第2章數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)

天津工業(yè)大學(xué)1

第2章數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)2.1概述2.2數(shù)控編程中的常用指令2.3數(shù)控編程中的工藝處理2.4高速加工及其工藝處理2.5數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)處理天津工業(yè)大學(xué)2

從分析零件圖紙開始，到獲得數(shù)控機(jī)床所需的數(shù)控加工程序的全過程叫做數(shù)控編程。2.1概述

加工方案工藝處理數(shù)學(xué)處理2.1.1概念天津工業(yè)大學(xué)3計(jì)算運(yùn)動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗(yàn)和試切零件圖紙錯誤修改確定加工方案，選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)床、刀具、夾具和裝夾方法選擇對刀點(diǎn)、確定加工路線和切削用量根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)求出編程所需的數(shù)據(jù)2.1.2內(nèi)容和步驟天津工業(yè)大學(xué)42.1.3數(shù)控編程的方法手動編程：幾何形狀不太復(fù)雜的零件。自動編程：形狀復(fù)雜的零件；雖不復(fù)雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個孔的零件）；雖不復(fù)雜但計(jì)算工作量大的零件（如非圓曲線的計(jì)算）。天津工業(yè)大學(xué)52.1.4數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系右手直角笛卡爾坐標(biāo)系天津工業(yè)大學(xué)6右手直角笛卡爾坐標(biāo)系天津工業(yè)大學(xué)72.1.4數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在加工過程中無論是刀具移動，工件靜止，還是工件移動，刀具靜止，一般都假定工件相對靜止不動，而刀具在移動，并同時規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)軸的正方向。坐標(biāo)軸的命名及方向

JB3051-82標(biāo)準(zhǔn)為《數(shù)字控制機(jī)床坐標(biāo)軸和運(yùn)動方向的命名》，與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO841中的規(guī)定相同。天津工業(yè)大學(xué)8Z軸的確定：數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的確定方法天津工業(yè)大學(xué)9X軸的確定：數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的確定方法天津工業(yè)大學(xué)10Y軸的確定：數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的確定方法

利用已確定的X.Z坐標(biāo)的正方向，用右手定則或右手螺旋法則，確定Y坐標(biāo)的正方向。右手定則：大姆指指向+X，中指指向+Z，則+Y方向?yàn)槭持钢赶颉Ｓ沂致菪▌t：在XZ平面，從Z至X，姆指所指的方向?yàn)?Y。旋轉(zhuǎn)或擺動軸的確定：天津工業(yè)大學(xué)11數(shù)控車床坐標(biāo)系天津工業(yè)大學(xué)12立式數(shù)控銑床坐標(biāo)系龍門數(shù)控銑床坐標(biāo)系天津工業(yè)大學(xué)13臥式數(shù)控銑床坐標(biāo)系五坐標(biāo)數(shù)控銑床坐標(biāo)系天津工業(yè)大學(xué)14（1）機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)、參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系幾個關(guān)鍵的點(diǎn)（2）工件坐標(biāo)系與工件原點(diǎn)機(jī)床原點(diǎn)：機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。車床原點(diǎn)：法蘭盤與主軸交接點(diǎn)；銑床原點(diǎn)：MBT刀柄與主軸端面交接點(diǎn)。參考點(diǎn)：坐標(biāo)系中一個特殊點(diǎn)，通常是坐標(biāo)軸的極限位置點(diǎn)。工件原點(diǎn)：工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)?？捎贸绦蛑噶顏碓O(shè)定和改變。（3）刀位點(diǎn)：刀具上的參考點(diǎn)。天津工業(yè)大學(xué)15天津工業(yè)大學(xué)16

銑床的兩種坐標(biāo)系1—工件2—工作臺天津工業(yè)大學(xué)17典型數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系前置刀架（水平導(dǎo)軌）數(shù)控車床zyx天津工業(yè)大學(xué)18典型數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系后置刀架（傾斜導(dǎo)軌）數(shù)控車床zyx天津工業(yè)大學(xué)19典型數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系立式數(shù)控車床（大型盤類零件）xzyM天津工業(yè)大學(xué)202.1.5加工程序結(jié)構(gòu)與格式O0001；程序名N10G92X0Y0Z200.0；N20G90G00X50.0Y60.0S300M03；N30G01X10.0Y50.0F150；……N110M30；程序結(jié)束指令加工程序的構(gòu)成若干程序段識別、調(diào)用該程序的標(biāo)志地址“O”或“P”+數(shù)字+”;”M02；M30；M99；描述機(jī)床運(yùn)行動作、當(dāng)前狀態(tài)及刀具運(yùn)動軌跡天津工業(yè)大學(xué)21程序段格式N_G_X_Y_Z_…F_S_T_M_；坐標(biāo)功能字程序段號字準(zhǔn)備功能字進(jìn)給功能字主軸轉(zhuǎn)速功能字刀具功能字輔助功能字U、V、WI、J、K……M00-M99G00-G99G、M指令統(tǒng)稱為工藝指令天津工業(yè)大學(xué)22機(jī)能地址碼說明備注程序段號N程序段順序編號地址，用于程序查詢和檢索N1；N12；N123；N1234；坐標(biāo)字X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R；A，B，C，D，E；R；I，J，K；直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸圓弧半徑圓弧圓心相對起點(diǎn)坐標(biāo)準(zhǔn)備功能G控制機(jī)床動作狀態(tài)及指定插補(bǔ)、定位、循環(huán)方式等輔助功能M表示機(jī)床ON/OFF動作或指定程序趨向補(bǔ)償值H或D補(bǔ)償值地址切削用量SF主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給量或進(jìn)給速度G97Sxxxx；G96Sxxxx；與F有關(guān)的指令G98G99刀具號T刀庫中的刀具編號T0101；T11；T1D1；常用地址碼及其含義天津工業(yè)大學(xué)23主程序和子程序天津工業(yè)大學(xué)242.2數(shù)控編程中的常用指令模態(tài)代碼：大多數(shù)G、M代碼輸入一次（一旦被指定），該功能持續(xù)有效，除非被同組其它任一代碼替代或取消。模態(tài)代碼在編下一個程序段時不必重新輸入。非模態(tài)代碼：而非模態(tài)代碼只在本程序段中有效。天津工業(yè)大學(xué)252.2數(shù)控編程中的常用指令2.2.1準(zhǔn)備功能G代碼絕對坐標(biāo)與增量坐標(biāo)編程指令（G90、G91）N100G90G01X15.0Y30.0F100；N100G91G01X-20.0Y10.0F100；G90G91天津工業(yè)大學(xué)26天津工業(yè)大學(xué)27快速點(diǎn)定位指令（G00）格式：G00X_Y_Z_；式中，X、Y、Z為目標(biāo)位置的坐標(biāo)值。G00(a)G00(b)天津工業(yè)大學(xué)28直線插補(bǔ)指令（G01）格式：G01X_Y_Z_F_；式中，X、Y、Z為目標(biāo)位置的坐標(biāo)值?！璑20G00X50.0Z2.0S500.0M03;刀具快速移動，主軸轉(zhuǎn)速S=500r/minN30G01Z-40.0F100.0；以F=100mm/min的進(jìn)給速度從P1-P2N40X80.0Z-60.0；P2-P3

N50G00X160.0Z100.0；P3-P0快速移動……天津工業(yè)大學(xué)29圓弧插補(bǔ)指令（G02、G03）G02為順時針（CLW）圓弧插補(bǔ)；G02為逆時針（CCLW）圓弧插補(bǔ)。判斷順、逆方向的方法：沿垂直于圓弧所在平面的坐標(biāo)軸的負(fù)方向觀察來確定順逆方向。天津工業(yè)大學(xué)30用I、J、K指定圓心位置：圓弧插補(bǔ)指令（G02、G03）用圓弧半徑R指定圓心位置：式中，X、Y、Z為目標(biāo)位置的坐標(biāo)值；

I、J、K為圓心相對于起點(diǎn)的坐標(biāo)。天津工業(yè)大學(xué)31說明：XYAB30-30OXYABR+R-R-R+天津工業(yè)大學(xué)32坐標(biāo)平面選擇指令（G17、G18、G19）天津工業(yè)大學(xué)33刀具補(bǔ)償指令簡化編程工作量；實(shí)現(xiàn)粗、精加工；實(shí)現(xiàn)內(nèi)外型面的加工。天津工業(yè)大學(xué)34刀具半徑補(bǔ)償指令（G41、G42、G40）G41指令：刀具半徑左補(bǔ)償；G42指令：刀具半徑左補(bǔ)償；G40指令：取消刀具半徑補(bǔ)償。格式：G00/G01G41/G42X_Y_D（H）_F_；

G00（或G01）G40X_Y_；式中，X、Y為刀具半徑補(bǔ)償/取消時的終點(diǎn)坐標(biāo)；

D（H）為刀具偏置代碼地址字。刀補(bǔ)天津工業(yè)大學(xué)35刀具半徑補(bǔ)償指令（G41、G42、G40）補(bǔ)償過程分為三步：刀補(bǔ)的建立刀補(bǔ)的進(jìn)行刀補(bǔ)的撤銷天津工業(yè)大學(xué)36刀具半徑補(bǔ)償指令（G41、G42、G40）使用規(guī)則增加/取消刀補(bǔ)時，刀具與工件的距離大于刀具半徑；G41和G42應(yīng)使用G40取消補(bǔ)償，不能互相取消；G40、G41、G42必須指定運(yùn)動指令G00或G01，否則補(bǔ)償無效；刀補(bǔ)時不允許指定的指令代碼：M代碼、S代碼、G04；M/T機(jī)床中，G02/G03指令程序段不允許指定/取消刀補(bǔ)；M/T機(jī)床中，優(yōu)選單坐標(biāo)軸運(yùn)動指定/取消刀補(bǔ)；幾種取消刀補(bǔ)的其它方法：換刀指令、復(fù)位功能、急停鍵。天津工業(yè)大學(xué)37刀具長度補(bǔ)償指令（G43、G44、G49/G40）G43指令：刀具長度正補(bǔ)償；G44指令：刀具長度負(fù)補(bǔ)償；G49或G40指令：取消刀具長度補(bǔ)償。格式：G00/G01G43/G44Z_H_F_；

G00（或G01）G49/G40Z_；式中，H代碼中存放刀具的長度補(bǔ)償值作為偏置量。天津工業(yè)大學(xué)38工件坐標(biāo)系設(shè)定指令（G92）格式：G92X_Y_Z_；式中，X、Y、Z為刀具起始點(diǎn)相對于工件原點(diǎn)的坐標(biāo)。G92X160.0Y-20.0；天津工業(yè)大學(xué)39用G54-G59指令設(shè)定工件坐標(biāo)系操作者在實(shí)際主要加內(nèi)工容前，測量工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的偏置值，并在數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定。這個值叫做“工件零點(diǎn)偏置”。天津工業(yè)大學(xué)40用G54-G59指令設(shè)定工件坐標(biāo)系

“工件零點(diǎn)偏置”怎么去測呢？天津工業(yè)大學(xué)41暫停指令G04其中地址P后面的數(shù)字為整數(shù)，單位為ms；如G04P3000表示暫停3s；X（U）后面的數(shù)字可帶小數(shù)點(diǎn)，單位為s；如G04X3.2表示暫停3.2s。有些機(jī)床，X（U）后面的數(shù)字表示刀具或工件空轉(zhuǎn)的圈數(shù)。格式：G04P/X（U）_；天津工業(yè)大學(xué)42

圖示為加工輪廓ABCDE,XO機(jī)Y為機(jī)床坐標(biāo)系，X0Y為工件坐標(biāo)系，兩坐標(biāo)系的關(guān)系就是零件加工安裝關(guān)系：10O機(jī)O編B2040XYDAC10EXYN01G92X-10Y-10;

N02G90G17G00X10Y10;

N03G01X30F100;

N04G03X40Y20I0J10;

N05G02X30Y30I0J10;

N06G01X10Y20;

N07Y10;

N08G00X-10Y-10M02;N01G91G17G00X20Y20;

N03G01X20F100;

N04G03X10Y10I0J10;

N05G02X-10Y10I0J10;

N06G01X-20Y-10;

N07Y-10;

N08G00X-20Y-20M02;天津工業(yè)大學(xué)432.2.2輔助功能M代碼1．程序停止指令M00、M01和M02、M302．主軸轉(zhuǎn)動控制指令M03、M04和M053．換刀指令M064．冷卻液控制指令M07、M08和M095．主軸夾緊和松開指令M10和M116．主軸定向停止指令M197．

子程序調(diào)用M98、M99天津工業(yè)大學(xué)44

一個程序段通常只輸入一個M指令，否則將易導(dǎo)致嚴(yán)重程序錯誤；

M指令功能應(yīng)盡量置于運(yùn)動方式程序段中；

M功能啟動有兩種模式

刀具運(yùn)動同步模式：M03、M04、M07、M08

運(yùn)動結(jié)尾啟動模式：M00、M01、M02、M05、M09、M30M續(xù)效功能：M03、M04、M05、M07、M08、M09

非續(xù)效功能：M00、M01、M02、M06、M30、M60M代碼使用規(guī)則天津工業(yè)大學(xué)45進(jìn)給功能指令FG94—每分鐘進(jìn)給量，單位mm/minG95—每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位mm/r2.2.3F、S、T代碼主軸轉(zhuǎn)速功能指令S刀具功能指令TG96Sxxxx；恒線速功能G97Sxxxx；機(jī)床主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速T0101；01號刀具，01號刀補(bǔ)T12；表示12號刀具T10H10；T1D1；天津工業(yè)大學(xué)462.3數(shù)控編程中的工藝處理確定加工方案工藝處理數(shù)學(xué)處理編寫程序清單制備控制介質(zhì)程序檢驗(yàn)機(jī)床的選擇，刀具的選擇，切削用量的選擇，夾具及裝夾方式選擇包括選擇對刀點(diǎn)，確定加工路線和切削用量根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)求出編程所需的數(shù)據(jù)(每一程序段的終點(diǎn)坐標(biāo))天津工業(yè)大學(xué)47數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)數(shù)控加工工藝的內(nèi)容工序內(nèi)容具體；工序內(nèi)容復(fù)雜；工序內(nèi)容嚴(yán)密；工序集中。數(shù)控加工零件的選擇；數(shù)控加工工藝性分析；數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)；數(shù)控加工工序的詳細(xì)設(shè)計(jì)。2.3.22.3.32.3.42.3.52.3.1數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)與內(nèi)容天津工業(yè)大學(xué)48數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的步驟

分析零件圖樣；確定毛坯；確定安裝方法（夾具）和對刀點(diǎn)；確定加工方案（工藝路線和走刀路線）；

刀具的選擇；

切削用量的確定。2.3.52.3.42.3.22.3.3天津工業(yè)大學(xué)492.3.2數(shù)控加工零件或加工內(nèi)容的選擇

有毛坯和零件圖樣，選擇合適的數(shù)控機(jī)床；有數(shù)控機(jī)床，選擇合適零件。天津工業(yè)大學(xué)502.3.3數(shù)控加工工藝性分析采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸零件圖上尺寸標(biāo)注的原則天津工業(yè)大學(xué)51內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過小天津工業(yè)大學(xué)52槽底圓角半徑r不應(yīng)過大天津工業(yè)大學(xué)53可裝夾性分析天津工業(yè)大學(xué)54加工方法的選擇數(shù)控機(jī)床的選擇2.3.4數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)固定斜角斜面加工的多種方法

考慮毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、批量、熱處理要求等因素。要滿足：T、Q、C天津工業(yè)大學(xué)55工序的安排2.3.4數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)數(shù)控工序與常規(guī)工序的銜接基準(zhǔn)先行、先主后次、先粗后精、先面后孔先近后遠(yuǎn)、先內(nèi)后外、刀具集中……天津工業(yè)大學(xué)562.3.5數(shù)控加工工序的詳細(xì)設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)刀具選擇切削用量選擇對刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)選擇加工路線確定天津工業(yè)大學(xué)57零件的裝夾與夾具設(shè)計(jì)

夾具體＋定位＋夾緊不需要導(dǎo)向和對刀功能，夾具比較簡單數(shù)控機(jī)床的夾具與傳統(tǒng)夾具結(jié)構(gòu)的差別：天津工業(yè)大學(xué)58

基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差；統(tǒng)一基準(zhǔn)，減少重復(fù)定位次數(shù)，減少重復(fù)定位誤差；夾緊要可靠，盡量避免振動；夾緊點(diǎn)分布要合理，夾緊力大小要適中且穩(wěn)定，減少夾緊變形；夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，加工部位要敞開；數(shù)控夾具裝卸應(yīng)方便（氣動……）；

多件裝夾，以提高加工效率等。設(shè)計(jì)或選用要求：天津工業(yè)大學(xué)59加工部位要敞開：天津工業(yè)大學(xué)60多件裝夾：天津工業(yè)大學(xué)61刀具的選擇要求：安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用度高等分類：整體式、機(jī)夾式天津工業(yè)大學(xué)62車刀的種類：內(nèi)孔車刀天津工業(yè)大學(xué)63銑刀的種類：天津工業(yè)大學(xué)64銑刀的種類：天津工業(yè)大學(xué)65面銑刀鍵槽銑刀天津工業(yè)大學(xué)66立銑刀天津工業(yè)大學(xué)67模具銑刀圓錐形立銑刀圓柱形球頭立銑刀圓錐形球頭立銑刀硬質(zhì)合金：天津工業(yè)大學(xué)68鼓形銑刀波紋立銑刀天津工業(yè)大學(xué)69成型銑刀天津工業(yè)大學(xué)70銑刀選擇：

加工大平面：面銑刀加工凹槽、小臺階面及平面輪廓：立銑刀加工空間曲面、模具型腔等：球頭銑刀加工封閉的鍵槽：鍵槽銑刀等加工變斜角零件：鼓形銑刀特殊形狀：成形銑刀天津工業(yè)大學(xué)71切削用量的選擇

粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。天津工業(yè)大學(xué)72對刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的確定

是數(shù)控加工時刀具相對工件運(yùn)動的起點(diǎn)，也是程序的起點(diǎn)。也稱程序起點(diǎn)或起刀點(diǎn)。

盡量與零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)一致；便于對刀、觀察和檢測；簡化坐標(biāo)值的計(jì)算。使加工程序中的引入或返回路線盡量短，并便于換刀。對刀點(diǎn)選用原則：對刀點(diǎn)：天津工業(yè)大學(xué)73對刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)：天津工業(yè)大學(xué)74用以表示刀具特征的點(diǎn)，也是對刀和加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。車刀、鏜刀鉆頭平頭立銑刀球頭銑刀刀位點(diǎn)：天津工業(yè)大學(xué)75“刀位點(diǎn)”與“對刀點(diǎn)”重合。千分表、對刀裝置對刀：問題：孔中心如何對刀？兩面交線上的一點(diǎn)為對刀點(diǎn)，如何對刀？

將已知半徑的標(biāo)準(zhǔn)刀具裝于主軸上測得到實(shí)際位置值。天津工業(yè)大學(xué)76加工路線的確定

刀具相對于工件的運(yùn)動軌跡。不但包含了工步的內(nèi)容，而且也反映了工步的順序。

保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；簡化數(shù)值計(jì)算，減少程編工作量；縮短加工路線，減少刀具空行程時間，提高加工效率。天津工業(yè)大學(xué)77刀具引入、引出天津工業(yè)大學(xué)78銑削封閉的內(nèi)、外輪廓：天津工業(yè)大學(xué)79車螺紋：天津工業(yè)大學(xué)80順銑、多次走刀、避免進(jìn)給停頓天津工業(yè)大學(xué)81確定最短的空行程路線天津工業(yè)大學(xué)82確定最短的切削進(jìn)給路線曲面加工：凹槽加工：行切法天津工業(yè)大學(xué)83數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)處理:根據(jù)被加工零件圖紙，按照已經(jīng)確定的加工路線和允許的編程誤差，計(jì)算數(shù)控編程所需要的坐標(biāo)點(diǎn)和刀位點(diǎn)的過程。2.5數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)處理

直線、圓弧類零件的數(shù)學(xué)處理；非圓曲線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；列表曲線輪廓零件的數(shù)學(xué)處理；列表曲面輪廓零件的數(shù)學(xué)處理；刀位點(diǎn)軌跡計(jì)算。天津工業(yè)大學(xué)84計(jì)算方法：2.5.1直線、圓弧類零件的數(shù)學(xué)處理基點(diǎn)：相鄰幾何元素間的交點(diǎn)或切點(diǎn)稱之為基點(diǎn)。聯(lián)立方程組求解；三角函數(shù)關(guān)系求解。直線方程：Y=tg(α+β)X圓弧方程：（X-80）2+（Y-14）2=30B點(diǎn)：（64.2786，39.5507）C點(diǎn)：（64.2786，54.5507）天津工業(yè)大學(xué)852.5.2非圓曲線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算非圓曲線：數(shù)控加工中把除直線與圓弧之外可以用數(shù)