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1、数控技术 郑州大学机械工程学院 第二章 数控加工的程序编制 第一节 概 述 第二节 数控机床的坐标系 第三节 G指令编程应用与举例 第四节 数控加工程序编制举例 第五节 程序编制中的数学处理 第六节 自动编程 第一节 概 述 一、什么叫数控编程 l将零件加工的工艺顺序、运动轨迹与方向、位移 量、工艺参数(主轴转速、进给量、切深)以及辅 助动作(换刀、变速、冷却液开停等)，按动作顺 序，用数控机床的数控系统所规定的代码和程序 格式，编制成加工程序单(相当于普通机床加工的 工艺规程)，再将程序单中的内容记录在磁盘(或 纸带)等控制介质上，输送给数控系统，从而控制 数控机床自动加工。这种从零件图纸到
2、制成控制 介质的过程称为数控机床的程序编制。 二、数控编程的代码 （一）穿孔带及其代码 l记录数控加工程序的控制介质，早期都用穿孔 纸带。因为穿孔纸带代码，清楚地反映了数字 、文字、符号，最终都变成了二进制的数字码 指令；数控机床用ISO编码也是按八单位穿孔 纸带格式规定的； l穿孔纸带是一种机械式的代码孔，不易受环境 影响，便于长期保存，且存储的程序量很大， 故在某些情况下仍有应用价值。 l常用的标准纸带有五单位(每排五列孔，宽17.5mm)和 八单位(每排八列孔，宽25.4mm)两种。根据孔道上有 孔、无孔的不同组合，表示各种各样的代码。五单位 穿孔纸带多用于数控线切割机床。八单位穿孔纸带
3、用 于数控机床，其尺寸规格如图2-1。由于科学技术的 发展以及加工零件的需要，目前在大多数情况下，都 以磁盘、磁带取代了纸带；或者通过计算机通信接口 ，将编好的程序传送到机床数控系统中去；一些简单 的零件程序，一般都在数控系统的键盘上用手动数据 输入方式 (MDl)传送到数控系统中去。 l国际上通用的八单位数控穿孔带有ISO(国际标准化协 会)和EIA(美国电子工业协会)代码。分别见表2-1和表 2-2。 l代码中有数字码(0-9)、文字码(A-Z)和符号码。这些 代码根据每排孔的个数及其位置的不同予以区别。第 三列和第四列之间的连续小孔称中导孔(又称同步孔) 作为每行大孔的定位基准，并产生同
4、步信号。 l EIA代码和ISO代码的主要区别在于：EIA代码每行为 奇数孔，其第五列为补奇列；ISO代码各行为偶数孔 ，其第八列为补偶列。补奇或补偶的作用是鉴别纸带 的穿孔是否有错。因为，一般其中的一个孔未穿孔或 未完全穿孔的可能性较大，而少穿两个孔的可能性则 极小。 （二）G指令、M指令和其他指令 l 1准备功能G指令 准备功能G指令，用来规定刀具和工件的 相对运动轨迹(即规定插补功能)、机床坐标系 、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工 操作。JB3208-83标准中规定：G指令由字母 G及其后面的二位数字组成，从G00到G99共 100种代码如表2-3所示。 l模态代码 (又称续效代
5、码)，字母相同的为一组，同组的任意两个代码 不能同时出现在一个程序段中，模态代码表示这种代码一经 在一个程序段中指定，便保持有效到以后的程序段中出现同 组的另一代码时才失效，在某一程序中一经应用某一模态G 代码，如果其后续的程序段中还有相同的功能的操作且没有 出现过同组的G代码时，则在后续的程序中可以不再指令和 书写这一功能代码。 表内第二栏中没有字母的表示对应的G代码为非模态代码， 即只有书写了该代码时才有效。第四栏功能说明中的“不指定 ”代码，用作将来修订标难时供指定新的功能之用。“永不指 定”代码，说明即使将来修订标推时，也不指定新的功能。但 是这两类代码均可由数控系统设计者根据需要自行
6、定义表中 所列功能以外的新功能，但必须在机床说明书中予以说明， 以便用户使用。 2辅助功能M指令 l辅助功能指令也有M00-99，共计100种，见表2-4所示。M指令也 有续效指令与非续效指令。 lM00程序停止指令。在执行完含有M00的程序段后，机床的主 轴、进给及冷却液都自动停止。该指令用于加工过程中测量工件 的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作。当程序运动停止时， 全部现存的模态信息保持不变，固定操作完成后，重按“启动”键， 便可继续执行后续的程序。 lM01计划(任选)停止指令。该指令与M00基本相似，所不同的 是：只有在“任选停止”按键被按下时，M01才有效，否则机床仍不 停地继续执
7、行后续的程序段。该指令常用于工件关键尺寸的停机 抽样检查等情况，当检查完成后，按启动键继续执行以后的程序 。 lM02程序结束指令。当全部程序结束后用此指令使主轴进 给、冷却全部停止，并使机床复位。该指令必须出现在程序的最 后一个程序段中。 3F、S、T指令 lF指令为进给速度指令。该指令是续效代码，它们有 两种表示方法。 代码法：即F后跟二位数字，这些数字不直接表示进 给速度的大小，而是机床进给速度数列的序号，进给 速度数列可以是算术级数，也可以是几何级数。 直接指定法：即F后跟的数字也就是进给速度的大小 ，例如F100表示进给的速度是100mm/min。这种指 定方法较为直观，因此现在大多
8、数数控机床均采用这 一指定方法。 (2)S指令为主轴转速指令 l该指令是续效代码，用来指定主轴的转速， 单位为rmin，S后所跟的一串数字的指定 方法与F指令的指定方法完全相同。 (3)T指令为刀具号指令 l在自动换刀的数控机床中，该指令用以选择 所需的刀具。指令以T为首，其后跟有二位 数字，以代表刀具的编号。 三、数控加工程序的结构 l (一)程序的组成 l一个完整的加工程序，由若干程序段组成；一 个程序段由若干代码字组成；每个代码字则由 文字(地址符)和数字(有些数字还带有符号)组 成。字母、数字、符号统称为字符。举例如下 ： （二）程序段格式 l所谓程序段格式，即一个程序段中字的排列、书
9、写方 式和顺序，以及每个字和整个程序段的长度限制和规 定。不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式 不符合规定，数控系统便不能接受。 l目前较常用的程序段格式是字-地址程序段格式，如 前面举例介绍的程序格式。程序段中每个字都以地址 符开始，其后再跟有符号和数字。代码字的排列顺序 没有严格的要求，不需要的代码字以及与上段相同的 续效字可以不写，这种格式的特点是：程序简单，可 读性强，易于检查。因此，现代数控机床广泛采用这 种格式。 （三）主程序和子程序 l在一个零件的加工程序中，若有一定 量的连续的程序段在几处完全重复出 现，如在一块较大的材料上加工多个 相同形状和尺寸的部位的程序，则可 将这
10、些重复的程序串单独抽出来，按 一定的格式做成子程序，并存入子程 序存储器中。程序中子程序以外的部 分便称为主程序，在执行土程序的过 程中，如果需要可调用于程序，并 可以多次重复调用，某些数控系统子 程序执行过程中还可以调出其他的子 程序，即所谓“多层嵌套”，从而大大 地简化了编程工作，缩短了程序长度 ，节约程序对存储器的占用量主程 序与子程序的关系举例如下： 四、最小设定单位 l数控机床的数控系统发出一个脉冲指令后 ，经伺服系统的转换、放大、反馈后推动 机床上的工件(或刀具)实际移动的最小位移 量，叫数控机床的最小设定单位，又称最 小指令增量或脉冲当量，一般为001-0 001mm，视不同档次
11、的机床而选定。在编 程时，所有编程尺寸部应转换成与最小设 定单位相应的数值。 第二节 数控机床的坐标系 l一、直线进给和圆周进给运动坐标系 一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐 标轴。在ISO和EIA标难中都规定直线进给运动用右 手直角笛卡尔坐标系X、Y、Z表示，常称基本坐标系 。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定。如图 2-2所示，图中大拇指的指向为x轴的正方向，食指指 向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。 l围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、 C表示，根据右手螺旋定则，以大拇指指向+X、+Y、 +Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的 +A、+B、
12、+C方向。 l数控机床的进给运动，有的由刀具向工件运动来 实现；有的由工作台带着工件向刀具运动来实现 。为了便于在不知道刀具、工件之间如何作相对 运动的情况下，确定机床的进给操作，上述坐标 轴运动的正方向都是假定工件不动，刀具相对于 工件(静止的)而运动来确定的。如果是工件相对于 刀具运动，则用加”的字母表示，按相对运动的关 系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向 相反，即有： (一)Z坐标 l规定平行于主轴轴线的坐标为Z坐标，对于 没有主轴的机床，则规定垂直于工件装夹 表面的方向作为Z坐标轴的方向。Z轴的正 方向是使刀具离开工件的方向。 (二)X坐标 l在刀具旋转的机床上，如铣床、钻床、
13、镗床等，若Z 轴是水平的，则从刀具(主轴)向工件看时，X轴的正 方向指向右边；如果Z轴是垂直的，则从主轴向立柱 看时，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边；对 于双立柱机床，当从主轴向左侧立柱看时，X轴的正 方向指向右边。上述正方向都是刀具相对工件运动而 言的。 l在工件旋转的机床上，如车床、磨床等，X轴的运动 方向是工件的径向并平行于横向拖板，刀具离开工件 旋转中心的方向是x轴的正方向。 (三)Y坐标轴 l在确定了X、Z轴的正方向后，可按右手直角 笛卡尔坐标系，用右手螺旋法则来确定Y坐标 的正方向，即在ZX平面内，从+Z转到+X时， 右螺旋应沿+Y方向前进。 二、机床坐标系与工件坐标系 l
14、(一)机床坐标系与机床原点 l机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定 的坐标原点；机床上有一些固定的基准线，如主 轴中心线；固定的基准面，如工作台面、主轴端 面和T型槽侧面。当机床的坐标轴手动返回各自 的原点(又称零点)以后，用各坐标轴部件上的基 准线和基准面之间的给定距离来决定机床原点的 位置，该点在数控机床的使用说明书上均有说明 。如立式数控铣床的机床原点为X、Y轴返回原点 后，在主轴中心线与工作台面的交点处，可由主 轴中心线至工作台的两个侧面的给定距离来测定 。 （二）工件坐标系 l工件坐标系是编程人 员在编程时使用的， 由编程人员以工件图 纸上的一固定点为原 点(也称工件原点)所建
15、 立的坐标系，编程尺 寸都按工件坐标中的 尺寸确定。 三、绝对坐标与相对坐标 l运动轨迹的终点坐标 是相对于起点计量的 坐标系，称为相对坐 标系(或增量坐标系) 。 第三节 G指令编程应用与举例 一、坐标指令 lG90、G91、G92为坐标指令，分述如下： l 1G90是绝对坐标指令 该指令表示程序段中的编程尺寸是按绝对坐标 给定的，如上例程序(a)中所有坐标地址字符 后紧跟的尺寸数字都是相对于编程原点(又称 工件原点)O工给定的。 2G91是相对坐标指令 l该指令表示程序中的编程尺寸是按相对坐标给 定的。如上例程序(b)中的尺寸都是相对于前 一个定位点给定的。一般在同一个程序中只用 一种坐标
16、指令，但是也有数控系统，允许在同 一程序中混合使用G90和G91两种指令，而且 两种指令的坐标地址用不同的文字表示，如绝 对坐标用义X、Y、Z，相对坐标用U、V、W 。 3G92为坐标系设定的预置寄存指令 l当用绝对坐标编程时，必须先用指令G92设定机 床坐标系与工件编程坐标系的关系，如上例程序 (a)中的G92 X-10 Y-10。 4平面指令 l用G17、G18、G19分别表示在XY、ZX、YZ 坐标平面内的加工功能，程序段中的坐标地址 符也应按平面指令规定的坐标轴来书写，有的 数控机床只有一个坐标平面内的加工功能，则 在程序中只写出坐标地址符及其后的编程尺寸 ，不必书写坐标平而指令。 二、快速定位指令 lG00为快速定位指令。它指令刀具相对于工件从现时 的定位点，以数控系统预先调定的最大进给速度，快 速移动到程序段所指令的下一个定位点。加图2-5所 示零
