1、第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束第1章 数控加工编程基础 1.1 数控加工概述数控加工概述 1.2 数控系统控制原理数控系统控制原理 1.3 数控机床及其坐标系统数控机床及其坐标系统 1.4 数控编程基础数控编程基础 1.5 数控加工的工艺处理数控加工的工艺处理 1.6 数控加工的工艺指令和工艺文件数控加工的工艺指令和工艺文件 思考与练习题思考与练习题 第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.1 数控加工概述数控加工概述1.1.1 数控加工原理和特点数控加工原理和特点 1数控加工原理数控加工原理 采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和
2、工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束数控加工的原理如图1-1所示。数值计算程序校核工艺分析制备控制介质编程序清单零件图纸输入装置工作台数控装置输出装置伺服机构毛坯工件编程部分机床控制部分图1-1 数控加工原理框图第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 从图1-1可以看出，数控加工过程总体上可分为数控程序编制和机床加工控制两大部分。数控机床
3、的控制系统一般都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2数控加工的特点数控加工的特点 (2)对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可。(1)自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。(3)加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。(4)易于建立与
4、计算机间的通信联络，容易实现群控。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.1.2 数控加工常用术语数控加工常用术语 1坐标联动加工坐标联动加工 数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以坐标数据来进行控制的。像数控车床、数控线切割机床等是属于两坐标控制的，数控铣床则是三坐标控制的(如图1-2所示)，还有四坐标轴、五坐标轴甚至更多的坐标轴控制的加工中心等。坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线和空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力(如图1-3所示)。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-2 数控机
5、床的控制坐标数(a)两坐标数控车床；(b)三坐标数控铣床XXZZY第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-3 坐标联动加工 第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2脉冲当量、进给速度与速度修调脉冲当量、进给速度与速度修调 数控机床各轴采用步进电机、伺服电机或直线电机驱动，是用数字脉冲信号进行控制的。每发送一个脉冲，电机就转过一个特定的角度，通过传动系统或直接带动丝杠，从而驱动与螺母副连结的工作台移动一个微小的距离。单位脉冲作用下工作台移动的距离就称之为脉冲当量。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 手动操作时数控坐
6、标轴的移动通常是采用按键触发或采用手摇脉冲发生器(手轮方式)产生脉冲的，采用倍频技术可以使触发一次的移动量分别为0.001 mm、0.01 mm、0.1 mm、1 mm等多种控制方式，相当于触发一次分别产生1、10、100、1000个脉冲。进给速度是指单位时间内坐标轴移动的距离，也即是切削加工时刀具相对于工件的移动速度。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 如某步进电机驱动的数控轴，其脉冲当量为0.002 mm，若数控装置在0.5分钟内发送出20 000个进给指令脉冲，那么其进给速度应为：20 0000.002/0.5=80 mm/min。加工时的进给速度由程序代码中
7、的F指令控制，但实际进给速度还是可以根据需要作适当调整的，这就是进给速度修调。修调是按倍率来进行计算的，如程序中指令为F80，修调倍率调在80%挡上，则实际进给速度为8080%=64 mm/min。同样地，有些数控机床的主轴转速也可以根据需要进行调整，那就是主轴转速修调。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.1.3 数控加工技术的发展数控加工技术的发展 1数控加工技术的发展历程数控加工技术的发展历程 1949年美国研制出能进行三轴控制的数控铣床样机，取名“Numerical Control”。1953年开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可生成NC程序的自动编程
8、语言。1959年美国K&T公司开发成功了带刀库，能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种类加工中心。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 1968年英国首次推出柔性制造系统FMS。1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从此CNC快速发展。1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型，在显示器上“指点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 DNC(直接数
9、控)是使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础，现代数控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间实现通讯用的接口。随着DNC数控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 我国在20世纪70年代初期，当时是采用分立元件，性能不稳定，可靠性差。1980年在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统，航天部706所研制出M
10、NC864数控系统。20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于PC-NC的HNC数控系统，达到了国际先进水平，加大了我国数控机床在国际上的竞争力度。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。1)高速切削 2数控加工技术的发展方向数控加工技术的发展方向 2)高精度控制 它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 3)高柔性化 柔性是指机床适应加工对象变化的能力。4)高一体化CNC系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声
11、综合控制。5)网络化 实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)对基层设备的要求。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 6)智能化 21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要求等。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.2 数控系统控制原理数控系统控制原理1.2.1 CNC硬件组成
12、与控制原理硬件组成与控制原理 CNC即计算机数控系统(Computerized Numerical Control)的缩写，它是在硬线数控(NC)系统的基础上发展起来的，由一台计算机完成早期NC机床数控装置的所有功能，并用存储器实现了零件加工程序的存储。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.2.4 典型数控系统典型数控系统 1日本日本FANUC系列数控系统系列数控系统 FANUC公司生产的CNC产品主要有FS3、FS6、FS0、FS10/11/12、FS15、FS16、FS18和FS21/210等系列。目前，我国用户主要使用的有FS0系列、FS15、FS16、FS1
13、8和FS21/210等系列。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2德国德国SIEMENS公司的公司的SINUMERIK系列数系列数控系统控系统 SINUMERIK系列数控系统主要有SINUMERIK3、SINUMERIK8、SINUMERIK810/820、SINUMERIK850/880和SINUMERIK840等产品。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 3华中数控系统华中数控系统HNC HNC是武汉华中数控研制开发的国产型数控系统。(1)华中1型数控系统。该数控系统有HNC1M铣床、加工中心数控系统，HNC1T车床数控系统，HNC1Y
14、齿轮加工数控系统，HNC1P数字化仿形加工数控系统，HNC1L激光加工数控系统，HNC1G五轴联动工具磨床数控系统和HNC1FP锻压、冲压加工数控系统，HNC1ME多功能小型数控铣系统，HNC1TE多功能小型数控车系统和HNC1S高速珩缝机数控系统等。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (2)华中2000型数控系统。HNC2000型是在HNC1型数控系统的基础上开发的高档数控系统。该系统采用通用工业PC，TFT真彩液晶显示，具有多轴多通道控制功能和内装式PC，可与多种伺服驱动单元配套使用，具有开放性好，结构紧凑，集成度高，性价比高和操作维护方便等优点。同样，它也有系
15、列派生的数控系统HNC2000M、HNC2000T、HNC2000Y、HNC2000L、HNC2000G等。此外，国产的数控系统还有航天I型和蓝天I型，它们采用前后台结构，为多机数控系统。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.3 数控机床及其坐标系统数控机床及其坐标系统1.3.1 数控机床及其分类数控机床及其分类 比较：驱动坐标工作台的电机已经由传统的三相交流电机换成了步进电机或交、直流伺服电机；由于电机的速度容易控制，所以传统的齿轮变速机构已经很少采用了。还有很多机床取消了坐标工作台的机械式手摇调节机构，取而代之的是按键式的脉冲触发控制器或手摇脉冲发生器。坐标读数
16、也已经是精确的数字显示方式，而且加工轨迹及进度也能非常直观地通过显示器显示出来。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 1按加工工艺方法分类按加工工艺方法分类 按传统的加工工艺方法来分有：数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床、数控齿轮加工机床、数控冲床、数控折弯机、数控电加工机床、数控激光与火焰切割机和加工中心等。其中，现代数控铣床基本上都兼有钻镗加工功能。当某数控机床具有自动换刀功能时，即可称之为“加工中心”。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2按加工控制路线分类按加工控制路线分类 有点位控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床。
17、(1)点位控制机床。它如图1-8(a)所示，只控制刀具从一点向另一点移动，而不管其中间行走轨迹的控制方式。属于点位控制的典型机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。这类机床的数控功能主要用于控制加工部位的相对位置精度。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-8 按加工控制路线分类(a)点位控制；(b)直线控制；(c)轮廓控制第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (2)直线控制机床。它如图1-8(b)所示，可控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成45的斜线方向作直线轨迹的加工。这种方式是一次同时只有某一轴在运
18、动，或让两轴以相同的速度同时运动以形成45度的斜线，所以其控制难度不大，系统结构比较简单。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统而用于机床上。这种形式的典型机床有车阶梯轴的数控车床、数控镗铣床和简单加工中心等。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (3)轮廓控制机床。它又称连续控制机床。如图1-8(c)所示，可控制刀具相对于工件作连续轨迹的运动，能加工任意斜率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工任意形状的曲线和曲面。典型的轮廓控制型机床有数控铣床、功能完善的数控车床、数控磨床和数控电加工机床等。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操
19、作胡毅光上一页下一页结束 3按机床所用进给伺服系统不同分类按机床所用进给伺服系统不同分类 有开环伺服系统型、闭环伺服系统型和半闭环伺服系统型，见1.3.2节。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.3.2 数控机床的进给伺服系统数控机床的进给伺服系统 数控机床的进给伺服系统由伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是：接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机，电液动脉冲马达和功率步进电机等)和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工件进给和快速运动。第1章 数控加工编程基
20、础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 1开环伺服系统开环伺服系统 开环伺服系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机和电液脉冲马达等。如图1-9所示。每给一脉冲信号，步进电机就转过一定的角度，工作台就走过一个脉冲当量的距离。数控装置按程序加工要求控制指令脉冲的数量、频率和通电顺序，达到控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向的目的。由于它没有检测和反馈系统，故称之为开环。其特点是结构简单，维护方便，成本较低。但加工精度不高，如果采取螺距误差补偿和传动间隙补偿等措施，定位精度可稍有提高。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-9 开环伺服系统螺 母步 进 电
21、机功 率放 大环 形分 配C N C丝 杠滑 板（工 作 台）第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2半闭环伺服系统半闭环伺服系统 半闭环伺服系统具有检测和反馈系统，如图1-10所示。测量元件(脉冲编码器、旋转变压器和圆感应同步器等)装在丝杠或伺服电机的轴端部，通过测量元件检测丝杠或电机的回转角。间接测出机床运动部件的位移，经反馈回路送回控制系统和伺服系统，并与控制指令值相比较。由于只对中间环节进行反馈控制，丝杠和螺母副部分还在控制环节之外，故称半闭环。对丝杠螺母副的机械误差，需要在数控装置中用间隙补偿和螺距误差补偿来减小。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅
22、光上一页下一页结束图1-10 半闭环伺服系统螺 母丝 杠滑 板（工 作 台）伺 服放大器C N C比较器角 位 移测量装置反馈信号指令信号伺 服 电 机丝杠螺母伺服电机滑板(工作台)角位移测量装置伺 服放大器比较器CNC指令信号反馈信号第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 3闭环伺服系统闭环伺服系统 闭环伺服系统如图1-11所示。它的工作原理和半闭环伺服系统相同，但测量元件(直线感应同步器、长光栅等)装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置。该系统将所有部分都包含在控制环之内，可消除机械系统引起的误差，精度高于半闭环伺服系统，但系统结构较复杂，控制稳定性较难保证，成本
23、高，调试维修困难。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-11 闭环伺服系统螺 母丝 杠伺 服放大器C N C比较器反馈信号指令信号直线位移测量装置滑 板（工 作 台）伺 服 电 机第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.3.4 数控机床的坐标轴与运动方向数控机床的坐标轴与运动方向 数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-14所示，X、Y、Z直线进给坐标系按右手定则规定，而围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴A、B、C则按右手螺旋定则判定。机床各坐标轴及其正方向的确定原则是：第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页
24、下一页结束图1-14 笛卡尔直角坐标系统+Z+Y+Z+C+X+Y+B+X+A+A、+B或+C+X、+Y 或+Z第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (1)先确定Z轴。以平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z轴，若有多根主轴，则可选垂直于工件装夹面的主轴为主要主轴，Z坐标则平行于该主轴轴线。若没有主轴，则规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为Z轴。Z轴正方向是使刀具远离工件的方向。如立式铣床，主轴箱的上、下或主轴本身的上、下即可定为Z轴，且是向上为正；若主轴不能上下动作，则工作台的上、下便为Z轴，此时工作台向下运动的方向定为正向。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页
25、下一页结束 (2)再确定X轴。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。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (3)最后确定Y轴。在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手定则定出Y轴正方向。图1-15 数控机床坐标系示例(a)卧式车床；(b)立式铣床
26、YZZXXZXXZXZXZY(a)(b)第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 上述坐标轴正方向，均是假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动而确定的方向，即刀具运动坐标系。但在实际机床加工时，有很多都是刀具相对不动，而工件相对于刀具移动实现进给运动的情况。此时，应在各轴字母后加上“”表示工件运动坐标系。按相对运动关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：+X=X +Y=Y +Z=Z +A=A +B=B +C=C 第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 事实上，不管是刀具运动还是工件运动，在进行编程计算时，一律都是假定工件不动，按刀具
27、相对运动的坐标来编程。机床操作面板上的轴移动按钮所对应的正负运动方向，也应该是和编程用的刀具运动坐标方向相一致。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 此外，如果在基本的直角坐标轴X、Y、Z之外，还有其他轴线平行于X、Y、Z，则附加的直角坐标系指定为U、V、W和P、Q、R，如图1-16所示。图1-16 多轴数控机床坐标系示例(a)卧式镗铣床；(b)六轴加工中心+XB+X+W+Z+Y+YB+ZC+X+WYZWXBXZWBYXC(a)(b)第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.3.5 机床原点、参考点和工件原点机床原点、参考点和工件原点 机床原点
28、就是机床坐标系的原点。它是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定。机床坐标系是通过回参考点操作来确立的，参考点是确立机床坐标系的参照点。数控车床的机床原点多定在主轴前端面的中心，数控铣床的机床原点多定在进给行程范围的正极限点处，但也有的设置在机床工作台中心，使用前可查阅机床用户手册。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 参考点(或机床原点)是用于对机床工作台(或滑板)与刀具相对运动的测量系统进行定标与控制的点，一般都是设定在各轴正向行程极限点的位置上。该位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先调整好的，它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值。每次开机启动后，或
29、当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时，都应该先让各轴返回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 在对零件图形进行编程计算时，必须要建立用于编程的坐标系，其坐标原点即为程序原点。而要把程序应用到机床上，程序原点应该放在工件毛坯的什么位置，其在机床坐标系中的坐标是多少，这些都必须让机床的数控系统知道，这一操作就是对刀。编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称之为工件原点。工件原点一般按如下原则选取：第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (1)工件原点应选在工件图样的尺寸
30、基准上。(2)能使工件方便地装夹、测量和检验。(3)尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。(4)对于有对称几何形状的零件，工件原点最好选在对称中心点上。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面，如图1-17所示。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-17 坐标原点与参考点XWM参 考 点定 位 开 关XZXZXYZMRWZ机
31、 床 原 点参 考 点程 序 原 点MWP工 件 原 点RRMXZMRZXXZ参 考 点定位开关工件原点程序原点参考点机床原点RZWPRXYZMRWPW第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 对于编程和操作加工采取分开管理机制的生产单位，编程人员只需要将其编程坐标系和程序原点填写在相应的工艺卡片上即可。而操作加工人员则应根据工件装夹情况适当调整程序上建立工件坐标系的程序指令，或采用原点预置的方法调整修改原点预置值，以保证程序原点与工件原点的一致性。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.3.6 绝对坐标编程和相对坐标编程绝对坐标编程和相对坐标编
32、程 当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量的话，称为相对坐标编程。当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量的话，即为绝对坐标编程。例如，要从图1-18中的A点走到B点。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-18 绝对坐标和相对坐标YABX1830120152035 用绝对坐标编程为：X12.0 Y15.0；若用相对坐标编程则为：X-18.0 Y-20.0。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 采用绝对坐标编程时，程序指令中的坐标值随着程序原点的不同而不同；而采用相对坐标编程时，程序指令中的坐标值则与程序原点的位置没有关系。同样
33、的加工轨迹，既可用绝对编程也可用相对编程，但有时候，采用恰当的编程方式，可以大大简化程序的编写。因此，实际编程时应根据使用状况选用合适的编程方式。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.4 数控编程基础数控编程基础1.4.1 数控加工程序的格式数控加工程序的格式 数控程序按程序段(行)的表达形式可分为固定顺序格式、表格顺序格式和地址数字格式三种。固定顺序格式属于早期采用的数控程序格式，因其可读性差、编程不直观等原因，现已基本不用。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 表格顺序格式程序的每个程序行都具有统一的格式，加工用数据间用固定的分隔符分隔
34、，其编程工作类似于填表。国产数控快走丝线切割机床所采用的3B、4B程序格式就是。地址数字格式程序是ISO。其组成程序的最基本的单位称之为“字”，每个字由地址字符(英文字母)加上带符号的数字组成。各种指令字组合而成的一行即为程序段，整个程序则由多个程序段组成。即：字母+符号+数字指令字程序段程序。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 一般地，一个程序行可按如下形式书写：N04 G02 X43 Y43F32 S04 T02 M02 程序行中：N04N表示程序段号，04表示其后最多可跟4位数，数字最前的0可省略不写。G02G为准备功能字，02表示其后最多可跟2位数，数字最前
35、的0可省略不写。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 X 43，Y 43坐标功能字，表示后跟的数字值有正负之分，正号可省略，负号不能省略。43表示小数点前取4位数，小数点后可跟3位数。程序中第一坐标系的X、Y、Z；第二坐标字U、V、W；第三坐标字P、Q、R以及表示圆弧圆心相对位置的坐标字I、J、K；还用到绕X、Y、Z旋转的对应坐标字A、B、C等。F32F为进给速度指令字，32表示小数点前取3位数，小数点后可跟2位数。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 S04-S为主轴转速指令字，04表示其后最多可跟4位数，数字最前的0可省略不写。T02-T
36、为刀具功能字，02表示其后最多可跟2位数，数字最前的0可省略不写。M02-M为辅助功能字，02表示其后最多可跟2位数，数字最前的0可省略不写。总体来说，在地址数字格式程序中代码字的排列顺序没有严格的要求，不需要的代码字可以不写。整个程序的书写相对来说是比较自由的。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束图1-19 编程图例XYZZXY 如图1-19所示，要铣削一个轨迹为长10 mm、宽8 mm的长方形，其程序可简单编写如下：第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束O 0011 N1 G92 X10.0 Y5.0 Z50.0 N2 S200 T01 M
37、03 N3 G90 G00 Z10.0 G01 Z?5.0 F100 M08 G91 G41 Y5.0 D01 G01 Y8.0 X?10.0 Y?8.0 X?10.0 G00 G40 Y?5.0 M09 Z50.0 M02 主程序番号 建立工件坐标系 选刀，让主轴正转 快速下刀到上表面附近 工进下刀，同时开切削液 切入，同时加刀补 铣短边 铣长边 铣短边 铣长边 切出，取消刀补，关切削液 提刀 停机结束 第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 此外，为了方便程序编写，有时也往往将一些多次重复用到的程序段，单独抽出做成子程序存放，这样就将整个加工程序做成了主-子程序的结
38、构形式。在执行主程序的过程中，如果需要，可多次重复调用子程序，有的还允许在子程序中再调用另外的子程序，即所谓“多层嵌套”，从而大大简化了编程工作。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 即使是广为应用的地址数字程序格式，不同的生产厂家，不同的数控系统，由于其各种功能指令的设定不同，所以对应的程序格式也有所差别。在加工编程时，一定要先了解清楚机床所用的数控系统及其编程格式后才能着手进行。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.4.2 程序编制的过程及方法程序编制的过程及方法 1程序编制过程程序编制过程 (1)分析零件图纸。要分析零件的材料、形状、
39、尺寸、精度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，或适宜在哪类数控机床上加工。有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (2)确定工艺过程。确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)和加工路线(如对刀点、走刀路线)，并确定加工用量等工艺参数(如切削进给速度、主轴转速、切削宽度和深度等)。(3)数值计算。根据零件图纸和确定的加工路线，算出数控机床所需输入数据，如零件轮廓相邻几何元素的交点和切点，用直线或圆弧逼近零件轮廓时相邻几何元素的交点和切点等的计算。第1章 数控加工编程基础
40、 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (4)编写程序单。根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量，结合数控系统的程序段格式编写零件加工程序单。(5)制备控制介质。按程序单将程序内容记录在控制介质(如穿孔纸带)上作为数控装置的输入信息。(6)程序调试和检验。可通过模拟软件来模拟实际加工过程，或将程序送到机床数控装置后进行空运行等，发现错误则应及时修正，一直到程序能正确执行为止。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2程序编制方法程序编制方法 数控程序的编制方法有手工编程和自动编程两种。(1)手工编程。从零件图样分析及工艺处理、数值计算、书写程序单、制穿孔纸带直至程序
41、的校验等各个步骤，均由人工完成，则属手工编程。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (2)自动编程。编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程称自动编程。编程人员只要根据零件图纸和工艺要求，用规定的语言编写一个源程序或者将图形信息输入到计算机中，由计算机自动地进行处理，计算出刀具中心的轨迹，编写出加工程序清单，并自动制成所需控制介质。由于走刀轨迹可由计算机自动绘出，所以可方便地对编程错误作及时修正。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.5 数控加工的工艺处理数控加工的工艺处理 数控加工工艺处理的主要内容有：(1)选择适合在数控机床上加工的零件
42、，确定工序内容。(2)分析被加工零件图样，明确加工内容和技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排与传统加工工序的衔接等。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (4)调整数控加工工序的程序。如对刀点和换刀点的选择，加工路线的确定和刀具的补偿。(3)设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具、刀具的选择和切削用量的确定等。(5)分配数控加工中的容差。(6)处理数控机床上部分工艺指令。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.5.1 数控加工零件及加工方法的选定数控加工零件及加工方法的选定一般来
43、说，数控机床最适合加工具有如下特点的零件：(1)多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件，短期急需的零件。(2)轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。(3)用普通机床加工较困难或无法加工(需昂贵的工艺装备)的零件。(4)价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同样精度所用的加工方法很多，因而实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采
44、用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔；当孔径较大时，则应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 一般地，数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔；立式数控铣床适合于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铣床则适合于加工箱体、泵体和壳体类零件；多坐标联动的加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮和模具等。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 零件上比较精确表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和
45、精加工逐步达到的。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需的加工方法。表1-1列出了钻、镗、铰等几种加工方法所能达到的精度等级及其工序，可供参考。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束表1-1 H13H7孔加工方式(孔深/孔径5)孔 的 毛 坯 性 质 孔的精度 在实体材料上加工孔 预先铸出或热冲出的孔 H13,H12 一次钻孔 用扩孔钻钻孔或镗刀镗孔 H11 孔径10：一次钻孔 孔径1030：钻孔或扩孔 孔径3080：钻、扩或钻、扩、镗 孔径80：粗扩、精扩；或用镗刀粗镗、精镗；或根据余量一次镗孔或扩孔 H10 H9 孔径
46、10：钻孔或铰孔 孔径1030：钻孔、扩孔或铰孔 孔径3080：钻、扩或钻、镗、铰(或镗)孔径80：用镗刀粗镗(一次或二次，根据余量而定)；铰孔(或精镗)H8 H7 孔径10：钻孔、扩孔、铰孔 孔径1030：钻孔或扩孔；一、二次铰孔 孔径3080：钻、扩或钻、扩、镗 孔径80：用镗刀粗镗(一次或二次，根据余量而定)或半精镗；精镗或精铰 第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.5.2 加工工序的划分加工工序的划分1按零件装夹定位方式与加工部位划分按零件装夹定位方式与加工部位划分 由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时其定位方式各有差异。一般在加工
47、外形时，以内形定位；在加工内形时，则以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 第一道工序可在普通机床上进行，以外圆表面和B平面定位，加工端面A和22H7的内孔；然后，再加工端面B和 4H7的工艺孔。ABR3822H74H72-R11R22256030 第二道工序以已加工过的两个孔和一个端面定位，在数控铣上铣削凸轮外表面曲线。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 先铣平面后，经一段时间释放残余变形，然后再加工孔，可保证加工出高精度的孔。所以，应先加工平面、定位面，再加工孔；先加工形状简单的几何形状，再
48、加工复杂的几何形状；先加工低精度部位，再加工高精度部位。一般地，为提高机床寿命，保证精度、降低成本，通常把粗加工特别是零件的基准面、定位面在普通机床上加工。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2按粗、精加工方式划分按粗、精加工方式划分 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 3按所用刀具划分工序按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩
49、空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件。即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再换另一把刀具加工其他部位。在专用数控机床和加工中心上常采用此法。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束1.5.3 工件的安装与夹具的选择工件的安装与夹具的选择 1定位装夹的基本原则定位装夹的基本原则 (1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。(3)避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 2
50、选择夹具的基本原则选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：(1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。当达到一定批量生产时才考虑用专用夹具，并力求结构简单。第1章 数控加工编程基础 数控编程与操作胡毅光上一页下一页结束 (3)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。此外，为提高数控加工的效率，在成批生产中，还可采用多位、多件夹具。(2)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。第1
