数控机床 课件 第二章数控机床编程1教材

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1、数控机床的程序编制 n程序编制的基本概念 数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过 程。 将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工 艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液 启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、 符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将 程序单的信息变成控制介质的整个过程。 程序编制分为：手工编程和自动编程两种。 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：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

2、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。 手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件 q编程方法：手工编程和自动编程 手动编程 定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员 的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械 加工工艺知识和数值计算能力） 适用： 几何形状不太复杂的零件； 三坐标联动以下加工程序 自动编程： 定义：编程人员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，编程系统根据数控系统的类型输出数 控加工程序。 适用： 形状复杂的零件， 虽不复杂但编程工作量很大的零件（如 有数 千

3、个孔的零件） 虽不复杂但计算工作量大的零件（如非 圆曲 线轮廓的计算） q 比较 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！但手工编程是学习 自动编程基础！ 程序编制的内容和步骤 n分析工件图样 n确定工艺过程 n数值计算 n编写程序单 n制备控制介质 n程序校验和试切削 图纸工艺分析图纸工艺分析 在对图纸工艺分析（与普通在对图纸工艺分析（与普通 加工的图纸分析相似）的基加工的图纸分析相似）的基 础上：础上： qq 确定加工机床、刀具与确定加工机床、刀具与

4、夹具；夹具； qq 确定零件加工的工艺线确定零件加工的工艺线 路、工步顺序；路、工步顺序； qq 切削用量（切削用量（f f、s s、t t）等等 工艺参数。工艺参数。 手工编程的内容和步骤 计算运动轨迹计算运动轨迹 图纸工艺分析图纸工艺分析 程序编制程序编制 制备控制介质制备控制介质 校验和试切校验和试切 零件图纸零件图纸 错误错误 修修 改改 q 计算运动轨迹 根据图纸尺寸及工艺线 路的要求： q选定工件坐标系 q计算零件轮廓和刀 具运动轨迹的坐标值； q将坐标值按NC机床 规定编程单位（脉冲当 量）换算为相应的编程 尺寸。 错误错误 计算运动轨迹计算运动轨迹 图纸工艺分析图纸工艺分析 程

5、序编制程序编制 制备控制介质制备控制介质 校验和试切校验和试切 零件图纸零件图纸 修修 改改 q 编制程序及初步校验 根据制定的加工路线 、切削用量、选用的刀具、辅 助动作，按照数控系统规定指 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。 计算运动轨迹计算运动轨迹 图纸工艺分析图纸工艺分析 程序编制程序编制 制备控制介质制备控制介质 校验和试切校验和试切 零件图纸零件图纸 错误错误 修修 改改 q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 （如存储在磁盘上），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 。 计算运动轨迹计算运动轨

6、迹 图纸工艺分析图纸工艺分析 程序编制程序编制 制备控制介质制备控制介质 校验和试切校验和试切 零件图纸零件图纸 错误错误 修修 改改 q 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 误产生的原因，进行相应 的修改。 计算运动轨迹计算运动轨迹 图纸工艺分析图纸工艺分析 程序编制程序编制 制备控制介质制备控制介质 校验和试切校验和试切 零件图纸零件图纸 错误错误 修修 改改 常用的校验和试切方法： q阅读法 q模拟法: 检查程序的正确性 平面轮廓：用笔代刀具坐标纸代工件 空运转绘图 。 空间曲面：用蜡块、塑料、

7、木料或价格低的材料作工 件试切。 用静态（机床不动）或动态显示（空运行）的方法. q试切法：检查运动轨迹正确性和加工精度 上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工 误差。首件试切(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， 或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止 。 n数控编程的几何基础 进给运动坐标系 ISO和中国标准规定： n数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给) 定义为坐标系中的一 个坐标轴。 n数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统； 由于机床的结构不同，有的是刀具运动，

8、零件固定；有的是刀 具固定，零件运动。在确定编程坐标时，一律规定为零件固定 ，刀具运动，这一原则可以保证编程人员在不知道是机床移向 刀具还是刀具移向机床的情况下，就可以根据图样确定机床的 加工过程。 基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z ）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。 回转座标：绕X.Y.Z 轴转动的圆进给坐标 轴分别用A.B.C表示， 坐标轴相互关系由右 手螺旋法则而定。 坐标轴的确定 n在确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴 和Y轴，最后确定其它轴。机床某一零件运动的正方向，即 坐标轴的正方向，是指增大工件和刀具之间距离的方向。 nZ轴 一般取产生切削力的主轴轴线为

9、Z轴，刀具远离 工件方向为正向。当机床有几个主轴时，则选尽可能垂直 于工件装夹面的主要轴为Z轴，其正方向定义为从工作台 到刀具夹持的方向，即刀具远离工作台的运动方向。当机 床无主轴时，以与装卡工件的工作台面相垂直的直线为Z 轴。 nX轴 一般位于平行工件装卡面的水平面内。对工件作 回转切削运动的机床(如车、磨床)，在水平面内取垂直工 件回转轴线(Z铀)的方向为X轴，刀具远离工件方向为正向 。对刀具作回转切削运动的机床(如铣、钻床)，当Z轴竖直 (立式)时，人面对主轴，向右为正X方向；当Z轴水平(卧 式)时，则向左为正X方向。 +Z+Z 立式5轴数控铣床的坐标系 Z坐标正方向规定：刀具远离工件的

10、 方向。 +Z+Z +Z+Z nX坐标 在刀具旋转的机床上（ 铣床、钻床、镗床等）。 nZ轴水平（卧式） ，则从刀具(主轴)向工 件看时，X坐 标的正 方向指向右边。 +Z+Z +X Z轴铅直（立式）： 单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向 指向右边； +Z+Z 立式5轴数控铣床的坐标系 +Z+Z +X +X +Z+Z Z Z轴铅直轴铅直（立式）（立式）： 双立柱机床双立柱机床( (龙门机床龙门机床) ) ， 从刀具向左立柱看时从刀具向左立柱看时 ， X X轴的正方向指向右边轴的正方向指向右边 。 +X nY轴 Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的 正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直

11、角笛 卡尔坐标系来判断。 n围绕坐标轴X、Y、Z旋转的运动，分别用A 、B、C表示。它们的正方向用右手螺旋法则判定 。 n直角坐标X、Y、Z又称为主坐标系或第一坐 标系。如有第二组坐标和第三组坐标平行于X、Y 、Z，则分别指定为U、V、W和P、Q、R。 在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴 的运动方向是工件的径向并平行于横向溜板，且 刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。 +Z+Z +X+X 立、卧式数控铣床 +Z+Z +X+X +Z+Z +X+X +Y+Y +Y+Y +Z+Z +X+X +Y+Y 立式立式5 5轴联动数控铣床轴联动数控铣床 +Z+Z +X+X +Y+Y 龙门数控铣床

12、+Z+Z +Y+Y +Z+Z +Y+Y / / +C+C +A+A +C+C 5. 回转坐标 A、B、C +X+X +X+X 立式5轴数控铣床的坐标系 +Z+Z +X+X +Y+Y +A+A +C+C +W+W 6. 辅助坐标 U、V、W 机床原点、参考点与机床坐标系 n机床原点（Machine Origin或Home Position）机 床原点是机床上的一个固定点，由制造厂商确定，其作用 是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始 点。 n数控车床的零点一般设在主轴前端面的中心。数控铣 床的原点位置，各厂商不一致，有的设在机床工作台中心 ，有的设在进给行程范围的终点。 n机床坐标系

13、建立在机床原点（X=0，Y=0，Z=0）之 上，是机床上固有的坐标系。 n数控机床参考点（Reference Point）是用于对机床 工作台(或滑板)与刀具相对运动的测量系统进行定标和控 制的点。参考点的位置是机床制造厂商用行程开关精确地 预先确定好的。因此，参考点对机床零点的坐标是个固 定值。数控车床的参考点一般是指车刀退离主轴端面和中 心线最远并且固定的一个点，加工中心的参考点一般为机 床的自动换刀位置。数控机床在工作时，移动部件必须首 先返回参考点，测量系统置零之后，测量系统即可以参考 点作为基准，随时测量运动部件的位置。 工件坐标系与工件原点、编程原点 n工件坐标系是编程人员在编程时

14、使用的，由 编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点，即 工件原点（Part Origin）所建立的坐标系，编程 尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。 n在加工时，工件随夹具在机床上安装后，测 量工件原点与机床原点间的距离(通过测量某些 基准面、线之间的距离来确定)，这个距离称为 工件原点偏置。 n一般对于简单零件，编程原点（Program Origin）就是工件原点，这时的编程坐标系就是 工件坐标系。而对于一些形状复杂的零件，需要 编制几个程序或子程序，为了编程方便和减少许 多坐标值的计算，编程原点就不一定设在工件零 点上，而设在便于程序编制的位置。 Y 轴 偏 置 量 X轴偏置量 工件原点 Z轴

15、偏置量 Y轴 机床原点 X轴 Z轴 卧式数控机床的坐标系 X轴 Z 轴 偏 置 量 Y轴 Y轴偏置量 X轴偏置量 机床原点 工件原点 立式数控机床的坐标系 Z轴 n在运用工件坐标系（编程坐标系）编程时， 由于工件与刀具是一对相对运动的物体，为了使 编程方便，一律假定工件固定不动，全部用刀具 运动的坐标系来编程，即用标准坐标系X、Y、Z 和A、B、C进行编程。当表示+X、+Y、+Z、 +A、+B、+C方向的坐标字时，用地址符加其 后的数值表示，如：X20.0，正号可省略；当表 示反方向坐标字+X、+Y、+Z、+A、 +B、+C（表示工件移动的正方向，与刀具 移动方向相反）时，则用负号紧跟地址符之后表 示，如X-20.0。 绝对坐标与相对坐标 定义 n绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某 一坐标系（机床或工件） 零点计算的编程方式。 n相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相 对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。 选用原则：主要根据具体机床的坐标系， 考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及 加工精度的要求，选用坐标的类型。 绝对坐标增量坐标 X25 Y50X15 Y25 程序结构与格式 n程序的组成 n一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结 束