《数控技术》第三章(第一二三节).

第三章数控加工的程序编制•程序编制的内容与方法•数控机床的坐标系统•加工程序的指令代码与程序结构•编程实例•自动编程第一节程序编制的内容与方法程序编制（数控编程）概念将零件的工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向以及其它辅助动作（换刀、冷却、夹紧等），按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格式编成加工程序单，选择输入方式输给数控装置，指挥机床加工。1、一般步骤程序输入：手动数据输入、介质输入、通讯输入。输入数控系统编写程序清单分析零件图样数据处理工艺处理修改数控机床程序校验首件试切程序编制的一般步骤（1）分析零件图样：通过零件图样对工件材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理进行分析，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种类型的数控机床上加工，明确加工的内容及要求、确定加工方案、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。一般说来，只有那些属于批量小、形状复杂、精度要求高及生产周期要求短的零件，才最适合数控加工。（2）确定加工工艺过程在对零件图样作了全面的分析后，确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)、加工路线(如对刀方式、选择对刀点、换刀点、制订进给路线、确定加工余量)及切削用量等工艺参数(如进给速度、主轴转速、切削宽度和切削深度等)。制订数控加工工艺时，具体有以下几方面：1)确定加工方案除了考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能外，还须遵循数控加工的特点按照工序集中的原则，尽可能在一次装夹中完成所有工序。2)工夹具的设计和选择确定采用的工夹具、装夹定位方法等，减少辅助时间。若使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系。3)正确选择编程原点及坐标系对于数控机床来说，编程原点及坐标系的选择原则如下：A所选的编程原点及坐标系应使程序编制简单。B编程原点、对刀点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置。C引起的加工误差小。4)选择合理的进给路线进给路线的选择应从以下几个方面考虑：A进给路线尽量短，并使数值计算容易，减少空行程，提高生产效率。B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。C保证加工零件精度和表面粗糙度的要求。D保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。E有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。5)选择合理的刀具根据零件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具。6)确定合理的切削用量在工艺处理中必须正确确定切削用量。3．数值计算根据零件图样上零件的几何尺寸及确定的加工路线、切削用量和刀具半径补偿方式等，计算刀具的运动轨迹，计算出数控机床所需输人的刀位数据。4．编写零件的加工程序清单在完成上述工艺处理和数值计算之后，根据计算出来的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工路线、刀具、切削用量以及辅助动作，依据数控系统规定使用的指令代码及程序段格式，逐段编写零件加工程序单。5．程序输入数控系统程序单编好之后，需要通过一定的方法将其输入给数控系统。常用的输入方法有：1)手动数据输入按所编程序清单的内容，通过操作数控系统键盘上的数字、字母、符号键进行输入，同时利用CRT显示内容进行检查。即将程序清单的内容直接通过数控系统的键盘手动键人数控系统。对于不太复杂的零件常用手动数据输入（MDI）显得较为方便、及时。2)用控制介质输入控制介质输入方式是将加工程序记录在穿孔纸带、磁带、磁盘等介质上，用输入装置一次性输入。穿孔纸带方式由于是用机械的代码孔，不易受环境的影响，是数控机床传统的信息载体，穿孔纸带上的程序代码通过光电阅读机输入给数控系统，而磁带、磁盘上的程序代码是通过磁带收录机、磁盘驱动器等装置输入数控系统的。3)通过机床的通信接口输入将数控加工程序，通过与机床控制系统的通讯接口连接的电缆直接快速输入到机床的数控装置中，对于程序量较大的情况，输入快捷。6．校核加工程序和首件试切加工通常数控零件加工程序输入完成后，必须经过校核和首件试切加工才能正式使用。一般是将加工程序上的加工信息输入给数控系统进行空运转检验，也可在数控机床上用笔代替刀具，以坐标纸代替工件进行画图模拟加工，以检验机床动作和运动轨迹的正确性。但是，校核后的零件加工程序只能检验出运动是否正确，还不能确定出因编程计算不准确或刀具调整不当造成加工误差的大小，即不能检查出被加工零件的加工精度，因而还必须经过首件试切加工进行实际检查，进一步考察程序清单的正确性并检查工件是否达到加工精度。根据试切情况进行程序单的修改以及采取尺寸补偿措施等，当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正，直到加工出满足要求的零件为止。2、手工编程与自动编程手工编程是指从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序清单、输入程序直至程序校验等各步骤均由人工完成。手工编程适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件加工，或程序编制坐标计算较为简单，程序段不多，程序编制易于实现的场合，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。有时，手工编程也可用计算机辅助进行数值计算。自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统由计算机来自动生成零件加工程序的过程。自动编程也称为计算机(或编程机)辅助编程。即完成坐标值计算，编写零件加工程序单等，有时甚至能帮助进行工艺处理。通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的图形检查，编程人员可以及时检查程序是否正确，并及时修改。自动编程提高效率几十倍乃至上百倍，同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。零件表面形状愈复杂，工艺过程愈繁琐，自动编程的优势愈明显。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。手工编程(简单零件的数控编程)APT语言自动编程基于CAD/CAM的自动编程系统Pro/EUGIdeasMasterCAMCAXA第二节数控机床的坐标系统1、字符与穿孔代码孔两种标准：ISO（InternationalStandardizationOrganization）与EIA(ElectronicIndustriesAssociation)每一行的九个位置上，有一个固定位置的小孔称同步孔或中导孔，用作输送纸带和产生同步控制信号，其余八个位置为信息孔。ISO规定每个字符的信号孔为偶数，第八列为补偶列；EIA规定每个字符的信号孔为奇数，第五列为补奇列。补偶（或补奇）的作用是检验信息孔是否少穿或堵塞或断裂。2、数控机床的坐标轴和运动方向的规定（1）标准坐标系的采用国际上已统一了数控机床的标准坐标系，我国也已制定了JB3052－1982标准(最新为JB/T3051－1999标准《数控机床坐标和运动方向的命名》)。数控机床的标准坐标系（指X、Y、Z主运动，又称基本坐标系）采用笛卡儿直角坐标系。规定X、Y、Z三者的关系及其正方向用右手法则判定；围绕X、Y、Z各轴的回转运动坐标分别为A、B、C，其正方向用右手螺旋法则判定。右手直角坐标系统（2）方向的确定采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的原则。为编程方便，一律规定工件固定，刀具运动。统一规定标准坐标系X、Y、Z作为刀具（相对于工件）运动的坐标系并增大刀具与工件之间距离的方向为各坐标轴的正方向，反之则为负方向。按此规定并考虑到刀具与工件是一对相对运动，图中虚线所示的＋X’、+Y’、+Z’是工件（相对于刀具）正方向运动的坐标系。旋转坐标轴A、B、C的正方向确定按上述右手螺旋法则。（3）坐标轴的确定Z轴：规定以传递切削动力的主轴定为Z轴，当机床有两个以上的主轴时，则取其中一个垂直于工件装夹面的主要轴为Z轴。Z轴的正方向取为远离工件的方向，即从工件到刀具夹持的方向。如图所示的龙门铣床。其右边主轴箱的铣刀主轴为Z轴，左侧刀架主轴则用第二坐标系W表示。X轴：X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件装夹面。对于工件旋转运动的机床（车床、磨床），取平行于横向滑座的方向（工件径向）为刀具运动的X坐标，取刀具远离工件的方向为正方向。对于刀具旋转运动的机床（如铣床、镗床），当Z轴为水平时，由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方；当Z轴为立式时，由主轴向立柱看，X轴正方向指向右方。对于无主轴的机床(如刨床)，X轴正方向平行于切削方向。Y轴：Y轴与X、Z轴垂直。当X、Z轴确定后，按右手法则确定Y轴正方向。附加坐标轴：前述的X、Y、Z为主运动坐标系，即第一坐标系，是指最接近主轴的直线运动；若一台机床上有平行于第一坐标系的第二组或第三组坐标系，则分别指定为U、V、W和P、Q、R，其次接近主轴的为第二直线运动，最远的为P、Q、R直线运动。主轴回转运动方向：主轴顺时针回转运动的方向是按右螺旋进入工件的方向。卧式车床立式升降台铣床曲面和轮廓铣床卧式升降台铣床六轴加工中心坐标系3、数控机床上的有关点•机床零点机床坐标系的原点，即机床基本坐标系的原点，它是一个被确定的点，称机械零点（M）。•机床参考点又称机械原点（R），它指机床各运动部件在各自的正方向自动退至极限的一个固定点，可由限位开关精密定位，至参考点时所显示的数值则表示参考点与机床零点间的工作范围，机床一经设计和制造出来，机械原点就已经被确定下来，该点在机床出厂时已调定，用户一般不作变动。•工件零点工件零点即工件坐标系的原点，也叫编程零点。编程时，一般选择工件图样上的设计基准作为编程零点，例如回转体零件的端面中心、非回转体零件的角边、对称图形的中心，作为几何尺寸绝对值的基准。•起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。•刀位点刀位点即刀具的基准点，如立铣刀、端面铣刀刀头底面的中心、球头铣刀的球头中心、车刀与镗刀的理论刀尖、钻头的钻尖；当用夹具时常与工件零点有固定联系尺寸的圆柱销等进行对刀，则用对刀点作为起刀点。•对刀点和换刀点及其位置的确定在程序编制时，对刀点可指刀具相对于工件运动的起点，因此，有时对刀点也是程序起点或起刀点。选择对刀点的原则如下：A便于数学处理（基点和节点的计算）和使用程序编制简单。B在机床上容易找正。C加工过程中便于测量检查。D引起的加工误差小。刀具在机床上的位置由“刀位点”的位置来表示：换刀点机床零点对刀点工件零点X21XX0y0y1y2第三节加工程序的指令代码与程序结构1、准备功能G代码G代码是与插补过程有关的准备功能指令，在数控编程中极其重要。目前，不同数控系统的G代码并非完全一致，因此编程人员必须熟悉所用机床及数控系统的规定。模态代码（续效代码）的概念N001G01G17G42X_Y_…;N002X_Y_…;N003G03X_Y_…;N004X_Y_…;N005G01X_Y_…;N006G00G40X_Y_…;2、辅助功能M代码辅助功能指令主要是控制机床开／关功能的指令，如主轴的启停、冷却液的开停、运动部件的夹紧与松开等辅助动作。M代码中除M00、M01、M98和M99等少数几个辅助功能指令的控制与机床无关外，大多数辅助功能指令的动作都决定于生产厂家的PLC设计，因此，不同生产厂的同类机床，其M代码的含义可能完全不同。3．程序段的格式程序段格式是指在同一个程序段中关于字母、数字和符号等各个信息代码的排列顺序和含义规定的表示方法。不同的数控系统，程序段格式不一定相同。一般，数控加工程序由若干个程序段组成，每个程序段包含若干个指令字(简称字)，每个字由若干个字符组成。一个程序段表示数控机床的一种操作，对应于零件的某道工序加工。N04G02X43Z43R043F043S04T04M02N04：程序段序号字；G02：准备功能字；X43、Z43和R