第二章 数控加工编程基础1

黑龙江大学机电工程学院刘国华[e-mail]黑龙江大学机电工程学院第一节概述第二章数控编程基础第二节数控编程基础知识第四节数控编程的工艺处理第三节常用准备功能指令编程方法第五节编程中的数值计算第六节自动编程简介黑龙江大学机电工程学院第一节概述一.数控编程基本概念数控编程(NCprogramming)：简单说是从零件图纸到制成控制介质的全过程。根据零件图样，将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息制成控制介质的整个过程。数控加工程序：按规定的代码及格式，记录加工过程的全部信息（工艺过程、工艺参数、位置数据和方向、操作步骤等）的命令序列的集合。黑龙江大学机电工程学院第一节概述二.数控编程的内容和步骤分析零件图纸工艺处理数值计算编写程序单制作控制介质首件试切程序校验数控机床黑龙江大学机电工程学院第一节概述1.分析图样、确定加工工艺过程分析图样，根据零件材料、形状、尺寸、精度、毛坯和热处理要求等确定加工方案，选择合适数控机床。确定加工工艺过程：确定加工顺序、加工路线，装夹方式，确定刀具及切削用量、选择对刀点等。2.数值计算按确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出输入数控装置的数据，主要是在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹坐标值。不同加工情况，数值计算内容不同点位加工形状简单轮廓加工形状复杂轮廓加工黑龙江大学机电工程学院第一节概述3.编写零件加工程序单根据数控系统指令、程序段格式，逐段编写零件加工程序；填写数控加工工艺文件，如工序卡片、刀具卡片等。4.制备控制介质将编制好程序单上内容记录在控制介质上作为数控装置输入信息，常用穿孔带、磁盘等，也可直接通过数控装置键盘输入。5.程序校验、试切削空走刀、空运转画图检查机床运动轨迹与动作正确性；试切削检验加工精度、误差。黑龙江大学机电工程学院第一节概述常用的校验和试切方法：对于平面轮廓零件，可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料、木料或价格低材料作工件，进行试切以检查程序正确性。在具有图形显示功能和动态模拟功能的机床上，用图形模拟刀具与工件切削的过程进行检验。首件试切(在允许条件下)不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可检验加工精度是否符合要求。当发现错误时，应分析错误性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定精度要求为止。黑龙江大学机电工程学院三.数控编程的方法1.手工编程手工完成程序编制全部工作(包括用计算机进行辅助数值计算)。特点：耗费时间长，易出错，无法胜任复杂形状零件编程。适用情况：几何形状较为简单零件，点位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工。零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加工程序初稿加工程序修改编程手册黑龙江大学机电工程学院三.数控编程的方法2.自动编程在编程过程中，除分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成，如坐标值计算、零件加工程序单的编写、自动输出加工程序单及制备控制介质等。特点：计算机自动绘制刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序正确性，并及时修改；计算机代替编程人员完成繁琐数值计算，提高编程效率；解决手工编程无法完成复杂零件编程。根据编程信息的输入与计算机处理信息的方式不同，分为语言式自动编程和图形交互式自动编程。适用：形状复杂零件，具有非圆曲线、列表曲线或曲面的零件。黑龙江大学机电工程学院工艺处理数学处理加工程序单程序校验穿孔磁盘工艺处理磁盘计算机直接传输手工编程自动编程三.数控编程的方法黑龙江大学机电工程学院•手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。•自动编程适用于：–形状复杂的零件–虽不复杂但编程工作量很大零件（如有数千个孔零件）–虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）•据国外统计：–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！三.数控编程的方法黑龙江大学机电工程学院第二节编程基础知识一.程序结构1.程序构成加工程序由程序号(名)和若干个程序段组成。每个程序段又由程序段号和若干个指令字组成，指令字由字母、符号、数字组成。每段程序由；结束。程序段是数控程序的基本组成单元。程序构成；；黑龙江大学机电工程学院程序段由程序段号和指令字组成，指令字由字母、符号、数字组成。每段程序由；结束。程序段是数控程序的基本组成单元。第二节编程的基础知识黑龙江大学机电工程学院Fanuc数控系统程序格式华中数控系统程序格式第二节编程的基础知识黑龙江大学机电工程学院说明：不同数控系统，程序号（名）地址码所用字符可不相同；程序段以序号“N××××”开头，以“；”结束，一个程序段表示一个完整的加工工步或动作；顺序号不是程序段必用字，即可以使用顺序号，也可以不用；建议不以0作为程序号（名），不用N0作为顺序号；地址符N后面的数字应为正整数，最小顺序号为N1；顺序号数字可以不连续使用，也不一定要从小到大使用；对于整个程序，可以每个程序段都设顺序号，也可以只在部分程序段中设顺序号，还可以在整个程序中全不设定顺序号。第二节编程的基础知识黑龙江大学机电工程学院第二节编程的基础知识程序段格式指一个程序段内指令字的排列顺序和表达方式，即程序段的书写规则，程序中的字、字符、数据的安排规则。主要有三种：固定顺序程序段格式、带分隔符的固定顺序程序段格式和字地址程序段格式。2.程序段格式固定顺序程序段格式：程序段中无地址符，字的顺序和程序段长度固定不变，不能省略。格式简单，但程序长，不直观。带分隔符的固定顺序程序段格式：程序段中也不使用地址符，但字的顺序固定，各字之间用分隔符隔开以表示地址的顺序。由于有分隔符，不需要的字可省略，但须保留相应的分隔符。黑龙江大学机电工程学院第二节编程的基础知识黑龙江大学机电工程学院黑龙江大学机电工程学院黑龙江大学机电工程学院字地址程序段格式N0030G01X20Y50F150S300T12M03；第二节编程的基础知识目前采用字地址程序段格式，也称地址符可变程序段格式。程序段由顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴功能字、刀具功能字、辅助功能字和程序段结束符组成。每个字都由字母开头，称为“地址”。特点：程序段中指令字均以字母(地址符)开始，后跟符号和数字。指令字在程序段中的顺序无严格规定，可以任意顺序书写。不需要的指令字或与上段相同的续效代码可省略不写。虽增加了地址译码环节，但程序直观、简单，可读性强，便于检查，广泛应用于现在数控机床。黑龙江大学机电工程学院字地址程序段格式：N0030G01X20Y50F150S300T12M03；国际标准和我国标准均推荐使用此种程序段格式第二节编程的基础知识黑龙江大学机电工程学院黑龙江大学机电工程学院第二节编程的基础知识数控程序分为主程序和子程序。在加工程序中，如果几个连续程序段在多处重复出现，可将其按规定格式独立编号成子程序。程序中子程序以外部分称为主程序。在执行主程序过程中，可多次重复调用子程序。子程序格式：除有子程序名或子程序开头代码外，还要有子程序结束代码，其余与主程序相同。3.主程序和子程序黑龙江大学机电工程学院主程序是加工程序主体部分，是一个完整的零件加工程序。不同零件或不同的加工要求，都有唯一主程序。为简化编程，可将一个程序或多个程序中的重复动作编写为单独程序，并通过程序调用的形式来执行这些程序，称为子程序。就程序结构和组成而言，子程序和主程序无本质区别，但在使用上，子程序具有以下特点:子程序可被主程序或其他子程序调用，并且可多次循环执行；主程序调用的子程序，还可调用其他子程序，即子程序嵌套；子程序执行结束，能自动返回到调用的程序中；子程序一般不可以作为独立的加工程序使用，只能通过调用来实现加工中局部动作。3.主程序和子程序黑龙江大学机电工程学院主、子程序结构异同相同：都是完整的程序，包括程序号、程序段、程序结束指令。主程序：M02或M30子程序：M99不同：•程序结束指令不同•子程序不能单独运行，由主程序或上层子程序调用执行。3.主程序和子程序黑龙江大学机电工程学院主程序中调用子程序的指令格式：M98P单次调用指令，P后跟被调用的子程序号。M98PL重复调用子程序指令，L后跟重复调用的次数。子程序的格式：子程序号:是调用入口地址，必须和主程序中的子程序调用指令中指向的程序号一致。在大多数数控系统中，子程序程序号和主程序号的格式相同，即也用O后缀数字组成。子程序结束符：M99。子程序必须有结束标记(M99)，才能实现程序的自动返回功能。主-子程序书写结构:写在一个文件中；主程序写在前，子程序写在后；两者之间空几行作分隔。黑龙江大学机电工程学院可实现八层嵌套逐层调用，逐层返回。主程序子程序子程序OOO主子程序调用关系黑龙江大学机电工程学院二.数控机床的坐标系根据在切削过程中起的作用不同，机床切削运动分为主运动和进给运动。主运动(Mainmotion):形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。切下金属必须的最主要运动,速度最高,消耗机床功率最多。进给运动(Feedmotion):使工件的多余材料不断被去除、使新的金属不断投入切削所需的运动。切削过程中主运动只有一个，进给运动可以多于一个。主运动和进给运动可由刀具或工件分别完成，也可由刀具单独完成。进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给运动的位置和速度两方面同时实现自动控制，要求进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。黑龙江大学机电工程学院二.数控机床的坐标系在数控机床上，机床的动作由数控装置控制，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动过程，必须通过坐标系来确定机床运动位移和方向，此坐标系称为机床坐标系。如铣床，机床的纵向运动、横向运动及垂直方向运动,需要用机床坐标系来描述。为了确定机床运动部件的运动方向和移动距离，而在机床上建立的坐标系，即机床坐标系。YXZ黑龙江大学机电工程学院1.坐标轴及运动方向的规定（1）坐标轴命名规定机床的一个直线进给运动或圆周进给运动定义一个坐标轴。采用右手直角笛卡尔坐标系，直线进给运动（平移）用直角坐标系X、Y、Z表示，对应的圆周进给（旋转）用A、B、C表示。机床运动统一按工件静止而刀具相对于工件运动来描述。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)为坐标轴正方向。二.数控机床的坐标系黑龙江大学机电工程学院二.数控机床的坐标系黑龙江大学机电工程学院（2）机床坐标系确定方法顺序：先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。1）Z坐标将平行于机床主轴的刀具运动坐标定义为Z坐标。主轴指产生切削动力的轴，例如铣床、钻床、镗床上的刀具旋转轴，车床上的工件旋转轴。如果主轴能够摆动，即主轴轴线方向是变化的，则以轴线垂直于机床工作台装夹面时的状态来定义Z轴。对于Z轴的方向，规定以增大刀具与工件间距离的方向为其正方向。二.数控机床的坐标系黑龙江大学机电工程学院2）X坐标X轴为水平面方向，垂直于Z轴并平行于工件装夹面。对于不同类型机床，X轴及其方向有具体规定：对于刀具旋转机床，如铣床、钻床等，若Z轴垂直(立式)，X轴为从刀具向立柱方向看向右为正；若Z轴水平(卧式)，X轴为从刀具主轴后端向工件方向看向右为正。对于工件旋转机床，如车床，X轴在工件径向，并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心方向其正方向。二.数控机床的坐标系黑龙江大学机电工程学院3）Y坐标Y轴垂直于X、Z坐标，其方向根据X和Z轴按右手法则确定。4）A、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，确定X、Y、Z坐标的正方向后，可按右手螺旋定则来确定其正方向。5）附加运动坐标X、Y、Z为机床的主坐标系或称第一