数控加工程序

天津工程师范学院机械系第2章数控加工程序1第2章数控加工程序第1节程序编制的基本概念一数控编程概述

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。2第2章数控加工程序第1节程序编制的基本概念

二、编程方法分类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。3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

4第2章数控加工程序Mastercam---------------------美国CNCSoftware

公司图形数控自动编程软件5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6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7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（AutomaticallyProgrammedTool）。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（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版本。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。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、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。8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：L＝LINE/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/τ

INTOL/τ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，L9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按自动编程系统规定的“语言”描述被加工零件的几何形状,加工时刀具相对于工件的运动轨迹这里用“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.刀具中心轨迹计算将源程序翻译成计算机能接受和处理的形式选用设计工夹具,安排工艺路线,选择工艺参数加工程序单或纸带刀位数据将刀位数据及工艺参数等信息转换成数控机床要求的指令代码NC接口APT自动编程的基本步骤10第2章数控加工程序3）语语音音编编程程：：语音音数数控控自自动动编编程程是是采采用用语语音音识识别别器器，，将将编编程程人人员员发发出出的的加加工工指指令令声声音音转转变变为为加加工工程程序序。。4）视视觉觉系系统统编编程程：：采用用计计算算机机视视觉觉系系统统来来自自动动阅阅读读、、理理解解图图样样，，由由程程编编员员在在编编辑辑过过程程中中实实时时给给定定起起刀刀点点、、下下刀刀点点和和退退刀刀点点，，然然后后自自动动计计算算出出刀刀位位点点的的有有关关坐坐标标值值，，并并经经后后置置处处理理，，最最后后输输出出数数控控加加工工的的程程序序单单。。视视觉觉系系统统编编程程首首先先由由图图样样扫扫描描器器（（常常用用的的CCD传感感器器扫扫描描器器和和扫扫描描鼓鼓两两种种））扫扫描描图图样样，，取取得得一一幅幅图图像像，，对对该该图图像像进进行行预预处处理理是是为为了了校校正正图图像像的的几几何何畸畸变变和和灰灰度度畸畸变变，，并并将将它它转转化化为为易易处处理理的的二二值值图图像像，，同同时时作作断断口口校校正正、、几几何何交交点点部部分分检检测测、、细细线线化化处处理理，，以以消消除除输输入入部部分分分分辨辨率率的的影影响响；；然然后后分分离离并并识识别别图图样样上上的的文文字字、、符符号号、、线线划划等等元元素素，，并并记记忆忆它它们们之之间间的的关关系系，，对对线线划划还还需需进进行行矢矢量量化化处处理理，，并并用用直直线线或或曲曲线线拟拟合合，，得得到到端端点点和和分分支支点点；；将将这这些些信信息息综综合合处处理理，，确确定定图图样样中中每每条条线线的的意意义义及及其其尺尺寸寸大大小小，，最最后后作作编编辑辑处处理理及及刀刀位位点点坐坐标标计计算算。。再再连连接接适适当当的的后后置置处处理理，，就就能能输输出出数数控控加加工工程程序序单单。。视视觉觉系系统统在在编编程程时时不不需需要要零零件件源源程程序序和和编编程程员员，，只只要要事事先先输输入入工工艺艺参参数数即即可可，，操操作作简简单单，，能能直直接接与与CAD的数数据据相相连连接接，，实实现现高高度度自自动动化化。。11第2章章数数控控加加工工程程序序二、、程程序序代代码码国际际标标准准化化组组织织ISO(internationalstandardorganization)美国国电电子子工工业业协协会会EIA(electronicindustriesassociation)国际际上上通通用用的的数数控控代代码码有有ISO、EIA两种种。。12第2章章数数控控加加工工程程序序三、、程程序序结结构构A、加加工工程程序序由由若若干干个个程序序段段组成成。。B、程程序序段段由由一个个或或若若干干个个指指令令字字组成成，，字字是是数数控控程程序序的的最最小小单单位位。。C、每每个个指指令令字字由由地址址符符和和数数字字组成成（（字字―地址址结结构构）），，代代表表机机床床的的一一个个位位置置或或一一个个动动作作。。地地址址符符由由字字母母组组成成，，每每个个字字母母、、数数字字、、符符号号（（正正负负号号））称称为为字字符符。。D、程程序序的的起起始始符符：：%E、程程序序结结束束符符：：M02或M30。F、每每一一行行程程序序以以分号号结尾尾。。G、注注释释符符：：括括号号““（（））””内内或或分分号号““；；””后后的的内内容容为为注注释释文文字字。。注：：一个个零零件件程程序序是是按按程程序序段段的的输输入入顺顺序序执执行行的的，，而而不不是是按按程程序序段段号号的的大大小小顺顺序序执执行行的的，，但但书书写写或或输输入入程程序序时时，，建建议议按按升升序序。。13第2章章数数控控加加工工程程序序一个个零零件件程程序序是是由由遵遵循循一一定定结结构构、、句句法法和和格格式式规规则则的的若若干干个个程程序序段段组组成成的的，，而而每每个个程程序序段段是是由由若若干干个个指指令令字字组组成成的的。。如如图图2.1所所示示。。程序序O1000N01G00U50W60;N10G01U100W500F150S300M03;N…………程序序段段N200M30;指令令字字图2.1程程序序的的结结构构14第2章章数数控控加加工工程程序序1、程程序序的的文文件件名名（（程程序序名名））格式式：：O____说明明：：1)‘‘O’’：文文件件名名首首字字母母，，后后面面必必须须有有四四位位数数字字或或字字母母，，如如日日本本FANUC系统统如如‘‘O001，O002’’；华华中中数数控控HNC-21/22T系统统扩扩展展了了标标识识程程序序文文件件的的方方法法，，可可以以使使用用任任意意DOS文件件名名（（即即8+3文文件件名名：：1至至8个个字字母母或或数数字字加加小小数数点点，，再再加加0至至3个个字字母母或或数数字字组组成成，，如如““MYPART.001”、““O1234””等）标识零零件程序。。2)O1、O01、O001、O0001等价；3)范围O1～O7999用户区O8000～O8999用户区（加加密、加锁锁）O9000～O9999扩展区（厂厂方修改））（FANUC0i）15第2章数数控加工程程序2、顺序号（（标识作作用）格式：N____说明：1）范围：N1～N99992）N1、N01、N001、N0001等价3、准备功能能（简称G功能）由地址符‘‘G’和两位数字字组成，G01，G02等等，G功能的代号号已标准化化；G1、G01等价。16第2章数数控加工程程序4、尺寸字（（坐标字））：由坐标地址址符和数字字组成，各各组数字必必须有作为为地址代码码的字母开开头。X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；A、B、C、D、E；I、J、K。其中，X50.X50.0在相对坐标标编程时，，都表示沿X轴移动50mmX5000017第2章数数控加工程程序5、进给功能能字：F由进给地址址符和数字字组成，单单位一般为为‘mm/min’或‘mm/r’’F指令表示刀刀具中心运运动时的进进给速度。。由F和其后的若若干数字组组成。数字字的单位取取决于每个个系统所采采用的进给给速度的指指定方法。。具体内容容见所用机机床的编程程说明书。。注意事项如如下：1)当编写程序序时，第一一次遇到直直线（G01）或圆弧（（G02/G03）插补指令令时，必须须编写进给给率F，如果没有有编写F功能，CNC采用F0。当工作在在快速定位位（G00）方式时，，机床将以以通过机床床轴参数设设定的快速速进给率移移动，与编编写的F指令无关。。2）F指令为模态态指令，实实际进给率率可以通过过CNC操作面板上上的进给倍倍率旋钮，，在0～120%之间调整。。18第2章数数控加工程程序6、主轴转速速功能字：：S由主轴地址址符和数字字组成，单单位为‘r/min’S指令表示机机床主轴的的转速。由由S和其后的若若干数字组组成，其表表示方法有有以下三种种：①转速S表示主轴转转速，单位位为r/min。如S1000表示主轴转转速为为1000r/min。②线速在恒线速状状态下，S表示切削点点的线速度度，单位为为m/min如S60表示切削点点的线速度度恒定为60m/min。③代码用代码表示示主轴速度度时，S后面的数字字不直接表表示转速或线速的数数值，而只只是主轴速速度的代号号。如某机机床用S00～S99表示100种转速，S40表示主轴转转速为1200r/min，S41表示主轴转转速为1230r/min，S00表示主轴转转速为0r/min，S99表示最高转转速。19第2章数数控加工程程序7、刀具功能能字：T由刀具地址址符和数字字组成，数数字表示刀刀具库中刀刀具号。刀具和刀具具参数的选选择是数控控编程的重重要内容，，其编程格格式因数控控系统不同同而异，主主要格式有有以下两种种：①采用T指令编程由T和数字组成成。有T××和T×××××两种格式，，数字的位位数由所用用数控系统统决定，T后面的数字字用来指定定刀具号和和刀具补偿偿号。例如：T04表示选择4号刀；T0404表示选择4号刀，4号偏置值；；T0400表示选择第第4号刀，刀具具偏置取消消。②采用T、D指令编程利用T功能选择刀刀具，利用用D功能选择相相关的刀偏偏。在定义这两两个参数时时，其编程程的顺序为为T、D。T和D可以编写在在一起，也也可以单独独编写，例例如：T4D04表示选择4号刀，采用用刀具偏置置表第4号的偏置尺尺寸；D12表示仍用4号刀，采用用刀具偏置置表第12号的偏置尺尺寸；T2表示选择2号刀，采用用与该刀具具相关的刀刀具偏置尺尺寸。20第2章数数控加工程程序8、辅助功能能字：M由辅助操作作地址符和和两位数字字组成。M功能的代码码已标准化化。M指令是控制制数控机床床“开、关关”功能的的指令，主主要用于完完成加工操操作时的辅辅助动作。。M功能有非模模态M功能和模态态M功能二种形形式。●非模模态M功能（当段段有效代码码）：只在在书写了该该代码的程序段段中有效；；●模态态M功能（续效效代码）：：一组可相相互注销的的M功能，这些功功能在被同同一组的另另一个功能能注销前一一直有效。如：M02或M30、M03、M04、M05等。21第2章数数控加工程程序M代码及功能能表代码模态功能说明代码模态功能说明M00非模态程序暂停M03模态主轴正转M02非模态程序结束M04模态主轴反转M30非模态程序结束并返回程序起点M05模态主轴停止M07模态冷却液打开M98非模态调用子程序M08模态冷却液打开M99非模态子程序结束M09模态冷却液关闭22第2章数数控加工程程序模态M功能组中包包含一个缺缺省功能，，系统上电电时将被初始化化为该功能能。M功能还可分分为前作用用M功能和后作作用M功能二类。。●前作用M功能：在程程序段编制制的轴运动动之前执行行；●后作用M功能：在程程序段编制制的轴运动动之后执行行。M00、M02、M30、M98、M99用于控制零零件程序的的走向，是是CNC内定的辅助助功能，不不由机床制制造商设计计决定，也也就是说，，与PLC程序无关；；其余M代码用于机机床各种辅辅助功能的的开关动作作，其功能能不由CNC内定，而是是由PLC程序指定，，所以有可可能因机床床制造商不不同而有差差异（使使用时须参参考机床使使用说明书书）。23第2章数数控加工程程序P19举例例图2.1例题1图例24第2章数数控加工程程序图2.2右手笛卡儿直角坐标系第2节程程序的的编制一、坐标系系25第2章数数控加工程程序右手笛卡儿儿直角坐标标系为了简化编编程和保证证程序的通通用性，对对数控机床床的坐标轴轴和方向命命名制定了了统一的标标准，规定定直线进给给坐标轴用用X、Y、Z表示，常称称基本坐标标轴。X、Y、Z坐标轴的相相互关系用用右手定则则决定，图图中大拇指指指向X轴的正方向向，食指指指向Y轴的正方向向，中指指指向为Z轴的正方向向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆圆周进给坐坐标轴用A、B、C表示，根据据右手螺旋旋定则，以以大拇指指指向+X，+Y，，+Z方向，则食食指、中指指等的指向向是圆周进进给运动+A，+B，，+C方向。第2节程程序的编制制26第2章数数控加工程程序1、机床原点点、机床坐坐标系a、机床原点机床原点也也称为机床床零点，它的位置通通常由机床床制造厂确确定。在机机床经过设设计、制造造和调整之之后，这个个原点便被被确定下来来，它是固固定的点。。数控车床床的机床原原点的位置置大多数规规定在其主主轴旋转中中心与卡盘盘后端面的的交点上；；数控铣床床的机床原原点的位置置大多数规规定在其工工作台上表表面的中心心点上。b、机床坐标系系以机床原点点作为坐标标系原点建建立的坐标标系就是机机床坐标系系，它是制制造和调整整机床的基基础，一般般不允许随随意变动。。理解机床坐坐标系：1、机床坐标标系是针对对刀具而言言的，假定定工件不动动，刀具运运动；2、机床坐标标系符合右右手定则；；3、按下操作作面板上的的，，则刀刀具相对于于工件向＋＋X方向运动。。第1节程程序编制的的基本概念念X＋27第2章数数控加工程程序图2-4铣床的机床原点图2-3车床的机床原点28第2章数数控加工程程序机床坐标系系方向确定定：数控机床的的进给运动动，有的由主轴带动动刀具运动动来实现，有有的由工作台带带着工件运运动来实现。但是在确定定坐标轴的的正方向时时，是假定定工件不动动，刀具相相对于工件件做进给运运动的方向向。机床坐标轴轴的方向取取决于机床床的类型和和各组成部部分的布局局。对车床而言言：——Z轴与主轴轴轴线重合，，刀具远离离工件的方方向为Z轴的正方向向；——X轴垂直于Z轴，对应于于转塔刀架架的径向移移动，刀具远离工工件的方向向为X轴的正方向向；——Y轴（通常是是虚设的））与X轴和Z轴一起构成成遵循右手定则则的坐标系系统。29第2章数数控加工程程序图2.5车床坐标系系30第2章数数控加工程程序对铣床及加加工中心而而言：1、Z轴的确定：：平行于机机床主轴的的刀具运动动坐标轴轴为Z轴，取刀具具远离工件件的方向为为正方向（（＋Z）。当机床床有多个主主轴时，选选一个垂直直于工件装夹夹面的主轴轴为Z轴。2、X轴的确定：：1)当Z轴为水平方方向时，沿沿刀具主轴轴后端向工件方向向看，向右右为X轴的正方向向；2)当Z轴为垂直方方向时，则则从主轴向向立柱看时，对于于单立柱机机床，X轴的正方向向指向右边；；对于双立立柱机床，，当从主轴轴向立柱看时时，X轴向的正方方向指向右右边。3、Y轴的确定：：Y轴与X轴和Z轴一起构成成遵循右手手定则的坐标系统。。31第2章数数控加工程程序图2.6立式数控铣铣床图2.7卧式数控铣铣床32第2章数数控加工程程序2、参考点、参参考坐标系系数控装置上上电时并