数控编程基础

1、2022-3-17数控技术12022-3-17数控技术1内容提要内容提要 第一节第一节 数控编程概述数控编程概述第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算2022-3-17数控技术22022-3-17数控技术2一一. .数控编程的基本概念数控编程的基本概念数控编程数控编程：从零件图纸到制成控制介质的全过程。：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，及

2、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，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。并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。 第一节第一节 数控编程概述数控编程概述2022-3-17数控技术32022-3-17数控技术3二、数控编程方法二、数控编程方法数控编程分为：手工编程和自动编程两种数控编程分为：手工编程和自动编程两种。 手动编程手动编程：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

3、则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数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）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，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。制介质。第一节第一节 数控编程概述数控编程概述 2022-3-17数控技术42022-3-17数控技术4工艺处理工艺处理

4、数学处理数学处理加工程序单加工程序单程序校验程序校验穿孔穿孔磁盘磁盘工艺处理工艺处理磁盘磁盘计算机计算机直接传输直接传输手工编程手工编程自动编程自动编程2022-3-17数控技术52022-3-17数控技术5q手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。q自动编程适用于：自动编程适用于：形状复杂的零件，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，非圆曲线的计算计算）2022-3-17数控

5、技术62022-3-17数控技术6q据国外统计：据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机用手工编程时，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，有数控机床不能开动的原因中，有2030%是是由于加工程序不能及时编制出造成的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！编程自动化是当今的趋势！ 第一节第一节 数控编程概述数控编程概述 2022-3-17数控技术72022-3-17数控技术7q产品图样分析：通过对工件材料、形状、尺产品图样分析：通过对工件材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理的分析，确定寸

6、、精度及毛坯形状和热处理的分析，确定工件在数控机床上进行加工的可行性。工件在数控机床上进行加工的可行性。三、数控编制加工程序的内容及步骤三、数控编制加工程序的内容及步骤 2022-3-17数控技术82022-3-17数控技术8n计算运动轨迹计算运动轨迹 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。2022-3-17数控技术92022-3-17数控技术9q 编制程序及初步校验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，

7、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。 2022-3-17数控技术102022-3-17数控技术10n制备控制介质制备控制介质 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。2022-3-17数控技术112022-3-17数控技术11n 程序的校验和试切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。2022-3-17数控技术122022-3-17数控技术12常用的校验和试切方法：q对于平面

8、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。q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。 2022-3-17数控技术132022-3-17数控技术13q在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。q上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件首件试切试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。2022

9、-3-17数控技术142022-3-17数控技术14第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术152022-3-17数控技术15第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 n 进给运动坐标系 ISOISO和中国标准规定：和中国标准规定：n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。n数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系；2022-3-17数控技术162022-3-17数控技术16第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 n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。n回转座标：绕X.Y.Z

10、 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+X2022-3-17数控技术172022-3-17数控技术17第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术182022-3-17数控技术18nZ坐标 n方位 n标准规定：Z坐标主轴轴线的进给轴。 n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。 n若主轴能摆动：n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；n若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹

11、面的方向为Z坐标。nZ坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。第三节第三节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术192022-3-17数控技术19n X坐标 标准规定：n在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。nZ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。nZ轴垂直（立式）：n单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；n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。n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。第二节第二节 数控机床的坐

12、标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术202022-3-17数控技术20nY坐标 n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。n右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。n右手螺旋法则：在X Z平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。 第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术212022-3-17数控技术21第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术222022-3-17数控技术22第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 2022-3-17数控技术23202

13、2-3-17数控技术23三、机床坐标系、机床零点和机床参考点三、机床坐标系、机床零点和机床参考点第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 n机床坐标系是机床固有的坐标系。机床坐标系的原点也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。n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，目的是建立机床坐标系。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。n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。

14、2022-3-17数控技术242022-3-17数控技术24四、工件坐标系、程序原点和对刀点四、工件坐标系、程序原点和对刀点 第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 n工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，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。工件坐标系一旦建立，在该工件的加工过程中便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。n 对刀点是零件程序加工的起始点，对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。n工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，

15、工件原点与机床原点间的距离。n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。2022-3-17数控技术252022-3-17数控技术25 绝对坐标编程绝对坐标编程：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）。n表达方式：G90/G91； X.Y.Z绝对，U.V.W相对 n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

16、个坐标系是无意义的 。第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 五、绝对坐标编程和相对坐标编程.2022-3-17数控技术262022-3-17数控技术26n分辨率：两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。n分辨率对控制系统而言，它是可以控制的最小位移量。n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0.00010.01mm，视具体机床而定。） n脉冲发量对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量。第二节第二节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 六、分辨率（Resolu

17、tion）2022-3-17数控技术272022-3-17数控技术27 2022-3-17数控技术282022-3-17数控技术282022-3-17数控技术292022-3-17数控技术292022-3-17数控技术302022-3-17数控技术30L 01 08调用8次调用01号程 序调用子程序地址符2022-3-17数控技术312022-3-17数控技术31程 序 段N01 G91 G17 G00 G42 D01 X85 Y-25*N02 Z-15 S400 M03 M08 *N03 G01 X85 F300 *N04 G03 Y50 I25 *N05 G01 X-75 *N06 Y-6

18、0 *N07 G00 Z15 M05 M09 *N08 G40 X75 Y35 M02 *75R25YX1O2O3O55Zrrrrrrrrrrrrrrrrrr102022-3-17数控技术322022-3-17数控技术322022-3-17数控技术332022-3-17数控技术332022-3-17数控技术342022-3-17数控技术342022-3-17数控技术352022-3-17数控技术352022-3-17数控技术362022-3-17数控技术3616001016015005075160R255019095702022-3-17数控技术372022-3-17数控技术372022-3-

19、17数控技术382022-3-17数控技术38 根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出编程时所需要的有关各点的的编程误差，计算出编程时所需要的有关各点的坐标值，称为数值计算。手工编程时，在完成工坐标值，称为数值计算。手工编程时，在完成工艺分析和确定进给路线以后，数值计算就成为程艺分析和确定进给路线以后，数值计算就成为程序编制中一个关键性的环节。作为一名编程人员，序编制中一个关键性的环节。作为一名编程人员，应做到对于一些由圆弧、直线组成的平面零件，应做到对于一些由圆弧、直线组成的平面零件，能够通过数学方法能够通过数学方法(如三角几何、解

20、析几何等如三角几何、解析几何等)手工手工计算出有关各点的坐标值；对于复杂零件能借助计算出有关各点的坐标值；对于复杂零件能借助于计算机完成数值计算或直接采用计算机自动编于计算机完成数值计算或直接采用计算机自动编程。程。第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算 2022-3-17数控技术392022-3-17数控技术39第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算 一、基点坐标计算一、基点坐标计算 构成零件轮廓的不同几何素线的交点和切点称为基点。如直线和直线的交点、直线和圆弧的交点或切点、圆弧和圆弧的交点或切点等。数控机床一般只有平面直线和圆

21、弧插补功能，因此，对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。 现以图所示的零件为例，说明平面轮廓中只有直线和圆弧两种几何元素的数值计算方法。图示零件轮廓由四段直线和一段圆弧组成，其中的A、B、C、D、E 即为基点，它们的坐标值从图样尺寸可以很容易找出。C点是过B点的直线与中心为、半径为30mm的圆弧的切点。这个尺寸，图样上并未标注，所以要用解联立方程的方法，来找出切点C的坐标。2022-3-17数控技术402022-3-17数控技术40第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算 二、节点坐标计算二、节点坐标计算当采用不具备非圆曲线插补

22、功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制时，常常需要用多个直线段或圆弧段去近似代替非圆曲线，这个过程称为拟合（逼近）处理。拟合线段的交点或切点称为节点 。图中的G点为圆弧拟合非圆曲线的节点，图中的A、B、C、D点均为直线逼近非圆曲线时的节点。2022-3-17数控技术412022-3-17数控技术41第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算 二、节点坐标计算二、节点坐标计算节点的计算方法 节点计算的难度和工作量都较大，故宜通过计算机来完成；必要时，也可由人工计算完成，但这对编程者的数学处理能力要求较高。而且拟合结束后，还必须通过相应的计算，对每条拟

23、合段的拟合误差进行分析、检验。常用的逼近计算方法有常用的逼近计算方法有：等间距直线插补法等插补段直线逼近法等误差直线逼近法圆弧逼近法2022-3-17数控技术422022-3-17数控技术42第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算 三、辅助计算三、辅助计算1无刀具半径补偿功能的数值计算 2增量坐标值的计算在铣削加工中，是用刀具中心作为刀位点进行编程；在车削加工中，是用车刀的假想刀尖点作为刀位点，也可用刀尖圆弧半径的圆心作为刀位点进行编程。 在数值计算过程中，通常先在零件图样上设定编程坐标原点，然后按绝对坐标值计算出运动段的起点坐标及终点坐标。但在编程过程中，坐标尺寸不一定全部按绝对坐标值给出，也可以以增量方式表示，这时就要进行数值换算，其换算公式为： 增量坐标值=终点坐标值-起点坐标值2022-3-17数控技术432022-3-17数控技术43第四节第四节 数控程序编制过程中的数值计算数控程序编制过程中的数值计算 三、辅助计算三、辅助计算3按进给路线进行一些辅助计算 在