數(shù)控編程基礎(chǔ)知識

第6章數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識§6-1數(shù)控程序的基礎(chǔ)一、數(shù)控加工程序所謂數(shù)控加工程序，就是一個零件在NC機床上的加工順序、刀具移動的軌跡以及加工工藝參數(shù)和輔助功能等信息，用字母代碼和數(shù)字以一定的格式編寫出來。某零件FANUC系統(tǒng)程序%;O100;N001G50X150.Z200.;N002M04S600;N003G00X76.Z46.;N004G01X74.9F0.2;N005Z38.58;N006G02X90.844Z12.263R23.15;N007X118.44Z12.263R43.399;N008G01X119.34;N009G00X150.Z200.;N010M05;N011M30;% 二、加工程序的結(jié)構(gòu)和程序段格式1.程序段的結(jié)構(gòu)一個完整的程序是由若干程序段組成的。程序段是一個完整的機床控制信息，表示機床的一種操作。2.程序段的格式程序段格式是指程序段中字母、數(shù)字和符號的規(guī)定排列形式。目前國內(nèi)外廣泛采用字地址程序段格式。字地址格式：特點：每個程序段都由若干個字組成。每個字都由英文字母和隨后的數(shù)字組成，它代表數(shù)控系統(tǒng)的一個具體指令。字地址格式又稱為可變程序段格式。除地址格式外還有固定程序段格式，但較為少見。3.字地址的分類按功能分類：（1）加工順序字：N（2）準(zhǔn)備功能字：G（3）坐標(biāo)位置字：XYZ（4）工藝參數(shù)字：F、S、T（5）輔助功能字：M按作用范圍分類：（1）續(xù)效字：指令在被同組的其它指令取代或被注銷以前，共功能一直有效，也稱為模態(tài)指令。如F、S、G01等。（2）非續(xù)效字：僅在出現(xiàn)的程序段中起作用，也稱為非模態(tài)指令。如G04、M00。

+Y

+B+C+X+Z+A三、NC加工中的坐標(biāo)系１．坐標(biāo)軸與運動方向標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系采用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系。它規(guī)定直角坐標(biāo)X、Y、Z三者關(guān)系及其正方向用右手定則判定，繞X、Y、Z軸的回轉(zhuǎn)運動及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋法則判定。通常有如下的規(guī)定:Z軸:與機床主軸平行或重合。Z軸正方向為遠離工件的方向。X軸:主要進給方向。X軸正方向為遠離工件的方向。Y軸：由右手法則判定。數(shù)控車床數(shù)控銑床2.坐標(biāo)數(shù)與多坐標(biāo)加工坐標(biāo)數(shù)是指數(shù)控機床有幾個方向采用了數(shù)字控制。如一臺數(shù)控車床，其X和Z方向采用了數(shù)字控制，則它是一臺兩坐標(biāo)數(shù)控車床。如圖其X、Y、Z三個方向都采用了數(shù)字控制，則它是一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床。多坐標(biāo)加工是指數(shù)控系統(tǒng)能同時控制幾個坐標(biāo)聯(lián)動。四、程序編制的指令代碼不論何種數(shù)控機床的加工，都是將代表著各種不同功能的指令代碼輸入至數(shù)控裝置，經(jīng)過轉(zhuǎn)換與處理來控制機床的各種操作。因此，編程人員必須熟悉有關(guān)指令代碼的基本知識。下面介紹的指令是常用的重要的指令，掌握這些指令代碼的使用是程序編制的前提。在數(shù)控機床上加工零件是自動實現(xiàn)的，它是由程序中的兩類功能指令來實現(xiàn)的。這就是：１．準(zhǔn)備功能G指令２．輔助功能M指令1.準(zhǔn)備功能指令—G指令（1）與刀具運動有關(guān)的G代碼

G00—快速定位指令格式：G00X__Y__Z__執(zhí)行這段程序，命令刀具快速移到該位置。速度的大小由系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定。

G01—直線插補指令格式：G01X__Y__Z__F__執(zhí)行這段程序，命令刀具以指定的進給速度值進行直線插補運動。

G02、G03—圓弧插補指令G02：順時針方向G03：逆時針方向格式Ⅰ:G02（G03）X__Y__Z__I__J__K__F__格式Ⅱ：G02（G03）X__Y__Z__R__F__說明：I、J、K分別為圓弧的起點到圓心的矢量在X、Y、Z軸上的投影。R為圓弧半徑：圓心角≤180°，R值為正號；180°<圓心角<360°，R值為負號。使用圓弧插補指令應(yīng)注意：（1）G02、G03插補指令只能在坐標(biāo)平面內(nèi)進行。（2）順、逆方向規(guī)定：沿與圓弧所在平面相垂直坐標(biāo)軸的負方向看去，刀具相對于工件的轉(zhuǎn)動方向是順時針方向為G02，否則為G03。車床加工銑床加工G04—暫停指令命令刀具暫停進給。格式：G04X__或G04F__（不同系統(tǒng)選用不同的字地址）G04X4—刀具停止送進，暫停4秒后繼續(xù)；G04P4—刀具停止送進，暫停0.004秒后繼續(xù)；（2）與坐標(biāo)字有關(guān)的G代碼G90—絕對尺寸指令（系統(tǒng)缺省時默認(rèn)為絕對尺寸狀態(tài)）所有點的坐標(biāo)均以原點為基準(zhǔn)計量的坐標(biāo)系稱為絕對坐標(biāo)系。絕對坐標(biāo)值是相對編程零點的坐標(biāo)值。G90表示程序段的坐標(biāo)字按絕對坐標(biāo)編程G91—增量尺寸指令運動軌跡終點坐標(biāo)以其起點為基準(zhǔn)計量的坐標(biāo)系稱為增量坐標(biāo)系（亦稱相對坐標(biāo)系）。增量坐標(biāo)值是刀具運動的終點相對于起始點的坐標(biāo)值增量。G91表示程序段的坐標(biāo)字是按增量坐標(biāo)編程。坐標(biāo)平面指令G17—指定X-Y平面（系統(tǒng)缺省時默認(rèn)為X-Y平面）G18—指定Z-X平面G19—指定Y-Z平面該指令是在作直線與圓弧插補及刀具補償時指定的。公英制選擇指令（缺省時默認(rèn)為公制）G21—公制G20—英制對一些系統(tǒng)，10與10.代表不同的含義。10.=10mm10=10個脈沖當(dāng)量=0.1mm（若脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖）

因此，有時須注意采用小數(shù)點編程。編程舉例——直線插補絕對坐標(biāo)編程N002G90G00X10Y25N003G01X50Y30F150增量坐標(biāo)編程N002G91G00X10Y25N003G01X40Y5F150G01G00XY0AB10502530——圓弧插補絕對坐標(biāo)編程：G90G02X58Y50I18J8F150;增量坐標(biāo)編程：G91G02X26Y18I18J8F150;絕對坐標(biāo)編程：G90G02(G03)X45Y24I-17J0F300;增量坐標(biāo)編程：G91G02(G03)X0Y0I-17J0F300;２．輔助功能指令代碼—M代碼M00—程序暫停以便手動換刀，測量等工作，重新按下“啟動按鈕”，程序繼續(xù)執(zhí)行。M01—計劃中停與M00相似,但需要接通“任選開關(guān)”，此命令才有效。M02—程序結(jié)束放在最后一個程序段中，以表示加工結(jié)束，并使數(shù)控系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。M30—程序結(jié)束與M02功能相似，但返回程序的開始狀態(tài)。M03、M04、M05—分別為主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)所謂主軸正轉(zhuǎn)：即沿正Z方向看去，主軸順時針方向旋轉(zhuǎn)。所謂主軸反轉(zhuǎn)：即沿正Z方向看去，主軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。M07、M08、M09—分別命令冷卻液霧開、液狀開、冷卻液關(guān)。M06—換刀指令3.工藝參數(shù)字F－進給功能字FANUC系統(tǒng)的F表示為：F200（進給量為200mm/min）S－主軸轉(zhuǎn)速功能字無級變速的數(shù)控機床，可將要求的轉(zhuǎn)速值直接編入程序中。如S95表示主軸轉(zhuǎn)速為95r/min。對于帶有變速齒輪主傳動的數(shù)控機床，應(yīng)參照說明書使用。T－刀具功能字用來選擇刀具和刀補值?！?-2機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系一、機床零點與機床坐標(biāo)系機床零點或稱機床原點是制造廠商設(shè)置在機床上的一個物理位置，是機床運動坐標(biāo)計數(shù)的起始點。機床坐標(biāo)系建立在機床原點之上，是機床上固有的坐標(biāo)系。機床參考點是制造廠商在機床上設(shè)置的一個物理位置?！皡⒖键c”與“機床原點”可以重合，也可以不重合。通常在這個位置進行換刀。二、工件零點與工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系（或叫編程坐標(biāo)系）是編程人員在編程時建立的一個新坐標(biāo)系。在這個坐標(biāo)系內(nèi)編程可以簡化坐標(biāo)計算，便于數(shù)學(xué)處理。編程原點的選擇原則：盡量與設(shè)計基準(zhǔn)重合，而且便于測量其在機床坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值。在數(shù)控機床的程序編制中，為了方便編程，一律假定工件不動，全部用刀具運動的坐標(biāo)編制程序，即用X、Y、Z、A、B、C在圖紙上編程。編程坐標(biāo)系，也稱為加工坐標(biāo)系。它與前面介紹的機床坐標(biāo)系（即笛卡爾確定的坐標(biāo)系）其方向是一致的。三、工件坐標(biāo)系設(shè)定指令（用以確定工件零點的位置）G92—確定刀具當(dāng)前點在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。格式：G92X__Y__Z__例1：N001G92X30Y30Z25；例2：N001G92X300Z400；G54～G59—零偏指令含義：用以確定工件零點與機床原點之間的距離。零偏指令需通過操作面板或紙帶輸入。例1.已知程序開始時，刀具處于機床原點“O”（如圖），要求對FANUC—6M系統(tǒng)編程：(O為機床原點A為編程零點)ZYXA10英寸5英寸Ｏ①寫出程序段表示，先以A點為參考點建立加工坐標(biāo)系，然后快移至A點。②寫出程序段表示，先快移至A點，再以A點為參考點建立加工坐標(biāo)系。③若使用固定偏置01，其中存數(shù)X、Y、Z應(yīng)何值。第一種方法：用G92編程：NxxG20G90；（建立英制，絕對坐標(biāo)）NxxG92X10Y5Z0；NxxG00X0Y0Z0；第二種方法：NxxG20G90；NxxG00X-10Y-5Z0；NxxG92X0Y0Z0；第三種方法：用G54編程：NxxG20G90；NxxG54G00X0Y0Z0；這時固定偏置01內(nèi)存值為：x=-10，Y=-5，Z=0。§6-3刀具半徑補償與長度補償?shù)毒哐a償是使數(shù)控系統(tǒng)的控制對象由指令點變換到刀尖或刀刃邊緣。為方便編程和不改變已制備好的程序，只需將刀具尺寸值或變化值輸入數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)就可自動地對刀具尺寸變化進行補償，自動生成指令點的運動軌跡。刀具補償可分為半徑補償和長度補償。不同刀具補償示意圖一、刀具半徑補償加工內(nèi)輪廓加工外輪廓刀具半徑補償1.與刀具補償有關(guān)的G指令刀具半徑補償指令—G41、G42、G40刀具左偏G41—刀具左偏指令沿著刀具運動方向看去，刀具中心向零件輪廓的左側(cè)偏移。G42—刀具右偏指令沿著刀具運動方向看去，刀具中心向零件輪廓的右側(cè)偏移。G40—刀具半徑補償注銷指令（使G41或G42無效）刀具右偏刀具半徑補償?shù)膱?zhí)行過程可分為建立刀補、執(zhí)行刀補和撤銷刀補三個步驟。（1）建立刀補G00（G01）G41（G42）D--X--Y--（F--）；刀補啟動程序段不能用G02或G03，也不能用在非運動功能程序段中。其中“D--”表示刀具半徑補償值存貯地址，一般為00～99。

當(dāng)啟動后是圓弧插補時，則用坐標(biāo)點處圓弧的切線來確定刀位點的位置。要正確設(shè)計啟刀路線，避免干涉。刀補啟動時刀具運動軌跡示意圖

（2）執(zhí)行刀補刀具中心按照要求偏離編程軌跡一個刀具半徑，即沿編程軌跡的等距線做切削運動。在編程中注意不要使用非插補運動功能程序段。若某一程序段中無軌跡運動功能，有些數(shù)控系統(tǒng)就會引起運行錯誤。（3）撤銷刀補G00（G01）G40X--Y--（F--）；設(shè)計退刀軌跡時，也要避免干涉。

撤銷刀補時刀具中心軌跡示意圖

2.刀具半徑補償功能的應(yīng)用（1）當(dāng)?shù)毒甙霃礁淖儠r，可通過修改補償值來避免修改程序。（2）用同一程序，同一尺寸的刀具，利用刀具半徑補償，可進行粗、精加工。3.拐角處理拐角可以分為直線與直線、直線與圓弧、圓弧與直線、圓弧與圓弧四種形式。當(dāng)指定G62時，在拐角處自動執(zhí)行進給倍率功能。根據(jù)交點處工件兩側(cè)輪廓線段的夾角α可分為下列三種類型：（1）縮短型當(dāng)360°＞α＞180°時，刀具中心軌跡比編程軌跡短，并且在尖角處有切不到的地方。（2）伸長型當(dāng)180°＞α＞90°時，刀具中心軌跡比編程軌跡長。（3）插入型當(dāng)90°＞α＞0°時，刀具中心軌跡不但比編程軌跡長，而且又附加了一段直線。二、刀具長度補償當(dāng)?shù)毒叩膶嶋H長度尺寸與編程設(shè)定長度尺寸不一致時，刀具沿軸向的位移量就應(yīng)增加或減少一定量。刀具長度補償指令—G43、G44、G49G43—軸向正補償指令刀具在+Z方向進行補償，即輸入的補償量與程序的給定值相加。G44—軸向負補償指令刀具在-Z方向進行補償，即輸入的補償量與程序的給定值相減。G49—刀具長度補償注銷指令

（使G43或G44無效）刀具長度補償執(zhí)行過程也分為建立刀補、執(zhí)行刀補和撤銷刀補三個步驟。（1）建立長度補償G00（G01）G43（G44）H--Z--（F--）；（2）執(zhí)行長度補償Z坐標(biāo)值即為刀位點坐標(biāo)值。（3）撤銷長度補償G00（G01）G49Z--（F--）；例2.已知機床為FANUC6M系統(tǒng)，加工位置如圖。加工步驟如下：（1）機床主軸端面在A點，主軸內(nèi)沒有刀具；（2）由A上升到B換刀（刀號11，刀具長200，寄存器H11）；（3）刀尖快速下降到A點。（4）主軸啟動，正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/min；（5）刀尖快速下降至R平面。（6）鉆孔到孔深（送進量120mm/min），孔底暫停2秒；（7）刀尖快退到A點，主軸停轉(zhuǎn)。（8）主軸端面上升到B點，換刀取下刀具；（9）主軸端面返回到A點，停機。試編寫NC程序。N10G92X0Y0Z0;N15G90G00Z250T11M06;N20G43Z0H11;N25M03S300;N30Z-97;N35G01Z-153F120;N40G04X2;N45G00Z0M05;N50G49Z250T00M06;N55Z0;N60M02;N10G92X0Y0Z0;N15G91G00Z250T11M06;N20G43Z-250H11;N25M03S300;N30Z-97;N35G01Z-56F120;N40G04X2.0;N45G00Z153M05;N50G49Z250T00M06;N55Z-250;N60M02;§6-4固定循環(huán)和子程序在數(shù)控加工中，有些操作的工藝順序是不變的，變化的只是一些加工參數(shù)。將這些操作編寫成固定循環(huán)和子程序的形式，能簡化編程工作，縮短程序，節(jié)省存儲器，又能提高編程質(zhì)量。一、孔加工固定循環(huán)1.孔加工一般包括下列五個動作：（1）X軸和Y軸的定位（G00）；（2）快速移動到R點（G00）；（3）孔加工（G01）；（4）孔底動作（G04）；（5）返回到R點或初始點（G00或G01到R）。2.命令格式說明G90（G91）G98（G99）GxxX--Y--Z--R--Q--P--F--K--；其中X--Y--為孔位數(shù)據(jù)；在絕對坐標(biāo)編程（G90）情況下，Z--R--為Z點與R點的絕對坐標(biāo)值在相對坐標(biāo)編程（G91）情況下，Z--R--為Z點對R點的相對坐標(biāo)值、R點對初始點的相對坐標(biāo)值Q--間歇進給時每次加工深度（增量值）。K--孔加工重復(fù)次數(shù)。G98為循環(huán)中動作5快速回到初始點G99為循環(huán)中動作5快速回R點P--孔底停止進給時間，單位為0.001秒。F--切削進給（動作3）速度。G98回到初始點G99回到R點孔的固定循環(huán)加工指令很多，如Ｇ81～G89等，使用G80或G指令（G00，G01……）可以取消固定循環(huán)。當(dāng)在固定循環(huán)中指定刀具長度補償（G43，G44或G49）時，在定位到R點的同時加偏置。固定循環(huán)舉例：%O003N01G92X0Y0Z30.0;N02S300M03;N03G91G00X10.0Y10.0;N04G99G81Z-18.0R-27.0F60;N05X40.0;N06X-40.0Y20.0;N07X20.0K2N08G00X-50Y-30Z27.0M05;N09M30;二、子程序及其應(yīng)用1.子程序的概念若一組程序段在一個程序段中出現(xiàn)多次；或在幾個程序中都要使用它，為了縮短程序，可以把這段程序段抽出來，按一定的格式寫成一個新的程序單獨存儲，以供另外的程序調(diào)用。這個供另外的程序調(diào)用的程序，就是子程序。2.子程序的構(gòu)成與調(diào)用調(diào)用指令格式：M98P--L--；P--子程序號，L--調(diào)用次數(shù)，缺省為1；子程序要以M99結(jié)尾，回調(diào)用處。子程序可以嵌套，可以嵌套的級數(shù)由系統(tǒng)決定。子程序結(jié)構(gòu)示意圖

固定循環(huán)及子程序功能綜合舉例：%O0004N1G92G90X-175.0Y120.0Z300.0;N5G00X0.0Y50.0S1000M03;N10G43Z128.0H01M08;N15G81Z98.0R126.0F225;N20P0005M98;N25G80;...§6-5編程中的工藝處理一、NC程序編制的內(nèi)容和階段1.什么是NC加工程序編制簡單地說，從分析零件圖紙到獲得NC機床所需的控制介質(zhì)的全過程，叫做程序編制。具體地說，就是對零件進行工藝分析，制訂零件機械加工工藝規(guī)程，編制零件NC加工程序單，再將程序單上的全部內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，然后輸送給NC裝置，從而指揮機床進行加工。2.程序編制的內(nèi)容和階段概括起來，程序編制應(yīng)包括以下幾方面內(nèi)容。工藝處理階段：a.分析被加工零件圖b.零件NC加工工藝過程設(shè)計c.NC加工工序設(shè)計數(shù)學(xué)處理階段：d.計算CNC裝置所需的輸入數(shù)據(jù)程序制定階段：e.編寫零件加工程序單f.制備控制介質(zhì)g.校對、檢查控制介質(zhì)h.首件試加工二、數(shù)控工藝特點1.工藝詳細數(shù)控機床加工工藝制訂的步驟和內(nèi)容與普通機床加工工藝大致相同，但工藝內(nèi)容十分具體、完整。2.工序集中在零件一次裝夾中完成多種加工方法和由粗到精的過程，甚至可加工幾個相同或相似的工件。3.加工方法的特點用多坐標(biāo)聯(lián)動自動控制刀具運動軌跡，其加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)方法無法相比的。三、工序劃分與機床選用1.工序集中的原則根據(jù)零件加工表面形狀與所用數(shù)控機床的功能，在一次裝夾中盡可能集中完成多種加工內(nèi)容，以減少工序。對于大型零件更應(yīng)盡可能在一次裝夾中完成全部或主要表面的加工，以減少工序間的儲存與運輸。2.零件數(shù)控加工與普通加工工序的劃分下列情況應(yīng)考慮插入普通機床加工工序：（1）鑄、鍛件毛坯的預(yù)加工。（2）粗定位基準(zhǔn)的預(yù)加工。（3）數(shù)控加工難以完成的個別或次要部位。（4）大型、復(fù)雜零件中的簡單表面。3.數(shù)控加工的工序劃分下列情況可考慮將數(shù)控加工劃分為幾個工序：（1）現(xiàn)有數(shù)控機床的功能不能滿足一個零件的全部加工要求。（2）當(dāng)粗加工會影響零件加工精度時，必須將粗、精加工分開。（3）如加工程序過長，應(yīng)按刀具或加工表面劃分工序。4.機床的選用根據(jù)零件的表面加工方法、精度與粗糙度、工件形狀與尺寸、需要機床的坐標(biāo)軸數(shù)等要求，并考慮現(xiàn)有數(shù)控機床條件與負荷、加工成本等因素正確選用機床。5.曲面加工與坐標(biāo)軸數(shù)的選用（1）兩坐標(biāo)聯(lián)動的三坐標(biāo)行切法加工

曲面行切法2.5坐標(biāo)（二軸半）加工（2）三坐標(biāo)聯(lián)動加工（三軸加工）三坐標(biāo)（三軸）加工（3）四坐標(biāo)加工四坐標(biāo)加工（4）五坐標(biāo)加工五坐標(biāo)加工四、工序設(shè)計數(shù)控加工的工序設(shè)計是指一個工件在一次裝夾中連續(xù)自動加工直至加工結(jié)束那部分的工藝內(nèi)容。它包括工件的裝夾方法與夾具選用、刀具選擇與工步劃分、工件原點選擇及走刀路線的確定、切削用量選擇等內(nèi)容。1.工件的裝夾與夾具（1）工件在夾具上的定位基準(zhǔn)應(yīng)與零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工序基準(zhǔn)一致。（2）夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛性，避免振動與夾壓變形，還應(yīng)能方便排屑。（3）確保刀具的運動空間，避免刀具組件與夾具碰撞。（4）盡可能采用組合夾具與可調(diào)夾具，以滿足準(zhǔn)備周期短、成本低的要求。（5）對批量較大的中、小零件，也可在夾具上裝夾幾個相同的工件或相似的工件加工。2.刀具的選用在數(shù)控加工過程中，通常采用大的切削用量，對刀具要求主要有以下幾方面：（1）足夠的強度與剛度；（2）高的刀具耐用度；（3）高的可靠性；（4）較高的精度；（5）可靠的斷屑。刀位點P（或稱指令點）由刀具結(jié)構(gòu)和對刀方法決定，是徑向基準(zhǔn)和軸向基準(zhǔn)的相交點，加工過程中指令的坐標(biāo)值就是指刀位點的坐標(biāo)值。各種刀具刀位點示意圖3.確定程序零點、對刀點和換刀點（1）程序零點程序零點即是工件坐標(biāo)系的原點，由它確定工作坐標(biāo)在機床坐標(biāo)系中的位置。程序中所給出的坐標(biāo)值是指刀位點在工件坐標(biāo)系中的數(shù)值。程序零點盡量與設(shè)計基準(zhǔn)重合，便于數(shù)值計算。（2）對刀點對刀的目的是確定程序零點在機床坐標(biāo)系上的位置。對刀時，讓刀位點與對刀點重合。對刀點可以選在零件上，也可以選擇在夾具上