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《数控加工程序编制及操作》课程电子教案河北工业大学制作人：魏骏喆第1章数控机床加工程序编制基础1.1数控机床的简介1.2数控程序编制的概念1.3数控机床的坐标系1.4常用编程指令1.5程序编制中的数学处理1.1数控机床的简介第1章数控机床加工程序编制基础1.1.1数控技术的基本概念数字控制（NumericalControl），它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术。用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称做数控机床。第1章数控机床加工程序编制基础1.1.2数控机床的产生第1章数控机床加工程序编制基础1）1948年由美国巴森兹（Parsons）公司在研制加工直升飞机叶片轮廓样板时提出了数控机床的初始设想。2）1949年和麻省理工学院（MIT）合作，开始了三坐标铣床的数控化工作。3）1952年3月公开发布了世界上第一台数控机床的试制成功，可作直线插补。4）1955年进入实用化阶段。5）1959年数控机床的新一代类型----加工中心（MachiningCenter）诞生了。具有刀库、刀具自动交换装置、回转工作台、自动排削装置。可做钻、扩、铰、攻螺纹、镗削、平面铣削、轮廓铣削等加工1.1.3数控的种类第1章数控机床加工程序编制基础一）、按工艺用途分类1）数控车床2）数控铣床3）加工中心4）数控钻床5）数控镗床等二）、按运动方式分类1）点位控制机床2）直线控制机床3）轮廓控制机床1.1.4数控机床的组成第1章数控机床加工程序编制基础1）程序的储存介质2）输入、输出装置3）数控装置4）伺服系统5）检测反馈装置6）机床本体1.1.5数控机床的优势第1章数控机床加工程序编制基础1）具有高度柔性2）加工精度高3）加工质量稳定可靠4）生产效率高5）改善劳动条件6）利于生产管理现代化第1章数控机床加工程序编制基础1.1.6先进的制造系统1）柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）2）柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）3）计算机集成制造系统（ComputerIntergratedManufacturingSystem）第1章数控机床加工程序编制基础第1章数控机床加工程序编制基础1.1.7加工中心的简介加工中心是指镗铣类加工中心，它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段，又由于工件经一次装夹后，能对两个以上的表面自动完成加工，并且有多种换刀或选刀功能及自动工作台交换装置（APC），从而使生产效率和自动化程度大大提高。加工中心为了加工出零件所须形状至少要有三个坐标运动，即由三个直线运动坐标X、Y、Z和三个转动坐标A、B、C适当组合而成，多者能达到十几个运动坐标。其控制功能应最少两轴半联动，多的可实现五轴联动，六轴联动，现在又出现了并联数控机床，从而保证刀具按复杂的轨迹运动。加工中心应具有各种辅助功能，如：各种加工固定循环，刀具半径自动补偿，刀具长度自动补偿，刀具破损报警，刀具寿命管理，过载自动保护，丝杆螺距误差补偿，丝杠间隙补偿，故障自动诊断，工件与加工过程显示，工件在线检测和加工自动补偿乃至切削力控制或切削功率控制，提供DNC接口等，这些辅助功能使加工中心更加自动化、高效、高精度。同样，生产的柔性促进了产品试制、实验效率的提高，使产品改型换代成为易事，从而适应于灵活多变的市场竞争战略。第1章数控机床加工程序编制基础1.1.8加工中心的种类（1）立式加工中心：立式加工中心装夹工件方便，便于操作，找正容易，宜于观察切削情况，调试程序容易，占地面积小，应用广泛。但它受立柱高度及ATC的限制，不能加工太高的零件，也不适于加工箱体。（2）卧式加工中心：一般情况下卧式加工中心比立式加工中心复杂、占地面积大，有能精确分度的数控回转工作台，可实现对零件的一次装夹多工位加工，适合于加工箱体类零件及小型模具型腔。但调试程序及试切时不宜观察，生产时不宜监视，装夹不便，测量不便，加工深孔时切削液不易到位（若没有用内冷却钻孔装置）。由于许多不便使卧式加工中心准备时间比立式更长，但加工件数越多，其多工位加工、主轴转速高、机床精度高的优势就表现得越明显，所以卧式加工中心适合于批量加工。第1章数控机床加工程序编制基础（3）带APC的加工中心：立式加工中心、卧式加工中心都可带有APC装置，交换工作台可有两个或多个。在有的制造系统中，工作台在各机床上通用，通过自动运送装置工作台带着装夹好的工件在车间内形成物流，因此这种工作台也叫托盘。因为装卸工件不占机时，因此其自动化程度更高，效率也更高。（4）复合加工中心：复合加工中心兼有立式和卧式加工中心的功能，工艺范围更广，使本来要两台机床完成的任务在一台上完成，工序更加集中。由于没有二次定位，精度也更高，但价格昂贵。在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。1.2数控程序编制的概念第1章数控机床加工程序编制基础1.2.1数控程序编制的定义编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。第1章数控机床加工程序编制基础1、数控程序编制的内容及步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工作主要包括：（1）分析零件图样和制定工艺方案（2）数学处理（3）编写零件加工程序（4）程序检验第1章数控机床加工程序编制基础分析零件图样和制定工艺方案数学处理编写程序程序校验修改2、数控程序编制的方法数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加工程序初稿加工程序修改编程手册第1章数控机床加工程序编制基础（2）计算机自动编程自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。第1章数控机床加工程序编制基础1.2.2字与字的功能1、字符与代码字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。2、字在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。第1章数控机床加工程序编制基础3、字的功能组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的。（1）顺序号字N顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。（2）准备功能字G准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。附表：G功能字含义表第1章数控机床加工程序编制基础（3）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组A，B，C，D，E用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组I，J，K用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。（4）进给功能字F进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。第1章数控机床加工程序编制基础（5）主轴转速功能字S主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。（6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。（7）辅助功能字M辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为1～3位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。附表：准备M功能字含义表第1章数控机床加工程序编制基础1.2.3程序格式1、程序段格式一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。程序段格式举例：N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M08N40X90（本程序段省略了续效字“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M08”，但它们的功能仍然有效）在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：移动目标：终点坐标值X、Y、Z；沿怎样的轨迹移动：准备功能字G；进给速度：进给功能字F；切削速度：主轴转速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；机床辅助动作：辅助功能字M。第1章数控机床加工程序编制基础1.3数控机床的坐标系1.3.1机床坐标系１、机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。第1章数控机床加工程序编制基础（2）机床坐标系的规定标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。第1章数控机床加工程序编制基础标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。2)大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。第1章数控机床加工程序编制基础（3）运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床上两个运动的正方向。第1章数控机床加工程序编制基础２、坐标轴方向的确定（1）Z坐标Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。第1章数控机床加工程序编制基础（2）X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。下图所示为数控车床的X坐标。第1章数控机床加工程序编制基础（3）Y坐标在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。第1章数控机床加工程序编制基础3、机床原点的设置机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1）数控车床的原点在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可