數(shù)控加工編程的基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)控加工編程的基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)程序編制的概念、步驟和方法

一、程序編制的概念數(shù)控編程就是根據(jù)零件圖紙要求的圖形尺寸和技術(shù)要求，確定零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、機(jī)床運(yùn)動(dòng)以及刀具等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言代碼記錄在程序單上的全過(guò)程。第2頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、程序編制的步驟第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

1.零件圖紙分析階段在分析零件圖紙階段，主要是分析零件的材料、形狀、尺寸、公差、表面質(zhì)量及毛坯形狀和熱處理要求等，以便確定該零件是否適宜在數(shù)控機(jī)床上加工，適宜在哪類(lèi)數(shù)控機(jī)床上加工以及哪個(gè)型號(hào)的數(shù)控機(jī)床上加工。除了圖紙上的信息，還應(yīng)該收集一些圖紙上沒(méi)有涵蓋的要求，比如零件加工的數(shù)量、前道工序的加工和后續(xù)加工、磨削余量、裝配特征等。收集這些信息可以為后面的步驟提供足夠的資料。

第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2.工藝分析處理階段

工藝分析處理階段是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響著加工程序的質(zhì)量。工藝分析處理階段的主要任務(wù)是確定零件加工工藝過(guò)程。換言之，就是確定零件的加工方法(如采用的工夾具、刀具、裝夾定位方法等)、加工順序（如鉆孔順序、粗精加工順序等）、加工路線(如對(duì)刀點(diǎn)、走刀路線等)和加工用量(如走刀速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削寬度和深度、精加工余量等)等工藝參數(shù)。第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3.數(shù)學(xué)處理階段數(shù)學(xué)處理階段是根據(jù)零件圖紙和確定的加工路線，計(jì)算出走刀軌跡和每個(gè)程序段所需數(shù)據(jù)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的零件輪廓，需要計(jì)算出零件輪廓相鄰幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)的坐標(biāo)值，圓弧還需要知道圓弧半徑或中心點(diǎn)坐標(biāo)值。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，需要用小直線段或圓弧逼近，根據(jù)要求的精度計(jì)算出節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值。自由曲線、曲面及組合曲面的數(shù)據(jù)計(jì)算量大并且復(fù)雜，使用手工編程幾乎是不可能的，必須使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程。

第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

4.程序編制及輸入階段

程序編制階段是根據(jù)加工路線計(jì)算出的數(shù)據(jù)和已確定的加工用量，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的加工指令和程序段格式，使用手工或自動(dòng)編程的方式逐段編寫(xiě)出零件加工程序單，再將編好的程序通過(guò)手工輸入或通訊傳輸?shù)姆绞捷斎霐?shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)。在使用手工編程時(shí)，應(yīng)盡量使用數(shù)控系統(tǒng)提供的固定循環(huán)指令，這樣既可以減少編程量，同時(shí)又便于查找錯(cuò)誤。

第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

5.程序校驗(yàn)和首件試加工

加工程序必須經(jīng)過(guò)校驗(yàn)和試加工檢驗(yàn)合格后，才能夠進(jìn)入正式加工。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于手工輸入的程序可以使用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中圖形模擬功能，在機(jī)床屏幕上顯示走刀軌跡來(lái)檢查程序的錯(cuò)誤。對(duì)于自動(dòng)編程的程序，可以在計(jì)算機(jī)模擬軟件中做三維模擬加工來(lái)檢查程序的錯(cuò)誤，不必在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中模擬。通過(guò)了程序的模擬，并不一定代表程序是正確的，必須在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行首件試加工。只有試加工零件通過(guò)檢驗(yàn)部門(mén)檢驗(yàn)合格后，才可以確認(rèn)程序無(wú)誤。對(duì)于毛坯成本較低大批量生產(chǎn)的零件，可以直接使用毛坯進(jìn)行試加工。對(duì)于毛坯成本較昂貴單件小批量生產(chǎn)的零件，則可以使用蠟件或木件進(jìn)行試加工。試加工后發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤，可以修改程序單或采取尺寸補(bǔ)償?shù)却胧┻M(jìn)行修正。

第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、程序的編制方法

手工編程自動(dòng)編程從分析零件圖紙、制定工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、編寫(xiě)零件加工程序單直到程序校核，整個(gè)過(guò)程主要由人手工來(lái)完成。主要由計(jì)算機(jī)完成編制零件加工程序全部過(guò)程的編程方法稱(chēng)為自動(dòng)編程。采用CAD/CAM的技術(shù)已成為整個(gè)制造行業(yè)當(dāng)前和將來(lái)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式

一、程序結(jié)構(gòu)數(shù)控加工程序是由一系列機(jī)床數(shù)控裝置能辨識(shí)的指令有序結(jié)合而構(gòu)成的。一般數(shù)控系統(tǒng)加工程序可分為主程序和子程序。但不論是主程序還是子程序，每一個(gè)程序都是由程序號(hào)、程序內(nèi)容和程序結(jié)束符等幾個(gè)部分組成。第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六程序號(hào)程序內(nèi)容程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)束符不同的數(shù)控系統(tǒng)程序號(hào)地址碼有所區(qū)別。通常FANUC系統(tǒng)用“O”，SINUMERIK系統(tǒng)用“%”，而AB8400系統(tǒng)用“P”作為程序號(hào)的地址碼。編程時(shí)一定要根據(jù)機(jī)床系統(tǒng)參考手冊(cè)的規(guī)定寫(xiě)指令，否則系統(tǒng)是不會(huì)執(zhí)行的。程序內(nèi)容是整個(gè)程序的核心，它由若干程序段組成，每個(gè)程序段有一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成，用來(lái)描述機(jī)床要完成的指定動(dòng)作。FANUC數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)束符為“%”SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)束符為“RET”有的數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有程序結(jié)束符。第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、程序段格式數(shù)控機(jī)床程序是由若干個(gè)“程序段”（BLOCK）組成，每個(gè)程序段由按一定順序和規(guī)定排列的“字”（WORD）組成。程序段格式是指一個(gè)程序段中各字的排列順序及其表達(dá)形式。程序段的格式可分為地址格式、分隔順序格式、固定程序段格式和可變程序段格式等。JB3832—1985《數(shù)控機(jī)床輪廓和點(diǎn)位切削加工可變程序段格式》中推薦用可變程序段格式。所謂可變程序段格式，就是程序段的長(zhǎng)短，隨字地址數(shù)和字長(zhǎng)（位數(shù)）都是可變的。第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六下面是一個(gè)程序段的通式：

N__G__X__Y__Z__……F__S__M__……LF(或；)順序號(hào)準(zhǔn)備功能坐標(biāo)值其他坐標(biāo)工藝性指令附加指令結(jié)束代碼1.順序號(hào)：用地址N后面加上1～9999中任意數(shù)字表示。2.準(zhǔn)備功能：使數(shù)控機(jī)床作好某種操作準(zhǔn)備的指令，用地址G和兩位數(shù)字表示，從G00～G99共100種。3.尺寸字（坐標(biāo)字）：給定機(jī)床各坐標(biāo)軸位移的方向和數(shù)據(jù)。4.工藝性指令：包括F、S、M功能。5.附加指令：包括固定循環(huán)及子程序的重復(fù)次數(shù)指令、刀具補(bǔ)償號(hào)指令、刀具選擇指令及暫停時(shí)間指令等。6.程序段結(jié)束：寫(xiě)在每一可能為*，LF，CR，依據(jù)使用系統(tǒng)的不同。第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)

一、坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向

確定原則●不論機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，或是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，在確定坐標(biāo)系時(shí)一律看作是工件相對(duì)靜止，刀具產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)●機(jī)床的直線運(yùn)動(dòng)X、Y、Z采用右手直角坐標(biāo)系（見(jiàn)圖）●X、Y、Z的正向是使工件尺寸增大的方向第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六右手直角坐標(biāo)系第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（一）Z坐標(biāo)軸的確定1．對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床如車(chē)床，內(nèi)、外圓磨床等，Z坐標(biāo)取為與工件旋轉(zhuǎn)軸平行；從主動(dòng)軸看刀具的方向作為其正方向。2．對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床如銑床、鉆床、鉸床等，按主軸方向是否固定來(lái)確定Z坐標(biāo)軸。（1）對(duì)主軸方向固定的機(jī)床，取Z坐標(biāo)與主軸平行（如各種升降臺(tái)銑床、立式鉆床、立式鏜床、臥式鏜銑床）。（2）對(duì)主軸方向不固定而可轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)床，在轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)，主軸如能與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的一根坐標(biāo)平行時(shí)，就取該坐標(biāo)系為Z坐標(biāo)（如龍門(mén)銑床等）；主軸若能與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的兩根以上的坐標(biāo)平行時(shí)，則取垂直于主軸安裝面的方向作為Z坐標(biāo)。（3）取從工件看刀具旋轉(zhuǎn)軸（主軸）方向作為其正方向。3．對(duì)于工件、刀具都不旋轉(zhuǎn)的機(jī)床如牛頭刨床、單臂刨床等，取Z坐標(biāo)與機(jī)床的工件安裝面垂直；取工件與刀具的間隔增加方向?yàn)槠湔较?。?6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）X坐標(biāo)軸的確定1．對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床在與Z坐標(biāo)垂直的平面內(nèi)，取刀具的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄坐標(biāo)；取刀具離開(kāi)主軸旋轉(zhuǎn)中心線的方向作為其正方向。2．對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床按Z坐標(biāo)處于不同位置，進(jìn)行確定。（1）Z坐標(biāo)處于水平時(shí)，X坐標(biāo)在與Z坐標(biāo)垂直的平面內(nèi)取水平方向；取面向Z坐標(biāo)正方向的左手方向?yàn)檎较?。?）Z坐標(biāo)處于垂直時(shí)，X坐標(biāo)取由工作臺(tái)面向立柱時(shí)的左右方向，并取其右手方向?yàn)檎珜?duì)于龍門(mén)式與龍門(mén)移動(dòng)式的機(jī)床，以面對(duì)機(jī)床為正面，人的視線方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。3．對(duì)于工件和刀具都不旋轉(zhuǎn)的機(jī)床取Z坐標(biāo)與切削運(yùn)動(dòng)方向平行，并以切削運(yùn)動(dòng)方向作為正方向。當(dāng)主切削運(yùn)動(dòng)的方向與Z坐標(biāo)重合時(shí)，X坐標(biāo)取由工作臺(tái)面向立柱時(shí)的左右方向，并取其右手方向作為正方向。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（三）Y坐標(biāo)軸的確定Y坐標(biāo)取與Z、X坐標(biāo)垂直的方向，其正方向應(yīng)使三根坐標(biāo)軸構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。以上標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系確定以后，機(jī)床坐標(biāo)的決定方法如下述。（1）在工件相對(duì)刀具作主體運(yùn)動(dòng)的機(jī)床上，與工件運(yùn)動(dòng)方向平行的坐標(biāo)的正方向和標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的正方向相反。（2）在刀具相對(duì)工件作主體運(yùn)動(dòng)的機(jī)床上，與刀具運(yùn)動(dòng)方向平行的坐標(biāo)的正方向和標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的正方向一致。第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六+X+Z臥式車(chē)床的坐標(biāo)系第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六+Z+X+Y立式銑床的坐標(biāo)系第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是用來(lái)確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺(tái)）位置的參考系。機(jī)床原點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。該點(diǎn)是機(jī)床上的一個(gè)固定的點(diǎn)，其位置是由機(jī)床設(shè)計(jì)和制造單位確定的，通常不允許用戶改變。數(shù)控車(chē)床的機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在卡盤(pán)前端面或后端面的中心。數(shù)控銑床或加工中心的機(jī)床原點(diǎn)，各生產(chǎn)廠不一致，有的設(shè)在機(jī)床工作臺(tái)的中心，有的設(shè)在進(jìn)給行程的終點(diǎn)。

第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)控車(chē)床原點(diǎn)第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)控銑床原點(diǎn)第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)系中一個(gè)固定不變的位置點(diǎn)，是用于對(duì)機(jī)床工作臺(tái)、滑板與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和控制的點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)通常設(shè)置在機(jī)床各軸靠近正向極限的位置，通過(guò)減速行程開(kāi)關(guān)粗定位而由零位點(diǎn)脈沖精確定位。機(jī)床參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知定值，也就是說(shuō)，可以根據(jù)機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值間接確定機(jī)床原點(diǎn)的位置。第24頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在機(jī)床接通電源后，通常都要做回參考點(diǎn)操作。有些數(shù)控機(jī)床的機(jī)床原點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)重合，則開(kāi)機(jī)執(zhí)行的是回零點(diǎn)操作。當(dāng)返回參考點(diǎn)的工作完成后，顯示器即顯示出機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，表明機(jī)床坐標(biāo)系已自動(dòng)建立?？梢哉f(shuō)回參考點(diǎn)或零點(diǎn)操作是對(duì)基準(zhǔn)的重新核定，可消除由于種種原因產(chǎn)生的基準(zhǔn)偏差。第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

三、工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)根據(jù)零件圖紙?jiān)O(shè)定的坐標(biāo)系，也稱(chēng)為編程坐標(biāo)系。工件原點(diǎn)的選定●編程計(jì)算的方便性●機(jī)床調(diào)整的方便性●對(duì)刀找正的方便性●在毛坯上確定位置的方便性第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

四、絕對(duì)坐標(biāo)編程及增量坐標(biāo)編程

絕對(duì)坐標(biāo)編程：是以工件坐標(biāo)系原點(diǎn)為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算各點(diǎn)的坐標(biāo)值。如圖所示。絕對(duì)坐標(biāo)編程第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六相對(duì)坐標(biāo)編程：是以前一個(gè)位置為基準(zhǔn)計(jì)算增量來(lái)表示坐標(biāo)位置。如圖所示。相對(duì)坐標(biāo)編程第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)數(shù)控程序的指令代碼

一、準(zhǔn)備功能準(zhǔn)備功能指令也稱(chēng)“G”指令（代碼），是使數(shù)控機(jī)床做某種運(yùn)動(dòng)方式準(zhǔn)備的指令，由地址符G和其后的兩位數(shù)字組成，常用的從G00～G99共100種。G代碼有兩種：模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼。模態(tài)代碼又稱(chēng)續(xù)效代碼，一經(jīng)在一個(gè)程序段中指定，便保持到以后程序段中直到出現(xiàn)同組的另一代碼時(shí)才失效。非模態(tài)代碼只有在所出現(xiàn)的程序段有效。對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床，表中所列的G代碼可能并不全適用，所以一定要參考機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)參考手冊(cè)加以確認(rèn)。

第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、輔助功能輔助功能指令也稱(chēng)“M”指令（代碼），用于指定主軸的旋轉(zhuǎn)方向、啟動(dòng)、停止、冷卻液的開(kāi)關(guān)、工件或刀具的夾緊或松開(kāi)等功能。輔助功能指令由地址符M和其后的兩位數(shù)字組成。下面介紹一些常用的M代碼。第30頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

1.程序停止指令（M00）M00實(shí)際上是一個(gè)暫停指令。當(dāng)執(zhí)行有M00指令的程序段后，主軸停轉(zhuǎn)、進(jìn)給停止、切削液關(guān)、程序停止。程序運(yùn)行停止后，模態(tài)（續(xù)效）信息全部被保存，利用機(jī)床的“程序啟動(dòng)”鍵，便可繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的程序。該指令經(jīng)常用于加工過(guò)程中測(cè)量工件的尺寸、工件調(diào)頭、手動(dòng)變速等操作。第31頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.計(jì)劃（選擇）停止指令（M01）該指令的作用與M00相似，但它必須是在預(yù)先按下操作面板上的“選擇停止”按鈕并執(zhí)行到M01指令的情況下，才會(huì)停止執(zhí)行程序。如果不按下“選擇停止”按鈕，M01指令無(wú)效，程序繼續(xù)執(zhí)行。該指令常用于工件關(guān)鍵性尺寸的停機(jī)抽樣檢查等，當(dāng)檢查完畢后，按“程序啟動(dòng)”鍵可繼續(xù)執(zhí)行以后的程序。第32頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.程序結(jié)束指令（M02、M30）該指令用在程序的最后一個(gè)程序段中。當(dāng)全部程序結(jié)束后，用此指令可使主軸、進(jìn)給及切削液全部停止，并使數(shù)控機(jī)床復(fù)位。M30與M02基本相同，但M30能自動(dòng)返回程序起始位置，為加工下一個(gè)工件作好準(zhǔn)備。第33頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.與主軸有關(guān)的指令（M03、M04、M05）M03表示主軸正轉(zhuǎn)，M04表示主軸反轉(zhuǎn)。所謂正轉(zhuǎn)，是從主軸向Z軸正向看，主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；而主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，觀察到的轉(zhuǎn)向則相反。M05為主軸停止，它是在該程序段其他指令執(zhí)行完以后才執(zhí)行的。第34頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5.換刀指令（M06）M06是手動(dòng)或自動(dòng)換刀指令，它不包括刀具選擇功能，但兼有主軸停轉(zhuǎn)和主軸定向的功能。6.與切削液有關(guān)的指令（M07、M08、M09）M07為2號(hào)切削液（霧狀）開(kāi)，M08為1號(hào)切削液（液狀）開(kāi)，M09為切削液關(guān)。第35頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7.與主軸、切削液有關(guān)的復(fù)合指令（M13、M14）M13為主軸正轉(zhuǎn)，切削液開(kāi)；M14為主軸反轉(zhuǎn)，切削液開(kāi)。8.運(yùn)動(dòng)部件的夾緊及松開(kāi)指令（M10、M11）M10為運(yùn)動(dòng)部件的夾緊；M11為運(yùn)動(dòng)部件的松開(kāi)。第36頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、轉(zhuǎn)速功能S功能指令用來(lái)指定主軸轉(zhuǎn)速，用字母S和其后的1～4位數(shù)字表示。有G