數(shù)控加工基礎(chǔ)知識(shí)

1、1第一章第一章 數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控編程基礎(chǔ) 內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 數(shù)控編程的基本概念；數(shù)控機(jī)床的編程方法；坐標(biāo)系；數(shù)控程序的格式及內(nèi)容；基本通用功能字的用法。點(diǎn)擊觀看各種數(shù)控加工方法錄象2 目前，在機(jī)械制造行業(yè)中，單件、小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來越大，機(jī)械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量也在不斷地提高。普通機(jī)床難以滿足加工精密零件的需要。同時(shí)，由于生產(chǎn)水平的提高，數(shù)控機(jī)床的價(jià)格在不斷下降，因此，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械行業(yè)中的使用已很普遍。第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控加工的基本概念數(shù)控加工的基本概念3 數(shù)控（Numerical Control）技術(shù)是指用數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化的控制技術(shù)。 一. . 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)4 二二.

2、 . 數(shù)控加工數(shù)控加工1.數(shù)控加工定義數(shù)控加工定義 數(shù)控加工是指采用數(shù)字信息對零件加工過程進(jìn)行定義，并控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行的一種自動(dòng)化加工方法。 1952年研制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床三坐標(biāo)立式銑床，可控制銑刀進(jìn)行連續(xù)空間曲面的加工，揭開了數(shù)控加工技術(shù)的序幕。 5二二. .數(shù)控加工數(shù)控加工2. 2. 數(shù)控加工特點(diǎn)數(shù)控加工特點(diǎn) 具有復(fù)雜形狀加工能力 ; 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件 ; 高質(zhì)量 ; 有利于生產(chǎn)管理 ; 高效率; 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，維修較難 ; 高柔性;6三三. . 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床就是按加工要求預(yù)先編制程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出以數(shù)字量作為指令信息進(jìn)行工作的機(jī)床。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床

3、綜合應(yīng)用了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密檢測技術(shù)、伺驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及精密機(jī)械技術(shù)等多方面的最新成果，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。71.1.數(shù)控編程的概念數(shù)控編程的概念 從零件圖紙到編制零件加工程序和制作控制介質(zhì)的全部過程稱為數(shù)控程序編制。四四. . 數(shù)控編程數(shù)控編程82.數(shù)控編程的步驟四四. . 數(shù)控編程數(shù)控編程9 第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控編程的編程方法數(shù)控編程的編程方法 一、手工編程一、手工編程 手工編程時(shí)，整個(gè)程序的編制過程由人工完成。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(jī)械加工工藝知識(shí)和一定的數(shù)值計(jì)算能力。手工編程對簡單零件通常是可以勝任的. 10 對于一些形狀復(fù)雜的零件或空間曲面零

4、件，編程工作量十分巨大，計(jì)算繁瑣，花費(fèi)時(shí)間長，而非常容易出錯(cuò)。不過，根據(jù)目前生產(chǎn)實(shí)際情況，手工編程在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)還會(huì)是一種行之有效的編方法。一、手工編程一、手工編程11q 自動(dòng)編程是指編程人員只需根據(jù)零件圖樣的要求，按照某個(gè)自動(dòng)編程系統(tǒng)的規(guī)定，編寫一個(gè)零件源程序，輸入編程計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行程序編制，并打印程序清單和制備控制介質(zhì)。q 自動(dòng)編程既可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短編程時(shí)間，又可減少差錯(cuò)，使編程工作簡便。二二. .自動(dòng)編程自動(dòng)編程12目前，生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用較多的商品化的CAD/CAM系統(tǒng)主要有:國外引進(jìn)的Unigraphics、Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、

5、Mastercam、SDRC/I-DEAS、DELCAM等.國產(chǎn)CAD/CAM系統(tǒng)是北航海爾的CAXA。 二二. .自動(dòng)編程自動(dòng)編程13 在機(jī)械制造方面，CAD/CAM系統(tǒng)的內(nèi)容一般包含：二維繪圖，三維線架、曲面、實(shí)體建模，真實(shí)感顯示，特征設(shè)計(jì)，有限元前后置處理，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)造型，幾何特性計(jì)算，數(shù)控加工和測量編程，工藝過程設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)，板金件展引和排樣，加工尺寸精度控制，過程仿真和干涉檢查，工程數(shù)據(jù)管理等。二二. .自動(dòng)編程自動(dòng)編程14小結(jié)小結(jié) 本次課需要學(xué)生掌握數(shù)控技術(shù)、數(shù)控加工、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控編程的概念；掌握數(shù)控編程的步驟；了解數(shù)控加工的特點(diǎn)和數(shù)控的編程方法。 思考題思考題 1.數(shù)控編程的編

6、程方法有哪些？分析它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)？手工編程的編程步驟？ 2.數(shù)控加工的特點(diǎn)是什么？數(shù)控加工的主要應(yīng)用范圍有哪些？15 為了簡化編制程序的方法和保證記錄數(shù)據(jù)的互換性。對數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)和方向的命名國際上很早就制定有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，我國于1982 年制定了JB305182數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名標(biāo)準(zhǔn)。 第三節(jié)第三節(jié) 坐標(biāo)系的確定坐標(biāo)系的確定 16一一.坐標(biāo)系坐標(biāo)系 在標(biāo)準(zhǔn)中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系對機(jī)床的坐標(biāo)系進(jìn)行命名。用X，Y，Z 表示直線進(jìn)給坐標(biāo)軸，X，Y，Z 坐標(biāo)軸的相互關(guān)系由右手法則決定，如圖所示。大姆指的指向?yàn)閄 軸的正向;食指指向?yàn)閅軸的正方向;中指指向?yàn)閆 軸的正方向。17一一

7、.坐標(biāo)系坐標(biāo)系 圍繞X， Y， Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用A， B， C表示，根據(jù)右手螺旋定則，如圖所示，以大姆指指向+X， +Y， +Z 方向，則食指、中指等的指向是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+A， +B， +C方向。 18規(guī)定規(guī)定 通常在編程時(shí)，不論機(jī)床在加工中是刀具移動(dòng)，還是被加工工件移動(dòng)，都一律假定被加工工件相對靜止不動(dòng)，而刀具在移動(dòng)，并規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)的正方向。一一.坐標(biāo)系坐標(biāo)系191.Z坐標(biāo)坐標(biāo) Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。二二. .坐標(biāo)軸方向的確定 201.Z坐標(biāo)坐標(biāo)q如果機(jī)床上有幾個(gè)

8、主軸，則選一個(gè)垂直于工件裝夾平面的主軸方向?yàn)閆坐標(biāo)方向；q如果主軸能夠擺動(dòng)，則選垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆坐標(biāo)方向； q如果機(jī)床無主軸，則選垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆坐標(biāo)方向。 二二. .坐標(biāo)軸方向的確定 212.X坐標(biāo)坐標(biāo) X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況： n如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。 n如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況： Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。 二二. .坐標(biāo)軸方向的確定 223.Y坐標(biāo)坐標(biāo) 在確定X

9、、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的方向。二二. .坐標(biāo)軸方向的確定 23二二. .坐標(biāo)軸方向的確定4.機(jī)床的附加坐標(biāo)系機(jī)床的附加坐標(biāo)系 若在機(jī)床上X、Y和Z坐標(biāo)的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還有其它的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，則建立第二坐標(biāo)系。其直線坐標(biāo)為：U、V、W；回轉(zhuǎn)坐標(biāo)為：D、E、F。若再有其它進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，可順次建立第三坐標(biāo)系、第四坐標(biāo)系24下圖是幾臺(tái)常見數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系。二二. .坐標(biāo)軸方向的確定 25 機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)在機(jī)床經(jīng)過設(shè)計(jì)制造和調(diào)整后這個(gè)原點(diǎn)便被確定下來,它是固定的點(diǎn)。 三三. .機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)

10、床坐標(biāo)系 26 工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點(diǎn)為原點(diǎn)稱編程原點(diǎn)或工件原點(diǎn)工件坐標(biāo)系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。四四. .工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系 27工件坐標(biāo)系的選擇原則：要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件，一般情況下以坐標(biāo)式尺寸標(biāo)注的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)點(diǎn) ；對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在對稱中心線或圓心上；Z 軸的程序原點(diǎn)通常選在工件的上表面。 四四. .工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系28 國際上已形成了兩個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）標(biāo)準(zhǔn)和美國電子工業(yè)學(xué)會(huì)（EIA）標(biāo)準(zhǔn)。我國根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)制定了

11、JB3051-82數(shù)字控制機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名等國標(biāo)。由于生產(chǎn)廠家使用標(biāo)準(zhǔn)不完全統(tǒng)一，使用代碼、指令含義也不完全相同，因此需參照機(jī)床編程手冊。 29一個(gè)完整的數(shù)控程序由程序號、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。程序名 程序名是一個(gè)程序必需的標(biāo)識(shí)符。地址符常見的有：“%”、“O”、“P”等，視具體數(shù)控系統(tǒng)而定。 程序內(nèi)容 它由許多程序段組成，每個(gè)程序段由一個(gè)或多個(gè)指令構(gòu)成。程序結(jié)束 它是以程序結(jié)束指令M02或M30，結(jié)束整個(gè)程序的運(yùn)行。 30 程序段格式是指一個(gè)程序段中字、字符、數(shù)據(jù)的書寫規(guī)則，通常有字地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式，最常用的為字地址程序段格式。 NXXX

12、X GXX X _Y_ Z_I_J_K_F_S_T_MXX31地址字的說明地址字的說明nN 程序段號，后跟24位數(shù)字；nG 準(zhǔn)備功能代碼，后跟2位數(shù)字；nM 輔助指令代碼，后跟2位數(shù)字；nXnY XXXXXXX坐標(biāo)值，其值可正或負(fù)； nZnInJ XXXXXXX圓弧的圓心坐標(biāo)；nKnF 進(jìn)給速度功能；nS 主軸功能；nT 刀具功能。 32 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)是由程序控制的，而準(zhǔn)備功能和輔助功能是程序段的基本組成部分。目前國際上廣泛應(yīng)用的是ISO標(biāo)準(zhǔn)，我國根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)制訂了JB3208-83數(shù)控機(jī)床的準(zhǔn)備功能G和輔助功能的代碼 33準(zhǔn)備功能（準(zhǔn)備功能（G功能）功能） G功能指令是使機(jī)床做某種操作的

13、指令。用地址G和兩位數(shù)字表示，從G00-G99共100種。 分為模態(tài)和非模態(tài)兩大類 34 1.非模態(tài)非模態(tài)G 功能功能 只在所規(guī)定的程序段中有效，程序段結(jié)束時(shí)被注銷 。例: N10 G04 P10.0 （延時(shí)10s） N11 G91 G00 X-10.0 F200 (X 負(fù)向移動(dòng)10mm) N10 程序段中G04 是非模態(tài)G 代碼，不影響N11 程序段的移動(dòng)。352.模態(tài)模態(tài)G 功能：功能： 一組可相互注銷的G 功能，這些功能一旦被執(zhí)行，則一直有效，直到被同一組的G 功能注銷為止。例： N15 G91 G01 X-10.0 F200 N16 Y10.0 （G91 ,G01 仍然有效） N17

14、G03 X20 Y20 R20 （G03 有效,G01 無效）36 輔助功能輔助功能M代碼代碼 控制機(jī)床及其輔助裝置的通斷的指令。如開、停冷卻泵；主軸正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)；程序結(jié)束等。 組成：M后帶二位數(shù)字組成，共有100種（M00M99），有模態(tài)（續(xù)效）指令與非模態(tài)指令之分。37進(jìn)給速度進(jìn)給速度F F 指令表示工件被加工時(shí)刀具相對于工件的合成進(jìn)給速度。F的單位取決于G94(每分鐘進(jìn)給量mm/min)或G95(每轉(zhuǎn)進(jìn)給量mm/r)。 當(dāng)工作在G01、 G02 或G03 方式下，編程的F 一直有效直到被新的F 值所取代；而工作在G00、 G60 方式下快速定位的速度是各軸的最高速度，與所編F 無關(guān)。借助

15、操作面板上的倍率開關(guān)，F(xiàn) 可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行倍率修調(diào)。當(dāng)執(zhí)行攻絲循環(huán)G84 、螺紋切削G33 時(shí)倍率開關(guān)失效，進(jìn)給倍率固定在100%。 38 主軸功能主軸功能S 主軸功能S 控制主軸轉(zhuǎn)速。是由地址碼S和在其后面的若干數(shù)字組成，單位為轉(zhuǎn)/每分鐘(r/min)；S 是模態(tài)指令，S 功能只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時(shí)有效。恒線速度控制（G96） 當(dāng)數(shù)控機(jī)床的主軸為伺服主軸時(shí)，可以通過指令G96來設(shè)定恒線速度控制 。系統(tǒng)執(zhí)行G96指令后，便認(rèn)為用S指定的數(shù)值表示切削速度。例如G96 S200，表示切削速度為200m/min。主軸轉(zhuǎn)速控制（G97） G97是取消恒線速度控制指令。編程G97后，S指定的數(shù)值表示主

16、軸每分鐘的轉(zhuǎn)速。例如G97 S1200，表示主軸轉(zhuǎn)速為1200r/min。 39 刀具功能刀具功能(T 機(jī)能機(jī)能)： T 代碼用于選刀，其后的數(shù)值表示選擇的刀具號。T 代碼與刀具的關(guān)系是由機(jī)床制造廠規(guī)定的。在加工中心上執(zhí)行T 指令刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)，選擇所需的刀具，然后等待直到M06 指令作用時(shí)自動(dòng)完成換刀。 T 指令同時(shí)調(diào)入刀補(bǔ)寄存器中的刀補(bǔ)值(刀補(bǔ)長度和刀補(bǔ)半徑)。 T 指令為非模態(tài)指令，但被調(diào)用的刀補(bǔ)值一直有效直到再次換刀調(diào)入新的刀補(bǔ)值40小結(jié)小結(jié) 本次課需要學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系建立；各坐標(biāo)軸的確定；數(shù)控編程的的組成和格式；功能指令和功能指令。 思考題思考題 1.數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系是怎樣確定的?

17、 .模態(tài)指令與非模態(tài)指令之間的區(qū)別是 什么？41 第五節(jié)第五節(jié)常用的常用的M指令和指令和G指令指令一、常用一、常用M功能指令功能指令 常用的輔助功能代碼見下表。注意：各種機(jī)床的M代碼規(guī)定有差異，編程時(shí)必須根據(jù)說明書的規(guī)定進(jìn)行。42一.常用M功能指令功能含義用途M00程序停止當(dāng)執(zhí)行有M00的程序段后，主軸旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給、冷卻液送進(jìn)都將停止。此時(shí)可執(zhí)行某一手動(dòng)操作，如工件調(diào)頭、手動(dòng)變速等。如果再重新按下控制而板上的循環(huán)啟動(dòng)按鈕，繼續(xù)執(zhí)行下一程序段。M01選擇停止與M00的功能基本相似，只有在按下“選擇停止”后，M01才有效，否則機(jī)床繼續(xù)執(zhí)行后面的程序段；按“啟動(dòng)”鍵，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。M02程序結(jié)束

18、當(dāng)全部程序結(jié)束時(shí)使用該指令，它使主軸、進(jìn)給、冷卻液送進(jìn)停止，并使機(jī)床復(fù)位。M03主軸正轉(zhuǎn)用于主軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。M04主軸反轉(zhuǎn)用于主軸逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。M05主軸停轉(zhuǎn)用于主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。M06換刀用于加工中心的自動(dòng)換刀動(dòng)作。M08冷卻液開用于切削液開M09冷卻液關(guān)用于切削液關(guān)M30程序結(jié)束M30 和M02 功能基本相同，只是M30 指令還兼有控制返回到零件程序頭的作用。使用M30 的程序結(jié)束后若要重新執(zhí)行該程序只需再次按操作面板上的循環(huán)啟動(dòng)鍵。M98子程序調(diào)用用于調(diào)用子程序M99子程序返回用于子程序結(jié)束及返回。431.工件坐標(biāo)系的設(shè)定指令（G92/G50）編程格式：G92 X_ Y_ Z_（數(shù)控銑

19、床、加工中心）G50 X_ Z_（數(shù)控車床）坐標(biāo)值X、Y、Z為刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。G92/G50只建立工件坐標(biāo)系刀具并不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。如圖右所示，建立工件坐標(biāo)系。G92 X30 Y30 Z20； 44 2.坐標(biāo)平面選擇指令（G17、G18、G19） 坐標(biāo)平面選擇指令G17、G18、G19分別用來指定程序段中刀具的圓弧差補(bǔ)償平面和刀具半徑補(bǔ)償平面。在笛卡爾直角坐標(biāo)系中，三個(gè)互相垂直的軸X、Y、Z分別構(gòu)成三個(gè)平面，如圖右所示。nG17選擇在XY平面內(nèi)加工nG18選擇在XZ平面內(nèi)加工nG19選擇在YZ平面內(nèi)加工453.絕對值編程G90 與相對值編程G91 n格式：G90 G91 n說明： G90

20、 絕對值編程，終點(diǎn)坐標(biāo)值是相對于編程原點(diǎn)的絕對坐標(biāo)； G91 相對值編程，終點(diǎn)坐標(biāo)值是相對于本次運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)的增量 值，該值等于沿軸移動(dòng)的距離。 G90 G91 為模態(tài)功能可相互注銷，G90 為缺省值。464.快速定位方式G00（模態(tài)）n格式：G00 X Y Z ；n說明：G00速度由系統(tǒng)確定，是以系統(tǒng)的最高速度進(jìn)給，后面的坐標(biāo)值為終點(diǎn)坐標(biāo)值。應(yīng)用于空行程、快進(jìn)、快退，節(jié)省時(shí)間，提高效率。475.直線插補(bǔ)指令直線插補(bǔ)指令G01（模態(tài)）（模態(tài)）n格式：G01 X Y Z F ；n說明：X、Y、Z坐標(biāo)值為直線終點(diǎn)坐標(biāo)值，可為絕對坐標(biāo)值或相對坐標(biāo)值由G90/G91決定。 F為速度指令，改變F值可以改變直線插補(bǔ)速度。 注意：程序中首次出現(xiàn)的插補(bǔ)指令（G01、G02、G03）一定要有F指