第二章-数控机床加工程序编制基础资料课件

CNC数控技术数控技术电子教案电子教案西南科技大学城市学院主讲教师：童钦CNC第一章数控机床加工程序编制基础 数控程序编制的概念 数控机床的坐标系 常用编程指令 程序编制中的数学处理 CNC 在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。1.1数控程序编制的概念第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.1.1 1.1.1 数控程序数控程序编制的定制的定义 编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不不仅应该保保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1、数控程序编制的内容及步骤数数控控编程程是是指指从从零零件件图纸到到获得得数数控控加加工工程程序序的的全全部部工工作作过程程。编程工作主要包括：第一章数控机床加工程序编制基础分分 析析零零 件件图图 样样和和 制制定定 工工艺艺 方方案案 数数 学学 处处 理理 编编 写写 程程 序序 程程 序序 校校 验验修修 改改CNC2、数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种：手手工工编制制程程序序和和自自动编制程序。制程序。（1）手工编程 手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。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 改编程手册第一章数控机床加工程序编制基础CNC（2）计算机自动编程 自动编程是指在编程过程中，除了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。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.1.2 1.1.2 字与字的功能字与字的功能1、字符与代码 字字符符是是用用来来组织、控控制制或或表表示示数数据据的的一一些些符符号号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。2、字 在数控加工程序中，字字是是指指一一系系列列按按规定定排排列列的的字字符符，作作为一一个个信信息息单元元存存储、传递和和操操作作。字是由由一一个个英英文文字字母母与随后的若干位十与随后的若干位十进制数字制数字组成，成，这个英文字母称个英文字母称为地址符。地址符。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。第一章数控机床加工程序编制基础CNC3、字的功能 组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的。（1）顺序号字N顺顺序序号号又又称称程程序序段段号号或或程程序序段段序序号号。顺序号位位于于程程序序段段之首之首，由顺序号字顺序号字N N和后续数字组成和后续数字组成。便于程序检查程序检查少用（2）准备功能字G 准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是是用用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。附表：见表1.1 G功能字含义表第一章数控机床加工程序编制基础CNC第一章数控机床加工程序编制基础表表1.1 G功能字含义表功能字含义表CNC第一章数控机床加工程序编制基础表表1.1 G功能字含义表功能字含义表华中数控CNC（3）尺寸字 尺寸字用于确定机床上刀具运用于确定机床上刀具运动终点的坐点的坐标位置位置。其中，第一组 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组 A，B，C，D，E 用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组 I，J，K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。（4）进给功能字F进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用用于于指指定定切切削削的的进给速速度度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。第一章数控机床加工程序编制基础CNC（5）主轴转速功能字S主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。（6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。（7）辅助功能字M 辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为13位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作用于指定数控机床辅助装置的开关动作。附表：见表1.2M功能字含义表第一章数控机床加工程序编制基础CNC第一章数控机床加工程序编制基础表表1.2 M功能字含义表功能字含义表M功能字 含 义 M00 程序停止 M01 计划停止 M02 程序停止 M03 主轴顺时针旋转 M04 主轴逆时针旋转 M05 主轴旋转停止 M06 换刀 M07 2号冷却液开 M08 1号冷却液开 M09 冷却液关 M30 程序停止并返回开始处 M98 调用子程序 M99 返回子程序 CNC1.1.3 1.1.3 程序格式程序格式1、程序段格式 一一个个数数控控加加工工程程序序是是若若干干个个程程序序段段组成成的的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。程序段格式举例：N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08N40 X90（本程序段省略了续效字“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M08”，但它们的功能仍然有效）在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：移动目标：终点坐标值X、Y、Z 沿怎样的轨迹移动：准备功能字G；进给速度：进给功能字F；切削速度：主轴转速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；机床辅助动作：辅助功能字M。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.2 1.2 数控机床的坐标系数控机床的坐标系1.2.1 1.2.1 机床坐机床坐标系系、机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定(运运动定定则)在机床上，我们始终认为工工件件静静止止，而而刀刀具具是是运运动的的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。第一章数控机床加工程序编制基础CNC（2）机床坐标系的规定 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用用右右手手笛笛卡尔直角坐标系决定。卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。第一章数控机床加工程序编制基础CNC 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。2)大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。第一章数控机床加工程序编制基础CNC（3）运动方向的规定 增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床上两个运动的正方向。第一章数控机床加工程序编制基础CNC、坐标轴方向的确定（1）Z坐标 Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平平行行于于主主轴轴线的坐的坐标轴即即为Z Z坐坐标，Z Z坐坐标的正向的正向为刀具离开工件的方向。刀具离开工件的方向。第一章数控机床加工程序编制基础CNC（2）X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。第一章数控机床加工程序编制基础CNC2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。第一章数控机床加工程序编制基础CNC（3）Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定右手直角坐标系来确定Y Y坐标坐标的方向的方向。第一章数控机床加工程序编制基础CNC3、机床原点的设置 机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装装配配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1）数控车床的原点 (2)数控铣床的原点(如右下图)在数控车床上，机床原点一般取在卡卡盘端端面面与与主主轴中中心心线的的交交点点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。第一章数控机床加工程序编制基础CNC4、机床参考点 机床参考点是用于机床参考点是用于对机床运机床运动进行行检测和控制的固定位置点。和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数数控控车床床上上机机床床参参考考点点是是离离机机床床原原点点最最远的的极极限限点点。下图为数控车床的参考点与机床原点。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.2.2 1.2.2 编程坐程坐标系系 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如下图所示，其中O2即为编程坐标系原点。第一章数控机床加工程序编制基础CNC 编程程原原点点是是根根据据加加工工零零件件图样及及加加工工工工艺要要求求选定定的的编程坐程坐标系的原点。系的原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如下图所示为车削零件的编程原点。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.2.3 1.2.3 加工坐加工坐标系系 1、加工坐标系的确定 加工坐标系是指以以确确定定的的加加工工原原点点为基基准准所所建建立立的的坐坐标系。系。加工原点也称为程序原点，是是指指零零件件被被装装夹好好后后，相相应的的编程原点在机床坐程原点在机床坐标系中的位置。系中的位置。第一章数控机床加工程序编制基础CNC2、加工坐标系的设定 在机床坐标系中直接设定加工原点。例：以下图为例，在配置FANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点03。（1）加工坐标系的选择 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。设工作台工作面尺寸为800mm320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点03就在距机床原点O1为X3、Y3、Z3处。并且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。（2）设定加工坐标系指令1）G54G59为设定加工坐标系指令。G54对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在MDI 方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点O3，将其坐标值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3 1.3 常用编程指令常用编程指令 数控加工程序是由各种功能字按照规定的格式组成的。1.3.1 1.3.1 绝对尺寸指令和增量尺寸指令尺寸指令和增量尺寸指令 在加工程序中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表达方法。绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1、G功能字指定G90G90指定尺寸指定尺寸值为绝对尺寸。尺寸。G91G91指定尺寸指定尺寸值为增量尺寸。增量尺寸。2、用尺寸字的地址符指定（本课程中车床部分使用）绝对尺寸的尺寸字的地址符用 X、Y、Z增量尺寸的尺寸字的地址符用 U、V、W用绝对坐标编程为：X12.0 Y15.0；若用相对坐标编程则为：U18.0 V20.0。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3.2 1.3.2 预置寄存指令置寄存指令 第一章数控机床加工程序编制基础预置寄存指令是按照升序规定的尺寸字值，通过当前刀具所在的位置来设定加工坐标系的原点。这一指令不产生机床运动。编程格式：G92 X Y Z其中X,Y,Z的值是当前刀具位置相对于加工原点的值。CNC1.3.3 1.3.3 坐坐标平面平面选择指令指令 坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。G17G17表示选择表示选择XYXY平面，平面，G18G18表示选择表示选择ZXZX平面，平面，G19G19表示选择表示选择YZYZ平面。平面。各坐标平面如图1.22所示。一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3.4 1.3.4 快速点定位指令快速点定位指令 快速点定位指令控控制制刀刀具具以以点点位位控控制制的的方方式式快快速速移移动动到到目目标标位位置置，其其移移动动速速度度由由参参数数来来设设定定。指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后减速到达终点，如下图所示。程序程序格式格式：G00 XG00 X Y Y Z Z 式中X、Y、Z的值是快速点定位的终点坐标值第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3.51.3.5直直线插插补指令指令 直线插补指令用于用于产生按指定生按指定进给速度速度F F实现的空的空间直直线运运动。程序格式程序格式：G01 XG01 X Y Y Z Z F F（X X、Y Y、Z Z为直直线插插补的的终点坐点坐标值；F F不能不能为0 0）例：实现下图中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90 G01 X10 Y10 F100增量方式编程：G91 G01 X-10 Y-20 F100第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3.6 1.3.6 圆弧插弧插补指令指令G02为按指定按指定进给速度的速度的顺时针圆弧插弧插补。G03为按指定按指定进给速度的逆速度的逆时针圆弧插弧插补。圆弧顺逆方向的判别：沿着不在沿着不在圆弧平面内的坐弧平面内的坐标轴，由正方向向由正方向向负方向看，方向看，顺时针方向方向G02G02，逆，逆时针方向方向G03G03，如下图所示。第一章数控机床加工程序编制基础CNC程序格式程序格式：XYXY平面：平面：G17 G02 XG02 X Y Y I I J J (R(R)F)FG17 G03 XG03 X Y Y I I J J (R(R)F)FZXZX平面：平面：G18 G02 X Z I K(R)FG18 G03 X Z I K(R)FYZ平面：平面：G19 G02 Z Y J K(R)FG19 G03 Z Y J K(R)F 其中：X X、Y Y、Z Z的的值是指是指圆弧插弧插补的的终点坐点坐标值；I I、J J、K K是指是指圆弧起点到弧起点到圆心的增量心的增量坐坐标，与，与G90,G91G90,G91无无关；关；R R为指指定定圆弧弧半半径径，当当圆弧弧 的的圆心心 角角1 18 80 0o o时，R R值为正正，当当圆圆弧弧的的圆圆心心角角1800时时，R值值 为为 负负 第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3.7 1.3.7 刀具半径刀具半径补偿指令指令 在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能，见下图。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1、编程格式G41G41为左左偏偏刀刀具具半半径径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿，见下图。G42G42为右右偏偏刀刀具具半半径径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿。G40 为补偿撤消指令。程序格式程序格式:G00/G01 G41/G42 XG00/G01 G41/G42 X Y Y H H /建立建立补偿程序段；程序段；XYXY为建立建立补偿直直线终点；点；/轮廓切削程序段；廓切削程序段；H H为半径半径补偿地址，地址，地址号与刀号地址号与刀号对应；G00/G01 G40 X Y/补偿撤消程序段；撤消程序段；XYXY为撤消撤消补偿段的段的终点；点；第一章数控机床加工程序编制基础CNC2、工作过程（1）刀具补偿过程：下图表示刀具半径补偿的工作过程，其中，实线表示编程轨迹；点画线表示刀具中心轨迹；r r等于刀具半径，表示偏移向量。第一章数控机床加工程序编制基础CNC2、工作过程（2）注意问题：A A、建立、建立补偿程序段必程序段必须是在是在补偿平面内不平面内不为零的直零的直线移移动。B B、建立、建立补偿的程序段一般的程序段一般应在切入工件之前完成。即切入运在切入工件之前完成。即切入运动的上段。的上段。C C、撤消、撤消补偿的程序段一般的程序段一般应在切出工件之后完成。即切出运在切出工件之后完成。即切出运动的下段。的下段。D D、刀具半径、刀具半径补偿量一般取正量一般取正值。3、过切与欠切过切：切除了工件上不应切除的材料；即不该切而切。欠切：未能切除工件上应切除的材料。即该切而未切。4、刀具补偿的应用A A、减少、减少编程数学程数学处理，理，直接按照工件直接按照工件轮廓廓编程；程；B B、一个程序可完成粗、一个程序可完成粗、半精、精加工，只需改半精、精加工，只需改变刀具半径刀具半径补偿值。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.3.8 1.3.8 刀具刀具长度度补偿指令指令 使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。G43G43为正正补偿，即即将将Z Z坐坐标尺尺寸寸字字与与H H代代码中中长度度补偿的的量量相相加加，按其结果进行Z轴运动。G44G44为负补偿，即即将将Z Z坐坐标尺尺寸寸字字与与H H中中长度度补偿的的量量相相减减，按其结果进行Z轴运动。G49G49为撤消撤消补偿。编程格式为：G01 G43/G44 Z H/建立补偿程序段/切削加工程序段G49/补偿撤消程序段 第一章数控机床加工程序编制基础CNC第一章数控机床加工程序编制基础1.4 1.4 程序编制中的数学处理程序编制中的数学处理根据被加工零件图样，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算数控系统所需要输入的数据，称为数学处理。数学处理一般包括两个内容：根据零件图样给出的形状，尺寸和公差等直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等），计算算出出编程程时所所需需要要的的有有关关各各点点的的坐坐标值；不不能能直直接接计计算算出出编编程程所所需需坐坐标标时时，就就必必须须根根据据具具体体的的工工艺艺方方法法和和工工艺艺装装备备等等，对对零零件件图图样进行必要的数学处理或改动，再进行计算。样进行必要的数学处理或改动，再进行计算。CNC1.4.1 1.4.1 选择编程原点程原点从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心。Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。车削零件的编程原点选择见下图。第一章数控机床加工程序编制基础CNC 铣削零件的编程原点，X、Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上，对于有对称部分的工件，可以选在对称面上，以便用镜像等指令来简化编程。Z向的编程原点，习惯选在工件上表面，这样当刀具切入工件后Z向尺寸字均为负值，以便于检查程序。铣削零件的编程原点见下图。编程原点选定后，就应把各点的尺寸换算成以编程原点为基准的坐标值。为了在加工过程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值来计算坐标值。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.4.2 1.4.2 基点基点 零件的轮廓零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间的连接点称为基点各几何要素之间的连接点称为基点。基点坐标是编程中必需的重要数据。A、B、C、D、E为基点。第一章数控机床加工程序编制基础CNC1.4.3 1.4.3 非非圆曲曲线数学数学处理的基本理的基本过程程 数控系统一般只能作直线插补和圆弧插补的切削运动。如果工件轮廓是非圆曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要通过一定的数学处理。数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近逼近线段与被加工曲段与被加工曲线交点称交点称为节点。点。例如，对下图所示的曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。第一章数控机床加工程序编制基础写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits48谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal