《零件的加工工藝與編程》 課件 1.1.2 數控車床的編程基礎

項目1階梯軸的編程與加工項目1階梯軸的編程與加工任務1.1知識準備項目一021.1.2數控車床的編程基礎

在數控機床上加工工件時，刀具與工件的相對運動是以數字的形式來體現的，因此必須建立相應的坐標系，才能明確刀具與工件的相對位置。1.數控車床的坐標系為了保證數控機床的正確運動，簡化程序的編制，并使所編程序具有互換性，ISO標準和我國國家標準都規(guī)定了數控機床坐標軸及其運動方向。1）機床相對運動的規(guī)定為使編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以根據零件圖樣確定機床的加工過程，規(guī)定：永遠假定刀具相對于靜止的工件坐標系運動。（1）機床坐標系與運動方向

在數控機床上加工零件時，為了確定機床的運動方向和移動距離，在機床上建立的坐標系就是標準坐標系，也稱為機床坐標系。標準的機床坐標系是一個右手笛卡爾直角坐標系，如圖所示。右手的拇指、食指、中指互相垂直，分別代表+X、+Y、+Z軸。圍繞X、Y、Z軸旋轉的坐標分別用A、B、C表示。2）標準的機床坐標系

機床某一部件運動的正方向，是增大刀具與工件之間距離的方向。3）運動方向的規(guī)定一般是先確定Z軸、再確定X軸，最后確定Y軸。

①Z坐標

由傳遞切削力的主軸所決定，與主軸軸線平行的坐標軸。②X坐標

平行于工件的裝夾面，一般在水平面內，且垂直于Z軸。X坐標是在刀具或工件定位平面內運動的主要坐標。

③Y坐標

Y坐標軸垂直于X、Z坐標軸，其運動的正方向根據X和Z坐標的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標系來確定。④旋轉坐標A、B、C其正向用右手螺旋定則確定。大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，其余四指的旋轉方向即為旋轉坐標A、B、C的正向。4）坐標軸方向的確定

后置刀架適用于斜床身或平床身（斜導軌）的臥式數控車床。

前置刀架適用于平床身（水平導軌）的臥式數控車床。4）坐標軸方向的確定

數控車床有前置刀架和后置刀架兩種。為適應笛卡爾坐標習慣，編程加工時一般按后置式。

機床坐標系又稱為機械坐標系，是機床上固有的坐標系，是機床制造和調整的標準，也是工件坐標系設定的標準，是機床出廠時預先在機床上設定的一固定點來建立的。（2）機床坐標系

①機床原點機床原點又稱機械原點，是機床坐標系的原點。該點是機床上設置的一個固定點，是數控機床進行加工運動的基準參考點。數控車床的機床原點，一般取在卡盤后端面與主軸軸線的交點處，如圖1-5所示的O點。

②機床參考點機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。其位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關精確調整好的，坐標值已經輸入數控系統(tǒng)中，因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數。數控車床的機床參考點是離機床原點最遠的極限點，如圖1-5所示的O＇點。

對于需要返回參考點操作的機床，開機時，首先進行返回參考點操作。通過確認參考點，即可確定機床原點，刀具或工作臺的移動才有基準。（2）機床坐標系

編程坐標系又稱工件坐標系，是編程人員根據零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。（3）編程坐標系（工件坐標系）①編程原點（工件原點或加工原點）

是編程（工件）坐標系的原點O1。②

編程坐標系（工件坐標系）方向

為保證編程與機床加工的一致性，編程坐標系（工件坐標系）的方向必須與機床坐標系保持一致，應是右手笛卡爾直角坐標系。

加工坐標系是指以確定的加工原點為基準建立的坐標系。1）加工原點加工原點是指零件被裝夾好后，相應的編程原點在機床坐標系中的位置。（4）加工坐標系（4）加工坐標系

②盡量選在尺寸精度和表面質量要求高（表面粗糙度值低）的工件表面上，以提高被加工零件的加工精度和同一批零件的一致性。

③能使工件方便地裝夾和檢測。

總之，數控車床的工件原點，一般設在工件裝夾后的右端面與主軸軸線的交點上。

2)選擇工件原點（加工原點或編程原點）的一般原則：

①盡量選在零件圖樣的尺寸基準或工藝基準上，這樣便于坐標值的計算，減少錯誤。

工件加工前，必須通過對刀來建立機床坐標系和工件坐標系的位置關系。所謂對刀，就是使刀具的刀位點和對刀點重合的操作。

①刀位點刀位點是指刀具的定位基準點，也就是指在程序編制中，用于表示刀具特征的點，是對刀和加工的基準點。車削加工常用刀具的刀位點如圖所示。（5）刀位點、對刀點及換刀點的確定a）外圓車刀b）菱形車刀c）內孔鏜刀d）切槽刀e）圓弧車刀f）螺紋車刀g）鉆頭（5）刀位點、對刀點及換刀點的確定

通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。

換刀時刀架所在的位置，即在編制需要多把刀具加工的程序中，為了防止換刀時刀具與工件、夾具、尾座等部位發(fā)生干涉、碰撞而設定的一個安全位置。換刀點對刀點2.數控編程的內容

編制程序是數控加工的一項重要工作，理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖紙要求的合格零件，同時，應能使數控車床安全可靠及高效地工作。

零件加工程序的編制，是根據零件圖樣的要求，通過對零件圖的分析，把零件的加工工藝路線、工藝參數、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數以及輔助動作，按照數控車床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序，輸入到數控裝置中，從而控制數控車床加工零件。

數控程序的編制分為五個步驟，一般包括以下方面的內容：

⑴分析零件圖樣，制定工藝方案⑵數值計算

⑶編寫加工程序⑷輸入加工程序

⑸程序校驗與首件試切

第1、2點是編程前的準備工作，第4、5點是加工前的準備工作。

程序編制的重點是如何“分析零件圖樣，制定工藝方案”。

⑴分析零件圖樣，制定工藝方案

首先根據零件圖，分析零件的材料、形狀、尺寸、精度及毛坯形狀和熱處理要求等，明確加工的內容和要求。然后選擇合適的數控機床，擬定零件的加工方案，確定加工順序、進給路線（走刀路線）、裝夾方案、選擇刀具及合理的切削用量等。再填寫相關的工藝文件，如數控加工刀具卡、數控加工工序卡等。

工件的裝夾次數應盡可能少，加工路線盡可能短，要正確選擇對刀點、換刀點、減少換刀次數，在保證加工質量的前提下，降低加工成本，提高加工效率。

⑵數值計算

根據零件的幾何尺寸、加工路線和允許的編程誤差等，計算刀具中心運動軌跡，以獲得刀位數據。對于加工由圓弧和直線組成的較簡單的平面零件，只需要計算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點或切點的坐標值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標值等，就能滿足編程要求。對于加工幾何形狀復雜（如非圓曲線、曲面組成）的零件，一般需要使用計算機繪圖軟件（如AutoCAD、CAXA、UGNX、Creo等）輔助完成數值計算。

⑶編寫加工程序

使用數控系統(tǒng)規(guī)定的功能指令代碼及程序段格式，編寫加工程序。

可以直接通過系統(tǒng)面板上的鍵盤手工輸入，也可通過串行接口RS-232或計算機DNC通信接口傳輸的方式輸入到數控系統(tǒng)中。

⑷輸入加工程序

⑸程序校驗與首件試切

在正式加工之前，必須對程序進行校驗和首件試切。

①程序校驗通?？刹捎脵C床空運行的方式，檢查機床動作和運動軌跡的正確性。在具有圖形模擬顯示功能的數控機床上，通過顯示走刀軌跡或模擬刀具對工件的切削過程，對程序進行檢驗。這些方法只能檢驗出運動是否正確，不能檢驗被加工零件的加工精度。

②首件試切對于形狀復雜和要求高的零件，也可采用鋁件、塑料或石蠟等易切削材料進行試切來校驗程序。通過檢查試件，不僅可確認程序是否正確，還可知道加工精度是否符合要求。若采用與被加工零件相同的材料進行試切，則更能反映實際的加工效果。當試切的零件不符合加工技術要求時，應分析誤差產生的原因，采取相應措施，加以修正。

3.數控編程的方法序號類別說明1字母26個大寫英文字母（A～Z），表示地址符2數字0～9共10個阿拉伯數字及一個小數點3數學運算符號正（+）號和負（-）號4功能字符程序段結束符（;）、程序跳段符（/）等4.數控程序的結構與格式（1）編程的基本術語——字符與代碼

①字符是機器能進行存儲或傳送的記號，也是加工程序的最小組成單位。

②代碼由字符組成，數控機床功能代碼有國際標準化組織（ISO）和美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定的兩種標準。我國根據ISO標準制定了相應的標準，規(guī)定新產品一律采用ISO代碼。一個完整的程序都是由程序號、程序內容和程序結束三部分組成。程序內容由若干程序段組成，程序段由若干字組成，每個字由字母和數字組成。如圖所示為一個階梯軸的零件圖，該階梯軸的精加工參考程序O0107見下表。

（2）程序的結構程序段號程序程序說明程序組成

O0107;程序號程序號N10G21G40G97G99;程序初始化程序頭程序內容

N20T0101S1200M03;換1號刀調用1號刀補，主軸以每分鐘1200轉正轉，精加工外輪廓N30G00X100.0Z100.0;快速移動到1號刀的安全點PN40G00Z5.0;快速移動到切削起點A的Z坐標N50

X40.0;快速移動到切削起點A的X坐標N60G01X40.0Z-80.0F0.1;直線插補到φ40㎜外圓的終點①零件輪廓程序N70X52.0Z-80.0;退刀到距離外圓X坐標2㎜處退刀點②N80G00X100.0;快速返回到安全點P的X坐標程序尾N90

Z100.0;快速返回到安全點P的Z坐標N100M05;主軸停止N110M30;程序結束程序結束程序段格式是指一個程序段中字、字符和數據的書寫格式，常用的字-地址可變程序段格式見下表。表1-5字-地址可變程序段格式1234567891011N＿G＿X＿U＿P＿Y＿V＿Q＿Z＿W＿R＿I＿J＿K＿R＿M＿S＿F＿T＿;程序段號準備功能字尺寸字輔助功能字主軸功能字進給功能字刀具功能字結束代碼（3）程序段格式序號功能字地址符說

明1程序段號N用于識別程序段的編號，位于程序段之首，由地址N和后面的若干位數字構成，如“N100”。只起一個標記的作用，用于程序的校對、檢索和修改。加工時按程序段的先后順序執(zhí)行，與程序段號無關。2準備功能字G機床或數控系統(tǒng)建立起某種加工方式的指令3尺寸字X、Y、Z、U、V、W、P、Q、I、J、K、R

用于確定加工時刀具運動的坐標位置4進給功能字F用于指定切削進給量，單位為㎜/min和㎜/r5主軸功能字S用于指定主軸轉速6刀具功能字T用于指定加工所用刀具和刀具補償號7輔助功能字M表示機床操作時各種輔助動作及其狀態(tài)8結束代碼;寫在每一段程序之后，表示程序段結束

準備功能又稱G代碼，是使機床或數控系統(tǒng)建立起某種加工方式的指令。由地址G和的兩位數字構成，從G00～G99共100種。準備功能5.數控車床的系統(tǒng)功能代碼（1）準備功能G代碼G代碼組別功能

G代碼組別功能*G0001快速點定位（快速進給）G9805每分鐘進給量（mm/min）G01直線插補（切削進給）*G99每轉進給量（mm/r）G02順時針圓弧插補G6500宏程序調用G03逆時針圓弧插補G6612宏程序模態(tài)調用G0400暫停*G67宏程序模態(tài)調用取消G1716XY平面選擇G9001內/外圓切削單一固定循環(huán)*G18ZX平面選擇G92螺紋切削單一固定循環(huán)G19YZ平面選擇G94端面切削單一固定循環(huán)G2006英制輸入G7000精加工循環(huán)（G71、G72、G73完成粗加工后的精加工）G21公制輸入G71內/外圓粗車復合循環(huán)G3201單一螺紋切削*G4007刀尖圓弧半徑補償取消G41刀尖圓弧半徑左補償G72端面粗車復合循環(huán)G42刀尖圓弧半徑右補償G73仿形（封閉）復合切削循環(huán)G5000坐標系設定G74端面切槽（鉆孔）復合循環(huán)主軸最高轉速限制G75徑向切槽（鉆孔）復合循環(huán)G9602恒線速控制G76螺紋切削復合循環(huán)*G97恒轉速控制（恒線速取消）

M代碼功能

M代碼功能M00程序暫停M08冷卻液開M01計劃暫停M09冷卻液關M02程序結束M30程序結束，返回起始位置M03主軸正轉（順時針方向旋轉）M98子程序調用M04主軸反轉（逆時針方向旋轉）M99子程序結束，返回主程序M05主軸停止

（2）輔助功能M代碼S代碼功能指令格式舉

例應用場合G96恒線速控制G96S～;“G96S260;”表示切削點線速度控制在260m/min。采用恒線速控制指令G96時，必須限制主軸最高轉速。G50主軸最高轉速限制G50S～;“G50S3000;”表示主軸最高轉速限制為3000r/min。車削端面或工件直徑變化較大時，為了保證車削表面質量一致性，常使用恒線速控制指令G96，并配合使用主軸最高轉速限制指令G50。G97恒轉速控制（恒線速取消）G97

S～;“G97S3000;”表示恒轉速為3000r/min。恒轉速控制一般在車螺紋或車削工件直徑變化不大的場合使用。（3）主軸功能S代碼

如圖所示的零件，為保持A、B、C點的線速度控制在200m/min，求各點在加工時的主軸轉速。解：

∴∵

例1-1F代碼功能指令格式圖

例舉

例G98每分鐘進給量G98F＿;“G98F100;”表示進給量為100mm/min。G99每轉進給量G99F＿;“G99F0.2;”表示進給量為0.2mm/r。（4）進給功能F代碼功能指令格式刀具號刀具補償號舉

例指定加工所用刀具和刀具參數T＿;01～0400～16

“T0303;”表示換3號刀調用3號刀具補償值。（5