5数控编程基础

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1、第四章 数控编程基本知识第一节 数控编程的内容与方法第二节 数控编程的基本知识第三节 数控编程中的工艺分析第四节 数控编程中的数值计算第一节 数控编程的内容与方法 采用数控机床加工零件时，只需要将零件采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。协调动作，自动地加工出零件来。从零件图纸到获得

2、数控机床所需控制介质从零件图纸到获得数控机床所需控制介质的全部过程，即称之为的全部过程，即称之为数控编程数控编程。程序编制分为：手工编程和自动编程两种。手动编程手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）自动编程自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。第一节 数控编程的内容与方法q 手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。q 自动编程适用于：形状复杂的零件，虽不复杂但编

3、程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）第一节 数控编程的内容与方法q据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为 30：1。数控机床不能开动的原因中，有2030%是由于加工程序不能及时编制出造成的 编程自动化是当今的趋势！编程自动化是当今的趋势！第一节 数控编程的内容与方法二、手工编程的内容和步骤第一节 数控编程的内容与方法计算运动轨迹计算运动轨迹 根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的

4、数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。第一节 数控编程的内容与方法q 编制程序及初步校验编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。第一节 数控编程的内容与方法制备控制介质制备控制介质 将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。第一节 数控编程的内容与方法 程序的校验和试切程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原

5、因，进行相应的修改。第一节 数控编程的内容与方法常用的校验和试切方法：q 对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。q 对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。第一节 数控编程的内容与方法q在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。q上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首首件试切件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补

6、偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。第一节 数控编程的内容与方法第二节 数控编程的基本知识 一、程序的结构和格式一、程序的结构和格式结构结构 一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序号程序号 即开始部分。由地址码和四位编号数字组成，地址码可用P、O或者，根据系统而定。程序内容程序内容 主要部分，由若干程序段组成，每个程序段由若干个字组成，每个字由地址码和若干数字组成。字是最小指令单位。程序结束程序结束 一般用辅助功能代码M02或M30等表示程序段的构成程序段的构成程序段的构成主要是由程序段序号和各种功能指令程序段的构成主要是由程序段序号和各种功能指令构成的：构成的：N_

7、G _ X（U）_ Z（W）_ F _ M _ S_ T _；其中，其中，N_为程序段序号；为程序段序号；加工程序的一般格式举例：加工程序的一般格式举例：第二节 数控编程的基本知识 格式格式 程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的书写规则，目前常用的是字地址可变程序段格式。字地址可变程序段格式的特点：字的顺序不严格，不需要的字以及上一程序相同的续效字可以省略。数据的位数可多可少。程序简短、直观、不易出错，得到广泛使用。二、程序编制中的坐标系二、程序编制中的坐标系总则：总则：数控机床上的坐标系是采用右手直角笛数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡儿坐标系。卡儿坐标系。X X、Y Y、Z Z直

8、线进给坐标系按右直线进给坐标系按右手定则规定，而围绕手定则规定，而围绕X X、Y Y、Z Z轴旋转的圆周轴旋转的圆周进给坐标轴进给坐标轴A A、B B、C C则按右手螺旋定则判定则按右手螺旋定则判定。（二）坐标轴确定的方法（二）坐标轴确定的方法1 1、Z Z轴轴v一般取传递切削动力的主轴轴线方向方向为一般取传递切削动力的主轴轴线方向方向为Z Z轴轴v正方向：取刀具远离工件的方向为正方向正方向：取刀具远离工件的方向为正方向v当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装卡面当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装卡面 的主轴为的主轴为Z Z轴轴v当机床没有主轴时，选与装卡工件的工作台面当机床没有主轴时，选与装

9、卡工件的工作台面 相垂直的直线为相垂直的直线为Z Z轴轴2、X轴1)1)刀具旋转刀具旋转主轴垂直（立式）：面对主轴向右为正主轴垂直（立式）：面对主轴向右为正主轴水平（卧式）：面对主轴向左为正主轴水平（卧式）：面对主轴向左为正2)2)工件旋转工件旋转在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为X X轴轴 正方向：刀具远离工件的方向正方向：刀具远离工件的方向3)3)对于无主轴的机床对于无主轴的机床以切削方向为以切削方向为X X轴正向轴正向3 3、Y Y轴轴 按右手直角坐标系确定按右手直角坐标系确定车床坐标系车床坐标系 立铣床立铣床坐标系坐标系 卧铣床坐标系卧铣床坐标

10、系 +X+X+Z+Z+Z+Z+X+X+Y+Y4 4、A A、B B、C C轴轴 回转进给运动坐标回转进给运动坐标用右手螺旋法则确定用右手螺旋法则确定5 5、附加坐标、附加坐标主坐标或第一坐标系：主坐标或第一坐标系：X、Y、Z第二组附加坐标：第二组附加坐标：U、V、W第三组附加坐标：第三组附加坐标：P、Q、R（三）数控机床的两种坐标系（三）数控机床的两种坐标系1 1、机床坐标系（机械坐标系）、机床坐标系（机械坐标系）数控车床坐标系的原点数控车床坐标系的原点 数控铣床坐标系的原点数控铣床坐标系的原点 2 2、工件坐标系（编程坐标系）、工件坐标系（编程坐标系）v设置工件坐标系原点的原则：设置工件坐标

11、系原点的原则：尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致持一致 数控车床工件坐标系的原点数控车床工件坐标系的原点 数控铣床工件坐标系的原点数控铣床工件坐标系的原点 运动方向的确定原则运动方向的确定原则 为了便于数控编程，按部颁标准为了便于数控编程，按部颁标准JB3051-82JB3051-82规规定：定：永远假定刀具运动相对于静止的工件坐标永远假定刀具运动相对于静止的工件坐标系而运动。系而运动。简言之：简言之：刀具运动，工件不动刀具运动，工件不动。绝对坐标

12、编程与相对坐标编程绝对坐标编程与相对坐标编程数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧的端点的坐标来进行的。的端点的坐标来进行的。当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来当运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量的话，称之为计量的话，称之为相对坐标编程相对坐标编程。当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原当所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点计量的话，就称之为点计量的话，就称之为绝对坐标编程绝对坐标编程图例图例 从从A B 用绝对坐标编程为：用绝对坐标编程为：X12.0 Y15.0 若用相对坐标编程则为：若用相对坐标编程则为：U-18.0 V-20.

13、0 进给功能指进给功能指 （F F功能）功能）1 1、G99G99：每转进给量：每转进给量格式：格式：G99_（F_）；）；G99G99使进给量使进给量F F的单位为的单位为mm/rmm/r。如图所示。如图所示。2 2、G98G98：每分钟进给量：每分钟进给量格式：格式：G98_（F_）；）；G98G98使进给量使进给量F F的单位为的单位为mm/minmm/min。如图所示。如图所示。*数控车床中，当接入电源时，机床进给方式默认数控车床中，当接入电源时，机床进给方式默认G99G99。刀具功能指令刀具功能指令 (T(T功能功能)该指令可指定刀具号及刀具补偿号。该指令可指定刀具号及刀具补偿号。格

14、式：格式：T_ _ _ _；前两位指定刀具序号；前两位指定刀具序号；后两位指定刀具补偿号。后两位指定刀具补偿号。*刀具序号尽量与刀塔上的刀位号相对应；刀具序号尽量与刀塔上的刀位号相对应；*刀具补偿包括几何补偿和磨损补偿；刀具补偿包括几何补偿和磨损补偿；*为使用方便，尽量使刀具序号和刀具补偿号保持一致；为使用方便，尽量使刀具序号和刀具补偿号保持一致；*取消刀具补偿，取消刀具补偿，T T指令格式为：指令格式为：T _ _或或 T _ _ 00。辅助功能指令（辅助功能指令（M M功能）功能）M M代码代码 功能功能 M M代码代码 功能功能 M00 M00 程序停止程序停止 M12 M12 尾顶尖伸

15、出尾顶尖伸出M01M01计划停止计划停止M13M13尾顶尖缩回尾顶尖缩回M02M02程序结束程序结束M21M21门打开可执行程序门打开可执行程序M03M03主轴顺时针转动主轴顺时针转动M22 M22 门打开无法执行程序门打开无法执行程序 M04 M04 主轴逆时针转动主轴逆时针转动 M30 M30 程序结束返回程序头程序结束返回程序头 M05 M05 主轴停止主轴停止 M98 M98 调用子程序调用子程序M08 M08 冷却液开冷却液开 M99 M99 子程序结束子程序结束 M09 M09 冷却液关冷却液关 G功能功能(格式：格式：G后可跟后可跟2位数位数)代 码 组 意 义 代 码 组 意

16、义 代 码 组 意 义*G00 快速点定位*G40 刀补取消 G73 车闭环复合循环 G01 直线插补 G41 左刀补 G76 00 车螺纹复合循环 G02 顺圆插补 G42 07 右刀补 G80 车外圆固定循环 G03 逆圆插补 G52 00 局部坐标系设置 G81 车端面固定循环 G32 01 螺纹切削 零 点 G82 01 车螺纹固定循环 G04 00 暂停延时 G54G59 11 偏 置*G90 绝对坐标编程 G20 英制单位 G65 00 简单宏调用 G91 03 增量坐标编程*G21 02 公制单位 G66 宏指令调用 G92 00 工件坐标系指定 G27 回参考点检查 G67 1

17、2 宏调用取消*G98 每分钟进给方式 G28 回参考点 G71 车外圆复合循环 G99 05 每转进给方式 G29 06 参考点返回 G72 00 车端面复合循环 注：(1)表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态指令，一次指定后持续有效，直到被本组其他代码所取代。(2)标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。S功能功能 S S功能指令用于控制主轴转速功能指令用于控制主轴转速 S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用：最高转速限制最高转速限制 编程格式 G50 S S后面的数字表示的是最高转速：r/min 例：G50

18、S3000 表示最高转速限制为3000r/min 恒线速控制恒线速控制 编程格式编程格式 G96 S S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96 S150 表示切削线速度控制在150 m/min。恒线速取消恒线速取消 编程格式 G97 S S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。第三节 数控编程中的工艺分析 加工工艺的主要内容 工序划分原则 零件装夹 加工路线的确定 选择刀具和切削用量 工艺文件编制数控加工的工艺处理内容数控加工的工艺处理内容除了编程之外，数控加工还包

19、括编程前要除了编程之外，数控加工还包括编程前要做的一系列工艺及编程后的处理工作，一般包做的一系列工艺及编程后的处理工作，一般包括：括：（1 1）分析被加工零件图样分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。工序的衔接等。（2 2）设计数控加工工序设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位。如工步的划分、零件的定位与夹具、刀具的选择、切削用量的确定等。与夹具、刀具的选择、切削用

20、量的确定等。（3 3）调整数控加工工序的程序调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。选择、加工路线的确定、刀具的补偿。（4 4）处理数控机床上部分工艺指令处理数控机床上部分工艺指令。数控加工零件的选定数控加工零件的选定数控加工方法的选择数控加工方法的选择总的原则总的原则：保证加工表面的加工精度和表面粗保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。糙度的要求。数控车数控车适合于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂适合于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔，曲线回转形成的模具内型腔，立式数控铣立式数控铣适合于加工平面凸轮、样板

21、、形状复杂的适合于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。卧式数控铣卧式数控铣则适合于加工箱体、泵体、壳体类零件。则适合于加工箱体、泵体、壳体类零件。多坐标联动的加工中心多坐标联动的加工中心还可以用于加工各种复杂的曲还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。线、曲面、叶轮、模具等。加工工序的划分加工工序的划分 1 1、按先面后孔原则划分工序、按先面后孔原则划分工序当零件上既有面加工，又有孔加工时，可先当零件上既有面加工，又有孔加工时，可先加工面，后加工孔，这样可以提高孔的加工精度。加工面，后加工孔，这样可以提高孔的加

22、工精度。2 2、按粗、精加工方式划分、按粗、精加工方式划分即先粗加工再精加工，粗精加工之间，最好即先粗加工再精加工，粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。3 3、按所用刀具划分工序、按所用刀具划分工序即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再换另一把刀具完成所有可能加工到的部位，然后再换另一把刀具加工其它部位。加工其它部位。按粗、精加工方式划分按粗、精加工方式划分根据零件的加工精

23、度、刚度和变形等因素来划分工序时，根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序可按粗、精加工分开的原则来划分工序.此时可用不同的机此时可用不同的机床或不同的刀具顺次同步进行加工。床或不同的刀具顺次同步进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面粗、精加通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面粗、精加工完毕后，再加工零件的其它表面，否则可能会在对新的工完毕后，再加工零件的其它表面，否则可能会在对新的表面进行大切削量加工过程中，因切削力太大而引起已精表面进行大切削量加工过程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面变形加工完成的表面变形 。粗精加工之

24、间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精形能得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。度。加工工序的划分加工工序的划分 按所用刀具划分工序按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再换另一把刀具加工其它部位。在

25、专用数后再换另一把刀具加工其它部位。在专用数控机床和加工中心上常采用此法。控机床和加工中心上常采用此法。加工工序的划分加工工序的划分 工件的安装与夹具的选择工件的安装与夹具的选择1 1、定位装夹的基本原则、定位装夹的基本原则1 1）、力求设计、工艺与编程计算的基准统一。）、力求设计、工艺与编程计算的基准统一。2 2）、尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，）、尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。加工出全部待加工表面。3 3）、避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发）、避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。挥数控机床的效能。4 4）、为了防止

26、零件夹紧引起的变形对加工产生较大）、为了防止零件夹紧引起的变形对加工产生较大的影响，施力点应靠近主要支撑点或切削部位。的影响，施力点应靠近主要支撑点或切削部位。工件的安装与夹具的选择工件的安装与夹具的选择2 2、选择夹具的基本原则、选择夹具的基本原则1 1）、当零件加工批量不大时，应尽量采用）、当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。缩短生产准备时间，节省生产费用。2 2）、零件的装卸要快速、方便、可靠，以）、零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。缩短机床的停顿时间。3 3）、夹具

27、上各零部件应不妨碍机床对零件）、夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。即夹具要开敞，其定位夹紧各表面的加工。即夹具要开敞，其定位夹紧机构元件不能影响加工中的走刀机构元件不能影响加工中的走刀 对刀点与换刀点对刀点与换刀点对刀点对刀点换刀点换刀点加工路线的确定加工路线的确定加工路线的确定加工路线的确定下面结合具体实例说明一下下面结合具体实例说明一下 对于数控车床的加工路线一般遵循以下原则：先粗后精，即按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度先近后远，即离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间，并有利于保持半成品的刚性，改善其切削条件。孔类加工（孔类加工（钻孔、镗孔

28、）原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减 少空行程：加工路线的确定加工路线的确定n 个)(1)1(2bananb+-=-+=（黄线长红线长ba+切入/出段+切入/出段铣槽方案铣槽方案a、b 行切法 c、环切法 d、综合法 车削或铣削：车削或铣削：原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于 切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。加工路线的确定加工路线的确定选择刀具和切削用量 刀具的选择车削用刀具尖形车刀尖形车刀 以直线切削刃为特征的车刀。如外圆偏刀、端面车刀、切操刀等。最常用圆弧形车刀圆弧形车刀 由圆弧构成主切削刃的车刀。主要用于各种光滑连接的成型面成型车刀成型车刀 刀具刀刃的

29、形状与被加工零件的轮廓形状完全相同，如螺纹车刀等选择刀具和切削用量 刀具的选择铣削用刀具铣削铣削平面平面 硬质合金铣削铣削凸台和凹槽凸台和凹槽 高速钢立铣刀加工加工余量小余量小，并且表面粗糙度要求，并且表面粗糙度要求较低较低时，多采用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的端铣刀铣削毛坯毛坯表面或表面或孔的粗加工孔的粗加工，可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削选择刀具和切削用量 切削用量的选择 包括主轴转速（切削速度）、切削深度、进给速度。其原则是：粗加工时，为了提高生产率，首先选择一个尽可能大的切削深度，其次选择一个尽可能大的进给速度，最后确定一个合适的主轴转速；精加工时，为了保证加工精度，选用较小

30、的切削深度、进给速度和较大的主轴转速。具体数值应根据机床说明书以及刀具耐用度，并结合实际经验来确定 数控加工的工艺文件数控加工的工艺文件数控加工工序卡片数控加工工序卡片 产品名称代号 零件名称零 件 图号 xxx厂 数控加工工序卡片数控加工工序卡片 座 架WD-9901 工艺序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车 间 台 钳 ZJK7532-1 数控 工 步 号 工 步 作 业 内 容 加 工 面 刀 具 号 刀 具 规 格主轴 转速进给 速度切削 深度 备 注 1 f50面铣刀铣上表面到尺寸上表面 T01f50面铣刀1000200+15 2f20立铣刀铣四周侧面到尺寸四侧面 T02

31、f20立铣刀1000200-11 3f20立铣刀铣A、B台阶面A、B面 T02f20立铣刀1000200 0 4f6 钻头钻6个小孔小孔6 T03 f6 钻头 800100-22 5f14 钻头钻2个大孔大孔2 T04f14 钻头 500 80-22 编 制 审 核 批 准 年 月 日共 页第 页第四节 数控编程中的数值计算 内容内容 根据零件图样要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出加工零件轮廓时刀具运动轨迹上有关点坐标值的过程，称为数控编程的数值计算。基点和节点的计算基点和节点的计算 通常称构成零件的各几何元素的交点或切点为基点，如图415所示的A、B、C、D、E各点即为基点。常用连续直线段或圆弧段逼近数控设备不能完成插补的零件轮廓曲线，逼近线段的交点或切点称为节点。刀具中心轨迹的计算刀具中心轨迹的计算 辅助计算辅助计算 辅助计算包括增量计算、辅助程序段的数值计算等。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH