1、2022-10-19v数控编程基本概念数控编程基本概念v数控编程的内容与步骤数控编程的内容与步骤v数控程序编制的方法数控程序编制的方法v数控编程的基础知识数控编程的基础知识v数控机床的坐标系和运动方向数控机床的坐标系和运动方向第七讲第七讲 数控加工程序的编制数控加工程序的编制2022-10-19（一）数控机床:一种高效、高精度的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。（二）数控程序:从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序。（三）数控加工：根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和刀具的相对运动，
2、使之加工出合格零件的方法。返回返回2022-10-19数控编程的内容与步骤数控编程的内容与步骤进行工艺处理进行工艺处理数值计算数值计算编制工件的数控加工程序编制工件的数控加工程序校核加工程序校核加工程序制备控制介质制备控制介质 数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。2022-10-19数控程序编制的内容及步骤2022-10-19v（1 1）分析零件图样和制定工艺方案）分析零件图样和制定工艺方案 这项工作的内容包括：这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工内容和要求；对零件图样进行分析，明确加工内容和要求；确定加工方案；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择适合的数控机
3、床；选择或设计刀具和夹具；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。v（2 2）数学处理）数学处理 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。以获得刀位数据。2022-10-19v（3 3）编写零件加工程序）编写零件加工程序 在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按
4、照规定的程序格式，逐段编统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。确的加工程序。2022-10-19v（4 4）程序检验）程序检验 将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验对程序进行检验。通常可采用。通常可采用机床空运转机床空运转的方式，的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程来
5、检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则采用与被
6、加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。等措施。2022-10-19（1 1）手工编程手工编程:指主要由人工来完成数控编程中各指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。个阶段的工作。零零件件图图样样工工艺艺人人员员夹具表夹具表机床表机床表刀具表刀具表工工艺艺规规程程编编程程人人员员加加工工程程序序初初稿稿加加工工程程序序修修 改改编程手册编程手册2022-10-19 手工编程时，数控编程步骤都由人工完成。手工编程时，数控编程
7、步骤都由人工完成。手工编程时，编程人员要手工编程时，编程人员要熟悉熟悉数控数控指令代码指令代码及及编编程规则程规则、具备具备机械加工机械加工工艺知识工艺知识和和数值计算能力数值计算能力。手工编程适用于点定位加工以及由直线和圆弧组手工编程适用于点定位加工以及由直线和圆弧组成的轮廓加工等不太复杂的加工程序编制中。因成的轮廓加工等不太复杂的加工程序编制中。因为形状简单的零件，计算较简单；程序不多，较为形状简单的零件，计算较简单；程序不多，较易完成；且经济及时。易完成；且经济及时。2022-10-19（2）计算机自动编程计算机自动编程 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
8、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。2022-10-19一）数控编程中有关标准一）数控编程中有关标准 为满足设计、制造、维修和普及的需要，在输入代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式等方面，国际上
9、形成了两种通用标准，即 国际标准化组织标准国际标准化组织标准（ISO，International Standard Organization）美国电子工业学会标准美国电子工业学会标准（EIA，Electronic Industries Association）。目前，各个数控机床生产厂家所用的标准并没有完全统一，它们使用的代码、指令以及含义也不完全相同，所以在编制程序时必须按所用的数控机床编程手册中的规定进行。2022-10-19A A、字与字的功能、字与字的功能 v（1 1）字：）字：在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的
10、若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。v如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。v（2 2）字的功能：）字的功能：v 组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，不同数控系统的含义不一样。具体实际工作中，需要遵照机床数控系统说明书来使用各个功能字。v （三菱、FANUC、SIEMENS等）二）程序的结构与格式二）程序的结构与格式2022-10-19v顺序号字顺序号字N Nv顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。顺序号字N N是地址符，后续数字一般为是地址符，后续数字一般为1 14 4位的正整数位的正整数。数控加工
11、中的顺序号实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关。数控系统不是按顺序号的次序来执行程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。v顺序号的作用：对程序的校对和检索修改校对和检索修改；作为条件转向的目标条件转向的目标，即作为转向目的程序段的名称。有顺序号的程序段可以进行复归操作复归操作，这是指加工可以从程序的中间开始，或回到程序中断处开始。v一般使用方法：编程时将第一程序段冠以N10,以后以间隔间隔1010递增递增的方法设置顺序号，这样，在调试程序时，如果需要在N10和N20之间插入程序段时，就可以使用N11、N12等。2022-10-19v准备功能字准备功能字G Gv 准备功能字地址符
12、是G，又称为G G功能或功能或G G指令指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。后续数字一般为13位正整数v尺寸字尺寸字v尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组 X，Y，Z用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组 A，B，C，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。v多数数控系统可以用准备功能字来选择坐标尺寸的用准备功能字来选择坐标尺寸的制式制式，如FANUC诸系统可用G21/G22来选择米制单位或英制单位，也有些系统用系统参数来设定尺寸
13、制式。采用米制时，一般单位为mm，如X100指令的坐标单位为100 mm。当然，一些数控系统可通过参数来选择不同的尺寸单位。2022-10-19v进给功能字进给功能字F Fv进给功能字的地址符是F，又称为F F功能或功能或F F指指令令，用于指定切削的进给速度指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给每分钟进给和主轴每转进给主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。v主轴转速功能字主轴转速功能字S Sv主轴转速功能字的地址符是S，又称为S S功能功能或或S S指令指令，用于指定主轴转速指定主轴转速,单位为r/min。v刀具功能字刀具功能字T Tv刀具功能字的地址符是T，又称
14、为T T功能或功能或T T指指令令，用于指定加工时所用刀具的编号指定加工时所用刀具的编号:v M06 T12 2022-10-19v辅助功能字辅助功能字M Mv 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 M功能或功能或M M指令指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作指定数控机床辅助装置的开关动作。2022-10-19vB B、程序格式、程序格式 v（1 1）程序段格式）程序段格式v 程序段是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。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。v 程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现在一般使用字地址可变程序段
15、格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写。这种功能字称之为续效字。v 模态代码与非模态代码模态代码与非模态代码2022-10-19v程序段格式举例：vv N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08v N40 X90v v（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）v 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
16、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。2022-10-19v(2)(2)加工程序的一般格式加工程序的一般格式v 程序开始符、结束符程序开始符、结束符v 程序开始符、结束符是同一个字符，ISO代码中是LF，EIA代码中是CR，书写时要单列一段v 程序名程序名v 程序名有两种形式：一种是英文字母O和14位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的，一般要求单列一段。v 程序主体程序主体v 程序主体是由若干个程序段组成的，每个程序段一般占一行。v 程序结束指令程序结束指令v 程序结束指令可以用M02或M30，一般要求单列一段。2022-
17、10-19例如%0001N01 G92 X40 Y30 LFN02 G90 G00 X28 T01 S800 M03 LFN03 G01 X-8 Y7 F200 LFN04 X0 Y0 LFN05 G00 Z40 LFN06 M02 LF程序号：程序的开始部分。程序号：程序的开始部分。为区别存储器中的程序，每为区别存储器中的程序，每个程序都有程序编号。编号个程序都有程序编号。编号前采用程序编号地址码，不前采用程序编号地址码，不同的系统有不同的程序编号同的系统有不同的程序编号地址码，如地址码，如P P、%、：、英文、：、英文字母字母O O等。等。程序内容：程序的核心部分，程序内容：程序的核心部分
18、，由许多程序段组成。每个程由许多程序段组成。每个程序段由一个或多个指令构成，序段由一个或多个指令构成，表示数控机床要完成的全部表示数控机床要完成的全部动作；动作；程序结束：以程序结束：以MO2或或M30作为整个程序结束的符号，作为整个程序结束的符号，结束程序。结束程序。2022-10-19 O-Program number(Used for program identification)N-Sequence number(Used for line identification)G-Preparatory function X-X-axis designationY-Y-axis design
19、ationZ-Z-axis designationR-Radius designationF-Feedrate designationS-Spindle speed designationH-Tool length offset designationD-Tool radius offset designationT-Tool DesignationM-Miscellaneous function 2022-10-19vO0001O0001(Program number)vN005N005 G17 G90 S400 M03 G17 G90 S400 M03(Select coordinate
20、system,absolute mode,and turn spindle on CW at 400 RPM)vN10 N10 G00 X1.Y1.G00 X1.Y1.(Rapid to XY location of first hole)vN015 N015 G43 H01 Z.1 M08G43 H01 Z.1 M08(Instate tool length compensation,rapid in Z to clearance position above surface to drill,turn on coolant)vN020 N020 G01 Z-1.25 F3.5G01 Z-1
21、.25 F3.5(Feed into first hole at 3.5 inches per minute)vN025 N025 G00 Z.1G00 Z.1(Rapid back out of hole)vN030 N030 X2.X2.(Rapid to second hole)vN035 N035 G01 Z-1.25G01 Z-1.25(Feed into second hole)vN040 N040 G00 Z.1 M09G00 Z.1 M09(Rapid out of second hole,turn off coolant)vN050 N050 M30M30(End of pr
22、ogram command)2022-10-19 在数控编程时，为了描述机床的运在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，方向均已标准化，ISO和我国都拟定了和我国都拟定了命名的标准。命名的标准。通过这一部分的学习，能通过这一部分的学习，能够掌握够掌握机床坐标系、编程坐标系、加工机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系坐标系的概念，具备实际动手设置机床的概念，具备实际动手设置机床加工坐标系的能力。加工坐标系的能力。2022-10-191 1、机床坐标系、机床坐标
23、系 在数控机床上，机在数控机床上，机床的动作是由数控装置床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个过坐标系来实现，这个坐标系被称之为坐标系被称之为机床坐机床坐标系标系。2022-10-19（1 1）机床坐标系的确定）机床坐标系的确定 机床相对运动的规定机床相对运动的规定在机床上，我们始终认为在机床上，我们始终认为工件静止工件静止，而，而刀具是运动刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床的。这样编程人员
24、在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依依据零件图样据零件图样，确定机床的加工过程。，确定机床的加工过程。机床坐标系的规定机床坐标系的规定 标准机床坐标系中标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相坐标轴的相互关系用互关系用右手笛卡尔直角坐标系右手笛卡尔直角坐标系决定。决定。运动方向的规定运动方向的规定 增大刀具与工件距离的方向增大刀具与工件距离的方向即为各坐标即为各坐标轴的正方向轴的正方向 。2022-10-191 1）伸出右手的大拇指、食指）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为和中指，并互为9090。则。则大拇大拇指代表指代表X X坐标，食指代表坐标
25、，食指代表Y Y坐标，坐标，中指代表中指代表Z Z坐标坐标。2)2)大拇指的指向大拇指的指向为为X X坐标的正坐标的正方向，方向，食指的指向食指的指向为为Y Y坐标的坐标的正方向，正方向，中指的指向中指的指向为为Z Z坐标坐标的正方向。的正方向。3)围绕围绕X X、Y Y、Z Z坐标旋转的旋坐标旋转的旋转坐标分别用转坐标分别用A A、B B、C C表示表示，根据根据右手螺旋定则右手螺旋定则，大拇指的，大拇指的指向为指向为X、Y、Z坐标中任意轴坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标向即为旋转坐标A、B、C的正的正向。向。2022-10-19（2 2）坐标轴
26、方向的确定）坐标轴方向的确定 Z Z坐标坐标 Z Z坐标的运动方向是坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴由传递切削动力的主轴所决定所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z Z坐标，坐标，Z Z坐标的坐标的正向为正向为刀具离开工件刀具离开工件的方向。的方向。如果机床上如果机床上有几个主轴有几个主轴，则选一个垂直于工件装，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果坐标方向；如果主轴能够摆动主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果坐标方向；如果机机床无主轴床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的
27、方向为，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方坐标方向。下图所示为数控车床的向。下图所示为数控车床的Z坐标。坐标。2022-10-19X X坐标坐标 X X坐标坐标平行于工件的装夹平面平行于工件的装夹平面，一般在水，一般在水平面内。确定平面内。确定X X轴的方向时，要考虑两种情况：轴的方向时，要考虑两种情况：1 1）如果）如果工件做旋转运动工件做旋转运动，则刀具离开工件，则刀具离开工件的方向为的方向为X X坐标的正方向。坐标的正方向。2）如果）如果刀具做旋转运动刀具做旋转运动，则分为两种情况：，则分为两种情况：Z Z坐标水平时坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看，观察者沿刀具主轴向工件看时，时
28、，+X运动方向指向右方；运动方向指向右方；Z Z坐标垂直时坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱，观察者面对刀具主轴向立柱看时，看时，+X运动方向指向右方。运动方向指向右方。前前图所示为数图所示为数控车床的控车床的X坐标。坐标。2022-10-19Y Y坐标坐标 在确定在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据坐标的正方向后，可以用根据X和和Z坐标的方向，按照坐标的方向，按照右手直角坐标系右手直角坐标系来确定来确定Y坐标坐标的方向。的方向。例：根据右所示的数例：根据右所示的数控立式铣床结构图，控立式铣床结构图，试确定试确定X X、Y Y、Z Z直线坐直线坐标。标。2022-10-19（3 3）附加坐
29、标系）附加坐标系 为了编程和加工的方便，有时还要为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。对于直线运动，通常设置附加坐标系。对于直线运动，通常建立的附加坐标系有：建立的附加坐标系有：指定平行于指定平行于X X、Y Y、Z Z的坐标轴的坐标轴 可以采用的附加坐标系：第二组可以采用的附加坐标系：第二组U U、V V、W W坐标，第三组坐标，第三组P P、Q Q、R R坐标。坐标。指定不平行于指定不平行于X X、Y Y、Z Z的坐标轴的坐标轴 也可以采用的附加坐标系：第二组也可以采用的附加坐标系：第二组U、V、W坐标，第三组坐标，第三组P、Q、R坐标。坐标。2022-10-19（4 4）机床原点
30、的设置）机床原点的设置 是指在机床上设置的一个固定点，即是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定机床坐标系的原点。它在机床装配、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。下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。数控车床原点数控车床原点 在数控车床上，在数控车床上，机床原点一般取在机床原点一般取在卡盘端面与主轴中卡盘端面与主轴中心线的交点心线的交点处，见处，见右图。同时，通过右图。同时，通过设置参数的方法，设置参数的方法，也可将机床原点设也可将机床原点设定在定在X、Z坐标的坐标的正方向极限位置上。正方向极限位置上。2022-10-19数控铣床
31、的原点数控铣床的原点 在数控铣床上，机床原点一般取在在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的坐标的上。上。2022-10-19（5 5）机床参考点）机床参考点 是用于对机床运动进行检测和控制的是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每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个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数，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。控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在通常在数控铣床数控铣床上上机床原点和机床参考点机床原点和机床参考点是重合
32、的；而在是重合的；而在数控车数控车床床上机床参考点是离机上机床参考点是离机床原点最远的极限点。床原点最远的极限点。右图所示为数控车床的右图所示为数控车床的参考点与机床原点。参考点与机床原点。数控机床数控机床开机开机时，必须时，必须先确定机床原点先确定机床原点，而确定机床原点的运动就，而确定机床原点的运动就是是刀架返回参考点的操作刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。2022-10-192 2、编程坐标系、编程坐标系 编程坐标系
33、编程坐标系是编程人员根据零件图是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。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。上的实际装夹位置。2022-10-19 编程原点编程原点是根是根据加工零件图样及据加工零件图样及加工工艺要求选定加工工艺要求选定的编程坐标系的原的编程坐标系的原点。点。编程原点应编程原点应尽尽量选择在零件的设量选择在零件的设计基准或工艺基准计基准或工艺基准上上，编程坐标系中，编程坐标系中各轴的方向应该与各轴的方向应该与所使用的数控机床所使用的数控机床相应的坐标轴方向相应的坐标轴方向一致一致。
