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1、2023/3/171第章 数控加工编程基础1.1 数控程序编制的概念1.2 数控机床的坐标系1.3 数控加工工艺设计第1页/共96页2023/3/172数控数控，即数字控制，即数字控制(NumericalControl-NC)(NumericalControl-NC)，指用数码化的信号对机床运动及，指用数码化的信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。这种机床以数字字符指令方式控制机床各部其加工过程进行控制的一种方法。这种机床以数字字符指令方式控制机床各部件相对运动，实现机床的加工。相应地这种机床称为件相对运动，实现机床的加工。相应地这种机床称为NCNC机床（机床（NCMachineNCM
2、achineToolTool）。）。1.1 数控程序编制的概念11数控机床编程的演变过程数控机床编程的演变过程1 1）数控的基本含义数控的基本含义2 2）数控编程的发展数控编程的发展控制介质控制介质：数控机床加工零件所需的控制信息和数据的载体，即用来存：数控机床加工零件所需的控制信息和数据的载体，即用来存放加工程序的载体，也称放加工程序的载体，也称程序载体。程序载体。如穿孔带、穿孔卡、磁带或磁盘等。如穿孔带、穿孔卡、磁带或磁盘等。第2页/共96页2023/3/17319081908年年，穿孔的金属薄片数据载体问世；穿孔的金属薄片数据载体问世；19381938年年，美国麻省理工学美国麻省理工学院
3、院(MIT)进行了数据的快速运算和传输，奠定了计算机数字控制系统的基础；进行了数据的快速运算和传输，奠定了计算机数字控制系统的基础；19521952年，年，研制出第研制出第1 1台三坐标数控铣床，可作直线插补，台三坐标数控铣床，可作直线插补，5757年投入使用。年投入使用。2 2）数控编程的发展数控编程的发展19531953年年，MITMIT就开始研究数控自动编程系统；就开始研究数控自动编程系统；19591959年年，第，第1 1代自动编程系统代自动编程系统APTAPT系统产生；系统产生；上世纪上世纪7070年代后年代后，NCNC发展进入软件数控阶段，编程也进入了崭新的时代，自动编发展进入软件
4、数控阶段，编程也进入了崭新的时代，自动编程先后出现了语言输入（程先后出现了语言输入（APTAPT）、图形输入、语音输入、实物模型输入等不同系）、图形输入、语音输入、实物模型输入等不同系统，其中图形编程系统应用广泛。统，其中图形编程系统应用广泛。第3页/共96页2023/3/174穿孔带穿孔带是在早期数控中使用比较广泛的数控是在早期数控中使用比较广泛的数控程序载体程序载体。典型的典型的8 8单位穿孔带如图：单位穿孔带如图：第4页/共96页2023/3/175数控加工程序应该包含在数控加工程序应该包含在CNCCNC机床上实现加工零件整个过程的所有信息，如机床上实现加工零件整个过程的所有信息，如有关
5、零件、机床、工夹具、工艺等。数控编程的过程如图：有关零件、机床、工夹具、工艺等。数控编程的过程如图：程序编制定义和方法程序编制定义和方法第5页/共96页2023/3/176 通过对零件图的分析，把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨通过对零件图的分析，把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助动作，迹、位移量、切削参数以及辅助动作，按照数控机床规定的指令代码及程序格按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单式编写成加工程序单，并把程序单中的内容记录在控制介质上，输入，并把程序单中的内容记录在控制介质上，输入CNCCNC装置装置，从而控制机床加工零件
6、。从而控制机床加工零件。这种这种从零件图分析到制成控制介质的全部过程，从零件图分析到制成控制介质的全部过程，称为数控加工的程序编制。称为数控加工的程序编制。1 1）数控编程的定义：）数控编程的定义：数控加工的过程演示如下：数控加工的过程演示如下：加工动画加工动画第6页/共96页2023/3/177数控加工流程：数控加工流程：第7页/共96页2023/3/1782 2）数控程序样本：）数控程序样本：O10O10N10G55G90G01Z40F2000N10G55G90G01Z40F2000N20M03S500N20M03S500N30G01X-50Y0N30G01X-50Y0N40G01Z-5F
7、100N40G01Z-5F100N50G01G42X-10Y0H01N50G01G42X-10Y0H01N60G01X60Y0N60G01X60Y0N70G03X80Y20R20N70G03X80Y20R20 N80M05N80M05N90M30N90M30第8页/共96页2023/3/1793)3)编程具体步骤编程具体步骤数控编制的内容主要包括：分析零件图数控编制的内容主要包括：分析零件图;确定加工工艺过程；进行刀具运动轨确定加工工艺过程；进行刀具运动轨迹坐标计算；编写迹坐标计算；编写程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切6 6个步骤，如图所示。个步
8、骤，如图所示。第9页/共96页2023/3/1710(2)(2)确定加工工艺确定加工工艺 制定数控加工工艺除考虑通常的一般工艺原则外，还应考虑充分发挥所有数制定数控加工工艺除考虑通常的一般工艺原则外，还应考虑充分发挥所有数控机床的指令功能，走刀路线要短，换刀次数尽可能少等问题。一般要考虑如下控机床的指令功能，走刀路线要短，换刀次数尽可能少等问题。一般要考虑如下几点：几点：(1)(1)分析零件图纸分析零件图纸 通过对工件材料、形状、尺寸精度及毛坯形状和热处理的分析，确定工件在通过对工件材料、形状、尺寸精度及毛坯形状和热处理的分析，确定工件在数控机床上进行加工的可行性。数控机床上进行加工的可行性。
9、确定加工方案确定加工方案 刀具、工夹具的设计和选择刀具、工夹具的设计和选择选择对刀点选择对刀点确定加工路线确定加工路线 确定切削用量确定切削用量第10页/共96页2023/3/1711(5)*(5)*制备控制介质制备控制介质程序单是文字记录，还要把程序单内容记录在控制介质上或直接输入数控装置程序单是文字记录，还要把程序单内容记录在控制介质上或直接输入数控装置存储。存储。(3)(3)数学处理数学处理在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。计算零件轮廓相邻几何元素交点或切点的坐
10、中心运动轨迹，以获得刀位数据。计算零件轮廓相邻几何元素交点或切点的坐标值，如几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等。标值，如几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等。(4)(4)编写程序单编写程序单在完成工艺处理和数值计算工作后，可以编写零件加工程序单，编程人员根据在完成工艺处理和数值计算工作后，可以编写零件加工程序单，编程人员根据所使用数控系统的指令、程序段格式，逐段编写零件加工程序。所使用数控系统的指令、程序段格式，逐段编写零件加工程序。第11页/共96页2023/3/1712)数控加工程序的编制方法数控加工程序的编制方法数控编程的方法有数控编程的方法有手工编程和自动编程手工编程和自动编
11、程，自动编程是指数控加工程序编制工，自动编程是指数控加工程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。作的大部分或全部由计算机完成。手工编程是指各个步骤均由手工编制，即从工件的图样分析、工艺过程的确手工编程是指各个步骤均由手工编制，即从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成的。整个过定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成的。整个过程如图：程如图：(6)(6)程序校验和首件试切程序校验和首件试切通常，加工程序需要人工校对检查，并在数控机床上进行试切，以检查机床的通常，加工程序需要人工校对检查，并在数控机床上进行试切，以检查机床的动作和
12、运动轨迹的正确性。动作和运动轨迹的正确性。第12页/共96页2023/3/1713手工编程过程框图手工编程过程框图第13页/共96页2023/3/171433字符与代码字符与代码字符字符（CharacterCharacter）是一个关于信息交换的术语。它是用来组织、控制或表示）是一个关于信息交换的术语。它是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等，是机器能进行存数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等，是机器能进行存储或传送的记号，是加工程序的最小组成单位。常规加工程序用的字符分四类：储或传送的记号，是加工程序的最小组成单位。常规加工程序用的字符分四
13、类：一一:字母，由大写字母，由大写2626个英文字母组成；个英文字母组成；二二:数字和小数点，由数字和小数点，由0 09 9及一个小数点组成；及一个小数点组成；三三:符号，由符号，由+、-号组成；号组成；四四:功能字符，由程序开始（结束）符（如功能字符，由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。）等组成。第14页/共96页2023/3/171544字与功能字字与功能字字字是指数控加工程序可执行指令（程序段）中每个可作为一个单元信息存是指数控加工程序可执行指令（程序段）中每个可作为一个单元信息存储、
14、传递和操作的储、传递和操作的含义明确的字符串含义明确的字符串，称为程序字。如：，称为程序字。如：代码代码由字符组成，有美国电子工业协会标准由字符组成，有美国电子工业协会标准(EIAEIAElectronic Industries Electronic Industries AssociationAssociation)和国际标准化协会标准和国际标准化协会标准(ISOISOInternational Standardization International Standardization OrganizationOrganization)两种代码的标准。两种代码的标准。常规加工程序中的字都是由
15、一个英文字母与随后的若干位常规加工程序中的字都是由一个英文字母与随后的若干位1010进制数字组成。进制数字组成。英文字母称为地址符英文字母称为地址符，地址符与数字间可加正、负号。，地址符与数字间可加正、负号。N30G01X-50Y0N30G01X-50Y0第15页/共96页2023/3/1716机能机能地址符地址符说明说明程序号程序号O O或或P P或或%程序编号地址程序编号地址程序段号程序段号N N程序段顺序编号地址程序段顺序编号地址坐标字坐标字X X，Y Y，Z Z；U U，V V，W W；P P，Q Q，R R；A A，B B，C C；D D，E E；R R；I I，J J，K K；直线
16、坐标轴直线坐标轴旋转坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧半径圆弧中心坐标圆弧中心坐标准备功能准备功能G G指令动作方式指令动作方式辅助功能辅助功能M M，B B；开关功能，工作台分度等开关功能，工作台分度等补偿值补偿值H H或或D D补偿值地址补偿值地址暂停暂停P P或或X X或或F F暂停时间暂停时间重复次数重复次数L L或或H H子程序或循环程序的循环次子程序或循环程序的循环次切削用量切削用量S S或或V VF F主轴转数或切削速度主轴转数或切削速度进给量或进给速度进给量或进给速度刀具号刀具号T T刀库中刀具编号刀库中刀具编号表1常用地址符第16页/共96页2023/3/1717程序段程序段功能字
17、功能字按其功能的不同可分为按其功能的不同可分为7 7种类型，分别是：顺序号字、准备功能种类型，分别是：顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴转速字、刀具功能字和辅助功能字。字、尺寸字、进给功能字、主轴转速字、刀具功能字和辅助功能字。NGXFSTM主轴功能字主轴功能字辅助功能字辅助功能字进给功能字进给功能字准备功能字准备功能字程序段号程序段号尺寸字尺寸字刀具功能字刀具功能字程序段功能字的一般顺序格式：程序段功能字的一般顺序格式：程序段各功能字的先后次序不严格规定。程序段各功能字的先后次序不严格规定。第17页/共96页2023/3/17181 1）顺序号字）顺序号字程序段程序段功能字功能字
18、按其功能的不同可分为按其功能的不同可分为7 7种类型，分别是：顺序号字、准备功能种类型，分别是：顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴转速字、刀具功能字和辅助功能字。字、尺寸字、进给功能字、主轴转速字、刀具功能字和辅助功能字。顺序号又称程序段号或程序段序号。位于程序段之首，由地址符顺序号又称程序段号或程序段序号。位于程序段之首，由地址符N N和后续和后续2 24 4数字组成。数字组成。顺序号的作用：顺序号的作用：对程序的校对和检索修改；作为条件转向的目标，即作为转对程序的校对和检索修改；作为条件转向的目标，即作为转向目的程序段的名称。有顺序号的程序段可以进行复归操作，指加工可以从程序的
19、向目的程序段的名称。有顺序号的程序段可以进行复归操作，指加工可以从程序的中间开始，或回到程序中断处开始。中间开始，或回到程序中断处开始。顺序号的使用规则：顺序号的使用规则：为正整数，编程时将第一程序段冠以为正整数，编程时将第一程序段冠以N10,N10,以后以间隔以后以间隔1010递增，以便于修改。递增，以便于修改。第18页/共96页2023/3/1719数控加工程序的执行顺序：数控加工程序的执行顺序：数控加工顺序是严格按照程序段编写时的排列顺序来逐段执行的，其顺序数控加工顺序是严格按照程序段编写时的排列顺序来逐段执行的，其顺序号只是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关，与计算机高级语言程序号
20、只是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关，与计算机高级语言程序按标号执行的规则是不一样的按标号执行的规则是不一样的。准备功能字的地址符是准备功能字的地址符是GG，又称为，又称为GG功能或功能或GG指令，是用于建立机床或控制指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。后续数字一般为系统工作方式的一种指令。后续数字一般为2 23 3位正整数。常用为位正整数。常用为G00G00G99G99，常见日本，常见日本FANUCFANUC、SIEMENSSIEMENS、中国国标、中国国标JB3208-1983JB3208-1983的的GG代码对照如代码对照如表表1 11 1（P6)P6)2 2）准备功
21、能字）准备功能字第19页/共96页2023/3/17203 3）尺寸字）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。表示时间暂停的指令也尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。表示时间暂停的指令也包含在内。其中，用的较多的尺寸地址符号有包含在内。其中，用的较多的尺寸地址符号有3 3组：组：第一组第一组 X X，Y Y，Z Z，U U，V V，WW，P P，QQ，RR用于指令到达点的直线坐标尺寸；用于指令到达点的直线坐标尺寸；第二组第二组 A A，B B，C C，D D，EE用于指令到达点的的角度坐标尺寸；用于指令到达点的的角度坐标尺寸；第三组第三组 I I，J J，KK用于指令零件圆
22、弧轮廓的圆心坐标尺寸。用于指令零件圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在在FANUCFANUC的有些系统中，还可用的有些系统中，还可用P P指令暂停时间、用指令暂停时间、用R R指令圆弧的半径等。指令圆弧的半径等。第20页/共96页2023/3/1721多数数控系统可以用准备功能字来选择坐标尺寸的制式，如多数数控系统可以用准备功能字来选择坐标尺寸的制式，如FANUCFANUC系统可用系统可用G20/G21G20/G21来选择来选择英制单位英制单位/米制单位米制单位，也有些系统用系统参数来设定尺寸制式。也有些系统用系统参数来设定尺寸制式。机机床通电默认床通电默认G21G21状态状态.坐标尺寸字制式的选择坐标
23、尺寸字制式的选择采用米制时，一般单位为采用米制时，一般单位为mmmm，如，如X100X100指令的坐标单位为指令的坐标单位为100mm100mm。一些数控系一些数控系统可通过参数来选择不同的尺寸单位。统可通过参数来选择不同的尺寸单位。米制常用单位一般用：米制常用单位一般用：1m1m、10m10m和和1mm1mm；英制常用单位一般用：英制常用单位一般用：0.0001in0.0001in和和0.001in0.001in；第21页/共96页2023/3/17224 4）进给功能字）进给功能字进给功能字的地址符是进给功能字的地址符是F F，又称为，又称为F F功能或功能或F F指令，用于指定切削的进给
24、速指令，用于指定切削的进给速度。度。对于车床，对于车床，F F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，常用可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，常用G94G94和和G95G95；对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F F指令在螺纹切削程序段中常用来指令导程。指令在螺纹切削程序段中常用来指令导程。5 5）主轴转速功能字）主轴转速功能字主轴转速功能字的地址符是主轴转速功能字的地址符是S S，又称为，又称为S S功能或功能或S S指令，一般用于直接指定指令，一般用于直接指定主轴转速，单位为主轴转速，单位为rpmrpm。对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的对于具有
25、恒线速度功能的数控车床，程序中的S S指令用来指定车削加工的线速指令用来指定车削加工的线速度数。度数。第22页/共96页2023/3/1723刀具功能字的地址符是刀具功能字的地址符是T T，又称为，又称为T T功能或功能或T T指令，用于指定加工时所用刀指令，用于指定加工时所用刀具的编号。具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。T T后面的数字分后面的数字分2 2位、位、4 4位、位、6 6位。对于位。对于4 4位数字来说，如：位数字来说，如：TTXXXXXXXX当前刀具号当前刀具号刀补地址号刀补
26、地址号7 7）辅助功能字）辅助功能字辅助功能字的地址符是辅助功能字的地址符是MM，后续数字一般为，后续数字一般为1 13 3位正整数，又称为位正整数，又称为MM功能或功能或MM指指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，常用令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，常用M00M00M99M99见表见表1 12 2。6 6）刀具功能字）刀具功能字第23页/共96页2023/3/172455程序段与加工程序一般格式程序段与加工程序一般格式程序段作为加工程序一条可执行的具体指令，有若干程序字组成，代表着程序段作为加工程序一条可执行的具体指令，有若干程序字组成，代表着一个工步或一个动作，是可作为一个单位
27、来处理的连续程序字组合。例如在一个工步或一个动作，是可作为一个单位来处理的连续程序字组合。例如在FANUCOTFANUCOT系统数控车床中，其格式如下：系统数控车床中，其格式如下：N4G2X(U)4.3Z(W)4.3F3.4M2S4T4;N4G2X(U)4.3Z(W)4.3F3.4M2S4T4;其中：其中：（1 1）N,G,X,Z,U,W,F,M,SN,G,X,Z,U,W,F,M,S等均为地址功能字等均为地址功能字;4.34.3表示一个正的或负的最多可有表示一个正的或负的最多可有4 4位整数；位整数；3 3位小数的数值；位小数的数值；3.43.4表示一表示一个正的最多有个正的最多有3 3位整数
28、，位整数，4 4位小数的数值；位小数的数值；4 4表示一个表示一个4 4位正整数；位正整数；2 2表示一个表示一个2 2位位正整数。正整数。1 1）程序段格式）程序段格式第24页/共96页2023/3/1725N0012G00M03X0012.340;N0012G00M03X0012.340;N12G0M3X12.34N12G0M3X12.34注意：注意：在书写和打印程序段时，每个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如在书写和打印程序段时，每个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如此；此；程序段格式是指一个程序段中程序字、字符、数据的书写规则；程序段格式是指一个程序段中程序字、字符、数据的
29、书写规则；不同的数控系统，往往有不同或大同小异的程序段格式。不同的数控系统，往往有不同或大同小异的程序段格式。（2 2）几种等效的表示方法）几种等效的表示方法第25页/共96页2023/3/17262 2）加工程序的一般格式）加工程序的一般格式（1 1）程序开始符、结束符）程序开始符、结束符程序开始符、结束符是同一个字符，程序开始符、结束符是同一个字符，ISOISO代码中是代码中是%，EIAEIA代码中是代码中是EPEP，书，书写时要单列一段。写时要单列一段。一般系统默认或可省略。一般系统默认或可省略。（2 2）程序名）程序名程序名有两种形式：一种是英文字母程序名有两种形式：一种是英文字母OO
30、和和1 14 4位正整数组成；另一种是由位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。一般要求单列一段。英文字母开头，字母数字混合组成的。一般要求单列一段。（3 3）程序主体）程序主体程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。加工程序是由若干程序段组成的，还包括开始和结束符，一般格式说明如下：加工程序是由若干程序段组成的，还包括开始和结束符，一般格式说明如下：第26页/共96页2023/3/1727（4 4）程序结束指令）程序结束指令程序结束指令用程序结束指令用M02M02或或M30M30。一般也要求单列一段。区别是
31、。一般也要求单列一段。区别是M30M30在程序自动在程序自动运行结束后光标返回程序开头，执行指向程序开头，而运行结束后光标返回程序开头，执行指向程序开头，而M02M02没有此功能。没有此功能。加工程序的一般格式举例：加工程序的一般格式举例：%/%/开始符开始符O1000;/O1000;/程序名程序名N10G00G54X50Y30M03S3000;N10G00G54X50Y30M03S3000;N20G01X88.1Y30.2F500T02M08;N20G01X88.1Y30.2F500T02M08;N30X90;/N30X90;/程序主体程序主体N300M30;N300M30;%/结束符结束符
32、第27页/共96页2023/3/17281.2数控机床的坐标系11坐标系及运动方向的规定坐标系及运动方向的规定1)1)右手笛卡尔直角坐标系右手笛卡尔直角坐标系特点是各个坐标轴与机床的主要导轨相平行，坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕各轴回转运动+A、+B、+C及其正方向用右手螺旋定则确定。第28页/共96页2023/3/17292)2)右手笛卡尔直角坐标系的应用举例右手笛卡尔直角坐标系的应用举例第29页/共96页2023/3/17303)坐标系确定原则刀具相对于静止工件运动的原则刀具相对于静止工件运动的原则即在确定机床加工过程或编程时，不论即在确定机床加工过程或编程时，不论
33、是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动。刀具在移动。标准坐标系规定标准坐标系规定为判定机床运动的方向和距离而建立的坐标系，称机床为判定机床运动的方向和距离而建立的坐标系，称机床坐标系，吻合右手笛卡尔直角坐标系。坐标系，吻合右手笛卡尔直角坐标系。机床运动的正方向机床运动的正方向规定刀具远离工件的方向为坐标的正方向。规定刀具远离工件的方向为坐标的正方向。机机床床直直线线坐坐标标轴轴XYZXYZ的的判判定定顺顺序序先先Z Z轴轴，再再X X轴轴，最最后后按按右右手手定定则则判判定定Y Y轴。轴
34、。ISOISO标准规定：标准规定：第30页/共96页2023/3/17314 4）机床坐标轴的确定）机床坐标轴的确定Z Z坐标的运动方向是由传坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定递切削动力的主轴所决定的，的，即即平行于主轴轴线的平行于主轴轴线的坐标轴即为坐标轴即为Z Z坐标，坐标，Z Z坐标坐标的正向为刀具离开工件的的正向为刀具离开工件的方向。方向。（1 1）Z Z坐标轴的确定坐标轴的确定卧式车床卧式车床Z Z坐标轴确定坐标轴确定第31页/共96页2023/3/17324 4）机床坐标轴的确定）机床坐标轴的确定(1)(1)Z Z坐标轴的确定坐标轴的确定对于没有主轴的机床，或机床有几根主轴
35、，或主轴能够摆动，则以与装夹工件的工作台面相垂直的方向为Z坐标轴方向。钻镗床钻入的方向为Z方向。立立式式铣铣床床Z Z坐坐标标轴轴卧卧式式铣铣床床Z Z坐坐标标轴轴第32页/共96页2023/3/1733X X坐标一般是水平的，平行于工件的装夹平面或水平导轨面，且垂直于坐标一般是水平的，平行于工件的装夹平面或水平导轨面，且垂直于Z Z坐标坐标轴。轴。X X轴是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。轴是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），（如车床、磨床等），X X坐标的方向是在工件的径向上，且坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座导轨
36、面。平行于横滑座导轨面。刀具远离工件旋转中心的方向为刀具远离工件旋转中心的方向为X X轴正方向。轴正方向。对于刀具旋转的机床对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床）：（如铣床、镗床、钻床）：l l如如Z Z轴是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方向为轴是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方向为X X轴的正方轴的正方向。如立式铣床；向。如立式铣床；l l如果如果Z Z轴是水平的，则面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为轴是水平的，则面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为X X轴的正轴的正方向，如卧式铣床。方向，如卧式铣床。(2)X(2)X坐标轴的确定坐标轴的确定第33页/共96页
37、2023/3/17344 4）机床坐标轴的确定）机床坐标轴的确定(2)(2)X X坐标轴的确定坐标轴的确定第34页/共96页2023/3/1735(3)Y(3)Y轴的确定轴的确定 Y Y坐标轴根据坐标轴根据X X坐标和坐标和Z Z坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来判断。坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来判断。(4)(4)旋转运动的确定旋转运动的确定围绕坐标轴围绕坐标轴X X、Y Y、Z Z旋转的运动，分别用旋转的运动，分别用A A、B B、C C表示。它们的正方向用右表示。它们的正方向用右手螺旋法则判定。手螺旋法则判定。(5)(5)附加轴附加轴如果在如果在XYZXYZ主要坐标以外，
38、还有平行于它们的坐标，第二组是主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，第二组是UVWUVW，第三组，第三组是是PQRPQR；对于旋转运动，对应于；对于旋转运动，对应于ABCABC可分别指定为可分别指定为DEFDEF。第35页/共96页2023/3/1736立式车床立式车床Z Z坐标轴坐标轴4 4）机床坐标轴的确定）机床坐标轴的确定（1 1）Z Z坐标轴的确定坐标轴的确定第36页/共96页2023/3/1737(7)(7)主轴正旋转主轴正旋转方向与方向与C C轴正方向的关系轴正方向的关系主轴正旋转方向主轴正旋转方向 从主轴从主轴尾端尾端向前端向前端(装刀具或工件端装刀具或工件端)看，顺时针为主轴正旋
39、转看，顺时针为主轴正旋转方向。方向。对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C C轴正方向相同；轴正方向相同；对于钻、镗、铣加工中心，对于钻、镗、铣加工中心，主轴的正旋转方向为右旋螺纹进入工件的方向，主轴的正旋转方向为右旋螺纹进入工件的方向，与与C C轴正方向相反。轴正方向相反。注意：主轴并不等于注意：主轴并不等于Z Z轴轴(6)(6)工件运动时的相反方向工件运动时的相反方向对于工件运动而不是刀具运动的机床，用带对于工件运动而不是刀具运动的机床，用带“”的字母，表示工件运动的正的字母，表示工件运动的正方向。它与不带方向。它与不带“”的字母所表示刀具运动的
40、方向相反。的字母所表示刀具运动的方向相反。第37页/共96页2023/3/1738第38页/共96页2023/3/17391)1)机床坐标系、机床原点机床坐标系、机床原点数控机床坐标系是机床的基本坐标系，其原点也称机床原点或机床零点。数控机床坐标系是机床的基本坐标系，其原点也称机床原点或机床零点。机床原点机床原点是在机床上设置的一个固定点是在机床上设置的一个固定点，它由生产厂家在机床装配、调试时就，它由生产厂家在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。这个点不是一个硬件点，这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。而是一个定
41、义点。22坐标系的原点坐标系的原点(1)(1)数控车床的机床原点数控车床的机床原点在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，如图在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，如图OO1 1点。点。有时，有时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X X、Z Z坐标的正方向极坐标的正方向极限位置上。限位置上。第39页/共96页2023/3/1740数控车床原点数控车床原点数控铣床原点数控铣床原点(2)(2)数控铣床的原点数控铣床的原点 在数控铣床上，机床原点一般在数控铣床上，机床原点一般取在取在X X、Y Y、Z Z坐标的
42、正方向极限坐标的正方向极限位置上，见图。位置上，见图。第40页/共96页2023/3/1741加工中心原点加工中心原点(3)(3)立式加工中心的机床原点立式加工中心的机床原点一般在机床最大加工范围平面的左前角。如图一般在机床最大加工范围平面的左前角。如图MM点。点。第41页/共96页2023/3/1742机床参考点是采用增量式测量数控机床所必须具有的。机床参考点是采用增量式测量数控机床所必须具有的。机床原点是由机床参考机床原点是由机床参考点体现出来的。点体现出来的。机床参考点是一个硬件点。机床参考点是一个硬件点。它是数控机床工作区确定的一个点，它是数控机床工作区确定的一个点，与机床原点有确定的
43、尺寸联系。与机床原点有确定的尺寸联系。采用增量式测量的数控机床开机后，都必须做回零操作，采用增量式测量的数控机床开机后，都必须做回零操作，即利用机床操作面板即利用机床操作面板有关按钮，使刀具或工作台退回到机床参考点中。有关按钮，使刀具或工作台退回到机床参考点中。回零操作又称为返回参考点操作。回零操作又称为返回参考点操作。当返回参考点的工作完成后，当返回参考点的工作完成后，CRT/LCDCRT/LCD显示显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。2)2)数控机床参考点数控机床参考点第42页/共96页2023/3
44、/1743机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上硬件方式用限位开关精机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上硬件方式用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。已知数。2)2)数控机床参考点数控机床参考点通常在数控铣床上机床原点和通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；机床参考点是重合的；在数控车床上机床参考点是离在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。机床原点最远的极限点。图示为数控车床的参考点。图示为数控车床的参考点。v机床参考点是机床上的一个固定点，
45、用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制。第43页/共96页2023/3/1744机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上硬件方式用限位开关精机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上硬件方式用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。已知数。2)2)数控机床参考点数控机床参考点通常在数控铣床上机床原点和通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；机床参考点是重合的；在数控车床上机床参考点是离在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。机床原点最远
46、的极限点。图示为数控铣床的参考点。图示为数控铣床的参考点。第44页/共96页2023/3/1745编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系，供编程编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系，供编程使用，该坐标系的原点即为编程原点。使用，该坐标系的原点即为编程原点。确定编程坐标系时确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位机床上的实际装夹位置。置。如图，其中如图，其中OO2 2即为即为编程原点。编程原点。编程原点编程原点3)3)编程坐标系、编程原点编程坐标系、编程原点第45页/共96页2023/3/17463)3)编程坐标系、编程原点编程
47、坐标系、编程原点注意：注意：编程原点应尽量选择在零件的编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准设计基准或工艺基准上，并编程坐标系中各轴的上，并编程坐标系中各轴的方向应该与机床坐标系各轴方向一致，使编程方便。方向应该与机床坐标系各轴方向一致，使编程方便。也称工件坐标系、工件原点或工件零点。也称工件坐标系、工件原点或工件零点。第46页/共96页2023/3/1747加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称加工原点也称为程序原点，为程序原点，是指零件被装夹好后，其相应的编程原点在机床坐标系中的位置是指零件被装夹好后，其相
48、应的编程原点在机床坐标系中的位置。如图中如图中OO3 3所示。所示。4)4)加工坐标系、加工原点加工坐标系、加工原点加工原点加工原点加工原点加工原点第47页/共96页2023/3/17484)4)加工坐标系、加工原点加工坐标系、加工原点加工原点的作用：加工原点的作用：数控机床是按照工件装夹好后所确定的加数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的；工原点位置和程序要求进行加工的；编程是根据零件图样而不考虑工件毛坯装编程是根据零件图样而不考虑工件毛坯装夹的实际位置进行的；夹的实际位置进行的；加工时工件各尺寸的坐标值加工时工件各尺寸的坐标值都是相对于加都是相对于加工原点而言的
49、，为保证机床准确加工，应明工原点而言的，为保证机床准确加工，应明确加工原点的设定值。如图中确加工原点的设定值。如图中X3,Y3,Z3X3,Y3,Z3。第48页/共96页2023/3/1749*加工坐标系的设定加工坐标系的设定例：例：在配置在配置FANUC-OMFANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点系统的立式数控铣床上设置加工原点0303。编程原点设置。编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。如图：在工件轴心线与工件底端面的交点上。如图：在机床坐标系中直接设定法：在机床坐标系中直接设定法：第49页/共96页2023/3/1750*加工坐标系的设定加工坐标系的设定（1 1）加工坐标
50、系的选择）加工坐标系的选择 设：设：工作台工作面尺寸为工作台工作面尺寸为800mm320mm800mm320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其确定了加工坐标系的位置，其加工原点加工原点0303就在距机床原点就在距机床原点O1O1为为X3X3、Y3Y3、Z3Z3处处。并且：并且：X3=-345.700mmX3=-345.700mmY3=-196.220mmY3=-196.220mmZ3=-53.165mmZ3=-53.165mm第50页/共96页2023/3/1751*加工坐标系的设定加工坐标系的设定（2 2）设定加工坐标系）设定加