第2章：数控编程基础

1、数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。2.1数控编程基础2.1.1程序编制的基本概念程序编制分为：手工编程和自动编程两种。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。手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。自动编程适用于：形状复杂的零件，虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的编程自动化是当今的趋势！图纸工艺分析这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。2、手工编程的内容和步骤计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改•计算运动轨迹根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。错误计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸修改编制程序及初步校验根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改•制备控制介质将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改•程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改常用的校验和试切方法：对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。2.1.2程序编制的代码及格式经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（InternationalStandardizationOrganization）和EIA(ElectronicIndustriesAssociation)两种。●.代码代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令。它是程序的最小单元。.编程指令——系统操作代码的总称.G指令——准备功能作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。组成：G后带二位数字组成。100种模态（续效）指令与非模态指令M指令——辅助功能作用：控制机床及其辅助装置的通断的指令。组成：M后跟两位数字组成。100种。F.S.T指令1)F指令——指定进给速度指令（续效指令）组成：编码法：F带两位数字，如F05,F36等。后面所带的娄只是一个代码，它与某个（系统规定的速度值）速度值相对应，换而言之，这种指令所指定的进给速度是有级的，速度值序既可等差数列，也可能是等比数列直接法：F后带若干位数字，如F150,F3500等。后面所带的数字表示实际的速度值，上述两个指令分别表示F=150mm/min；F=3500mm/min。2)S指令（切削速度）——指定主轴转速指令（续效指令）组成：同F，如S05,S36等单位：r/min，S3)T指令——指定加工刀具号的指令。组成：T后跟两位数字，如T11,T28等。T11表示选择11号刀具T28表示选择28号刀具。4）尺寸指令——指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指令组成：由在X,Y,Z,(i,j,k,r)A,B,C后带符号的数字组成。如X1000,Y2000等单位：数控系统规定的单位,如mm●.数控加工程序的结构程序的组成：程序名：O2000程序段N01G91G17G00G42D01X85Y-25；N02Z-15S400M03M08；N03G01X85F300；N04G03Y50I25；N05G01X-75；N06Y-60；N07G00Z15M05N08M09；N09G40X75Y35N10M02；%75R25YX1O2O3O55Zrrrrrrrrrrrrrrr`rrr10上面是一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段组成。程序名是该加工程序的标识；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头，或LF指令结尾；M02(M30)作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如%、EM等。由上面的程序可知：加工程序——由程序名和若干程序段有序组成的指令集。程序是由若干程序段组成程序段是由干指令字组成。指令字是由文字（地址符）或与其后所带的数字一起组成。一个程序的最大长度取决于数控系统中零件存贮区的容量或外存的容量。另外，有些数控系统还规定了一个程序段的字符数，如7M系统规定字符数90个。因此，这些在编程前必须了解清楚，否则数控系统便会认为你的程序有语法错误●.程序段的格式程序段的格式，是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。目前广泛采用的是，地址符可变程序段格式（或者称字地址程序段格式），这种格式的特点是：.程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟数字或无符号的数字。.指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。.不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。●主程序和子程序有时被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在几处完全重复的出现，则可以将这些重复的程序串，单独地担出来按一定格式做成子程序，程序中子程序以处的部分便称为主程序。子程序可以被多次重复调用。而且有些数控系统中可以进行子程序的“多层嵌套”，子程序可以调用其它子程序，从而可以大大地简化编程工作，缩短程序长度，节约程序存贮器的容量。16001016015005075160R25501909570在上图中的钢板上要铣出10个几何形状完全相同的台阶，若采用子程序的方法编程如下：O0001；N01G91G00G41D01X50Y60S01M03M08；N02M98P0002L10；N03M02；%O0002；N01G00Z-25；N02G01Y60F100；N03X75；N04G02Y-50J-25；N05G01X-80；N06G00Z25；N07X165Y-10；N08M99；%由上面的程序可知，子程序是子程序名(O0002)开始，以M98指令结束，并返回主程序，其余部分的编写与主程序完全相同。由于采用子程序，使编程大大地简化了，因此，在我们的编程中要学会善于运用子程序来简化编程工作。2.1.3数控机床的坐标系1、坐标轴的运动方向及其命名统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。进给运动坐标系ISO和中国标准规定：•数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。•数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统；•基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：•由右手定则决定。•回转座标：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。+X+X+Y¡¯+Z+Y+Z+Y+C+Z¡¯+A+B+C+X+Y+Z+A+B+X¡¯坐标轴方向：刀具相对工件运动的方向。这样便可以使编程人员在不知是刀具移近工，还是相反的情况下，就能正确地进行编程。附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U.V.W表示。Z坐标•方位标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：•在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；•若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。•Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。X坐标标准规定：•在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。Z轴垂直（立式）：•单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；•双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。•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。Y坐标•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+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。数控车床坐标轴ZX2、机床坐标系与工件坐标系编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。机床原点与机床坐标系•机床原点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。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过程•机床坐标系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。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。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。机床原点、参考点、机床坐标系ZX参考点机床原点oo工件原点与工件坐标系•工件原点：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。该点也可以是对刀点重合。•工件座标系：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系计算。•工件原点偏置：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。•现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过G指令进行换。工件原点和工件坐标系ZX参考点机床原点oo)(编程原点工件原点ZX3、绝对坐标编程和相对坐标编程.•定义绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式。相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。•表达方式：G90/G91；X.Y.Z绝对，U.V.W相对•选用原则：主要根据具体机床的坐标系，考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精度的要求，选用坐标的类型。注意：在机床坐标系和工件坐标系中均可用绝对坐标编程；而在使用相对坐标编程时，上述两个坐标系是无意义的。4、分辨率（Resolution）•分辨率：两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。•分辨率对控制系统而言，它是可以控制的最小位移量。•数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机））是指数控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.0001~0.01mm，视具体机