数控教师-面试课件

第第3章章 数控编程基础数控编程基础3.1 数控编程概述3.2 坐标系的确定3.3 编程尺寸的取值方法编程尺寸的取值方法3.4 程序编制中的数值计算程序编制中的数值计算3.5 数控加工程序的一般格式数控加工程序的一般格式3.6 G3.6 G功能功能3.7 3.7 刀具功能刀具功能T T、进给功能、进给功能F F、主轴功能、主轴功能S S3.8 M3.8 M功能功能3.9 3.9 程序实例程序实例3.1 数控编程概述数控编程概述3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 数控编程的内容及步骤数控编程的内容及步骤数控编程的内容及步骤数控编程的内容及步骤 在数控机床上加工零件时，要把加工零件的在数控机床上加工零件时，要把加工零件的在数控机床上加工零件时，要把加工零件的在数控机床上加工零件时，要把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具运动轨迹、位移全部工艺过程、工艺参数、刀具运动轨迹、位移全部工艺过程、工艺参数、刀具运动轨迹、位移全部工艺过程、工艺参数、刀具运动轨迹、位移量、切削参数（如主轴转速、刀具进给量、切削量、切削参数（如主轴转速、刀具进给量、切削量、切削参数（如主轴转速、刀具进给量、切削量、切削参数（如主轴转速、刀具进给量、切削深度等）以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、深度等）以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、深度等）以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、深度等）以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、切削液开关等），按照数控机床规定的指令代码切削液开关等），按照数控机床规定的指令代码切削液开关等），按照数控机床规定的指令代码切削液开关等），按照数控机床规定的指令代码和程序格式编写程序，再把程序输入到数控装置，和程序格式编写程序，再把程序输入到数控装置，和程序格式编写程序，再把程序输入到数控装置，和程序格式编写程序，再把程序输入到数控装置，从而控制机床加工零件。从而控制机床加工零件。从而控制机床加工零件。从而控制机床加工零件。数控机床程序编制的内容包括：分析工件图数控机床程序编制的内容包括：分析工件图数控机床程序编制的内容包括：分析工件图数控机床程序编制的内容包括：分析工件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、程序输入数控系统、校对加工程序和工程序单、程序输入数控系统、校对加工程序和工程序单、程序输入数控系统、校对加工程序和工程序单、程序输入数控系统、校对加工程序和首件试加工。首件试加工。首件试加工。首件试加工。3 3 3 31 1 1 12 2 2 2 数控编程种类数控编程种类数控编程种类数控编程种类 （1 1 1 1）手手手手工工工工编编编编程程程程：整个编程过程由人工完成（包括程序单和制作控制介质）。（2 2 2 2）自自自自动动动动编编编编程程程程：编程人员只需分析零件图纸和制定工艺方案，借助计算机自动完成程序编制的全过程。常用自动编程软件有：UG,Pro/E,Mastercam,CAXA等。3.23.2 数控机床坐标系的确定数控机床坐标系的确定 3 3 3 32 2 2 21 1 1 1 机床坐标系的确定机床坐标系的确定机床坐标系的确定机床坐标系的确定 为了保证数控机床的运动、操作及程序编制的为了保证数控机床的运动、操作及程序编制的一致性，一致性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化数控机床的坐标系和运动方向均已标准化。编程时编程时对机床相对运动的规定对机床相对运动的规定：采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定不动；有的是工件运动，刀具固定不动。为件固定不动；有的是工件运动，刀具固定不动。为编程方便，一律规定工件固定，刀具运动。编程方便，一律规定工件固定，刀具运动。1 1 1 1）坐标系建立的基本原则）坐标系建立的基本原则）坐标系建立的基本原则）坐标系建立的基本原则 机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系采用右手笛卡儿直角坐标系决定。基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标；相对于各坐标轴的旋转坐标分别记为A、B、C，正方向按右手螺旋法则确定。2 2 2 2）各坐标轴的确定）各坐标轴的确定）各坐标轴的确定）各坐标轴的确定 确定机床坐标轴时，一般先确定先确定Z Z轴，然后确定轴，然后确定X X轴和轴和Y Y轴轴。Z Z轴轴：一般以传递切削力的主轴轴线方向定为Z坐标轴。如果机床有多个主轴，则选尽可能垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z轴。刀具远离工件的方向为Z轴正方向。X X轴轴：为水平的、平行于工件装夹平面的轴。如果工件做旋转运动（车床），则刀具离开工件的方向为X轴正方向；对于刀具旋转的机床，若Z轴为水平时（卧铣），由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方；若Z轴为垂直时（立铣），面对刀具主轴向立柱看，X轴正方向指向右方。对无主轴的机床（如刨床），X轴正方向平行于切削方向。Y Y轴轴：垂直于X及Z轴，按右手定则确定其正方向。a)卧式车床 b)立式升降台铣床 c)卧式镗床刀具离开工件的方向为X轴正方向：卧式卧式卧式卧式-由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方：立式立式立式立式-面对刀具主轴向立柱看，X轴正方向指向右方：卧式卧式卧式卧式-由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方：立式立式立式立式-面对刀具主轴向立柱看，X轴正方向指向右方：d)龙门式轮廓铣床 e)五坐标工作台移动式曲面和轮廓铣床3 3 3 3）机床坐标系的原点）机床坐标系的原点）机床坐标系的原点）机床坐标系的原点 机床坐标系的原点也称机床原点机床原点或机床零点机床零点，这个原点是机床上一个固定的点。机床一经设计和制造出来，机械原点就已经被确定下来。机床启动时，通常要进行机动或手动回零，就是回到机床原点。数控车床的机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，数控铣床的机械原点一般在直线坐标或旋转坐标回到正向的极限位置。数控车床的机床原点数控铣床的机床原点4 4 4 4）机床参考点：）机床参考点：）机床参考点：）机床参考点：数控装置通电后通常要进行回参考点操作，以建立机床坐标系。参考点与机床原点不重合时，需通过参数来指定机床参考点到机床原点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC装置就建立起了机床坐标系。3 3 3 32 2 2 22 2 2 2 工件坐标系的确定工件坐标系的确定工件坐标系的确定工件坐标系的确定 工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件原点工件原点（也称程序原点程序原点）。工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床相应的坐标轴一致，并且与之有确定的尺寸关系。工件坐工件坐标系系原点原点机床坐机床坐标系系原点原点 3 3 3 32 2 2 22 2 2 2 工件坐标系的确定工件坐标系的确定工件坐标系的确定工件坐标系的确定 工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床相应的坐标轴一致，并且与之有确定的尺寸关系。3.3 3.3 编程尺寸的取值方法编程尺寸的取值方法编程尺寸取值方法有以下两大类：1、绝对坐标取值以工件坐标系原点为基准 给出的零件的坐标值。2、增量坐标取值零件上后一点的坐标相对于前一点的增量值。3.4 3.4 程序编制中的数值计算程序编制中的数值计算 根据零件图，按已确定的走刀路线和允许的编程误差，计算数控系统所需输入的数据，称为数控加工的数值计算数值计算。包括：1 1、基点坐标计算、基点坐标计算基点：构成零件轮廓的不同几何素线（如直线、圆弧等）的交点或切点称为基点基点。基点坐标的计算：计算每条运动轨迹（线段）的起点或终点、在选定坐标系中的坐标值、圆弧运动轨迹的坐标值等。3.4 3.4 程序编制中的数值计算程序编制中的数值计算2 2、节点坐标计算、节点坐标计算节点节点:对于平面轮廓是直线和圆以外的非圆曲线（如渐开线、阿基米德螺线等），采用直线或圆弧逼近它们。即将这些非圆曲线按等间距或等弧长分割成许多小段，用直线或圆弧逼近这些小段，从而取代非圆曲线。逼近直线或圆弧小段与曲线的交点或切点称为节节点点。编程时要根据所允许的误差计算出各线段的长度和节点的坐标值。节点坐标的计算节点坐标的计算:通常借助于计算机来完成。列表曲线列表曲线:由一系列实验或经验数据点表示的、没有表达平面轮廓形状的曲线方程的曲线，称为列表曲线列表曲线。列表曲线的已知点就是节点。已知点不够多时，需进行相应的数学处理。3.5 3.5 数控加工程序的一般格式数控加工程序的一般格式 编程时既要尽量采用国际或国家标准代码，又要结合具编程时既要尽量采用国际或国家标准代码，又要结合具 体机床的实际情况，这样的编程才能为数控机床接受。体机床的实际情况，这样的编程才能为数控机床接受。目目前前，国国际际上上数数控控机机床床编编程程和和使使用用标标准准有有两两种种主主要要的的通通用用标标准准，即即国国际际标标准准化化组组织织标标准准ISOISOISOISO和和美美国国电电子子工工业业协协会会标标准准EIAEIAEIAEIA。我我国国以以等等效效采采用用和和参参照照采采用用ISOISO标标准准的的方方式式制制定定了了我我国国的数控标准。的数控标准。国国家家标标准准GB8870-88GB8870-88GB8870-88GB8870-88对对零零件件数数控控加加工工程程序序的的结结构构和和格格式式作作出了规定。出了规定。3.5 3.5 数控加工程序的一般格式数控加工程序的一般格式1 1、程序的组成、程序的组成加工程序由程序名程序名、程序主体程序主体和程序结束符号程序结束符号程序结束符号程序结束符号等组成。程序名：就是给零件数控加工程序一个编号，并说明该零件加工程序开始，以便进行程序检索。程序主体：表示加工程序的全部内容。程序结束：可用指令M02或M30作为整个程序结束的符号来结束程序，程序结束应位于最后一个程序段。如：如：O1000O1000 N10 G54 G40 G49 G80 G90 N10 G54 G40 G49 G80 G90；N20 G091 G28 X0 Y0 Z0N20 G091 G28 X0 Y0 Z0；.N150 M30 N150 M30；程序名程序名程序主体程序主体程序结束程序结束3.5 3.5 数控加工程序的一般格式数控加工程序的一般格式2 2、程序段格式、程序段格式 程序由若干个程序段组成，程序中的每一行均为一个程序段。每个程序段包含若干个程序字，每个程序字由若干个字符组成。程序段的基本格式程序段的基本格式如下：N#G#X#.#Y#.#Z#.#.#F#S#T#M#程序段号准备功能运动坐标其它坐标切削参数辅助功能程序字：能表示某一功能的、按一定顺序和规定排列的字符集合称为程序字。如G01、X30.1等等。3.5 3.5 数控加工程序的一般格式数控加工程序的一般格式 程序段格式是指一个程序段中各自的特定排列顺序及表达形式。不同的数控系统，程序段格式不一定相同不同的数控系统，程序段格式不一定相同。格式不合规定，数控装置会发出出错报警。目前国内外应用最广泛的是程序字地址可变程序段格式：N10 G01 X80.5 Z-35 F60 S300 T01 M03 程序段序号字 直线插补 坐标字 进给功能字 主轴功能字 刀具功能字 辅助功能字坐标字 般可编程功能分为两类：一类用来实现刀具轨迹控制即各进给轴的运动，如直线/圆弧插补、进给控制、坐标系原点偏置及变换、尺寸单位设定、刀具偏置及补偿等，这一类功能被称为准备功能，以字母G以及两位数字 组成，也被称为G代码。另一类功能被称为辅助功能，用来完成程序的执行控制、主轴控制、刀具控制、辅助设备控制等功能。3.6 3.6 准备功能准备功能准备功能准备功能GG指令（指令（指令（指令（JB3208-83JB3208-83）GG指令（准备功能）：指令（准备功能）：指令（准备功能）：指令（准备功能）：用用用用来来来来规规规规定定定定刀刀刀刀具具具具和和和和工工工工件件件件的的的的相相相相对对对对运运运运动动动动插插插插补补补补方方方方式式式式、机机机机床床床床坐坐坐坐标标标标系系系系、坐坐坐坐标标标标平平平平面面面面、刀刀刀刀具具具具补补补补偿偿偿偿、坐坐坐坐标标标标偏偏偏偏置置置置等等等等多多多多种种种种设设设设置置置置，它它它它由由由由GG字字字字母母母母和和和和后后后后跟跟跟跟两两两两位位位位数数数数字字字字组组组组成成成成；G00，G01，G99共100个，其中有些功能待开发。见P84表3.1。模态代码（续效代码）：模态代码（续效代码）：模态代码（续效代码）：模态代码（续效代码）：非模代码（非续效代码）：非模代码（非续效代码）：非模代码（非续效代码）：非模代码（非续效代码）：只有在书写了该代码的程序段中才有效。GG代码代码代码代码 模态G代码，是指这些G代码不只在当前的程序 段中起作用，而且在以后的程序段中一直起作用，直到程序中出现另一个同组的G代码为止，同组的模态G代码控制同一个目标但起不同的作用，它们之间是不相容的。表3.1 准准 备备 功功 能能 非模态常用准备功能常用准备功能G G指令：指令：（1）G90、G91:绝对坐标编程与增量坐标编程指令G90：绝对坐标编程指令。刀具运动过程中所有的位置坐标均以固定的坐标原点为基准来给出。如下图中，A点坐标为XA=20，YA=32。B点坐标为XB=60，YB=77。A B绝对坐标编程：G90 G00 X60 Y77；常用准备功能常用准备功能G G指令：指令：（1）G90、G91:绝对坐标编程与增量坐标编程指令G91：增量（或相对）坐标编程指令。刀具运动的位置坐标是以刀具前一点的位置坐标与当前位置坐标之间的增量给出的，终点相对于起点的方向与坐标轴相同取正、相反取负。A B相对坐标编程：G91 G00 X40 Y45；G17G17G17G17、G18G18G18G18、G19G19G19G19：指指指指定定定定机机机机床床床床在在在在某某某某一一一一平平平平面面面面内内内内进进进进行行行行加加加加工工工工（圆圆圆圆弧弧弧弧插插插插补补补补、刀刀刀刀补补补补），G17G17G17G17、G18G18G18G18、G19G19G19G19分分分分别别别别代代代代表表表表XYXYXYXY，XZXZXZXZ，YZYZYZYZ三个平面。三个平面。三个平面。三个平面。G17G17G18G18G19G19X XY YZ Z（2）平面插补指令G17、G18与G19（3）快速点定位指令G00编程格式：G00 X_ Y_ Z_；（增量值或绝对值编程）（4）直线插补指令G01编程格式：G01 X_ Y_ Z_ F_；（增量值或绝对值编程）X _ Y _ Z _：终点坐标；快速移动的速度由机床参数指定(对各轴分别设定)；G00快速直线运动过程中不进行切削；刀具移动的轨迹不一定是一条直线。X _ Y _ Z _:终点坐标；F:直线插补进给速度；G01直线插补运动过程中一般进行切削；刀具移动的轨迹是一条直线。编程练习：分别用绝对值和增量编程指令完成下图刀具中心运动轨迹，起刀点为A点、终点为C点。ABCD4040XY（5）圆弧插补指令G02、G03使机床在各坐标平面内执行圆弧运动，加工出圆弧轮廓。G02-顺圆插补顺圆插补；G03-逆圆插补逆圆插补。方向判别：沿垂直于圆弧所在平面（如沿垂直于圆弧所在平面（如XYXY平面）的坐标轴向平面）的坐标轴向负方向（负方向（-Z-Z）看）看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。（5）圆弧插补指令G02、G03圆弧插补指令格式：（XY平面为例）用圆弧终点坐标和圆心坐标表示。G02 指令格式：XYIJF；G03 式中：X、Y是圆弧终点坐标，可以用绝对值，也可以用终点相对于起点的增量值，取决于程序段中的 G90、G91指令。I I、J J是圆心坐标，一般均用圆心相对于起点的增量坐是圆心坐标，一般均用圆心相对于起点的增量坐标来表示标来表示，而不受而不受G90G90控制控制。对于XZ平面，坐标参数相应为X、Z、I、K。YZ平面则为Y、Z、J、K。适用于整圆加工。（5）圆弧插补指令G02、G03 用圆弧终点坐标和圆弧半径R表示。G02 指令格式：XYRF；G03 式中：为圆弧半径。用+R表示小于或等于180度的圆弧，用-R表示大于180度的圆弧。前刀架车床与后刀架车床坐标系统（前刀架车床与后刀架车床坐标系统（补充说明补充说明）后刀架：顺、逆圆弧的设定：XYABC编程练习：完成下图刀具中心轨迹，起刀点为A点。A（200，40）B（160，40）C（120，40）BR20N0005 G92 X200.Y40.Z0；N0010 G90 G03 X160.Y40.I-20.J0 F300；N0020 G02 X120.Y40.R20.；N0030 G03 X120.Y40.I-20.J0；N0040 M02；N0005 G92 X200.Y40.Z0；N0010 G91 G17 G03 X-40.Y0 R20.F300；N0015 G02 X-40.Y0 R20.；N0020 G03 X0 Y0 I-20.J0；N0025 M02；a.a.绝对坐标编程绝对坐标编程b.b.相对坐标编程相对坐标编程ABCBA（200，40）B（160，40）C（120，40）XY