数控技术-数控加工程序编制PPT课件

1、,1,第2章,数控加工程序的编制,2,内容提要 本章将简要介绍数控加工工艺和典型数控加工方法、重点介绍手工加工程序编制的方法及编程实例；最后简要介绍自动编程的相关概念。,3,第一节概述 第二节数控机床的坐标系 第三节数控编程的数学处理 第四节程序编制的代码及格式 第五节镗铣数控加工及其手工编程 第六节车削数控加工及其手工编程 第七节自动编程概述,4,第一节 概 述,5,数控加工程序编制概念 从零件图样到数控加工指令的生成全过程。 根据被加工零件图样的技术要求和工艺要求，将零件加工的工艺路线、零件轮廓轨迹尺寸、切削参数（主轴转速、进给量、背吃刀量等）及辅助动作（换刀、主轴正反转、冷却液启停、工件

2、夹紧松开等），用系统规定的指令代码和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。,一、程序编制的基本概念,第一节 概述程序编制的基本概念,6,编程方法：手工编程和自动编程 手工编程 定义：整个编程过程由人工完成。 特点：对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 适用： 几何形状不太复杂的零件； 三坐标联动以下加工程序,第一节 概述程序编制的基本概念,7,自动编程： 定义：编程人员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，编程系统将根据数控系统的类型输出数控加工程序。 适用： 形状复杂的零

3、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（如非圆曲 线轮廓的计算）,第一节 概述程序编制的基本概念,8,比较分析 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 编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！,第一节 概述程序编制的基本概念,9,图纸工艺分析 在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上： 确定加工机床、刀具与夹具； 确定零件加工的工艺线路、工步顺序； 确定切削用量（主轴转速、进给量、背吃刀量）等工艺参数,二、

4、手工编程的内容和步骤,第一节 概述手工编程的内容和步骤,10,第一节 概述手工编程的内容和步骤,11,计算运动轨迹 根据图纸尺寸及工艺线路的要求： 选定工件坐标系； 计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值（基点、节点）； 将坐标值按NC机床规定的编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。,错误,第一节 概述手工编程的内容和步骤,12,第一节 概述手工编程的内容和步骤,13,编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、选用刀具、辅助动作，按照数控系统规定的指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行初步校核（阅读法）、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

5、,校验和试切,零件图纸,错误,修改,第一节 概述手工编程的内容和步骤,14,N01 G90 G17 G00 G42 D01 X50 Y70 S400 M03 M08 ； N02 Z-240； N03 G01 X400 F250 ； N04 X300 Y370 ； N05 G03 X200 Y270 J-100 ； N06 G02 X100 Y170 I-100 ； N07 G01 Y50 ； N08 G00 G40 Z-165 M05 M09 ； N09 X300 Y120 M02；,X,Y,200,Z,第一节 概述手工编程的内容和步骤,15,制备控制介质 将程序单上的内容，经转换记录在控制介

6、质上（如存储在磁盘上），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,第一节 概述手工编程的内容和步骤,16,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。 程序校验用于检查程序的正确性和合理性；程序试切还能检查加工精度。,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,第一节 概述手工编程的内容和步骤,17,常用的校验方法： 静态校验：利用数控系统的“校

7、验功能”运行程序，通过刀具运动轨迹检查程序的正确性 动态校验:利用数控系统的“空运行”功能运行程序，在不安装工件的情况下，控制机床运行，检查程序的正确性及刀具干涉情况 平面轮廓：用笔代刀具，坐标纸代工件空运转绘图。 空间曲面：用蜡块、塑料、木料或价格低的材料作工件试切。 用静态（机床不动）或动态显示（空运行）的方法.,第一节 概述,18,第一节 概述手工编程的内容和步骤,19,试切法： 试切法用于检查运动轨迹正确性和加工精度 校验方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工误差。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

8、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。,第一节 概述,20,三、数控加工工艺简介和数控加工方法,数控加工工艺分析 (1) 数控加工零件图工艺性分析 a.检查零件图的完整性和正确性 对轮廓零件，检查构成轮廓各几何元素的尺寸或相互关系（例如相切、相交、平行、垂直和同心等）的标注是否完整。 对于准备用加工中心加工的零件，检查零件图上各个方向的尺寸是否有统一的设计基准。以保证多次装夹加工后其相对位置的正确性。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,21,b. 特殊零件的处理 对于一些特殊零件，例如对于厚度尺寸有要求的大面积薄壁板零件，由于数控加工时的切削力以及

9、薄板的弹性退让容易产生切削面的震动，会影响薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度的要求。因此在加工这些零件时应采取特别的工艺处理手段。例如改进装夹方式、采用合适的加工顺序和刀具、选择好粗精加工余量的大小等。 (2) 数控机床的选择（数控加工方法）,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,22,(3)夹具的选择 a)尽可能做到在一次装夹后能加工出全部或大部分待加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率和保证加工精度。 b)尽量采用组合夹具，通用夹具，避免采用专用夹具。 c)装卸零件要方便可靠，能迅速完成零件的定位、夹紧和拆卸过程，以减少加工辅助时间。 d)装夹方式有利于数控编程计算的方便和精确，便于编程坐

10、标系的建立。通常要求夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，便于建立零件与机床坐标系的尺寸关系。 e)夹具要敞开，避免加工路径中的刀具与夹具元件发生碰撞。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,23,(4)刀具的选择 a)数控加工对刀具有较高的要求。要求刀具具有较高的精度、刚度和耐用度。对于高速加工，还要求刀具具有能够承受高速切削和强力切削的能力。为此，应尽量采用整体硬质合金刀具或镶不重磨机夹硬质合金刀片及涂层刀片。刀具的耐用度应至少能保证加工一个零件或一个工作班的工作时间。在自动化生产线上，还要求刀具耐用一致性好，以便于刀具寿命管理。 b)要根据零件材料的性能、加工工序的类型、机床的加工能

11、力以及准备选用的切削用量来合理的选择刀具。例如对于铣削平面零件，可采用端铣刀和立铣刀。对于模具加工中常遇到的空间曲面类型铣削，通常采用球头铣刀或带小圆角的鼻型刀。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,24,c)在凹形轮廓铣加工中，选用的刀具半径应小于零件轮廓曲线的最小曲率半径，以免产生零件过切，影响加工精度。在不影响加工精度的情况下，刀具半径尽可能取大一点，以保证刀具有足够的刚度和高的加工效率。 d) 刀具的结构和尺寸应符合标准刀具系列。 e) 在刀具装入机床主轴前，应进行刀具几何尺寸（半径和长度）的预调。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,25,(5)工序划分的原则 a）以装夹定位

12、和加工部分划分工序 对于加工内容较多的零件，按零件结构特点将加工部分分成若干部分，每一部分可用典型刀具加工。例如加工内腔、外型、平面或曲面等。加工内腔时，以外型夹紧定位，加工外型时，以内腔的孔夹紧定位。 b）以所用刀具划分工序 有些零件在一次装夹中可以完成许多加工内容，这时可以把用一把刀能加工完的所有部位作为一道工序。然后再换第二把刀加工，作为新的一道工序。这样可减少换刀次数，减少空程时间。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,26,c）以粗、精加工划分工序 对于容易发生加工变形的零件，通常粗加工后需要进行矫形，这时粗加工和精加工作为二道工序，可以采用不同的刀具或不同的数控机床加工。 数控

13、加工的工序顺序安排，除依照先基准面加工，先面加工后孔加工，先粗加工后精加工的一般原则外，还应利用数控加工具有工序集中的特点，在一次装夹中尽可能完成所有可能的加工。此外，如果在毛坯或基准面的预加工、次要部位的加工，采用普通机床加工的话，还应考虑数控加工和普通加工的衔接问题，在制定工艺文件中应明确标明对工序的技术要求，例如面和孔的精度要求，形位公差，尺寸要求，加工余量大小等。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,27,(6)选择合适的对刀点 对刀点（起刀点）：加工起点，用于确定刀具与工件相对位置。 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

14、标系的相对关系就确定了。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,对刀点选择示例,28,刀位点： 刀具上的特定点，用于确定刀具在机床坐标系的位置。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,29,对刀： 使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。,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,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,30,（7）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：在满足精度要求前提下，尽可能减少行程,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,31

15、,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。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,切向切入,径向切入,32,空间曲面的加工,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,33,加工线路的选择应遵从的原则： 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。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,34,(8)程序编制中的误差 数控机床上加工零件的误差分类： 加工过程的误差：它是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括

16、伺服）的误差和整个工艺系统（机床刀具夹具毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。 编程误差：包括用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的逼近误差，以及拟合误差、圆整化误差。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,35,直线逼近任意曲线产生的 逼近误差,用球头刀加工曲面，刀位点从O1到O2时，切触点从A移动到B，行切加工将产生高度为H的残留区域,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,36,2. 数控加工方法 （1）平面孔系零件的加工方法 对这类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。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,37,（2）旋转体类零件的加工方法 采用数控

17、车床或数控磨床加工， 车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,38,（3）平面轮廓零件的加工方法 采用数控铣床加工。 为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段 若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,39,（4）空间轮廓表面的加工方法 空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，采用不同加工方法： 三轴两联动加工 三轴联动加工 四轴联动加工方法 五轴联动加工,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,4

18、0,三轴两联动加工-“行切法” 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。这时一般采用球头 或指状铣刀，在可能的条件 下，球半径应尽可能选择大 一些，以提高零件表面光洁 度。此方法加工的表面光洁 度较差。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,41,三轴联动加工 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，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计 算复杂，宜采用自 动编程。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,42,四轴联动加工方法 如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工

19、，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀以周边切削方式在四 轴联动机床上进行加 工。由于计算复杂， 故一般采用自动编程。,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,43,五轴联动加工：螺旋桨是典型零件,第一节 概述数控加工工艺和数控加工方法,44,内容小结,1、程序编制的基本概念 2、手工编程的内容和步骤 3、数控加工工艺简介和数控加工方法,45,习题与思考题,1、NC机床零件加工程序的编制方法有几种？试简述它们的特点。 2、名词解释：对刀点 、刀位点 、行切法 3、简述选择对刀点的原则。 4、简述加工线路的选择应遵从的原则。 5、结合图示，简述手工编程的

20、内容和步骤,46,第二节数控机床的坐标系,47,第二节 数控机床的坐标系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方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床具有通用性。 ISO和我国都拟定了数控机床坐标轴命名的标准。,一、坐标轴的运动方向及其命名,48,机床坐标轴 ISO和中国标准规定： 坐标轴：数控装备的每个进给轴（直线进给、圆周进给）定义为坐标系中的一个坐标轴。 数控装备坐标系统标准： 右手笛卡儿坐标系统,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,49,基本坐标轴：直线进给坐标轴用X、Y、Z表示。坐标轴相互关系由右手定则决定。 回转坐标轴：绕X、Y、 Z轴转动的圆

21、周进给坐 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。,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,50,坐标轴方向：定义为刀具相对工件运动的方向。 编程时不必知道机床运动的具体配置，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。,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,51,坐标轴方位和方向确定的一般顺序： 先确定Z轴； 再确定X轴； 然后由右手定则或右手螺旋法则确定Y轴,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,52,2、Z坐标（轴） 方位 只有一个主轴，且主轴无摆动运动 平行主轴轴线的坐标轴为Z轴 没有主

22、轴或有多个主轴： 垂直于工件装夹面的方向为Z轴 主轴能摆动： 在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则该坐标便是Z坐标； 若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,53,Z坐标正方向：刀具远离工件的方向。,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,数控铣床的坐标系,54,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,数控车床的坐标系,55,3、X坐标 在刀具旋转的机床上 (铣床、钻床、镗床等） Z轴水平时（卧式） 则从刀具（主轴）向工件看，X坐标的正方向指向右边。,+Z,第二节 数

23、控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,56,Z轴垂直时（立式） 单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边,+Z,+Z,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,数控铣床的坐标系,57,+Z,Z轴垂直时（立式） 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。,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,数控龙门铣床的坐标系,58,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。,+Z,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,数控车床的坐标系,59,4、Y坐标 利用已确

24、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，拇指所指的方向为+y。,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,60,立、卧式数控铣床,+Z,+X/,+Z,+X,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,61,+Z,+Z,+X/,龙门数控铣床,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,62,+Z,+Y,+Z,+X/,+Y/,5. 回转坐标 A、B、C,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,63,+Z,+X/,+Y/,+A,+C/,6.

25、辅助坐标 U、V、W,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,64,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,65,卧式5轴数控铣床,卧式铣床,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,66,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,67,第二节 数控机床的坐标系坐标轴的运动方向及其命名,68,二、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。,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,69,1、机床原点与机床坐标系 机床坐标系是机床固有的坐标系，它具有唯一性 机床坐标系是用来确定

26、工件坐标系的基本坐标系 机床坐标系的原点称为机床原点（或机床零点） 机床原点在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。 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。,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,70,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,2、机床参考点与机床行程开关 数控系统上电时并不知道机床零点，为了正确地建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的行程范围内设置一个机床参考点 机床零点与机床参考点可以重合，也可以不重合，通过机床参数指定机床参考点到机床零点的距离 机床坐标轴机械行程范围是由最大和最小限位开关限定的，机床坐标轴有效行程范围是由机床

27、参数（软件限位）界定的 机床经设计、制造和调整后，机床参考点和机床最大、最小行程开关便被确定下来，它们是机床上的固定点 机床零点和有效行程范围在机床上是不可见的，其值由制造商通过参数定义,71,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,机床零点（OM）、机床参考点（Om）、机床坐标轴的机械行程及有效行程的关系,72,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,3、机床回参考点及机床坐标系建立 机床坐标轴回到了参考点位置，就知道了该坐标轴的零点位置，机床所有坐标轴都回到了参考点，数控机床就建立起了机床坐标系 机床回参考点过程实质上是机床坐标系的建立过程，因此数控机床启动时，一般要进行回

28、参考点操作以建立机床坐标系（采用绝对式测量装置的数控机床，由于机床断电后实际位置不丢失，不必每次启动时，都进行回参考点操作） 机床回参考点还用于消除由于漂移、变形等造成的误差：机床使用一段时间后，工作台会造成一些漂移，使加工有误差，回一次参考点，就可以使机床工作台回到准确位置，消除误差,73,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,机床参考点一般采用常开微动开关配合反馈元件的基准（标记）脉冲的方法确定。通常，光栅尺每50mm产生一个基准脉冲，而旋转编码器每转产生一个基准脉冲。 数控机床回参考点的一般过程如下： 快速移向机床坐标轴的参考点开关（常开微动开关） 压下开关，慢速运动直到接收到

29、第一个基准脉冲； 停止坐标轴移动，回参考点完毕,74,4、工件原点与工件坐标系 工件坐标系：编程人员为编程方便，在工件、夹具上或其他地方选定某一已知点为原点，建立的一个编程坐标系 工件原点：工件坐标系的原点 当采用绝对坐标编程时，工件上所有点的编程坐标值都是基于工件原点计量的（CNC系统在处理零件程序时，自动将相对于工件原点的坐标统一转换为相对于机床零点的坐标） 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坐标系，在加工时通过G指令进行切换,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,75,第二节 数控机床的坐标系机床坐标系与工件坐标系,

30、76,内容小结,1、坐标轴的运动方向及其命名 2、机床坐标系与工件坐标系 3、绝对坐标编程和相对坐标编程 4、分辨率,77,习题与思考题,1、名词解释：坐标轴、坐标系、机床原点、工件原点 2、试说明要坐标系与工件坐标系各自的功用，以及它们的相互关系和如何确定它们的相互关系。 3、请按ISO标准，判别数控机床的坐标系，并说明各坐标轴运动方向的确定原则（即说明所确定的方向是刀具还是工件的运动方向）,78,第三节数控编程的数学处理,79,一、直线圆弧轮廓零件的基点计算,在二维轮廓刀位计算中，直线圆弧拼接的轮廓零件很常见。 铣切下图所示的零件轮廓时，必须向数控机床输入各个程序段的起点、终点和圆心位置。

31、这就需要运用解析几何和矢量代数的方法求解直线与直线的交点、直线与圆弧的切点(统称为基点)等等，得出A、B、C、E、G、H、O1、O2各点的坐标。,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,80,解析几何中的求交，一般采用联立求解代数方程的方法。 已知直线方程的通式是 aX+bY+c=0 当圆的方程利用圆心位置(Xc，Yc)和半径R表达时，其表达式是 (XXc)2+(YYc)2=R2,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,81,二、非圆曲线的离散逼近,当二维轮廓由非圆曲线y=f (x)表示时，需将其按编程误差离散成许多小直线段或圆弧段，来逼近这些曲线。 离散点(节

32、点)的数目取决于曲线的特性、逼近线段的形状及允许的逼近误差允。 直线/圆弧逼近原则：在保证逼近精度的前提下，使离散点数目（程序段数目）少，计算简单。对于曲率半径大的曲线用直线逼近较有利，若曲线某段接近圆弧，自然用圆弧逼近有利。,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,82,1、等间距直线逼近法,使每一个程序段中的某一个坐标的增量相等：在直角坐标系中可令X坐标的增量相等；在极坐标系中可令转角坐标的增量相等。 间距大小一般根据零件加工精度凭经验选取。 求出离散点坐标后，再验算由分段造成的逼近误差是否小于允许值，从图可以看出，只需验算Y坐标增量值最大的线段(如A1A2段)，曲率比较大

33、的线段(如A7A8段)以及有拐点的线段(如A5A6段) 。,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,83,2、等弦长直线逼近法,使每个程序段的直线段长度相等。 由于零件轮廓曲线各处曲率不同，各段逼近误差不相等，必须使最大误差小于允。 曲率半径最小处，逼近误差最大。先确定曲率半径最小位置，然后求该处满足允条件的逼近直线段长度，用此弦长分割零件轮廓曲线，可求出各离散点。,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,若轮廓曲线方程为Y=f(X)，则曲线的曲率半径为：,84,求出X，代入式，便可求得min。当允许逼近误差为允时，半径为min的圆弧的最大允许逼近弦长L为,第三

34、节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,以曲线起点A为圆心，L为半径作圆，交Y=f(X)于点B(Xb，Yb) 顺次以B、C、为圆心，L为半径作圆，按上述方法求得离散点C、D、,85,3、等误差直线逼近法,使每个直线段的逼近误差相等，并小于或等于允。 此法程序段数最少，采用这种方法较合理。,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,以曲线起点A为圆心，逼近允差允为半径，画允差圆； 作允差圆与轮廓曲线公切线T； 过A点作T的平行线，交轮廓曲线于B点，B即为所求离散点； 以B为圆心作允差圆并重复上述步骤，便可依次求出各节点,86,4、圆弧逼近法,第三节 数控编程的数学处理

35、直线圆弧轮廓零件的基点计算,求曲线Y=f(X)在起点(Xn,Yn)处的曲率中心坐标和曲率半径，有,87,4、圆弧逼近法,第三节 数控编程的数学处理 直线圆弧轮廓零件的基点计算,以( )为圆心， 为半径作圆，交曲线于点(Xn+1,Yn+1)；,以(Xn,Yn)为起点，(Xn+1,Yn+1)为终点，半径为 的圆弧段即为所求逼近圆弧段。由以下两个方程联立求解，可以求得圆弧段的圆心( ),重复上述步骤可依次求出其他逼近圆弧段,88,第四节程序编制的指令及格式,89,经过多年的发展，数控零件加工程序用指令代码已标准化，现在有ISO （International Standardization Organ

36、ization）和EIA（Electronic Industries Association）两种。,90,1. 程序的组成 一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三部分组成 %0001； 程序名 N01 G92 X50.0 Y20.0 ； N02 ； N03 ； 程序体 N04 ； N05 ； M30 ； 程序结束,一、数控加工程序的结构,第四节 程序编制的代码及格式 数控加工程序的结构,91,程序名：一个程序必需的标识符。 组成：由地址符后带若干位数字组成。地址符常见的有： “%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。 示例：国产华中I型系统 “%”，日本FANUC 系统 “O

37、”。 后面所带的数字一般为48位。如：%2000 程序体：表示数控加工要完成的全部动作，是程序的核心。 组成：由若干个遵循一定结构、句法和格式的程序段组成 程序段：由若干指令字构成的将由数控装置执行的指令行 。 程序结束：常用程序结束指令M02 或M30，结束程序的运行。,第四节 程序编制的代码及格式 数控加工程序的结构,92,2、程序段格式 定义：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。 目前广泛采用地址符可变程序段格式： N03 G91 G01 X50 Y60 F200 S400 M03 M08 ；,第四节 程序编制的代码及格式 数控加工程序的结构,93

38、,地址符可变程序段格式的特点： 程序段中的每个指令均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或带符号的数字。 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。 上段相同的模态指令（包括G、M、F、S及尺寸指令等）可以省略不写。,第四节 程序编制的代码及格式 数控加工程序的结构,94,1. 定义 在现代数控系统中，指令字一般是由地址符（或称指令字符）和带符号（如定义尺寸的字）或不带符号（如准备功能字G代码）的数字数据组成的，在数控系统中完成特定的功能。 程序段中包含的主要指令字符及其含义如下表：,二、指令代码及其分类,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,95,第四节 程序编制的

39、代码及格式 指令代码及其分类,96,2、指令代码分类 G指令 准备功能 功能：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、暂停等多种加工操作。 组成：G后带23位数字 分类：模态（续效）指令与非模态（非续效）指令。 非模态G指令：只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销 模态G指令：一组可相互注销的G指令，其中某一G功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的另一G功能注销为止，模态G指令组中包含一个缺省G功能 示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18，G54等,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,97,M指令 辅助功能 功能：用于控制零件

40、程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作（如主轴的旋转、冷却液的开关等） 组成：M后带23位数字 分类：模态（续效）指令与非模态（非续效）指令； 前作用M指令：在程序段编制的轴运动之前执行该M指令 后作用M指令：在程序段编制的轴运动之后执行该M指令 CNC内定M指令：不由机床制造商决定，与PLC程序无关 由PLC程序指定M指令：不由CNC内定，由PLC程序指定 示例：M02，M03，M08等,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,98,华中数控M指令表,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,左侧：CNC内定的M指令 右侧：PLC程序指定的M指令，因机床制造厂不同而有差异,

41、99,CNC内定的M指令 程序暂停M00 CNC执行到M00时，将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具或工件的尺寸测量、工件调头、排屑、手动变速等操作。 暂停时，机床主轴、进给及冷却液停止，而全部现存模态信息保持不变，欲继续执行后续程序段，重按 “循环启动”键即可。 N10 G01 X100 Y100 N20 M00 N30 ,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,100,CNC内定的M指令 选择性程序暂停M01 程序结束M02 M02编在主程序的最后一个程序段中，用于结束程序。 当CNC执行到M02指令时，机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束。 使用M02结束程序后，若要重

42、新执行该程序，就得重新调用该程序，然后再按操作面板上的“循环启动”键。,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,101,CNC内定的M指令 程序结束并返回到零件程序头M30 M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头（%）的作用。 使用M30的程序结束后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“循环启动”键。,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,102,CNC内定的M指令 子程序调用M98及从子程序返回M99 M98：用来调用子程序。 M99：表示子程序结束，执行M99使控制返回主程序。 在一个零件的加工程序中，若有一定量的连续程序段在几处完全

43、重复出现，则可将这些重复的程序串单独抽出来，按一定的格式做成子程序。,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,103,子程序的格式 %*；子程序号 M99；子程序的结尾 调用子程序的格式 M98 P_ L_ 其中： P：被调用的子程序号 L：重复调用次数,主程序： N02； M98 P01 调用子程序1； M98 P02 调用子程序8； NM02 ； 子程序1：%01 N01； NM99 ； 子程序8： %02 N01LF NM99 ；,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,104,PLC设定的辅助功能 主轴控制指令M03、M04、M05 M03：启动主轴以程序中编制的主轴速

44、度正转 M04：启动主轴以程序中编制的主轴速度反转。 M05：使主轴停止旋转。 M03、M04为模态前作用M功能；M05为模态后作用M功能，M05为缺省功能。,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,105,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,PLC设定的辅助功能 换刀指令M06 M06：用于在加工中心上进行换刀操作，欲安装的刀具由刀具功能字T指定。 执行M06，刀具将被自动地安装在主轴上。 M06为非模态后作用M功能。,106,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,PLC设定的辅助功能 冷却液打开、停止指令M07、M09 M07：将打开冷却液管道。 M09：将关

45、闭冷却液管道。 M07为模态前作用M功能；M09为模态后作用M功能，M09为缺省功能。,107,F指令进给功能,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,功能：指定刀具相对于工件的（合成）进给速度 组成：F后带若干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际合成速度值。它是模态指令。 单位：mm/min（公制）或 inch/min（英制），视用户选定的编程单位而定，若为公制单位，则上述两个指令分别表示：150mm/min；3500mm/min。 注意：借助操作面板上的进给倍率按键，F可在一定范围内进行修调。当执行攻丝循环G84，螺纹切削G33时，倍率开关失效，进给倍率固定在100。

46、,108,S指令切削速度,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,功能：指定主轴转速 组成：S 后带若干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令。 单位：r/min。上述两个指令分别表示主轴转速500r/min；3500r/min。 注意：借助操作面板上的主轴倍率按键，S可在一定范围内进行修调。,109,T指令刀具指令,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,功能：指定刀具号 组成：T后带2位数字，其中数字表示存放在刀库中的刀具号。 示例：T11表示后续加工将选择11号刀具。,D、H指令刀具补偿指令,功能：D指定刀具半径补偿号，H指定刀具长度

47、补偿号 组成：D、H后带2位数字，其中数字分别表示刀具半径补偿寄存器、刀具长度补偿寄存器号。 示例：D02表示采用02号寄存器中的半径值进行刀具半径补偿； H21表示采用21号寄存器中的长度值进行刀具长度补偿。,110,尺寸指令 指定刀具沿坐标轴移动的方向和位置。 X、Y、Z 、U、V、W指令,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,功能：指定沿直线坐标轴移动的方向和目标位置指令 组成：后跟带符号的数字组成，其中数字表示沿指定坐标轴运动的目标位置值，符号表示运动方向 单位：mm、m（公制）或 inch（英制）。视用户选定的编程单位而定 示例：如X100、Y-340,111,A、B、C

48、指令,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,功能：指定沿回转坐标轴移动的方向和目标位置 组成：后跟带符号的数字组成，其中数字表示沿指定轴运动的目标位置值，符号表示运动的方向。 单位： 度、弧度。视用户选定的编程单位而定 示例： A100、C-340,112,I、J、K、R 指令,第四节 程序编制的代码及格式 指令代码及其分类,功能：圆弧插补圆心位置和半径 组成：后跟带符号的数字组成，其中带符号数字表示圆心位置和半径值。 单位：mm、m（公制）或 inch（英制）。视用户选定的编程单位而定。 示例：I10、J-34、R30,113,内容小结,1、数控编程中的数学处理（基点、节点计算）

49、2、数控加工程序的结构（头、体、尾） 3、数控零件程序、程序段、指令字、指令字符（地址符） 4、数控加工指令代码及其分类（G、M、F、S、T、D、H、尺寸）,114,第五节数控铣床的程序编制,115,前面已介绍有关程序编制的预备知识。 下面对编程方法和某些常用指令作进一步介绍，尽管数控代码有国际标准，但不同生产厂家一般都有自定的一些编程规则，因此，在编程前必须认真阅读随机技术文件中有关编程说明，这样才能编制出正确的程序。 本节首先以华中世纪星数控装置为例介绍数控铣床的编程。,116,格式：G20/G21/G22 说明：G20/G21/G22用于指定尺寸字的单位 G20：英制输入制式； G21：

50、公制输入制式 G22：脉冲当量输入制式。 注意：这三个指令是同组模态指令，在同一程序段中只允许用其中之一，而不能同时使用。在缺省的情况下，默认是G21状态,一、单位的设定 1、尺寸单位选择G20，G21，G22,第五节 数控铣床的程序编制单位的设定,117,1、尺寸单位选择G20，G21，G22 3种制式下线性轴、旋转轴的尺寸单位如下表所示。,第五节 数控铣床的程序编制单位的设定,118,格式： G94/G95 F_ 说明：G94/G95 用于指定进给速度F的单位 G94：每分钟进给； G95：每转进给，即主轴转一周时刀具的进给量。 注意：G94时，对于线性轴，F的单位依G20/G21/G22

51、而为mm/min，in/min或脉冲当量/min；对于旋转轴，F的单位为度/min或脉冲当量/min。 G95时，对于线性轴，F的单位依G20/G21/G22而为mm/r，in/r或脉冲当量/r ；对于旋转轴，F的单位为度/r或脉冲当量/r。此功能只在主轴装有编码器时才有效。 G94、G95为模态指令，可相互注销，G94为缺省值。,2进给速度单位的设定G94、G95,第五节 数控铣床的程序编制单位的设定,119,第五节 数控铣床的程序编制坐标系的设定与选择,二、坐标系的设定与选择 1、工件坐标系设定G92,格式：G92 X_Y_Z_ 说明：G92通过设定对刀点与工件坐标系原点的相对位置建立工件

52、坐标系。 其中： X、Y、Z：表示设定的工件坐标系原点到对刀点的有向距离。,G92 X30 Y30 Z25,120,G92为非模态指令，但其建立的工件坐标系在被新坐标系取代前一直有效，其后程序段的绝对坐标都是相对于此工件坐标系原点的尺寸； 执行此程序段只建立工件坐标系，并不产生刀具与工件的相对运动； 执行该指令时，刀具当前点必须恰好在对刀点上，即加工前必须进行准确的对刀； 该指令还有补偿工件安装误差的功能，即当首件试切后，发现由于工件安装不准引起的误差，可不必重新安装工件，只需修改所设的坐标值即可。,第五节 数控铣床的程序编制坐标系的设定与选择,121,第五节 数控铣床的程序编制坐标系的设定与

53、选择,2、工件坐标系选择G54G59,格式：G54/G55/G59 说明：G54G59用于在系统预定的6个工件坐标系中，任选其一。 这6个预定工件坐标系的可用MDI方式输入，系统自动记忆。G54G59为模态指令，G54为缺省值。 注意：使用该组指令，需先MDI输入各坐标系工件原点偏置值。,122,第五节 数控铣床的程序编制坐标系的设定与选择,3、局部坐标系设定G52,格式：G52 X_Y_Z_ 说明：G52能在所有的工件坐标系（G92、G54G59）内形成子坐标系，即局部坐标系。其中： X、Y、Z：局部坐标系原点在当前工件坐标系中的坐标值。 注意： 设定局部坐标系后，工件坐标系和机床坐标系保持

54、不变。 G52指令为非模态指令。 要注销局部坐标系，可用G52 X0 Y0 Z0。,123,局部坐标系设定,第五节 数控铣床的程序编制坐标系的设定与选择,3、局部坐标系设定G52,124,第五节 数控铣床的程序编制坐标系的设定与选择,4、直接机床坐标系编程G53,格式：G53 说明：G53使用机床坐标系编程。 注意：G53指令为非模态指令。,小结： 在用G92建立工件坐标系或G53、G54G59选择工件坐标系后，其后程序段的绝对坐标编程尺寸都是相对于该工件坐标系原点的。 这类指令只在绝对坐标编程（G90）时有意义，在相对坐标编程（G91）时无效。,125,第五节 数控铣床的程序编制坐标平面和编

55、程方式的选定,三、坐标平面和编程方式的选定 1、坐标平面选择G17，G18，G19,格式：G17/G18/G19 说明：该组指令选择圆弧插补和刀具半径补偿的平面。其中： G17：选择XY平面； G18：选择ZX平面； G19：选择YZ平面。,注意： G17、G18、G19为一组模态指令，G17为缺省值 进给指令与平面选择无关。例如执行G17 G01 Z10时，Z轴照样会移动。,126,2、绝对值编程G90与相对值编程G91,格式：G90/G91 说明：该组指令选择编程方式。其中： G90：绝对值编程； G91：相对值编程。 详解： G90编程时，每个轴上的编程值是相对于程序原点的； G91编程

56、时，每个轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿该轴移动的距离，与当前编程坐标系无关。,第五节 数控铣床的程序编制坐标平面和编程方式的选定,注意： G90、G91为一组模态指令，G90为缺省值 有的数控系统G90、G91可用于同一程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。,127,2、绝对值编程G90与相对值编程G91,举例：如图所示，分别使用G90、G91编程：要求刀具由程序原点按顺序移动到1、2、3点。,第五节 数控铣床的程序编制坐标平面和编程方式的选定,技巧（选择合适的编程方式可使编程简化）： 当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对值编程方式； 当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时

57、，采用相对值编程方式。,128,2、绝对值编程G90与相对值编程G91,举例：如图所示，使用工件坐标系编程：要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点。,第五节 数控铣床的程序编制坐标平面和编程方式的选定,129,第五节 数控铣床的程序编制进给控制指令,四、进给控制指令 1、快速定位G00,格式：G00 X_Y_Z_ 说明：指令刀具相对于工件以各轴预先设定的快移速度，从当前位置快移到程序段指令的定位目标点。,其中： X、Y、Z ：快速定位终点，G90时为工件坐标系中的坐标；G91时为相对于起点的位移量（下同）。 用途：一般用于加工前快速趋近加工点或加工后快速退刀，以缩短加工辅助时间，不能用

58、于加工过程。,130,第五节 数控铣床的程序编制进给控制指令,1、快速定位G00,注意： G00快移速度由机床参数对各轴分别设定，不能用F指令规定； 快移速度可由MCP上的快速修调旋钮修正； G00为模态指令，可由G01、G02、G03或G33注销； 执行G00时，由于各轴速度、位移不同，不能确保联动直线轴的合成轨迹为直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是，将Z轴移动到安全高度，再放心地执行G00指令。,131,1、快速定位G00,举例：如图所示，使用G00编程：要求刀具从A点快速定位到B点。,第五节 数控铣床的程序编制进给控制指令,132,第五节 数控铣床的程序编制进给控制指令,2、单向定位G60,格式：G60 X_Y_Z_ 说明：指令刀具相对于工件先以G00速度快速定位到一中间点，然后以一固定速度单方向移动到定位终点。,其中： X、Y、Z ：单向定位终点，G90时为工件坐标系中的坐标；G91时为相对于起点的位移量。 注意： G60为非模态指令。,133,第五节 数控铣床的程序编制进给控制指令,2、单向定位G60,各轴的定位方向（中间点到定位终点的方向）以及中间点与定位终点