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第2章数控机床编程基础知识[知识点]①数控编程的方法；②数控编程的步骤；③数控程序的结构；④数控机床坐标系。[技能点]①现场认知数控编程；②观察数控机床坐标轴及运动方向。[任务描述]通过对数控加工的现场认知，熟悉数控程序的结构及内容。[任务分析]本任务主要讲述了数控编程的一些基本知识。通过对本内容学习，了解数控编程的方法，熟悉数控程序的内容、结构；掌握各种坐标系及其坐标原点的作用与建立，掌握常用G功能代码指令、常用M功能代码指令。.2.1数控编程的方法数控编程是指将零件加工的全部信息，包括加工工艺路线、工艺参数（主轴转速、进给量、背吃刀量）、刀具运动轨迹及方向、位移量以及辅助功能（主轴正转、反转，工件夹紧、松开，冷却液的开、关）等，按照数控系统规定的指令代码及程序格式编写加工程序，输入到数控机床的数控系统中，从而指挥机床完成零件的加工。这种从零件分析到完成数控加工程序的全部过程叫数控编程。数控编程方法有两种：手工编程和自动编程。1.手工编程手工编程是指从工件图样分析、工艺设计、数学处理、编制程序、制作介质到程序校验修改等各步骤均由人工完成，称为手工编程。编程过程如图1-10所示。图1-10手工编程过程对于加工形状简单、计算量小、所需程序不多的零件，采用手工编程。对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件(如叶片、复杂模具)，或者加工程序较长时，用手工编程时，数值计算繁琐，所需时间长，而且易出错，程序校验困难，有时会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况。因此必须采用自动编程的方法编制程序。2.自动编程自动编程也称为计算机辅助编程，是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程。计算机辅助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。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。根据输入方式的不同，自动编程可分为CAD/CAM图形交互式自动编程、数控语言式自动编程及语音数控自动编程。2.2数控编程的步骤数控编程的步骤主要包括：分析被加工零件的零件图，确定加工工艺过程，数值计算，编写程序单，输入数控系统，程序校验和首件试切等，如图1-11所示。图1-11数控机床编程的步骤1.分析零件图在编写程序时，首先拿到的是零件图，根据零件图纸可以对工件的材料、形状、精度及技术要求、毛坯形状和热处理状况等进行分析，然后根据数控机床加工精度、适应性等特点，分析零件毛坯形状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，并明确加工的内容和要求，从而确定工件在数控机床上进行加工的可行性。2.工艺处理工艺处理涉及的问题较多，主要包括：确定工件的定位基准；选用夹具及装夹方法；加工刀具的选用；选择正确的对刀点和换刀点；制定走刀路线；合理选择切削用量等。3.数值计算在完成了工艺处理的工作后，下一步需根据零件的几何尺寸、加工路线，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数值计算主要包括工件轮廓的基点和节点坐标的计算。所谓基点是指各几何元素之间的连接点。如图1-12所示零件中，A、B、C、D、E为基点。图1-12工件轮廓基点计算4.编写程序单在完成工艺处理和数值计算工作后，就可按数控系统的指令代码，程序段格式，编写零件加工程序单。5.程序校验和首件试切编好的程序通常需要经过试运行和试加工两步检查后，才能将程序记载在控制介质中进行零件的正式加工。对带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控机床可进行数控模拟加工，以检查刀具轨迹是否正确。对于不带有刀具轨迹模拟显示功能的数控机床，在数控机床上不装工件让数控机床进行空运行，观察运动轨迹是否正确。6.制作控制介质控制介质是程序的载体，将经过调试和验证后的程序，记录在控制介质上，通过程序的手工输入或者通讯传输送入数控系统。加工程序可分为主程序和子程序，无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。如右所示。O0001程序号N05G54G90G17；N10G00X0Y0Z50.；N15M03S500；N20G00Z2.；N25G01Z-2F100；N30Y20.F150；N35G02X60.R30.；程序内容N40G01Y0；N45X45.；N50G03X15.R15.；N55G01X0Y0；N60G00Z50.；N65M05；N70M30；程序结束2.3数控程序的结构1.程序号程序号是程序的开始部分，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号。2.程序内容程序内容是整个程序的核心，它由多个程序段组成，每个程序段都有一个或多个功能字构成。3.程序结束以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号。2.4程序的格式零件的加工程序是由程序段组成。程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则，通常有字地址可变程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式。目前广泛采用的是字地址可变程序段格式，其格式如下：N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_；这种格式的特点：①程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟符号和数字。②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。③在同一段中可以指定多个同一类地址码。但在同一段中若指定同一组地址码超过一个时，该组多个地址码只有最后指定的有效。④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。功能地址码意义程序号O程序编号程序段号N顺序编号准备机能G机床动作方式指令坐标指令X，Y，ZA，B，CU，V，W坐标轴移动指令R圆弧半径I，J，K圆弧中心坐标进给机能F进给速度指令主轴机能S主轴转速指令刀具机能T刀具编号指令辅助机能M接通、断开、启动、停止指令在数控程序段中包含的常用指令字符及其含义如表所示。2.5机床坐标系及运动方向1.机床坐标系在数控机床上进行零件的加工，必须先确定机床上运动部件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。机床坐标系是一个右手直角笛卡儿坐标系，如图1-13所示。图1-13机床右手笛卡尔坐标系围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴分别用A、B、C表示，它们的正方向根据右手螺旋定则确定。2.刀具相对于静止工件运动原则有的数控机床是刀具运动，工件固定，有的是工件运动，刀具固定。为便于编程人员在不知道是刀具移动还是工件移动的情况下，一律假定工件固定不动，刀具相对于静止工件而运动。3.坐标轴确定方法及步骤确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。（1）Z坐标的确定Z坐标的运动由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线平行或重合的坐标轴即为Z坐标轴。（2）X坐标的确定X坐标运动一般是水平的，它平行于工件的装夹平面，是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。如图1-14（a)、（b)。（a）(b)图1-14数控机床坐标系示例（3）Y轴在确定Z轴和X轴后，Y轴运动的正方向根据X轴和Z轴的正方向，按右手直角笛卡儿坐标系来确定。（4）旋转运动坐标A、B、C相应地表示其轴线平行于X、Y、Z的旋转运动．2.6机床原点和机床参考点1.机床原点机床原点是机床坐标系的原点。在机床经过设计、制造和调整后，这个原点便被确定下来，它是机床上固定的点。由生产厂家事先确定，不能随意改变。如图1-15（a）所示M点。如图1-15（b）所示M点。(a)(b)图1-15数控机床原点2.机床参考点机床参考点是具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。为了正确的建立机床坐标系，数控机床都设有机床参考点，它是机床上的一个基准点，该点与机床原点的相对位置是固定的，如图1-16所示。机床每次通电后，通常都要手动或机动回参考点以建立机床坐标系。机床参考点可以与机床原点重合，也可以不重合，通过参数指定机床参考点到机床原点的距离。图1-16数控车床原点与参考点机床坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。3.工件坐标系和工件原点工件坐标系的原点，其位置是人为设定的，设置一般应遵循下列原则：①工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程；②工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上，以提高被加工工件的加工精度；③工件原点最好选在工件的对称中心上；④要便于测量和检验。对于车床车床而言，工件坐标系原点一般选在工件轴线与工件的前端面或后端面的交点处，如图1-17所示。图1-17工件坐标系的编程原点[任务实施]到车间现场认知数控车床编程，具体要求如下：1.现场观察数控车削加工零件的程序，分析程序段格式。2.数控车床坐标轴及运动方向。3.观察数控车床编程加工的全过程。