1、2023-1-11第三章数控机床编程基础知第三章数控机床编程基第三章数控机床编程基础知础知第三章数控机床编程基础知第三章第三章 数控机床编程基础知识数控机床编程基础知识 一、教学基本要求一、教学基本要求1.了解数控编程方法和过程；2.熟悉数控机床的编程规则；3.熟悉数控机床的程序结构；4.了解数控编程G、M指令功能表；5.掌握常用M指令应用和F、S、T功能。二、教学提示二、教学提示1教学重点：数控机床的编程规则和程序结构。2教学难点：数控机床的程序结构。3教学手段和方法：课堂讲授结合自学。三、教学内容三、教学内容第三章数控机床编程基础知第一节第一节 数控编程方法和过程数控编程方法和过程 一、数
2、控编程的基本概念一、数控编程的基本概念1.1.数控编程数控编程:是指从确定零件加工工艺路线到制成控制介质的整个过程。2.2.数控程序：有数控程序：有一定格式的加工程序单，我们称为数控程序。数控程序。3.3.程序单程序单:记录工艺路线、走刀轨迹、工艺参数等的各种按一定格式组成的代码。采用数控机床加工零件时，首先要进行零件加工程序编制，按零件图纸要求将零件加工的工艺路线、走刀轨迹、工艺参数工艺路线、走刀轨迹、工艺参数(如主轴转速、进给量、切如主轴转速、进给量、切深等深等)以及辅助操作以及辅助操作(如换刀、变速、冷却液选用、工件夹紧松开等如换刀、变速、冷却液选用、工件夹紧松开等)等进给等进给信息，用
3、相应数控系统规定的文字、数字元、符号代码按一定的格式编制文字、数字元、符号代码按一定的格式编制成加工程序单，并将程序单的信息制作成控制介质输入到数控系统，由数控系统实现机床的自动加工控制。要考虑到以下两点：要考虑到以下两点：是否能满足零件的形状和位置要求；在综合考虑生产效率和制造成本的基础上，选用合适的刀具、工装夹具及工艺过程。第三章数控机床编程基础知 二、数控编程的过程二、数控编程的过程 1 1工艺处理阶段工艺处理阶段(1)(1)分析零件图纸：分析零件图纸：a.a.首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量要首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量要求以及毛坯形状和热处理要求等；求以及
4、毛坯形状和热处理要求等；b.b.完整地生成零件加工工艺流程；完整地生成零件加工工艺流程；c.c.合理地生成该零件在相应数控机床上的加工工序及加合理地生成该零件在相应数控机床上的加工工序及加工面；工面；d.d.要充分考虑在该工序前后工序部分与数控机床加工特要充分考虑在该工序前后工序部分与数控机床加工特性相匹配。性相匹配。(2)(2)确定零件的安装方法和夹具：确定零件的安装方法和夹具：a.a.要合理地选择定位基准和夹紧方案；要合理地选择定位基准和夹紧方案；b.b.要注意尽量减少装夹次数要注意尽量减少装夹次数 ；第三章数控机床编程基础知(3)“(3)“对刀点对刀点”和和“换刀点换刀点”的确定：的确定
5、：1)“1)“对刀点对刀点”：就是在数控加工时，：就是在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，又称刀具相对于工件运动的起点，又称“起刀点起刀点”。(程序编制时，不论实际上是刀具相对工件移动，或是工件相程序编制时，不论实际上是刀具相对工件移动，或是工件相对于刀具移动，都看作工件是相对静止的，而刀具在移动对于刀具移动，都看作工件是相对静止的，而刀具在移动)。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系的关系，对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系的关系，程序就是从这一点开始的。程序就是从这一点开始的。刀具在机床上的位置是由刀具在机床上的位置是由“刀位点刀位点”的位置来表示的。的位置来表示的。
6、a.a.刀位点刀位点:对立铣刀、端铣刀和钻头而言，是指它们的底对立铣刀、端铣刀和钻头而言，是指它们的底面中心；对球头铣刀而言，是指球头球心；对车刀和镗刀而言，面中心；对球头铣刀而言，是指球头球心；对车刀和镗刀而言，是指它们的刀尖。是指它们的刀尖。第三章数控机床编程基础知图3-1 数控机床加工零件的过程第三章数控机床编程基础知 b.b.选择对刀点的原则如下：选择对刀点的原则如下：为了提高零件加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上为了提高零件加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的零件，应将孔的中心作为对刀点；。如以孔定位的零件，应将孔的中心作为对刀点；对刀
7、点应选在对刀方便的位置，以便于观察和检测；对刀点应选在对刀方便的位置，以便于观察和检测；对刀点选择应尽量便于坐标值的计算。对于建立了绝对坐标系统的数控机对刀点选择应尽量便于坐标值的计算。对于建立了绝对坐标系统的数控机床，对刀点最好选在该坐标系的原点上，或者选在已知坐标值的点上。床，对刀点最好选在该坐标系的原点上，或者选在已知坐标值的点上。2)“2)“换刀点换刀点”：是为自动换刀数控机床多刀加工编程时设定的，因为这些机床：是为自动换刀数控机床多刀加工编程时设定的，因为这些机床加工过程中要更换刀具。加工过程中要更换刀具。(4)(4)确定加工路线：确定加工路线：加工路线加工路线(或称走刀路线或称走刀
8、路线)就是数控加工中刀具相对于就是数控加工中刀具相对于工件运动的轨迹和方向，即指刀位点在加工中的运动轨迹和方向。工件运动的轨迹和方向，即指刀位点在加工中的运动轨迹和方向。对点位控制的数控机床，如钻、镗床，要考虑尽可能缩短走刀路线，以减对点位控制的数控机床，如钻、镗床，要考虑尽可能缩短走刀路线，以减小空程时间；小空程时间；在车削和铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出，而应沿零件的切向切在车削和铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出，而应沿零件的切向切入和切出；入和切出；确定加工路线时，还应使数值计算简单、程序段少，以减少编程工作量。确定加工路线时，还应使数值计算简单、程序段少，以减少编程工作量。第
9、三章数控机床编程基础知(5)(5)确定加工用量：确定加工用量：包括切削深度或宽度、主轴转速、进给量等。包括切削深度或宽度、主轴转速、进给量等。对粗加工、精加工、钻孔、攻丝等不同的切削用量，都应编对粗加工、精加工、钻孔、攻丝等不同的切削用量，都应编写在程序加工单上。其具体数值应根据数控机床使用说明书、切削写在程序加工单上。其具体数值应根据数控机床使用说明书、切削原理中规定的方法并结合实践经验加以确定。原理中规定的方法并结合实践经验加以确定。(6)(6)选择切削刀具：选择切削刀具：应考虑以下几方面的问题：应考虑以下几方面的问题：a.a.工件材料的性质工件材料的性质b.b.机床的加工能力，机床的加工
10、能力，c.c.数控加工工序的类型，数控加工工序的类型，d.d.切削用量和进给速度，以及与机床、数控装置工作范围有关的切削用量和进给速度，以及与机床、数控装置工作范围有关的许多因素。许多因素。同时，还应根据选择的刀具和被加工零件的材料，确定选用同时，还应根据选择的刀具和被加工零件的材料，确定选用何种切削冷却手段。何种切削冷却手段。第三章数控机床编程基础知2 2数学处理阶段数学处理阶段主要指的是机床各坐标轴位移数据和插补的计算。主要指的是机床各坐标轴位移数据和插补的计算。(1)(1)数值计算：数值计算：a.a.零件形状比较简单零件形状比较简单,而数控装置的插补功能又与零件形而数控装置的插补功能又与
11、零件形状相符，并能实现刀具半径补偿时。状相符，并能实现刀具半径补偿时。b.b.零件形状比较复杂或零件形状与数控装置的插补功能零件形状比较复杂或零件形状与数控装置的插补功能不一致时不一致时 (2)(2)编写零件加工程序单：编写零件加工程序单：3 3制备控制介质阶段制备控制介质阶段 4 4程序校验及首件试切程序校验及首件试切第三章数控机床编程基础知三、数控编程方法概述三、数控编程方法概述 1 1手工编程手工编程 编制零件加工程序的各个步骤，即从零件图样分编制零件加工程序的各个步骤，即从零件图样分析及工艺处理、数值计算、书写程序单、制作控制介析及工艺处理、数值计算、书写程序单、制作控制介质直至程序的
12、检验，均由质直至程序的检验，均由人工完成人工完成的即为手工编制程的即为手工编制程序的过程，亦称为序的过程，亦称为“手工程序编制手工程序编制”。对于几何形状不太复杂的较简单的零件，采用手工编对于几何形状不太复杂的较简单的零件，采用手工编程较容易实现。程较容易实现。b.b.对于形状复杂的零件，手工编程难于胜任；甚至无对于形状复杂的零件，手工编程难于胜任；甚至无法编出程序法编出程序(即使编出，也是效率低，出错率也较高即使编出，也是效率低，出错率也较高)。2 2自动编程自动编程 使用使用计算机编制数控加工程序计算机编制数控加工程序，自动地输出零件，自动地输出零件加工程序单及自动地制作控制介质的过程称作
13、自动编加工程序单及自动地制作控制介质的过程称作自动编程。程。第三章数控机床编程基础知3 3面向车间的数控编程面向车间的数控编程(WOP)(WOP)这是一种自动化程度介于手工编程和自动编程之这是一种自动化程度介于手工编程和自动编程之间的一种编程方法。间的一种编程方法。它是在借助计算机进行辅助数学处理的同时，更它是在借助计算机进行辅助数学处理的同时，更多地要求现场编程人员的参与，接纳专业技术人员的现多地要求现场编程人员的参与，接纳专业技术人员的现场加工经验和生产实际情况，系统地提供较好的人机界场加工经验和生产实际情况，系统地提供较好的人机界面，弱化了对现场编程人员的计算机语言方面的要求，面，弱化了
14、对现场编程人员的计算机语言方面的要求，以对话方式同时借助图形提示和图形模拟来完成数控程以对话方式同时借助图形提示和图形模拟来完成数控程序编制。序编制。第三章数控机床编程基础知第二节第二节 数控机床的编程规则数控机床的编程规则 一、数控机床的坐标系统一、数控机床的坐标系统机床坐标系机床坐标系:确定机床上机床移动部件运动方向和距离的坐标系。数控机床的坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定，我国机械工业部标准JB3051-82与之等效。(一)规定原则1 1右手直角坐标系右手直角坐标系 (图图3-2):3-2):用右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三轴，三个手指互相垂直，所指方向分别为X、Y
15、、Z轴的正方向。围绕X、Y、Z各轴的回转运动分别用A、B、C表示，其正向用右手螺旋定则确定。2 2刀具运动坐标与工件运动坐标刀具运动坐标与工件运动坐标 统一规定：统一规定：用字母不带“”的坐标表示刀具相对“静止”工件而运动的刀具运动坐标；带“”的坐标表示工件相对“静止”刀具而运动的工件运动坐标。3 3运动的正方向运动的正方向 是使刀具与工件之间距离增大的方向第三章数控机床编程基础知图3-2 右手直角坐标系第三章数控机床编程基础知 (二)坐标轴确定的方法及步骤 1Z轴 一般取产生切削力的主轴轴线为一般取产生切削力的主轴轴线为Z Z轴，刀具远离工件方向为正向，如图轴，刀具远离工件方向为正向，如图3
16、-33-3、图图3-43-4所示。所示。当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装卡面的主轴为当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装卡面的主轴为Z Z轴轴(图图3-5)3-5)。当机床无主轴时，以与装卡工件的工作台面相垂直的直线为当机床无主轴时，以与装卡工件的工作台面相垂直的直线为Z Z轴轴(图图3-6)3-6)。图3-3 车床坐标轴 第三章数控机床编程基础知 a)b)图3-4 铣床坐标系a）立式 b）卧式 若若Z Z轴方向进给运动部件为工件轴方向进给运动部件为工件(工作台工作台)，则用，则用Z Z表示，其表示，其正向与正向与Z Z轴相反，如图轴相反，如图3-7a3-7a所示。所示。第三章数控机床编程
17、基础知a)b)图3-5 龙门轮廓铣床坐标轴a）工作台移动式铣床b）框架移动式铣床第三章数控机床编程基础知a)b)图3-6 刨床坐标系a）龙门刨 b）牛头刨第三章数控机床编程基础知 b)图3-7 升降台铣床 a)卧式 b)立式第三章数控机床编程基础知 2 2X X轴轴 一般位于平行工件装卡面的水平面内。一般位于平行工件装卡面的水平面内。对工件作回转切削运动的机床对工件作回转切削运动的机床(如车、磨床如车、磨床)，在水平面内取垂直工件回转轴线，在水平面内取垂直工件回转轴线(Z(Z轴轴)的方向为的方向为X X轴，刀具远离工件方向为正向轴，刀具远离工件方向为正向(图图3-3)3-3)。对刀具作回转切削
18、运动的机床对刀具作回转切削运动的机床(如铣、镗床如铣、镗床)，当当Z Z轴竖直轴竖直(立式立式)时，人面对主轴，向右为正时，人面对主轴，向右为正X X方向方向(图图3-4a)3-4a)；当当Z Z轴水平轴水平(卧式卧式)时，则向左为正时，则向左为正X X方向方向(图图3-4b)3-4b)。对于无主轴的机床对于无主轴的机床(如刨床如刨床)，则以切削方向为，则以切削方向为X X正向正向(图图3-6)3-6)。若若X X方向进给运动部件是工作台，则用方向进给运动部件是工作台，则用X X表示，其正向与表示，其正向与X X正向相反正向相反(图图3-7)3-7)。3 3Y Y轴轴 根据已确定的根据已确定的
19、X X、Z Z轴，按右手直角坐标系确定。同样，轴，按右手直角坐标系确定。同样，Y Y与与Y Y正向相反，如图正向相反，如图3-73-7所示。所示。4 4A A、B B、C C轴轴 此三轴为回转进给运动坐标，根据已确定的此三轴为回转进给运动坐标，根据已确定的X X、Y Y、Z Z轴，用右手螺旋法则来确轴，用右手螺旋法则来确定定(图图3-23-2、3-3)3-3)。第三章数控机床编程基础知5 5附加坐标附加坐标 若机床除有若机床除有X X、Y Y、Z(Z(第一组第一组)，主要直线运动外，还有平行于，主要直线运动外，还有平行于它们的坐标运动，则分别命名为它们的坐标运动，则分别命名为U U、V V、W
20、(W(第二组第二组)；若还有第三组；若还有第三组运动，则命名为运动，则命名为P P、Q Q、R R。若除了若除了A A、B B、C(C(第一组第一组)回转运动外，还有其它回转运动，则回转运动外，还有其它回转运动，则命名为命名为D D、E E、F F等。等。二、数控机床的两种坐标系二、数控机床的两种坐标系1 1机床坐标系机床坐标系 又称机械坐标系，是机床运动部件的进给运动坐标系。即确定又称机械坐标系，是机床运动部件的进给运动坐标系。即确定机床上运动部件的运动方向和距离的坐标系。机床上运动部件的运动方向和距离的坐标系。其坐标轴及方向按标准规定，其坐标原点的位置则由各机床生其坐标轴及方向按标准规定，
21、其坐标原点的位置则由各机床生产厂设定。产厂设定。第三章数控机床编程基础知数控车床的机床坐标系数控车床的机床坐标系(XOZ)(XOZ)的原点的原点O O：（1 1）一般位于卡盘端面一般位于卡盘端面(图图3-8a)3-8a)；（2 2）或离卡爪端面一定距离处）或离卡爪端面一定距离处(图图3-8b)3-8b)；（3 3）或机床参考点）或机床参考点(图图3-8c)3-8c)。数控铣床的机床坐标系数控铣床的机床坐标系(XYZO)(XYZO)的原点的原点O O：（1 1）一般位于机床参考点；一般位于机床参考点；（2 2）机床工作台中心上表面；）机床工作台中心上表面；（3 3）机床工作台某角上表面，即机床移
22、动部件沿其坐）机床工作台某角上表面，即机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置，如图标轴正向的极限位置，如图3-93-9所示。所示。第三章数控机床编程基础知2工件坐标系 又称编程坐标系，供编程用。又称编程坐标系，供编程用。是用于确定工件几何图形上个几何要素（点、直线、圆弧）是用于确定工件几何图形上个几何要素（点、直线、圆弧）的位置而建立的坐标系。的位置而建立的坐标系。规定：工件坐标系是规定：工件坐标系是“刀具相对工件而运动刀具相对工件而运动”的刀具运动坐的刀具运动坐标系。见图标系。见图3-83-8中的中的XpOpZpXpOpZp及图及图3-93-9中中XpYpZpOpXpYpZpOp。工件坐标系的
23、原点工件坐标系的原点Op Op 也称工件零点或编程零点，其位置由编也称工件零点或编程零点，其位置由编程者设定，一般设在工件的设计、工艺基准处，便于尺寸计算。程者设定，一般设在工件的设计、工艺基准处，便于尺寸计算。（1 1）车床工件零点：）车床工件零点：一般设在主轴中心线，工件右端面或左端面一般设在主轴中心线，工件右端面或左端面。（2 2）铣床工件零点：）铣床工件零点：一般设在工件外轮廓的某一个角上，进刀深一般设在工件外轮廓的某一个角上，进刀深度方向的零点，（工件上表面上）。度方向的零点，（工件上表面上）。第三章数控机床编程基础知a)b)c)a)b)c)图图3-8 3-8 车床的两种坐标系车床的
24、两种坐标系a a）CK3263 bCK3263 b）CK0630 cCK0630 c）CK6140CK6140XOZ-XOZ-机床坐标系机床坐标系 XpOpZp-XpOpZp-工件坐标系工件坐标系第三章数控机床编程基础知图3-9 铣床的两种坐标系1一工件2一工作台第三章数控机床编程基础知三、数控机床的零点和参考点定义三、数控机床的零点和参考点定义机床零点机床零点(M):(M):即机床坐标系的原点。即机床坐标系的原点。机床坐标系统的设计零点，在制造机床时已经被确定下来，原则上是不可改变不可改变的。机床坐标系统就是以该点为原点建立的。工件零点工件零点(W)(W)：是为编制加工零件程序而定义的点，可
25、由编程员根据需要来定义。机床参考点机床参考点(R)(R)：是由机床制造厂家人为定义的点，机床参考点(R)与机床零点(M)之间的坐标位置关系是固定的，并被存放在数控系统的相应机床数据中，一般是不允许改变的，仅在特殊情况下可通过变动机床参考点机床参考点(R)(R)的限位开关位的限位开关位置来变动其位置置来变动其位置；但同时必须能准确测量出机床参考点(R)相对机床零点(M)的几何尺寸距离并存入放数控系统的相应机床数据中，才能保证原设计的机床坐标系统不被破坏。（通常设在加工空间的边沿）（通常设在加工空间的边沿）机床参考点机床参考点(R)(R)的作用：的作用：就是在每次数控机床启动时，通过操作机床，执行机床回参考点(R)的运动，使数控系统的坐标系统与机床本身坐标系统相一致。目前，数控机床在运行自动加工功能前都必须预先执行返回机床参考点(R)的操作。第三章数控机床编程基础知 图3-10 车床的参考点2023-1-11第三章数控机床编程基础知
