第二章第一節(jié)-數(shù)控加工的基本概念

天津工程師范學(xué)院機械系第2章數(shù)控加工程序1第2章數(shù)控加工程序第1節(jié)程序編制的基本概念一數(shù)控編程概述

編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數(shù)控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫零件程序、程序校驗。2第2章數(shù)控加工程序

二、編程方法分類程序編制可分成手工編程和自動編程兩類。1、手工編程：整個程序的編制過程是由人工完成的。要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。2、自動編程：指在編程過程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成。根據(jù)輸入方式的不同，可將自動編程分為圖形數(shù)控自動編程、語言數(shù)控自動編程（APT）和語音數(shù)控自動編程、視覺系統(tǒng)編程等。1）圖形數(shù)控自動編程：目前，圖形數(shù)控自動編程是使用最為廣泛的自動編程方式。3第2章數(shù)控加工程序圖形數(shù)控自動編程軟件CAXA制造工程師-----------北航海爾軟件有限公司CAXA自動編程指南-pdf文件自動編程過程4第2章數(shù)控加工程序Mastercam---------------------美國CNCSoftware公司圖形數(shù)控自動編程軟件5第2章數(shù)控加工程序PRO/E--------------------------美國PTC公司圖形數(shù)控自動編程軟件6第2章數(shù)控加工程序其它：Solidworks軟件Catia軟件廣州紅地公司推出的金銀花系統(tǒng)UG軟件7第2章數(shù)控加工程序2）語言自動編程（APT語言）為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計了一種專門用于機械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（AutomaticallyProgrammedTool）。是編程人員根據(jù)零件圖紙要求用一種直觀易懂的編程語言（包括幾何、工藝等語句定義）手工編寫一個簡短的零件源程序，然后輸給計算機，計算機經(jīng)過翻譯處理和刀具運動軌跡處理，再經(jīng)過后置處理，自動生成數(shù)控系統(tǒng)可以識別的加工程序。由此可見，APT語言不能直接控制機床。

APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版本。采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.。APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發(fā)集三維設(shè)計、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。8第2章數(shù)控加工程序APT語言格式舉例：點的定義：P=POINT/10，20，15；直線的定義：L＝LINE/16，8，0，16，32，0。機床主軸轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向的定義：SPINDL/n，CLW輪廓加工的外容差和內(nèi)容差的定義：OUTTOL/τ

INTOL/τ刀具起始點為P：From/P；刀具從P點以最短距離運動向L運動，直至與L相切：GO/TO，L9第2章數(shù)控加工程序制定工藝過程前置處理后置處理翻譯程序數(shù)值計算零件圖樣編寫零件源程序按自動編程系統(tǒng)規(guī)定的“語言”描述被加工零件的幾何形狀,加工時刀具相對于工件的運動軌跡這里用“語言”編寫的源程序和手工編程的加工程序有本質(zhì)差別:手工編程的加工程序可直接控制數(shù)控機床進行零件加工;自動編程的源程序要經(jīng)編譯處理后才可被數(shù)控機床接受.刀具中心軌跡計算將源程序翻譯成計算機能接受和處理的形式選用設(shè)計工夾具,安排工藝路線,選擇工藝參數(shù)加工程序單或紙帶刀位數(shù)據(jù)將刀位數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床要求的指令代碼NC接口APT自動編程的基本步驟10第2章數(shù)控加工程序3）語音編程：語音數(shù)控自動編程是采用語音識別器，將編程人員發(fā)出的加工指令聲音轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦颉?）視覺系統(tǒng)編程：采用計算機視覺系統(tǒng)來自動閱讀、理解圖樣，由程編員在編輯過程中實時給定起刀點、下刀點和退刀點，然后自動計算出刀位點的有關(guān)坐標值，并經(jīng)后置處理，最后輸出數(shù)控加工的程序單。視覺系統(tǒng)編程首先由圖樣掃描器（常用的CCD傳感器掃描器和掃描鼓兩種）掃描圖樣，取得一幅圖像，對該圖像進行預(yù)處理是為了校正圖像的幾何畸變和灰度畸變，并將它轉(zhuǎn)化為易處理的二值圖像，同時作斷口校正、幾何交點部分檢測、細線化處理，以消除輸入部分分辨率的影響；然后分離并識別圖樣上的文字、符號、線劃等元素，并記憶它們之間的關(guān)系，對線劃還需進行矢量化處理，并用直線或曲線擬合，得到端點和分支點；將這些信息綜合處理，確定圖樣中每條線的意義及其尺寸大小，最后作編輯處理及刀位點坐標計算。再連接適當(dāng)?shù)暮笾锰幚?，就能輸出?shù)控加工程序單。視覺系統(tǒng)在編程時不需要零件源程序和編程員，只要事先輸入工藝參數(shù)即可，操作簡單，能直接與CAD的數(shù)據(jù)相連接，實現(xiàn)高度自動化。

11第2章數(shù)控加工程序二、程序代碼國際標準化組織ISO(internationalstandardorganization)美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(electronicindustriesassociation)國際上通用的數(shù)控代碼有ISO、EIA兩種。12第2章數(shù)控加工程序第一個程序13第2章數(shù)控加工程序三、程序結(jié)構(gòu)加工程序由若干個程序段組成。程序段由一個或若干個指令字組成，字是數(shù)控程序的最小單位。每個指令字由地址符和數(shù)字組成（字―地址結(jié)構(gòu)），代表機床的一個位置或一個動作。地址符由字母組成，每個字母、數(shù)字、符號（正負號）稱為字符。程序的起始符：%程序結(jié)束符：M02或M30。每一行程序以分號結(jié)尾。注釋符：括號“（）”內(nèi)或分號“；”后的內(nèi)容為注釋文字。注：一個零件程序是按程序段的輸入順序執(zhí)行的，而不是按程序段號的大小順序執(zhí)行的，但書寫或輸入程序時，建議按升序。14第2章數(shù)控加工程序

一個零件程序是由遵循一定結(jié)構(gòu)、句法和格式規(guī)則的若干個程序段組成的，而每個程序段是由若干個指令字組成的。如圖2.1所示。

程序

O1000N01G00U50W60;N10G01U100W500F150S300M03;N……程序段N200M30;

指令字

圖2.1程序的結(jié)構(gòu)15第2章數(shù)控加工程序1、程序的文件名（程序名）格式：O____說明：1)‘O’：文件名首字母，后面必須有四位數(shù)字或字母，如日本FANUC系統(tǒng)如‘O001，O002’；華中數(shù)控HNC-21/22T系統(tǒng)擴展了標識程序文件的方法，可以使用任意DOS文件名（即8+3文件名：1至8個字母或數(shù)字加小數(shù)點，再加0至3個字母或數(shù)字組成，如“MYPART.001”、“O1234”等）標識零件程序。2)O1、O01、O001、O0001等價；3)范圍O1～O7999用戶區(qū)O8000～O8999用戶區(qū)（加密、加鎖）O9000～O9999擴展區(qū)（廠方修改）（FANUC0i）16第2章數(shù)控加工程序2、順序號（標識作用）格式：N____說明：1）范圍：N1～N99992）N1、N01、N001、N0001等價3、準備功能（簡稱G功能）由地址符‘G’和兩位數(shù)字組成，G01，G02等等，G功能的代號已標準化；G1、G01等價。17第2章數(shù)控加工程序4、尺寸字（坐標字）：由坐標地址符和數(shù)字組成，各組數(shù)字必須有作為地址代碼的字母開頭。X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；A、B、C、D、E；I、J、K。其中，X50.X50.0在相對坐標編程時，都表示沿X軸移動50mmX5000018第2章數(shù)控加工程序5、進給功能字：F由進給地址符和數(shù)字組成，單位一般為‘mm/min’或‘mm/r’F指令表示刀具中心運動時的進給速度。由F和其后的若干數(shù)字組成。數(shù)字的單位取決于每個系統(tǒng)所采用的進給速度的指定方法。具體內(nèi)容見所用機床的編程說明書。

注意事項如下：

1)當(dāng)編寫程序時，第一次遇到直線（G01）或圓?。℅02/G03）插補指令時，必須編寫進給率F，如果沒有編寫F功能，CNC采用F0。當(dāng)工作在快速定位（G00）方式時，機床將以通過機床軸參數(shù)設(shè)定的快速進給率移動，與編寫的F指令無關(guān)。

2）F指令為模態(tài)指令，實際進給率可以通過CNC操作面板上的進給倍率旋鈕，在0～120%之間調(diào)整。19第2章數(shù)控加工程序6、主軸轉(zhuǎn)速功能字：S由主軸地址符和數(shù)字組成，單位為‘r/min’S指令表示機床主軸的轉(zhuǎn)速。由S和其后的若干數(shù)字組成，其表示方法有以下三種：

①轉(zhuǎn)速

S表示主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。如S1000表示主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

②線速

在恒線速狀態(tài)下，S表示切削點的線速度，單位為m/min如G96S60表示切削點的線速度恒定為60m/min。

③代碼

用代碼表示主軸速度時，S后面的數(shù)字不直接表示轉(zhuǎn)速或線速的數(shù)值，而只是主軸速度的代號。如某機床用S00～S99表示100種轉(zhuǎn)速，S40表示主軸轉(zhuǎn)速為1200r/min，S41表示主軸轉(zhuǎn)速為1230r/min，S00表示主軸轉(zhuǎn)速為0r/min，S99表示最高轉(zhuǎn)速。20第2章數(shù)控加工程序7、刀具功能字：T

由刀具地址符和數(shù)字組成，數(shù)字表示刀具庫中刀具號。刀具和刀具參數(shù)的選擇是數(shù)控編程的重要內(nèi)容，其編程格式因數(shù)控系統(tǒng)不同而異，主要格式有以下兩種：

①采用T指令編程

由T和數(shù)字組成。有T××和T××××兩種格式，數(shù)字的位數(shù)由所用數(shù)控系統(tǒng)決定，T后面的數(shù)字用來指定刀具號和刀具補償號。

例如：T04表示選擇4號刀；T0404表示選擇4號刀，4號偏置值；T0400表示選擇第4號刀，刀具偏置取消。

②采用T、D指令編程

利用T功能選擇刀具，利用D功能選擇相關(guān)的刀偏。

在定義這兩個參數(shù)時，其編程的順序為T、D。T和D可以編寫在一起，也可以單獨編寫，例如：T4D04表示選擇4號刀，采用刀具偏置表第4號的偏置尺寸；D12表示仍用4號刀，采用刀具偏置表第12號的偏置尺寸；T2表示選擇2號刀，采用與該刀具相關(guān)的刀具偏置尺寸。21第2章數(shù)控加工程序8、輔助功能字：M由輔助操作地址符和兩位數(shù)字組成。M功能的代碼已標準化。M指令是控制數(shù)控機床“開、關(guān)”功能的指令，主要用于完成加工操作時的輔助動作。M功能有非模態(tài)M功能和模態(tài)M功能二種形式?！穹悄B(tài)M功能（當(dāng)段有效代碼）：只在書寫了該代碼的程序段中有效；●模態(tài)M功能（續(xù)效代碼）：一組可相互注銷的M功能，這些功能在被同一組的另一個功能注銷前一直有效。如：M02或M30、M03、M04、M05等。22第2章數(shù)控加工程序（1）程序停止

指令：M00

功能：執(zhí)行完包含M00的程序段后，機床停止自動運行，此時所有存在的模態(tài)信息保持不變，用循環(huán)啟動使自動運行重新開始。（對于Fanuc系統(tǒng)，M00為程序無條件暫停指令。程序執(zhí)行到此進給停止，主軸停轉(zhuǎn)。重新啟動程序，必須先回到JOG狀態(tài)下，按下CW（主軸正轉(zhuǎn)）啟動主軸，接著返回AUTO狀態(tài)下，按下START鍵才能啟動程序。）

（2）程序計劃停止

指令：M01

功能：與M00類似，執(zhí)行完包含M01的程序段后，機床停止自動運行，只是當(dāng)機床操作面板上的任選停機的開關(guān)置1時，這個代碼才有效。M00和M01常常用于加工中途工件尺寸的檢驗或排屑。

23第2章數(shù)控加工程序（3）主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止

指令：M03、M04、M05

功能：M03、M04指令可使主軸正、反轉(zhuǎn)。與同段程序其它指令一起開始執(zhí)行。M05指令可使主軸在該程序段其它指令執(zhí)行完成后停轉(zhuǎn)。

格式：M03S600

M04S600

M05

說明：數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)向的判斷方法是，對于銑床而言，沿－Z方向看(從主軸頭向工作臺看)，順時針方向旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，逆時針方向旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)。對于車床，沿著＋Z方向看（從主軸向尾座看），順時針方向旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，逆時針方向旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)。

24第2章數(shù)控加工程序（4）換刀

指令：M06

功能：自動換刀。用于具有自動換刀裝置的機床，如加工中心、數(shù)控車床。

格式：M06T

說明：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)不同時，換刀的編程格式有所不同，具體編程時應(yīng)參考操作說明書。25第2章數(shù)控加工程序（5）程序結(jié)束指令：M02或M30功能：1)M02為主程序結(jié)束指令。執(zhí)行到此指令，進給停止，主軸停止，冷卻液關(guān)閉。但程序光標停在程序末尾。2)M30為主程序結(jié)束指令。功能同M02，不同之處是，光標返回程序頭位置，不管M30后是否還有其他程序段。

說明：該指令必須編在最后一個程序段中。26第2章數(shù)控加工程序M代碼及功能表27第2章數(shù)控加工程序模態(tài)M功能組中包含一個缺省功能，系統(tǒng)上電時將被初始化為該功能。M功能還可分為前作用M功能和后作用M功能二類?！袂白饔肕功能：在程序段編制的軸運動之前執(zhí)行；

●后作用M功能：在程序段編制的軸運動之后執(zhí)行。M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC內(nèi)定的輔助功能，不由機床制造商設(shè)計決定，也就是說，與PLC程序無關(guān)；其余M代碼用于機床各種輔助功能的開關(guān)動作，其功能不由CNC內(nèi)定，而是由PLC程序指定，所以有可能因機床制造商不同而有差異（使用時須參考機床使用說明書）。28第2章數(shù)控加工程序圖2.1例題1

%O0001N0001G90G54G00X0Y0Z100.0S300M03；N0002G00X0Y-50.0；N0003G01Z-50.0F100；N0004X-100.0；N0005Y50.0；N0006X100.0；N0007Y-50.0；N0008X0；N0009Z100.0；N0010Y0M05；N0011M3