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第3章数控编程基础3.1数控编程概述3.2坐标系的确定3.3编程尺寸的取值方法3.4程序编制中的数值计算3.5数控加工程序的一般格式3.6G功能3.7刀具功能T、进给功能F、主轴功能S3.8M功能3.9程序实例3.1数控编程概述3.1.1数控编程的内容及步骤在数控机床上加工零件时，要把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具运动轨迹、位移量、切削参数（如主轴转速、刀具进给量、切削深度等）以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、切削液开关等），按照数控机床规定的指令代码和程序格式编写程序，再把程序输入到数控装置，从而控制机床加工零件。数控机床程序编制的内容包括：分析工件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、程序输入数控系统、校对加工程序和首件试加工。3．1．2数控编程种类（1）手工编程：整个编程过程由人工完成（包括程序单和制作控制介质）。（2）自动编程：编程人员只需分析零件图纸和制定工艺方案，借助计算机自动完成程序编制的全过程。常用自动编程软件有：UG,Pro/E,Mastercam,CAXA等。3.2数控机床坐标系的确定3．2．1机床坐标系的确定为了保证数控机床的运动、操作及程序编制的一致性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化。编程时对机床相对运动的规定：采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定不动；有的是工件运动，刀具固定不动。为编程方便，一律规定工件固定，刀具运动。1）坐标系建立的基本原则①机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系采用右手笛卡儿直角坐标系决定。基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标；相对于各坐标轴的旋转坐标分别记为A、B、C，正方向按右手螺旋法则确定。2）各坐标轴的确定确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴和Y轴。Z轴：一般以传递切削力的主轴轴线方向定为Z坐标轴。如果机床有多个主轴，则选尽可能垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z轴。刀具远离工件的方向为Z轴正方向。X轴：为水平的、平行于工件装夹平面的轴。如果工件做旋转运动（车床），则刀具离开工件的方向为X轴正方向；对于刀具旋转的机床，若Z轴为水平时（卧铣），由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方；若Z轴为垂直时（立铣），面对刀具主轴向立柱看，X轴正方向指向右方。对无主轴的机床（如刨床），X轴正方向平行于切削方向。Y轴：垂直于X及Z轴，按右手定则确定其正方向。a)卧式车床b)立式升降台铣床c)卧式镗床刀具离开工件的方向为X轴正方向：卧式-由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方：立式-面对刀具主轴向立柱看，X轴正方向指向右方：卧式-由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方：立式-面对刀具主轴向立柱看，X轴正方向指向右方：d)龙门式轮廓铣床e)五坐标工作台移动式曲面和轮廓铣床3）机床坐标系的原点机床坐标系的原点也称机床原点或机床零点，这个原点是机床上一个固定的点。机床一经设计和制造出来，机械原点就已经被确定下来。机床启动时，通常要进行机动或手动回零，就是回到机床原点。数控车床的机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，数控铣床的机械原点一般在直线坐标或旋转坐标回到正向的极限位置。数控车床的机床原点数控铣床的机床原点4）机床参考点：数控装置通电后通常要进行回参考点操作，以建立机床坐标系。参考点与机床原点不重合时，需通过参数来指定机床参考点到机床原点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC装置就建立起了机床坐标系。3．2．2工件坐标系的确定工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件原点（也称程序原点）。工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床相应的坐标轴一致，并且与之有确定的尺寸关系。工件坐标系原点机床坐标系原点3．2．2工件坐标系的确定工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床相应的坐标轴一致，并且与之有确定的尺寸关系。3.3编程尺寸的取值方法编程尺寸取值方法有以下两大类：1、绝对坐标取值—以工件坐标系原点为基准给出的零件的坐标值。2、增量坐标取值—零件上后一点的坐标相对于前一点的增量值。3.4程序编制中的数值计算根据零件图，按已确定的走刀路线和允许的编程误差，计算数控系统所需输入的数据，称为数控加工的数值计算。包括：1、基点坐标计算基点：构成零件轮廓的不同几何素线（如直线、圆弧等）的交点或切点称为基点。基点坐标的计算：计算每条运动轨迹（线段）的起点或终点、在选定坐标系中的坐标值、圆弧运动轨迹的坐标值等。3.4程序编制中的数值计算2、节点坐标计算节点:对于平面轮廓是直线和圆以外的非圆曲线（如渐开线、阿基米德螺线等），采用直线或圆弧逼近它们。即将这些非圆曲线按等间距或等弧长分割成许多小段，用直线或圆弧逼近这些小段，从而取代非圆曲线。逼近直线或圆弧小段与曲线的交点或切点称为节点。编程时要根据所允许的误差计算出各线段的长度和节点的坐标值。节点坐标的计算:通常借助于计算机来完成。列表曲线:由一系列实验或经验数据点表示的、没有表达平面轮廓形状的曲线方程的曲线，称为列表曲线。列表曲线的已知点就是节点。已知点不够多时，需进行相应的数学处理。3.5数控加工程序的一般格式编程时既要尽量采用国际或国家标准代码，又要结合具体机床的实际情况，这样的编程才能为数控机床接受。目前，国际上数控机床编程和使用标准有两种主要的通用标准，即国际标准化组织标准ISO和美国电子工业协会标准EIA。我国以等效采用和参照采用ISO标准的方式制定了我国的数控标准。国家标准GB8870-88对零件数控加工程序的结构和格式作出了规定。3.5数控加工程序的一般格式1、程序的组成加工程序由程序名、程序主体和程序结束符号等组成。程序名：就是给零件数控加工程序一个编号，并说明该零件加工程序开始，以便进行程序检索。程序主体：表示加工程序的全部内容。程序结束：可用指令M02或M30作为整个程序结束的符号来结束程序，程序结束应位于最后一个程序段。如：O1000N10G54G40G49G80G90；N20G091G28X0Y0Z0；.N150M30；程序名程序主体程序结束3.5数控加工程序的一般格式2、程序段格式程序由若干个程序段组成，程序中的每一行均为一个程序段。每个程序段包含若干个程序字，每个程序字由若干个字符组成。程序段的基本格式如下：N####G##X##.##Y##.##Z##.##…##.##F##S##T##M##程序段号准备功能运动坐标其它坐标切削参数辅助功能程序字：能表示某一功能的、按一定顺序和规定排列的字符集合称为程序字。如G01、X30.1等等。3.5数控加工程序的一般格式程序段格式是指一个程序段中各自的特定排列顺序及表达形式。不同的数控系统，程序段格式不一定相同。格式不合规定，数控装置会发出出错报警。目前国内外应用最广泛的是程序字地址可变程序段格式：N10G01X80.5Z-35F60S300T01M03程序段序号字直线插补坐标字进给功能字主轴功能字刀具功能字辅助功能字坐标字般可编程功能分为两类：一类用来实现刀具轨迹控制即各进给轴的运动，如直线/圆弧插补、进给控制、坐标系原点偏置及变换、尺寸单位设定、刀具偏置及补偿等，这一类功能被称为准备功能，以字母G以及两位数字组成，也被称为G代码。另一类功能被称为辅助功能，用来完成程序的执行控制、主轴控制、刀具控制、辅助设备控制等功能。3.6准备功能G指令（JB3208-83）G指令（准备功能）：用来规定刀具和工件的相对运动插补方式、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种设置，它由G字母和后跟两位数字组成；G00，G01，……，G99共100个，其中有些功能待开发。见P84表3.1。模态代码（续效代码）：非模代码（非续效代码）：只有在书写了该代码的程序段中才有效。G代码模态G代码，是指这些G代码不只在当前的程序段中起作用，而且在以后的程序段中一直起作用，直到程序中出现另一个同组的G代码为止，同组的模态G代码控制同一个目标但起不同的作用，它们之间是不相容的。表3.1准备功能非模态常用准备功能G指令：（1）G90、G91:绝对坐标编程与增量坐标编程指令G90：绝对坐标编程指令。刀具运动过程中所有的位置坐标均以固定的坐标原点为基准来给出。如下图中，A点坐标为XA=20，YA=32。B点坐标为XB=60，YB=77。AB绝对坐标编程：G90G00X60Y77；常用准备功能G指令：（1）G90、G91:绝对坐标编程与增量坐标编程指令G91：增量（或相对）坐标编程指令。刀具运动的位置坐标是以刀具前一点的位置坐标与当前位置坐标之间的增量给出的，终点相对于起点的方向与坐标轴相同取正、相反取负。AB相对坐标编程：G91G00X40Y45；G17、G18、G19：指定机床在某一平面内进行加工（圆弧插补、刀补），G17、G18、G19分别代表XY，XZ，YZ三个平面。G17G18G19XYZ（2）平面插补指令G17、G18与G19（3）快速点定位指令G00编程格式：G00X_Y_Z_；（增量值或绝对值编程）（4）直线插补指令G01编程格式：G01X_Y_Z_F_；（增量值或绝对值编程）●X_Y_Z_：终点坐标；●快速移动的速度由机床参数指定(对各轴分别设定)；●G00快速直线运动过程中不进行切削；●刀具移动的轨迹不一定是一条直线。●X_Y_Z_:终点坐标；●F:直线插补进给速度；●G01直线插补运动过程中一般进行切削；●刀具移动的轨迹是一条直线。编程练习：分别用绝对值和增量编程指令完成下图刀具中心运动轨迹，起刀点为A点、终点为C点。ABCD4040XY（5）圆弧插补指令G02、G03使机床在各坐标平面内执行圆弧运动，加工出圆弧轮廓。G02-顺圆插补；G03-逆圆插补。+Z+XG02G03G02+X+YG03方向判别：沿垂直于圆弧所在平面（如XY平面）的坐标轴向负方向（-Z）看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。（5）圆弧插补指令G02、G03圆弧插补指令格式：（XY平面为例）①用圆弧终点坐标和圆心坐标表示。G02指令格式：X▁Y▁I▁J▁F▁；G03式中：X、Y是圆弧终点坐标，可以用绝对值，也可以用终点相对于起点的增量值，取决于程序段中的G90、G91指令。I、J是圆心坐标，一般均用圆心相对于起点的增量坐标来表示，而不受G90控制。对于XZ平面，坐标参数相应为X、Z、I、K。YZ平面则为Y、Z、J、K。适用于整圆加工。（5）圆弧插补指令G02、G03②用圆弧终点坐标和圆弧半径R表示。G02指令格式：X▁Y▁R▁F▁；G03式中：Ｒ为圆弧半径。用+R表示小于或等于180度的圆弧，用-R表示大于180度的圆弧。前刀架车床与后刀架车床坐标系统（补充说明）后刀架：XZG03G02ZXG02G03顺、逆圆弧的设定：XYABC编程练习：完成下图刀具中心轨迹，起刀点为A点。A（200，40）B（160，40）C（120，40）BR20N0005G92X200.Y40.Z0；N0010G90G03X160.Y40.I-20.J0F300；N0020G02X120.Y40.R20.；N0030G03X120.Y40.I-20.J0；N0040M02；N0005G92X200.Y40.Z0；N0010G91G17G03X-40.Y0R20.F300；N0015G02X-40.Y0R20.；N0020G03X0Y0I-20.J0；N0025M02；a.绝对坐标编程b.相对坐标编程ABCBA（200，40）B（160，40）C（120，40）XY