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1、第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础3.1.1程序编制的概念程序编制的概念程序即按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集。程序即按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集。在数控铣床上加工零件时，需要把加工零件的全部工艺过程及工艺参在数控铣床上加工零件时，需要把加工零件的全部工艺过程及工艺参数，以相应的数，以相应的CNC系统所规定的数控指令编制程序来控制机床动作，系统所规定的数控指令编制程序来控制机床动作，最终完成零件的加工。最终完成零件的加工。3.1.2程序编制的方法程序编制的方法1.手工编程：由操作者或数控程序员以人工方式完成零件整个加手工编程：由操作者或数控程序员以
2、人工方式完成零件整个加工程序编制工作的方法称为手工编程。对于加工形式较简单的零件省工程序编制工作的方法称为手工编程。对于加工形式较简单的零件省时、方便、快捷，具有较大的灵活性，节省编程费用。时、方便、快捷，具有较大的灵活性，节省编程费用。2.自动编程：自动编程也称计算机辅助编程。是以通过计算机辅自动编程：自动编程也称计算机辅助编程。是以通过计算机辅助设计（助设计（CAD）建立的几何模型为基础，再以计算机辅助制造）建立的几何模型为基础，再以计算机辅助制造（CAM）为手段，以图形交互方式生成加工程序的方法。目前常用的）为手段，以图形交互方式生成加工程序的方法。目前常用的CAD/CAM软件有软件有U
3、G、Pro/E、CATIA等。计算机辅助编程技术主要等。计算机辅助编程技术主要适合复杂零件的加工，一般都具有加工过程实时模拟功能，形象直观。适合复杂零件的加工，一般都具有加工过程实时模拟功能，形象直观。详细内容见第详细内容见第10章。章。下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础3.1.3手工编程的一般步骤手工编程的一般步骤1分析零件图样：包括分析被加工零件的加工轮廓的几何条件、分析零件图样：包括分析被加工零件的加工轮廓的几何条件、尺寸公差要求、形状和位置公差要求、表面粗糙度要求、材料与热处尺寸公差要求、形状和位置公差要求、表面粗糙度要求、材料与热处理要求、毛坯要求及生产批量等。理要求
4、、毛坯要求及生产批量等。2工艺分析：根据被加工的要素确定加工方案、选择机床、选择工艺分析：根据被加工的要素确定加工方案、选择机床、选择合适的刀具、夹具、确定进刀路线、加工余量、合适的切削用量等。合适的刀具、夹具、确定进刀路线、加工余量、合适的切削用量等。3数值计算：包括计算零件轮廓的基点坐标及节点坐标。若不用数值计算：包括计算零件轮廓的基点坐标及节点坐标。若不用刀具半径补偿功能，还要计算刀具中心轨迹。刀具半径补偿功能，还要计算刀具中心轨迹。基点指零件轮廓几何元素间的连接点，如直线与直线的交点、直基点指零件轮廓几何元素间的连接点，如直线与直线的交点、直线与圆弧的交点或切点、圆弧与圆弧之间的交点或
5、切点等。线与圆弧的交点或切点、圆弧与圆弧之间的交点或切点等。节点指用微小的直线段或圆弧段逼近非圆曲线时，这些逼近直线节点指用微小的直线段或圆弧段逼近非圆曲线时，这些逼近直线或圆弧的交点或切点。或圆弧的交点或切点。4程序编制及输入：根据前面的加工工艺和确定的数值，按所用程序编制及输入：根据前面的加工工艺和确定的数值，按所用数控系统规定的格式编制加工程序，并输入数控系统。常见的输入方数控系统规定的格式编制加工程序，并输入数控系统。常见的输入方法有系统面板键盘输入、磁盘读入、网络传输等方法。法有系统面板键盘输入、磁盘读入、网络传输等方法。上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础5程
6、序校验及首件试切：程序输入后可采用多种方法校验程序校验及首件试切：程序输入后可采用多种方法校验,如利如利用数控系统的图形模拟功能观察刀具轨迹，也可使机床空运行检验或用数控系统的图形模拟功能观察刀具轨迹，也可使机床空运行检验或采用某些软件等进行检验。程序校验完毕后对工件进行首件试切若发采用某些软件等进行检验。程序校验完毕后对工件进行首件试切若发现有加工误差应分析加工误差产生的原因予以修正。试切零件可采用现有加工误差应分析加工误差产生的原因予以修正。试切零件可采用价格低廉的材料来代替。价格低廉的材料来代替。图图3-1是利用手工编程的零件加工过程。是利用手工编程的零件加工过程。3.1.4 程序结构程
7、序结构一个完整的加工程序由程序名称、程序内容部分、程序结束部分一个完整的加工程序由程序名称、程序内容部分、程序结束部分组成。组成。程序名称主要便于从数控装置存储器中检索。不同的数控系统有程序名称主要便于从数控装置存储器中检索。不同的数控系统有不同的命名方法，西门子（不同的命名方法，西门子（SINUMERIK）系统可以用字母和数字组）系统可以用字母和数字组成，后面跟后缀名，主程序用成，后面跟后缀名，主程序用MPF作为后缀名，如作为后缀名，如“CNC_01.MPF”，主程序后缀名可省略，但必须遵循以下命名原则：主程序后缀名可省略，但必须遵循以下命名原则：（1）开始的的两个符号必须是字母。）开始的的
8、两个符号必须是字母。（2）其后的符号可以是字母、数字或下划线。）其后的符号可以是字母、数字或下划线。（3）字符数最多为）字符数最多为16个。个。上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础（4）不得使用如逗号、运算号等分隔符。）不得使用如逗号、运算号等分隔符。法那克（法那克（FANUC）系统用字母）系统用字母“O”开头，后面跟数字来表示程开头，后面跟数字来表示程序名称，主程序和子程序命名方法相同。如：序名称，主程序和子程序命名方法相同。如：“O1234”。有些国产有些国产系统用系统用%开头（南京迪特康公司的开头（南京迪特康公司的COMMAND-400T系统），后面数字系统），后面
9、数字作为程序名称，如作为程序名称，如“%1234”。程序的内容部分由若干程序段构成，每个程序段完成特定的功能。程序的内容部分由若干程序段构成，每个程序段完成特定的功能。程序段又由若干个程序字组成，常见的程序字有顺序号字、准备功能程序段又由若干个程序字组成，常见的程序字有顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字，主轴功能字、刀具功能字和辅助功能字。字、尺寸字、进给功能字，主轴功能字、刀具功能字和辅助功能字。程序字由英文字母表示的地址和后面的数字、字符组成。程序字由英文字母表示的地址和后面的数字、字符组成。程序的结束部分一般放在程序的最后，用程序的结束部分一般放在程序的最后，用M02或或M30指令
10、结束程指令结束程序。序。M30除了结束指令以外还可使程序回到头部。除了结束指令以外还可使程序回到头部。上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础3.1.5程序段格式程序段格式程序段格式是程序的书写规则。常见的程序段格式有以下几种：程序段格式是程序的书写规则。常见的程序段格式有以下几种：1字字地址程序段格式：目前最常用的程序段格式。地址程序段格式：目前最常用的程序段格式。这种格式是以地址符开头后面跟随数字或符号组成的程序字，每这种格式是以地址符开头后面跟随数字或符号组成的程序字，每个程序字根据地址来确定含义。每个程序段根据所需完成的功能选择个程序字根据地址来确定含义。每个程序段根
11、据所需完成的功能选择相应的程序字，不需要的可以省略，程序字可以不按顺序排列。如相应的程序字，不需要的可以省略，程序字可以不按顺序排列。如G01 X30 F100，采用字，采用字地址形式编制的数控程序直观，便于检查，数控地址形式编制的数控程序直观，便于检查，数控铣床大都采用这种形式。铣床大都采用这种形式。建议字建议字地址程序段中的程序字的顺序按如地址程序段中的程序字的顺序按如下排列：下排列：NGXYZFSTM2固定顺序段字形式固定顺序段字格式的程序段中没有地址符，固定顺序段字形式固定顺序段字格式的程序段中没有地址符，字的顺序和程序的长度是固定的，不能省略，如下所示：字的顺序和程序的长度是固定的，
12、不能省略，如下所示：007 01 +03500 12600 15 30 02 LF(N)(G)(X)(Y)（F）(S)(M)（回车符）（回车符）这种格式的数控系统较简单，但程序太长、不直观，故应用较少。这种格式的数控系统较简单，但程序太长、不直观，故应用较少。上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础3分割符的程序段格式分割符的程序段格式用分隔符的程序段格式也不使用地址符，但字的顺序是固定的。用分隔符的程序段格式也不使用地址符，但字的顺序是固定的。各字之间用分隔符各字之间用分隔符TAB隔开，隔开，TAB表示地址符顺序，如下所示。表示地址符顺序，如下所示。007 TAB01 TA
13、B+03500 TAB-12600 TAB150 TAB300 TAB02(N)(G)(X)(Y)(F)(S)(M)这种格式由于有分隔符，不需要的字可以省略，但必须保留相应这种格式由于有分隔符，不需要的字可以省略，但必须保留相应的分隔符。的分隔符。3.1.6坐标系坐标系为便于编程时描述机床的运动，简化程序的编制方法及保证记录为便于编程时描述机床的运动，简化程序的编制方法及保证记录数据的互换性。数控机床的坐标及方向均已标准化。各坐标轴及运动数据的互换性。数控机床的坐标及方向均已标准化。各坐标轴及运动方向规定与原则如下：方向规定与原则如下：上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础
14、1相对于静止工件而运动的原则：即假设工件是静止的，而刀具相对于静止工件而运动的原则：即假设工件是静止的，而刀具相对静止的工件而运动。在数控铣床工作时，主轴作相对静止的工件而运动。在数控铣床工作时，主轴作Z向运动，工件安向运动，工件安装在工作台上随装在工作台上随X、Y轴移动。轴移动。2标准坐标系：是右手笛卡尔坐标系，也称作右手直角坐标标准坐标系：是右手笛卡尔坐标系，也称作右手直角坐标图系。图系。如如图图3-2所示。围绕所示。围绕X、Y、Z轴作旋转的进给坐标分别以轴作旋转的进给坐标分别以A、B、C表示，表示，用右手螺旋法则可确定三个旋转轴的方向。用右手螺旋法则可确定三个旋转轴的方向。3各坐标轴的确
15、定各坐标轴的确定（1）Z坐标：坐标：Z坐标的运动是由传递切削动力的主轴所规定的。坐标的运动是由传递切削动力的主轴所规定的。对立式数控铣床而言，主轴是垂直分布的，主轴旋转带动刀具旋转切对立式数控铣床而言，主轴是垂直分布的，主轴旋转带动刀具旋转切削工件，是传递切削力的轴，所以确定为削工件，是传递切削力的轴，所以确定为Z坐标。坐标。（2）X坐标：坐标：X坐标一般是水平的，它垂直于坐标一般是水平的，它垂直于Z轴且平行于工件的轴且平行于工件的装夹平面。它是刀具或定位平面内运动的主要坐标。对于立式数控铣装夹平面。它是刀具或定位平面内运动的主要坐标。对于立式数控铣床，床，如图如图3-3（a）所示，面对刀具主
16、轴向立柱方向看，刀具向右的方所示，面对刀具主轴向立柱方向看，刀具向右的方向为向为X正向。对于卧式数控铣床，正向。对于卧式数控铣床，如图如图3-3（b）所示，从主轴向工件所示，从主轴向工件（即背对主轴）看，（即背对主轴）看，X正向指向右方。正向指向右方。上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础（3）Y坐标：坐标：Y坐标垂直于坐标垂直于X、Z坐标。在确定数控机床的坐标系坐标。在确定数控机床的坐标系时，一般首先确定时，一般首先确定Z轴，然后确定轴，然后确定X轴，最后根据右手笛卡儿坐标系确轴，最后根据右手笛卡儿坐标系确定定Y坐标。坐标。3.1.7机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件
17、坐标系1机床坐标系：数控铣床在出厂时，制造厂家在机床上设置了一机床坐标系：数控铣床在出厂时，制造厂家在机床上设置了一个固定点，以这一点为坐标系原点而建立的坐标系称为机床坐标系，个固定点，以这一点为坐标系原点而建立的坐标系称为机床坐标系，简称简称MCS，该点称为机床原点。机床原点是机床制造时的基准点。数，该点称为机床原点。机床原点是机床制造时的基准点。数控铣床的机床原点一般取控铣床的机床原点一般取X、Y、Z三个坐标轴正方向的极限位置。三个坐标轴正方向的极限位置。数控铣床上另一个重要固定点称为参考点，参考点一般离机床原数控铣床上另一个重要固定点称为参考点，参考点一般离机床原点还有一段距离，它们之间
18、的位置通过每个进给轴上的挡铁和限位开点还有一段距离，它们之间的位置通过每个进给轴上的挡铁和限位开关精确设定。机床开机后的回零操作就是要找到这个参考点以建立机关精确设定。机床开机后的回零操作就是要找到这个参考点以建立机床坐标系。通常在下列情况下要执行回零操作：床坐标系。通常在下列情况下要执行回零操作：（1）数控铣床接通电源后。）数控铣床接通电源后。上一页 下一页第第3章章 数控铣削编程基础数控铣削编程基础（2）当数控铣床超程产生报警而复位清零后。）当数控铣床超程产生报警而复位清零后。（3）当按下数控铣床的急停开关后。）当按下数控铣床的急停开关后。并不是所有的数控机床碰到上述情况都要回零操作，有些
19、数控机并不是所有的数控机床碰到上述情况都要回零操作，有些数控机床只要开机后回一次零，而有些数控机床根本就不要回零。床只要开机后回一次零，而有些数控机床根本就不要回零。2工件坐标系：也称为编程坐标系，简称工件坐标系：也称为编程坐标系，简称WCS，是为了方便编，是为了方便编程，在工件上建立的坐标系。程，在工件上建立的坐标系。工件坐标系的原点称为工件零点，根据零件的形状、尺寸和定位工件坐标系的原点称为工件零点，根据零件的形状、尺寸和定位基准等来选定。这样，可不必考虑工件毛坯装夹的实际位置，只需根基准等来选定。这样，可不必考虑工件毛坯装夹的实际位置，只需根据零件图纸编程即可。工件零点可以设在工件上，也
20、可设在夹具上，据零件图纸编程即可。工件零点可以设在工件上，也可设在夹具上，加工人员在加工前通过对刀、调试来确定，并在数控系统中设定。机加工人员在加工前通过对刀、调试来确定，并在数控系统中设定。机床坐标系原点与工件坐标系原点床坐标系原点与工件坐标系原点如图如图3-4所示。所示。上一页 返回图图3-1 手工编程零件加工过程手工编程零件加工过程图图3-1 手工编程零件加工过程手工编程零件加工过程返回3-2 右手笛卡儿坐标系右手笛卡儿坐标系3-2 右手笛卡儿坐标系右手笛卡儿坐标系返回图图3-3 数控铣床的坐标系数控铣床的坐标系图图3-3 数控铣床的坐标系数控铣床的坐标系（a）立式数控铣床的坐标系；）立式数控铣床的坐标系；（b）卧式数控铣床的坐标系）卧式数控铣床的坐标系返回图图3-4 机床坐标系原点与工件坐标系原机床坐标系原点与工件坐标系原点点图图3-4 机床坐标系原点与工件坐标系原点机床坐标系原点与工件坐标系原点返回