数控教案-课题三 数控机床的坐标系及编程规则

教师课时授课计划教师姓名课程名称数控原理与编程实训授课时数0.5天累计3天授课日期班次课题课题三数控机床的坐标系及编程规则教学目的1、了解手工编程的一般步骤及数控程序的结构2、掌握数控机床坐标轴的确定方法3、熟悉常用F、S、T、M指令的应用重点难点常用F、S、T、M指令的应用数控机床坐标系的确定方法教具计算机作业实训报告参考书数控加工实训数控加工技术教学过程一、旧课复习(建议用时：10分钟)二、新课的教学内容(建议用时：70分钟)1．数控机床坐标轴的确定2．数控机床的两种坐标系3.数控编程的种类及步骤4.FANUC0i系统的编程指令5.数控加工程序的结构三、实训内容(建议用时：90分钟)四、课堂小结(建议用时：10分钟)课后小记课题三数控机床的坐标系及编程规则一、旧课复习1、什么是刀具半径补偿？2、什么是刀具长度补偿？3、试述刀具补偿原理？二、新课的教学内容（一）数控机床坐标轴的确定数控机床的标准坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定，我国的标准JB3052-82与之等效。1．规定原则（1）右手笛卡尔坐标系标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔坐标系，用右手螺旋法则判定，如图3.1所示。右手的拇指、食指、中指互相垂直，并分别代表+X、+Y、+Z轴。围绕+X、+Y、+Z轴的回转运动分别用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定则确定。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用带“′”的+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示。图3.1右手笛卡尔坐标系（2）刀具运动坐标与工件运动坐标统一规定：用字母不带“′”的坐标表示刀具相对“静止”工件而运动的刀具运动坐标；用字母带“′”的坐标表示工件相对“静止”刀具而运动的工件运动坐标。（3）运动的正方向规定使刀具与工件距离增大的方向为运动的正方向。2．坐标轴确定的方法及步骤（1）Z轴一般取产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀具远离工件的方向为正向，当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z轴。当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为Z轴。图3.3立式数控铣床图3.2数控车床坐标系（2）X轴位于平行工件装夹面的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床（如车床、磨床等），在水平面内取垂直工件回转轴线（Z轴）的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向，如图3-3所示。对于刀具作回转切削运动的机床（如铣床、镗床等），当Z轴垂直时，人面对主轴，向右为正X方向，如图3.4所示；当Z轴水平时，则向左为正X方向，如3.5所示。对于无主轴的机床（如刨床），以切削方向为正X方向。图3.5数控车床的机床坐标系图3.4卧式数控铣床（3）Y轴根据已确定的X、Z轴，按右手笛卡尔坐标系确定。（4）A、B、C轴此三轴为回转进给运动坐标。根据已确定的X、Y、Z轴，用右手螺旋定则确定。（二）数控机床的两种坐标系数控机床的坐标系包括机床坐标系和编程坐标系两种。1．机床坐标系又称机械坐标系，其坐标和运动方向视机床的种类和结构而定。当数控车床配置后置式刀架时，其机床坐标系如图3.5所示，Z轴与车床导轨平行（取卡盘中心线），正方向是离开卡盘的方向；X轴与Z轴垂直，正方向为刀架远离主轴轴线的方向。机床坐标系的原点也称机床原点或机械原点，如图3.5、图3.6（a）所示的O点，从机床设计的角度来看，该点位置可任选，但从使用某一具体机床来看，这点却是机床上一个固定的点。数控铣床的机床坐标系数控铣床的坐标系（XYZ）的原点O和机床零点是重合的，如图3.6(a)所示。图3.6立式数控铣床坐标系和机床原点、工件原点2.编程坐标系1)又称工件坐标系，是编程时用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。2)为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也应是右手笛卡尔坐标系。3)工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。4)编程坐标系的原点，也称编程原点或工件原点，其位置由编程者确定，如图3.6（b）所示的o2点，（三）数控编程的种类及步骤1．数控编程的种类常见的数控编程方法有手工编程和计算机自动编程。2．数控加工程序编制的步骤（1）确定工艺过程（2）计算刀具轨迹的坐标值（3）编写加工程序（4）将程序输入数控机床（5）程序检验（四）FANUC0i系统的编程指令G代码（1）模态功能（3）G代码（1）模态功能（3）G0001点定位G50.122可编程镜像取消G0101直线插补G51.122可编程镜像有效G0201顺圆弧插补/螺旋插补CWG5200局部坐标系设定G0301逆圆插补/螺旋插补CCWG5300选择机床坐标系G0400暂停、准确停止G5414选择工件坐标系1G05.100预读控制（超前读程序段）G54.114选择附加工件坐标系G07.1（G107）00圆柱插补G5514选择工件坐标系2G0800预读控制G5714选择工件坐标系4G0900准确停止G5814选择工件坐标系5G1000可编程数据输入G5914选择工件坐标系6G1100可编程数据输入方式取消G6000/01单方向定位G1517极坐标指令消除G6115准确停止方式G1617极坐标指令G6215自动拐角倍率G1702选择XY平面G6315攻丝方式G1802选择XZ平面G6415切削方式G1902选择YZ平面G6500宏程序调用G2006英寸输入G6612宏程序模态调用G2106毫米输入G6712宏程序模态调用取消G2204存储行程检测功能接通G6816坐标旋转有效G2304存储行程检测功能断开G6916坐标旋转取消G2700返回参考点检测G7309深孔钻循环G2800返回参考点G7409左旋攻丝循环G2900从参考点返回G7609精镗循环G3000返回第2、3、4参考点G8009固循环取消/外操作功能取消G3100跳转功能G8109钻、锪镗循环或外操作功能G3301螺纹切削G8209钻孔循环或反镗循环G3700自动刀具长度测量G8309深孔钻循环G3900拐角偏置圆弧插补G8409攻丝循环G4007刀具半径补偿取消G8509镗孔循环G4107刀具半径补偿，左侧G8609镗孔循环G4207刀具半径补偿，右侧G8709背镗循环G40.1（18法线方向控制取消方式G8809镗孔循环G41.1（18法线方向控制左侧接通G8909镗孔循环G42.1（18法线方向控制右侧接通G9003绝对值编程G4308正向刀具长度补偿G9103增量值编程G4408负向刀具长度补偿G9200设坐标系最大主轴速度控制G4500刀具位置偏置加G92.100工件坐标系预置G4600刀具位置偏置减G9405每分钟进给G4700刀具位置偏置加2倍G9505主轴每转进给G4800刀具位置偏置减2倍G9613恒周速控制（切削速度）G4908刀具长度补偿取消G9713恒周速控制取消G5011比例缩放取消G9810固定循环返回到初始点G5111比例缩放有效G9910固定循环返回到R点G5614选择工件坐标系32．F、S、T指令（1）进给功能F指令F指令表刀具中心运动时的进给速度。由F和其后的若干数字组成。数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。（2）主轴转速功能S指令S指令表示机床主轴的转速。其表示方法有以下三种：①转速S表示主轴转速，单位为r/min。如S1000表示主轴转速为1000r/min。②恒线速在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为m/min。如S60表示切削点的线速度恒定为60m/min。③代码用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直接表示转速或线速的数值，而只是主轴速度的代号。（3）刀具功能T指令①采用T指令编程由T和数字组成。有T××和T××××两种格式，数字的位数由所用数控系统决定，T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。②采用T、D指令编程利用T功能选择刀具，利用D功能选择相关的刀偏。3．M指令（1）程序停止指令：M00功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行重新开始。（2）程序计划停止指令：M01功能：与M00类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置1时，这个代码才有效。（3）主轴正转、反转、停止指令：M03、M04、M05功能：M03、M04指令可使主轴正、反转。与同段程序其他指令一起开始执行。M05指令可使主轴在该程序段其他指令执行完成后停转。（4）换刀指令：M06功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机床，如加工中心、数控车床。（5）程序结束指令：M02或M30功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运行，M30还可使控制返回到程序的开头。（五）数控加工程序的结构一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干个程序段、程序结束部分组成。一个程序段由程序段号和若干个“字”组成，一个“字”由地址符和数字组成。Ｎ10Ｇ01Ｘ40.0Ｚ－25.4Ｆ200；程序段结束进给速度指令坐标移动距离指令运动方式指令（直线）程序段号三、实训内容观察数控加工实训室的数控机床，判断每种数控机床的坐标系。根据数控机床中存储的程序，进一步了解数控加工程序的构成。四、课堂小结通过本次课的教学，要求掌握工件坐标系的确定方法，明确标准坐标系与运动方向的关系，能理解常用的指令的功能。