《數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》第10章-概論

1、第四篇 數(shù)控系統(tǒng)第10章 概 論第1章第2章第3章第4章第5章第6章第7章第8章第9章第10章第11章第12章 10.1 基礎(chǔ)知識10.2數(shù)控編程中的常用指令第10章 概 論 10.1.1基本概念 10.1.2數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟 10.1.3數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系 10.1.4加工程序結(jié)構(gòu)與格式 10.2.1 準(zhǔn)備功能G代碼10.2.2 輔助功能M代碼10.2.3 F、S、T代碼1.數(shù)控加工 數(shù)控加工（numerical control machining），是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。主軸軸線方向 用數(shù)字

2、信息控制零件和刀具位移的機(jī)械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題和實(shí)現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。數(shù)控加工過程見圖10-1。10.1.1 基本概念圖10-110.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論10.1.2數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟 數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括零件圖紙分析、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、程序編制，控制介質(zhì)制備、程序校驗(yàn)和試切削，具體步驟與要求如下： 1.零件圖紙分析 拿到零件圖紙后首先要進(jìn)行數(shù)控加工工藝性分析，根據(jù)零件的材料、毛坯種類、形狀尺寸、精度、表面質(zhì)量和熱處理要求等確定合理的加工方案，并選擇合適的數(shù)控機(jī)床。10.1 基礎(chǔ)知識2.工藝處理（1）加工方法和工藝方案的確定

3、（2）刀具、夾具的設(shè)計(jì)和選擇（3）對刀點(diǎn)的選擇（4）加工路線的確定（5）切削用量的確定第10章 概 論 數(shù)學(xué)處理就是根據(jù)零件的幾何尺寸和確定的加工路線，計(jì)算數(shù)控加工所需的輸入數(shù)據(jù)。一般數(shù)控系統(tǒng)都具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和刀具補(bǔ)償功能，因此對于加工由直線和圓弧組成的較簡單的二維輪廓零件，只需計(jì)算出零件輪廓上相鄰幾何元素的交點(diǎn)和切點(diǎn)（稱為基點(diǎn)）坐標(biāo)值。對于較復(fù)雜的零件或零件的幾何形狀與數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能不一致時(shí)，就需要進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)值計(jì)。3.數(shù)學(xué)處理10.1 基礎(chǔ)知識4.程序編制 在完成工藝處理和數(shù)學(xué)處理工作后，可以根據(jù)所使用機(jī)床的指令格式，逐段編寫零件加工程序。編程前，編程人員要了解數(shù)控機(jī)床的性能

4、、功能以及程序指令才能編寫出正確的數(shù)控加工程序。此外還應(yīng)根據(jù)需要填寫相關(guān)的工藝文件，如數(shù)控刀具卡片、加工示意圖等。第10章 概 論 程序編完后，需制作控制介質(zhì)，作為數(shù)控系統(tǒng)輸入信息的載體。目前主要有U盤、移動硬盤等。早期使用的穿孔紙帶、磁盤、軟盤等，現(xiàn)已基本淘汰。數(shù)控加工程序還可以直接通過數(shù)控系統(tǒng)操作面板手動輸入到存儲器，或通過USB接口、RS232C、DNC接口輸入。5.控制介質(zhì)設(shè)備10.1 基礎(chǔ)知識6.程序校驗(yàn)和試切削 數(shù)控加工程序一般應(yīng)經(jīng)過校驗(yàn)和試切削才能用于正式加工?？梢圆捎每兆叩?、空運(yùn)轉(zhuǎn)畫圖等方式檢查機(jī)床運(yùn)動軌跡與動作的正確性。在具有圖形顯示功能和動態(tài)模擬功能的數(shù)控機(jī)床上或CAD/C

5、AM軟件中，用圖形模擬刀具切削工件的檢驗(yàn)方法更為方便。但這些方法只能檢驗(yàn)出運(yùn)動軌跡是否正確，不能檢查被加工零件的加工精度。因此，對于重要零件和復(fù)雜零件，在正式加工前一般還需進(jìn)行試切削。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有加工誤差時(shí)，可以分析誤差產(chǎn)生的原因，及時(shí)采取措施加以糾正。第10章 概 論 10.1.3 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.坐標(biāo)軸的命名及方向 為方便數(shù)控加工程序的編制以及使程序具有通用性，國際上數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸和運(yùn)動方向均已標(biāo)準(zhǔn)化。我國也于1982年頒布了JB305182數(shù)字控制機(jī)床坐標(biāo)軸和運(yùn)動方向的命名標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在加工過程中無論是刀具移動、工件靜止，還是工件移動、刀具靜止，一般都假定工件相對靜止，刀具在移動，并

6、同時(shí)規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)軸的正方向。 10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論 直線運(yùn)動的坐標(biāo)軸采用右手笛卡兒坐標(biāo)系，如圖10-2所示。大拇指指向X軸的正方向，食指指向Y軸的正方向，中指指向Z軸的方向，三個(gè)坐標(biāo)軸互相垂直。此外，當(dāng)數(shù)控機(jī)床直線運(yùn)動多于三個(gè)坐標(biāo)軸時(shí)，則用U、V、W軸分別表示平行于X、Y、Z軸的第二組直線運(yùn)動坐標(biāo)軸，用P、Q、R分別表示平行于X、Y、Z軸的第三組直線運(yùn)動坐標(biāo)軸。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的坐標(biāo)軸用右手螺旋定則確定，用A、B、C分別表示繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的正方向?yàn)樗闹傅姆较颍珹、B、C以外的轉(zhuǎn)動軸用D、E表示。10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論右手笛卡兒坐標(biāo)系10.

7、1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論2.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的確定方法（1）Z軸的確定（2）X軸的確定 （3）Y軸的確定（4）旋轉(zhuǎn)或擺動軸確定圖10-3 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論3.機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系（1）機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)。（2）工件坐標(biāo)系與工件原點(diǎn)圖10-4 機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)圖10-5 工件坐標(biāo)系與工件編程原點(diǎn)10.1 基礎(chǔ)知識機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，用于確定被加工零件在機(jī)床中的坐標(biāo)、機(jī)床運(yùn)動部件的位置（如換刀點(diǎn)、參考點(diǎn)）以及運(yùn)動范圍（如行程范圍、保護(hù)區(qū)）等。機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)，它是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，亦是工件坐標(biāo)系、機(jī)床參考點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)，由

8、機(jī)床制造廠確定。如圖10-4所示。工件坐標(biāo)系是編程人員在編制零件加工程序時(shí)使用的坐標(biāo)系，可根據(jù)零件圖紙自行確定，用于確定工件幾何圖形上點(diǎn)、直線、圓弧等各幾何要素的位置。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為工件原點(diǎn)或工件零點(diǎn)，如圖10-5所示。第10章 概 論10.1 基礎(chǔ)知識4、機(jī)床參考點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床廠家設(shè)定在機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，一般為機(jī)床各坐標(biāo)軸的快到正極限的位置，通過機(jī)床正確返回參考點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)才能確定機(jī)床的原點(diǎn)位置，從而正確建立機(jī)床坐標(biāo)系。如圖10-6所示。圖10-6 機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn) 5、絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo) 絕對坐標(biāo)表示法：始終將刀具運(yùn)動位置的坐標(biāo)值表示為相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，這種坐

9、標(biāo)的表示法稱之為絕對坐標(biāo)表示法。如圖10-7 相對坐標(biāo)表示法：始終將刀具運(yùn)動位置的坐標(biāo)值表示為相對于前一位置坐標(biāo)的增量，即為目標(biāo)點(diǎn)絕對坐標(biāo)值與當(dāng)前點(diǎn)絕對坐標(biāo)值的差值，這種坐標(biāo)的表示法稱之為相對坐標(biāo)表示法。見圖10-8 。第10章 概 論圖10-7 絕對坐標(biāo)表示法 圖10-8 相對坐標(biāo)表示法 10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論10.1.4加工程序結(jié)構(gòu)與格式1.加工程序結(jié)構(gòu)10.1 基礎(chǔ)知識一個(gè)完整的加工程序由若干程序段組成，程序的開頭是程序名，結(jié)束時(shí)寫有程序結(jié)束指令。例如：O0001; 程序名N10 G92 X0 Y0 Z200.0;N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M0

10、3;N30 G01 X10.0 Y50.0 F150;N110 M30; 程序結(jié)束指令 其中，第一個(gè)程序段“O0001”是整個(gè)程序的程序號，也叫程序名，由地址碼O和四位數(shù)字組成。每一個(gè)獨(dú)立的程序都應(yīng)有程序號，它可作為識別、調(diào)用該程序的標(biāo)志。第10章 概 論 不同的數(shù)控系統(tǒng)，程序號地址碼可不相同。例如，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)用O，西門子系統(tǒng)用%，AB8400系統(tǒng)用P。 編程時(shí)應(yīng)根據(jù)說明書的規(guī)定使用，否則系統(tǒng)將不接受。 每個(gè)程序段以程序段號“NXXXX”開頭，用“；”表示程序段結(jié)束（有的系統(tǒng)用LF、CR等符號表示），每個(gè)程序段中有若干個(gè)指令字，每個(gè)指令字表示一種功能，所以也稱功能字。功能字的開頭是英文字母

11、、其后是數(shù)字，如G90、G01、X100.0等。一個(gè)程序段表示一個(gè)完整的加工工步或加工動作。 一個(gè)程序的最大長度取決于數(shù)控系統(tǒng)中零件程序存儲區(qū)的容量?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的存儲區(qū)容量已足夠大，一般情況下已足夠使用。一個(gè)程序段的字符數(shù)也有一定的限制，如某些數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定一個(gè)程序段的字符數(shù)小于等于90個(gè)，一旦大于限定的字符數(shù)，則把它分成兩個(gè)或多個(gè)程序段。10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論機(jī)能地址碼說明程序段號N程序段順序編號地址坐標(biāo)字X、Y、Z、U、V、W、P、Q、RA、B、C、D、ERI、J、K直線坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系圓弧半徑圓弧圓心相對起點(diǎn)坐標(biāo)準(zhǔn)備功能G準(zhǔn)備功能輔助功能M輔助功能補(bǔ)償值H、D補(bǔ)償值地址切削用

12、量SF主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給量或進(jìn)給速度刀具號T刀庫中刀具編號2.程序段格式10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論3.主程序和子程序10.1 基礎(chǔ)知識第10章 概 論10.2數(shù)控編程中的常用指令10.2.1準(zhǔn)備功能G代碼 G代碼是在數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)運(yùn)算之前需要預(yù)先制定，為插補(bǔ)運(yùn)算做好準(zhǔn)備的工藝指令，如坐標(biāo)平面選擇、插補(bǔ)方式的指定、孔加工等固定循環(huán)功能的制定等。 G代碼以地址G后跟兩位數(shù)字組成，常用的有G00G99，如表10-2所示。高檔數(shù)控系統(tǒng)有的已擴(kuò)展到三位數(shù)字（如G107、G112），有的則帶有小數(shù)點(diǎn)（如G02.2、G02.3）。 G代碼按功能類別分為模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼。表10-2內(nèi) 00 組為非模態(tài)指令

13、，只在本程序段內(nèi)有效。其它組為模態(tài)指令，一次指定后持續(xù)有效，直到被本組其它代碼所取代。所以在編下一個(gè)程序段時(shí)，若需使用同樣的G代碼則可省略不寫，這樣可以簡化加工程序編制。第10章 概 論10.2數(shù)控編程中的常用指令第10章 概 論10.2.2 輔助功能M代碼10.2數(shù)控編程中的常用指令 M代碼以地址M為首后跟兩位數(shù)字組成，共100種（M00M99）。表10-3是我國JB3208-83標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的M代碼。由于M代碼與插補(bǔ)運(yùn)算無直接關(guān)系，所以一般寫在程序段的后面。 輔助功能字是用于指定主軸的旋轉(zhuǎn)方向、啟動、停止、冷卻液的開關(guān)，工件或刀具的夾緊和松開，刀具的更換等功能。輔助功能字由地址符M和其后的兩

14、位數(shù)字組成。第10章 概 論10.2數(shù)控編程中的常用指令表10-3 輔助功能M代碼（JB3208-83標(biāo)準(zhǔn)）第10章 概 論（2）M01任選（計(jì)劃）停止 M01指令與M00相似，差別在于M01指令執(zhí)行時(shí)，操作者要預(yù)先接通控制面板上“任選停止”按鈕，否則M01功能不起作用。該指令常用于一些關(guān)鍵尺寸的抽樣檢測以及交接班臨時(shí)停止等情況。一些常用的M代碼10.2數(shù)控編程中的常用指令（1）M00程序停止 在M00所在程序段其他指令執(zhí)行后，用于停止主軸轉(zhuǎn)動，關(guān)閉冷卻液，停止進(jìn)給，進(jìn)入程序暫停狀態(tài)，以便執(zhí)行諸如手動變速、換刀、測量工件等操作，如果要繼續(xù)執(zhí)行，須重按“啟動鍵”。第10章 概 論 圖10-10

15、是M01指令應(yīng)用的實(shí)例。車削該軸時(shí)，為了知道尺寸d是否合格，需要對第一個(gè)零件進(jìn)行測量，即程序執(zhí)行到位置時(shí)，刀具需退出，然后測量d尺寸，d尺寸合格后再繼續(xù)加工。這時(shí)可應(yīng)用M01指令，程序執(zhí)行過程如下M01當(dāng)?shù)谝粋€(gè)零件合格后，作為第一個(gè)零件測量用的程序段從第二個(gè)零件起就不再需要。為此只需在上述四個(gè)程序段及M01前加上跳步字符“”（ISO標(biāo)準(zhǔn)編碼）即可。在車削第一個(gè)零件時(shí)，操作面板上“跳步”開關(guān)斷開，“任選停止”開關(guān)接通，“”對程序不起作用，而M01起作用，故可實(shí)現(xiàn)測量d的要求。當(dāng)加工第二個(gè)零件時(shí)，兩開關(guān)位置與上述相反，程序執(zhí)行過程如下：M30圖10-10“M01”指令的應(yīng)用10.2數(shù)控編程中的常用

16、指令第10章 概 論（）M02程序結(jié)束 該指令編在最后一個(gè)程序段中。當(dāng)全部程序執(zhí)行完后 ，用此指令使主軸、進(jìn)給、冷卻液均停止，并使數(shù)控系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。（）M03、M04、M05主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止指令（）M06換刀指令 常用于加工中心刀庫換刀前的準(zhǔn) 備動作。（）M07、M08、M09分別為霧狀冷卻液、液狀冷卻液開及冷卻液關(guān)的指令（）M19主軸定向停止 該指令使主軸準(zhǔn)停在預(yù)定的角度位置上。（）M30程序結(jié)束 該指令與M02功能相似，但M30可使程序返回到開始狀態(tài)。10.2數(shù)控編程中的常用指令第10章 概 論10.2.3 F、S、T代碼1. F代碼 F代碼用于指定刀具相對于工件的進(jìn)給進(jìn)度，是模態(tài)

17、代碼。F代碼有兩種指定方式：代碼法和直接給定法。兩種方法都由F加上數(shù)字組成，但代碼法中的數(shù)字不直接表示進(jìn)給速度的大小，而是表示與某一進(jìn)給速度對應(yīng)的編碼號。直接給定法中的數(shù)字直接表示進(jìn)給速度的大小，是現(xiàn)代CNC機(jī)床普遍采用的方法。當(dāng)進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速無關(guān)時(shí)，單位一般為mm/min；當(dāng)進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)時(shí)（如車螺紋、攻螺紋等），單位為mm/r。10.2數(shù)控編程中的常用指令第10章 概 論 2. S代碼 S代碼用來指定主軸主軸轉(zhuǎn)速或切削速度，單位為r/min或m/min。中檔以上數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速采用直接指定方式，如S1500表示主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，仍主要用代碼法指定方式，含義同F(xiàn)代碼，對于中檔以上的數(shù)控機(jī)床，還有一種使切削速度保持不變的所謂恒線速度功能，這時(shí)需用G96和G97指令配合S指令來指定主軸轉(zhuǎn)速。 3. T代碼 T代碼為刀具功能指令，后面跟若干位數(shù)字，不同的機(jī)床可以有不同的數(shù)字位數(shù)和定義，一般用來表示選則刀具，或用來選擇刀具偏置。例如，T12M06表示將當(dāng)前刀具換成12號刀具；T0102表示01號刀具選用02號刀具補(bǔ)償值。10.2數(shù)控編程中的常用指令第10章 概 論本章小節(jié)本章重點(diǎn)：講解數(shù)控加工技