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1、第二章数控加工的程序编制2.1.1数控编程的基本概念根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制的数控加工指令序列，就是数控加工程序，或称零件程序。要在数控机床上进行加工，数控加工程序是必须的。制备数控加工程序的过程称为数控加工程序的编制，简称数控编程。第1页/共62页数控程序编制的内容与步骤零件图纸分析零件图纸分析确定加工的工艺路线确定加工的工艺路线刀位轨迹计算刀位轨迹计算编写程序编写程序程序输入程序输入程序校验、试切程序校验、试切加工加工第2页/共62页编程方法1。手工编程：是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、
2、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成.2。自动编程：自动编程是采用计算机辅助数控编程技术实现的，需要一套专门的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的语言编程系统和交互式CADCAM集成化编程系统。第3页/共62页图形交互自动编程系统CAM自动编程系统:和CAD数据库及CAPP系统有效的连接；三维设计、分析、NC加工于一体。常见的CAD/CAM系统：CATIA Solid worksPro/Engineering MasterCAMCimatron Delcam(Powermill)UG I-DEAS
3、 CAXA Edgecam(数控编程系统cam)主要处理过程：1几何造型2刀具走刀路径的产生3后置处理 第4页/共62页常见的CAD/CAMCAD/CAM系统发展示意图第5页/共62页编程方法3。APT是一种自动编程工具（AutomaticallyProgrammedTool）的简称，是对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。在编程时编程人员依据零件图样，以APT语言的形式表达出加工的全部内容，再把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDATAfile），通过后置处理后，生成数控系统能接受的零件数控加
4、工程序的过程。第6页/共62页APT自动编程零件源程序:用专用的语言和符号来描述零件图纸上的几何形状及刀具相对零件运动的轨迹、顺序和其它工艺参数等。零件源程序零件源程序后置处理后置处理输入翻译输入翻译数值计算数值计算穿孔纸带穿孔纸带加工程序单加工程序单编译程序编译程序通用计算机通用计算机 APTAPT自动编程系统自动编程系统第7页/共62页2.2数控编程的基础2.2.1编程的几何基础1机床坐标系机床上固有的坐标系。数控机床各轴的标识是根据右手定则。当右手拇指指向正X轴方向，食指指向正Y轴方向时，中指则指向正Z轴方向。第8页/共62页X、Z坐标方向X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定
5、X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。注：编程时，假定工件相对静止；机床主轴与Z轴重合或平行。第9页/共62页数控立式铣数控立式铣床的坐标系床的坐标系 数控车床的坐标系数控车床的坐标系 第10页/共62页2.机床零点与参考点机床坐标系（G53）的原点称为机床零点。机床零点是机床上的
6、一个固定点，由机床制造厂制定，它是其它所有坐标系，如工件坐标系、编程坐标系以及机床参考点的基准点。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，见下页图。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见下页图。参考点是用于对机床工作台(或滑板)与刀具相对运动的增量测量系统进行定标和控制的点。参考点的位置是由每个运动轴上的挡铁和限位开关精确地预先确定好的。数控铣床的参考点位置，各生产厂家不一致。有的设在机床工作台中心。有的设在进给行程范围的终点。开机后需先回参考点。第11页/共62页车床的机
7、床原点 铣床的机床原点 数控车床的参考点通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；第12页/共62页3.工件坐标系与工件零点 编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素(点、直线、圆弧等)的位置而建立的坐标系，工件坐标系的原点即是工件零点。选择工件零点的原则是便于将工件图的尺寸方便地转化为编程的坐标值和提高加工精度，故一般选在工件图样的尺寸基准上，能使工件方便地装卡、测量和检验的位置，尺寸精度和粗糙度要求比较高的工件表面上，对称几何图形的对称中心上。车削工件零点一般放在工件的右端面或左端面，且与主轴中心线重合的地方。铣削工件零点一般设在工件外轮廓的基一
8、角上，进刀深度方向的工件零点大多取在工件表面。第13页/共62页编程坐标系 第14页/共62页换刀点在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。但必须与零件的定位基准有一定的关系。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如车床）。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不
9、碰工件及其他部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。第15页/共62页4编程零点编程零点是编程坐标系的零点，即是程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点。即编程坐标系就是工件坐标系。因此，编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定。而对于形状特别复杂的零件，需要几个程序或子程序。为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置。（数据寄存在G54，或者G55G59中，根据需要进行调用。）G90 G54 G00 X30.0 Y40.0第16页/共62页数控程序编制的国际标准和国家标准1.ISO代码和EIA代码 国际标准化协会和美国电子工业协会2.数
10、控标准的内容：数控的名词术语；数控机床的坐标轴和运动方向；数控机床的字符编码（ISO代码、EIA代码）；数控编程的程序段格式；准备机能（G代码）和辅助机能（M代码）；进给功能、主轴功能和刀具功能。第17页/共62页程序结构与程序段格式加工程序的结构 加工程序主程序和子程序程序段(block)字(word)地址和数据NGX.Y.FSTMLFNGX.Y.FSTMLF程序段序号程序段序号 准备机能字准备机能字 坐标字坐标字 进给功能字进给功能字 主轴转速功能字主轴转速功能字 刀具功能字刀具功能字 辅助功能字辅助功能字 结束符结束符 程序段格式第18页/共62页N表示程序段的顺序号，N0000N999
11、9，有的控制系统可以省略程序段的顺序号。G表示准备功能指令，范围是G00G99，主要是控制刀具的走刀方式、补偿方式及加工环境的设定。详见表2-2。X、Y、Z为刀具的位移数据，其中，未发生改变的坐标分量可省略不写。U、V、W为刀具位移的增量坐标值。I、J、K为圆弧的圆心相对于圆弧起点的增量坐标值。R表示圆弧的半径，当圆弧大于180时，R用负值表示。注意：在程序中，R与I、J、K只能取其中一种，当用R表示圆弧半径时，则不能用I、J、K表示圆心的相对位置。反之依然。第19页/共62页T表示所选用的刀具，范围是T00T99。其中，T00表示空刀，T01T99表示刀具在刀具库中的顺序号。其常与M06配合
12、使用，表示换刀操作。有的控制系统T后面有四位数字，其前两位表示刀具的顺序号，后两位表示刀具的补偿地址。H或D表示刀具的补偿地址，在地址中存放的是刀具半径补偿量或刀具长度补偿量。S表示主轴转速指令，用整数表示。单位是：转/分（即r/min或RPM）。M表示辅助功能指令，主要用于指定机床的操作方式和工作条件。如机床主轴的启停、冷却液的开关、主轴的旋转方向等。详见表2-3。F 表示刀具进给指令，单位分别为：毫米/分或毫米/转（即mm/min或mm/r、又为MMPM或MMPR）。；、*、$、或LF是程序段结束的标志控制系统不同，结束标志也不尽相同，有的控制系统是直接以回车表示程序段的结束。第20页/共
13、62页常用地址字符 地址字意 义A、B、C围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字，如A80（A轴正向旋转80度）。F、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能G 准备机能I、J、K插补参数M 辅助机能N 程序段序号U、V、W与X、Y、Z轴平行的第2移动坐标尺寸字X、Y、Z主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字第21页/共62页国际标准化组织准规定的准备功能指令代码G代码模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替非模态代码：的功能仅在所出现的程序段内有效同组的两个代码不能出现在一个程序段中不同组的G代码根据需要可以在一个程序段中出现第22页/共62页辅助功能
14、指令 辅助功能指令又称M代码指令，主要用于数控机床开、关量的控制。如主轴的正、反转，冷却液的开、停，工件的夹紧、松开，程序结束等。数控机床控制系统常用的辅助功能指令：1.程序暂停指令M002.计划停止指令M013.程序结束指令M024.纸带结束指令M30第23页/共62页第24页/共62页1程序暂停指令M00程序暂停指令M00可使主轴停转、冷却液关闭、刀具进给停止而进入程序停止状态。如果操作者要继续执行下面的程序，就必须按控制面板上的“循环启动”按钮。2计划停止指令M01计划停止指令M01功能与M00相同，但在程序执行前须按下“任选停止”或“计划停止”按钮，否则M01功能不起作用，程序将继续执
15、行下去。第25页/共62页3程序结束指令M02程序结束指令M02能使主轴停转、冷却液关闭、刀具进给停止，并将控制部分复位到初始状态。可见，M02比M00的功能多了一项“复位”，它编在程序的最后一条程序段中，用以表示程序的结束。4纸带结束指令M30纸带结束指令M30能使主轴停转、冷却液关、刀具进给停止、将控止部分复位到初始状态并倒带。它比M02多了一个“倒带”功能。它的位置与M02相同，是程序结束的标志。只用于由纸带输入加工指令程序的方式。注意：M02与M30不能出现在同一程序中。第26页/共62页M03M03：主轴正转主轴正转 程序执行至程序执行至M03M03，主轴即正方向旋，主轴即正方向旋转
16、，转，车床主轴正转时，由+Z看向-Z，主轴带动工件逆时针旋转。M04M04：主轴反转主轴反转 程序执行至程序执行至M04M04，主轴即反方向旋转。，主轴即反方向旋转。5主轴正反转及停止主轴正反转及停止 第27页/共62页M05M05的几个使用说明的几个使用说明1.用于程序结束前；2.若数控车床有主轴高速档（M42）、主轴低速档（M41）指令时，在换档之前，必须使用M05，使主轴停止。3.主轴正、反转之间的转换时，必须使用M05，以免伺服电动机受损。M05：主轴停止 程序执行至M05，主轴旋转瞬间停止。第28页/共62页 M08：切削液开 程序执行至M08，即启动润滑泵，但必须配合执行操作面板上
17、的CLNT auto键，处于“NO”状态。M09：切削液关 用于程序执行完毕之前，将润滑泵关闭。6冷却液的开关第29页/共62页程序格式一个完整的程序必须有三部分组成：1准备程序段2.加工程序段3.结束程序段第30页/共62页数控程序示例第31页/共62页1准备程序段准备程序段是程序的准备部分，必须位于加工程序段的前面，其内容包括：1）程序号O01O99或%，有的数控系统可以没有程序号；2）确定输入方式G90或G91；3)工件坐标系的建立G92或G54G59中的任一个；4)刀具选取T_或T_；5）主轴转速与旋转方向S_、M03或M04；6）冷却液打开M08；7）刀具快速定位G00X_Y_；G0
18、0Z_；8）建立第一个刀具补偿点G41/G42或G43/G44。第32页/共62页2.加工程序段加工程序段是根据具体要加工零件的加工工艺，按刀具切削点位轨迹编写加工程序段的。3.结束程序段结束程序段一般包括以下内容：刀具快速回退到程序起点；主轴停转M05；冷却液关闭M09；取消刀具补偿G40或G49；程序结束代码M02或M30。注意当程序是以%开始时，程序的最后一行也应以%为结束标志。程序段的结束符号，在一个程序中应保持统一。第33页/共62页设定工件坐标系指令G90G54G00X30.0Y40.0机床坐标系原点机床坐标系原点参考点参考点局部坐标系局部坐标系局部坐标系局部坐标系G59G59G5
19、8G58G57G57G56G56G55G55G54G54第34页/共62页G92设置工件坐标系（铣床）设置加工坐标系指令G92数控铣床编程书写格式：G92X_Y_Z_G92指令是规定工件坐标系坐标原点的指令，工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值x、y、z为刀具刀位点在工件坐标系中(相对于程序零点)的初始位置。执行G92指令时，机床不动作，即X、Y、Z轴均不移动。坐标系设定的预置寄存指令，它只有在采用绝对坐标编程时才有意义。例：G92X20Y10Z10其确立的加工原点在距离刀具起始点X=-20，Y=-10，Z=-10的位置上,如图所示。第35页/共62页 工件装夹以后，刀尖距工件坐标系原点的
20、X向尺寸和Z向尺寸分别为a、b，可用以下指令：G50XaZb其中，a、b一般应取正值，是加工过程刀尖的起始位置及加工过程中的换刀位置。G50均是以绝对值方式输入。G50设置工件坐标系（车床）第36页/共62页按下图设置工件坐标系的程序段如下：G50 X128.7 Z375.1 第37页/共62页说明1、G54G59是系统预置的六个坐标系，可根据需要选用。2、该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。16号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。3、G54G59预置建立的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值可用MDI方式输入，系统自动记忆。4、使用该组指令前，必
21、须先回参考点。5、G54G59为模态指令，可相互注销。第38页/共62页选择机床坐标系（4）、G53-选择机床坐标系编程格式：G53G90XYZ；G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中X、Y、Z后的值为机床坐标系中的坐标值。例：G53X-100Y-100Z-20G53为非模态指令,只在当前程序段有效.（5）、G52局部坐标系设定编程格式：G52XYZ；式中X、Y、Z后的值为局部原点相对工件原点的坐标值。第39页/共62页几个坐标系指令应用举例如图所示从A-B-C-D行走路线第40页/共62页编程如下N01G54G00G90X30.0Y40.0快速移到G54中的A点N02G59
22、将G59置为当前工件坐标系N03G00X30.0Y30.0移到G59中的B点N04G52X45.0Y15.0在当前工件坐标系G59中建立局部坐标系G52N05G00G90X35.0Y20.0移到G52中的C点（仅了解）N06G53X35.0Y35.0移到G53（机械坐标系）中的D点第41页/共62页数据输入数据输入时应特别小心。一般CNC铣床可选择用公制单位“mm”（G21）或英制单位“英寸”（G20）为坐标数值的单位。公制可精确到0.001mm，英制可精确到0.0001英吋，此也是一般CNC机械的最小移动量。若输入X1.23456时，实际输入值是X1.234mm或X1.2345英吋，多余的数
23、值即被忽略不计。且字数也不能太多，一般以7个字为限，如输入X1.2345678，因超过7个字，会出现警示讯息，表1是地址和指令数值范围。注意，有些数控机床输入坐标时需要带小数点，否则意义完全不同，如有的机床X1000表示X在1的位置。第42页/共62页CNC 装置的限制值示例第43页/共62页5.绝对尺寸与增量尺寸（铣床）零件图上尺寸的标注分为二类：绝对尺寸G90和增量尺寸G91。绝对尺寸标注的零件尺寸，是从工件坐标系的原点进行标注的(即坐标值)；增量尺寸标注的某点零件尺寸，是相对它前一点的位置增量进行标注的，即零件上后一点的位置是以前一点为零点进行标注的。当对零件的轮廓加工进行编程时，要将图
24、纸上的尺寸换算成点的坐标值。如果选用的工件零点、编程零点位置不同，采用的尺寸标注方式不同(绝对尺寸或增量尺寸)，其点的坐标值也不同。第44页/共62页绝对值编程G90与增量值编程G91绝对值编程G90与增量值编程G91(数控铣床)格式：G90 X_ Y_ Z_G90 X_ Y_ Z_ G91 X_ Y_ Z_ G91 X_ Y_ Z_ 注意:铣床编程中增量编程不能用U、W.如果用,就表示为U轴、W轴.第45页/共62页例：钻或铣床刀具由原点按顺序向例：钻或铣床刀具由原点按顺序向1、2、3点移动时，可以点移动时，可以用用G90或或G91指令编程。指令编程。G90 G91第46页/共62页G90/
25、G91G90/G91指令 这两个指令是同组模态（续效）指令，也就是说在同一程序段中只允许用其中之一，而不能同时使用。在缺省的情况下（即无G90又无G91）,默认是在G90状态下。第47页/共62页延时G04指令1其作用是人为暂时限制运行的加工程序，在程序中表示为“G04X-，或G04U-，或G04P-”。如“N0050G04X1.0”，表示当执行到此程序段时，进给中止1秒后再继续执行后续程序指令。G04指令中的延时时间在编程时设定，其选择范围为“0.00199999.999秒或转(用X或U指令的增量系统，单位：s)。199999999延时时间单位为0.001秒或转(用P指令的增量系统，单位：m
26、s，没有小数点)”。第48页/共62页延时G04指令2G04延时指令一般使用的几种情况为：对不通孔作深度加工时，刀具送给到规定深度后，用G04指令可使刀具作非进给光整切削加工，然后退刀，保证孔底平整，并使相关表面无毛刺；沟槽时，在槽底应让主轴空转几转再退刀。一般退刀槽都不须精加工，采用G04延时指令，有利于槽底光滑，提高零件整体质量；数控车床上，在工件端面的中心钻60的顶尖孔或倒45角时，为使孔侧面、及倒角平整，使用G04指令使工件转过1转后再退刀；车削轴类零件台肩，在刀具送给运行方向改变时，应在改变运行方向的指令间设置G04指令，以保证轴肩端与工件轴线的垂直度。第49页/共62页单位的设定指
27、令（仅了解）1 1、尺寸单位选择、尺寸单位选择G20G20，G21G21格式：格式：G20 G20 英制英制 G21 G21 公制公制 尺寸输入制式尺寸输入制式 线性轴旋转轴英制(G20)(G20)英寸度公制(G21)(G21)毫米度这2个G代码必须在程序的开头坐标系设定之前用单独的程序段指令或通过系统参数设定。程序运行中途不能切换。第50页/共62页返回参考点校验指令 G27 指令格式：G27；X、Y、Z为参考点在工件坐标系中的坐标值，可以检验刀具是否能够定位到参考点上。在该指令下，被指令的轴以快速移动返回到参考点，自动减速并在指定坐标值处做定位检验，如定位到参考点，该轴参考点信号灯亮；如不
28、一致，则程序再作检查。第51页/共62页自动返回参考点指令 G28 指令格式：G28X_Y_Z_；X、Y、Z为中间点坐标值，可任意设置。机床先移动到这个点，而后返回参考点。设置中间点是为了防止刀具返回参考点时与工件或夹具发生运动干涉。例：N1G90X100.0Y200.0Z300.0N2G28X400.0Y500.0；（中间点是400.0,500.0）N3G28Z600.0；（中间点是400.0，500.0，600.0）第52页/共62页自动从参考点返回 G29 指令格式：G29X_Y_Z_；X、Y、Z为返回的终点坐标在返回过程中，刀具从任意位置先移动到G28所决定的中间点定位，然后再向终点移
29、动。G28和G29一般成对使用，也可成对使用G28和G00。第53页/共62页G29和G28应用例子第54页/共62页例如图，加工后刀具已定位到A(100,170)点，取B(200,270)点为中间点，C(500,100)点为执行G29时应到达的点，程序如下：G91G28X100.0Y100.0;M06;G29X300.0Y-170.0;第55页/共62页3.关于参考点的G代码（1）返回参考点校验指令（G27IP_）（2）自动返回参考点指令（G28IP_）（3）返回到第二、第三和第四参考点指令（G30piIP_）（4）自动从参考点返回指令（G29IP_）第56页/共62页G28和G29指令应用
30、的例子；G28 G90 X1000.0 Y700.0；返回参考点（ABR）T1111；在参考点换刀G29 X1500.0 Y200.0；从 参 考 点 返 回（RBC）20030070040010001500ABRCXY第57页/共62页返回参考点指令的作用实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。(1)对于重复定位精度很高的机床，为了保证主要尺寸的加工精度，在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点再重新运行到加工位置。如此做法的目的实际上是重新校核一下基准，以确定加工的尺寸精度。(2)对于多轴联动机床，特别是多轴多刀塔机床，程序开始段，一般设回参考点指令，避免换刀或多轴联动加工时
31、出现干涉情况。(3)四轴以上的加工中心在进行B轴旋转前，双主轴车床在主、副轴同步加工前，设置回参考点指令，可防止发生撞刀事故。第58页/共62页G09（仅了解）NC工具机是以伺服马达旋转后，带动滚珠螺杆，再驱动螺帽上的床台，使刀具移动。当CNC控制器执行移动指令时（如G00、G01、G02、G03及用手动脉冲产生器移动），伺服马达于移动开始及结束时会自动加减速，使起动及停止平滑以避免工具机震动。各轴加减速之时间定数由参数设定之（FANUC0M的G00是参数号码05220525。G01是参数号码05290530）。故撰写程序时，不需要改虑加减速。因为自动加减速的关系，如果在一单节刀具仅沿Y轴切削
32、及在下一单节沿X轴切削，当进给速率沿X轴加速时，Y轴在减速，则在转角处会形成一小圆角如图1所示之虚线。第59页/共62页G09与G61（仅了解）G09指令其功能是在执行下一条程序之前，减速并准确地停止在当前条程序所确定的位置。精加工时使用，可以使加工的形位尺寸准确，用于切削尖角。在G61后的各程序段的移动指令都要准确停止在该程序段的终点，然后再继续执行下个程序段。此时，编辑轮廓与实际轮廓相符。G61与G09的区别在于G61为模态指令。G61可由G64注销。G64指令称为切削模式。一般CNC工具机一开机即自动设定处于G64切削模式，此指令功能即具有自动加减速，使切削工件时于转角处形成一小圆角，具有去除毛边的效果。第60页/共62页单方向定位指令 G60指令格式：G60X_Y_Z_；X、Y、Z为需要实现精确定位的终点坐标。对于要求精确定位的孔加工，使用该指令可使机床实现单方向定位，从而达到消除因反向间隙而引起的加工误差，定位方向与过冲量由参数设定。G00和G60都包含有G09指令。第61页/共62页感谢您的观看。第62页/共62页