第1章數(shù)控加工的編程基礎(chǔ)和數(shù)控機床編程及加工

第1章數(shù)控加工的編程基礎(chǔ)?第1章數(shù)控加工的編程基礎(chǔ)（一）目的與要求使學(xué)生建立數(shù)控編程的基本概念，掌握數(shù)控編程的基本內(nèi)容、主要步驟；掌握加工程序的基本組成、程序的基本結(jié)構(gòu)和類型。（二）教學(xué)內(nèi)容1．?dāng)?shù)控加工的過程2．?dāng)?shù)控編程的內(nèi)容與步驟3．?dāng)?shù)控編程的種類4．?dāng)?shù)控機床的坐標(biāo)系和運動方向的命名規(guī)則5．典型數(shù)控系統(tǒng)及其主要功能6．程序的結(jié)構(gòu)7．程序段格式的書寫規(guī)則8.續(xù)效代碼與非續(xù)效代碼?第1章數(shù)控加工的編程基礎(chǔ)（三）教學(xué)要求1．了解數(shù)控加工的過程2．掌握數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟3．掌握數(shù)控編程的種類4．掌握數(shù)控機床的坐標(biāo)系和運動方向的命名規(guī)則5．了解典型數(shù)控系統(tǒng)及其主要功能6．掌握程序的結(jié)構(gòu)組成7．掌握程序段格式的書寫規(guī)則：字-地址程序段格式8．理解地址碼中英文字母的含義9．掌握續(xù)效代碼與非續(xù)效代碼的概念與區(qū)別?第1章數(shù)控加工的編程基礎(chǔ)（四）重點與難點重點：數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟，數(shù)控機床的坐標(biāo)系

和運動方向；難點：續(xù)效代碼與非續(xù)效代碼的區(qū)別。（五）教學(xué)指導(dǎo)

?1.1數(shù)控編程概述1、數(shù)控加工的概念

數(shù)控加工技術(shù)是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容之一。

（1）數(shù)控加工的對象——精密、復(fù)雜零件及模具。（2）數(shù)控加工的關(guān)鍵設(shè)備是各種典型數(shù)控機床。

（3）數(shù)控加工的交流語言是零件圖紙。（4）數(shù)控加工的紐帶是NC程序。（5）數(shù)控編程的作用——數(shù)控加工的橋梁（p2t1-1）在數(shù)控機床上加工零件時，從分析零件圖紙到獲得數(shù)控機床所需要的控制介質(zhì)的全部過程為程序編制，簡稱“編程”。?（1）加工工藝分析（分析圖樣，確定加工工藝過程）在確定加工工藝過程時，編程人員要根據(jù)零件圖樣進行工藝分析，然后選定機床、刀具與夾具；確定零件加工的工藝線路、工步順序及切削用量等工藝參數(shù)等。

①

確定加工方法②

加工路線的設(shè)計③

加工工序內(nèi)容設(shè)計計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改這些工作與普通機床加工零件時工藝規(guī)程的編制基本上是相似的，但也有自身的一些特點。2、數(shù)控編程的內(nèi)容和方法?按已確定的加工路線和允許的零件加工誤差，計算出所需的輸入數(shù)控裝置的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)值計算。數(shù)值計算的主要內(nèi)容是在規(guī)定的坐標(biāo)系內(nèi)計算零件輪廓和刀具運動的軌跡的坐標(biāo)值。數(shù)值計算的復(fù)雜程序取決于零件的復(fù)雜程度和數(shù)控裝置功能的強弱，差別很大。對于點位控制的數(shù)控機床（如數(shù)控沖床等）加工的零件，一般不需要計算，只是當(dāng)零件圖樣坐標(biāo)系與編制坐標(biāo)系不一致時，才需要對坐標(biāo)進行換算。

錯誤計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙修改（2）數(shù)值計算（刀具運動軌跡的坐標(biāo)數(shù)值計算）?加工路線、工藝參數(shù)及刀具運動軌跡確定以后，編程人員可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定指令代碼及程序格式，編寫零件加工程序單。此外，還應(yīng)填寫有關(guān)的工藝文件，如數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控刀具卡片、數(shù)控刀具明細(xì)表等。計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改（3）編制零件加工程序單?將程序單上的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入信息，若程序較簡單，也可直接通過鍵盤輸入。（4）制備控制介質(zhì)計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改?所制備的控制介質(zhì)，必須經(jīng)過進一步的校驗和試切削，才能用于正式加工。一般采用空走刀校驗、空運轉(zhuǎn)畫圖校驗以檢查機床運動軌跡與動作的正確性。（5）程序的校驗和試切計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改常用的校驗和試切方法：

對于平面輪廓零件可在機床上用筆代替刀具、坐標(biāo)紙代替工件進行空運轉(zhuǎn)空運行繪圖。對于空間曲面零件，可用蠟塊、塑料或木料或價格低的材料作工件，進行試切，以此檢查程序的正確性。?

在具有圖形顯示功能的機床上，用靜態(tài)顯示（機床不動）或動態(tài)顯示（模擬工件的加工過程）的方法，則更為方便。上述方法只能檢查運動軌跡的正確性，不能判別工件的加工誤差。首件試切(在允許的條件下)方法不僅可查出程序單和控制介質(zhì)是否有錯，還可知道加工精度是否符合要求。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯誤時，應(yīng)分析錯誤的性質(zhì)，或修改程序單，或調(diào)整刀具補償尺寸，直到符合圖紙規(guī)定的精度要求為止。?

從以上內(nèi)容來看，作為一名編程人員，不但要熟悉數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)的功能及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且還必須是一名好的工藝人員，要熟悉零件的加工工藝、裝卡方法、刀具、切削用量的選擇等方面的知識。?（1）手工編程

手工編程就是從分析零件圖樣、確定加工工藝過程、數(shù)值計算、編寫零件加工程序單、制備控制介質(zhì)到程序校驗都是由人工完成。對于加工形狀簡單、計算量小、程序不多的零件，采用手工編程較容易，而且經(jīng)濟、及時。（2）自動編程自動編程是利用計算機專用軟件對復(fù)雜零件進行數(shù)控加工程序編制的過程。?1.2數(shù)控機床的坐標(biāo)系與運動方向圖1-1右手笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)

1、數(shù)控機床的坐標(biāo)系構(gòu)成按右手笛卡爾坐標(biāo)系法則——形成3個移動軸、3個轉(zhuǎn)動軸?再定其他直線軸。

——另兩個直線軸按右手直角坐標(biāo)系來判斷。X軸為水平方向且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。在工件旋轉(zhuǎn)的機床(如車床、外圓磨床)上，X軸的運動方向是徑向的，與橫向?qū)к壠叫?。刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是正方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，若Z軸為水平(如臥式銑床、鏜床)，則沿刀具主軸后端向工件方向看，右手平伸出方向為X軸正向，若Z軸為垂直(如立式銑、鏜床，鉆床)，則從刀具主軸向床身立柱方向看，右手平伸出方向為X軸正向利用已確定的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。旋轉(zhuǎn)運動A、B和C。

——A、B和C相應(yīng)地表示其軸線平行于X、Y和Z坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運動。A、B和C的正方向，相應(yīng)地表示在X、Y和Z坐標(biāo)正方向上按照右旋螺旋前進的方向。?數(shù)控車床?立式車床?立式銑床Z軸為垂直(如立式銑、鏜床，鉆床)，則從刀具主軸向床身立柱方向看，右手平伸出方向為X軸正向?2、數(shù)控機床運動方向的確定先定Z軸，再確定X軸和Y軸?！c主軸回轉(zhuǎn)軸線平行（重合）.兩點假設(shè)：一律假定工件靜止不動，而刀具在移動。假定刀具遠離工件方向為坐標(biāo)正方向。

?臥式銑床對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，若Z軸為水平(如臥式銑床、鏜床)，則沿刀具主軸后端向工件方向看，右手平伸出方向為X軸正向??4)工件運動時的相反方向

對于工件運動而不是刀具運動的基礎(chǔ)，必須將前述為刀具運動所作的規(guī)定作相反的安排。用加“′”字母，如+X′，表示工件相對刀具正方向運動指令。而不加“′”字母，如+X，則表示刀具相對于工件負(fù)向運動指令。二者表示的運動方向相反。對于編程人員之考慮不加“′”的運動方向，對于機床制造者，則需要考慮帶“′”的運動方向。?編程總是基于某一坐標(biāo)系統(tǒng)的，因此，弄清楚數(shù)控機床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的概念及相互關(guān)系是至關(guān)重要的?（1）機床坐標(biāo)系與機床原點及機床參考點?

機床坐標(biāo)系也稱機械原點、參考點或零點。例子：車床加工中心數(shù)控車床坐標(biāo)系的原點工件坐標(biāo)系（編程坐標(biāo)系）數(shù)控車削工件坐標(biāo)系的原點數(shù)控銑削工件坐標(biāo)系的原點25?

相對坐標(biāo)表示法

大多數(shù)用G91表示，有的用X、Y、Z表示絕對坐標(biāo)，用U、V、W表示相對坐標(biāo)。（2）絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)絕對坐標(biāo)表示法

大多數(shù)用G90表示。絕對坐標(biāo)表示法相對坐標(biāo)表示法26?1.3典型數(shù)控系統(tǒng)及其主要功能

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心。數(shù)控機床根據(jù)功能和性能要求，配置不同的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)分為車削（L/T）和銑削（M）2類。1）FANUC,如：0i-M/T、16i、18i、21i等。2）SIEMENS，如：802S/C/D、810、840D等。3）MITSUBISHI(三菱)，如：E60、M64、C70等。4）HADENHAN.（5軸）如：TNC320、iTNC530.5）華中數(shù)控，如：HNC-21T/M。6）廣州數(shù)控，如：GSK928M/T、GSK980M.?數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心。數(shù)控機床根據(jù)功能和性能要求，配置不同的數(shù)控系統(tǒng)。無論何種數(shù)控系統(tǒng)，其基本功能有5種，分別是：（1）準(zhǔn)備功能——準(zhǔn)備功能是使數(shù)控機床作好某種操作準(zhǔn)備的指令，用地址G和數(shù)字表示，如G00、G01、G94等。（2）刀具功能——刀具功能字T。由地址功能碼T和數(shù)字組成。刀具功能的數(shù)字是指定的刀號，數(shù)字的位數(shù)由所用的系統(tǒng)決定。（3）主軸速度功能——主軸轉(zhuǎn)速功能字S，由地址碼S和數(shù)字組成，主要用于主軸速度控制。（4）進給功能——進給功能字F表示刀具中心運動時的進給速度，進給功能用F代碼直接指定各軸的進給速度。由地址碼F和數(shù)字構(gòu)成。（5）輔助功能——輔助功能也叫M功能或M代碼，它是控制機床或系統(tǒng)的開關(guān)功能的一種命令。由地址碼M和數(shù)字組成。常用的輔助功能有程序停、主軸正/反轉(zhuǎn)、冷卻液接通和斷開、換刀等。?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式

數(shù)控加工中，為使機床運行而送到CNC的一組指令稱為程序。每一個程序都是由程序號、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。??O0701(樣本程序結(jié)構(gòu))（PETERSMID—08-12-1）NIG20;(在單獨行設(shè)置單位)N2G17G40G80G49;(初始設(shè)置與取消)N3T01;(刀具到等待位置)N4M06；（刀具安裝到主軸）N5G90G54G00X0Y0S800M03T02;N6G43Z2.0H01M08;……N29M05;N30M30;——程序號——程序頭——程序內(nèi)容——程序結(jié)束?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式圖1-3主程序和子程序關(guān)系圖

1、程序的結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)加工程序可以分為主程序和子程序?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式2、基本編程術(shù)語編程時使用4個基本術(shù)語：

字符→字→程序段→程序（1）字符

是程序中的最小單元，形式：數(shù)字、字母、符號。

★數(shù)字：由0~9組成的數(shù)，使用整數(shù)、小數(shù)兩種模式，只要在許可范圍內(nèi)的數(shù)字均有效。

★字母：26個英文字母，大小寫具有相同的意義，習(xí)慣用大寫形式。

★符號：最常見的符號是小數(shù)點、負(fù)號、百分號、圓括號等。?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式2、基本編程術(shù)語（2）字

程序字由字母、數(shù)字和符號組成，并形成程序中具有特定含義的功能字。例如：N05——順序號字；G01——直線插補運動字；X-183.5——坐標(biāo)尺寸字F275.0——進給功能字。?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式2、基本編程術(shù)語（2）字構(gòu)成字的地址碼字

X地址符號+數(shù)字?2、基本編程術(shù)語（2）字—對于字的地址碼說明◆使用整數(shù)的情況

使用整數(shù)的字：D、H、T、S、M等；如：D01、H02、T05、M05、S800……◆使用小數(shù)的情況

使用小數(shù)的字：X、Y、Z、I、J、K、A、B、C、Q、R、F等。

如：X125.3，15.385，A3.2，F(xiàn)0.05……◆在編程手冊中，經(jīng)常將數(shù)字表示成以下形式：

G01IP±5.3;X±5.5;P5……等。1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式2、基本編程術(shù)語（3）程序段為了完成某一動作要求所需的字組合?？勺鳛橐粋€單位來處理的、連續(xù)的字組，是數(shù)控加工程序中的一條語句。

(4)程序一個數(shù)控加工程序是若干個程序段組成的。是數(shù)控加工時，為使機床運行完成某一零件加工任務(wù)，而送到數(shù)控裝置的一個指令集。?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式3、程序段格式的書寫規(guī)則※固定程序段格式其中的數(shù)據(jù)嚴(yán)格按照順序和長度排列，不得有誤，早期數(shù)控系統(tǒng)使用?！指舴绦蚨胃袷绞褂梅指罘鸅隔開各個字，若沒有數(shù)據(jù)，分隔符不能省去。我國數(shù)控線切割機床采用的“3B”或“4B”分隔符格式。如：B0B10000B10000GYL2.※字-地址程序段格式(是我們目前常用的)例如：N20G01X35.2Y-46.8F120?1.4數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式3、程序段格式的書寫規(guī)則

通常情況下程序段中的字組合書寫順序：N××××G××X××.×Z×××.×M××S××T××；順序號準(zhǔn)備功能尺寸字輔助主軸刀具結(jié)束功能功能功能符號例如：N010M03S600M08；N020G90G54G00Z5；?1.5數(shù)控代碼的類型及特點1、代碼（字）的類型——尺寸字和功能字

程序中于刀具位置相關(guān)的程序字是尺寸字；跟機床功能有關(guān)的字是功能字又稱非尺寸字、功能指令或功能代碼?！?/p>

N11G91G00

N12G43

H1N13G01

Z-18.0F100M08N14G04

X2.0N15G00

?1.5數(shù)控代碼的類型及特點1、代碼特征

（1）模態(tài)代碼模態(tài)代碼可在連續(xù)多個程序段中有效，直到被相同組別的代碼取代。

大部分代碼均為模態(tài)代碼。例如：G01和G00是01組中的模態(tài)代碼，程序段如下：……N50G01X100.0Z50.0F200.0;(G01有效)（直線插補）N60G01X180.0;(G01仍有效)→

N70G00Z-20.0;(G00有效)……?1.5數(shù)控代碼的類型及特點2、代碼特征

（2）非模態(tài)代碼非模態(tài)代碼只在本程序段中有效，不具備續(xù)效功能，在G代碼表中的00組均為非模態(tài)代碼。如：G04、G28、G29等。例如：……N50G04X1.0;(G04有效)N60……;(G04無效)N70G00X180.0;(G00有效)……?1.5數(shù)控代碼的類型及特點3、代碼表的特征及應(yīng)用

功能類別、同組特性、默認(rèn)值P13表1-2

?本章小結(jié)

本章介紹了數(shù)控編程的基本概念，數(shù)控編程的基本內(nèi)容、主要步驟，數(shù)控機床的坐標(biāo)系和運動方向命名規(guī)則，加工程序的基本組成、程序的基本結(jié)構(gòu)和類型等主要內(nèi)容。通過本章的學(xué)習(xí)，要重點掌握：數(shù)控編程的基本內(nèi)容、主要步驟；數(shù)控機床的坐標(biāo)系和運動方向命名規(guī)則；程序的基本組成、程序的基本結(jié)構(gòu)和類型；用于指令的英文字母的含義；模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼的特征和區(qū)別。?數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開