数控机床程序编制讲解

数控加工的程序编制（数控加工编程基础）概述一数控编程的基本概念1．数控加工：是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，在数控机床上加工零件时，首先要根据零件图样、按照规定的代码及程序格式将零件加工的全部工艺过程，工艺参数，位移数据，和方向以及操作步骤等以数字信息的形式记录在控制介质上（如穿孔带、磁带等），然后输入数控装置，从而指挥数控机床加工。一数控编程的基本概念2．（数控编程）程序编程：制备数控加工程序的过程，称为数控加工的程序编制，简称数控编程。数控编程方法简介1手工编程：用人工完成程序的全部工作（包括运用计算机辅助进行数值计算）称为手工编程。对于点位加工或几何形状较为简单的零件，数值计算较简单，程序段不多，用手工编程即可实现，且经济，及时。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线，列表曲线或曲面的零件，用手工编程就有一定的困难，出错的可能增大，效率低，据统计采用手工编程一个零件的编程时间与数控机床加工时间之比平均30：1，因此为了缩补编程时间，提高机床的利用率，必须采用“自动程序编制”的方法。2自动编程：以自动编程语言为基础的自动编程方法简称语言式自动编程。以计算机绘图为基础的自动编程方法简称图形交互式自动编程。自动编程：也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机来完成。如完成坐标值计算，编写程序单和制备控制介质等。1机床坐标系与机床原点：机床坐标系是机床上固有的坐标系，；并设有固定的坐标原点，其坐标的运动方向视机床的种类和结构而定。一般情况下，坐标系是利用机床机械结构的基准线来确定，在机床说明书中均有规定。机床坐标系的原点也称机床原点、机械原点。它是固有的点，不能随意改变。一、编程的几何基础§2.2数控编程的基础概述1.机床坐标系1.机床坐标系2各坐标的正方向：①标准统一规定：以增大工件与刀具之间的距离的方向（即增大工件尺寸的方向为坐标轴的正方向。对工件旋转的机床（车床、外圆磨床等）X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑座。取刀具远离工件的方向为X坐标的正方向，对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床等），则规定当Z轴为水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，向右方向为X轴正方向，当Z轴为垂直时，对于单立柱机床，面对刀具主轴向立柱方向看，向右方向为X轴的正方向。1.机床坐标系②平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列主轴，则选尽可能垂直于工件装夹面的主要轴为Z轴。③Z轴的正方向定义为从工件到刀具夹持的方向，X轴：作为水平的，平行于工件的装夹平面的轴。平行于主要的切削方向。④Y坐标：Y坐标垂直于X、Z坐标，在确定了X、Z后可按右手定则确定Y坐标的方向。⑤A、B、C坐标：A、B、C坐标分别为绕X、Y、Z坐标的回转进给运动坐标，已知X、Y、Z坐标正方向后，用右手定则即可确定。⑥附加运动坐标：X、Y、Z为机床的主坐标系或第一坐标系。如除了第一坐标系以外还有平行于主坐标系的其它坐标系则称为附加坐标系。附加的第二坐标系各为U、V、W第三坐标系为P、Q、R。所谓第一坐标系是指与主轴接近的直线运动坐标系稍远的即为第二坐标系。除了A、B、C第一回转坐标系以外，还有其他的回转运动坐标，则命名为D、Z等。1.机床坐标系（1）坐标轴及运动方向的规定1.机床坐标系机床零点：机床坐标系的原点称为机床零点。机床零点是一个固定值由机床制造厂确定，是所有坐标系的基准点。零点位置由机床的种类和厂家不同而不同。机床的参考点：是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的增量测量系统进行标定和控制的点。参考点对机床零点的坐标是一个固定的已知数。2.机床零点与参考点编程坐标系：由于工件与刀具是一对相对运动，+X`与+X，+Y`与+Y，+Z`与+Z有确定的关系。所以在数控编程时为了方便，一律假定工件固定不动，全部用刀具运动的坐标系编程。也就是说只能用标准坐标系X、Y、Z，A、B、C在图样上进行编程。这样：即使在编程人员不知是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况也能编制正确的程序。3.工件坐标系与工件零点2工件坐标系与工件原点：工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一点为原点所建立起来的坐标系。编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。故工件坐标系也称编程坐标系。工件坐标系的原点也称工件原点、编程原点。它是可以用程序指令设置和改变的。在一个零件的全部加工程序中，根据需要，可以一次或多次设定或改变工件原点。3.工件坐标系与工件零点3机床坐标与工件坐标的关系：一般地说：工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴平行，方向也相同，但原点不同。在加工中，工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点与机床原点之间的坐标距离，这个距离称为工件原点偏置。这个值偏置需预存到数控系统中。在加工时，工件原点偏置值便能自动加至工件坐标系中，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。（三）机床坐标系与工件坐标系：机床坐标系与工件坐标系1.加工工件的选择2.加工工序的划分3.工件的装卡方式4.加工路线的确定5.切削用量的选择二数控编程的工艺基础：刀具集中分序法粗、精加工分序法按加工部位分序法三、数控程序编制的内容和步骤：内容：分析零件图纸，确定加工工艺路线，刀具轨迹计算，编写零件加工程序，程序输入、程序校验和试切削、加工等。步骤：确定加工工艺路线刀位轨迹计算编写加工程序程序输入程序校验零件试切零件图加工数控编程的步骤零件图纸分析1分析零件图纸：根据零件材料、形状、尺寸、精度、毛坯形状和热处理要求等确定加工方案，选择合适的数控机床。三、数控程序编程的内容和步骤：2工艺处理：（1）确定加工方案；（2）刀具工夹具的设计和选择；（3）选择对刀点；“对刀点”是程序执行的起点，也称“程序原点”。对刀点的选择原则是：所选对刀点，应使程序编制简单；对刀点应选在容易找正、并在加工中便于检查的位置；引起的加工误差小。对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。（4）确定加工路线；（5）确定切削用量；三、数控程序编程的内容和步骤：2工艺处理：编程人员要根据零件图纸进行工艺分析，然后确定加工方案，确定加工顺序，加工路线，装夹方式，刀具，工装以及切削用量等工艺参数。这些工作与普通机床加工零件时，工艺规程的编制基本上相似，但也有自身的一些特点，要考虑数控机床的指令功能，充分发挥它的效能。3计算加工轨迹和加工尺寸：根据确定的加工路线和允许的零件误差，计算出所需的输入数控装置的数据，称为数值计算。数值计算的主要内容是在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动的轨迹的坐标值。数值计算的复杂程度取决于零件的复杂程度和数控装置功能的强弱，一般数控系统都具有直线插补，圆弧插补和刀具补偿功能，对于加工直线和圆弧组成的平面零件，只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点（称为基点）的坐标值。3数值计算：对于较复杂的零件或零件的几何形状与数控系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算。例如：非圆曲线需要用直线段或圆弧段来逼近，在满足精度的条件下，计算出相邻逼近直线或圆弧的交点或切点（称为节点）的坐标值。对于自由曲线、自由曲面和组合曲面的编制，其数学处理更为复杂，一般需计算机辅助计算。3计算加工轨迹和加工尺寸：4编写零件加工程序单：在加工路线、工艺参数及刀具运动轨迹的坐标值确定以后，编程人员可以根据控制系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。5程序输入：程序编好后，需制作控制介质。控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、软磁盘和硬盘等。早期位穿控制带，现已被磁盘所代替。但是，规定的穿孔纸带代码标准没有改变。也可直接通过数控装置上的键盘将程序载入存储器。6程序校验和试切削：编写好的程序、制备完成的控制介质需要经过检测后，才用于正式加工。一般用空走刀检测，空运转画图检测，来验证运动轨迹与动作的正确性。在具有图形显示功能和动态模拟功能的数控机床上，用图形模拟刀具与工件切削的方法进行校验更为方便。但这些方法只能检验出运动是否正确，不能检查被加工零件的加工精度，因此还要进行零件的试切削，当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，采取措施加以纠正。一名好的编程人员不但要熟悉数控机床的结构，数控系统的功能及有关标准，而且还必须是一个好的工艺员，要熟悉零件的加工工艺，装夹方法，刀具，切削用量的选择等知识。§2．3数控标准一、数控程序编制的国际标准与国家标准：在数控设备的研究与设计、开发、生产、使用于维修之间，在生产企业与用户之间，在管理与操作之间，都要求有一定的技术要求。随着数控技术的发展，形成了两种国际通用的技术标准，即ISO(InderationalstanardizationOrganization)国际标准化组织标准EIA(ElectronicIndustriesAssociation)美国电子工业协会标准。一、数控程序编制的国际标准与国家标准：（ISO）国际标准化组织（IEC-InterationElectrotethnicalCommission）国际电工委员会是世界上最大的两个标准化组织，IEC负责电工和电子领域的标准，ISO负责非电方面的广泛领域的标准，在ISO和IEC下面分别设立技术委员会（TC-T-TechnicalCommillee）下面又设立分技术委员会进行具体的标准工作。数控机床标准对口的标准化机构如下：（一）国际标准与国家标准：（1）ISO/T∠98/SC8电子计算机及信息处理系统技术委员会，其中SC8为数控机械分技术委员会。（2）ISO/TC184工业自动化信息处理系统技术委员会，其中SCI为机床数控系统分技术委员会。（3）IEC/TC44工业机械电气设备技术委员会。（4）IEC/TC65工业流程量和控制技术委员会。一、数控程序编制的国际标准与国家标准：（一）国际标准与国家标准：另外，还有一些国家的行业组织制定的标准，与数控机床的标准也有关系。美国电子工业协会（InectronicEnduetriesAssociation）制定的EIA代码使用较早，至今许多数控系统仍在采用，成为数控的国际通用标准之一。电气与电子工程师学会（InstrituteofElectricalandElectroniesEngineers）制定的IEEE通信网络标准，在柔性制造系统和计算机集成制造系统中也采用。。我国制定的数控标准很多，并且在完善和发展中，如：JB3208-83是《数字控制程序段格式中的准备功能G和辅助功能M代码》的标准。一、数控程序编制的国际标准与国家标准：（一）国际标准与国家标准：我国数控机床的标准包括国家标准、部颁标准，由国家技术监督局（原国家标准化局）统一管理，并设立了若干专业标准化技术委员会。其作用是引进先进技术参与国际标准的制定，修订工作，积极采用国际标准，代号为“GB”，部标准由部主管部门批准，称为部标。如机械部的部标准代号为“JB”。某些行业行成的行业标准，也由主管部门批准，称为行业标准一、数控程序编制的国际标准与国家标准：在数控技术的研究，设计工作中，在数控机床的使用和维护中的应用较多的数控标准有以下方面：（1）数控的名词术语。（2）数控机床的坐标轴和运动方向。（3）数控机床的编码字符（ISO代码和EIA代码）（4）数控机编程的程序段格式。（5）准备功能和辅助功能。（6）进给功能、主轴功能和刀具功能。还有关于数控机床机械方面、关于数控系统方面的许多标准。一、数控程序编制的国际标准与国家标准：二、程序编制的标准规定和代码（一）ISO代码和EIA代码（二）数控机床的坐标轴和运动方向为了保证数控机床的运行、操作及程序编制的一致性，数控标准统一规定了机床坐标和运动方向。其原则是：1标准坐标系：采用右手法则，直角笛卡儿坐标系统，基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标系，相应每个坐标轴的旋转坐标分别为A、B、C。假设工件不动，刀具相对于工件作进给运动的坐标系。如果是刀具不动，工件运动的坐标则用加“`”的字母表示。（二）数控机床的坐标轴和运动方向2各坐标的