數(shù)控編程基礎常識和數(shù)控機床編程及加工

數(shù)控編程基礎

內(nèi)容提要：數(shù)控編程的基本概念；數(shù)控機床的編程方法；坐標系；數(shù)控程序的格式及內(nèi)容；基本通用功能字的用法。1目前，在機械制造行業(yè)中，單件、小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來越大，機械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量也在不斷地提高。普通機床難以滿足加工精密零件的需要。同時，由于生產(chǎn)水平的提高，數(shù)控機床的價格在不斷下降，因此，數(shù)控機床在機械行業(yè)中的使用已很普遍。第一節(jié)數(shù)控加工的基本概念2數(shù)控（NumericalControl）技術是指用數(shù)字化的信息實現(xiàn)加工自動化的控制技術。.數(shù)控技術3

二.數(shù)控加工1.數(shù)控加工定義

數(shù)控加工是指采用數(shù)字信息對零件加工過程進行定義，并控制機床進行自動運行的一種自動化加工方法。

1952年研制成功世界上第一臺數(shù)控機床─三坐標立式銑床，可控制銑刀進行連續(xù)空間曲面的加工，揭開了數(shù)控加工技術的序幕。

42.數(shù)控加工特點

◆具有復雜形狀加工能力;◆減輕勞動強度，改善勞動條件;◆高質(zhì)量;◆有利于生產(chǎn)管理;◆高效率;◆數(shù)控機床價格昂貴，維修較難;◆高柔性;5三.數(shù)控機床數(shù)控機床就是按加工要求預先編制程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出以數(shù)字量作為指令信息進行工作的機床。

現(xiàn)代數(shù)控機床綜合應用了微電子技術、計算機技術、精密檢測技術、伺驅(qū)動技術以及精密機械技術等多方面的最新成果，是典型的機電一體化產(chǎn)品。61.數(shù)控編程的概念

從零件圖紙到編制零件加工程序和制作控制介質(zhì)的全部過程稱為數(shù)控程序編制。四.數(shù)控編程72.數(shù)控編程的步驟四.數(shù)控編程8

第二節(jié)數(shù)控編程的編程方法

一、手工編程手工編程時，整個程序的編制過程由人工完成。要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備機械加工工藝知識和一定的數(shù)值計算能力。手工編程對簡單零件通常是可以勝任的.

9對于一些形狀復雜的零件或空間曲面零件，編程工作量十分巨大，計算繁瑣，花費時間長，而非常容易出錯。不過，根據(jù)目前生產(chǎn)實際情況，手工編程在相當長的時間內(nèi)還會是一種行之有效的編方法。一、手工編程10

自動編程是指編程人員只需根據(jù)零件圖樣的要求，按照某個自動編程系統(tǒng)的規(guī)定，編寫一個零件源程序，輸入編程計算機，再由計算機自動進行程序編制，并打印程序清單和制備控制介質(zhì)。自動編程既可以減輕勞動強度，縮短編程時間，又可減少差錯，使編程工作簡便。二.自動編程11目前，生產(chǎn)實際中應用較多的商品化的CAD/CAM系統(tǒng)主要有:◆國外引進的UnigraphicsⅡ、Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、Mastercam、SDRC/I-DEAS、DELCAM等.◆國產(chǎn)CAD/CAM系統(tǒng)是北航海爾的CAXA。二.自動編程12在機械制造方面，CAD/CAM系統(tǒng)的內(nèi)容一般包含：二維繪圖，三維線架、曲面、實體建模，真實感顯示，特征設計，有限元前后置處理，運動機構造型，幾何特性計算，數(shù)控加工和測量編程，工藝過程設計，裝配設計，板金件展引和排樣，加工尺寸精度控制，過程仿真和干涉檢查，工程數(shù)據(jù)管理等。二.自動編程13

小結

本次課需要學生掌握數(shù)控技術、數(shù)控加工、數(shù)控機床、數(shù)控編程的概念；掌握數(shù)控編程的步驟；了解數(shù)控加工的特點和數(shù)控的編程方法。

思考題

1.數(shù)控編程的編程方法有哪些？分析它們之間的優(yōu)缺點？手工編程的編程步驟？2.數(shù)控加工的特點是什么？數(shù)控加工的主要應用范圍有哪些？14

為了簡化編制程序的方法和保證記錄數(shù)據(jù)的互換性。對數(shù)控機床的坐標和方向的命名國際上很早就制定有統(tǒng)一標準，我國于1982年制定了JB3051—82《數(shù)控機床坐標和運動方向的命名》標準。第三節(jié)坐標系的確定

15一.坐標系在標準中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡兒坐標系對機床的坐標系進行命名。用X，Y，Z表示直線進給坐標軸，X，Y，Z坐標軸的相互關系由右手法則決定，如圖所示?！舸竽分傅闹赶驗閄軸的正向;◆食指指向為Y軸的正方向;◆中指指向為Z軸的正方向。16一.坐標系圍繞X，Y，Z軸旋轉的圓周進給坐標軸分別用A，B，C表示，根據(jù)右手螺旋定則，如圖所示，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，則食指、中指等的指向是圓周進給運動的+A，+B，+C方向。17★規(guī)定通常在編程時，不論機床在加工中是刀具移動，還是被加工工件移動，都一律假定被加工工件相對靜止不動，而刀具在移動，并規(guī)定刀具遠離工件的方向作為坐標的正方向。一.坐標系18坐標

Z坐標的運動方向是由傳遞切削動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標，Z坐標的正向為刀具離開工件的方向。二.坐標軸方向的確定19坐標如果機床上有幾個主軸，則選一個垂直于工件裝夾平面的主軸方向為Z坐標方向；如果主軸能夠擺動，則選垂直于工件裝夾平面的方向為Z坐標方向；如果機床無主軸，則選垂直于工件裝夾平面的方向為Z坐標方向。二.坐標軸方向的確定20坐標

X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時，要考慮兩種情況：如果工件做旋轉運動，則刀具離開工件的方向為X坐標的正方向。

如果刀具做旋轉運動，則分為兩種情況：Z坐標水平時，觀察者沿刀具主軸向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方。

二.坐標軸方向的確定21坐標

在確定X、Z坐標的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標的方向，按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。二.坐標軸方向的確定22二.坐標軸方向的確定4.機床的附加坐標系

若在機床上X、Y和Z坐標的直線進給運動之外，還有其它的直線進給運動時，則建立第二坐標系。其直線坐標為：U、V、W；回轉坐標為：D、E、F。若再有其它進給運動時，可順次建立第三坐標系、第四坐標系……23下圖是幾臺常見數(shù)控機床的坐標系。二.坐標軸方向的確定24機床坐標系是機床固有的坐標系，機床坐標系的原點也稱為機床原點或機床零點在機床經(jīng)過設計制造和調(diào)整后這個原點便被確定下來,它是固定的點。三.機床坐標系

25工件坐標系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點為原點稱編程原點或工件原點工件坐標系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐標系所取代。四.工件坐標系

26工件坐標系的選擇原則：◆要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件，一般情況下以坐標式尺寸標注的零件，編程原點應選在尺寸標注的基準點；◆對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點應選在對稱中心線或圓心上；◆Z軸的程序原點通常選在工件的上表面。

四.工件坐標系27國際上已形成了兩個通用標準：國際標準化組織（ISO）標準和美國電子工業(yè)學會（EIA）標準。我國根據(jù)ISO標準制定了JB3051-82《數(shù)字控制機床坐標和運動方向的命名》等國標。由于生產(chǎn)廠家使用標準不完全統(tǒng)一，使用代碼、指令含義也不完全相同，因此需參照機床編程手冊。第四節(jié)編程格式及內(nèi)容

28一個完整的數(shù)控程序由程序號、程序內(nèi)容和程序結束三部分組成?！舫绦蛎?/p>

程序名是一個程序必需的標識符。地址符常見的有：“%”、“O”、“P”等，視具體數(shù)控系統(tǒng)而定。

◆程序內(nèi)容

它由許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構成。◆程序結束它是以程序結束指令M02或M30，結束整個程序的運行。一.數(shù)控程序的結構

29程序段格式是指一個程序段中字、字符、數(shù)據(jù)的書寫規(guī)則，通常有字—地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式，最常用的為字—地址程序段格式。二.程序段格式

NGXXXYZIJKFSTMXX30地址字的說明N程序段號，后跟2～4位數(shù)字；G準備功能代碼，后跟2位數(shù)字；M輔助指令代碼，后跟2位數(shù)字；XY±·XXX坐標值，其值可正或負；ZIJ±·XXX——圓弧的圓心坐標；KF進給速度功能；S主軸功能；T刀具功能。二.程序段格式

31數(shù)控機床的運動是由程序控制的，而準備功能和輔助功能是程序段的基本組成部分。目前國際上廣泛應用的是ISO標準，我國根據(jù)ISO標準制訂了JB3208-83《數(shù)控機床的準備功能G和輔助功能的代碼》三.數(shù)控系統(tǒng)的準備功能和輔助功能

32◆準備功能（G功能）

G功能指令是使機床做某種操作的指令。用地址G和兩位數(shù)字表示，從G00-G99共100種。分為模態(tài)和非模態(tài)兩大類三.數(shù)控系統(tǒng)的準備功能和輔助功能

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1.非模態(tài)G功能

只在所規(guī)定的程序段中有效，程序段結束時被注銷。例:N10G04P10.0（延時10s）N11G91G00X-10.0F200(X負向移動10mm)N10程序段中G04是非模態(tài)G代碼，不影響N11程序段的移動。342.模態(tài)G功能：

一組可相互注銷的G功能，這些功能一旦被執(zhí)行，則一直有效，直到被同一組的G功能注銷為止。例：N15G91G01X-10.0F200N16Y10.0（G91,G01仍然有效）N17G03X20Y20R20（G03有效,G01無效）35

◆輔助功能M代碼控制機床及其輔助裝置的通斷的指令。如開、停冷卻泵；主軸正反轉、停轉；程序結束等。組成：M后帶二位數(shù)字組成，共有100種（M00～M99），有模態(tài)（續(xù)效）指令與非模態(tài)指令之分。36◆進給速度F

F指令表示工件被加工時刀具相對于工件的合成進給速度。F的單位取決于G94(每分鐘進給量mm/min)或G95(每轉進給量mm/r)。當工作在G01、G02或G03方式下，編程的F一直有效直到被新的F值所取代；而工作在G00、G60方式下快速定位的速度是各軸的最高速度，與所編F無關。借助操作面板上的倍率開關，F(xiàn)可在一定范圍內(nèi)進行倍率修調(diào)。當執(zhí)行攻絲循環(huán)G84、螺紋切削G33時倍率開關失效，進給倍率固定在100%。四.F、S、T功能指令

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◆主軸功能S主軸功能S控制主軸轉速。是由地址碼S和在其后面的若干數(shù)字組成，單位為轉/每分鐘(r/min)；S是模態(tài)指令，S功能只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時有效?！窈憔€速度控制（G96）當數(shù)控機床的主軸為伺服主軸時，可以通過指令G96來設定恒線速度控制。系統(tǒng)執(zhí)行G96指令后，便認為用S指定的數(shù)值表示切削速度。例如G96S200，表示切削速度為200m/min。●主軸轉速控制（G97）G97是取消恒線速度控制指令。編程G97后，S指定的數(shù)值表示主軸每分鐘的轉速。例如G97S1200，表示主軸轉速為1200r/min。

四.F、S、T功能指令

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◆刀具功能(T機能)：T代碼用于選刀，其后的數(shù)值表示選擇的刀具號。T代碼與刀具的關系是由機床制造廠規(guī)定的。在加工中心上執(zhí)行T指令刀庫轉動，選擇所需的刀具，然后等待直到M06指令作用時自動完成換刀。T指令同時調(diào)入刀補寄存器中的刀補值(刀補長度和刀補半徑)。T指令為非模態(tài)指令，但被調(diào)用的刀補值一直有效直到再次換刀調(diào)入新的刀補值四.F、S、T功能指令39小結

本次課需要學生掌握數(shù)控機床的坐標系建立；各坐標軸的確定；數(shù)控編程的的組成和格式；Ｇ功能指令和Ｍ功能指令。

思考題1.數(shù)控機床的坐標系是怎樣確定的?

２.模態(tài)指令與非模態(tài)指令之間的區(qū)別是什么？40第五節(jié)常用的M指令和G指令一、常用M功能指令常用的輔助功能代碼見下表。★注意：各種機床的M代碼規(guī)定有差異，編程時必須根據(jù)說明書的規(guī)定進行。41一.常用M功能指令功能含義用途M00程序停止當執(zhí)行有M00的程序段后，主軸旋轉、進給、冷卻液送進都將停止。此時可執(zhí)行某一手動操作，如工件調(diào)頭、手動變速等。如果再重新按下控制而板上的循環(huán)啟動按鈕，繼續(xù)執(zhí)行下一程序段。M01選擇停止與M00的功能基本相似，只有在按下“選擇停止”后，M01才有效，否則機床繼續(xù)執(zhí)行后面的程序段；按“啟動”鍵，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。M02程序結束當全部程序結束時使用該指令，它使主軸、進給、冷卻液送進停止，并使機床復位。M03主軸正轉用于主軸順時針方向轉動。M04主軸反轉用于主軸逆時針方向轉動。M05主軸停轉用于主軸停止轉動。M06換刀用于加工中心的自動換刀動作。M08冷卻液開用于切削液開M09冷卻液關用于切削液關M30程序結束M30和M02功能基本相同，只是M30指令還兼有控制返回到零件程序頭的作用。使用M30的程序結束后若要重新執(zhí)行該程序只需再次按操作面板上的循環(huán)啟動鍵。M98子程序調(diào)用用于調(diào)用子程序M99子程序返回用于子程序結束及返回。421.工件坐標系的設定指令（G92/G50）編程格式：G92XYZ（數(shù)控銑床、加工中心）G50XZ（數(shù)控車床）坐標值X、Y、Z為刀位點在工件坐標系中的坐標。G92/G50只建立工件坐標系刀具并不產(chǎn)生運動。如圖右所示，建立工件坐標系。G92X30Y30Z20；二.常用的G功能指令

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2.坐標平面選擇指令（G17、G18、G19）坐標平面選擇指令G17、G18、G19分別用來指定程序段中刀具的圓弧差補償平面和刀具半徑補償平面。在笛卡爾直角坐標系中，三個互相垂直的軸X、Y、Z分別構成三個平面，如圖右所示。G17—選擇在XY平面內(nèi)加工G18—選擇在XZ平面內(nèi)加工G19—選擇在YZ平面內(nèi)加工二.常用的G功能指令443.絕對值編程G90與相對值編程G91

格式：G90G91

說明：G90絕對值編程，終點坐標值是相對于編程原點的絕對坐標；G91相對值編程，終點坐標值是相對于本次運動起點的增量值，該值等于沿軸移動的距離。G90G91為模態(tài)功能可相互注銷，G90為缺省值。二.常用的G功能指令454.快速定位方式G00（模態(tài)）格式：G00X

Y

Z

；說明：G00速度由系統(tǒng)確定，是以系統(tǒng)的最高速度進給，后面的坐標值為終點坐標值。應用于空行程、快進、快退，節(jié)省時間，提高效率。二.常用的G功能指令465.直線插補指令G01（模態(tài)）格式：G01X

Y

Z

F

；說明：X、Y、Z坐標值為直線終點坐標值，可為絕對坐標值或相對坐標值由G90/G91決定。F為速度指令，改變F值可以改變直線插補速度。

★注意：程序中首次出現(xiàn)的插補指令（G01、G02、G03）一定要有F指令，否則出錯！后續(xù)程序中如速度相同可省略。如速度改變不可省略。二.常用的G功能指令

47例：分別用絕對和增量方式編程（如圖所示）。二.常用的G功能指令

48絕對方式： 增量方式：N1M03S640；主軸正轉 N1M03S640；N2G90； 選絕對（增量）N2G91；N3G00 X20 Z60；快進A-BN3G00X-60Z-20；N4G01X30Z40F100；工進B-CN4G01X10Z-20F100；N5G01 X30 Z20； C-DN5G01X0Z-20；N6G01 X40 Z20； D-EN6G01X10Z0；N7M02； 程序結束 N7M02；4950例2：綜合運用G01、G02、G03等基本指令按照下圖編寫程序（路徑O-A-B-C-D-E-F-G-O），如下圖所示。二.常用的G功能指令

51NC程序N1 M03 S300；N2 G90 G54 G00 X0 Y0； 快速定位到O點N3 G01 X0 Y15 F100； O-AN4 G01 X10 Y15； A-BN5 G02 X15 Y10 I0 J-5； B-CN6 G03 X18 Y7 I3 J0； C-DN7 G01 X20 Y7； D-EN8 G01 X23 Y5； E-FN9 G01 X23 Y0； F-GN10 G01 X0 Y0； G-ON11 M02；52

思考題運用通用指令編寫如圖所示的程序。小結

本次課需要學生掌握通用指令的指令格式和編程方法并學會簡單的編程。

53數(shù)控加工錄象返回外圓車刀刀片的安裝數(shù)控車削工件安裝數(shù)控車削（1）數(shù)控車削（2）數(shù)控銑削（1）數(shù)控銑削（2）加工中心加工54數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

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