武汉理工大学数控技术讲解

数控技术CNC第二章数控加工编程基础内容提纲CNC第一节概述第二节编程的基础知识第三节常用准备功能指令的编程方法第四节数控编程的工艺处理第五节程序编制中的数值计算主要内容数控编程：从分析零件图纸开始，经过工艺分析、数学处理到获得数控加工指令的有序排列（制成控制介质）的全过程叫做数控编程（CNCProgramming）。第一节概述CNC一、数控编程的基本概念数控加工：在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。第一节概述CNC二、数控编程的内容和步骤数控编程步骤数值计算编写程序单制备控制介质零件图纸修改确定加工工艺过程分析图样首件试切程序校验数控机床第一节概述CNC二、数控编程的内容和步骤1.确定工艺过程在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上：确定加工机床；确定加工顺序、加工路线；确定装夹方式（夹具）和刀具；确定切削用量等工艺参数。第一节概述CNC二、数控编程的内容和步骤2.数值计算根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系；计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值。•对于点位控制数控机床，一般不需要计算或仅作坐标换算；•对于形状比较简单的零件，需要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值；•对于形状复杂的零件，需要用直线段或圆弧段逼近，根据要求的精度计算出其节点的坐标值。第一节概述CNC二、数控编程的内容和步骤3.编写零件加工程序单根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作等，按照数控系统规定的指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行初步校核，检查上述步骤的错误。此外，还应填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、数控刀具明细表等。第一节概述CNC二、数控编程的内容和步骤4.制备控制介质制备控制介质就是把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控装置的输入信息。若程序较简单，也可直接通过键盘输入。第一节概述CNC二、数控编程的内容和步骤5.程序校验和试切削程序单和制备好的控制介质必须经过校验和试切削才能用于正式加工；一般采用空走刀校验、空运转画图校验以检查机床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检验；最后要进行零件的试切削。主要内容1.手工编程定义：用人工完成程序编制的全部工作（包括用通用计算机辅助进行数值计算）。适用：①几何形状不太复杂的零件；②三坐标联动以下加工程序第一节概述CNC三、数控编程的方法主要内容2.自动编程定义：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。适用：①形状复杂的零件；②虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算）分类：根据编程信息的输入和计算机对信息的处理方式不同，可分为：①语言式自动编程；②图形交互式自动编程。第一节概述CNC三、数控编程的方法第一节概述CNC主要内容据统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1；数控机床不能开动的原因中，有20-30%是由于加工程序不能及时编制出造成的。编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程的基础！第一节概述CNC内容提纲CNC第一节概述第二节编程的基础知识第三节常用准备功能指令的编程方法第四节数控编程的工艺处理第五节程序编制中的数值计算主要内容第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构O0600N010G92X0Y0；N020G90G00X50Y60；N030G01X20Y50F150S300T12M03；………………N0100G00X-50Y-60M02M30；程序名程序内容（由若干个程序段组成）程序段1.程序的构成主要内容第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构程序名：一个程序必需的标识符，由地址码后带若干位数字组成。1.程序的构成常见的地址码有：“%”、“O”、“P”等，视具体数控系统而定。如国产华中I型系统和德国西门子Sinumerik系统用“%”，日本FANUC系统用“O”，美国的AB8400系统用“P”。后面所带的数字一般为4～8位。主要内容第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构如O0600程序的编号程序号的地址码1.程序的构成主要内容第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构程序段1.程序的构成以程序段序号开头，由地址符N后带若干数字组成；以程序段结束指令结束。常用的有：“；”、“LF”、“CR”、“EOB”等，视具体数控系统而定；每个程序段中有若干个指令字，每个指令字表示一种功能；一个程序段表示一个完整的加工工步或动作。主要内容第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构2.程序段格式定义：是指一个程序段内字的排列顺序和表达方式。分类：固定顺序程序段格式；带分隔符的固定顺序(也称表格顺序)程序段格式；字地址程序段格式（地址符可变程序段格式）。主要内容第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构2.程序段格式特点：程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟符号和数字；指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。具有程序简单、可读性强、易于检查和修改等优点。第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构2.程序段格式N_G_X_Y_Z_…F_S_T_M_；字地址程序段的一般格式为：程序段结束符尺寸字程序段序号字准备功能字进给功能字主轴转速功能字刀具功能字辅助功能字第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构2.程序段格式程序段可以认为是由若干个指令字组成，而指令字又由地址码和数字及代数符号组成。指令字的组成如下例所示。Z-25地址码数字与符号第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构主要内容常用地址码及其含义机能地址码说明程序段号N程序段顺序编号地址坐标字X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R；A，B，C，D，E；R；I，J，K；直线坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧中心坐标准备功能G指令机床动作方式辅助功能M机床辅助动作指令补偿值H或D补偿值地址切削用量SF主轴转速进给量或进给速度刀具号T刀库中的刀具编号第二节编程的基础知识CNC一、零件加工程序的结构3.主程序和子程序O1000；……M98P0020;M30;O0020；……M98P0010M99;O0010；……M99;子程序主程序子程序数控加工程序可分为主程序和子程序。有些数控系统，子程序执行过程中还可以调用其他的子程序，即子程序嵌套。这样可以简化程序设计，缩短程序的长度。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系1.坐标轴及运动方向的规定统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准，并且二者等效。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系（1）直线进给和圆周进给运动坐标系坐标轴：数控机床的每个进给轴（直线进给、圆进给）定义为坐标系中的一个坐标轴。数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系标准规定，不论机床的具体运动结果如何，机床的运动统一按工件静止而刀具相对于工件运动来描述；以右手笛卡尔坐标系表达，其坐标轴用X，Y，Z表示，用来描述机床的主要平动轴，称为基本坐标轴；若机床有转动轴，标准规定绕X，Y和Z轴转动的轴分别用A、B、C表示，其正向按右手螺旋定则确定。如刀具不动，工件运动的坐标用加“’”的字母表示。标准统一规定，以增大工件与刀具之间距离的方向(即增大工件尺寸的方向)为坐标轴的正方向。主要内容+Y+Y+Y+X+Z+X+Z+C+B+A+X+Z+X′+Z′+Y′+A+B+C+C′+A′+B′+A、+B或+C+X、+Y或+ZX、Y、ZU、V、WP、Q、RA、B、CD、E第二节编程的基础知识CNCZ坐标Z坐标为平行于主轴轴线的进给轴。取刀具远离工件的方向为正方向(+Z)。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：•在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；•若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系（2）机床坐标轴的确定方法第二节编程的基础知识CNC立式铣床卧式车床+Z+Z第二节编程的基础知识CNC卧式镗铣床立式升降台铣床+Z’+Z’+Z+Z主要内容X坐标在工件旋转的机床上（车床、外圆磨床等）X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）•Z轴水平（卧式）-从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。•Z轴垂直（立式）–单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；–双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。第二节编程的基础知识CNC第二节编程的基础知识CNC卧式车床+Z立式铣床+Z+X+X’+X从刀具向立柱看工件的径向并平行于横向拖板第二节编程的基础知识CNC立式升降台铣床+Z’+X’+Z+X卧式镗铣床+Z’+Z+X+X’从刀具(主轴)向工件看主要内容Y轴的确定X、Z轴的正方向确定后，Y轴可按右手直角笛卡尔坐标系来判定。第二节编程的基础知识CNCA、B、C坐标轴A、B、C坐标分别为绕X、Y、Z坐标的回转进给运动坐标，在确定了X、Y、Z坐标的正方向后，可按右手螺旋定则来确定A、B、C坐标的正方向。第二节编程的基础知识CNC立式升降台铣床坐标系卧式车床坐标系主要内容第二节编程的基础知识CNC立式铣床坐标系卧式铣床坐标系主要内容第二节编程的基础知识CNC附加运动坐标X、Y、Z为机床的主坐标系或称第一坐标系;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;附加的第二坐标系命名为Ｕ、Ｖ、Ｗ;附加的第三坐标系命名为P、Q、Ｒ；其它的回转坐标系命名为D、E等。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系（3）编程坐标系工件和刀具是一对相对运动，＋X和＋X’、+Y和+Y’、+Z和+Z’有确定关系。数控编程时，为了方便，一律假定工件不动，全部用刀具的运动坐标系编程。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系2.机床坐标系与工件坐标系机床坐标系机床上固有的坐标系；确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动范围（如行程范围、保护区）等。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系2.机床坐标系与工件坐标系机床原点机床原点：机床坐标系的原点；对某一具体的机床来说，机床原点是固定的，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系2.机床坐标系与工件坐标系机床参考点是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点；参考点相对于机床原点来讲是一个固定值。一般设在机床各轴正向极限的位置；采用增量式测量系统的数控机床开机后，都必须做回零操作。主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系2.机床坐标系与工件坐标系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固定点为原点（也称工件原点）所建立的坐标系；编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定；工件原点可用程序指令来设置和改变;根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。工件坐标系主要内容第二节编程的基础知识CNC二、数控机床的坐标系2.机床坐标系与工件坐标系工件坐标系的各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；工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点与机床原点间的距离，此距离称为工件原点偏置。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标