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数控加工工艺及程序编制第一章数控机加工程序编制基础第一节数控加工程序编制的概念1、机床运动的表示坐标字母X\Y\Z(U\V\W)A\B\C和功能字母G机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定在机床上，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。（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。。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。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，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。第1章数控机床加工程序编制基础4、机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。下图为数控车床的参考点与机床原点。第1章数控机床加工程序编制基础2,切削参数切削速度F切削厚度（背吃刀量）X,Y,Z的坐标量决定主轴转速S3，切削用刀T4，其它功能M5，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。表示一次要完成的任务。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）2）编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如下图所示，其中O2即为编程坐标系原点。第1章数控机床加工程序编制基础编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如下图所示为车削零件的编程原点。第1章数控机床加工程序编制基础3）加工坐标系1、加工坐标系的确定加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。第1章数控机床加工程序编制基础加工坐标系的设定1）在机床坐标系中直接设定加工原点，来建立加工坐标系加工坐标系的选择编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。设工作台工作面尺寸为800mm×320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点03就在距机床原点O1为X3、Y3、Z3处。并且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。设定加工坐标系指令G54～G59G54对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在MDI方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点O3，将其坐标值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm第1章数控机床加工程序编制基础（2）在机床坐标系间接设置加工原点根据刀具刀刀尖相对于编程原点的距离来设置加工原点，来建立加工坐标系。设置加工坐标系指令G92(G50)X-Y-Z-;X\Y\Z分别为刀尖到编程原点的X\YZ轴的距离如图，加工坐标系设置如下：G92X90Y100Z100;zxo机床原点主轴端面参考点825MJ-50数控机床坐标系夹头主轴G92X200.0Z200.0;工件刀具xz200Φ100o夹头车床原点150125110Φ30Φ60常用编程指令及数学处理一、绝对尺寸指令和增量尺寸指令-G90/G91在加工程序中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表达方法。绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。第1章数控机床加工程序编制基础二、预置寄存指令G92G90指定尺寸值为绝对尺寸。G91指定尺寸值为增量尺寸。2、用尺寸字的地址符指定绝对尺寸的尺寸字的地址符用X、Y、Z增量尺寸的尺寸字的地址符用U、V、W三、坐标平面选择指令-G17/G18/G19坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。G17表示选择XY平面，G18表示选择ZX平面，G19表示选择YZ平面。各坐标平面如图1.22所示。一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工。第1章数控机床加工程序编制基础四、快速点定位指令-G00快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置，其移动速度由参数来设定。指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后减速到达终点，如下图所示。程序格式：G00X～Y～Z～式中X、Y、Z的值是快速点定位的终点坐标值第1章数控机床加工程序编制基础五、直线插补指令-G01直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。程序格式：G01X～Y～Z～F～其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。例：实现下图中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90G01X10Y10F100增量方式编程：G91G01X-10Y-20F100第1章数控机床加工程序编制基础六、圆弧插补指令-G02、G03G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。圆弧顺逆方向的判别：沿着不在圆弧平面内的坐标轴，由正方向向负方向看，顺时针方向G02，逆时针方向G03，如下图所示。程序格式：XY平面：G17G02X～Y～I～J～(R～)F～G17G03X～Y～I～J～(R～)F～ZX平面：G18G02X～Z～I～K～(R～)F～G18G03X～Z～I～K～(R～)F～YZ平面：G19G02Z～Y～J～K～(R～)F～G19G03Z～Y～J～K～(R～)F～其中：X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值；I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与G90,G91无关；R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角≤180o时，R值为正，当圆弧的圆心角＞1800时，R值为负。第1章数控机床加工程序编制基础七、刀具半径补偿指令-G40、G41、G42在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能，见下图。第1章数控机床加工程序编制基础1、编程格式G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿，见下图。G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿。G40为补偿撤消指令。程序格式:G00/G01G41/G42X～Y～H～//建立补偿程序段……//轮廓切削程序段G00/G01G40X～Y～//补偿撤消程序段第1章数控机床加工程序编制基础八、刀具长度补偿指令G43、G44、G49使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。G43为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。G44为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。G49为撤消补偿。编程格式为：G01G43/G44ZH//建立补偿程序段……//切削加工程序段G49//补偿撤消程序段第1章数控机床加工程序编制基础第二节程序编制中的数学处理根据被加工零件图样，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算数控系统所需要输入的数据，称为数学处理。数学处理一般包括两个内容：根据零件图样给出的形状，尺寸和公差等直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等），计算出编程时所需要的有关各点的坐标值。第1章数控机床加工程序编制基础一、选择编程原点从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心。Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。车削零件的编程原点选择见下图。第1章数控机床加工程序编制基础铣削零件的编程原点，X、Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上，对于有对称部分的工件，可以选在对称面上，以便用镜像等指令来简化编程。Z向的编程原点，习惯选在工件上表面，这样当刀具切入工件后Z向尺寸字均为负值，以便于检查程序。编程原点选定后，就应把各点的尺寸换算成以编程原点为基准的坐标值。为了在加工过程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值来计算坐标值。第1章数控机床加工程序编制基础二、基点与节点1、基点零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间的连接点称为基点。基点坐标是编程中必需的重要数据。A、B、C、D、E为基点。2、节点数控系统一般只能作直线插补和圆弧插补的切削运动。如果工件轮廓是非圆曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要通过一定的数学处理。数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线交点称为节点。对下图所示的曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。第1章数控机床加工程序编制基础三、数控加工误差的组成数控加工误差△数加是由编程误差△编、机床误差△机、定位误差△定、对刀误差△刀等误差综合形成。即：△数加=f(△编+△机+△定+△刀)其中：（1）编程误差△编由逼近误差δ、圆整误差组成。（2）机床误差△机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。（3）定位误差△定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生的。（4）对刀误差△刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生。第1章数控机床加工程序编制基础本章小结：1，数控編程是指定刀具的运动；2