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第3章数控编程基础知识（时间：2次课，4学时）第3章数控编程基础知识教学目标：数控机床要按照预先编制好的程序自动加工零件，编程人员必须按照机床规定的指令代码及程序格式，把零件的加工过程编成加工程序才能实施数控加工。本章学习数控编程的基本概念、数控指令、数控程序的结构以及坐标系知识，为学习各种数控设备的手工编程、自动编程建立基础。第3章数控编程基础知识教学重点和难点：数控指令及其功能。各种坐标系及其坐标原点。数控加工程序格式与组成。第3章数控编程基础知识3.1数控编程概述3.2数控机床的坐标系3.3程序编制的代码及格式3.4实训3.5习题数控编程概述3.1.1数控编程的基本概念3.1.2数控编程的内容和步骤3.1.3数控编程的方法数控编程概述数控编程是实施数控加工前的必须工作，数控机床没有加工程序将无法实现加工。编程的质量对加工质量和加工效率有着直接的影响。因为，程序是一切加工信息的载体，操作者对机床的一切控制都是通过程序实现的。只有高质量的加工程序才能最大限度地发挥数控机床的潜能，达到数控加工应有的技术效果与经济效益。数控编程的基本概念零件程序的编制过程，称为数控编程。具体地说，数控编程是指根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向(零件轮廓轨迹尺寸)、工艺参数(主轴转速、进给量、切削深度)及辅助动作(变速，换刀，冷却液开、停，工件夹紧、松开等)等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件(零件程序单)，并将程序单的信息制作成控制介质的整个过程。从广义上讲，数控加工程序的编制包含了数控加工工艺的设计过程。数控编程方式有手工编程和自动编程。数控编程的内容和步骤数控编程的主要内容包括零件几何尺寸及加工要求分析、数学处理、编制程序、程序输入与试切。数控编程可按以下步骤进行。1.图纸工艺分析根据零件图纸和工艺分析，主要完成下述任务。(1)确定加工机床、刀具与夹具。(2)确定零件加工的工艺路线、工步顺序。(3)确定切削用量(主轴转速、进给速度、进给量、切削深度)。(4)确定辅助功能(换刀，主轴正转、反转，冷却液开、关等)。数控编程的内容和步骤2.数学处理根据图纸尺寸，确定合适的工件坐标系，并依此工件坐标系为基准，完成下述任务。(1)计算直线和圆弧轮廓的终点(实际上转化为求直线与圆弧间的交点、切点)坐标值，以及圆弧轮廓的圆心、半径等。(2)计算非圆曲线轮廓的离散逼近点坐标值(当数控系统没有相应曲线的差补功能时，一般要将此曲线在满足精度的前提下，用直线段或圆弧段逼近)。(3)将计算的坐标值按数控系统规定的编程单位换算为相应的编程值。数控编程的内容和步骤3.编写程序单及初步校验根据制订的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作和计算的坐标值，按照数控系统规定的指令代码及程序格式，编写零件程序，并进行初步校验(一般采用阅读法，即对照欲加工零件的要求，对编制的加工程序进行仔细的阅读和分析，以检查程序的正确性)，检查上述两个步骤的错误。数控编程的内容和步骤4.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(如存储在磁盘上)，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过MDI键盘输入。数控编程的内容和步骤5.输入数控系统制备的控制介质必须正确无误，才能用于正式加工。因此要将记录在控制介质上(如存储在磁盘上)的零件程序，经输入装置输入到数控系统中，并进行校验。数控编程的内容和步骤6.程序的校验和试切(1)程序的校验程序的校验用于检查程序的正确性和合理性，但不能检查加工精度。利用数控系统的相关功能，在数控机床上运行程序，通过刀具运动轨迹检查程序。这种检查方法较为直观简单，现被广泛采用。(2)程序的试切通过程序的试切，在数控机床上加工实际零件以检查程序的正确性和合理性。试切法不仅可检验程序的正确性，还可检查加工精度是否符合要求。通常只有试切零件经检验合格后，加工程序才算编制完毕。在校验和试切过程中，如发现有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到加工出符合图纸规定精度的试切件为止。数控编程的方法数控编程方法是数控技术的重要组成部分，数控自动编程代表编程方法的先进水平，而手工编程是学习自动编程的基础。目前，手工编程还有广泛的应用。手工编程与自动编程的过程如图3.1所示。1.手工编程手工编程就是从分析零件图样、确定工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、程序输入到程序检验等各步骤均由人工完成。对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不多，采用手工编程较容易完成，因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程较为常用。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用手工编程就有一定的困难，出错的机率增大，有的甚至无法编出程序，必须采用自动编程的方法编制程序。数控编程的方法图3.1手工编程和自动编程流程图数控编程的方法2.自动编程自动编程是利用计算机及其专用编程软件进行数控加工程序编程。编程人员根据加工零件图纸的要求或零件CAD模型，进行参数选择和设置，由计算机自动地进行刀具轨迹计算、后置处理，生成加工程序单，直至将加工程序通过直接通信的方式输入数控机床，控制机床进行加工。自动编程既可减轻劳动强度，缩短编程时间，又可减少差错，使编程工作简便。数控机床的坐标系3.2.1坐标轴的运动方向及其命名3.2.2机床坐标系与工件坐标系3.2.3绝对坐标与增量(相对)坐标3.2.4数控机床的最小设定单位数控机床的坐标系规定数控机床坐标轴及运动方向，是为了使数控系统和机床的设计、程序编制和使用维修更为便利。国际标准化组织ISO和我国机械工业部都颁布了相应的标准。坐标轴的运动方向及其命名1.坐标和运动方向命名的原则数控机床的进给运动是相对的，有的是刀具相对于工件运动(如车床)，有的是工件相对于刀具运动(如铣床)。为了使编程人员能在不知道是刀具移向工件，还是工件移向刀具的情况下，可以根据图样确定机床的加工过程，特规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。坐标轴的运动方向及其命名2.标准坐标系的规定在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动的距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫标准坐标系。也叫机床坐标系。在编制程序时，就可以以该坐标系来规定运动方向和距离。坐标轴的运动方向及其命名3.运动方向的确定JB3051—1999中规定：机床某一部件运动的正方向是增大工件和刀具之间距离的方向。机床坐标系与工件坐标系1.机床坐标系机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也被称为机床原点或机床零点。这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点。机床原点是工件坐标系、机床参考点的基准点。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或卡盘后端面的中心，如图3.4(a)所示。数控铣床的机床原点，各个生产厂家不一致，有的设在机床工作台的中心，有的设在进给行程的终点，如图3.4(b)所示。机床坐标系与工件坐标系图3.4数控机床的机床原点和机床参考点机床坐标系与工件坐标系数控系统的处理器能计算所有坐标轴相对于机床零点的位移量，但系统上电时并不知道测量起点，每个坐标轴的机械行程是由最大和最小限位开关来限定的。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点(测量起点)，机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过机床参数指定参考点到机床零点的距离。机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限的位置上，通过减速行程开关粗定位，由零位点脉冲精确定位。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值，也就是说，可以根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置。在机床接通电源后，通常都要作回零操作，即利用CRT/MDI控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按钮，使工作台运行到机床参考点。回零操作又称为返回参考点操作。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已经建立。因此，回零操作是对基准的重新校定，可以消除由于种种原因产生的基准偏差。在数控加工程序中，可以用相关的指令使刀具经过一个中间点后自动返回参考点。机床参考点已由机床制造厂测定后输入数控系统，并且记录在机床说明书中，用户不得更改。机床轴回参考点(一般采用常开微动开关配反馈元件的标记脉冲的方法确定)的过程是这样完成的：在由机床或数控系统制造商定义的回参考点方向上，使机床坐标轴向常开微动开关靠近，直到压下开关。压下开关后，以慢速反方向运动，直到退出开关后，机床再次反方向慢速运动，直到压下开关。压下开关后，以慢速运动直到接收到第一基准脉冲，这时的机床位置就是机床参考点的准确位置。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，数控机床就建立起了机床坐标系。机床坐标系与工件坐标系2.工件坐标系工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点(也称程序原点)，建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系是在数控编程时用来定义工件形状和刀具相对工件位置的坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。工件坐标系的建立，包括坐标原点的选择和坐标轴的确定。(1)工件坐标系的原点工件坐标系的原点也称为工件原点或编程原点。工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条