数控编程相关知识和数控机床编程及加工

第一章：数控车削加工编程技术第二章：固定循环指令第三章：数控车加工工艺第四章：简单轴类零件加工第五章：简单套类零件加工第六章：螺纹类零件加工第一章：数控车削加工编程技术首页上一页下一页最后页一：目的与要求熟悉数控车系统基础指令的格式和编程方法，熟练掌握简单形体的编程技术。二：课时安排三：检测手段四：安全及注意事项1、遵守实训场地安全文明生产制度；2、遵守数控车床的安全操作规程；数控编程是数控加工的重要步骤。用数控机床对零件进行加工时，要按照加工工艺要求，根据所用数控机床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削用量以及相关辅助动作（包括换刀、主轴正/反转、切削液开/关等）编写成加工程序，输入到数控装置中，从而指挥机床加工零件。一、数控车床的坐标系及运动方向数控车床的坐标系及其运动方向，在国际标准（ISO）中有其统一规定，我国机械工业部标准与之等效。首页上一页下一页最后页（一）坐标系数控车床的坐标系是以径向为X轴方向，纵向为Z轴方向。经济型普通卧式前置刀架数控车床指向主轴箱的方向为Z轴负方向，而指向尾架的方向为Z轴的正方向。X轴的正方向是指向操作者的方向，负方向为远离操作者的方向。由此，根据右手法则，Y轴的正方向应该垂直指向地面（编程中不涉及Y坐标）。图4-1所示为数控车床的坐标系。a）b）a）普通卧式前置刀架数控车床坐标系b）普通卧式后置刀架数控车床坐标系图1-1数控车床的坐标系首页上一页下一页最后页在按绝对坐标编程时，使用代码X和Z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。也可以采用混合坐标指令编程，即同一程序中，既出现绝对坐标指令，又出现相对坐标指令。U和X坐标值，在数控车床的编程中一般是以直径方式输入的，即按绝对坐标系编程时，X输入的是直径值；按增量坐标编程时，U输入的是径向实际位移值的二倍，并附上方向符号（正向可以省略）。（二）原点1、机械原点（参考点）机械原点是由生产厂家在生产数控车床时设定在机床上的，它是一个固定的坐标点。每次在操作数控车床的时候，启动机床之后，必须首先进行机械原点回归操作，使刀架返回到机床的机械原点。一般地，根据机床规格不同，X轴机械原点比较靠近X轴正方向的超程点；Z轴机械原点比较靠近Z轴正方向超程点。2、编程原点编程原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。在编制数控车削程序时，首先要确定作为基准的编程原点。对于某一加工工件，编程原点的设定通常是将主轴中心设为X轴方向的原点。将加工工件的精切后的右端面或精切后的夹紧定位面设定为Z轴方向的原点。分别如图1-2（a）（b）所示。首页上一页下一页最后页图1-2编程原点值得一提的是，以机械原点为原点建立的坐标系一般称为机床坐标系，它是一台机床固定不变的坐标系；而以编程原点为原点建立的坐标系一般称为工件坐标系或编程坐标系，它随着加工工件的改变而改变位置。二、程序结构与格式（一）程序的结构程序是控制机床的指令，与我们学习Basic、C语言编程一样，必须先了解程序的结构，以指导我们读懂程序。下面，我们以一个简单的数控车削程序为例，分析加工程序的结构。首页上一页下一页最后页例1：以经济型数控车床加工图1-3所示工件(毛坯直径为Φ50)。图1-3车削外圆参考程序如下：O0001；程序名(程序号)N05G90G54M03S800；N10T0101；N15G00X49Z2；N20G01Z-100F0.1；程序内容N25X51；N30G00X60Z150；N35M05；N40M30；程序结束首页上一页下一页最后页对于初学者来说,程序中每个指令的意义可能还不理解,但我们可以看出它大致分成程序名(程序号)、程序内容和程序结束三个部分。1、程序名（程序号）程序号为程序开始部分。在数控装置中，程序的记录是靠程序号来辨别的，调用某个程序可通过程序号来调出，编辑程序也要首先调出程序号。2、程序内容程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令组成，表示数控机床要完成的全部动作。3、程序结束以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。（二）程序段格式程序段是可以作为一个单位来处理的连续字组，从例4-1可见，程序段构成的一般形式如下：N

G

X（U）

Z（W）

F

M

S

T

；程序段准备尺寸字进给辅助主轴刀具程序段顺序号功能功能功能功能功能结束首页上一页下一页最后页

三、辅助功能M代码辅助功能也叫M功能或M代码，由地址字M和其后的两位数字组成，从M00～M99共100种。主要用于控制零件程序的走向和机床及数控系统各种辅助功能的开关动作。各种数控系统的M代码规定有差异，必须根据系统编程说明书选用。M功能有非模态M功能和模态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)是一组可相互注销的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。常用的M功能代码见表1-1。首页上一页下一页最后页代码功能说明代码功能说明M00程序停止M03主轴正转起动M01选择停止M04主轴反转起动M02程序结束M05主轴停止转动M30程序结束并返回M07切削液打开M98调用子程序M08切削液打开M99子程序结束M09切削液停止表1-1M功能代码一览表首页上一页下一页最后页四、准备功能G代码准备功能G代码由G后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。（一）快速点定位指令（G00）该指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需指定移动速度。输入格式：G00IP

；注：1、“IP

”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示；2、X（U）坐标按直径值输入；3、快速点定位时，刀具的路径通常不是直线。首页上一页下一页最后页图1-4G00快速点定位绝对指令：G00X40Z2；增量指令：G00U-60W-50；相关知识点：1、在某一轴上相对位置不变时，可以省略该轴的移动指令；2、在同一程序段中绝对坐标指令和增量坐标指令可以混用；3、从图中可见，实际刀具移动路径与理想刀具移动路径可能会不一致，因此，要注意刀具是否与工件和夹具发生干涉，对不确定是否会干涉的场合，可以考虑每轴单动；4、刀具快速移动速度由机床生产厂家设定。首页上一页下一页最后页（二）直线插补指令（G01）该指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿X轴、Z轴方向执行单轴运动，也可以沿XZ平面内任意斜率的直线运动。输入格式：G01IP

F

；注：1、“IP

”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示；2、“F

”指令刀具的进给速度。图1-5G01指令切外圆锥例2：外圆锥切削。（图1-5）绝对指令：G01X40Z-30F0.3；增量指令：G01U20W-30F0.3；或采用混合坐标系编程：G01X40W-30F0.3首页上一页下一页最后页（三）圆弧插补指令（G02G03）该指令能使刀具沿圆弧运动，切出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。表4-2列出了G02、G03程序段中各地址代码含义。输入格式：G02IPIKF；或G02IPRF；G03IPIKF；或G03IPRF；考虑的因素指令含义回转方向G02刀具轨迹按顺时针圆弧插补G03刀具轨迹按逆时针圆弧插补终点位置IPX、Z（U、W）工件坐标系中圆弧终点的X、Z（U、W）值从圆弧起点到圆弧中心的距离I、KI：圆心相对于圆弧起点在X方向的坐标增量K：圆心相对于圆弧起点在Z方向的坐标增量圆弧半径R指圆弧的半径，取小于180º的圆弧部分表1-2G02G03程序段中各指令的含义首页上一页下一页最后页相关知识点：1、圆弧顺、逆的方向判断：沿圆弧所在平面（XOZ）相垂直的另一坐标轴（y轴），由正向负看去，起点到终点运动轨迹为顺时针使用G02指令，反之，使用G03指令，如图1-6所示。2、X、Z（U、W）代表圆弧终点坐标；a）b）图1-6圆弧的顺、逆判断首页上一页下一页最后页3、I0，K0可以省略；4、在圆弧插补程序段中不能有刀具功能（T）指令；5、使用圆弧半径R指令时，指定圆心角小于180º圆弧；6、圆心角接近于180º圆弧，当用R指定时，圆弧中心位置的计算会出现误差，此时请用I、K指定圆弧中心。例3：顺时针圆弧插补。（图1-7）图1-7G02顺时针圆弧插补（I、K）指令：G02X50.0Z-20.0I25K0F0.5；G02U20.0W-20.0I25F0.5；（R）指令：G02X50Z-20R25F0.5；G02U20W-20R25F0.5；首页上一页下一页最后页例4：逆时针圆弧插补。（图1-8）图1-8G03逆时针圆弧插补（I、K）指令：G03X50Z-20I-15K-20F0.5；G03U20W-20I-15K-20F0.5；（R）指令：G03X50Z-20R25F0.5；G03U20W-20R25F0.5；首页上一页下一页最后页五、暂停指令（G04）该指令可使刀具作短时间的无进给光整加工，常用于车槽、镗平面、锪孔等场合。如图1-12所示。输入格式：G04P

；或G04X

；或G04U

；注：P

：时间或主轴转数的指定（不能用小数点）X

：时间或主轴转数的指定（可以用小数点）U

：时间或主轴转数的指定（可以用小数点）图1-12G04暂停指令首页上一页下一页最后页

六、数控车床的刀具补偿

我们编程时所指定的刀具轨迹就是假想刀尖的轨迹。在实际当

中，以假想刀尖编程在加工端面或外圆时没有误差，但在进行倒角、

斜面、圆弧面切削时就会产生欠切或过切，造成零件加工精度误差（如下图所示）。刀尖圆弧半径补偿对加工精度的影响

1、刀具半径补偿的方法

刀具半径补偿的方法是通过键盘输入刀具参

数，并在程序中采用刀具半径补偿指令。

1.刀具参数包括刀尖半径、车刀形状、刀尖圆弧位置。

假想刀尖位置序号共有10个，如图所示。假想刀尖位置序号

如图所示为几种数控车床用刀具的假想刀尖位置。2.刀具半径补偿指令

G40：取消刀补，通常写在程序开始的第

一个程序段及取消刀具半径补偿的程序段；

G41：刀具左补偿，在编程路径前进方向上，刀具沿左侧进给，使用该指令；

G42：刀具右补偿，在编程路径前进方向上，刀具沿右侧进给，使用该指令。刀具半径补偿G41、G42

3、刀具半径补偿注意事项1）.加刀具半径补偿或去除刀具半径补偿最好在工件轮廓线以外，未加刀补点的距离应大于刀具（尖）半径。起刀点刀补建立刀补进行刀补撤销编程轨迹刀具中心轨迹刀具半径补偿的工作过程2.G41、G42不能重复使用，即在程序中前面有了G41指令后，不能再直接使用G42。若想使用，则必须先用G40取消原补偿状态后，再使用G41或G42，否则补偿就不正常。3.用G40指令取消刀具半径补偿，在指令G40程序段的前一个程序段的终点位置，与程序中刀具路径垂直的方向线通过刀尖圆弧中心。4.在使用G41或G42指令时，不允许有两句连续的非移动指令，否则刀具就会在前面程序段的终点的垂直位置停止，且产生过切削或欠切削现象。非移动指令包括：M代码、S代码、暂停指令G04、某些G代码（如G50、G96）、移动量为零的切削指令（如G01U0W0）数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定义开关2有效M22√M23自定义开关2无效M23√9S主轴转速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F