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1、其次章 数控机床加工程序的编制第一节 数控编程基础一、数控编程的概念 我们都知道，在一般机床上加工零件时，一般是由工艺人员依据设计图样事先制订好零件的加工工艺规程。在工艺规程中给出零件的加工路途、切削参数、机床的规格及刀具、卡具、量具等内容。操作人员按工艺规程的各个步骤手工操作机床，加工出图样给定的零件。也就是说零件的加工过程是由工人手工操作的。 数控机床却不一样，它是依据事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路途、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、吃刀量等）以及协助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等），依据数控机床规定的指令
2、代码及程序格式编写成加工程序单，再把这一程序单中的内容记录在限制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。这种从零件图的分析到制成限制介质的全部过程叫数控程序的编制。 从以上分析可以看出，数控机床与一般机床加工零件的区分在于数控机床是依据程序自动进行零件加工，而一般机床要由人来操作，我们只要变更限制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特殊适用于加工小批量且形态困难精度要求高的零件。 由于数控机床要依据预先编制好的程序自动加工零件，因此，程序编制的好坏干脆影响数控机床的正确运用和数控加工特点的发挥。这就要求编程员具有
3、比较高的素养。编程员应通晓机械加工工艺以及机床、刀夹具、数控系统的性能，熟识工厂的生产特点和生产习惯。在工作中，编程员不但要责任心强、细心，而且还能和操作人员协作默契，不断吸取别人的编程阅历、积累编程阅历和编程技巧，并逐步实现编程自动化，以提高编程效率。二、 数控编程的内容和步骤（一） 数控编程的内容 数控编程的主要内容包括：分析零件图样，确定加工工艺过程；确定走刀轨迹，计算刀位数据；编写零件加工程序；制作限制介质；校对程序及首件试加工。（二） 数控编程的步骤数控编程的步骤一般如图2-1所示。 图2-1 数控编程过程1、分析零件图样和工艺处理这一步骤的内容包括：对零件图样进行分析以明确加工的内
4、容及要求，选择加工方案、确定加工依次、走刀路途、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的切削用量等。工艺处理涉及的问题很多，编程人员须要留意以下几点：（1） 工艺方案及工艺路途 应考虑数控机床运用的合理性及经济性，充分发挥数控机床的功能；尽量缩短加工路途，削减空行程时间和换刀次数，以提高生产率；尽量使数值计算便利，程序段少，以削减编程工作量；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击；在连续铣削平面内外轮廓时，应支配好刀具的切入、切出路途。尽量沿轮廓曲线的延长线切入、切出，以免交接处出现刀痕，如图2-2所示。 a) b) 图2-2 刀具的切入切出路途 （a）铣曲线轮
5、廓板 （b）铣直线轮廓（2） 零件安装与夹具选择 尽量选择通用、组合夹具，一次安装中把零件的全部加工面都加工出来，零件的定位基准与设计基准重合，以削减定位误差；应特殊留意要快速完成工件的定位和夹紧过程，以削减协助时间，必要时可以考虑采纳专用夹具。（3） 编程原点和编程坐标系 编程坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。要求所选择的编程原点及编程坐标系应使程序编制简洁；编程原点应尽量选择在零件的工艺基准或设计基准上，并在加工过程中便于检查的位置；引起的加工误差要小。（4） 刀具和切削用量 应依据工件材料的性能，机床的加工实力，加工工序的类型，切削用量以及其他
6、与加工有关的因素来选择刀具。对刀具总的要求是：安装调整便利，刚性好，精度高，运用寿命长等。 切削用量包括：主轴转速、进给速度、切削深度等。切削深度由机床、刀具、工件的刚度确定，在刚度允许的条件下，粗加工取较大切削深度，以削减走刀次数，提高生产率；精加工取较小切削深度，以获得表面质量。主轴转速由机床允许的切削速度及工件直径选取。进给速度则按零件加工精度、表面粗糙度要求选取，粗加工取较大值，精加工取较小值。最大进给速度受机床刚度及进给系统性能限制。2、数学处理在完成工艺处理的工作以后，下一步需依据零件的几何形态、尺寸、走刀路途及设定的坐标系，计算粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据。一般的数控系统均
7、具有直线插补与圆弧插补功能。对于点定位的数控机床（如数控冲床）一般不须要计算；对于加工由圆弧与直线组成的较简洁的零件轮廓加工，须要计算出零件轮廓线上各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标、两几何元素的交点或切点的坐标值；当零件图样所标尺寸的坐标系与所编程序的坐标系不一样时，须要进行相应的换算；若数控机床无刀补功能，则应计算刀心轨迹；对于形态比较困难的非圆曲线（如渐开线、双曲线等）的加工，须要用小直线段或圆弧段靠近，按精度要求计算出其节点坐标值；自由曲线、曲面及组合曲面的数学处理更为困难，需利用计算机进行协助设计。3、编写零件加工程序单在加工依次、工艺参数以及刀位数据确定后，就可按数控系统的指令
8、代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单。编程人员应对数控机床的性能、指令功能、代码书写格式等特别熟识，才能编写出正确的零件加工程序。对于形态困难（如空间自由曲线、曲面）、工序很长、计算烦琐的零件采纳计算机协助数控编程。4、输入数控系统程序编写好之后，可通过键盘干脆将程序输入数控系统，比较老一些的数控机床须要制作限制介质（穿孔带），再将限制介质上的程序输入数控系统。5、程序检验和首件试加工程序送入数控机床后，还需经过试运行和试加工两步检验后，才能进行正式加工。通过试运行，检验程序语法是否有错，加工轨迹是否正确；通过试加工可以检验其加工工艺及有关切削参数指定得是否合理，加工精度能否满意零件图样要
9、求，加工工效如何，以便进一步改进。试运行方法对带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控机床，可进行数控模拟加工，检查刀具轨迹是否正确，假如程序存在语法或计算错误，运行中会自动显示编程出错报警，依据报警号内容，编程员可对相应出错程序段进行检查、修改。对无此功能的数控机床可进行空运转检验。试加工一般采纳逐段运行加工的方法进行，即每揿一次自动循环键，系统只执行一段程序，执行完一段停一下，通过一段一段的运行来检查机床的每次动作。不过，这里要提示留意的是，当执行某些程序段，比如螺纹切削时，假如每一段螺纹切削程序中本身不带退刀功能时，螺纹刀尖在该段程序结束时会停在工件中，因此，应避开由此损坏刀具等。对于较困难的
10、零件，也先可采纳石蜡、塑料或铝等易切削材料进行试切。三、数控编程的方法数控编程一般分为手工编程和自动编程。1手工编程(Manual Programming)从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、程序输入至程序校验等各步骤均由人工完成，称为手工编程。对于加工形态简洁的零件，计算比较简洁，程序不多，采纳手工编程较简洁完成，而且经济、刚好，因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。但对于形态困难的零件，特殊是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用手工编程就有肯定的困难，出错的机率增大，有的甚至无法编出程序，必需采纳自动编程的方法编制程序。2 自动编程（Automa
11、tic Programming）自动编程是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。它包括数控语言编程和图形交互式编程。数控语言编程，编程人员只需依据图样的要求，运用数控语言编写出零件加工源程序，送入计算机，由计算机自动地进行编译、数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，直至自动穿出数控加工纸带，或将加工程序通过干脆通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。数控语言编程为解决多坐标数控机床加工曲面、曲线供应了有效方法。但这种编程方法直观性差，编程过程比较困难不易驾驭，并且不便于进行阶段性检查。随着计算机技术的发展，计算机图形处理功能已有了极大的增加，“图形交互式自动编程”也应运而生。图形交互式自
12、动编程是利用计算机协助设计（CAD）软件的图形编程功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，或者干脆调用由CAD系统完成的产品设计文件中的零件图形文件，然后再干脆调用计算机内相应的数控编程模块，进行刀具轨迹处理，由计算机自动对零件加工轨迹的每一个节点进行运算和数学处理，从而生成刀位文件。之后，再经相应的后置处理（postprocessing），自动生成数控加工程序，并同时在计算机上动态地显示其刀具的加工轨迹图形。图形交互式自动编程极大地提高了数控编程效率，它使从设计到编程的信息流成为连续，可实现CAD/CAM集成，为实现计算机协助设计（CAD）和计算机协助制造（CAM）一体化建
13、立了必要的桥梁作用。因此，它也习惯地被称为CAD/CAM自动编程。其具体内容见第四节。四、程序的结构与格式每种数控系统，依据系统本身的特点及编程的须要，都有肯定的程序格式。对于不同的机床，其程序格式也不尽相同。因此，编程人员必需严格依据机床说明书的规定格式进行编程。1程序结构一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束三部分组成。例如：O0001 程序号N10 G92 X40 Y30； N20 G90 G00 X28 T01 S800 M03；程序内容N30 G01 X-8 Y8 F200；N40 X0 Y0； N50 X28 Y30； N60 G00 X40；N70 M02； 程序结束 （1
14、） 程序号。在程序的开头要有程序号，以便进行程序检索。程序号就是给零件加工程序一个编号，并说明该零件加工程序起先。如FUNUC数控系统中，一般采纳英文字母O及其后4位十进制数表示（“O”），4位数中若前面为0，则可以省略，如“O0101”等效于“O101”。而其他系统有时也采纳符号“%”或“P”及其后4位十进制数表示程序号。（2） 程序内容。 程序内容部分是整个程序的核心，它有很多程序段组成，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。 程序结束是以程序结束指令M02、M30或M99（子程序结束），作为程序结束的符号，用来结束零件加工。2程序段格式 零件的
15、加工程序是由很多程序段组成的，每个程序段由程序段号、若干个数据字和程序段结束字符组成，每个数据字是限制系统的具体指令，它是由地址符、特殊文字和数字集合而成，它代表机床的一个位置或一个动作。程序段格式是指一个程序段中字、字符和数据的书写规则。目前国内外广泛采纳字-地址可变程序段格式。所谓字-地址可变程序段格式，就是在一个程序段内数据字的数目以及字的长度（位数）都是可以变更的格式。不须要的字以及与上一程序段相同的续效字可以不写。一般的书写依次按表2-1所示从左往右进行书写，对其中不用的功能应省略。 该格式的优点是程序简短、直观以及简洁检验、修改。表2-1 程序段书写依次格式1234567891011N-G-X-U-P-A-D-Y-V-Q-
