数控加工程序的编制(1)

数控加工程序的编制(1)..第一页，共90页。▢

将零件的加工信息、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。

第一节概述

一、数控机床程序编制的内容及步骤▢

数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。(简称数控编成）2第二页，共90页。数控编程的类型机内编程--指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程；机外编程—指脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。

3第三页，共90页。手工编程----“手工”方式逐行输入控制代码会话编程----交互方式输入控制代码图形编程----图形方式输入控制代码语音编程----以语音方式输入控制代码高级语言编程----通过高级语言方式输入控制代码

特点：适用于简单形体，且效率较低。

机内编程的方式:4第四页，共90页。

手工编程计算机辅助APT编程CAD/CAM编程效率较高，普遍采用机外编程处理能力不断增强可以进行十分复杂形体的数控加工编程机外编程方式5第五页，共90页。

趋势：

以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM

系统为主的编程方法。CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，便于实现设计、制造一体化。6第六页，共90页。适用范围：

几何形状不太复杂的零件。手工编程

整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）。基础数控编程的类型--按程序编制过程分自动编程手工编程7第七页，共90页。自动编程

编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。8第八页，共90页。

自动编程适用范围：形状复杂的零件虽不复杂但编程工作量很大的零件

（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件

（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）9第九页，共90页。据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20～30%是由于加工程序不能及时编制出造成的。结论：

编程自动化是当今的趋势！其基础是手工编程。

10第十页，共90页。图纸工艺分析：这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数。

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改二、手工编程的内容和步骤11第十一页，共90页。计算运动轨迹

根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改12第十二页，共90页。编制程序

根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改13第十三页，共90页。制备控制介质

将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改14第十四页，共90页。

程序的校验和试切

所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改15第十五页，共90页。常用的校验和试切方法：▢

对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。▢

对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料、木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。16第十六页，共90页。▢在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。

上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。

当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。17第十七页，共90页。三、数控加工的工艺分析和数控加工方法1.数控加工的工艺分析

一般的机械加工（？）为基础，同时，须注意：对刀点的选择加工路径的确定编程误差

18第十八页，共90页。对刀点的选择

对刀点：确定刀具与工件相对位置的点对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。（为什么？）（车床的机床原点：主轴回转中心线与卡盘后端面的交点）19第十九页，共90页。CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XZ20第二十页，共90页。刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。镗刀钻头立铣刀端铣刀指状铣刀球头铣刀车刀21第二十一页，共90页。22第二十二页，共90页。23第二十三页，共90页。对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。24第二十四页，共90页。

选择对刀点的原则：

▢选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。▢选在对刀方便，便于测量的地方。▢选在便于坐标计算的地方

CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XZ工件轮廓对刀点(孔中心为设计基准)25第二十五页，共90页。

与对刀点关联的概念：

起刀点－－－换刀点－－－

含义？如何确定？刀具运动轨迹26第二十六页，共90页。▢加工线路的确定

加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。孔类加工（钻孔、镗孔）

原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程：)(+-a(ab-n个11ban+2=（蓝线长红线长b）+切入/出段+切入/出段=n27第二十七页，共90页。车削或铣削：

原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。

切向切入径向切入28第二十八页，共90页。

空间曲面的加工:(c)(b)(a)考虑粗糙度c)优于a)、b）

29第二十九页，共90页。加工线路选择的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的工艺要求。利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。30第三十页，共90页。第一类

--－直接加工零件的过程中产生的误差。它是产生加工误差的主体，主要包括：数控系统（包括伺服）的误差整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。

▢程序编制中的误差

31第三十一页，共90页。第二类－－编程时产生的误差，即用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的误差。▢程序编制中的误差

32第三十二页，共90页。△a算法误差（拟合误差）：为用近似算法逼近零件轮廓时产生的误差（又称一次逼近误差）例如：用直线或圆弧去逼近某曲线时和用近似方程式去拟合列表曲线时的误差。△b计算误差：插补算出的线段与理论线段之间的误差，它与在计算时所取的字节长度有关。△c圆整误差：它是插补完成后，由于分辨率的限制，将其圆整而产生的误差。它与机床的分辨率有关。编程误差:33第三十三页，共90页。三种误差的关系如图所示：原则：

应小于零件精度的10%-20%

XDYDcDbDaD

拟合误差计算误差圆整误差34第三十四页，共90页。2、数控加工方法

▢平面孔系零件的加工方法：

对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。35第三十五页，共90页。▢旋转体类零件的加工方法

这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别是在车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路是主要要考虑的问题。

先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工

可先按图中的方法进行1~4次粗加工，再精加工成形。4321436第三十六页，共90页。陀罗仪转子的加工，若采用图(c′)的方法，当处在轴向进刀时，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。图(c″)的方法，切削截面由大逐渐减小，排屑流畅，切削条件大为改善；由于没有单独的轴向进刀，程序段数可减少一半，实践证明，此法行之有效。

cC″cC″C′

图C′矩形走刀图C″矩形走刀37第三十七页，共90页。▢平面轮廓零件的加工方法

常用NC铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段，若平面轮廓为数控机床所不具备插补功能的曲线时，则应先采用NC机床所具备的插补线型（直线、圆弧）去逼近该零件的轮廓。

38第三十八页，共90页。▢空间轮廓表面的加工方法:

考虑因素：

曲面形状；零件的精度要求；机床功能；刀具形状。

三轴两联动加工-----“行切法”。2.5轴加工

三轴联动加工四轴联动加工五轴联动加工39第三十九页，共90页。

三轴两联动加工-----“行切法”。2.5轴加工以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。一般采用球头或指状铣刀，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。40第四十页，共90页。

三轴联动加工下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，编程计算复杂，宜采用自动编程。

41第四十一页，共90页。四轴联动加工方法

飞机大梁，曲面形状特征：直纹扭曲面。三座标联动加工，只能用球头刀，效率低，表面粗糙度差。圆柱铣刀周边切削，在四轴联动机床上进行。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。

42第四十二页，共90页。五轴联动加工

船用螺旋桨的表面形状特征

螺旋扭曲面成型运动：

三坐标方向的移动；绕二坐标轴的转动。43第四十三页，共90页。五轴联动加工一般采用端铣刀进行加工，铣刀需要三个移动轴（X、Y、Z），还应作螺旋角（与l有关），与后倾角（与j有关）的摆动运动及相应的附加补偿运动。

叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，只能利用自动编程系统。44第四十四页，共90页。第二节程序编制的代码及格式

经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（InternationalStandardizationOrganization）和EIA(ElectronicIndustriesAssociation)两种。●

代码代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令。它是程序的最小单元。

▢编程指令——系统操作代码的总称

G指令——准备功能

作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。组成：G后带二位数字组成。100种模态（续效）指令与非模态指令见P25表2-445第四十五页，共90页。1、G00———快速移动2、G01———直线插补3、G02———顺时针圆弧插补4、G03———逆时针圆弧插补5、G33———等螺距螺纹切削6、G90———绝对坐标尺寸编程指令7、G91———相对坐标尺寸编程指令8、G92———工件坐标系设定指令9、G17———指定零件在xy平面上加工10、G18———指定零件在zx平面上加工11、G19———指定零件在yz平面上加工准备功能常用G功能指令46第四十六页，共90页。47第四十七页，共90页。48第四十八页，共90页。M指令——辅助功能

作用：控制机床及其辅助装置的通断的指令。

组成：M后跟两位数字组成。100种。见P27表2-5M00——程序暂定

（执行完M00的程序段后，主轴、刀具进给、冷却液自动停止）M01——程序计划暂定

（只有在操作面板上预先按下“任意停止”按钮，程序停止）M02——程序结束

（该指令用于程序全部结束。主轴、刀具、冷却液自动停止）常用的M辅助功能指令49第四十九页，共90页。

常用的M辅助功能指令M03——主轴正转M04——主轴反转M05——主轴停转M06——加工中心换刀M07、M08——冷却液打开M09——冷却液关闭M10——工件夹紧M11——工件松开50第五十页，共90页。

F.S.T指令

1)F指令——指定进给速度指令（续效指令）组成：

▢编码法：F带两位数字，如F05，F36等。后面所带的数只是一个代码，它与某个（系统规定的速度值）速度值相对应，换而言之，这种指令所指定的进给速度是有级的，速度值序既可等差数列，也可能是等比数列。▢直接法：

F后带若干位数字，如F150，F350等。后面所带的数字表示实际的速度值，上述两个指令分别表示F=150mm/min；F=350mm/min。

51第五十一页，共90页。S指令（切削速度）

——指定主轴转速指令（续效指令）

组成：同F，如S05,S36等

单位：r/min

T指令——指定加工刀具号的指令。组成：T后跟两（或四）位数字，如T11,T0101等T11表示选择11号刀具T0101表示选择1号刀具。

（不同数控系统间有差异）

52第五十二页，共90页。其它

1)尺寸指令——指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指令。

组成：由在X,Y,Z,(i,j,k,r)A,B,C后带符号的数字组成。如X1000,Y2000等单位：数控系统规定的单位,如mm53第五十三页，共90页。子程序标号和调用指令

作用：用于指定子程序名和在主程序中调用子程序指令。

组成：▢子程序名字符Q后带两位数字，如Q01，Q21，因此子程序在一个程序最多只100个。▢子程序调用字符后带四位数字。其中，前两位数字为被调用子程序名，后两位数字为调用次数。

L0108调用8次调用01号程序调用子程序地址符程序段标号，程序段结束字符以及变量等。N*(LF),R0~R9等

。

54第五十四页，共90页。●

数控加工程序的结构

刀具半径（D01）=5mm

程序名：O2000

程序段N01G90G17G00G42D01

X-85Y-30Z15LFN02G91Z-15S400M03M08LFN03G01X85F300LFN04G03Y50J25LFN05G01X-75LFN06Y-60LFN07G00Z15M05M09LFN08G40X75Y35M02LF6055第五十五页，共90页。

上面是一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段组成。程序名是该加工程序的标识；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头，“；”或“LF”指令结尾；M02(M30)作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如%、EM等。56第五十六页，共90页。由上面的程序可知：加工程序——由程序名和若干程序段有序组成的指令集。程序——是由若干程序段组成。程序段——是由若干指令字组成。指令字——是由文字（地址符）或与其后所带的数字一起组成。一个程序的最大长度取决于数控系统中零件存贮区的容量或外存的容量；有些数控系统还规定了一个程序段的字符数。这些在编程前必须了解清楚，否则数控系统便会认为你的程序有语法错误

57第五十七页，共90页。

●程序段的格式

程序段的格式——是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。

目前广泛采用的是，地址符可变程序段格式（或者称字地址程序段格式），这种格式的特点是：

▢

程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或无符号的数字。▢指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。▢不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。

58第五十八页，共90页。●主程序和子程序

有时被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在几处完全重复出现，则可以将这些重复的程序串，单独地挑出来按一定格式做成子程序，程序中子程序以外的部分便称为主程序。

子程序可以被多次重复调用。而且有些数控系统中可以进行子程序的“多层嵌套”，子程序可以调用其它子程序，从而可以大大地简化编程工作，缩短程序长度，节约程序存贮器的容量。59第五十九页，共90页。在上图中的钢板上要铣出9个几何形状完全相同的台阶，若采用子程序的方法编程如下：

N01G91G00G41D01X50Y60S01M03M08LFN02L0109LFN03M02LFQ01N01G00Z-25LFN02G01Y60F100N03X75LFN04G02Y-50J-25LFN05G01X-80LFN06G00Z25LFN07X165Y-10LFN08M17LF60第六十页，共90页。61第六十一页，共90页。由上面的程序可知，子程序是子程序名(Q01)开始，以M17指令结束，并返回主程序，其余部分的编写与主程序完全相同。由于采用子程序，使编程大大地简化了，因此，在我们的编程中要学会善于运用子程序来简化编程工作。

注意，不同数控系统中，子程序的调用是不同的。62第六十二页，共90页。一、坐标轴的运动方向及其命名

统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给

维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。第三节

数控机床的坐标系

63第六十三页，共90页。

1、进给运动坐标系

ISO和中国标准规定：▢数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。▢数控机床标准坐标系：

右手笛卡儿坐标系统64第六十四页，共90页。▢回转座标：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。▢基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X、Y、Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。65第六十五页，共90页。数控机床坐标系66第六十六页，共90页。▢坐标轴方向：刀具相对工件运动的方向。这样便可以使编程人员在不知是刀具移近工件

，还是相反的情况下，就能正确地进行编程。▢附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U.V.W表示。

67第六十七页，共90页。

1）Z坐标标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。Z坐标正方向：刀具远离工件的方向。68第六十八页，共90页。数控车床数控车床坐标系（两坐标）69第六十九页，共90页。数控卧式升降台铣床70第七十页，共90页。2）X坐标

在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。

71第七十一页，共90页。2）X坐标

▢

在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）

Z轴垂直（立式）：

单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；

双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。

72第七十二页，共90页。数控铣床立式数控铣床坐标系73第七十三页，共90页。

2）X坐标

▢

在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。74第七十四页，共90页。

3）Y坐标

▢

利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定

Y

坐标的正方向。右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+Y。

75第七十五页，共90页。数控铣床立式数控铣床坐标系76第七十六页，共90页。二、机床坐标系与工件坐标系

编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。77第七十七页，共90页。

1、机床坐标系与机床原点

▢

机床原点机床坐标系的零点(原点）。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。78第七十八页，共90页。▢

机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。79第七十九页，共90页。▢

工件原点与工件坐标系

▢

工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以是对刀点重合。

▢

工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。

▢

工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。

▢

现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过G

指令进行换。

80第八十页，共90页。工件原点偏置：在加工时，工件随夹具在机床上安装后,测量工件原点与机床原点间的距离(通过测量某些基准面、线之间的距离来确定）称为工件原点偏置。该偏置值，预先已存放到数控系统中，加工时，工件原点偏置值便能自动加到工件坐标系上，使数控系统按机床坐标系确定加工时的坐标值。(机床原点在工件坐标系中的位置坐标:X-100,Y-100)工件原点偏置的优点：

编程人员可以不考虑工件在机床上的安装位置和安装精度，而利用数控系统的原点偏置功能，通过工件原点的偏置值，来补偿工件在工作台上的装夹位置误差，使用起来十分方便。81第八十一页，共90页。▢机床零点（机床原点）：机床（机械）坐标系的原点称机床零点。是机床上的一个固定点。车床的机床零点通常定义主轴旋转中心线与卡盘后端面的交点。▢编程零点（工件原点）：工件坐标系的原点。是为了编程方便人为设定。机床原点对刀点82第八十二页，共90页。对刀点机床原点