第2章 數(shù)控車床編程基本知識和數(shù)控機床編程及加工

數(shù)控車床編程基本知識第二章?數(shù)控車床編程基本知識2.1數(shù)控編程概述2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.3數(shù)控車床編程特點?2.1數(shù)控編程概述2.1數(shù)控編程概述數(shù)控編程是實現(xiàn)零件數(shù)控加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它包括從零件分析到獲得數(shù)控加工程序的全過程。如圖2－1所示。圖2－1數(shù)控機床加工過程?2.1數(shù)控編程概述2.1.1數(shù)控編程的內(nèi)容一般說來，數(shù)控編程包括以下工作。2.1.1.1分析零件圖，制定加工工藝方案根據(jù)零件圖樣，對零件的形狀、尺寸、材料、精度和熱處理要求等進行工藝分析，合理選擇加工方案，確定工件的加工工藝路線、工序及切削用量等工藝參數(shù)，確定所用機床、刀具和夾具。?2.1數(shù)控編程概述2.1.1.2數(shù)學(xué)處理根據(jù)零件的幾何尺寸、工藝要求及編程的方便，設(shè)定坐標(biāo)系，計算工件粗、精加工的輪廓軌跡，獲得刀位數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)一般具有直線和圓弧插補功能，所以對于由直線和圓弧組成的形狀簡單的零件輪廓加工，只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點坐標(biāo)值即可，有些要計算刀具中心的運動軌跡；對于由非圓曲線或曲面組成的形狀復(fù)雜的零件，需要用直線段或圓弧段來逼近曲線，根據(jù)加工精度的要求，計算出節(jié)點坐標(biāo)，這個工作一般使用計算機完成。?2.1數(shù)控編程概述2.1.1.3編寫零件加工程序根據(jù)制定的加工工藝路線、切削用量、刀具補償量、輔助動作及刀具運動軌跡等條件，按照機床數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的功能指令代碼及程序格式，逐段編寫加工程序。2.1.1.4制備控制介質(zhì)并輸入到數(shù)控機床把編制好的程序記錄在控制介質(zhì)上，并輸入到數(shù)控機床中，這個工作可通過手工在操作面板直接輸入，或利用通信方式輸入，由傳輸軟件把計算機上的加工程序傳輸?shù)綌?shù)控機床。?2.1數(shù)控編程概述2.1.1.5程序校驗和試切輸入到數(shù)控系統(tǒng)的加工程序在正式加工前需進行驗證，以確保程序正確。通常可以采用機床空運行的方法，檢查機床動作和運動軌跡是否正確；在有圖形顯示功能的數(shù)控機床上，可以利用模擬加工的圖形顯示來檢查運行軌跡的正確性。需注意的是這些方法只能檢驗運動軌跡是否正確，不能檢驗被加工零件的精度。因此，需進行零件的首件試切，當(dāng)發(fā)現(xiàn)加工的零件不符合加工技術(shù)要求時，分析產(chǎn)生加工誤差的原因，找出問題，修改程序或采取尺寸補償?shù)却胧?2.1數(shù)控編程概述2.1.2數(shù)控編程方法2.1.2.1手工編程手工編程就是指數(shù)控編程內(nèi)容的工作全部由人工完成。對加工形狀較簡單的工件，其計算量小，程序短，手工編程快捷、簡便。對形狀復(fù)雜的工件采用手工編程有一定的難度，有時甚至無法實現(xiàn)。一般說來，由直線和圓弧組成的工件輪廓采用手工編程，非圓曲線、列表曲線組成的輪廓采用自動編程。2.1.2.2自動編程自動編程就是利用計算機專用軟件完成數(shù)控機床程序編制工作。編程人員只需根據(jù)零件圖樣的要求，使用數(shù)控語言，由計算機進行數(shù)值計算和工藝參數(shù)處理，自動生成加工程序，再通過通訊方式傳入數(shù)控機床。?2.1數(shù)控編程概述2.1.3程序格式2.1.3.1字符與代碼字符是用于組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，進行信息交換，數(shù)字、字母、標(biāo)點符號、數(shù)學(xué)運算符都可以用作字符，常規(guī)加工程序應(yīng)用四種字符：英文字母、數(shù)字和小數(shù)點、正負號、功能字符。2.1.3.2程序字（簡稱字或指令字）字是一套可以作為一個信息單元進行存儲、傳遞和操作的有規(guī)定次序的字符，字符的個數(shù)即為字長。常規(guī)加工程序中的字都是由英文字及隨后的數(shù)字組成，這個英文字稱為地址符，地址符與后續(xù)數(shù)字之間可有正負號。如X30Z－15。?2.1數(shù)控編程概述2.1.3.3字的幾種功能（1）語句號N（也稱為程序段號）程序是一句一句編寫的，一句程序稱為程序段。程序段號字用以識別每一程序段，由地址碼N和若干位數(shù)字組成。例如：N40表示該程序段的語句號為40。（2）準(zhǔn)備功能字G（又稱G功能、G指令，G代碼）顧名思義，準(zhǔn)備功能用來建立機床或數(shù)控系統(tǒng)工作方式的一種命令，使數(shù)控機床做好某種操作準(zhǔn)備，用地址碼G和兩位或三位數(shù)字表示。需要指出的是不同生產(chǎn)廠家數(shù)控系統(tǒng)的G指令的功能相差大，編程時必須遵照機床使用說明書進行。?2.1數(shù)控編程概述G指令分為模態(tài)指令（續(xù)效指令）和非模態(tài)指令，非模態(tài)指令只在本程序段中有效，模態(tài)指令可在連續(xù)幾個程序段中有效，直到被相同組別的指令取代。指令表中標(biāo)有相同字母或數(shù)字的為一組。如G00、G01、G02、G03，其中G00為非模態(tài)指令，其余為模態(tài)指令。（3）尺寸字表示由地址碼、符號（＋、－）、絕對（或相對）數(shù)值組成。尺寸字的地址碼有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J、K、D、H等。例如：X15Y-20。其中“＋”可省略。?2.1數(shù)控編程概述（4）進給功能字F表示加工時的進給速度，單位由地址碼F和后面的若干位數(shù)字組成。（5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S表示數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速，單位由地址碼S和后面的若干位數(shù)字組成。（6）刀具功能字T表示由地址碼T和后面的若干位數(shù)字組成。數(shù)字表示刀號，數(shù)字位數(shù)由數(shù)控系統(tǒng)決定。（7）輔助功能字M（又稱M功能、M指令、M代碼）用來控制機床輔助動作或系統(tǒng)的開關(guān)功能，由地址碼M和后面的兩位數(shù)字組成。?2.1數(shù)控編程概述2.1.3.4程序段格式零件的加工程序由若干個程序段組成。程序段格式是指一個程序段中字、字符、數(shù)據(jù)的書寫規(guī)則，目前使用最多的是“字－地址”程序段格式。字－地址程序段格式由程序段號字、數(shù)據(jù)字和程序段結(jié)束組成。各字后有地址，字的排列順序要求不嚴(yán)格,數(shù)據(jù)的位數(shù)可多可少，不需要的字以及與上一程序段相同的續(xù)效字可以不寫。排列順序如下：NGXUAYVBZWCFSTMLF例：N30G01X50Z-20F100S400T01M03?2.1數(shù)控編程概述該格式的優(yōu)點是程序簡短、直觀、容易檢查和修改。需要說明的是數(shù)控加工程序內(nèi)容、指令和程序段格式雖然在國際上有很多標(biāo)準(zhǔn)，實際上并不是完全統(tǒng)一。所以在編制加工程序前，必須詳細了解機床數(shù)控系統(tǒng)的編程說明書中的具體指令格式和編程方法。?2.1數(shù)控編程概述2.1.3.5初識加工程序加工程序可分為主程序和子程序。但不論是主程序還是子程序，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。表2－1是SINUMERIK802S數(shù)控車床的一個加工程序:程序說明SK01.MPFN10G54G95S500M03T01N20G00X18Z2N30G01Z-15F0.2X24Z-30X26N40G00X50Z200N50M05N60M02程序名程序內(nèi)容

程序結(jié)束?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系

?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.1坐標(biāo)和運動方向命名的原則2.2.1.1在數(shù)控機床中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)軸命名，如圖2-2a）所示。圖中大拇指的指向為X軸的正方向，食指指向為Y軸的正方向，中指指向為Z的正方向。2.2.1.2坐標(biāo)系中的各個坐標(biāo)軸與機床的主要導(dǎo)軌相平行。2.2.1.3機床在加工過程中不論是刀具移動，還是被加工工件移動，都一律假定被加工工件相對靜止不動，而刀具在移動，并規(guī)定刀具遠離工件的運動方向為坐標(biāo)軸的正方向。2.2.1.4旋轉(zhuǎn)運動：在圖2-2中，圍繞X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標(biāo)軸分別用A，B，C表示，其正方向用右手螺旋法則確定，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，則食指、中指等的指向是圓周進給運動的+A，+B，+C，如圖2－2c）所示。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.2坐標(biāo)運動的規(guī)定2.2.2.1Z坐標(biāo)運動Z坐標(biāo)的運動由傳遞切削動力的主軸所決定：（1）與主軸軸線平行的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)。如數(shù)控車床、數(shù)控立式鏜銑床等。（2）若機床沒有主軸（如數(shù)控刨床等），則Z坐標(biāo)垂直于工件主要裝夾面。（3）若機床有幾個主軸，可選擇一垂直于工件裝夾面的主要軸作為主軸，并以它確定Z標(biāo)，如數(shù)控龍門銑床。（4）Z坐標(biāo)的正方向是增加刀具和工件之間距離的方向如在鉆鏜加工中，鉆入或鏜入工件的方向是Z的負方向。

?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.2.2X坐標(biāo)的運動X坐標(biāo)運動是水平的，它平行于工件裝夾面，是刀具或工件定位平面內(nèi)運動的主要坐標(biāo)。（1）在沒有回轉(zhuǎn)刀具和沒有回轉(zhuǎn)工件的機床上（如牛頭刨床）X坐標(biāo)平行于主要切削方向，并且以該方向為正方向。（2）在有回轉(zhuǎn)工件的機床上，如車床、磨床等，X坐標(biāo)方向是在工件徑向，而且平行于橫向滑座，對于安裝在橫向滑座的主要刀架上的刀具，離開工件回轉(zhuǎn)中心的方向是X的正方向。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系（3）在有刀具回轉(zhuǎn)的機床上（如銑床），若Z坐標(biāo)是水平的（主軸是臥式的），當(dāng)由主要刀具主軸向工件看時，X運動的正方向指向右方。如Z坐標(biāo)是垂直的（主軸是立式的），當(dāng)由主要刀具主軸向立柱看時，X運動的正方向指向右方。2.2.2.3Y坐標(biāo)的運動：正向Y坐標(biāo)的運動，根據(jù)X和Z的運動，按照右手笛卡兒坐標(biāo)系來確定。2.2.2.4機床坐標(biāo)系的原點：機床坐標(biāo)系的原點位置是任意選擇的，由生產(chǎn)廠家調(diào)定的。A，B，C的運動原點（0°的位置）也是任意的，但A，B，C原點的位置最好選擇為與Y，Z，X坐標(biāo)平行。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.2.5附加坐標(biāo)如果在X，Y，Z主要直線運動之外另有第二組平行與它們的坐標(biāo)運動，就稱為附加坐標(biāo)。它們分別被規(guī)定為U，V和W，如圖2－2a）所示。如果在第一組回轉(zhuǎn)運動A，B，C之外，還有平行或不平行于A，B，C的第二組回轉(zhuǎn)運動，可指定為D，E或F。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.2.6工件的運動：對于移動部分是工件而不是刀具的機床，必須將前面所介紹的移動部分是刀具的各項規(guī)定，在理論上作相反的安排。若用+X，+Y、+Z表示刀具相對于工件正向運動的指令，則如果是工件移動則用加“′”的字母表示，按相對運動的關(guān)系，工件運動的正方向恰好與刀具運動的正方向相反，即有：+X=-X′,+Y=-Y′,+Z=-Z′+A=-A′,+B=-B′,+C=-C′同樣兩者運動的負方向也彼此相反,如圖2－2d）所示。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.3機床坐標(biāo)系、機床原點和機床參考點2.2.3.1機床坐標(biāo)系機床坐標(biāo)系是機床上固定有的坐標(biāo)系，并設(shè)有固定的坐標(biāo)原點，就是機床原點，又稱機械原點，即x=0、y=0、z=0的點。對某一具體機床來說，在經(jīng)過設(shè)計、制造和調(diào)整后，這個原點便被確定下來，它是機床上固定的點。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.3.2機床參考點為了正確地建立機床坐標(biāo)系，通常在每個坐標(biāo)軸的移動范圍內(nèi)設(shè)置一個機床參考點作為測量起點，它是機床坐標(biāo)系中一個固定不變的極限點，其固定位置由各軸向的機械擋塊來確定。一般數(shù)控機床開機后，通常要進行機動或手動回參考點以建立機床坐標(biāo)系。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系機床參考點可以與機床零點重合也可以不重合，通過參數(shù)指定機床參考點到機床零點的距離。機床回到了參考點位置也就知道了該坐標(biāo)軸的零點位置，找到所有坐標(biāo)軸的參考點，機床坐標(biāo)系就建立起來了。機床參考點在數(shù)控機床出廠時，就已經(jīng)調(diào)好并記錄在機床使用說明書中供用戶編程使用，一般情況下，不允許隨意變動。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.3.3工件坐標(biāo)系與原點工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點為原點（也稱工件原點、程序原點），建立一個新的坐標(biāo)系，稱為工件坐標(biāo)系。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。工件坐標(biāo)系的原點是人為設(shè)定的，設(shè)定的依據(jù)是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，程序原點應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)或定位基準(zhǔn)上。對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點應(yīng)選在對稱中心線或圓心上；Z軸的程序原點通常選在工件的表面。

?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.4數(shù)控車床坐標(biāo)系2.2.4.1數(shù)控車床坐標(biāo)系數(shù)控車床坐標(biāo)系如圖2-3所示，Z軸與車床導(dǎo)軌平行（取卡盤中心線），正方向是遠離車床卡盤的方向，X軸與Z軸垂直，平行于橫向滑座，正方向是刀具遠離主軸軸線的方向，坐標(biāo)原點0定在卡盤后端面與中心線交點處。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系

a）?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系數(shù)控車床坐標(biāo)系的表示形式如圖2-4所示，機床原點為主軸軸線與卡盤后端面的交點，如圖2－4中的o點。機床參考點為刀具退離到一個固定不變的極限點，如圖2－4中的o′點，其位置由機械擋鐵或行程開關(guān)確定。?2.2數(shù)控機床坐標(biāo)系2.2.4.2工件坐標(biāo)系和工件原點工件坐標(biāo)系原點可選在工件軸線與工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交點上。為方便編程，數(shù)控車床的工件原點一般建立在工件設(shè)計基準(zhǔn)上，工件直徑方向為x軸方向，工件軸線方向為z軸方向，如圖2－5所示。2.2.4.3起刀點和換刀點的確定起刀點是指在數(shù)控機床上加工工件時，刀具相對于工件運動的起始點。起刀點應(yīng)選擇在不妨礙工件裝夾、不會與夾具相碰及編程簡單的地方。對于數(shù)控車床一般選在靠近參考點附近。數(shù)控車床在加工時常需換刀，故編程時還要設(shè)置一個換刀點。換刀點應(yīng)設(shè)在工件的外部，避免換刀時碰傷工件。一般換刀點選擇在第一個程序的起刀點或機床參考點上。?2.3數(shù)控車床編程特點2.3.1尺寸字選用靈活在一個程序中，根據(jù)被加工零件的圖樣標(biāo)注尺寸，從方便編程的角度出發(fā)，可采用絕對尺寸編程、增量尺寸編程，也可以采用絕對、增量尺寸混合編程。2.3.2重復(fù)循環(huán)切削功能由于車削加工常用圓棒料或鍛料作毛坯，加工余量較大，要加工到圖樣標(biāo)注尺寸，需要一層層切削，如果每層加工都編寫程序，編程工作量將大大增加。為簡化編程，數(shù)控系統(tǒng)有不同形式的循環(huán)功能，可進行多次重復(fù)循環(huán)切削。?2.3數(shù)控車床編程特點2.3.3直接按工件輪廓編程對于刀具位置的變化、刀具幾何形狀的變化及刀尖圓弧半徑的變化，都無需更改加工程序，編程人員可以按照工件的實際輪廓尺寸進行編程。數(shù)控系統(tǒng)具有的刀具補償功能使編程人員只要將有關(guān)參數(shù)輸入到存儲器中，數(shù)控系統(tǒng)就能自動進行刀具補償。這樣安裝在刀架上不同位置的刀具，雖然在裝夾時其刀尖到機床參考點的坐標(biāo)各不相同，但都可以通過參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)自動刀具補償，編程人員只要使用實際輪廓尺寸進行編程并正確選擇刀具即可。2.3.4采用直徑編程由于加工零件的圖樣尺寸及測量都是直徑值，所以通常采用直徑尺寸編程。在用直徑尺寸編程時，如采用絕對尺寸編程，X表示直徑；如采用增量尺寸編程，X表示徑向位移量。?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自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23