数控加工编程的基础知识

《数控加工工艺与编程》第一节程序编制的概念、步骤和方法第四章数控加工编程的基础知识第二节数控加工程序的结构与格式第三节数控机床的坐标系统第四节数控程序的指令代码《数控加工工艺与编程》第一节程序编制的概念、步骤和方法一、程序编制的概念数控编程就是根据零件图纸要求的图形尺寸和技术要求，确定零件加工的工艺过程、工艺参数、机床运动以及刀具等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言代码记录在程序单上的全过程。《数控加工工艺与编程》二、程序编制的步骤《数控加工工艺与编程》1.零件图纸分析阶段在分析零件图纸阶段，主要是分析零件的材料、形状、尺寸、公差、表面质量及毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工，适宜在哪类数控机床上加工以及哪个型号的数控机床上加工。除了图纸上的信息，还应该收集一些图纸上没有涵盖的要求，比如零件加工的数量、前道工序的加工和后续加工、磨削余量、装配特征等。收集这些信息可以为后面的步骤提供足够的资料。《数控加工工艺与编程》2.工艺分析处理阶段工艺分析处理阶段是一个非常重要的环节，它的好坏直接影响着加工程序的质量。工艺分析处理阶段的主要任务是确定零件加工工艺过程。换言之，就是确定零件的加工方法(如采用的工夹具、刀具、装夹定位方法等)、加工顺序（如钻孔顺序、粗精加工顺序等）、加工路线(如对刀点、走刀路线等)和加工用量(如走刀速度、主轴转速、切削宽度和深度、精加工余量等)等工艺参数。《数控加工工艺与编程》3.数学处理阶段数学处理阶段是根据零件图纸和确定的加工路线，计算出走刀轨迹和每个程序段所需数据。对于形状简单的零件轮廓，需要计算出零件轮廓相邻几何元素的交点或切点的坐标值，圆弧还需要知道圆弧半径或中心点坐标值。对于形状复杂的零件，需要用小直线段或圆弧逼近，根据要求的精度计算出节点坐标值。自由曲线、曲面及组合曲面的数据计算量大并且复杂，使用手工编程几乎是不可能的，必须使用计算机自动编程。《数控加工工艺与编程》4.程序编制及输入阶段程序编制阶段是根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量，结合数控系统的加工指令和程序段格式，使用手工或自动编程的方式逐段编写出零件加工程序单，再将编好的程序通过手工输入或通讯传输的方式输入数控机床的数控系统。在使用手工编程时，应尽量使用数控系统提供的固定循环指令，这样既可以减少编程量，同时又便于查找错误。《数控加工工艺与编程》5.程序校验和首件试加工加工程序必须经过校验和试加工检验合格后，才能够进入正式加工。一般来说，对于手工输入的程序可以使用机床数控系统中图形模拟功能，在机床屏幕上显示走刀轨迹来检查程序的错误。对于自动编程的程序，可以在计算机模拟软件中做三维模拟加工来检查程序的错误，不必在机床数控系统中模拟。通过了程序的模拟，并不一定代表程序是正确的，必须在数控机床上进行首件试加工。只有试加工零件通过检验部门检验合格后，才可以确认程序无误。对于毛坯成本较低大批量生产的零件，可以直接使用毛坯进行试加工。对于毛坯成本较昂贵单件小批量生产的零件，则可以使用蜡件或木件进行试加工。试加工后发现有错误，可以修改程序单或采取尺寸补偿等措施进行修正。《数控加工工艺与编程》三、程序的编制方法手工编程自动编程从分析零件图纸、制定工艺规程、计算刀具运动轨迹、编写零件加工程序单直到程序校核，整个过程主要由人手工来完成。主要由计算机完成编制零件加工程序全部过程的编程方法称为自动编程。采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。《数控加工工艺与编程》第二节数控加工程序的结构与格式一、程序结构数控加工程序是由一系列机床数控装置能辨识的指令有序结合而构成的。一般数控系统加工程序可分为主程序和子程序。但不论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束符等几个部分组成。《数控加工工艺与编程》程序号程序内容程序结构程序结束符不同的数控系统程序号地址码有所区别。通常FANUC系统用“O”，SINUMERIK系统用“%”，而AB8400系统用“P”作为程序号的地址码。编程时一定要根据机床系统参考手册的规定写指令，否则系统是不会执行的。程序内容是整个程序的核心，它由若干程序段组成，每个程序段有一个或多个指令构成，用来描述机床要完成的指定动作。FANUC数控系统的结束符为“%”SIEMENS数控系统的结束符为“RET”有的数控系统没有程序结束符。《数控加工工艺与编程》二、程序段格式数控机床程序是由若干个“程序段”（BLOCK）组成，每个程序段由按一定顺序和规定排列的“字”（WORD）组成。程序段格式是指一个程序段中各字的排列顺序及其表达形式。程序段的格式可分为地址格式、分隔顺序格式、固定程序段格式和可变程序段格式等。JB3832—1985《数控机床轮廓和点位切削加工可变程序段格式》中推荐用可变程序段格式。所谓可变程序段格式，就是程序段的长短，随字地址数和字长（位数）都是可变的。《数控加工工艺与编程》下面是一个程序段的通式：N__G__X__Y__Z__……F__S__M__……LF(或；)顺序号准备功能坐标值其他坐标工艺性指令附加指令结束代码1.顺序号：用地址N后面加上1～9999中任意数字表示。2.准备功能：使数控机床作好某种操作准备的指令，用地址G和两位数字表示，从G00～G99共100种。3.尺寸字（坐标字）：给定机床各坐标轴位移的方向和数据。4.工艺性指令：包括F、S、M功能。5.附加指令：包括固定循环及子程序的重复次数指令、刀具补偿号指令、刀具选择指令及暂停时间指令等。6.程序段结束：写在每一可能为*，LF，CR，依据使用系统的不同。《数控加工工艺与编程》第三节数控机床的坐标系统一、坐标轴及其运动方向确定原则●不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，或是工件运动、刀具静止，在确定坐标系时一律看作是工件相对静止，刀具产生运动●机床的直线运动X、Y、Z采用右手直角坐标系（见图）●X、Y、Z的正向是使工件尺寸增大的方向《数控加工工艺与编程》右手直角坐标系《数控加工工艺与编程》（一）Z坐标轴的确定1．对于工件旋转的机床如车床，内、外圆磨床等，Z坐标取为与工件旋转轴平行；从主动轴看刀具的方向作为其正方向。2．对于刀具旋转的机床如铣床、钻床、铰床等，按主轴方向是否固定来确定Z坐标轴。（1）对主轴方向固定的机床，取Z坐标与主轴平行（如各种升降台铣床、立式钻床、立式镗床、卧式镗铣床）。（2）对主轴方向不固定而可转动的机床，在转动范围内，主轴如能与标准坐标系的一根坐标平行时，就取该坐标系为Z坐标（如龙门铣床等）；主轴若能与标准坐标系的两根以上的坐标平行时，则取垂直于主轴安装面的方向作为Z坐标。（3）取从工件看刀具旋转轴（主轴）方向作为其正方向。3．对于工件、刀具都不旋转的机床如牛头刨床、单臂刨床等，取Z坐标与机床的工件安装面垂直；取工件与刀具的间隔增加方向为其正方向。《数控加工工艺与编程》（二）X坐标轴的确定1．对于工件旋转的机床在与Z坐标垂直的平面内，取刀具的运动方向为X坐标；取刀具离开主轴旋转中心线的方向作为其正方向。2．对于刀具旋转的机床按Z坐标处于不同位置，进行确定。（1）Z坐标处于水平时，X坐标在与Z坐标垂直的平面内取水平方向；取面向Z坐标正方向的左手方向为正方向。（2）Z坐标处于垂直时，X坐标取由工作台面向立柱时的左右方向，并取其右手方向为正，但对于龙门式与龙门移动式的机床，以面对机床为正面，人的视线方向为X坐标的正方向。3．对于工件和刀具都不旋转的机床取Z坐标与切削运动方向平行，并以切削运动方向作为正方向。当主切削运动的方向与Z坐标重合时，X坐标取由工作台面向立柱时的左右方向，并取其右手方向作为正方向。《数控加工工艺与编程》（三）Y坐标轴的确定Y坐标取与Z、X坐标垂直的方向，其正方向应使三根坐标轴构成标准坐标系。以上标准坐标系确定以后，机床坐标的决定方法如下述。（1）在工件相对刀具作主体运动的机床上，与工件运动方向平行的坐标的正方向和标准坐标系的正方向相反。（2）在刀具相对工件作主体运动的机床上，与刀具运动方向平行的坐标的正方向和标准坐标系的正方向一致。《数控加工工艺与编程》+X+Z卧式车床的坐标系《数控加工工艺与编程》+Z+X+Y立式铣床的坐标系《数控加工工艺与编程》二、机床坐标系、机床原点、机床参考点机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）或工件（工作台）位置的参考系。机床原点是机床坐标系的原点。该点是机床上的一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面的中心。数控铣床或加工中心的机床原点，各生产厂不一致，有的设在机床工作台的中心，有的设在进给行程的终点。《数控加工工艺与编程》数控车床原点《数控加工工艺与编程》数控铣床原点《数控加工工艺与编程》机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，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。机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值，也就是说，可以根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置。《数控加工工艺与编程》在机床接通电源后，通常都要做回参考点操作。有些数控机床的机床原点与机床参考点重合，则开机执行的是回零点操作。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。可以说回参考点或零点操作是对基准的重新核定，可消除由于种种原因产生的基准偏差。《数控加工工艺与编程》三、工件坐标系工件坐标系是编程人员在编程时根据零件图纸设定的坐标系，也称为编程坐标系。工件原点的选定●编程计算的方便性●机床调整的方便性●对刀找正的方便性●在毛坯上确定位置的方便性《数控加工工艺与编程》四、绝对坐标编程及增量坐标编程绝对坐标编程：是以工件坐标系原点为基准来计算各点的坐标值。如图所示。绝对坐标编程《数控加工工艺与编程》相对坐标编程：是以前一个位置为基准计算增量来表示坐标位置。如图所示。相对坐标编程《数控加工工艺与编程》第四节数控程序的指令代码一、准备功能准备功能指令也称“G”指令（代码），是使数控机床做某种运动方式准备的指令，由地址符G和其后的两位数字组成，常用的从G00～G99共100种。G代码有两种：模态代码和非模态代码。模态代码又称续效代码，一经在一个程序段中指定，便保持到以后程序段中直到出现同组的另一代码时才失效。非模态代码只有在所出现的程序段有效。对于不同的数控系统和机床，表中所列的G代码可能并不全适用，所以一定要参考机床和数控系统参考手册加以确认。《数控加工工艺与编程》二、辅助功能辅助功能指令也称“M”指令（代码），用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧或松开等功能。辅助功能指令由地址符M和其后的两位数字组成。下面介绍一些常用的M代码。《数控加工工艺与编程》1.程序停止指令（M00）M00实际上是一个暂停指令。当执行有M00指令的程序段后，主轴停转、进给停止、切削液关、程序停止。程序运行停止后，模态（续效）信息全部被保存，利用机床的“程序启动”键，便可继续执行后续的程序。该指令经常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等操作。《数控加工工艺与编程》2.计划（选择）停止指令（M01）该指令的作用与M00相似，但它必须是在预先按下操作面板上的“选择停止”按钮并执行到M01指令的情况下，才会停止执行程序。如果不按下“选择停止”按钮，M01指令无效，程序继续执行。该指令常用于工件关键性尺寸的停机抽样检查等，当检查完毕后，按“程序启动”键可继续执行以后的程序。《数控加工工艺与编程》3.程序结束指令（M02、M30）该指令用在程序的最后一个程序段中。当全部程序结束后，用此指令可使主轴、进给及切削液全部停止，并使数控机床复位。M30与M02基本相同，但M30能自动返回程序起始位置，为加工下一个工件作好准备。《数控