機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)：第六章 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制程序編制基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

1、第六章 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制程序編制基礎(chǔ)簡(jiǎn)介 第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床類型及其控制方式第二節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)組成及數(shù)控程序編制基礎(chǔ)習(xí)題與思考題1第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床類型及其控制方式 數(shù)控（NC-Numerical Control）技術(shù)是指用數(shù)字化信息(數(shù)字量及字符)發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。數(shù)控裝置是數(shù)控設(shè)備的控制核心，通常由一臺(tái)通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)構(gòu)成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入的指令，進(jìn)行譯碼、處理、計(jì)算和控制，實(shí)現(xiàn)其數(shù)控功能。數(shù)控設(shè)備的數(shù)控功能用專用計(jì)算機(jī)的硬件來實(shí)現(xiàn)的數(shù)控，稱為硬件數(shù)控。主要是以小型通用計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制程序來實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，習(xí)慣上稱為軟件數(shù)控或簡(jiǎn)稱為CNC(Computer Nu

2、merical Control)。CNC系統(tǒng)是現(xiàn)代主流數(shù)字控制系統(tǒng)，用CNC系統(tǒng)控制機(jī)床稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控（CNC）機(jī)床，是一種由計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂蒲b置控制的高效自動(dòng)化機(jī)床，是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)以及精密測(cè)量等技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控（NC-Numerical Control）技術(shù)2 CNC機(jī)床適合于多品種、小批量零件的加工。隨著微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，能夠自動(dòng)更換刀具的高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工中心(MCMachining Center)發(fā)展更為迅速。各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出現(xiàn)了雙工位和多工位交換工作臺(tái)的加工中心，與工業(yè)機(jī)器人等組成的柔性制造單元

3、(FMC-Flexible Manufacturing Cell)，以及由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、加工中心與物料搬運(yùn)裝置(搬運(yùn)機(jī)器人、運(yùn)輸小車等)組成的柔性制造系統(tǒng)(FMSFlexible Manufacturing System)，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展成為自動(dòng)化工廠(FAFactory Automation)或計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)（CIMSComputer Integrated Manufacturing System）等。3 傳統(tǒng)機(jī)床加工零件時(shí)，機(jī)床運(yùn)行的起始、結(jié)束、運(yùn)動(dòng)的先后次序以及刀具和工件的相對(duì)位置等都是由人工操作完成的。而CNC機(jī)床加工零件時(shí)，則是將被加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和機(jī)床運(yùn)動(dòng)要求用數(shù)控語(yǔ)

4、言記錄在數(shù)控介質(zhì)（磁盤等）上，然后輸入到數(shù)控（CNC）裝置，再由數(shù)控（CNC）裝置控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，其加工過程原理如下圖所示。 數(shù)控（CNC）機(jī)床加工過程原理框圖4 在機(jī)械加工中心上加工零件所涉及的技術(shù)范圍比較廣，與相應(yīng)的配套技術(shù)有密切關(guān)系，下圖為數(shù)控（CNC）機(jī)床加工時(shí)需考慮的問題。對(duì)于一個(gè)合格的編程員來說，首先應(yīng)該是一個(gè)合格的工藝員，應(yīng)熟練掌握零件的工藝設(shè)計(jì)和切削用量的選擇，并能合理地提出正確的刀具和夾具方案，懂得刀具測(cè)量方法，了解機(jī)床的性能和特點(diǎn)，熟悉程序編制和輸入方式。 數(shù)控（CNC）機(jī)床(或加工中心)加工時(shí)需考慮的問題5 按工藝用途分類可分為普通數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工中心、

5、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。普通數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)的通用機(jī)床相似，有數(shù)控車、銑、鏜、鉆、磨、插齒、滾齒等機(jī)床，它們的工藝可能性與通用機(jī)床一樣，所不同的是能自動(dòng)加工復(fù)雜形狀的零件；機(jī)械加工中心是在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，配有刀庫(kù)(可容納10100多把刀具)和自動(dòng)換刀裝置，與一般數(shù)控機(jī)床不同的是工件經(jīng)一次裝夾后，就能自動(dòng)更換刀具，完成銑(車)、鏜、鉆、鉸及攻螺紋等多道工序；多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床是為某些形狀復(fù)雜的零件(例如螺旋漿) 加工需要而出現(xiàn)的，其特點(diǎn)是數(shù)控裝置控制的軸數(shù)較多，機(jī)床結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，其坐標(biāo)軸數(shù)取決于被加工零件工藝要求的復(fù)雜程度，目前常用的多為35個(gè)坐標(biāo)軸。 按工藝用途分類6 按刀具相對(duì)工件移動(dòng)的

6、軌跡分類可分為 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只能控制機(jī)床移動(dòng)部件從一個(gè)位置(點(diǎn))精確地移動(dòng)到另一個(gè)位置，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工，如數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床和數(shù)控沖床等； 點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的位置，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)路線(軌跡)，它與點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行切削加工，而且其輔助功能也比較多，常用的有簡(jiǎn)易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床和自動(dòng)換刀數(shù)控銑床等。 輪廓控制數(shù)控機(jī)床同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)軌跡控制，故能加工形狀復(fù)雜的零件，其輔助功能亦比較齊全

7、，常用的有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控銑床及銑削加工中心等。 按刀具相對(duì)工件移動(dòng)的軌跡分類7 開環(huán)控制系統(tǒng)是不把控制對(duì)象的輸出與輸入（數(shù)控裝置輸出指令）進(jìn)行比較的控制系統(tǒng)，即機(jī)床沒有檢測(cè)反饋裝置，如上圖 a所示。 閉環(huán)控制系統(tǒng)，如上圖 b所示，與開環(huán)控制系統(tǒng)不同的是在工作臺(tái)上安裝了位移檢測(cè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的位置反饋，反饋信息與數(shù)控（CNC）裝置的指令值進(jìn)行比較，所得差值再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、放大，對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，從而經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)按規(guī)定移動(dòng)，直至差值趨于零時(shí)為止，以期達(dá)到預(yù)定的高精度。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如上圖c所示，它的控制方式與閉環(huán)控制方式相類似，其主要區(qū)別在于未將減速器、滾珠絲杠

8、、工作臺(tái)包含在閉環(huán)環(huán)路之內(nèi)，因此該方式較易獲得穩(wěn)定的控制特性，只要檢測(cè)傳感器的檢測(cè)精度高、分辨力高、絲杠副的傳動(dòng)精度高，就可以獲得比開環(huán)控制系統(tǒng)高得多的控制精度和速度。 數(shù)控（CNC）伺服控制系統(tǒng)的控制方式框圖 從控制方式來看，伺服控制系統(tǒng)有：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。8第二節(jié) 數(shù)控（CNC）系統(tǒng)組成 及數(shù)控程序編制基礎(chǔ) 一數(shù)控系統(tǒng)組成及其工作過程 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成框圖如下圖所示。數(shù)控系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC裝置)、可編程邏輯控制器(PLC)、主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。數(shù)控裝置是CNC系統(tǒng)的核心。 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成框圖 9 是對(duì)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)

9、動(dòng)進(jìn)行控制：在做好相關(guān)準(zhǔn)備工作之后，進(jìn)行零件加工程序的輸入、數(shù)控加工程序的譯碼和預(yù)處理、插補(bǔ)計(jì)算、位置控制等。 數(shù)控系統(tǒng)的主要作用10 在加工控制信息輸入后，啟動(dòng)加工運(yùn)行，此時(shí)數(shù)控裝置在系統(tǒng)控制程序的作用下，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，即進(jìn)行譯碼和預(yù)計(jì)算(如刀補(bǔ)計(jì)算、坐標(biāo)變換等)。由下圖可知，進(jìn)行譯碼時(shí)，將其區(qū)分成幾何的、工藝的數(shù)據(jù)和開關(guān)功能。幾何數(shù)據(jù)是刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)路徑數(shù)據(jù)，如有關(guān)G功能和坐標(biāo)字等，利用這些數(shù)據(jù)可加工出要求的工件幾何形狀。 數(shù)控系統(tǒng)的主要工作過程圖 11 工藝數(shù)據(jù)是主軸轉(zhuǎn)速(S功能)和進(jìn)給速度(F功能)等功能。開關(guān)功能是對(duì)機(jī)床電器的開關(guān)指令(輔助M功能和刀具選擇T功能)，例如主軸起停

10、，刀具選擇和交換、冷卻液的啟停等。編程時(shí)，一般不考慮刀具的實(shí)際幾何數(shù)據(jù)，數(shù)控（CNC）裝置根據(jù)工件幾何數(shù)據(jù)和在加工前輸入的實(shí)際刀具參數(shù)，進(jìn)行刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算，簡(jiǎn)稱刀補(bǔ)計(jì)算。為方便編程，CNC系統(tǒng)中存在著多種坐標(biāo)系，故數(shù)控（CNC）裝置還要進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換計(jì)算。 數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)指令送給PLC，在系統(tǒng)程序的控制下，在各加工程序段插補(bǔ)處理開始前或完成后，開關(guān)命令和機(jī)床反饋的應(yīng)答信號(hào)一起被處理和轉(zhuǎn)換為機(jī)床開關(guān)設(shè)備的控制命令，實(shí)現(xiàn)程序段所規(guī)定的T功能、M功能和S功能。12 1 CNC加工程序編制的內(nèi)容及步驟 數(shù)控加工程序編制一般包括以下主要內(nèi)容： 選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容；

11、 對(duì)零件圖進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析，數(shù)控加工的 工藝處理； 對(duì)零件圖形的數(shù)學(xué)處理，編寫加工程序單； 程序的校驗(yàn)與修改； 首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理，數(shù)控加工工藝技術(shù) 文件的定型與歸檔等。 二、數(shù)控（CNC）程序編制基礎(chǔ)簡(jiǎn)介13 （1)分析零件圖紙：通過對(duì)零件的材料、形狀、尺寸和精度、表面質(zhì)量、毛坯情況和熱處理等要求進(jìn)行分析，確定該零件是否適合于在數(shù)控機(jī)床上加工，應(yīng)在哪種數(shù)控機(jī)床上加工，加工哪些工序。 （2)確定工藝過程：在分析零件圖樣的基礎(chǔ)上，確定零件的加工工藝(如決定定位方式，選用工夾具等)和加工路線(如確定對(duì)刀點(diǎn)、走刀路線等)，并確定加工余量、切削用量。 （3)數(shù)值計(jì)算：計(jì)算走刀軌跡，得出刀位

12、數(shù)據(jù)。對(duì)于沒有刀具補(bǔ)償功能的，就需要進(jìn)行各線段的基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、圓弧中心等坐標(biāo)的計(jì)算；對(duì)于零件廓形復(fù)雜的零件，要充分利用插補(bǔ)功能和刀具補(bǔ)償功能來簡(jiǎn)化計(jì)算；對(duì)于自由曲面、列表曲線等零件，數(shù)學(xué)處理更為復(fù)雜，需要借助專門軟件進(jìn)行計(jì)算。 （4)編寫程序單：程序員根據(jù)工藝過程、數(shù)值計(jì)算結(jié)果以及輔助操作要求，按照數(shù)控機(jī)床的編程規(guī)定(程序指令、程序格式等)填寫程序單。 （5)制作程序載體：將程序單的內(nèi)容，通過制作數(shù)控帶或者將程序單用鍵盤鍵入計(jì)算機(jī)，再烤貝在磁盤上。 （6)程序校驗(yàn)及首件試切：程序必須校驗(yàn)和試切削，才能正式加工。 程序編程的步驟：142普通程序格式及典型程序代碼 數(shù)控加工中零件程序組成的形式，隨數(shù)

13、控裝置功能的強(qiáng)弱而略有不同。對(duì)功能較強(qiáng)的數(shù)控裝置，零件加工程序由主程序和子程序組成。主程序和子程序的程序格式相同。一個(gè)主程序按需要可以有多個(gè)子程序，并可重復(fù)調(diào)用。用這種程序結(jié)構(gòu)，可以大大簡(jiǎn)化編程工作。（1)程序的構(gòu)成15 不論是主程序還是子程序，均是由許多程序段組成。每一個(gè)程序段執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作或一組操作。程序段由若干個(gè)字或指令組成。程序段格式是程序段中的字(指令)、字符和數(shù)據(jù)的排列形式。目前廣泛采用的是地址符程序段格式，即程序段中的每個(gè)指令(字)由英文字母后跟幾位數(shù)字組成的。程序段格式由三部分組成：在程序段開始是順序號(hào)字，程序段結(jié)尾是程序段結(jié)束符，中間是若干指令(字)。典型的數(shù)控加工程序的程序段

14、格式如下圖所示。（2）程序段格式 數(shù)控加工程序的程序段格式 16N05 G02 X 042 Y 042 Z 042 F04 S04 T04 M02 LF N05-5位數(shù)字的程序段號(hào)G02-2位數(shù)字的準(zhǔn)備功能字，有標(biāo)準(zhǔn)X042X尺寸字，取正或負(fù)號(hào)，小數(shù)點(diǎn)前4位數(shù)字，小數(shù)點(diǎn)后2位數(shù)字 Y 042、Z 042-Y、Z尺寸字，同X尺寸字 F04-進(jìn)給速度功能字，4位代碼 S04-主軸轉(zhuǎn)速功能字，4位代碼 T04-指定刀具功能字，4位代碼 M02-2位數(shù)字的輔助功能字，有標(biāo)準(zhǔn) LF-程序段結(jié)束符機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的制造商必須遵守ISO標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，ISO標(biāo)準(zhǔn)也允許制造商做一些專門規(guī)定。因此，編程前務(wù)必詳細(xì)閱讀該

15、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)說明書的有關(guān)規(guī)定。程 序 舉 例17 常用的準(zhǔn)備功能M指令代碼見下表1，常用的G指令代碼見下表2。 （3）常用指令代碼簡(jiǎn)介指 令功 能指令功 能M00程序停機(jī)M07開#號(hào)冷卻液M01選擇停機(jī)，按下“選擇?！卑粹o后才起作用M08開*號(hào)冷卻液M02程序結(jié)束，到下一程序的起點(diǎn)M09關(guān)閉冷卻液M03主軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)M10夾緊M04主軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)M11松開M05主軸停轉(zhuǎn)M30程序終了，返回到程序起點(diǎn)M06換刀表1 常用準(zhǔn)備功能指令代碼18 G90 G91 G01 X Y Z F G90時(shí)，X、Y、Z的坐標(biāo)值就是直線終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。 G91時(shí)，X、Y、Z的坐標(biāo)值是直線終點(diǎn)相對(duì)

16、起點(diǎn)的坐標(biāo)增量值。 直線插補(bǔ)指令（G01）是單獨(dú)運(yùn)動(dòng)或多軸聯(lián)動(dòng)方式直線插補(bǔ)指令。其典型的程序格式如下：19 坐標(biāo)平面選擇指令(G17、G18、G19)。用坐標(biāo)平面選擇指令實(shí)現(xiàn)不同平面的運(yùn)動(dòng)軌跡。G17為XY平面，G18為ZX平面，G19為YZ平面； 絕對(duì)值和增量值編程指令(G90、G91)。一般數(shù)控機(jī)床可以用絕對(duì)值或增量值或混合編程。G91為增量值編程指令，有G91的程序段的坐標(biāo)值，除坐標(biāo)系設(shè)定指令外，為刀具實(shí)際移動(dòng)距離，例如直線段的坐標(biāo)值即為直線終、起點(diǎn)坐標(biāo)值之差。使用絕對(duì)值編程指令為G90，程序段中的坐標(biāo)值是指刀具運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值； 快速點(diǎn)定位指令(G00)。G00指令使刀

17、具從所在點(diǎn)以固定的快速度移至坐標(biāo)系的另一點(diǎn)。在有G00的程序段，無(wú)需進(jìn)給速度F指令； 直線插補(bǔ)指令(G01)。該指令是單軸運(yùn)動(dòng)或多軸聯(lián)動(dòng)方式的直線插補(bǔ)指令； 圓弧插補(bǔ)指令(G02、G03)。 常用的G功能指令簡(jiǎn)介20 圓弧插補(bǔ)指令(G02、G03)。G02、G03指令是實(shí)現(xiàn)指定平面兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)方式的順時(shí)針、逆時(shí)針圓弧軌跡。其程序段格式如下：G17 XY R G90 G02 IJ F； G18 XZ R G91 G03 IK F；G19 YZ R JK F； 21 圓弧的加工平面用G17、G18、G19指令選擇，用G02、G03確定圓弧的加工方向，用G90、G91指定為絕對(duì)值或增量值編程。X、Y、

18、Z的坐標(biāo)值在G90指令時(shí)，為圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，在G91指令時(shí)，為圓弧終點(diǎn)相對(duì)圓弧起點(diǎn)的增量值。I、J、K的坐標(biāo)值，無(wú)論是G90，還是G91指令時(shí)，均是圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的增量值；若用R(半徑參數(shù))，圓弧小于或等于180時(shí)用+R，大于180時(shí)用-R。 刀具半徑補(bǔ)償指令(G40、G41、G42)。G4l-左偏刀具半徑補(bǔ)償指令。沿刀具前進(jìn)方向看(假設(shè)工件不動(dòng))，刀具位于零件左側(cè)時(shí)的刀具半徑補(bǔ)償；G42-右偏刀具半徑補(bǔ)償指令。沿著刀具前進(jìn)方向看(假設(shè)工件不動(dòng))，刀具位于零件右側(cè)時(shí)的刀具半徑補(bǔ)償；G40-刀具半徑補(bǔ)償指令注銷指令。使用G40后，使G41、G42指令無(wú)效。22 用G41、G4

19、2指令時(shí)，可以使用D02指令，即用D后跟二位數(shù)字的D00-D99，表示某一刀具半徑值的存儲(chǔ)器號(hào)，加工前實(shí)測(cè)刀具半徑值，并存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的刀具半徑值存儲(chǔ)器中。 有C功能的刀具半徑補(bǔ)償?shù)闹噶頖40、G41、G42，若銑削零件輪廓時(shí)，不需計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，而只需按零件輪廓編程。當(dāng)數(shù)控裝置執(zhí)行程序時(shí)，能按刀具對(duì)應(yīng)D存儲(chǔ)器中的刀具半徑值，自動(dòng)地計(jì)算出刀具中心軌跡的坐標(biāo)值，對(duì)零件的編程帶來極大方便。按零件輪廓編程有如下好處： 編程時(shí)不必考慮刀具半徑的大小； 當(dāng)實(shí)際使用的刀具半徑與開始加工時(shí)設(shè)定刀具半徑不符時(shí)，例如刀具磨損或重磨，僅改變D中的半徑值即可，不必重新編程； 同一把銑刀，改變鍵入的半徑值，同一個(gè)程

20、序可進(jìn)行粗、精加工；改變鍵入的半徑值的正負(fù)號(hào)，可加工陰陽(yáng)模； 同一把刀具可有不同的D存儲(chǔ)器單元，即可有不同的補(bǔ)償設(shè)定值，便于加工。23 （4） 數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸X、Y、Z和A、B、C的定義規(guī)則 按標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系，如右圖所示。 右手直角笛卡兒坐標(biāo)系24 右圖為數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系例。確定機(jī)床坐標(biāo)系時(shí)，假定刀具相對(duì)工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標(biāo)。當(dāng)機(jī)床有幾個(gè)主軸時(shí)，則選一個(gè)垂直于工件裝夾面的主軸為 Z 軸。規(guī)定增大工件和刀具距離(工件尺寸)的方向?yàn)閆軸的正方向。 X 坐標(biāo)是水平的，它平行于工件的裝夾面。對(duì)工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)?X

21、 的正方向。對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床則規(guī)定：當(dāng) Z 軸為水平時(shí)，從刀具主軸后端向工件方向看，X 正方向?yàn)橄蛴曳较颍划?dāng)Z 軸為垂直時(shí)，對(duì)單立柱機(jī)床，面對(duì)刀具主軸向主軸方向看，右手方向?yàn)檎较颉?Y 坐標(biāo)軸按右手直角笛卡兒坐標(biāo)系確定其正方向。 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系例253 數(shù)控（CNC）程序編制方法 由分析零件圖、制訂工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)、編寫零件加工程序單、制作程序介質(zhì)直到程序校驗(yàn)，整個(gè)過程主要由人來完成，這種人工制備零件加工程序的方法稱為手工編程（Manual Programming）。下圖示出了手工編程工作過程。手工編程中也可以利用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算出坐標(biāo)值，再由人工編制加工程序。1）手工編程與自動(dòng)編程及

22、其比較 手工編程工作過程26 編制零件加工程序的全部過程主要由計(jì)算機(jī)來完成，此種編程方法稱為自動(dòng)編程(Automatic Programming)。語(yǔ)言輸入式自動(dòng)編程的工作過程如下圖所示。 由圖看出，編程人員只需根據(jù)零件圖和工藝過程，使用規(guī)定的數(shù)控語(yǔ)言編寫一個(gè)較簡(jiǎn)短的零件加工源程序，輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)由通用(前置)處理程序自動(dòng)地進(jìn)行編譯、數(shù)學(xué)處理，計(jì)算出刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，再由計(jì)算機(jī)中的后置處理程序自動(dòng)地編寫出適合指定機(jī)床的零件加工程序單，并輸出加工程序單或錯(cuò)誤，經(jīng)修改源程序直至輸出正確的零件加工程序單。 自動(dòng)編程工作過程27 隨著計(jì)算機(jī)圖形顯示技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話式自動(dòng)編程。對(duì)話式自

23、動(dòng)編程又稱交互式，是以圖形顯示技術(shù)為其基礎(chǔ)的。 在人機(jī)對(duì)話的工作方式下，編程人員按菜單提示的內(nèi)容反復(fù)與計(jì)算機(jī)對(duì)話，陸續(xù)回答計(jì)算機(jī)的提問，直到把該答的問題全部答完。 人機(jī)對(duì)話的方式離不開圖形顯示，從工件的圖形定義、刀具的選擇、起刀點(diǎn)的確定、走刀路線的安排直到各種工藝指令的及時(shí)插入，全在對(duì)話過程中告訴了計(jì)算機(jī)。 對(duì)話式圖形顯示，貫穿于整個(gè)編程過程，很直觀，若有錯(cuò)也可及時(shí)改正，最后得到正確的、所需的零件加工程序。28 零件輪廓簡(jiǎn)單，不需要經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算，程序段不多時(shí)，采用手工編程方法是適宜的。 工件坐標(biāo)系在編程時(shí)使用，由編程人員在工件上指定某一固定點(diǎn)為原點(diǎn)建立工件坐標(biāo)系。工件裝上機(jī)床后，兩個(gè)坐標(biāo)系保

24、持一定的關(guān)系。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中稱為調(diào)整點(diǎn)，調(diào)整點(diǎn)的選擇應(yīng)使工件上最大尺寸能加工出來。 機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的兩個(gè)原點(diǎn)存在一定的關(guān)系，通過G92指令，可將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的偏置值在加工開始前就輸入到數(shù)控裝置的內(nèi)存中。 例如：當(dāng)執(zhí)行程序段N01 G92 X100.00 Y50.00 后，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)地將這一設(shè)定的調(diào)整點(diǎn)的坐標(biāo)值加到程序段的坐標(biāo)字的位移中去，使編程坐標(biāo)系平移。也就是說，數(shù)控系統(tǒng)將按工件坐標(biāo)系給定的編程尺寸自動(dòng)地轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系中去。 值得注意的是：在執(zhí)行G92指令時(shí)，并不使機(jī)床產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而只是記錄調(diào)整點(diǎn)設(shè)定坐標(biāo)值，將它存入數(shù)控裝置的內(nèi)存中。2） 手工編程例29 簡(jiǎn)例1：如

25、下圖圓弧編程示例，設(shè)A為對(duì)刀點(diǎn)，從點(diǎn)A 沿圓弧C1、C2、C3至D 點(diǎn)停止，設(shè)進(jìn)給速度F為100mm/min，主軸轉(zhuǎn)速為500r/min （絕對(duì)值和增量值編程指令應(yīng)用例）。（a）用絕對(duì)值編程時(shí)：用I、J 編程為N01 G92 G90 X0.00 Y18.00 S500 M03 *N02 G02 X18.00 Y0.00 I0.00 J-18.00 F100 *N03 G03 X68.00 Y0.00 I25.00 J0.00 *N04 G02 X88.00 Y20.00 I0.00 J20.00 *N05 M02 *用R 編程時(shí)為N01 G92 G90 X0.00 Y18.00 S500 M0

26、3 *N02 G02 X18.00 Y0.00 R18.00 F100 *N03 G03 X68.00 Y0.00 R25.00 F100 *N04 G02 X88.00 Y20.00 R-20.00 *N05 M02 *圓弧編程示例30（b）用增量值編程時(shí)： 用I、J 編程為N01 G92 G90 X0.00 Y18.00 S500 M03 *N02 G91 G02 X18.00 Y-18.00 I0.00 J-18.00 F100 *N03 G03 X50.00 Y0.00 I25.00 J0.00 *N04 G02 X20.00 Y20.00 I0.00 J20.00 M02 *用R 編

27、程時(shí)為N01 G92 G90 X0.00 Y18.00 S500 M03 *N02 G91 G02 X18.00 Y-18.00 R18.00 F100 *N03 G03 X50.00 Y0.00 R25.00 *N04 G02 X20.00 Y20.00 R-20.00 M02 *31簡(jiǎn)例2：刀補(bǔ)指令（G41、G42、G40應(yīng)用例） 如下圖所示，以O(shè)點(diǎn)為對(duì)刀點(diǎn)，加工路線為N2N3N4N5N6N7。進(jìn)給速度F 為100mm/min 。 切削進(jìn)給面 ； 矢量 ； 快速進(jìn)給 ； 刀位點(diǎn)軌跡（即刀尖點(diǎn)軌跡）； 刀補(bǔ)動(dòng)作圖示32 % 200（OFFSET INC）* 程序名及注釋 N01 G91 G1

28、7 G00 S500 M03 * 有G17指定插補(bǔ)和刀具平面 （XY平面，主軸轉(zhuǎn)速為500 r/min） N02 G41 D01 X20.0 Y10.0 * 刀補(bǔ)建立，刀補(bǔ)號(hào)為D01 N03 G01 X0.0 Y40.0 F100 * N04 X30.0 Y0.0 * 刀補(bǔ)進(jìn)行 N05 X 0.0 Y 30.0 * N06 X-40.0 Y0.0 * N07 G00 G40 X-10.0 Y-20.0 M05 * 用G40撤消刀補(bǔ) N08 M30 *（a）按增量值編程時(shí)33 % 200（OFFSET ABE）* 程序名及注釋 N01 G54 G90 G17 G00 S500 M03 * 建立坐標(biāo)系 N02 G41 D01 X20.0 Y10.0 * N03 G01 Y50.0 F100 * N04 X50.0 * N05 Y20.0 * N06 X10.0 * N07 G00 D00 X0.0 Y0.0 M05 * 用D00撤消刀補(bǔ) N08 M30 * (b) 按絕對(duì)值編程時(shí) 通常D00或H00 的地址單元中存放零刀補(bǔ)值，故也可用D00或H00撤消刀補(bǔ)。34 由于手工編程既煩瑣又枯燥，并影響和限制了NC機(jī)床的發(fā)展和應(yīng)用，因而在NC機(jī)床出現(xiàn)不久，人們就開始了對(duì)自動(dòng)編程方法的研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法語(yǔ)言的發(fā)展，首先提出了用“程序語(yǔ)言”的方法