《数控加工编程技术》-第3章-数控加工编程基础

数控加工编程技术机械工业出版社同名教材配套电子教案主编：陈为国ISBN978-7-111-38439-7第3章数控加工编程基础22013年4月9日星期二上一页下一页退出第3章数控加工编程基础3.1概述3.2坐标系的定义3.3数控程序的结构分析3.4数控编程中的数值处理3.5基本编程指令与概念思考与练习第3章数控加工编程基础32013年4月9日星期二上一页下一页首页退出本章重点：数控编程必须掌握的基础知识，包括：坐标系(机床坐标系、工件坐标系、编程坐标系和加工坐标系)，绝对坐标、增量坐标和相对坐标，模态与非模态指令，基点与节点的计算与处理，基本编程指令G01/G02/G03/G04的特点与应用，工作坐标平面，参考点与返回坐标参考点的方法等。数控编程的概念、方法与步骤，程序、程序段与指令字的概念与关系，数控程序的结构，数控程序段的基本写法。本章难点：各种坐标系的概念与实现，参考点与返回坐标参考点的方法等，数控程序的结构等。学习提示：必须熟练掌握卧式数控车床与立式数控铣床的坐标轴与坐标系的定义，掌握数控程序的基本结构，理解子程序及子程序调用原理。重点、难点与学习提示第3章数控加工编程基础42013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.1概述3.1.1数控加工编程的概念从零件图样到获得合格数控加工程序的全过程称为数控编程，简称编程。详述：数控加工编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动（如主轴起停、正反转、冷却泵开闭、刀具夹紧等）以及刀具位移量（运动方向和坐标值）等信息用数控语言记录并经校核的全过程。第3章数控加工编程基础52013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.1.2数控编程的步骤数控加工程序的编制过程框图如图3-1所示。(1)分析零件图纸：明确零件材料、加工精度、形状特征、尺寸及热处理要求等信息。确定加工方案。第3章数控加工编程基础62013年4月9日星期二上一页下一页首页退出(2)制定工艺方案：确定零件的加工方法、定位和夹紧方法、刀具和夹具、走刀路线等工艺过程。(3)数学计算与处理：计算编程时所需的几何点坐标。复杂零件一般借助计算机辅助编程。第3章数控加工编程基础72013年4月9日星期二上一页下一页首页退出(4)编写程序单：编程人员依据所用数控系统规定的指令代码及程序格式，完成加工程序的编制。简单零件可手工编程，复杂零件一般计算机编程，其程序一般为电子文档。第3章数控加工编程基础82013年4月9日星期二上一页下一页首页退出(5)程序检验和首件试切：方法一：数控机床提供的机床锁住运行、机床空运行、单段程序运行、加工轨迹的图形模拟等程序检验方法。方法二：专用模拟软件。方法三：首件试切。第3章数控加工编程基础92013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.1.3数控编程的方法数控加工程序是表达数控机床实际运动顺序功能指令的有序集合。编制方法主要有两种：手工编程与自动编程的关系：手工编程是基础，应该掌握，自动编程是目标，必须掌握，两者不可偏废。(1)手工编程适合与简单零件的编程。也是自动编程的基础。(2)自动编程应用广泛。第3章数控加工编程基础102013年4月9日星期二上一页下一页首页退出注意：1)目前，单纯的CAM软件已不多见，各种大型通用软件均已朝着CAD/CAE/CAM集成一体化的方向发展。2)不同的数控系统，其编程指令是略有差异的，因此编程之前一定要了解所使用数控机床的数控系统是哪一种型号，才能有的放矢的进行编程。本书以Fanuc0iC系列数控系统为例进行讲解。第3章数控加工编程基础112013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.2.1机床坐标系（含机床参考点的概念）标准：GB/T19660—2005《工业自动化系统与集成机床数值控制坐标系和运动命名》3.2坐标系的定义1.机床坐标系（图3-2所示）第3章数控加工编程基础122013年4月9日星期二上一页下一页首页退出1.机床坐标系规定：1)右手直角笛卡尔坐标系确定三个直线运动坐标轴X、Y、Z，右手螺旋法则确定三个绕X、Y、Z轴旋转的坐标轴A、B、C。2)以上规则适用于工件固定不动，刀具移动的情形。若工件移动，刀具固定不动时，正方向反向，并加“′”表示。第3章数控加工编程基础132013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3)机床坐标系原点位置：(1)由机床生产厂家确定。必须设置机床参考点之后方能生效，这个机床参考点是第一参考点（简称为参考点）。(2)机床参考点是机床上的一个固定点，一般选择在X、Y、Z坐标轴的最大位置处。设定参考点的过程实际上就是确定机床坐标系的过程。第3章数控加工编程基础142013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3)机床坐标系原点位置：③采用相对位置检测元件的数控机床，开机后必须执行返回坐标参考点（又称回零）操作使参考点生效；采用绝对位置检测元件的机床，不需回零操作。④在数控系统设定时，若返回参考点后系统位置绝对坐标值设置为0，则可认为机床坐标系原点与机床参考点重合。同理，若将机床移动至参考点后系统位置绝对坐标值设置为的最大行程，则可认为机床坐标系原点在工作台左下角。第3章数控加工编程基础152013年4月9日星期二上一页下一页首页退出2.坐标轴方位确定(1)Z轴：数控机床的Z轴平行于主轴，Z轴的正方向为工件到刀架的方向。(2)X轴：一般情况下，X轴为水平方向，且是较长的那个进给轴。对于刀具旋转的机床，如立式铣床等，从机床的前面朝立柱看，X轴的正方向指向右方；对于工件旋转的机床，如车床等，X轴应是径向且平行于横刀架，X轴正方向应是离开旋转轴的方向。第3章数控加工编程基础162013年4月9日星期二上一页下一页首页退出2.坐标轴方位确定(3)Y轴：Y轴的方向则按右手坐标系定则确定。(4)回转轴A、B、C：分别对应坐标轴X、Y、Z，并以该方向为参照，按右手螺旋坐标系定则确定，参见图3-2。以上规定，让编程人员在编程时可以不考虑具体的机床是刀具移动还是工件移动，便于将更多的精力集中于编程上。关于坐标系的详细信息可参阅GB/T19660—2005。第3章数控加工编程基础172013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.2.2工件坐标系工件坐标系是与加工、编程相关的坐标系。工件坐标系可以细分为编程坐标系与加工坐标系。编程坐标系是编程人员根据图样的工艺特点和编程的方便性而确定的坐标系。加工坐标系是操作者根据工件安装位置而设定的坐标系。一般加工坐标系与编程坐标系重合。第3章数控加工编程基础182013年4月9日星期二上一页下一页首页退出确定工件坐标系原点在机床中位置的过程称为“对刀”。对刀实质上是确定工件坐标系原点相对于机床参考点之间的三个坐标方向的偏移值，并存入数控系统的相应位置，数控机床运行时会根据相应的设置或指令调用这些偏移值确定工件坐标系。第3章数控加工编程基础192013年4月9日星期二上一页下一页首页退出图3-3为机床坐标系与工件坐标系的关系。图a)所示为数控车床工件坐标系设定示例。图b)所示为数控铣床坐标系设定示例。图3-3机床坐标系与工件坐标系的关系a)数控车床b)数控铣床Om——机床参考点Ow——工件坐标系第3章数控加工编程基础202013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.2.3绝对坐标、增量坐标与相对坐标1.绝对坐标指刀具当前位置在工件坐标系中的坐标值。在图样编程过程中，绝对坐标是相对于编程坐标系的坐标值。在机床上加工时，当加工坐标系未建立之前，刀具的绝对坐标是相对于机床坐标系(或机床参考点)的坐标值。加工坐标系一旦建立，则刀具的绝对坐标是相对于加工坐标系原点的坐标值。第3章数控加工编程基础212013年4月9日星期二上一页下一页首页退出2.增量坐标指数控编程时刀具移动指令所指定的坐标位置相对于上一移动指令的坐标位置的差值，也就是刀具移动指令指定刀具移动的实际距离，如图3-4所示。在FANUC0iMC系统中：铣削系统用G90和G91指令分别指定绝对坐标值和增量坐标值编程。车削系统用地址字X_Z_和U_W_表示绝对坐标值和增量坐标值编程，车削系统中允许混合编程。第3章数控加工编程基础图3-4a)数控铣G90/G91指令222013年4月9日星期二上一页下一页首页退出例3-1：如图3-4a)所示，假设为数控铣削系统，刀具从A点沿直线运动到B点，则其指令格式如下：绝对坐标方式编程时：G90G01X10.0Y20.0F100;增量坐标方式编程时：G91G01X-20.0Y15.0F100;注意，G90、G91指令为同组模态指令，一般机床上电时的默认指令为G90。第3章数控加工编程基础图3-4b)数控车X_Z_/U_W_指令232013年4月9日星期二上一页下一页首页退出例3-2：如图3-4b)所示，假设为数控车削系统，刀具从A点沿直线运动到B点，则其指令格式如下：绝对坐标编程时：G01X70.0Z40.0F100;增量坐标编程时：G01U40.0W-60.0F100;混合坐标编程时：G01U40.0Z40.0F100;或G01X70.0W-60.0F100;第3章数控加工编程基础242013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.相对坐标相对坐标的概念出现在数控机床操作过程中，数控系统MDI面板上LCD显示画面中的坐标位置显示画面。铣床车床第3章数控加工编程基础252013年4月9日星期二上一页下一页首页退出注意：相对坐标不等于增量坐标。相对坐标是指数控机床操作过程中，操作者临时指定某一点为基准点（具体是将该点的相对坐标设置为0），接着刀具移动时所显示的刀具位置均是以这一个临时基准点为参考点的坐标值，这个坐标值就是相对坐标。第3章数控加工编程基础262013年4月9日星期二表3-1坐标平面选择指令G指令指定的工作平面G17XY平面G18ZX平面G19YZ平面上一页下一页首页退出3.2.4工作坐标平面数控编程时，有些指令(如圆弧插补和半径补偿指令等)是在指定的坐标平面中进行的。工作坐标平面如图3-5所示。指令格式：G17/G18/G19指令与工作平面如表3-1所示。G17/G18/G19第3章数控加工编程基础272013年4月9日星期二上一页下一页首页退出注意：1)指令G17/G18/G19是同一组的模态指令，可以相互注销。2)默认的工作平面由系统设定，立式铣床为G17指定的XY坐标平面，数控车床为G18指定的ZX坐标平面。3)直线移动指令与坐标平面选择无关。指令格式：G17/G18/G19第3章数控加工编程基础282013年4月9日星期二上一页下一页首页退出3.3数控程序的结构分析3.3.1字与字符1.字符是一个信息交换的术语。定义：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。数控程序的字符有四类：第一类是文字，26个大写英文字母；第二类是数字和小数点，0～9和“.”第三类是符号，“+”和“－”；第四类是功能字，“%”、“;”和“/”等。第3章数控加工编程基础292013年4月9日星期二上一页下一页首页退出2.指令字及其功能指令字又称功能字，简称为字。是机床数字控制的专用术语。定义：一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元存储、传递和操作，如G00、X2600.等。指令字的格式：地址符：英文字母；数字：若干十进制数字常用类型(7个)：顺序号字(N)、准备功能字(G)、尺寸字、进给功能字(F)、主轴速度功能字(S)、刀具功能字(T)和辅助功能字(M)。地址符+数字等第3章数控加工编程基础302013年4月9日星期二上一页下一页首页退出(1)顺序号字(N)顺序号字也叫程序段号或程序段顺序号。位于程序段之首，它的地址符是N，后续数字一般为1～4位。作用：1)主要是用于对程序的校对、检索和修改；2)多重固定循环指令中常用于标识循环程序的开始和结束程序段号。3)数控程序是按顺序执行的，与顺序号无关。4)顺序号的顺序可任意写。5)超过9999的顺序号允许重新从1开始写。6)顺序号一般按数字递增的习惯写。第3章数控加工编程基础312013年4月9日星期