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1、第三章 手工编程,3.1 数控编程基础 3.2数控编程的一般步骤 3.3固定循环 *3.4 宏指令编程,3.1.1 数控编程的内容及步骤 3.1.2 坐标系 3.1.3 数控程序的结构与格式,3.1 数控编程基础,数控编制：是指在数控机床上加工零件时，根据零件图样的要求，将加工零件的全部工艺过程及工艺参数、位移数据、辅助运动，以规定的指令代码及程序格式编写成加工程序，经过调试后记录在控制介质上，并用控制介质的信息控制机床的动作，以实现零件的全部加工过程。,3.1.1 数控编程的内容及步骤,1）零件加工程序编制的内容： 分析零件图纸，确定工艺方案，进行数学处理，编写程序单，制备控制介质及程序校验
2、等。其具体步骤如图3.1所示 ：,图3.1 数控机床程序编制的步骤,2）程序编制的步骤 ：,分析工件图样,确定工艺过程,数学处理,编写零件加工程序单,制备控制介质,程序检验,首件试切,（1） 分析工件图样 通过对工件的材料、形状、尺寸、精度及毛胚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。,（2）确定工艺过程 工艺过程的内容包括确定工件的定位基准、选用夹具、确定对刀方式和选择对刀点、制定进给路线并确定加工余量、切削参数等。,（3）数学处理 工艺方案确定后，就要根据零件的几何尺寸和加工路线，计算数控加工所需的编程数据，如计算零件轮廓中的关键交点、切点等的坐标。,（4）编写零件加工程
3、序单 准备好编程数据后，下一步需编写零件加工程序单。 编写程序单之前必须了解数控机床的性能、编程指令以及数控加工过程，才能编写出正确、合理的加工程序。,（5）制备控制介质 通常将编写好的程序单记录在控制介质上，以便于将加工信息输入数控装置。 目前常用的控制介质：穿孔纸带、磁带、磁盘,（6）程序检验 常用的校验方法有人工法、加工仿真法、空运行法等。,（7）首件试切 首件试切主要用于发现加工误差，并分析加工误差产生的原因，加以修正。,在数控机床上加工零件时，刀具与工件的相对运动，必须在确定的坐标系中才能按编制的程序进行加工。,3.1.2 坐标系,1）坐标系的确定原则 a. 刀具相对于静止工件而运动
4、； b. 运动方向的规定 数控机床的某一部件运动的方向，是增大工件与刀具之间的距离的方向。,c. 标准坐标系的规定 标准坐标系采用右手直角笛卡尔则。基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标系，相应每个坐标轴的旋转坐标分别为A、B、C，如图3.2所示：,图3.2 标准笛卡尔直角坐标系及方向判别,2）坐标轴的确定 确定坐标轴时一般先确定Z轴，再依次确定X轴和Y轴。,a. Z 轴 规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴，并取刀具远离工件的方向为其正方向。如图3.3，3.4，3.5，3.6：,在车床和铣床上加工零件，主轴方向为Z轴方向，其进给切削方向为Z轴的负方向，而退刀方向为Z轴的正方向。,图3.3 沈阳第一机
5、床厂：数控车床CAK6132V,图3.4 宿迁市金马机床有限公司：卧式升降台铣床系列,图3.5 卧式车床图 图 3.6 立式升降台铣床,对于没有主轴的机床，如牛头刨床则取垂直于装夹工件的工作台的方向为Z轴方向。如图3.7牛头刨床：,图3.7 南通茂溢机床有限公司：牛头刨床,对于有多个主轴的机床，选择其中一个与装夹工件的工作台垂直的主轴为主要主轴，并以它的方向作为Z轴的方向。如图3.8龙门铣床：,图3.8 沈阳第一机床厂：龙门五面数控铣镗床,b . X 轴 X轴位于与工件装夹平面相平行的水平面内，且垂直于Z轴。 工件旋转的机床的X轴的运动方向是径向的，如图3.9所示：,图3.9 沈阳第一机床厂：
6、立式数控车床CK514,刀具旋转的机床，若主轴是水平的，当从主轴向工件看时，X轴的正方向指向右方，如图3.10所示：,图3.10沈阳第一机床厂：卧式铣镗床TPX6111/3,刀具旋转的机床，若主轴是垂直的，当从主轴向立柱看时，X轴的正方向指向右方，如图3.11立式铣床：,图3.11 沈阳第一机床厂： 数控立式铣镗床TK54100C,对于无主轴的机床，主要切削方向为X轴正方向。如图3.12牛头刨床：,图3.12 南通茂溢机床有限公司：牛头刨床,c .Y轴 Y轴垂直于X、Z坐标轴。Y轴及其正方向的确定，可根据已确定的Z、X轴及其正方向，用右手直角笛卡尔定则来确定。,d. 旋转运动 A、B和C表示其
7、轴线分别平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向为在相应的X，Y，Z 坐标正向上按照右手螺旋法则取右旋螺纹的前进方向。,e. 附加坐标 若机床除有X、Y、Z的主要直线运动以外，还有平行于它们的坐标运动，可分别建立相应的第二辅助坐标系U、V、W坐标及第三辅助坐标系P、Q、R坐标，如刨床。,4）绝对坐标与增量（相对）坐标 （1）绝对坐标 以固定坐标原点为基准，给出的工件运动轨迹的坐标叫绝对坐标 。如图3.13所示：,图 3.13 绝对坐标系,以原点O为基准 A点的坐标为(10，20) B点的坐标为(30，40),（2）相对坐标 以刀具当前所在位置为基准，给出的工件运动轨迹下一点的坐标叫绝
8、对坐标。如图3.14所示：,以A点为基准， B点的坐标为(20，20),3.14 相对坐标,3）机床坐标与工件坐标系 数控机床的坐标系包括机床坐标系和工件坐标系。,1.机床坐标系 机床坐标系与机床原点机床坐标系是机床上固有的坐标系，并建立在机床原点上。,图3.15 立式数控机床的坐标系图,一般以机床坐标系作为工件坐标系的参考坐标系，如图3.15、3.16所示：,图3.16 卧式数控机床的坐标系,2 . 工件坐标系 一般来说，数控车床的工件原点一般选在主轴中心线与工件右端面或左端面的交点处。,数控铣床X、Y 轴方向的工件原点可设在工件外轮廓的某一个角上，或设在工件的对称中心上；Z轴方向的零点，一
9、般设在工件表面上。,3.1.3 数控程序的一般构成,程序名,程序内容,程序结束,数控程序的组成部分,加工程序的一般格式 O0001 N01 G92 X50 0 Y20 0； N02 X90； N03 X30 Y 20； N10 M30；,程序名,程序内容,结束符,（1）程序名 程序名是程序开始部分。 对于FANUC系统，程序名一般由英文字母O和14位正整数组成，可以从0001到9999，例如：O1234。 国产华中型系统采用“% “。,对于西门子系统一般程序名开始的两个符号必须使用字母，其后的符号可以是字母、数字或下划线，例如：MILL0601。但不能使用分割符。,（2）程序内容 程序内容是整
10、个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床要完成的全部动作。,（3）程序结束指令 程序结束是以程序结束指令M02或M30结束整个程序的运行。,2. 字地址程序段格式 （1）零件的加工程序是由程序段组成 每个程序段有若干个程序字组成，每个字是控制系统的具体指令. 目前广泛采用字地址程序段格式，例如：,表3.1 程序段格式,由此例可看出，每一程序段由顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴功能字、刀具功能字、辅助功能字和程序段结束符组成。,（2）字的含义与功能 字 在数控加工程序中，字是程序字的简称。 例：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“250
11、0”为地址中的内容。,字的功能 顺序号字 N 准备功能字 G 尺寸字 进给功能字 F 刀具功能字 T 辅助功能字 M 程序段结束符,a. 顺序号字 N 顺序号字是程序段的标号，用地址码“N”和后面所带的若干位数字表示。,如： N10. N20. N30. 数字的不连续是以便以后修改程序时可以直接插入顺序号和程序段。,b. 准备功能字 G 它能完成绝大多数加工功能，其各指令详细意义参见书末附表。,c. 尺寸字 由地址符和后面带正负号的若干位数字组成。尺寸字的地址符有:X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J和K等。,d. 进给功能字 F 它给定刀具相对于工件的运动速度，它由“F”和
12、其后面的若干位数字构成。,e. 主轴速度功能字 S 该功能字用来选择主轴速度，它由“S”和在其后面的若干位数字构成。,f. 刀具功能字 T 刀具功能字用于在更换刀具时指定刀具或显示待换刀具号，有时也能指定刀具几何尺寸补偿。,g. 辅助功能字 M 各指令详细意义参见附表。,h. 程序段结束符 每个程序段结束之后，都应有程序段结束符，它是数控系统编译程序的标志。常用的有“*”、“；”、“LF”、“NL”、“CR”等，视具体数控系统而定。,3.2 数控编程的一般步骤,数控编程，一般来说，可以把程序分成三个部分：加工环境定义部分、轮廓加工部分、关机收尾部分。下面，举个例子来说明。 例如图 3.17：,
13、图 3.17,外圆柱表面50已加工好，切槽刀为1号且刀宽为3mm，试编写不等距切槽的加工程序。加工程序如下所示：,不等距切槽程序： 第一部分：定义加工环境 O0011； 主程序名 G90 G94 G97 S600 M03；设定绝对坐标编 程：指定进给率 单位mm/min； 同时设定主轴转 速为600r/min正转,T0101 M06； 换上0101号刀 M08 ； 1号冷却液开,第二部分:轮廓加工部分 G54 G00 X62.0 Z2.0； 建立工件坐标系； 快速点定位(62.0，2.0） G01 Z-13.0 F2； 刀具运动到1号槽位置 M98 P0012； 调用子程序一次，切1 号槽,G
14、01 W-18.0 F0.2 刀具运动到2号 槽位置 M98 P0012 ； 调用子程序一 次，切2号槽 G01 W-23.0 F0.2 ； 刀具运动到3 号槽位置 M98 P0012； 调用子程序一 次，切3号槽,第三部分:关机收尾部分 G00 X200.0 Z50.0； 回到离工件比较远的地 方等待，程序结束 M09； 关冷却液 M30 ； 主程序结束,子程序：（完成切槽动作） G0012； 子程序名 G01 U-5.0 F0.1； G04 X1.0 ； 暂停1秒；将槽底清根 G00 U5.0； M99 ； 子程序结束,例2：被加工的零件图如下图所示。,图 3.18,其加工程序为： N10
15、 G50 X90 Z30； 设置坐标系 N20 T0101； 换1号刀，补偿号01 N30 M03 S800； 主轴正转，转速 800r/min N40 G00 X65 Z3； 快速定位到循环起点,N50 G94 X-0.5 Z0 F0.08； 车端面循环，单一形状固定循环 N60 G00 X90 Z30 T0100； 返回参考点，并取消1号刀的刀补 N70 T0202； 换2号刀，补偿号02,N80 G00 X65 Z3； 快速定位到外径粗车循环起点 N90 G71 U3.R1； 粗车外圆，粗车循环 N100 G71 P110 Q210 U1. W0.5 F0.1 S600； N110 G0
16、0 X10. S800；,N120 G01 X20. Z-2. F0.08； N130 Z-20； N140 X26； N150 X30 W-2； N160 Z-55；,N170 X35； N180 G03 X45 W-5 R5； N190 G01 Z-70； N200 X54； N210 X64 Z-75；,N220 G70 P110 Q210； 精车循环 N230 G00 X90 Z30 T0200； 取消刀补，返回起刀点 N240 T0303； 换3号刀，补偿号03,N250 G00 X35 Z-20； 快速定位至且槽位置 N260 G01 X16 F0.08； 切宽为5mm的槽 N27
