数控机床编程基本知识

1、第2章 数控机床编程基础知识 知识点 数控编程的方法； 数控编程的步骤； 数控程序的结构； 数控机床坐标系。 技能点 现场认知数控编程； 观察数控机床坐标轴及运动方向。 任务描述 通过对数控加工的现场认知，熟悉数控程序的结构及内容。 任务分析 本任务主要讲述了数控编程的一些基本知识。通过对本内容学习，了解数控编程的方法，熟悉数控程序的内容、结构；掌握各种坐标系及其坐标原点的作用与建立，掌握常用G功能代码指令、常用M功能代码指令。 .,2.1数控编程的方法 数控编程是指将零件加工的全部信息，包括加工工艺路线、工艺参数（主轴转速、进给量、背吃刀量）、刀具运动轨迹及方向、位移量以及辅助功能（主轴正转

2、、反转，工件夹紧、松开，冷却液的开、关）等，按照数控系统规定的指令代码及程序格式编写加工程序，输入到数控机床的数控系统中，从而指挥机床完成零件的加工。这种从零件分析到完成数控加工程序的全部过程叫数控编程。,数控编程方法有两种：手工编程和自动编程。 1.手工编程 手工编程是指从工件图样分析、工艺设计、数学处理、编制程序、制作介质到程序校验修改等各步骤均由人工完成，称为手工编程。编程过程如图1-10所示。,图1-10 手工编程过程,对于加工形状简单、计算量小、所需程序不多的零件，采用手工编程。 对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件(如叶片、复杂模具)，或者加工程序较长时

3、，用手工编程时，数值计算繁琐，所需时间长，而且易出错，程序校验困难，有时会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况。因此必须采用自动编程的方法编制程序。,2.自动编程 自动编程也称为计算机辅助编程，是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。 计算机辅助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。 采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难

4、题。 根据输入方式的不同，自动编程可分为CAD/CAM图形交互式自动编程、数控语言式自动编程及语音数控自动编程。,2.2数控编程的步骤 数控编程的步骤主要包括：分析被加工零件的零件图，确定加工工艺过程，数值计算，编写程序单，输入数控系统，程序校验和首件试切等，如图1-11所示。,图1-11 数控机床编程的步骤,1. 分析零件图 在编写程序时，首先拿到的是零件图，根据零件图纸可以对工件的材料、形状、精度及技术要求、毛坯形状和热处理状况等进行分析，然后根据数控机床加工精度、适应性等特点，分析零件毛坯形状是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种类型的数控机床上加工，并明确加工的内容和要求，从而确定工件

5、在数控机床上进行加工的可行性。,2. 工艺处理 工艺处理涉及的问题较多，主要包括：确定工件的定位基准；选用夹具及装夹方法；加工刀具的选用；选择正确的对刀点和换刀点；制定走刀路线；合理选择切削用量等。 3. 数值计算 在完成了工艺处理的工作后，下一步需根据零件的几何尺寸、加工路线，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数值计算主要包括工件轮廓的基点和节点坐标的计算。 所谓基点是指各几何元素之间的连接点。如图1-12所示零件中，A、B、C、D、E为基点。,图1-12工件轮廓基点计算,4. 编写程序单 在完成工艺处理和数值计算工作后，就可按数控系统的指令代码，程序段格式，编写零件加工程序单。 5.

6、程序校验和首件试切 编好的程序通常需要经过试运行和试加工两步检查后，才能将程序记载在控制介质中进行零件的正式加工。 对带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控机床可进行数控模拟加工，以检查刀具轨迹是否正确。 对于不带有刀具轨迹模拟显示功能的数控机床，在数控机床上不装工件让数控机床进行空运行，观察运动轨迹是否正确。,6. 制作控制介质 控制介质是程序的载体，将经过调试和验证后的程序，记录在控制介质上，通过程序的手工输入或者通讯传输送入数控系统。,加工程序可分为主程序和子程序，无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字

7、组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。 如右所示。,O0001 程序号,N05 G54 G90 G17； N10 G00 X0 Y0 Z50.； N15 M03 S500 ； N20 G00 Z2.； N25 G01 Z-2 F100； N30 Y20. F150； N35 G02 X60. R30. ； 程序内容 N40 G01 Y0； N45 X45.； N50 G03 X15. R15.； N55 G01 X0 Y0； N60 G00 Z50. ； N65 M05； N70 M30 ； 程序结束,2.3数控程序的结构,1. 程序号 程序

8、号是程序的开始部分，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号。 2. 程序内容 程序内容是整个程序的核心，它由多个程序段组成，每个程序段都有一个或多个功能字构成。 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。 2.4 程序的格式 零件的加工程序是由程序段组成。程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则，通常有字地址可变程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式。 目前广泛采用的是字地址可变程序段格式，其格式如下： N_ G_ X_ Y_ Z_ F_ S_ T_ M_ ；,这种格式的特点： 程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟符号和数

9、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。 在同一段中可以指定多个同一类地址码。但在同一段中若指定同一组地址码超过一个时，该组多个地址码只有最后指定的有效 。 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。,在数控程序段中包含的常用指令字符及其含义如表所示。,2.5机床坐标系及运动方向 1.机床坐标系 在数控机床上进行零件的加工，必须先确定机床上运动部件运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。 机床坐标系是一个右手直角笛卡儿坐标系，如图1-13所示。,图1-13机床右手笛卡尔坐标系,围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴分别用A、B、

10、C表示，它们的正方向根据右手螺旋定则确定。,2.刀具相对于静止工件运动原则 有的数控机床是刀具运动，工件固定，有的是工件运动，刀具固定。为便于编程人员在不知道是刀具移动还是工件移动的情况下，一律假定工件固定不动，刀具相对于静止工件而运动。 3.坐标轴确定方法及步骤 确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。 （1）Z坐标的确定 Z坐标的运动由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线平行或重合的坐标轴即为Z坐标轴。 （2）X坐标的确定 X坐标运动一般是水平的，它平行于工件的装夹平面，是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。,如图1-14（a)、（b)。,（a） (b) 图1-14数控机床

11、坐标系示例,（3）Y轴 在确定Z轴和X轴后，Y轴运动的正方向根据X轴和Z轴的正方向，按右手直角笛卡儿坐标系来确定。,（4）旋转运动坐标 A、B、C相应地表示其轴线平行于X、Y、Z的旋转运动 2.6机床原点和机床参考点 1.机床原点 机床原点是机床坐标系的原点。在机床经过设计、制造和调整后，这个原点便被确定下来，它是机床上固定的点。由生产厂家事先确定，不能随意改变。如图1-15（a）所示M点。如图1-15（b）所示M点。,(a) (b) 图1-15 数控机床原点,2.机床参考点 机床参考点是具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。 为了正确的建立机床坐标系，数控机床都设有机床参考点，它是机床上的一个基准点，该点与机床原点的相对位置是固定的，如图1-16所示。机床每次通电后，通常都要手动或机动回参考点以建立机床坐标系。,机床参考点可以与机床原点重合，也可以不重合，通过参数指定机床参考点到机床原点的距离。,图1-16数控车床原点与参考点,机床坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。 3.工件坐标系和工件原点 工件坐标系的原点，其位置是人为设定的，设置一般应遵循下列原则： 工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程； 工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上，以提高被加工工件的加