71數(shù)控編程-陳開源課件

7.1數(shù)控技術和數(shù)控機床計算機基本知識計算機系統(tǒng)構成：硬件和軟件1.硬件：5大部分運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備。中央處理器(CPU):運算器、控制器、內(nèi)存儲器計算機基本知識2、計算機主要技術指標：字長、存儲容量、運算速度、CPU時間、執(zhí)行時間等。3、計算機軟件NC、CNC基本概念普通車床組成●刀架●床身●主軸箱●滾珠絲杠●床座●尾座數(shù)控臥式車床的基本結構●高精度導軌數(shù)控車床組成●數(shù)控裝置●排屑裝置加工中心數(shù)控銑床數(shù)控銑床NC、CNC基本概念1.數(shù)字控制（NumericalControl）用數(shù)字化信息實現(xiàn)機床控制的一種方法。是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術，簡稱NC。2.數(shù)控機床采用數(shù)字控制技術的新型自動化機床。（1）數(shù)控機床的發(fā)展史1952年美國帕森斯公司和麻省理工學院研制世界上第一臺三坐標數(shù)控立式銑床。兩個階段六個時代其他國家我國NC階段電子管時代晶體管時代集成電路時代195219591965195819641972CNC階段小型計算機時代微處理器時代通用型CNC時代197019741990197819811992數(shù)控發(fā)展史

1983年早春的一個深夜，由蘇聯(lián)海運公司開到日本的萬噸貨輪“老共產(chǎn)黨員”號，從日本芝浦碼頭出港，運走了數(shù)十箱“九余度推進器電腦工作母機”的部件。蘇聯(lián)人在得到這種先進設備后，又在日本人和挪威人的幫助下用來加工本國的潛艇和航空母艦的推進葉片，結果前蘇聯(lián)制造的潛艇推進螺旋槳，上了幾個檔次，使美國間蝶船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，美國海軍第一次喪失對蘇聯(lián)海軍艦艇的水聲探測優(yōu)勢，直到今天，美國海軍仍沒有絕對把握去發(fā)現(xiàn)新型的俄羅斯?jié)撏?，這就是曾經(jīng)轟動一時的“東芝公司違反巴統(tǒng)輸出事件”。這種“九余度推進器電腦工作母機”就是當時最先進的五軸聯(lián)動數(shù)控銑床！經(jīng)典故事

由于現(xiàn)代產(chǎn)品對質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求越來越高，產(chǎn)品復雜程度也越來越高，制造業(yè)數(shù)控裝備的普及成為了一種必然的趨勢。（2）數(shù)控機床的特點自動化程度高，勞動強度低加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定對加工對象的適應性強生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟效益好便于現(xiàn)代管理易于建立計算機通信網(wǎng)絡（3）數(shù)控機床的適用范圍一般來說，數(shù)控機床特別適用于加工零件較復雜、精度要求高和產(chǎn)品更新頻繁、生產(chǎn)周期要求短的場合。批量小而又多次生產(chǎn)的零件幾何形狀復雜的零件在加工過程中必須進行多種加工的零件切削余量大的零件公差帶范圍小的零件工藝設計變化快的零件加工過程中的錯誤造成嚴重浪費的貴重的零件需要全部檢測的零件（4）數(shù)控機床的發(fā)展趨勢高精度化高可靠性高柔性化復合化高速度化制造系統(tǒng)自動化（5）數(shù)控機床的組成

主要由主機、數(shù)控系統(tǒng)（含數(shù)控裝置和伺服裝置）和數(shù)控程序三部分組成，如圖7.1-1所示。（6）數(shù)控機床的分類

1）按控制方式分點位控制系統(tǒng)直線切削控制系統(tǒng)連續(xù)（輪廓）控制系統(tǒng)2）按伺服控制方式分開環(huán)控制系統(tǒng)特點：①無位置反饋裝置，因此控制精度低。②工作比較穩(wěn)定。③適用于中、小型數(shù)控機床。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點：①有位置反饋裝置，并安裝在機床執(zhí)行件上（工作臺）上,反饋工作臺的直線位移,定位精度高。②調(diào)試、維修麻煩，穩(wěn)定性差。③大型和精密機床。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點：①有位置反饋裝置，并安裝在絲桿或電機輸出軸上，將其角位移反饋回來，因有一部分傳動誤差沒有進行補償，所以加工精度低于閉環(huán)的。②系統(tǒng)調(diào)試、維修容易，穩(wěn)定性較好。注意：開環(huán)、全閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別不同處位置檢測裝置檢測元件安裝位置反饋信號控制精度穩(wěn)定性維修難易程度開環(huán)無低好易全閉環(huán)有工作臺直線位移高差難半閉環(huán)有絲杠或電動機輸出軸角位移或速度一般一般一般（3）按工藝用途分類1）數(shù)控車床2）數(shù)控銑床3）加工中心4）數(shù)控鉆床5）數(shù)控鏜床等4.專業(yè)術語NC(NumericalControl)——數(shù)字控制CNC（ComputerNumericalControl)——計算機數(shù)字控制CAD（Computer

Aided

Design）

——計算機輔助設計CAM（Computer

Aided

Manufacture）

——計算機輔助制造CAE（Computer

Aided

Engineering）

——計算機輔助工程分析CAPP(

Computer

Aided

Process

Planning)——計算機輔助工藝規(guī)程設計CIMS(Computer

Integrated

Manufacturing

System）——計算機集成制造系統(tǒng)FMS(FlexibleManufacturingSystem)——柔性制造系統(tǒng)MC(Machining

centers)——加工中心7.1數(shù)控編程基礎一、數(shù)控機床編程基礎數(shù)控編程概述

編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。

數(shù)控編程的內(nèi)容：分析圖樣并確定加工工藝過程、數(shù)值計算、編寫零件加工程序、制作控制介質(zhì)、程序校驗和試切削。數(shù)控編程的步驟：1.分析圖樣、確定加工工藝過程2.數(shù)值計算3.編寫零件加工程序4.制作控制介質(zhì)5.程序校驗和試切削一、數(shù)控機床編程基礎(1)分析零件圖紙分析零件的材料、形狀、尺寸、精度及毛坯形狀和熱處理等。(2)確定工藝過程在圖紙分析的基礎上，選擇機床、確定加工方法、刀具與夾具；確定零件加工的工藝線路、工步順序及切削用量等工藝參數(shù)等。一、數(shù)控機床編程基礎(3)數(shù)值計算計算交點、節(jié)點坐標值以及其它數(shù)據(jù)。(4)編寫程序單根據(jù)制定的加工路線、切削用量、刀具號碼、刀具補償、輔助動作及刀具運動軌跡，按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定代碼及程序格式，編寫零件加工程序。(5)制備控制介質(zhì)

將程序單上的內(nèi)容，經(jīng)轉換記錄在控制介質(zhì)上，若程序較簡單，也可直接通過鍵盤輸入。一、數(shù)控機床編程基礎（6）程序校驗和首件試切控制介質(zhì)經(jīng)過校驗和試切削后，才能用于正式加工。平面輪廓零件：用筆代刀、坐標紙代工件進行繪圖?？臻g曲面零件：可用蠟塊、塑料或木料或價格低的材料作工件，進行試切。

一、數(shù)控機床編程基礎在具有圖形顯示功能的機床上，用靜態(tài)顯示（機床不動）或動態(tài)顯示（模擬工件的加工過程）的方法，則更為方便。上述方法只能檢查運動軌跡的正確性，不能判別工件的加工誤差。首件試切方法可查出程序單是否有錯，還可知道加工精度是否符合要求。一、數(shù)控機床編程基礎一、數(shù)控機床編程基礎

程序編制可分成手工編程和自動編程兩類。手工編程時，整個程序的編制過程是由人工完成的。這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數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。自動編程是用計算機把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作由計算機來實現(xiàn)。35工藝處理數(shù)學處理加工程序單程序校驗穿孔磁盤工藝處理磁盤計算機直接傳輸手工編程自動編程一、數(shù)控機床編程基礎利用CAM系統(tǒng)進行自動編程的基本步驟1．加工工藝確定

（1）校準加工零件的尺寸、公差和精度要求；（2）確定裝卡位置；（3）選擇刀具；

（4）確定加工路線；（5）選定工藝參數(shù)。一、數(shù)控機床編程基礎2．加工模型建立利用CAM系統(tǒng)提供的圖形生成和編輯功能將零件的被加工部位繪制在計算機屏幕上，作為計算機自動生成刀具軌跡的依據(jù)。3．刀具軌跡生成

建立了加工模型后，即可利用CAM系統(tǒng)提供的多種形式的刀具軌跡生成功能進行數(shù)控編程。4．后置代碼生成

后置處理的目的是形成數(shù)控指令文件，利用CAM系統(tǒng)提供的后置處理器可方便地生成和特定機床相匹配的加工代碼。5．加工代碼輸出一、數(shù)控機床編程基礎第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎1.1機床坐標系

為了確定機床各運動部件的運動方向和移動距離，需要在機床上建立一個坐標系，這個坐標系就叫做機床坐標系。1.2機床坐標軸及其方向數(shù)控機床的運動軸分為平動軸和轉動軸數(shù)控機床各軸的運動，有的是使刀具產(chǎn)生運動，有的則是使工件產(chǎn)生運動。第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎鑒于以上兩方面情況，標準規(guī)定，不論機床的具體運動結果如何，機床的運動統(tǒng)一按工件靜止而刀具相對于工件運動來描述，并以右手笛卡爾坐標系表達，其坐標軸用X，Y，Z表示，用來描述機床的主要平動軸，稱為基本坐標軸，若機床有轉動軸，標準規(guī)定繞X，Y和Z軸轉動的軸分別用A、B、C表示，其正向按右手螺旋定則確定。

第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎2Z坐標軸

將機床主軸沿其軸線方向運動的平動軸定義為Z軸。所謂主軸是指產(chǎn)生切削動力的軸，例如銑床、鉆床、鏜床上的刀具旋轉軸和車床上的工件旋轉軸。

對于Z軸的方向，標準規(guī)定以增大刀具與工件間距離的方向為Z軸的正方向。

第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎3X坐標軸將在垂直于Z軸的平面內(nèi)的一個主要平動軸指定為X軸，它一般位于與工件安裝面相平行的水平面內(nèi)。4Y坐標軸Y軸及其方向則是根據(jù)X和Z軸按右手法則確定。第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎5機床原點機床原點是機床坐標系的原點。對某一具體的機床來說，機床原點是固定的，是機床制造商設置在機床上的一個物理位置第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎6工件坐標系和工件零點用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標系。工件坐標系的原點就是工件零點工件零點的一般選用原則：工件零點選在工件圖樣的尺寸基準上，這樣可以直接用圖紙標注的尺寸作為編程點的坐標值，減少計算工作量；能使工件方便地裝卡、測量和檢驗；工件零點盡量選擇尺寸精度較高、粗糙度比較低的工件表面上，以提高加工精度和同一批零件的一致性；對于有對稱形狀的幾何零件，工件零點最好選擇對稱中心上。第一節(jié)數(shù)控編程的幾何基礎8程序原點為了編程方便，在圖紙上選擇一個適當位置作為程序原點，也叫編程原點或程序零點。對于簡單零件，工件零點就是程序零點，這時的編程坐標系就是工件坐標系。對于形狀復雜的零件，需要編制幾個程序或子程序，為了編程方便和減少許多坐標值的計算，編程零點就不一定設在工件零點上，而設在便于程序編制的位置。程序原點一般用G92或G54~G59（對于數(shù)控鏜銑床）和G50（對于數(shù)控車床）指定二、零件程序的結構

一個零件程序是由遵循一定結構、句法和格式規(guī)則的若干個程序段組成的，而每個程序段是由若干個指令字組成的。程序段N01G91G17G00G42T01X85Y-25N02Z-15S400M03M08N03G01X85F300N04G03Y50I25N05G01X-75N06Y-60N07G00Z15M05M09N08G40X75Y35M02*46第二節(jié)數(shù)控編程常用的指令及其格式上面是一個完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段組成。程序名是該加工程序的標識；程序段是一個完整的加工工步單元，它以N（程序段號）指令開頭；

M02作為整個程序結束的指令，有些數(shù)控系統(tǒng)可能還規(guī)定了一個特定的程序開頭和結束的符號，如%、EM等*47第二節(jié)數(shù)控編程常用的指令及其格式由上面的程序可知：加工程序——由程序名和若干程序段有序組成的指令集。程序是由若干程序段組成程序段是由干指令字組成。指令字是由字母（地址符）和其后所帶的數(shù)字一起組成。程序段的格式，是指一個程序段中指令字的排列順序和書寫規(guī)則，不同的數(shù)控系統(tǒng)往往有不同的程序段格式，格式不符合規(guī)定，數(shù)控系統(tǒng)就不能接受。*48第二節(jié)數(shù)控編程常用的指令及其格式目前廣泛采用的是地址符可變程序段格式（或者稱字地址程序段格式）格式：N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_LF這種格式的特點：

程序段中的每個指令字均以字母（地址符）開始，其后再跟符號和數(shù)字。不需要的指令字或者與上段相同的續(xù)效代碼可以省略不寫。因此，這種格式具有程序簡單、可讀性強，易于檢查等優(yōu)點。7/22/2023－49－主程序、子程序

在一個零件的加工程序中，若有一定量的連續(xù)的程序段在幾處完全重復出現(xiàn)，則可將這些重復的程序串單獨抽出來，按一定的格式做成子程序。

第二節(jié)數(shù)控編程常用的指令及其格式*50 常用地址碼的含義如表所示機能地址碼意義程序號

順序號

準備機能O

N

G程序編號

順序編號

機床動作方式指令坐標指令X.Y.Z

A.B.C.U.V.W

R

I.J.K坐標軸移動指令

附加軸移動指令

圓弧半徑

圓弧中心坐標進給機能

主軸機能

刀具機能F

S

T進給速度指令

主軸轉速指令

刀具編號指令輔助機能M

B接通、斷開、啟動、停止指令

工作臺分度指令補償

暫停

子程序調(diào)用

重復

參數(shù)H.D

P.X

I

P.Q.R刀具補償指令

暫停時間指令

子程序號指定

固定循環(huán)重復次數(shù)

固定循環(huán)參數(shù)三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系

3.1輔助功能M代碼

輔助功能由地址字M和其后的一或兩位數(shù)字組成，主要用于控制零件程序的走向，以及機床各種輔助功能的開關動作。

M功能有非模態(tài)M功能和模態(tài)M功能二種形式?！穹悄B(tài)M功能（當段有效代碼）：只在書寫了該代碼的程序段中有效；●模態(tài)M功能（續(xù)效代碼）：一組可相互注銷的M功能，這些功能在被同一組的另一個功能注銷前一直有效。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系M代碼及功能表代碼模態(tài)功能說明代碼模態(tài)功能說明M00非模態(tài)程序暫停M03模態(tài)主軸正轉M02非模態(tài)程序結束M04模態(tài)主軸反轉M30非模態(tài)程序結束并返回程序起點M05模態(tài)主軸停止M07模態(tài)冷卻液打開M98非模態(tài)調(diào)用子程序M08模態(tài)冷卻液打開M99非模態(tài)子程序結束M09模態(tài)冷卻液關閉三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系M00、M02、M30用于控制零件程序的走向，是CNC內(nèi)定的輔助功能，不由機床制造商設計決定，也就是說，與PLC程序無關；其余M代碼用于機床各種輔助功能的開關動作，其功能不由CNC內(nèi)定，而是由PLC程序指定，所以有可能因機床制造商不同而有差異（使用時須參考機床使用說明書）。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.2主軸功能S

主軸功能S控制主軸轉速，其后的數(shù)值表示主軸速度，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。

S所編程的主軸轉速可以借助機床控制面板上的主軸倍率開關進行修調(diào)。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.3進給功能FF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(xiàn)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方式下，快速定位的速度是各軸的最高速度，與所編F無關。

三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.4刀具功能T代碼用于選刀，其后的4位數(shù)字分別表示選擇的刀具號和刀具補償號。執(zhí)行T指令，轉動轉塔刀架，選用指定的刀具。當一個程序段同時包含T代碼與刀具移動指令時，先執(zhí)行T代碼指令，而后執(zhí)行刀具移動指令。刀具的補償包括刀具偏置補償、刀具磨損補償及刀尖圓弧半徑補償。

T指令同時調(diào)入刀補寄存器中的補償值。刀尖圓弧補償號與刀具偏置補償號對應。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.5準備功能G代碼準備功能G指令由G后二位數(shù)值組成，它用來規(guī)定刀具和工件的相對運動軌跡、機床坐標系、坐標平面、刀具補償、坐標偏置等多種加工操作。

模態(tài)G代碼（續(xù)效代碼）：該代碼在一個程序段中被使用后就一直有效，直到出現(xiàn)同組中的其它任一G代碼時才失效。非模態(tài)G代碼（非續(xù)效代碼）：只在有該代碼的程序段中有效的代碼。G指令通常位于程序段中尺寸字之前。例：N010G90G00X16S600T01M03；N020G01X8Y6F100；N030X0Y0；三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.6.1絕對坐標指令與增量坐標指令（G90、G91）G90—絕對坐標指令G91—增量坐標指令例

編制圖中的移動量。絕對尺寸指令：G90G01X30Y50；增量尺寸指令：G91G01X20Y30；3.6與坐標系有關指令三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.6.2坐標系設定指令（G92）例

設置圖中工件坐標系坐標系設定指令：G92X400Z200；3.6.3坐標平面選擇指令（G17、G18、G19）G17、G18、G19指令分別表示在XY、ZX、YZ坐標平面內(nèi)進行加工。其中，G17可缺省。200400OpX

Z三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.7運動控制指令7/22/2023－62－1、G00指令——快速定位指令編程格式：G00X__Y__Z__

；

式中X、Y、Z：絕對值指令時是終點的坐標值；增量值指令時是刀具移動的距離。功能：指令刀具從當前點，以數(shù)控系統(tǒng)預先調(diào)定的快進速度（修調(diào)倍率），快速移動到程序段所指令的下一個定位點。只要非切削的移動，通常使用G00指令，如由機械原點快速定位至切削起點，切削完成后的Z軸退刀及X、Y軸的定位等，以節(jié)省加工時間（只能用于工件外部的空程行走）。注意：

G00中不需要指定進給速度，續(xù)效指令。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系7/22/2023－63－如圖所示，空間直線移動從A到B。其編程計算方法如下：絕對：G90G00Xb

Yb

Zb；增量：G91G00X(xb?xa)Y(yb?ya)Z(zb?za)；

三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系3.7.2直線插補指令（G01）三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系7/22/2023－65－2、G01指令——直線插補指令編程格式：G01X_a_Y_b_Z_c_F_f_；

式中：X、Y、Z：絕對值指令時是終點的坐標值；增量值指令時是刀具移動的距離。F:刀具的進給速度(進給量)它是一個合成速度。F為續(xù)效指令，因此無需對每個程序段都指定F；如果F代碼不指令進給速度被當作零。功能：指令多坐標（2、3坐標）以聯(lián)動的方式，按程序段中規(guī)定的合成進給速度f，使刀具相對于工件按直線方式，由當前位置移動到程序段中規(guī)定的位置（a、b、c）。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系7/22/2023－66－示例：實現(xiàn)圖中從A點到B點的直線插補運動,其程序段為：

絕對方式編程：G90G01X10Y10F100；

增量方式編程：G91G01X-10Y-20F100；三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系7/22/2023－67－：G90G01Y17.F80；

X-10.Y30.；G91X-40.

Y-18.；G90X-22.Y0；

X0.；

：三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系7/22/2023－68－運動控制指令－示例17/22/2023－69－運動控制指令－示例17/22/2023－70－3、G02,G03——圓弧插補指令

G02：順時針圓弧插補。G03：逆時針圓弧插補。（1）順、逆方向判別規(guī)則：

沿垂直于圓弧所在平面的坐標軸由正方向向負方向觀察，來判別圓弧的順、逆時針方向。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系7/22/2023－71－三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系4.1.刀具半徑補償指令（G41、G42、G40）1.1刀具半徑補償概念實際的刀具都是有半徑的。使刀具的刀尖沿零件輪廓曲線加工，刀位點的運動軌跡即加工路線應該與零件輪廓曲線有一個半徑值大小的偏移量。使刀具的刀位點正確運動有兩種方式：1)加工前計算出刀位點運動軌跡，再編程加工；2)按零件輪廓的坐標數(shù)據(jù)編程，由系統(tǒng)根據(jù)工件輪廓和刀具半徑R自動計算出刀具中心軌跡。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系4.刀具補償指令

刀具半徑補償指令在零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補償功能，見下圖。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系5絕對值編程G90與相對值編程G91G90：絕對值編程，每個編程坐標軸上的編程值是相對于程序原點的。G90為缺省值。G91：相對值編程，每個編程坐標軸上的編程值是相對于前一位置而言的，該值等于沿軸移動的距離。絕對編程時，用G90指令后面的X、Z表示X軸、Z軸的坐標值；增量編程時，用U、W或G91指令后面的X、Z表示X軸、Z軸的增量值。三、數(shù)控系統(tǒng)編程指令體系

如圖所示，使用G90、G91編程：要求刀具由原點按順序移動到1、2、3點，然后回到原點。

絕對編程增量編程混合編程

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