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1、第4章 数控加工程序的编制,4.1 概述 4.2 数控机床的坐标系 4.3 数控加工工艺基础 4.4 程序的格式和内容 4.5 常用进给G指令的格式和编程实例 4.6 数控电火花切割编程 4.7 手工编程和自动编程,4.1 概述,4.1.1 数控编程的基本概念 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。,4.1.1 数控编程的基本概念,程序编制分为：手工编程
2、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。,4.1.2 编程的内容和步骤,一般来说，不管是手动编程还是自动编程，数控机床程序编制的步骤可分为：图纸工艺分析、计算运动轨迹、程序编制、制备控制介质、校验和试切五大部分。,4.1.2 编程的内容和步骤,图纸工艺分析 这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对
3、图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。,4.1.2 编程的内容和步骤,计算运动轨迹 根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。,4.1.2 编程的内容和步骤,错误,编制程序及初步校验 根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，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。,4.1.2 编程的内容和步骤,错误,制备控制介质 将程
4、序单上的内容，经转换记录在控制介质上，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。,4.1.2 编程的内容和步骤,错误,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。,4.1.2 编程的内容和步骤,错误,常用的校验和试切方法： 对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。 在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。 对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以
5、此检查程序的正确性。,4.1.2 编程的内容和步骤,上述方法中和只能检验刀具的运动轨迹是否正确，不能检查加工精度。因此，还应进行零件的试切。 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。如果通过试切发现零件的精度达不到要求，则应分析错误的性质，然后或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，以及采用误差补偿方法，修改控制介质，直到加工出合格零件为止。,4.1.2 编程的内容和步骤,4.2 数控机床的坐标系,4.2.1 编程坐标确定原则 标准规定，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都永远假定工件是静止的，而刀具相对于静止的工件运动。并且，运
6、动的正方向是使刀具与工件之间距离增大的方向。这一原则使编程人员在编程时不需要考虑是刀具移向工件，还是工件移向刀具，只需要根据零件图样进行编程。,4.2.2 标准坐标系,标准中规定机床坐标系中三个直角坐标轴 、 之间的关系及其正方向采用右手笛卡儿法（right-hand rule）确定。,4.2.2 标准坐标系,如图所示，大拇指的指向为 轴的正方向，食指指向为 轴的正方向，中指指向为 轴的正方向。围绕、 轴旋转的三个旋转坐标、 的正方向根据右手螺旋方法确定。,直线坐标 X Y Z 旋转坐标 A B C 附加坐标 U V W,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,（1）确定Z轴 标准规定：Z坐标主轴
7、轴线的进给轴。 若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。 若主轴能摆动： 在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标； 若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,规定与主轴线平行的坐标轴为z坐标(z轴)，并取刀具远离工件的方向为Z轴的正向。 无论是主轴带动工件旋转类的机床(车床、磨床)。还是主轴带动刀具旋转类的机床(铣床、钻床、镗床)，与主轴平行的坐标轴为z轴。 结论：对于钻、镗类加工机床，钻入或镗入方向均是-Z方向。,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,（2）确定X轴
8、 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。 Z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轴垂直（立式）： 单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边； 双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。 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拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,(3)Y坐标 Y轴垂直于X、Z轴。利用已确定的X.Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。 右手定则：大姆指指向+X ， 中指指向+Z ， 则+Y 方向为食
9、指指向。 右手螺旋法则：在X Z 平面，从Z 至X ，姆指所指的方向为+y 。,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,+Z,+X,+Y,立式数控铣床坐标系,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,+X,+Z,卧式数控车床坐标系,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,4.2.3 机床中坐标轴的确定方法,4.2.4 机床坐标系的建立,机床原点（零点） 机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点，不得随意改变。 机床原点的建立：用回零方式建立。 机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程 机床原点的确定可由手动或由程序控制完成。有些数控系统开机
10、后能以0.11um的精度自动回原点。,4.2.4 机床坐标系的建立,确定机床原点的过程,4.2.4 机床坐标系的建立,机床坐标系 以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的座标系，它具有唯一性。 机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系，的参考坐标系。 注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为 工件坐标系的参考坐标系。,4.2.5 工件坐标系的建立,工件原点与工件坐标系 工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以是对刀点重合。 工件座标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。 工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工
11、件原点与机床原点间的距离。 现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过G指令进行变换。,工件坐标系和机床坐标系是不同的两个坐标系。在编程时是按照工件坐标系的，而数控机床的加工却要用的机床坐标系来确定位置。这就需要我们将工件坐标系和机床坐标系联系起来，在数控技术中，我们是通过对刀来做到这一点的。,4.2.5 工件坐标系的建立,4.2.5 工件坐标系的建立,刀位点：指用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。,对刀点：确定刀具与工件相对位置的点（起刀点）。 对刀点始终是其相对运动的起点，即起刀点。对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。 对刀：使“对刀点”与“刀位点
12、”重合的操作。 工件原点偏置，指工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。,4.2.5 工件坐标系的建立,对刀仪,4.2.5 工件坐标系的建立,接触式对刀仪,4.2.5 工件坐标系的建立,机械对刀仪对刀,4.2.5 工件坐标系的建立,光学对刀仪对刀,4.2.5 工件坐标系的建立,试切对刀,4.2.5 工件坐标系的建立,激光对刀的动画,4.2.5 工件坐标系的建立,机床的自动对刀运画,4.2.5 工件坐标系的建立,4.2.6 绝对坐标增量（相对）坐标编程,定义 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）
13、零点计量的编程方式。 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）。 表达方式：G90 选用绝对坐标编程 G91 选用相对坐标编程 选用原则：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: Xa=25,Ya=20, Xb=60,Yb=50相对坐标: Xa=25,Ya=20, Xb=35, Yb=30,4.2.7 附加坐标,如果机床除有、 主要的直线运动坐标外，还有平行于它们的坐标运动，则应分别命名为、。如果还有第三组直线运动，则应分别命名为、。如果在第一组、 做回转运动的同时，还有平行或不平行、 回转轴
14、的第二组回转运动，可命名为、F。,4.2.8分辨率（Resolution）,分辨率：两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。 分辨率对控制系统而言，它是可以控制的最小位移量。 数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机）是指数控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.00010.01mm，视具体机床而定。） 脉冲发量对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量。,4.3 数控加工工艺基础,数控加工工艺的主要内容主要包括以下几个方面： 数控加工工件的选取 零件图纸工艺性分析 拟定数控加工工艺路线 设计数控加工工序。处理特殊
15、的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线确定，刀具补偿，分配加工误差等 编写数控加工专用技术文件,4.3.1 数控加工工件的选取,要根据数控加工的适应性，确定零件是否适合数控加工。 要判断适于什么类型的数控加工。 数控车床适于加工轴类零件和回转形成的模具内型腔。 数控立式镗铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。 数控卧式镗铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。 多坐标联动的卧式加工中心用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。,4.3.2 加工工序的划分,在数控机床上加工零件的工序划分方法有： 刀
16、具集中分序法 粗、精加工分序法 按加工部位分序法,数控机床是先进的高精度、高效率、高自动化程度的加工设备。除了机床本身的结构特点、控制运动和动作准确、迅速外，还要求工件的定位夹紧装置亦能适应数控机床的要求，即具有高精度、高效率和高自动化程度。这样，数控机床才能充分发挥效能。,4.3.3 工件的装夹方式,夹具的组成有： 定位装置 作用是使工件在夹具中占据正确的位置； 夹紧装置 作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程 中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置； 夹具体 作用是将夹具上的所有组成部分，联接成为一个 整体的基础件； 其它装置或元件，包含对刀元件、导向元件、分度装置、连接元件等。 夹具按其用途可以分为通用家具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。,4.3.3 工件的装夹方式,4.3.3 工件的装夹方式,液压三爪卡盘 用于回转工件的自动装卡,4.3.3 工件的装夹方式,四爪单动卡盘 用于非回转体或偏心件的装夹,4.3.3 工件的装夹方式,平口虎钳,4.3.3 工件的装夹方式,
