程序的控制下自动进行的，对加工程

23、序的正确性与合理性要求极高，编写程序前，编程人员必须对加工工艺过程、走刀路线、刀具、切削用量等进行正确、合理的确定和选择。 数控编程中的工艺处理主要包括数控加工的合理性分析、零件的工艺性分析、加工工序和走刀路线的确定、零件安装方法的确定、选择刀具和确定切削用量等。 EXIT 2.3.1 数控加工的合理性分析 数控加工的合理分析包括：哪些零件适合于数控机床的加工；适合于在哪一类数控机床上加工。通常合理性考虑的因素是：零件的技术要求能否保证；对提高生产率是否有利；经济上是否合算。零件的复杂程度高，精度要求高，多品种、小批量的生产，采用数控加工会获得较高的经济效益。2-3 数控加工工艺设计EXIT2

24、.3.2.零件的工艺性分析零件的工艺性涉及的问题较多，数控加工主要从编程角度，对编程的可能性与方便性进行分析。方便编程是衡量零件数控加工工艺性好坏的一个指标。首先，零件图样上的尺寸标注应便于数值计算，符合编程的可能性与方便性的原则。第二，零件的内外形状尽量采用统一的几何类型或尺寸。这样不但能够减少换刀次数。镜像、旋转、阵列等简化编程指令特别适合于同一零件上具有相同、相似结构的零件加工编程。 2-3 数控加工工艺设计EXIT2.3.3 确定加工工序精基准的加工；主要表面的粗加工；次要表面的加工。主要表面的精加工；最终检查。简单地说，加工顺序的确定原则是：基准先行；先粗后精；先主后次；先内后外。2

25、-3 数控加工工艺设计EXIT2.3.4 确定走刀路线 确定零件加工的走刀路线是指切削加工过程中刀具的运动轨迹和运动方向。其确定的原则是：使数值计算容易，以减少编程工作量；尽量使走刀路线最短，减少刀具空程距离和时间。铣削加工中顺铣和逆铣得到的零件表面质量是不同的，精铣时应尽量采用顺铣，以利于提高零件的表面质量。2-3 数控加工工艺设计EXIT2.3.5 确定进退刀位置外轮廓加工时，铣刀的切入切出最好沿零件的周边外延，以保证零件轮廓的光滑。内轮廓加工时，预先打一个垂直下刀孔，然后再以进给速度接近内轮廓的切削点位。在铣削圆弧时，应从圆弧的切线方向切入。若为整圆，加工完毕时不要在切点处直接退刀，要让

26、刀具沿切线方向多走一段距离，以免在取消刀补时，刀具与工件表面相碰撞。 2-3 数控加工工艺设计EXIT2.3.6.确定零件的安装方法和对刀点、换刀点 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表面都加工出来。 零件定位基准与设计基准重合，减少定位误差对尺寸精度的影响，通常考虑以下几点：1）尽量选用可调整夹具、组合夹具等标准化、通用化夹具装夹零件，尽量避免采用专用夹具。 2）为使装夹零件迅速方便，多采用气动、液压夹具，以减少机床的停机时间。3) 零件上的加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工。2-3 数控加工

27、工艺设计EXIT正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。 “对刀点”是数控加工时刀具相对运动的起点，应选择在机床上容易找正的、加工中便于检查、编程时便于数值计算的地方。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。带有刀库和自动换刀装置数控机床，在加工过程中如需换刀，编程时还要设置一换刀点。该点可以是某一固定点（如加工中心），也可以是任意设定的（如车床）。换刀点应选在零件外部，且距工件及夹具有一个安全距离，以避免自动换刀时与工件或夹具等发生干涉。2-3 数控加工工艺设计EXIT选择刀具和切削用量正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。选择刀具通常考虑工件材料、加工形面类型、

28、机床的切削用量、刀具的耐用度、刚性及热处理等。编制程序时，常需要预先规定好刀具的结构尺寸和调整尺寸，特别是带有自动换刀的数控机床，在刀具安装到机床上之前，应根据编程时确定的参数，在机床外的预调整装置中调整到所需要的尺寸。在用立铣刀切削平面零件外部轮廓时，铣刀半径应小于零件外部轮廓的最小曲率半径Rmin，为使刀具有足够的刚性，应尽量增大铣刀的直径，减小刀具的长度。对于立体型面和变斜角轮廓外形，常采用球头铣刀、环形刀、鼓形刀、锥形刀和盘铣刀。2-3 数控加工工艺设计EXIT切削用量包括：主轴转速、切削深度、切削宽度及进给速度等。具体数值应根据说明书、手册并结合经验确定。切削用量根据以下原则选择：保

29、证零件加工精度和表面粗糙度；充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；充分发挥机床的性能；最大限度提高生产率、降低成本。2-3 数控加工工艺设计EXIT 一般切削深度根据机床、刀具和工件的刚度选取，在刚度允许的条件下，应尽可能取大值或使切削深度等于零件的加工余量，以减少进给次数，提高加工效率。为提高表面质量，可留少量精加工余量再进行一次精加工。 主轴转速应根据工件材料和直径以及允许的切削速度来选择。主轴转速与切削速度的关系如下：V =Dn/1000进给速度通常根据零件加工精度和表面粗糙度要求来选定。精加工时，进给量一般按表面粗糙度的要求选择。表面粗糙度小时，应选较小的进给量。在用硬质合金刀具高速切削钢件时进给量不能过小。2-3 数控加工工艺设计EXIT2.3.8 工艺文件的编制