《零件的加工工藝與編程》 課件 1.1.2 數(shù)控車床的編程基礎(chǔ)

項(xiàng)目1階梯軸的編程與加工項(xiàng)目1階梯軸的編程與加工任務(wù)1.1知識(shí)準(zhǔn)備項(xiàng)目一021.1.2數(shù)控車床的編程基礎(chǔ)

在數(shù)控機(jī)床上加工工件時(shí)，刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是以數(shù)字的形式來體現(xiàn)的，因此必須建立相應(yīng)的坐標(biāo)系，才能明確刀具與工件的相對(duì)位置。1.數(shù)控車床的坐標(biāo)系為了保證數(shù)控機(jī)床的正確運(yùn)動(dòng)，簡化程序的編制，并使所編程序具有互換性，ISO標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向。1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定為使編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以根據(jù)零件圖樣確定機(jī)床的加工過程，規(guī)定：永遠(yuǎn)假定刀具相對(duì)于靜止的工件坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)。（1）機(jī)床坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)方向

在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，為了確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向和移動(dòng)距離，在機(jī)床上建立的坐標(biāo)系就是標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系，也稱為機(jī)床坐標(biāo)系。標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系是一個(gè)右手笛卡爾直角坐標(biāo)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(zhuǎn)的坐標(biāo)分別用A、B、C表示。2）標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床某一部件運(yùn)動(dòng)的正方向，是增大刀具與工件之間距離的方向。3）運(yùn)動(dòng)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(biāo)

由傳遞切削力的主軸所決定，與主軸軸線平行的坐標(biāo)軸。②X坐標(biāo)

平行于工件的裝夾面，一般在水平面內(nèi)，且垂直于Z軸。X坐標(biāo)是在刀具或工件定位平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的主要坐標(biāo)。

③Y坐標(biāo)

Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，其運(yùn)動(dòng)的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標(biāo)系來確定。④旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C其正向用右手螺旋定則確定。大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向。4）坐標(biāo)軸方向的確定

后置刀架適用于斜床身或平床身（斜導(dǎo)軌）的臥式數(shù)控車床。

前置刀架適用于平床身（水平導(dǎo)軌）的臥式數(shù)控車床。4）坐標(biāo)軸方向的確定

數(shù)控車床有前置刀架和后置刀架兩種。為適應(yīng)笛卡爾坐標(biāo)習(xí)慣，編程加工時(shí)一般按后置式。

機(jī)床坐標(biāo)系又稱為機(jī)械坐標(biāo)系，是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是機(jī)床制造和調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)，也是工件坐標(biāo)系設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，是機(jī)床出廠時(shí)預(yù)先在機(jī)床上設(shè)定的一固定點(diǎn)來建立的。（2）機(jī)床坐標(biāo)系

①機(jī)床原點(diǎn)機(jī)床原點(diǎn)又稱機(jī)械原點(diǎn)，是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。該點(diǎn)是機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn)，一般取在卡盤后端面與主軸軸線的交點(diǎn)處，如圖1-5所示的O點(diǎn)。

②機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是用于對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測和控制的固定位置點(diǎn)。其位置是由機(jī)床制造廠家在每個(gè)進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已經(jīng)輸入數(shù)控系統(tǒng)中，因此參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)。數(shù)控車床的機(jī)床參考點(diǎn)是離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)，如圖1-5所示的O＇點(diǎn)。

對(duì)于需要返回參考點(diǎn)操作的機(jī)床，開機(jī)時(shí)，首先進(jìn)行返回參考點(diǎn)操作。通過確認(rèn)參考點(diǎn)，即可確定機(jī)床原點(diǎn)，刀具或工作臺(tái)的移動(dòng)才有基準(zhǔn)。（2）機(jī)床坐標(biāo)系

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

是編程（工件）坐標(biāo)系的原點(diǎn)O1。②

編程坐標(biāo)系（工件坐標(biāo)系）方向

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

加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)建立的坐標(biāo)系。1）加工原點(diǎn)加工原點(diǎn)是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。（4）加工坐標(biāo)系（4）加工坐標(biāo)系

②盡量選在尺寸精度和表面質(zhì)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(shù)控車床的工件原點(diǎn)，一般設(shè)在工件裝夾后的右端面與主軸軸線的交點(diǎn)上。

2)選擇工件原點(diǎn)（加工原點(diǎn)或編程原點(diǎn)）的一般原則：

①盡量選在零件圖樣的尺寸基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，這樣便于坐標(biāo)值的計(jì)算，減少錯(cuò)誤。

工件加工前，必須通過對(duì)刀來建立機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的位置關(guān)系。所謂對(duì)刀，就是使刀具的刀位點(diǎn)和對(duì)刀點(diǎn)重合的操作。

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

通過對(duì)刀確定刀具與工件相對(duì)位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。

換刀時(shí)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(shí)刀具與工件、夾具、尾座等部位發(fā)生干涉、碰撞而設(shè)定的一個(gè)安全位置。換刀點(diǎn)對(duì)刀點(diǎn)2.數(shù)控編程的內(nèi)容

編制程序是數(shù)控加工的一項(xiàng)重要工作，理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖紙要求的合格零件，同時(shí)，應(yīng)能使數(shù)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(jù)零件圖樣的要求，通過對(duì)零件圖的分析，把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)以及輔助動(dòng)作，按照數(shù)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(shù)控裝置中，從而控制數(shù)控車床加工零件。

數(shù)控程序的編制分為五個(gè)步驟，一般包括以下方面的內(nèi)容：

⑴分析零件圖樣，制定工藝方案⑵數(shù)值計(jì)算

⑶編寫加工程序⑷輸入加工程序

⑸程序校驗(yàn)與首件試切

第1、2點(diǎn)是編程前的準(zhǔn)備工作，第4、5點(diǎn)是加工前的準(zhǔn)備工作。

程序編制的重點(diǎn)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(jù)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(nèi)容和要求。然后選擇合適的數(shù)控機(jī)床，擬定零件的加工方案，確定加工順序、進(jìn)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(guān)的工藝文件，如數(shù)控加工刀具卡、數(shù)控加工工序卡等。

工件的裝夾次數(shù)應(yīng)盡可能少，加工路線盡可能短，要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)、減少換刀次數(shù)，在保證加工質(zhì)量的前提下，降低加工成本，提高加工效率。

⑵數(shù)值計(jì)算

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

⑶編寫加工程序

使用數(shù)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(jì)算機(jī)DNC通信接口傳輸?shù)姆绞捷斎氲綌?shù)控系統(tǒng)中。

⑷輸入加工程序

⑸程序校驗(yàn)與首件試切

在正式加工之前，必須對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)和首件試切。

①程序校驗(yàn)通?？刹捎脵C(jī)床空運(yùn)行的方式，檢查機(jī)床動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性。在具有圖形模擬顯示功能的數(shù)控機(jī)床上，通過顯示走刀軌跡或模擬刀具對(duì)工件的切削過程，對(duì)程序進(jìn)行檢驗(yàn)。這些方法只能檢驗(yàn)出運(yùn)動(dòng)是否正確，不能檢驗(yàn)被加工零件的加工精度。

②首件試切對(duì)于形狀復(fù)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(jìn)行試切來校驗(yàn)程序。通過檢查試件，不僅可確認(rèn)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(jìn)行試切，則更能反映實(shí)際的加工效果。當(dāng)試切的零件不符合加工技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)分析誤差產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)措施，加以修正。

3.數(shù)控編程的方法序號(hào)類別說明1字母26個(gè)大寫英文字母（A～Z），表示地址符2數(shù)字0～9共10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字及一個(gè)小數(shù)點(diǎn)3數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)正（+）號(hào)和負(fù)（-）號(hào)4功能字符程序段結(jié)束符（;）、程序跳段符（/）等4.數(shù)控程序的結(jié)構(gòu)與格式（1）編程的基本術(shù)語——字符與代碼

①字符是機(jī)器能進(jìn)行存儲(chǔ)或傳送的記號(hào)，也是加工程序的最小組成單位。

②代碼由字符組成，數(shù)控機(jī)床功能代碼有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制定的兩種標(biāo)準(zhǔn)。我國根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定新產(chǎn)品一律采用ISO代碼。一個(gè)完整的程序都是由程序號(hào)、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。程序內(nèi)容由若干程序段組成，程序段由若干字組成，每個(gè)字由字母和數(shù)字組成。如圖所示為一個(gè)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(jié)構(gòu)程序段號(hào)程序程序說明程序組成

O0107;程序號(hào)程序號(hào)N10G21G40G97G99;程序初始化程序頭程序內(nèi)容

N20T0101S1200M03;換1號(hào)刀調(diào)用1號(hào)刀補(bǔ)，主軸以每分鐘1200轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)，精加工外輪廓N30G00X100.0Z100.0;快速移動(dòng)到1號(hào)刀的安全點(diǎn)PN40G00Z5.0;快速移動(dòng)到切削起點(diǎn)A的Z坐標(biāo)N50

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

Z100.0;快速返回到安全點(diǎn)P的Z坐標(biāo)N100M05;主軸停止N110M30;程序結(jié)束程序結(jié)束程序段格式是指一個(gè)程序段中字、字符和數(shù)據(jù)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(jìn)＿S＿F＿T＿;程序段號(hào)準(zhǔn)備功能字尺寸字輔助功能字主軸功能字進(jìn)給功能字刀具功能字結(jié)束代碼（3）程序段格式序號(hào)功能字地址符說

明1程序段號(hào)N用于識(shí)別程序段的編號(hào)，位于程序段之首，由地址N和后面的若干位數(shù)字構(gòu)成，如“N100”。只起一個(gè)標(biāo)記的作用，用于程序的校對(duì)、檢索和修改。加工時(shí)按程序段的先后順序執(zhí)行，與程序段號(hào)無關(guān)。2準(zhǔn)備功能字G機(jī)床或數(shù)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(shí)刀具運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)位置4進(jìn)給功能字F用于指定切削進(jìn)給量，單位為㎜/min和㎜/r5主軸功能字S用于指定主軸轉(zhuǎn)速6刀具功能字T用于指定加工所用刀具和刀具補(bǔ)償號(hào)7輔助功能字M表示機(jī)床操作時(shí)各種輔助動(dòng)作及其狀態(tài)8結(jié)束代碼;寫在每一段程序之后，表示程序段結(jié)束

準(zhǔn)備功能又稱G代碼，是使機(jī)床或數(shù)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(shù)字構(gòu)成，從G00～G99共100種。準(zhǔn)備功能5.數(shù)控車床的系統(tǒng)功能代碼（1）準(zhǔn)備功能G代碼G代碼組別功能

G代碼組別功能*G0001快速點(diǎn)定位（快速進(jìn)給）G9805每分鐘進(jìn)給量（mm/min）G01直線插補(bǔ)（切削進(jìn)給）*G99每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G6500宏程序調(diào)用G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G6612宏程序模態(tài)調(diào)用G0400暫停*G67宏程序模態(tài)調(diào)用取消G1716XY平面選擇G9001內(nèi)/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(nèi)/外圓粗車復(fù)合循環(huán)G3201單一螺紋切削*G4007刀尖圓弧半徑補(bǔ)償取消G41刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償G72端面粗車復(fù)合循環(huán)G42刀尖圓弧半徑右補(bǔ)償G73仿形（封閉）復(fù)合切削循環(huán)G5000坐標(biāo)系設(shè)定G74端面切槽（鉆孔）復(fù)合循環(huán)主軸最高轉(zhuǎn)速限制G75徑向切槽（鉆孔）復(fù)合循環(huán)G9602恒線速控制G76螺紋切削復(fù)合循環(huán)*G97恒轉(zhuǎn)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(jì)劃暫停M09冷卻液關(guān)M02程序結(jié)束M30程序結(jié)束，返回起始位置M03主軸正轉(zhuǎn)（順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）M98子程序調(diào)用M04主軸反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）M99子程序結(jié)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(yīng)用場合G96恒線速控制G96S～;“G96S260;”表示切削點(diǎn)線速度控制在260m/min。采用恒線速控制指令G96時(shí)，必須限制主軸最高轉(zhuǎn)速。G50主軸最高轉(zhuǎn)速限制G50S～;“G50S3000;”表示主軸最高轉(zhuǎn)速限制為3000r/min。車削端面或工件直徑變化較大時(shí)，為了保證車削表面質(zhì)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(zhuǎn)速限制指令G50。G97恒轉(zhuǎn)速控制（恒線速取消）G97

S～;“G97S3000;”表示恒轉(zhuǎn)速為3000r/min。恒轉(zhuǎn)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(diǎn)的線速度控制在200m/min，求各點(diǎn)在加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速。解：

∴∵

例1-1F代碼功能指令格式圖

例舉

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

例指定加工所用刀具和刀具參數(shù)T＿;01～0400～16

“T0303;”表示換3號(hào)刀調(diào)用3號(hào)刀具補(bǔ)償值。（5