数控加工的编程基础

第1章 数控加工的编程基础,第1章 数控加工的编程基础,（一）目的与要求 使学生建立数控编程的基本概念，掌握数控编程的基本内容、主要步骤；掌握加工程序的基本组成、程序的基本结构和类型。 （二）教学内容 1数控加工的过程 2数控编程的内容与步骤 3数控编程的种类 4数控机床的坐标系和运动方向的命名规则 5典型数控系统及其主要功能 6程序的结构 7程序段格式的书写规则 8. 续效代码与非续效代码,第1章 数控加工的编程基础,（三）教学要求 1了解数控加工的过程 2掌握数控编程的内容与步骤 3掌握数控编程的种类 4掌握数控机床的坐标系和运动方向的命名规则 5了解典型数控系统及其主要功能 6掌握程序的结构组成 7掌握程序段格式的书写规则：字-地址程序段格式 8理解地址码中英文字母的含义 9掌握续效代码与非续效代码的概念与区别,第1章 数控加工的编程基础,（四）重点与难点 重点：数控编程的内容与步骤，数控机床的坐标系 和运动方向； 难点：续效代码与非续效代码的区别。 （五）教学指导,1.1 数控编程概述,1、数控加工的概念 数控加工技术是数控技术应用的主要内容之一。 （1）数控加工的对象精密、复杂零件及模具。 （2）数控加工的关键设备是各种典型数控机床。 （3）数控加工的交流语言是零件图纸。 （4）数控加工的纽带是NC程序。 （5）数控编程的作用数控加工的桥梁 （p2t1-1）,在数控机床上加工零件时，从分析零件图纸到获得数控机床所需要的控制介质的全部过程为程序编制，简称“编程”。,（1）加工工艺分析（分析图样，确定加工工艺过程） 在确定加工工艺过程时，编程人员要根 据零件图样进行工艺分析，然后选定机床、 刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工 步顺序及切削用量等工艺参数等。 确定加工方法 加工路线的设计 加工工序内容设计,这些工作与普通机床加工零件时 工艺规程的编制基本上是相似的，但 也有自身的一些特点。,2、数控编程的内容和方法,按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需的输入数控装置的数据，称为数值计算。数值计算的主要内容是在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动的轨迹的坐标值。数值计算的复杂程序取决于零件的复杂程度和数控装置功能的强弱，差别很大。对于点位控制的数控机床（如数控冲床等）加工的零件，一般不需要计算，只是当零件图样坐标系与编制坐标系不一致时，才需要对坐标进行换算。,错误,（2）数值计算（刀具运动轨迹的坐标数值计算）,加工路线、工艺参数及刀具运动轨迹确定以后，编程人员可以根据数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序单。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。,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,（3） 编制零件加工程序单,将程序单上的内容记录在 控制介质上，作为数控系 统的输入信息，若程序较 简单，也可直接通过键盘 输入。,（4）制备控制介质,所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，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。,（5）程序的校验和试切,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、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。,在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。 上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。,从以上内容来看，作为一名编程人员，不但要熟悉数控机床的结构、数控系统的功能及有关标准，而且还必须是一名好的工艺人员，要熟悉零件的加工工艺、装卡方法、刀具、切削用量的选择等方面的知识。,3.数控编程的种类 （1）手工编程 手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制备控制介质到程序校验都是由人工完成。对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。 （2）自动编程 自动编程是利用计算机专用软件对复杂零件进行数控加工程序编制的过程。,1.2 数控机床的坐标系与运动方向,图1-1 右手笛卡儿坐标系统,1、数控机床的坐标系构成,按右手笛卡尔坐标系法则 形成3个移动轴、3个转动轴,再定其他直线轴。 另两个直线轴按右手直角坐标系来判断。 X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。在工件旋转的机床(如车床、外圆磨床)上，X轴的运动方向是径向的，与横向导轨平行。刀具离开工件旋转中心的方向是正方向。对于刀具旋转的机床，若Z轴为水平(如卧式铣床、镗床)，则沿刀具主轴后端向工件方向看，右手平伸出方向为X轴正向，若Z轴为垂直(如立式铣、镗床，钻床)，则从刀具主轴向床身立柱方向看，右手平伸出方向为X轴正向 利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。 旋转运动A、B和C。 A、B和C相应地表示其轴线平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向，相应地表示在X、Y和Z坐标正方向上按照右旋螺旋前进的方向。,3.典型数控机床的坐标系与运动方向,数控车床,立式车床,立式铣床,Z轴为垂直(如立式铣、镗床，钻床)，则从刀具主轴向床身立柱方向看，右手平伸出方向为X轴正向,2、数控机床运动方向的确定 先定Z轴，再确定X轴和Y轴。 与主轴回转轴线平行（重合）. 两点假设： 一律假定工件静止不动，而刀具在移动。 假定刀具远离工件方向为坐标正方向。,卧式铣床,对于刀具旋转的机床，若Z轴为水平(如卧式铣床、镗床)，则沿刀具主轴后端向工件方向看，右手平伸出方向为X轴正向,在工件旋转的机床上（车床、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。,+Z,4)工件运动时的相反方向 对于工件运动而不是刀具运动的基础，必须将前述为刀具运动所作的规定作相反的安排。用加“”字母，如+X，表示工件相对刀具正方向运动指令。而不加“”字母，如+X，则表示刀具相对于工件负向运动指令。二者表示的运动方向相反。对于编程人员之考虑不加“”的运动方向，对于机床制造者，则需要考虑带“”的运动方向。,4.机床坐标系与工件坐标系,编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的,（1）机床坐标系与机床原点及机床参考点,机床坐标系 也称机械原点、参考点或零点。 例子：车床 加工中心,数控车床坐标系的原点,工件坐标系（编程坐标系）,数控车削工件坐标系的原点,数控铣削工件坐标系的原点,25,相对坐标表示法 大多数用G91表示，有的用X、Y、Z表示绝对坐标，用U、V、W表示相对坐标。,（2）绝对坐标和相对坐标,绝对坐标表示法 大多数用G90表示。,绝对坐标表示法,相对坐标表示法,26,1.3 典型数控系统及其主要功能,1.典型数控系统 数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。数控系统分为车削（L/T）和铣削（M）2类。 1）FANUC, 如：0i-M/T、16i、18i、21i等。 2）SIEMENS，如：802S/C/D、810、840D等。 3）MITSUBISHI(三菱)，如：E60、M64、C70等。 4）HADENHAN.（5轴）如：TNC320、iTNC530. 5）华中数控，如：HNC-21T/M。 6）广州数控，如：GSK928M/T、GSK980M.,2.数控系统的功能,数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。无论何种数控系统，其基本功能有5种，分别是： （1）准备功能准备功能是使数控机床作好某种操作准备的指令，用地址G和数字表示，如G00、G01、G94等。 （2）刀具功能刀具功能字T。由地址功能码T和数字组成。刀具功能的数字是指定的刀号，数字的位数由所用的系统决定。 （3）主轴速度功能主轴转速功能字S，由地址码S和数字组成，主要用于主轴速度控制。 （4）进给功能进给功能字F表示刀具中心运动时的进给速度，进给功能用F代码直接指定各轴的进给速度。由地址码F和数字构成。 （5）辅助功能辅助功能也叫M功能或M代码，它是控制机床或系统的开关功能的一种命令。由地址码M和数字组成。常用的辅助功能有程序停、主轴正/反转、冷却液接通和断开、换刀等。,1.4 数控加工程序的结构与格式,1.程序结构 数控加工中，为使机床运行而送到CNC的一组指令称为程序。每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。,1.4 数控加工程序的结构与格式,1.程序的结构 程序号 程序号为程序的开始部分，为了区别存贮器中的程序，每个程序都要有程序编号，在编号前采用程序编号地址码，类似于人名。如在FANUC系统中，采用英文字母“O”作为程序编号地址，而其他系统有的采用“P”、“%”以及“：”等。 程序内容。程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令组成，表示数控机床要完成的全部动作。 程序结束。在程序的末尾，用程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。,O0701 (样本程序结构) （PETER SMID08-12-1） NI G20;(在单独行设置单位) N2 G17 G40 G80 G49;(初始设置与取消) N3 T01;(刀具到等待位置) N4 M06；（刀具安装到主轴） N5 G90G54 G00 X0 Y0 S800 M03 T02; N6 G43Z2.0H01 M08; N29 M05; N30 M30;,程序号,程序头,程序内容,程序结束,1.4 数控加工程序的结构与格式,图1-3 主程序和子程序关系图,1、程序的结构,数控系统加工程序可以分为主程序和子程序,1.4 数控加工程序的结构与格式,2、基本编程术语 编程时使用4个基本术语： 字符字程序段程序 （1）字符 是程序中的最小单元，形式：数字、字母、符号。 数字：由09组成的数，使用整数、小数两种模式，只 要在许可范围内的数字均有效。 字母：26个英文字母，大小写具有相同的意义，习惯 用大写形式。 符号：最常见的符号是小数点、负号、百分号、圆括 号等。,1.4 数控加工程序的结构与格式,2、基本编程术语 （2）字 程序字由字母、数字和符号组成，并形成程序中具有特定含义的功能字。 例如：N05顺序号字； G01直线插补运动字； X-183.5坐标尺寸字 F275.0进给功能字。,1.4 数控加工程序的结构与格式,2、基本编程术语 （2）字 构成字的地址码 字 X-30.0,地址,符号+数字,2、基本编程术语 （2）字对于字的地址码说明 使用整数的情况 使用整数的字：D、H、T、S、M等； 如：D01、H02、T05、M05、S800 使用小数的情况 使用小数的字：X、Y、Z、I、J、K、A、B、C、Q、R、F等。 如：X125.3，15.385，A3.2，F0.05 在编程手册中，经常将数字表示成以下形式： G01 IP5.3; X5.5; P5等。,1.4 数控加工程序的结构与格式,1.4 数控加工程序的结构与格式,2、基本编程术语 （3）程序段 为了完成某一动作要求所需的字组合。可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。 例如：N05 G01 X-128.0 F180.0 (4)程序 一个数控加工程序是若干个程序段组成的。是数控加工时，为使机床运行完成某一零件加工任务，而送到数控装置的一个指令集。,1.4 数控加工程序的结构与格式,3、程序段格式的书写规则 固定程序段格式 其中的数据严格按照顺序和长度排列，不得有误，早期数控系统使用。 分隔符程序段格式 使用分割符B隔开各个字，若没有数据，分隔符不能省去。我国数控线切割机床采用的“3B”或“4B”分隔符格式。如：B0B10000B10000GYL2. 字-地址程序段格式(是我们目前常用的) 例如：N20 G01 X35.2 Y-46.8 F120,1.4 数控加工程序的结构与格式,3、程序段格式的书写规则 通常情况下程序段中的字组合书写顺序： N G X . Z . M S T ； 顺序号 准备功能 尺寸字 辅助 主轴 刀具 结束 功能 功能 功能 符号 例如： N010 M03 S600 M08； N020 G90 G54 G00 Z5；,1.5 数控代码的类型及特点,1、代码（字）的类型尺寸字和功能字 程序中于刀具位置相关的程序字是尺寸字；跟机床功能有关的字是功能字又称非尺寸字、功能指令或功能代码。 N11 G91 G00 X70.0 Y45.0 N12 G43 Z2.0 H1 N13 G01 Z-18.0 F100 M08 N14 G04 X2.0 N15 G00 Z18.0,1.5 数控代码的类型及特点,1、代码特征 （1）模态代码 模态代码可在连续多个程序段中有效，直到被相同组别的代 码取代。 大部分代码均为模态代码。 例如：G01和G00是01组中的模态代码，程序段如下： N50 G01 X100.0 Z50.0 F200.0; (G01有效)（直线插补） N60 G01 X180.0; (G01仍有效) N60 X180.0 N70 G00 Z-20.0; (G00有效) ,1.5 数控代码的类型及特点,2、代码特征 （2）非模态代码 非模态代码只在本程序段中有效，不具备续效功能，在G代码表中的00组均为非模态代码。如：G04、G28、G29等。 例如： N50 G04 X1.0 ; (G04有效) N60 ; (G04无效) N70 G00 X180.0; (G00有效) ,1.5 数控代码的类型及特点,3、代码表的特征及应用 功能类别、同组特性、默认值 P13表1-2,本章小结,本章介绍了数控编程的基本概念，数控编程的基本内容、主要步骤，数控机床的坐标系和运动方向命名规则，加工程序的基本组成、程序的基本结构和类型等主要内容。通过本章的学习，要重点掌握： 数控编程的基本内容、主要步骤； 数控机床的坐标系和运动方向命名规则； 程序的基本组成、程序的基本结构和类型； 用于指令的英文字母的含义； 模态代码和非模态代码的特征和区别。,