數(shù)控機(jī)床加工程序編制基礎(chǔ)課件

數(shù)控機(jī)床加工程式編制基礎(chǔ)1.1數(shù)控程式編制的概念1.2數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1.3常用編程指令

1.4程式編制中的數(shù)學(xué)處理

在編制數(shù)控加工程式前，應(yīng)首先瞭解：數(shù)控程式編制的主要工作內(nèi)容，程式編制的工作步驟，每一步應(yīng)遵循的工作原則等，最終才能獲得滿足要求的數(shù)控程式。1.1數(shù)控程式編制的概念

1.1.1數(shù)控程式編制的定義編制數(shù)控加工程式是使用數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要技術(shù)工作，理想的數(shù)控程式不僅應(yīng)該保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效的工作。

1、數(shù)控程式編制的內(nèi)容及步驟數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程式的全部工作過程。編程工作主要包括：（1）分析零件圖樣和制定工藝方案（2）數(shù)學(xué)處理（3）編寫零件加工程式（4）程式檢驗(yàn)分析零件圖樣和制定工藝方案數(shù)

學(xué)

處

理編

寫

程

序程

序

校

驗(yàn)修改

2、數(shù)控程式編制的方法數(shù)控加工程式的編制方法主要有兩種：手工編制程式和自動(dòng)編制程式。（1）手工編程手工編程指主要由人工來完成數(shù)控編程中各個(gè)階段的工作。零件圖樣工藝人員夾具表機(jī)床表刀具表工藝規(guī)程編程人員加

工

程

序

初

稿加工程序修改編程手冊(cè)

（2）電腦自動(dòng)編程自動(dòng)編程是指在編程過程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進(jìn)行外，其餘工作均由電腦輔助完成。採用電腦自動(dòng)編程時(shí)，數(shù)學(xué)處理、編寫程式、檢驗(yàn)程式等工作是由電腦自動(dòng)完成的，由於電腦可自動(dòng)繪製出刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，使編程人員可及時(shí)檢查程式是否正確，需要時(shí)可及時(shí)修改，以獲得正確的程式。又由於電腦自動(dòng)編程代替程式編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計(jì)算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍，因此解決了手工編程無法解決的許多複雜零件的編程難題。因而，自動(dòng)編程的特點(diǎn)就在於編程工作效率高，可解決複雜形狀零件的編程難題。

1.1.2字與字的功能1、字元與代碼字元是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號(hào)，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。2、字在數(shù)控加工程式中，字是指一系列按規(guī)定排列的字元，作為一個(gè)資訊單元存儲(chǔ)、傳遞和操作。字是由一個(gè)英文字母與隨後的若干位十進(jìn)位數(shù)字組成，這個(gè)英文字母稱為地址符。如：“X2500”是一個(gè)字，X為地址符，數(shù)字“2500”為地址中的內(nèi)容。

3、字的功能組成程式段的每一個(gè)字都有其特定的功能含義，以下是以FANUC-0M數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)範(fàn)為主來介紹的。（1）順序號(hào)字N

順序號(hào)又稱程式段號(hào)或程式段序號(hào)。順序號(hào)位於程式段之首，由順序號(hào)字N和後續(xù)數(shù)字組成。（2）準(zhǔn)備功能字G準(zhǔn)備功能字的地址符是G，又稱為G功能或G指令，是用於建立機(jī)床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令。附表：G功能字含義表

（3）尺寸字尺寸字用於確定機(jī)床上刀具運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的座標(biāo)位置。其中，第一組

X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用於確定終點(diǎn)的直線座標(biāo)尺寸；第二組

A，B，C，D，E用於確定終點(diǎn)的角度座標(biāo)尺寸；第三組

I，J，K用於確定圓弧輪廓的圓心座標(biāo)尺寸。在一些數(shù)控系統(tǒng)中，還可以用P指令暫停時(shí)間、用R指令圓弧的半徑等。（4）進(jìn)給功能字F

進(jìn)給功能字的地址符是F，又稱為F功能或F指令，用於指定切削的進(jìn)給速度。對(duì)於車床，F(xiàn)可分為每分鐘進(jìn)給和主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給兩種，對(duì)於其他數(shù)控機(jī)床，一般只用每分鐘進(jìn)給。F指令在螺紋切削程式段中常用來指令螺紋的導(dǎo)程。

（5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S

主軸轉(zhuǎn)速功能字的地址符是S，又稱為S功能或S指令，用於指定主軸轉(zhuǎn)速。單位為r/min。（6）刀具功能字T

刀具功能字的地址符是T，又稱為T功能或T指令，用於指定加工時(shí)所用刀具的編號(hào)。對(duì)於數(shù)控車床，其後的數(shù)字還兼作指定刀具長度補(bǔ)償和刀尖半徑補(bǔ)償用。（7）輔助功能字M輔助功能字的地址符是M，後續(xù)數(shù)字一般為1～3位正整數(shù)，又稱為M功能或M指令，用於指定數(shù)控機(jī)床輔助裝置的開關(guān)動(dòng)作。附表：準(zhǔn)備M功能字含義表

1.1.3程式格式1、程式段格式一個(gè)數(shù)控加工程式是若干個(gè)程式段組成的。程式段格式是指程式段中的字、字元和數(shù)據(jù)的安排形式。程式段格式舉例：N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M08

N40X90（本程式段省略了續(xù)效字“G01，Y30.2，F(xiàn)500，S3000，T02，M08”，但它們的功能仍然有效）在程式段中，必須明確組成程式段的各要素：移動(dòng)目標(biāo)：終點(diǎn)座標(biāo)值X、Y、Z；沿怎樣的軌跡移動(dòng)：準(zhǔn)備功能字G；進(jìn)給速度：進(jìn)給功能字F；切削速度：主軸轉(zhuǎn)速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；機(jī)床輔助動(dòng)作：輔助功能字M。

1.2數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1.2.1機(jī)床坐標(biāo)系１、機(jī)床坐標(biāo)系的確定（1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過程。

（2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)係用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱之為機(jī)床坐標(biāo)系。例如銑床上，有機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)以及垂向運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機(jī)床坐標(biāo)系來描述。

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)係用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，並互為90°。則大拇指代表X座標(biāo)，食指代表Y座標(biāo)，中指代表Z座標(biāo)。2)大拇指的指向?yàn)閄座標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅座標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆座標(biāo)的正方向。3)圍繞X、Y、Z座標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)座標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z座標(biāo)中任意軸的正向，則其餘四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)座標(biāo)A、B、C的正向。

（3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正方向，下圖為數(shù)控車床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的正方向。

２、坐標(biāo)軸方向的確定（1）Z座標(biāo)Z座標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行於主軸軸線的坐標(biāo)軸即為Z座標(biāo)，Z座標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。

（2）X座標(biāo)X座標(biāo)平行於工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開工件的方向?yàn)閄座標(biāo)的正方向。2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況：

Z座標(biāo)水準(zhǔn)時(shí)，觀察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z座標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對(duì)刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。

下圖所示為數(shù)控車床的X座標(biāo)。

（3）Y座標(biāo)在確定X、Z座標(biāo)的正方向後，可以用根據(jù)X和Z座標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y座標(biāo)的方向。

3、機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置

機(jī)床原點(diǎn)是指在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，即機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。它在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已確定下來，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。（1）數(shù)控車床的原點(diǎn)在數(shù)控車床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處。同時(shí)，通過設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機(jī)床原點(diǎn)設(shè)定在X、Z座標(biāo)的正方向極限位置上。

4、機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是用於對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)的位置是由機(jī)床製造廠家在每個(gè)進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，座標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的座標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是重合的；而在數(shù)控車床上機(jī)床參考點(diǎn)是離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)。下圖為數(shù)控車床的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)。

1.2.2編程坐標(biāo)系編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時(shí)不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。如下圖所示，其中O2即為編程坐標(biāo)系原點(diǎn)。

編程原點(diǎn)是根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)。編程原點(diǎn)應(yīng)儘量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，如下圖所示為車削零件的編程原點(diǎn)。

1.2.3加工坐標(biāo)系1、加工坐標(biāo)系的確定

加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。加工原點(diǎn)也稱為程式原點(diǎn)，是指零件被裝夾好後，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。

2、加工坐標(biāo)系的設(shè)定

在機(jī)床坐標(biāo)系中直接設(shè)定加工原點(diǎn)。例：以下圖為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設(shè)置加工原點(diǎn)03。（1）加工坐標(biāo)系的選擇編程原點(diǎn)設(shè)置在工件軸心線與工件底端面的交點(diǎn)上。設(shè)工作臺(tái)工作面尺寸為800mm×320mm，若工件裝夾在接近工作臺(tái)中間處，則確定了加工坐標(biāo)系的位置，其加工原點(diǎn)03就在距機(jī)床原點(diǎn)O1為X3、Y3、Z3處。並且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。（2）設(shè)定加工坐標(biāo)系指令1）G54～G59為設(shè)定加工坐標(biāo)系指令。G54對(duì)應(yīng)一號(hào)工件坐標(biāo)系，其餘以此類推。可在MDI方式的參數(shù)設(shè)置頁面中，設(shè)定加工坐標(biāo)系。如對(duì)已選定的加工原點(diǎn)O3，將其座標(biāo)值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm

1.3常用編程指令數(shù)控加工程式是由各種功能字按照規(guī)定的格式組成的。1.3.1絕對(duì)尺寸指令和增量尺寸指令在加工程式中，絕對(duì)尺寸指令和增量尺寸指令有兩種表達(dá)方法。絕對(duì)尺寸指機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的座標(biāo)尺寸值相對(duì)於座標(biāo)原點(diǎn)給出。

增量尺寸指機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的座標(biāo)尺寸值相對(duì)於前一位置給出。

1、

G功能字指定G90指定尺寸值為絕對(duì)尺寸。G91指定尺寸值為增量尺寸。2、

用尺寸字的地址符指定（本課程中車床部分使用）絕對(duì)尺寸的尺寸字的地址符用X、Y、Z增量尺寸的尺寸字的地址符用U、V、W

1.3.3座標(biāo)平面選擇指令座標(biāo)平面選擇指令是用來選擇圓弧插補(bǔ)的平面和刀具補(bǔ)償平面的。G17表示選擇

XY平面，G18表示選擇

ZX平面，G19表示選擇

YZ平面。各座標(biāo)平面如圖1.22所示。一般，數(shù)控車床默認(rèn)在ZX平面內(nèi)加工，數(shù)控銑床默認(rèn)在XY平面內(nèi)加工。

1.3.4快速點(diǎn)定位指令快速點(diǎn)定位指令控制刀具以點(diǎn)位控制的方式快速移動(dòng)到目標(biāo)位置，其移動(dòng)速度由參數(shù)來設(shè)定。指令執(zhí)行開始後，刀具沿著各個(gè)座標(biāo)方向同時(shí)按參數(shù)設(shè)定的速度移動(dòng)，最後減速到達(dá)終點(diǎn)，如下圖所示。程式格式：G00X～Y～Z～式中X、Y、Z的值是快速點(diǎn)定位的終點(diǎn)座標(biāo)值

1.3.5直線插補(bǔ)指令直線插補(bǔ)指令用於產(chǎn)生按指定進(jìn)給速度F實(shí)現(xiàn)的空間直線運(yùn)動(dòng)。程式格式：G01X～Y～Z～F～其中：X、Y、Z的值是直線插補(bǔ)的終點(diǎn)座標(biāo)值。例：實(shí)現(xiàn)下圖中從A點(diǎn)到B點(diǎn)的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),其程式段為：絕對(duì)方式編程：G90G01X10Y10F100增量方式編程：G91G01X-10Y-20F100

1.3.6圓弧插補(bǔ)指令

G02為按指定進(jìn)給速度的順時(shí)針圓弧插補(bǔ)。G03為按指定進(jìn)給速度的逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)。圓弧順逆方向的判別：沿著不在圓弧平面內(nèi)的坐標(biāo)軸，由正方向向負(fù)方向看，順時(shí)針方向G02，逆時(shí)針方向G03，如下圖所示。

程式格式：XY平面：G17G02X～Y～I(xiàn)～J～(R～)F～G17G03X～Y～I(xiàn)～J～(R～)F～ZX平面：G18G02X～Z～I(xiàn)～K～(R～)F～G18G03X～Z～I(xiàn)～K～(R～)F～YZ平面：G19G02Z～Y～J～K～(R～)F～G19G03Z～Y～J～K～(R～)F～其中：X、Y、Z的值是指圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)座標(biāo)值；I、J、K是指圓弧起點(diǎn)到圓心的增量座標(biāo)，與G90,G91無關(guān)；R為指定圓弧半徑，當(dāng)圓弧的圓心角≤180o時(shí)，R值為正，當(dāng)圓弧的圓心角＞1800時(shí)，R值為負(fù)。

1.3.7刀具半徑補(bǔ)償指令在零件輪廓銑削加工時(shí)，由於刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計(jì)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(bǔ)償功能，見下圖。

1、編程格式G41為左偏刀具半徑補(bǔ)償，定義為假設(shè)工件不動(dòng)，沿刀具運(yùn)動(dòng)方向向前看，刀具在零件左側(cè)的刀具半徑補(bǔ)償，見下圖。G42為右偏刀具半徑補(bǔ)償，定義為假設(shè)工件不動(dòng)，沿刀具運(yùn)動(dòng)方向向前看，刀具在零件右側(cè)的刀具半徑補(bǔ)償。G40為補(bǔ)償撤銷指令。程式格式:G00/G01G41/G42X～Y～H～//建立補(bǔ)償程式段……//輪廓切削程式段G00/G01G40X～Y～

//補(bǔ)償撤銷程式段

1.3.8刀具長度補(bǔ)償指令使用刀具長度補(bǔ)償指令，在編程時(shí)就不必考慮刀具的實(shí)際長度及各把刀具不同的長度尺寸。當(dāng)由於刀具磨損、更換刀具等原因引起刀具長度尺寸變化時(shí)，只要修正刀具長度補(bǔ)償量，而不必調(diào)整程式或刀具。G43為正補(bǔ)償，即將Z座標(biāo)尺寸字與H代碼中長度補(bǔ)償?shù)牧肯嗉?，按其結(jié)果進(jìn)行Z軸運(yùn)動(dòng)。G44為負(fù)補(bǔ)償，即將Z座標(biāo)尺寸字與H中長度補(bǔ)償?shù)牧肯鄿p，按其結(jié)果進(jìn)行Z軸運(yùn)動(dòng)。

G49為撤銷補(bǔ)償。

編程格式為：

G01G43/G44ZH//建立補(bǔ)償程式段……

//切削加工程式段

G49

//補(bǔ)償撤銷程式段

1.4程式編制中的數(shù)學(xué)處理根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工工藝路線和允許的編程誤差，計(jì)算數(shù)控系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理一般包括兩個(gè)內(nèi)容：根據(jù)零件圖樣給出的形狀，尺寸和公差等直接通過數(shù)學(xué)方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計(jì)算出編程時(shí)所需要的有關(guān)各點(diǎn)的座標(biāo)值。

1.4.1選擇編程原點(diǎn)從理論上講編程原點(diǎn)選在零件上的任何一點(diǎn)都可以，但實(shí)際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計(jì)算誤差，應(yīng)選擇一個(gè)合理的編程原點(diǎn)。車削零件編程原點(diǎn)的X向零點(diǎn)應(yīng)選在零件的回轉(zhuǎn)中心。Z向零點(diǎn)一般應(yīng)選在零件的右端面、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或?qū)ΨQ平面內(nèi)。車削零件的編程原點(diǎn)選擇見下圖。

銑削零件