数控加工程序编制基本概念(1)gfwp

数控加工工程序21 程序编编制的基基本概念念一、数控控编程的的方法1、手工工编程手工编程程是指在在编程的的过程中中，全部部或主要要由人工工进行。对对于加工工形状简简单、计计算量小小、程序序不多的的零件，采采用手工工编程较较简单、经经济、效效率高。2、自动动编程（AAPT语语言）为了解决决数控加加工中的的程序编编制问题题，500年代，MMIT设设计了一一种专门门用于机机械零件件数控加加工程序序编制的的语言，称称为APPT（AAutoomatticaallyyProograammeedToool）。是编程人员根据零件图纸要求用一种直观易懂的编程语言（包括几何、工艺等语句定义）手工编写一个简短的零件源程序，然后输给计算机，计算机经过翻译处理和刀具运动轨迹处理，再经过后置处理，自动生成数控系统可以识别的加工程序。由此可见，APT语言不能直接控制机床。APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削数据库管理系统)和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。采用APPT语言言编制数数控程序序具有程程序简炼炼，走刀刀控制灵灵活等优优点，使使数控加加工编程程从面向向机床指指令的“汇编语语言”级，上上升到面面向几何何元素.APTT仍有许许多不便便之处：采用语语言定义义零件几几何形状状，难以以描述复复杂的几几何形状状，缺乏乏几何直直观性；缺少对对零件形形状、刀刀具运动动轨迹的的直观图图形显示示和刀具具轨迹的的验证手手段；难以和和CADD数据库库和CAAPP系系统有效效连接；不容易易作到高高度的自自动化，集集成化。针对APPT语言言的缺点点，19978年年，法国国达索飞飞机公司司开始开开发集三三维设计计、分析析、NCC加工一一体化的的系统，称称为CAATIAA。随后后很快出出现了象象EUCCLIDD，UGGII，IINTEERGRRAPHH，Prro/EEngiineeerinng，MMastterCCAM及及NPUU/GNNCP等等系统，这这些系统统都有效效的解决决了几何何造型、零零件几何何形状的的显示，交交互设计计、修改改及刀具具轨迹生生成，走走刀过程程的仿真真显示、验验证等问问题，推推动了CCAD和和CAMM向一体体化方向向发展。APT语语言格式式举例：点的定义义：P=POIINT/10，220，115；直直线的定定义：LLLIINE/16，88，0，116，332，00。机床主轴轴转数及及旋转方方向的定定义：SSPINNDL/n，CCLW 轮廓加工工的外容容差和内内容差的的定义：OUTTTOLL/ IINTOOL/刀具起始始点为PP：Frrom/P；刀具从PP点以最最短距离离运动向向L运动动，直至至与L相相切：GGO/TTO，LL这里用“语言”编写的的源程序序和手工工编程的的加工程程序有本本质差别别:手工编编程的加加工程序序可直接接控制数数控机床床进行零零件加工工;自动编编程的源源程序要要经编译译处理后后才可被被数控机机床接受受.零件图样编写零件源程序制定工艺过程前置处理后置处理加工程序单或纸带翻译程序数值计算按自动编程系统规定的“语言”描述被加工零件的几何形状,加工时刀具相对于工件的运动轨迹刀具中心轨迹计算选用设计工夹具,安排工艺路线,选择工艺参数刀位数据将刀位数据及工艺参数等信息转换成数控机床要求的指令代码NC接口图 2.1 APT自动编程的基本步骤3、CAAD/CCAM采用人机机交互功功能的计计算机图图形显示示器，在在图形显显示系统统软件和和图像编编程应用用软件的的支持下下，只要要给出一一些必要要的工艺艺参数，发发出相应应的命令令或“指点”菜单，然然后根据据应用软软件提示示的操作作步骤，实实时“指点”被加工工零件的的图形元元素，就就能得到到零件的的各轮廓廓点的位位置坐标标值，并并立即在在图像显显示屏上上显示出出刀具加加工轨迹迹，再连连接适当当的后置置处理程程序，就就能输出出数控加加工程序序单。这这种编程程方法称称为计算算机图像像数控编编程(CCompputeer Graaphiics Aiidedd NNC Proograammiing)，简称称图像编编程。图像编程程是目前前主要的的自动编编程方式式，国内内外图形形交互自自动编程程软件的的很多，流流行的集集成CAAD/CCAM（CCompputeer Aidded Deesiggn/CCompputeer AAideed MManuufaccturringg ）系系统大都都具有图图形自动动编程功功能。以以下是目目前市面面上流行行的几种种CADD/CAAM系统统软件：（1）PPro/Enggineeer（简称PPro-E）软软件。 Proo-E是是美国PPTC公公司开发发的机械械设计自自动化软软件，也也是最早早实现参参数化技技术商品品化的软软件，在在全球拥拥有广泛泛影响须须我国也也是使用用最为广广泛的CCAD/CAMM软件之之一。（2）UUG软件件。 UUG是美美国EDDS公司司的产品品，多年年来，该该软件汇汇集了美美国航空空航天，以以及汽车车工业丰丰富的设设计经验验，发展展成为一一个世界界一流的的集成化化CADD/CAAE/CCAM系系统，在在世界和和我国都都占有重重要的市市场份额额。（3）SSoliidwoorkss软件。 Sooliddworrks公公司的CCAD/CAMM系统从从一开始始就是面面向微机机系统，并并基于窗窗口风格格设计的的，同时时它采用用了著名名的Paarassoliid为造造型引擎擎，因此此该系统统的性能能先进，主主要功能能几乎可可以和上上述大型型CADD/CAAM系统统相媲美美。（4）MMastterCCAM软软件。 MaasteerCAAM是美美国CNNC Sofftwaare NCC 公司司研制开开发的一一套PCC级套装装软件，可可以在一一般的计计算机上上运行。它它既可以以设计绘绘制所要要加工的的零件，也也可以产产生加工工这个零零件的数数控程序序，还可可以将AAutooCADD、CAADKEEY、SSoliidWoorkss等CAAD软件件绘制的的图形调调入到MMastterCCAM中中进行数数控编程程。该软软件简单单实用。（5）CCatiia软件件。（5）国国内市场场信誉较较好的CCAD/CAMM软件有有北航海海尔软件件有限公公司开发发CAXXA 和和广州红红地公司司推出的的金银花花系统。4、语音音编程 语音数控控自动编编程是利利用人的的声音作作为输入入信息，并并与计算算机和显显示器直直接对话话，令计计算机编编出加工工程序的的一种方方法。语语音编程程系统的的构成，如如图2-1所示示。编程程时，程程编员只只需对着着话筒讲讲出所需需的指令令即可。编编程前应应使系统统“熟悉” 编程程员的“声音”，即首首次使用用该系统统时，编编程员必必须对着着话筒讲讲该系统统约定的的各种词词汇和数数字，让让系统记记录下来来并转换换成计算算机可以以接受的的数字指指令。图2-2 语音编程系统的构成5、视觉觉系统编编程 采用计算算机视觉觉系统来来自动阅阅读、理理解图样样，由程程编员在在编辑过过程中实实时给定定起刀点点、下刀刀点和退退刀点，然然后自动动计算出出刀位点点的有关关坐标值值，并经经后置处处理，最最后输出出数控加加工的程程序单。视视觉系统统编程首首先由图图样扫描描器（常常用的CCCD传传感器扫扫描器和和扫描鼓鼓两种）扫扫描图样样，取得得一幅图图像，对对该图像像进行预预处理是是为了校校正图像像的几何何畸变和和灰度畸畸变，并并将它转转化为易易处理的的二值图图像，同同时作断断口校正正、几何何交点部部分检测测、细线线化处理理，以消消除输入入部分分分辨率的的影响；然后分分离并识识别图样样上的文文字、符符号、线线划等元元素，并并记忆它它们之间间的关系系，对线线划还需需进行矢矢量化处处理，并并用直线线或曲线线拟合，得得到端点点和分支支点；将将这些信信息综合合处理，确确定图样样中每条条线的意意义及其其尺寸大大小，最最后作编编辑处理理及刀位位点坐标标计算。再再连接适适当的后后置处理理，就能能输出数数控加工工程序单单。视觉觉系统在在编程时时不需要要零件源源程序和和编程员员，只要要事先输输入工艺艺参数即即可，操操作简单单，能直直接与CCAD的的数据相相连接，实实现高度度自动化化。下面主要要讲解手手工编程程方法。手工编程方法步骤:分析工件的零件图及技术要求，确定工艺路线，计算刀具轨迹坐标，用数控代码编程。二、程序序代码国际标准准化组织织ISOO(innterrnattionnal staandaard orgganiizattionn)美国电子子工业协协会EIIA(eelecctroonicc inndusstriies asssociiatiion)国际上通通用的数数控代码码有ISSO、EEIA两两种。穿穿孔纸带带的系统统已过时时。三、程序序结构A、加工工程序由由若干个个程序段段组成。B、程序序段由一一个或若若干个指指令字组组成，字字是数控控程序的的最小单单位。C、每个个指令字字由地址址符和数数字组成成（字地址结结构），代代表机床床的一个个位置或或一个动动作。地地址符由由字母组组成，每每个字母母、数字字、符号号（正负负号）称称为字符符。D、程序序的起始始符：%E、程序序结束符符：M002或M300。F、每一一行程序序以分号号结尾。G、注释释符：括括号“（）”内或分分号“；”后的内内容为注注释文字字。表2-11 程序序段结构构字字字地址数值地址数值地址数值例如G 01Z 400F 5000注释直线插补补Z轴位移移或终点点位置440mmm进给速度度500mmm/mmin具体要求求：1、程序序名：格式：OO _ _ _ _说明：1) O：文件件名首字字母，如如O0001，OO0022；2) O11、O001、OO0011、O000011等价；3) 范围围O1O79999 用户户区 OO80000OO89999 用户户区（加加密、加加锁） OO90000OO99999 扩扩展区（厂厂方修改改）2、顺序序号 （标标识作用用）格式：NN _ _ _ _ (注释释)说明：1） 范围：NN1NN999992） N1、NN01、NN0011、N000011等价3、准备备功能（简简称G功功能）：由地址址符G和两位位数字组组成，GG01，GG02等等等，GG功能的的代号已已标准化化。4、尺寸寸字（坐坐标字）：由坐标地址符和数字组成，各组数字必须有作为地址代码的字母开头。n X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；n A、B、C、D、E；n I、J、K。n 其中， X500. X500.0 在相相对坐标标编程时时，都表表示沿XX轴移动动50mmmX5000005、进给给功能字字：F，由进进给地址址符和数数字组成成，单位位一般为为mm/minn或mm/rF指令表表示刀具具中心运运动时的的进给速速度。由由F和其其后的若若干数字字组成。数数字的单单位取决决于每个个系统所所采用的的进给速速度的指指定方法法。具体体内容见见所用机机床的编编程说明明书。 注意事事项如下下： 11）当编编写程序序时，第第一次遇遇到直线线（G001）或或圆弧（GG02/G033）插补补指令时时，必须须编写进进给率FF，如果果没有编编写F功功能，CCNC采采用F00。当工工作在快快速定位位（G000）方方式时，机机床将以以通过机机床轴参参数设定定的快速速进给率率移动，与与编写的的F指令令无关。 22）F指指令为模模态指令令，实际际进给率率可以通通过CNNC操作作面板上上的进给给倍率旋旋钮，在在01120%之间调调整。6、主轴轴转速功功能字：S，由主主轴地址址符和数数字组成成，单位位为r/mminS指令表表示机床床主轴的的转速。由由S和其其后的若若干数字字组成，其其表示方方法有以以下三种种：转转速 SS表示主主轴转速速，单位位为r/minn。如SS10000表示示主轴转转速为110000r/mmin。线线速 在在恒线速速状态下下，S表表示切削削点的线线速度，单单位为mm/miin。如如S600表示切切削点的的线速度度恒定为为60 m/mmin。代代码 用用代码表表示主轴轴速度时时，S后后面的数数字不直直接表示示转速或或线速的的数值，而而只是主主轴速度度的代号号。如某某机床用用S000S999表示示1000种转速速，S440表示示主轴转转速为112000r/mmin， S411表示主主轴转速速为12230rr/miin，SS00表表示主轴轴转速为为0r/minn，S999表示示最高转转速。7、刀具具功能字字：T, 由由刀具地地址符和和数字组组成，数数字表示示刀具库库中刀具具号。刀具和刀刀具参数数的选择择是数控控编程的的重要内内容，其其编程格格式因数数控系统统不同而而异，主主要格式式有以下下两种：采采用T指指令编程程 由由T和数数字组成成。有TT和TT两种种格式，数数字的位位数由所所用数控控系统决决定，TT后面的的数字用用来指定定刀具号号和刀具具补偿号号。 例例如：TT04表表示选择择4号刀刀；T004044表示选选择4号号刀，44号偏置置值；TT04000表示示选择第第4号刀刀，刀具具偏置取取消。采采用T、DD指令编编程 利利用T功功能选择择刀具，利利用D功功能选择择相关的的刀偏。 在在定义这这两个参参数时，其其编程的的顺序为为T、DD。T和和D可以以编写在在一起，也也可以单单独编写写，例如如：T44 D004表示示选择44号刀，采采用刀具具偏置表表第4号号的偏置置尺寸；D122表示仍仍用4号号刀，采采用刀具具偏置表表第122号的偏偏置尺寸寸；T22表示选选择2号号刀，采采用与该该刀具相相关的刀刀具偏置置尺寸。8、辅助助功能字字：M，由辅辅助操作作地址符符和两位位数字组组成。MM功能的的代码已已标准化化。M指令是是控制数数控机床床“开、关关”功能的的指令，主主要用于于完成加加工操作作时的辅辅助动作作。M 功能能有非模模态M功能和和模态MM功能二二种形式式。非模态态M功能（当当段有效效代码）：只在书书写了该该代码的的程序段段中有效效；模态MM功能（续续效代码码）：一一组可相相互注销销的 MM功能，这这些功能能在被同同一组的的另一个个功能注注销前一一直有效效。如：M022或M300 、M033、M044、M055 等。模态 MM功能组组中包含含一个缺缺省功能能，系统统上电时时将被初初始化为为该功能能。M 功能能还可分分为前作作用 MM 功能能和后作作用 MM 功能能二类。前作用用 M 功能：在程序序段编制制的轴运运动之前前执行；后作用用 M 功能：在程序序段编制制的轴运运动之后后执行。M00、M022、M300、M988、M999用于控控制零件件程序的的走向，是是 CNNC内定定的辅助助功能，不不由机床床制造商商设计决决定，也也就是说说，与PPLC程程序无关关；其余余 M 代码用用于机床床各种辅辅助功能能的开关关动作，其其功能不不由CNNC内定定，而是是由 PPLC程程序指定定，所以以有可能能因机床床制造商商不同而而有差异异（使用用时须参参考机床床使用说说明书）。常用的MM指令功功能及其其应用如如下： （11）程序序停止 指指令：MM00 功功能：执执行完包包含M000的程程序段后后，机床床停止自自动运行行，此时时所有存存在的模模态信息息保持不不变，用用循环启启动使自自动运行行重新开开始。（对于FFanuuc系统统，M000为程程序无条条件暂停停指令。程程序执行行到此进进给停止止，主轴轴停转。重重新启动动程序，必必须先回回到JOOG状态态下，按按下CWW（主轴轴正转）启启动主轴轴，接着着返回AAUTOO状态下下，按下下STAART键键才能启启动程序序。） （22）程序序计划停停止 指指令：MM01 功功能：与与M000类似，执执行完包包含M001的程程序段后后，机床床停止自自动运行行，只是是当机床床操作面面板上的的任选停停机的开开关置11时，这这个代码码才有效效。M00和和M011常常用用于加工工中途工工件尺寸寸的检验验或排屑屑。 （33）主轴轴正转、反反转、停停止 指指令：MM03、MM04、MM05 功功能：MM03、MM04指指令可使使主轴正正、反转转。与同同段程序序其它指指令一起起开始执执行。MM05指指令可使使主轴在在该程序序段其它它指令执执行完成成后停转转。 格格式：MM03SS M004S MM05 说说明：数数控机床床的主轴轴转向的的判断方方法是，对对于铣床床而言，沿沿Z方方向看(从主轴轴头向工工作台看看)，顺顺时针方方向旋转转为正转转，逆时时针方向向旋转为为反转。对对于车床床，沿着着Z方方向看（从从主轴向向尾座看看），顺顺时针方方向旋转转为正转转，逆时时针方向向旋转为为反转。 （44）换刀刀 指指令：MM06 功功能：自自动换刀刀。用于于具有自自动换刀刀装置的的机床，如如加工中中心、数数控车床床。 格格式：MM06TT 说说明：当当数控系系统不同同时，换换刀的编编程格式式有所不不同，具具体编程程时应参参考操作作说明书书。 （55）程序序结束 指指令：MM02或或M300 功功能：1)M002为主主程序结结束指令令。执行行到此指指令，进进给停止止，主轴轴停止，冷冷却液关关闭。但但程序光光标停在在程序末末尾。22)M330为主主程序结结束指令令。功能能同M002，不不同之处处是，光光标返回回程序头头位置，不不管M330后是是否还有有其他程程序段。说明：该该指令必必须编在在最后一一个程序序段中。 对对于BEEIJIING-FANNUC 0i系统，一一般情况况下，在在一个程程序段中中仅能指指定一个个M代码码。但是是，设定定参数NNo.334044#7（MM3B）=1时，在在一个程程序段中中一次最最多可以以指定三三个M代代码。 %O00001N00001G990G554G000X00Y0ZZ1000.0SS3000M033；N00002G000X00Y-550.00；N00003G001Z-50.0F1100；N00004X1100.0；N00005Y550.00；N00006X-1000.0；N00007Y-50.0；N00008X00；N00009Z1100.0；N00110Y00M055；N00111M330；图2-3 程序格式构成22 程序的的编制图 2-4 右手笛卡儿直角坐标系一、机床床坐标系系和工件件坐标系系的建立立数控机床床的坐标标系规定定已标准准化，按按右手直直角坐标标系确定定，假定定工件静静止，通通过刀具具相对工工件的移移动来确确定机床床各坐标标轴的方方向。右手笛卡卡尔坐标标系：标标准的机机床坐标标系是一一个右手手笛卡尔尔坐标系系，用右右手螺旋旋法则判判定，如如图2.2所示示。右手手的拇指指、食指指、中指指互相垂垂直，并并分别代代表+XX、+Y、+Z轴。围围绕+XX、+Y、+Z轴的回回转运动动分别用用+A、+B、+C表示，其其正向用用右手螺螺旋定则则确定。与与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的的方向用用带“”的+X、+Y、+Z、+A、+B、+C表示示。难点理解解：1、机机床坐标标系是针针对刀具具而言的的，假定定工件不不动，刀刀具运动动； 2、机机床坐标标系符合合右手定定则；X 3、按按下操作作面板上上的 ，则刀刀具相对对于工件件向XX方向运运动。1. 机床坐标标系a、机床床原点：图2-6 铣床的机床原点机床坐标标系的原原点也称称为机床床原点,又称机机械原点点，或者者机床零零点，在在机床经经过设计计制造和和调整后后这个原原点便被被确定下下来,是是由机床床生产厂厂家设置置的一个个固定不不变的基基准点，在在机床说说明书上上有说明明，一般般地对于于铣床来来说，机机械原点点的位置置是各坐坐标轴的的正向最最大极限限处。数数控装置置通电后后通常要要进行回回参考点点操作，以以建立机机床坐标标系。参参考点可可以与机机床零点点重合，也也可以不不重合，通通过参数数来指定定机床参参考点到到机床零零点的距距离。机机床回到到了参考考点位置置也就知知道了该该坐标轴轴的零点点位置，找找到所有有坐标轴轴的参考考点，CCNC就就建立起起了机床床坐标系系。参考考点可以以通过调调整挡块块被改变变。图2-5 车床的机床原点b、机床床坐标系系先确定ZZ轴：在在标准中中，规定定平行于于机床主主轴的刀刀具运动动坐标轴轴为Z轴轴，取刀刀具远离离工件的的方向为为正方向向（ZZ）。当当机床有有多个主主轴时，选选一个垂垂直于工工件装夹夹面的主主轴为ZZ轴。再确定XX轴：XX轴为水水平方向向，且垂垂直于ZZ轴并平平行于工工件的装装夹面。对对于工件件做旋转转运动的的机床，取取平行于于横向滑滑座的方方向为刀刀具运动动的X轴轴坐标，同同样，取取刀具远远离工件件的方向向为X的的正方向向；对于于刀具做做旋转运运动的机机床，当当Z轴为为水平方方向时，沿沿刀具主主轴后端端向工件件方向看看，向右右为X轴轴的正方方向；如如Z轴是是垂直的的，则从从主轴向向立柱看看时，对对于单立立柱机床床，X轴轴的正方方向指向向右边；对于双双立柱机机床，当当从主轴轴向立柱柱看时，XX轴向的的正方向向指向右右边。上上述的正正方向都都是刀具具相对于于工件运运动而言言。最后确定定Y轴：在确定定了X、ZZ正方向向后，可可以按照照右手直直角笛卡卡儿坐标标系确定定Y轴的的正方向向。图2-7立式数控铣床图2-8卧式数控铣床2 参考考点、参参考坐标标系数控装置置上电时时并不知知道机床床原点，为为了正确确地在机机床工作作时建立立机床坐坐标系，通通常在每每个坐标标轴的移移动范围围内设置置一个机机床参考考点（测测量起点点），机机床起动动时，通通常要进进行机动动或手动动回参考考点，以以建立机机床坐标标系。通通过参数数指定机机床参考考点到机机床原点点的距离离。以参参考点为为原点，坐坐标方向向与机床床坐标方方向相同同建立的的坐标系系叫做参参考坐标标系，在在实际使使用中通通常以参参考坐标标系计算算坐标值值。(一一般的，参参考坐标标系与机机床坐标标系之间间偏移一一定的距距离，或或者二者者重合)3、工作作坐标系系a、编程程原点：也称工件件原点，由编程人员在工件上根据编程方便性自行设定的编制加工程序的原点。它只与工工件有关关，而与与机床坐坐标系无无关。但但考虑到到编程的的方便性性，工件件坐标系系中各轴轴的方向向应该与与所使用用的数控控机床的的坐标轴轴方向一一致。工工件原点点的设置置一般应应遵循下下列原则则： （11）工件件原点与与设计基基准或装装配基准准重合，以以利于编编程； （22）工件件原点尽尽量选在在尺寸精精度高、表表面粗糙糙度值小小的工件件表面上上； （33）工件件原点最最好选在在工件的的对称中中心上； （44）要便便于测量量和检验验。图2-9 车削的编程原点图2-10 铣削的编程原点b、编程程坐标系系假定工件件固定不不动，用用刀具运运动的坐坐标系来来编程。工件坐标系时编程人员在编程和加工时使用的坐标系。在加工时，工件随夹具安装在机床上，这时测量工件原点与机床原点间的距离，称作工件原点偏置。该偏置值预存入数控系统中（G92，G54G59），加工时，工件原点偏置便能自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的绝对坐标值。因此，编程人员可以不考虑工件在机床上的实际安装位置和安装精度，而利用原点偏置功能，补偿工件在工作台上的位置偏差。3、附加加运动坐坐标系一般称XXYZ为为主坐标标或第一一座标，如如有平行行于第一一座标的的第二组组和第三三组坐标标，则分分别指定定为U、VV、W和和P、QQ、R。讲解机床床坐标系系与工件件坐标系系的目的的在于：装夹工工件时，要要将图纸纸上的坐坐标方向向与机床床坐标方方向相一一致。22