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1、数数 控控 技技 术术 华中科技大学机械科学与工程学院2.1 概述概述2.2 指令及程序结构指令及程序结构 2.3 编程应用举例编程应用举例2.4 自动编程自动编程第第2章章 数控加工程序编制数控加工程序编制1 2.1.1 程序编制的基本概念程序编制的基本概念程序程序编制编制加工加工控制控制机床机床加工加工零件零件图纸图纸程序程序代码代码加工加工指令指令成品成品零件零件本章内容本章内容 这种从零件图纸到制成控制介质的全过程这种从零件图纸到制成控制介质的全过程称为数控机床加工程序的编制。称为数控机床加工程序的编制。 2.1 概述概述2程序程序编制编制加工的工艺条件加工的工艺条件加工的工艺要求加工
2、的工艺要求程序代码程序代码零件图纸零件图纸或模型或模型编程的模型描述编程的模型描述2.1 概述概述32.1.2 手工编程的步骤和内容手工编程的步骤和内容计算运动轨迹计算运动轨迹图纸工艺分析图纸工艺分析程序编制程序编制制备控制介质制备控制介质校验和试切校验和试切零件图纸零件图纸错误错误修修改改数控系统数控系统- 2.1 概述概述4O2002N01 G91 G00 G41 D01 X-50 Y25 S400 M03 M08 ；N02 M98P01L10 ；N03 G40 M02 ；#01工艺分析工艺分析手工编程的过程手工编程的过程自动编程的过程自动编程的过程2.1 概述概述5 2.1.3 数控机床
3、的坐标系数控机床的坐标系 2.1.3.1 轴的概念及定义轴的概念及定义2.1.3.2 轴名的确定轴名的确定2.1.3.3 机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标系2.1 概述概述6主要内容目的目的为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一的标准。的坐标轴和方向命名制订了统一的标准。分类分类 基本坐标轴基本坐标轴：规定直线进给坐标轴用规定直线进给坐标轴用X、Y、Z表表示。示。 回转坐标轴：回转坐标轴：围绕围绕X，Y，Z轴旋转的圆周进给坐轴旋转的圆周进给坐标轴分别用标轴分别用A、B、C表示。表示。 附加坐标轴：附加坐标轴：平行于
4、基本坐标系中坐标轴的进给平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用轴，用U、V、W表示。表示。2.1.3.1 轴的概念及定义轴的概念及定义2.1 概述概述7主要内容右手规则右手规则X，Y，Z相互之间满足右手规则相互之间满足右手规则A-X；B-Y；C-Z满足右手螺旋规则满足右手螺旋规则X XY YZ ZX X、Y Y、Z Z+A+A、+B+B、+C+CX XZ ZY Y+C+C+B+B+A+A2.1 概述概述8主要内容进给运动的两种方式进给运动的两种方式主轴带动刀具运动；主轴带动刀具运动；工作台带着工件运动。工作台带着工件运动。 坐标轴的正方向坐标轴的正方向假定工件不动，刀具相对于工件做进给运假定工件
5、不动，刀具相对于工件做进给运动的方向；动的方向； 机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局。组成部分的布局。 2.1 概述概述9Z座标轴的确定座标轴的确定 Z座标轴：平行主轴轴线的进给轴。没有主轴或有多个主轴没有主轴或有多个主轴： 垂直于工件装夹面的方向为垂直于工件装夹面的方向为Z座标。座标。主轴能摆动主轴能摆动： 在摆动的范围内只与标准座标系中的某一在摆动的范围内只与标准座标系中的某一座标平行时，则这个坐标便是座标平行时，则这个坐标便是Z坐标；坐标； 若在摆动的范围内与多个座标平行，则取若在摆动的范围内与多个座标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为
6、垂直于工件装夹面的方向为Z座标。座标。2.1.3.2 轴名的确定轴名的确定2.1 概述概述10立式立式5 5轴数控铣床的座标系轴数控铣床的座标系主要内容Z座标正方向规定：刀具远离工件的方向座标正方向规定：刀具远离工件的方向+Z+Z+Z+Z2.1 概述概述11主要内容+Z+Z2.1 概述概述12主要内容 在刀具旋转的机床上,如：铣床、钻床、镗床等，按Z轴的布置情况以及机床的结构不同，其判别方式不同。 X X 座标轴的确定座标轴的确定Z Z轴水平（卧式）：轴水平（卧式）： 则从刀具则从刀具( (主轴主轴) )向向工件看时，工件看时，X X座标的正方座标的正方向指向右边。向指向右边。+Z+Z+X+X
7、/ /2.1 概述概述13主要内容+Z+Z+X+X/ /立式立式5轴数控铣床的坐标系轴数控铣床的坐标系+Z+Z+X+X/ /Z轴垂直（立式）：轴垂直（立式）：u单立柱机床单立柱机床2.1 概述概述14主要内容+Z+ZZ轴垂直（立式）：轴垂直（立式）：双立柱机床双立柱机床( (龙门机床龙门机床) )， 从刀具向左立柱看时，从刀具向左立柱看时， X X轴的正方向指向右边。轴的正方向指向右边。+X+X/ /2.1 概述概述15主要内容l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。+Z+Z+X+X2.1 概述概述16主要内
8、容Y坐标的确定坐标的确定 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：大姆指指向右手定则：大姆指指向+X+X，中指指向中指指向+Z+Z，则则+Y+Y方向为食指指向。方向为食指指向。右手螺旋法则：在右手螺旋法则：在X ZX Z平面，从平面，从Z Z至至X X，姆指姆指所指的方向为所指的方向为+y+y。 2.1 概述概述17主要内容立、卧式数控铣床立、卧式数控铣床2.1 概述概述18主要内容+Z+Z+X+X/ /+Y+Y龙门数控铣床龙门数控铣床2.1 概述概述19主要内容+Z+Z+X+X/ /+Y+Y+Z+Z+X+X/ /+Y+Y/ /+C+C/ /+A
9、+A+C+C/ /回转坐标回转坐标 A、B、C 2.1 概述概述20主要内容辅助坐标辅助坐标 U、V、W +Z+Z+X+X/ /+Y+Y/ /+A+A+C+C/ /+W+W2.1 概述概述21主要内容坐标系的三要素坐标系的三要素原点原点-机床或工件坐标系的原点机床或工件坐标系的原点轴轴 -X/Y/Z、 A/B/C、 U/V/W单位单位-编程单位、脉冲当量编程单位、脉冲当量2.1 概述概述2.1.3.3 机床座标系与工件座标系机床座标系与工件座标系22主要内容l机床原点机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试机床坐标系的零点。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。完成后便确定了，是
10、机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。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机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程过程2.1 概述概述23主要内容l机床坐标系机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机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。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。标系的参考坐标系。2.1 概述概述注注意意：机机床床坐坐标标系系一一般般不不作作为为编编程程坐坐标标系系，仅仅作为工件坐标系的参考坐标系。作为工件坐标系的参考坐标系
11、。24主要内容工件原点与工件坐标系工件原点与工件坐标系 工件原点：工件原点：工件原点：工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以选定的某一点或与之相关的点。该点也可以与对刀点重合。与对刀点重合。 工件座标系：工件座标系：工件座标系：工件座标系：以工件原点为零点建立的一个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坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。系计算。 工件原点偏置：工件原点偏置：工件原点偏置：工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，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。工件原点与机
12、床原点间的距离。现代数控机床均可设置多个工件座标系，在现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过加工时通过G G指令进行切换。指令进行切换。 2.1 概述概述25主要内容 工件原点偏置：工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，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。工件原点与机床原点间的距离。2.1 概述概述26主要内容绝对座标编程和相对座标编程绝对座标编程和相对座标编程绝对座标编程：工件所有点的座标值基于某绝对座标编程：工件所有点的座标值基于某一座标系（机床或工件）一座标系（机床或工件） 零点计量的编程方零点计量的编程方式。式。相对座标编程：运动轨迹的终点座标值是相相对座
13、标编程：运动轨迹的终点座标值是相对于起点计量的编程方式（增量座标编程）。对于起点计量的编程方式（增量座标编程）。2.1 概述概述27主要内容2.1 概述概述例：绝对座标与相对座的表达例：绝对座标与相对座的表达 28主要内容l表达方式：表达方式：G90/G91； X.Y.Z绝对，绝对，U.V.W相相对对 l选用原则：主要根据具体机床的座标系，考虑选用原则：主要根据具体机床的座标系，考虑编程的方便编程的方便(如图纸尺寸标注方式等如图纸尺寸标注方式等)及加工精及加工精度的要求，选用座标的类型。度的要求，选用座标的类型。 l注意：在机床座标系和工件座标系中均可用绝注意：在机床座标系和工件座标系中均可用
14、绝 l 对座标编程；对座标编程；l而在使用相对座标编程时，上述两个座标系是而在使用相对座标编程时，上述两个座标系是无区别的无区别的 。2.1 概述概述292.1.4 数控加工的工艺分析和数控加工方法数控加工的工艺分析和数控加工方法 2.1 概述概述 数数控控加加工工的的工工艺艺性性问问题题涉涉及及面面很很广广,一一般般来来说说包包括括：加加工工内内容容、切切削削用用量量、工工艺艺装装备备、定定位位夹夹紧方式、刀具、运动轨迹等多方面的考虑紧方式、刀具、运动轨迹等多方面的考虑 。2.1.4.1 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析 30主要内容1）特点）特点:工序内容具体、复杂工序内容具体、复杂
15、、严密严密工序集中工序集中加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段编阶段（存在逼近误差、圆整化误差、插补误（存在逼近误差、圆整化误差、插补误差）差）1. 数控加工的工艺特点与内容数控加工的工艺特点与内容2.1 概述概述31主要内容数控加工工序卡片2.1 概述概述32主要内容数控加工走刀路线图数控加工走刀路线图2.1 概述概述33主要内容 数控刀具卡片数控刀具卡片2.1 概述概述34主要内容2）工艺处理的内容）工艺处理的内容:加工零件的选择加工零件的选择数控工艺性分析数控工艺性分析工艺路线制订工艺路线制订 对刀点对刀点/ /走刀路线走刀路线/ /切削量切
16、削量工序设计工序设计2.1 概述概述数控加工零件的选择数控加工零件的选择有有毛坯和零件图样，选择数控机床；毛坯和零件图样，选择数控机床；有有数控机床，选择合适零件。数控机床，选择合适零件。两种情况：两种情况：考虑因素主要有：考虑因素主要有：毛坯材料、类型；毛坯材料、类型；零件轮廓复杂程度、尺寸大小；零件轮廓复杂程度、尺寸大小；加工内容及精度、零件批量。加工内容及精度、零件批量。35主要内容2. 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析零零件件图图样样上上尺尺寸寸数数据据的的给给出出应应符符合合编编程程方方便便的原则；的原则；零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工零件各加工部位的结构工艺性应符合数
17、控加工的特点；的特点；零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺寸零件外形、内腔最好采用统一几何类型和尺寸（减少刀具规格和换刀时间）；（减少刀具规格和换刀时间）；内槽圆角半径不应过小。内槽圆角半径不应过小。2.1 概述概述36主要内容A、B？加工部位要敞开加工部位要敞开应尽可能让多个工作面一次完成加工应尽可能让多个工作面一次完成加工2.1 概述概述37主要内容课堂练习：如何装夹？课堂练习：如何装夹？2.1 概述概述38主要内容刀具的选择刀具的选择 应满足：应满足： 安装调整方便安装调整方便 刚性好刚性好 精度高精度高 耐用度高耐用度高2.1 概述概述数控车床刀具系统数控车床刀具系统39主要内容数控
18、铣床刀具系统数控铣床刀具系统2.1 概述概述40主要内容切削用量的选择切削用量的选择 切削深度切削深度进给量进给量 进给速度进给速度主轴转速主轴转速2.1 概述概述切削深度切削深度 也称为吃刀量也称为吃刀量, ,主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定，在刚度允许的情况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工精度和改善表
19、面质量。精度和改善表面质量。 41主要内容进给速度进给速度（1）当当工工件件质质量量能能得得到到保保证证时时，为为提提高高生生产产效效率率，可可选选较较高的进给速度。一般在高的进给速度。一般在100-200mm/min范围内选取。范围内选取。（2）在在切切断断、加加工工深深孔孔或或用用高高速速钢钢刀刀具具加加工工时时，宜宜选选择择较较低的进给速度，一般在低的进给速度，一般在 20-50mm/min范围内选取。范围内选取。（3）当当加加工工精精度度，表表面面粗粗糙糙度度要要求求高高时时，进进给给速速度度应应选选小小些，一般在些，一般在20-50mm/min范围内选取。范围内选取。（4）刀具空行程
20、时，特别是远距离）刀具空行程时，特别是远距离“回零回零”时，可以选择时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。该机床数控系统给定的最高进给速度。 2.1 概述概述42主要内容主轴转速主轴转速 根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度选择切削速度。选择切削速度。 S1000Vc/ D 2.1 概述概述43主要内容对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定 何谓对刀点？何谓对刀点？q刀位点刀位点q对刀点对刀点q换刀点（与换刀位置的区别）换刀点（与换刀位置的区别）相关概念相关概念2.1 概述概述 选择对刀点的原则：选择对刀点的原则： 选选在在零零件件的的
21、设设计计基基准准或或工工艺艺基基准准上上，或或与与之相关的位置上。之相关的位置上。 选选在在对对刀刀方方便便，便便于于测量的地方。测量的地方。 选选在在便便于于坐坐标标计计算算的的地方。地方。44q 刀刀位位点点：用用于于确确定定刀刀具具在在机机床床坐坐标标系系中中位位置置的的刀具上的特定点。刀具上的特定点。镗刀镗刀镗刀镗刀钻头钻头钻头钻头立铣刀、端铣刀立铣刀、端铣刀立铣刀、端铣刀立铣刀、端铣刀面铣刀面铣刀面铣刀面铣刀指状铣刀指状铣刀指状铣刀指状铣刀球头铣刀球头铣刀球头铣刀球头铣刀车刀车刀车刀车刀2.1 概述概述45q对刀点对刀点: :确定刀具与工件相对位置的点确定刀具与工件相对位置的点对刀点
22、可以是工件或夹具上的点，或者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。与它们相关的易于测量的点。对刀点对刀点 确定之后，机床坐标系与工件确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了坐标系的相对关系就确定了2.1 概述概述46l 对刀：就就是是使使“对对刀刀点点”与与“刀刀位位点点”重合重合的操作的操作。YZ3530工件对刀示意图工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽2.1 概述概述47uu对刀点选择示例对刀点选择示例CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ35352.1 概述概述48主要内容 对车削中心、加工中心等多刀加工数控机床，对车削中心、加工中心等多刀
23、加工数控机床，因加工过程中要进行换刀，故编程时应考虑不同工因加工过程中要进行换刀，故编程时应考虑不同工步间的换刀问题。步间的换刀问题。 换刀问题换刀问题2.1 概述概述49主要内容加工路线确定加工路线确定 加工路线是指刀具相对于被加工工件的运动轨加工路线是指刀具相对于被加工工件的运动轨迹，不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的迹，不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的顺序。顺序。 q保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；q简化数值计算，减少程编工作量；简化数值计算，减少程编工作量；q缩短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加缩短加工路线，减少刀具空行程时间，
24、提高加工效率。工效率。 2.1 概述概述50孔加工孔加工 问题：问题：1m以上的深孔如何加工？以上的深孔如何加工？2.1 概述概述51带岛屿的型腔加工带岛屿的型腔加工2.1 概述概述“行切法行切法”加工加工 (c)(b)(a)522.1 概述概述型腔的粗铣加工型腔的粗铣加工53主要内容凹槽加工凹槽加工 曲面的三坐标和五坐标加工曲面的三坐标和五坐标加工 2.1 概述概述54复杂型腔环切加工复杂型腔环切加工2.1 概述概述由外至内环切加工由外至内环切加工由内至外环切加工由内至外环切加工55切向切入切向切入切向切入切向切入径向切入径向切入径向切入径向切入2.1 概述概述切入切出的选择切入切出的选择
25、562.1 概述概述2.1.4.2 数控加工方法数控加工方法(a)回回转转体体的的加加工工572.1 概述概述固固定定斜斜角角斜斜面面加加工工582.1 概述概述空空间间曲曲线线曲曲面面加加工工59主要内容主要内容数控加工工序与常规加工工序的衔接数控加工工序与常规加工工序的衔接 除了必要的基准面加工、校正和热处理等工序外，除了必要的基准面加工、校正和热处理等工序外，要尽量减少数控加工工序与常规加工工序交接的要尽量减少数控加工工序与常规加工工序交接的次数。次数。 数控工序数控工序常规工序常规工序数控工序数控工序常规工序常规工序2.1 概述概述60主要编程方法：主要编程方法：自动编程自动编程手工编程手工编程 其它编程方法：其它编程方法：蓝图编程蓝图编程对话式编程对话式编程示教编程示教编程2.1 概述概述61课后思考课后思考1. 手工方式编程与自动方式编程各适用在什么条件下使用手工方式编程与自动方式编程各适用在什么条件下使用 ？2. 工件运动和刀具运动的不同表示方法？工件运动和刀具运动的不同表示方法？3. 工件坐标系与机床坐标系，二者之间的关系如何？工件坐标系与机床坐标系，二者之间的关系如何？4. 分析下面孔板零件加工过程中分析下面孔板零件加工过程中,什么时候采用什么时候采用(1)的路径的路径,什么时候采用什么时候采用(2)的路径？的路径？baba(1)(2)62结束结束
