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1、,第二章 数控加工编程技术,21 数控编程的基础知识,在数控机床上加工零件时，一般首先需要编写零件加工程序，即用数字形式的指令代码来描述被加上零件的工艺过程、零件尺寸和工艺参数（如主轴转速、进给速度等），然后将零件加工程序输入数控装置。经过计算机的处理与计算，发出各种控制指令，控制机床的运动与辅助动作，自动完成零件的加工。当变更加工对象时，只需重新编写零件加工程序，而机床本身则不需要进行调整就能把零件加工出来。 这种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
2、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编制，简称数控编程，它是数控加工中的一项极为重要的工作。,一、数控程序编制的内容与步骤 程序编制的内容包括：在编程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。编制程序时，应先对图纸的技术要求、零件的几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定使用的刀具、切削用量及加工顺序和走刀路线；再对走刀路线进行数值计算，获得刀位数据；然后按数控机床规定的指令代码和程序格式、将工件的尺寸、刀具运动轨迹、位移员、切削参数（主轴转速、刀具进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀，主轨正转、反转，冷却液开、关等）编制成加工程序，并
3、输入数控系统。由数控系统控制数控机床自动地进行加工。典型的数控编程过程与步骤如图21所示。,图21数控编程步骤,二、工艺处理 编制数控机床加工零件程序需要处理工艺问题。在普通机床上加工零件的工艺实际上只是个工艺过程卡，机床加工的切削用量、走刀路线、工序内的工步安排等，往往都是操作工人自行决定。而数控机床是按照程序进行加工的。因此，加工中的所有工序、工步，每道工序的切削用量、走刀路线、加工余量，以及所用刀具的尺寸、类型等都要预先确定好并编入程序中。 1、加工工件的选择 不同类型的零件应在不同种类的数控机床上加工；数控车床适于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔。数控立式镗铣
4、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。总之，不同类型的零件要选用不同的数控机床进行加工。,2、加工工序的划分 在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分复杂，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。但是零件的粗加工，特别是铸锻毛坯零件的基准面、定位面等部位的加工，应在普通机床上加工完成后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿
5、，降低数控机床的使用成本。经过粗加工或半精加工的零件装卡到数控机床上之后，数控机床按照规定的工序一步一步地进行半精加工和精加工。 在数控机床上加工零件的工序划分方法有： 刀具集中分序法 该法是按所用刀具划分工序。用同一把刀完成零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的部位。这样可以减少换刀次数，压缩空行程时间，减少不必要的定位误差。, 粗、精加工分序法 对单个零件要先粗加工、半精加工，而后精加工。对于一批零件，先全部进行租加工、半精加工，最后再进行精加工。粗、精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分的恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。 按加工部
6、位分序法 一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。 3工件的装卡方式 在数控机床上加工零件，由于工序集中，往往是在一次装卡中完成全部工序。因此，对零件的定位、夹紧方式要充分注意下面的问题： 尽量采用组合夹具。当工件批量较大，工件精度要求较高时，可以设计专用夹具。, 零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加工、更换刀具以及重要部位的测量，尤其要注意不能发生刀具与工件、刀具与夹具碰撞的现象出现。 夹紧力应力求通过（或靠近）主要文承点或在支承点所组成的三角形内；应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在
7、被加工孔径的上方，以减少零件变形。 零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般同一批零件采用向一定位基准，同一装卡方式。 4、加工路线的确定 加工路线是指数控机床加工过程中刀具运动的轨迹和方向。每道工序加工路线的确定是非常重要的，因为它影响零件的加工精度和表面粗糙度。加工路线的确定应考虑以下几点：,对刀点（起刀点） 对刀点（起刀点）是指刀具起始运动的刀位点，亦即程序开始执行时的刀位点。 刀位点即刀具的基准点，如圆柱铣刀底面中心、球头刀中心、车刀与镗刀的理论刀尖。 当用夹具时，常用与工件零点有固定联系尺寸的圆柱销等进行对刀，则对刀点即为起刀点。 如
8、图27所示，对刀元件在夹具上，X1与Y1为固定尺寸，X0与Y0为零点偏置，可用MDI方式以对刀点相对于机床零点间的显示值确定偏置值并予以记亿，由补偿号调用。,图27 夹具上的对刀点, 应尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间。 在铣削加工零件轮廓时，要尽量采用顺铣加工方式，以减小机床的颤振，提高零件表面粗糙度和加工精度。 选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿。位置应选在不重要的位置。 加工路线一般是先加工外轮廓，再加工内轮廓。 5、切削用量的选择 数控机床加工零件时，其切削用量都预先编入程序中,正常情况下人工不予改变。只有在试切削或出现异常情况时，才通过速度调节旋钮或电
9、手轮调节切削用量。因此程序中选定的切削用量应是最佳的和合理的。这样才能提高数控机床的加工精度、刀具寿命和生产率，降低加工成本。,三、程序结构与程序段格式 1、程序结构 主程序 零件加工程序包括： 子程序 其中，子程序可被主程序调用，并可有多级嵌套。 程序号 主（子）程序： 若干程序段 程序结束指令 程序号：又称程序名，置于程序的开头，用作一个具体加工程序存储、调用的标记。 程序段：是控制机床加工的一种语句，表示一个完整的运动或操作。,程序段号 程序段 若干功能字 程序段结束符号 功能字：表示某种功能的代码符号，也称为指令代码、指令或代码。 程序结束指令：用M02或M30代码。由于M02或M30
10、总是在程序段其他指令完成之后才起作用，故编程时也可置于最后一条工作程序段的末尾。 2、程序段格式 程序段格式：程序中的字、字符、数据的安排规则。 程序段格式种类：固定顺序格式、分隔符顺序格式、字地址格式等；,常用格式：字地址可变程序段格式 特点： 程序段中字的数目是可变的，程序段的长度也是可变的； 程序段中所包含的信息可读性高，便于人工编辑修改，为数控系统解释执行数控加工程序提供了一种便捷的方式。 格式： N_ _ _ _G_ _X_ _ _ _Y_ _ _ _F_ _S_ _T_ _M_ _LF 程序段序号：以字母N和若干位数字表示； 说明：其数字大小的顺序不表示加工或控制顺序，只是 程序段
11、的识别标记，用作程序段检索、人工查找,准备功能指令：由字母G和两位数字组成； 表21说明： 准备功能指令G代码是与机床运动有关的一些指令代码，包括坐标系设定、平面选择、参考点设定、坐标尺寸表示方法、定位、插补、刀补、固定循环、速度指定、安全和测量功能等方面的指令。 G代码按功能类别不同分为若干组，例如a、b、c、d等组。,或宏程序中的无条件转移。因此，在编程时，数字大小的排列可以不连续，也可颠倒，甚至可以部分或全部省略。但习惯上还是按顺序并以5的倍数编程，以备插入新的程序段。,同组的任意两个代码不能同时出现在一个程序段中。有的系统规定在一个程序段中有同组的多个G代码，最后一个G代码有效。 不同
12、组的G代码根据需要可以在一个程序段中出现。 G代码按功能保持时间的不同又分为： 模态代码（也称为续效代码）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。即在后续的程序段中不写该代码，功能仍然起作用。表中有字母a、b、c、d 的代码为模态代码。 非模态代码（也叫一次性代码）的功能仅在所出现的程序段内有效；表中没有字母的代码为非模态代码。, G代码表中的“不指定”代码，用作将来修订标准时供指定新的功能之用。 G代码表中的“永不指定”代码，表示即使将来修订标准时也不指定新的功能。但是，数控系统厂家已不遵守这些规定、根据需要改变了一些功能和自行定义了许多新功能。 坐标运动尺寸
13、：如X、Y、Z等代码指定运动坐标尺寸； F代码：进给速度指令，格式：F_ _。 S代码：主轴转速指令，格式：S_ _。 T代码：刀具号指令，格式：T_ _。 M代码：辅助功能指令，格式：M_ _。,表22说明： 辅助功能是控制机床某一辅助动作通断（开关）的指令，如主轴的开、停，切削液的开、关，转位部件的夹紧与松开等等。 表22为我国JB302883标准规定的M代码及其功能。表中： 序号表示该功能在程序段中与运动指令开始时同步执行； 序号表示该功能在程序段中运动指令完成后执行； 序号、分别为模态指令与非模态指令，其含义与前述的G指令相同。 LF：程序段结束符号。,5、主程序与子程序 在一个加工程
14、序中，如果有几个一连串的程序段完全相同（即一个零件有几处的几何形状相同），或顺次加工几个相同的工件，为缩短程序，可将这些重复的程序段按规定的程序格式编成子程序，并存储在子程序存储器中。 子程序以外的程序为主程序，主程序在执行过程中，如需执行该子程序即可调用，并可多次重复调用，从而可大大简化编程工作，也可减少出错。,22 数控机床的坐标系,一、坐标轴的运动方向及其命名 1、直线进给和圆周进给运动坐标系 在数控机床中，为了完成一个零件的加工，往往需要控制几个方向上的运动，这就需要建立坐标系，以便分别进行控制。一台机床，有几个方向可以进行数字控制就称为几坐标数控机床。 直线进给运动坐标系采用右手直角
15、笛卡儿坐标系，基本坐标轴为X、Y、Z三者的关系及其正方向用右手定则判定； 围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给运动坐标轴及其正方向A、B、+C分别用右手螺旋法则判定。,图22 右手定则,右手直角,右手螺旋,相对运动的坐标： 由于机床上的运动是刀具与工件间的相对运动。所以，在图22中： 字母不带“ ”的坐标表示工件固定刀具运动的坐标； 带“ 的坐标表示刀具固定工件运动的坐标； 规定增大工件与刀具之间距离的方向为正方向。 附加坐标：如果在X、Y、Z坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W。如还有第三组运动，则分别指定为P、Q和R。 2、机床上X、Y、Z 坐标的确定 Z坐标 规定平行于机床主
16、轴的方向为正方向（Z）；当机床有几个主轴时，则Z轴垂直于工件装夹面。 X坐标 X坐标平行于工件的装夹面。,图23 卧式车床,工件旋转的机床： X坐标的方向是在工件的径向上、且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向（如图23）。,刀具旋转的立式机床： X运动的正方向为：当从刀具主轴向立柱看时，右手所在方向为X轴正方向（如图24）；,图24 立式升降台铣床,图25 卧式铣床,刀具旋转的卧式机床：规定从刀具（主轴）尾端向工件看时，右手所在方向为X轴正方向（如图25）。, Y坐标的运动 Y坐标垂直于X、Z坐标轴；Y运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。 二、机床坐标系与工件坐标系,在编程与加工时，需要确定机床坐标系、工件坐标系、刀具起点三者的位置数据才能加工。 例如图26所示的车削编程，需要确定机床零点M、参考点R、工件零点P、起刀点A等基准点的位置数据。,图26 数控车床坐标
