第二章 数控机床的程序编制

1、内容提要内容提要 本章将讲述数控加工的工艺分析和典型的加本章将讲述数控加工的工艺分析和典型的加工方法；加工程序的编制、结构及常用算法；简工方法；加工程序的编制、结构及常用算法；简要介绍自动编程。要介绍自动编程。第二章第二章 数控加工程序的编制数控加工程序的编制一一.程序编制的基本概念程序编制的基本概念数控加工程序编制数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过从零件图纸到制成控制介质的全过程程。将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数艺参数(F(F、S S、T)T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启及辅助动作（变速、换刀、冷却液启

2、停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号停、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信息变成控制介质( (磁带、磁盘、穿孔带）的整个过磁带、磁盘、穿孔带）的整个过程程。第一节第一节 概述概述 零件零件图纸图纸制订工艺制订工艺数值计算数值计算制备数控带制备数控带编写程序编写程序校校验验数数控控装装置置数数控控机机床床毛坯毛坯成品成品程序编制程序编制常用的程序编制方法有：常用的程序编制方法有：手工编程和自动编程两种手工编程和自动编程两种。 手动编程手动编程：利用一般的计算

3、工具，通过各种数学方法，人利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。整个工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。整个编程过编程过程由人工程由人工完成。完成。 对对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，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而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）这这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于几种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于几何形状不太复杂的零件何形状不太复杂的零件, , 计算量不大的零件编程，计算量不大的零件编程， 第一节第一节 概概 述述

4、 主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。数有限，编程直观易于实现的情况等。 对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。校对，有些甚至根本无法完成。第一节第一节 概概 述述自动自动编程编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按编程人员只要根据零件图纸的要求，按照

5、某个自动编程系统的规定，照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信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行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制制备控制介质。介质。自动编程适用于：自动编程适用于：形状复杂的零形状复杂的零件件;虽不复杂但编程工作量很大的零件虽不复杂但编程工作量很大的零件;虽不复杂虽不复杂但计算工作量大的零件但计算工作量大的零件第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述UG 第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概

6、 述述CAXA制造工程师制造工程师第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述q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 3030：1 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20-30%20-30%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 概概 述述二、手工编程的内容和步骤二、手工编程的内容和步骤第一节第一节 概概 述述 计算运动轨迹计算运动轨

7、迹 根据零件图纸上尺寸根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并刀具运动轨迹的坐标值，并且按且按NCNC机床的规定编程单位机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。编程尺寸。第一节第一节 概概 述述 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、根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统运动轨迹，按照数控系统规定指令代码

8、及程序格式规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个进行校核、检查上述两个步骤的错误。步骤的错误。 第一节第一节 概概 述述 制备控制介质制备控制介质 将程序单上的内容，经将程序单上的内容，经转换记录在控制介质转换记录在控制介质（穿孔带、（穿孔带、磁带或磁盘、存储器）磁带或磁盘、存储器）上，上，作为数控系统的输入信息，作为数控系统的输入信息，若若程序较简单，也可直接通过键程序较简单，也可直接通过键盘输入。盘输入。第一节第一节 概概 述述 程序的校验和试切程序的校验和试切 所制备的控制介质，必须经过所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明

9、是正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，进错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。行相应的修改。第一节第一节 概概 述述常用的校验和试切方法常用的校验和试切方法：q 对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐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。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，以此检查程序的格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。正确性。 第一节

10、第一节 概概 述述q 在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（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。）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。别工件的加工误差。首件试切首件试切( (在允许的条件在允许的条件下下) )方法不仅可查出程序单和控制介质是否有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。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，或修当发现错误时，应分析

11、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。纸规定的精度要求为止。第一节第一节 概概 述述三、三、数控加工的工艺分析和数控加工方法数控加工的工艺分析和数控加工方法 1.1. 数控加工的工艺分析数控加工的工艺分析 数控机床加工零件和工艺除按一般方式对零数控机床加工零件和工艺除按一般方式对零件进行分析外，还必须注意以下几点件进行分析外，还必须注意以下几点： 选择合适的对刀点选择合适的对刀点第一节第一节 概概 述述 对刀点对刀点：确定刀具与工件相对位置的点。由于程序也是从这确定刀具与工件相对位置的点。由于程序也是从这一点开始执

12、行，所以对刀点也叫做一点开始执行，所以对刀点也叫做“程序起点程序起点”或起刀点。或起刀点。 对刀点对刀点 可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。测量的点。 对刀点对刀点 确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了确定了。选择对刀点的原则选择对刀点的原则： 选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。选在对刀方便，便于测量的地方。选在对刀方便，便于测量的地方。选在便于坐标计算的地方选在便于坐标计算的地方 第一节第一节 概概 述

13、述CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ第一节第一节 概概 述述刀位点刀位点:用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述常用的对刀方法为试切法。常用的对刀方法为试切法。O(b) 确定刀尖在确定刀尖在X向的位置向的位置O(a) 确定刀尖在确定刀尖在Z向的位置向的位置L数控车床的对刀数控车床的对刀 根据试切后工件的尺寸确定刀尖的位置。根据试切后工件的尺寸确定刀尖的位置。O(b) 确定刀尖在确定刀尖在X向的位置向的位置f fdO(b) 确定刀尖在确定刀尖在X向的位置向的位置f fd第一

14、节第一节 概概 述述相对位置检测对刀相对位置检测对刀 机外对刀仪对刀机外对刀仪对刀 自动对刀自动对刀 第一节第一节 概概 述述q 2.2.加工加工线路的确定线路的确定 加工线路加工线路加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。 孔类加工（钻孔、镗孔）孔类加工（钻孔、镗孔）原则：原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程n 个)(1) 1(2bananb+-=-+=（黄线长红线长ba+切入/出段+切入/出段第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述 3.3.车削车削或铣削：或铣削： 原则：尽量采用切向切入原则

15、：尽量采用切向切入/ /出，不用径向切入出，不用径向切入/ /切出，以避免由于切入切出，以避免由于切入/ /出路线的不当降低零件的出路线的不当降低零件的表面加工质量，以保证工件轮廓光滑。表面加工质量，以保证工件轮廓光滑。 第一节第一节 概概 述述刀具切入和切出时的外延刀具切入和切出时的外延刀具应避免在工件轮廓面上刀具应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。免留下刀痕。第一节第一节 概概 述述4. 空间曲面的加工空

16、间曲面的加工(c)(b)(a)第一节第一节 概概 述述5.合理选择工件的夹具、刀具和切削用量合理选择工件的夹具、刀具和切削用量 选用或设计夹具应遵循的原则选用或设计夹具应遵循的原则（1 1）尽量选用标准化、通用化夹具尽量选用标准化、通用化夹具（2 2）工件的装卸要快速、方便、可靠）工件的装卸要快速、方便、可靠（3 3）零件上的加工部位要外露敞开）零件上的加工部位要外露敞开 刀具不仅要求精度高，刚性好，耐用度高，而且要刀具不仅要求精度高，刚性好，耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。求尺寸稳定、安装调整方便。第一节第一节 概概 述述 选择切削用量的原则选择切削用量的原则 粗加工时，一般以提高

17、生产率为主，但也应考虑粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率，经济性和加工成加工质量的前提下，兼顾切削效率，经济性和加工成本。本。第一节第一节 概概 述述加工线路的选择应遵从的原则：q尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。高生产率。q保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。q保证零件的工艺要求。保证零件的工艺要求。q利于简化数值计算，减少程序段的数目和利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制

18、的工作量。程序编制的工作量。第一节第一节 概概 述述 在数控机床上加工零件时，从零件图上的信息开在数控机床上加工零件时，从零件图上的信息开始，直到生成零件的全过程，每个环节的误差都会影始，直到生成零件的全过程，每个环节的误差都会影响到工件的加工精度。这些误差通常分为两类：响到工件的加工精度。这些误差通常分为两类：第一类是在直接加工零件的过程中第一类是在直接加工零件的过程中产生的误差产生的误差，它，它是产生加工误差的主体，主要包括数控系统（伺服）是产生加工误差的主体，主要包括数控系统（伺服）的误差和整个工艺系统（机床的误差和整个工艺系统（机床刀具刀具夹具夹具毛坯）毛坯）内部的各种因素对加工精度的

19、影响。内部的各种因素对加工精度的影响。 第二类是第二类是编程时产生的误差编程时产生的误差，即用，即用NCNC系统具备的插系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的误差补功能去逼近任意曲线时所产生的误差。第一节第一节 概概 述述 式中：式中： ：编程误差：编程误差a a 算法误差（拟合误差）：为用近似算法逼近零件算法误差（拟合误差）：为用近似算法逼近零件轮廓时产生的误差（称一次逼近误差）例如：用直线轮廓时产生的误差（称一次逼近误差）例如：用直线或圆弧去逼近某曲线时或圆弧去逼近某曲线时和和用近似方程式去拟合列表曲用近似方程式去拟合列表曲线时的误差。线时的误差。 b b 计算误差计算误差：插补算出的

20、线段与理论线段之间的误插补算出的线段与理论线段之间的误差，它与在计算时所取的字节长度有关。差，它与在计算时所取的字节长度有关。 c c 圆整误差圆整误差：它是插补完成后，由于分辨率的限制，它是插补完成后，由于分辨率的限制，将其圆整而产生的误差。它与机床的分辨率有关。将其圆整而产生的误差。它与机床的分辨率有关。pS),(cbafSp=第一节第一节 概概 述述XYcbapS第一节第一节 概概 述述6.程序编制中的数值计算程序编制中的数值计算 数控编程中的数值计算是指根据工件的图样要求，按照数控编程中的数值计算是指根据工件的图样要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所已确定的加工

21、路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。需输入的数据。主要有三个方面：主要有三个方面：(1).基点和节点的计算基点和节点的计算(2).刀位点轨迹的计算刀位点轨迹的计算(3).辅助计算辅助计算第一节第一节 概概 述述1)、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点的计算、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点的计算 平面零件轮廓的曲线多数是由直线和圆弧组成的，而大多数平面零件轮廓的曲线多数是由直线和圆弧组成的，而大多数数控机床都具有直线和圆弧插补功能、刀具半径补偿功能，所数控机床都具有直线和圆弧插补功能、刀具半径补偿功能，所以，只需计算出零件轮廓的基点坐标即可。以，只需计算出零件轮廓的基点坐标即可。2)

22、、非圆曲线的节点计算、非圆曲线的节点计算 数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式表达的平数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数学方程式表达的平面轮廓曲线，称为非圆曲线。这类曲线无法直接用直线和圆弧面轮廓曲线，称为非圆曲线。这类曲线无法直接用直线和圆弧的插补加工出来，而常用直线或圆弧逼近的数学方法处理。这的插补加工出来，而常用直线或圆弧逼近的数学方法处理。这时，需要计算出相邻二逼近直线或圆弧的节点坐标。时，需要计算出相邻二逼近直线或圆弧的节点坐标。用直线逼近非圆曲线，目前常用的节点计算方法有等间距法、用直线逼近非圆曲线，目前常用的节点计算方法有等间距法、等步长法和等误差法等。等步长法和等误差

23、法等。第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述q旋转体类零件的加工方法 这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别是在车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且是在车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路是主要要考虑不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路是主要要考虑的问题。的问题。 4321第一节第一节 概概 述述cCC第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述第一节第一节 概概 述述三轴两联动加工三轴两联动加工-“-“行切法行

24、切法”。以以X X、Y Y、Z Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴中任意两轴作插补运动，另一轴（X X轴）作周期性进给。这时一般采用球轴）作周期性进给。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。些，以提高零件表面光洁度。此方法加工的表面光洁度较差此方法加工的表面光洁度较差。YXZX第一节第一节 概概 述述SSXYSSZXYXZ第一节第一节 概概 述述1O2OZ第一节第一节 概概 述述后倾角）(j1m4m2m3mZ螺旋角）(iOjjRAXBY第一节第一节 概概 述述%99 %99 %为程序好的

25、地址码，为程序好的地址码，9999为程序的编号为程序的编号N0010 S400 M03 M08N0010 S400 M03 M08N0020 G90 G00 X50 Y60N0020 G90 G00 X50 Y60；N0030 G01 X10 Y50 T01 F300 N0030 G01 X10 Y50 T01 F300 ；; ; ; ;N0100 G00 X-50 Y-60 M02N0100 G00 X-50 Y-60 M02；程序段程序段的格式：程序段号程序段的格式：程序段号四位数字四位数字 N N G G X X Z Z M M S S T T F F ；N N程序段号字，程序段号字，

26、G G 准备功能字，准备功能字，M M辅助功能字辅助功能字 X X Z Z尺寸字，尺寸字， S S主轴转速主轴转速功能字功能字 T T刀具功能字刀具功能字F F进给功能字进给功能字第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系数控机床坐标系的若干规定数控机床坐标系的若干规定 在数控编程时，为了描述机床的运动，简化编程在数控编程时，为了描述机床的运动，简化编程的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化。系和运动方向均已标准化。ISOISO和国标作了相应和国标作了相应规定规定。 标准规定，在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，标准规定

27、，在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向远离工件的方向作为各坐作为各坐标轴的标轴的正正方向。方向。 1 1、坐标轴的命名及方向、坐标轴的命名及方向 2 2、机床坐标系的规定机床坐标系的规定 为了确定数控机床上的成形运动和辅助运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方向。动，必须先确定机床上运动的位移和方向。v 标准坐标系用右手直角笛卡儿坐标系。标准坐标系用右手直角笛卡儿坐标系。第三节第三节 数

28、控机床坐标系数控机床坐标系迪卡尔右手直角坐标系v 旋转坐标轴旋转坐标轴: : 围绕围绕X X、Y Y、Z Z轴旋转的圆周进给坐标轴轴旋转的圆周进给坐标轴A A、B B、C C则按右手螺则按右手螺旋定则判定。旋定则判定。v 附加坐标轴：附加坐标轴： 平行于平行于X X、Y Y、Z Z的坐标轴分别用的坐标轴分别用U U、V V、W W坐标轴。坐标轴。第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系3 3 各坐标轴及其正方向的确定原则各坐标轴及其正方向的确定原则 确定Z轴 以平行于机床主轴的刀具运动坐标为以平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z Z轴（轴（Z Z坐标坐标主轴轴线的进给轴）主轴轴线的进给轴）， Z

29、 Z轴正方向是使刀具远离工件轴正方向是使刀具远离工件的方向。的方向。 如果机床有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平如果机床有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为面的主轴方向为Z Z坐标方向。坐标方向。 如果没有主轴或主轴能摆动，则规定垂直于工件装如果没有主轴或主轴能摆动，则规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为夹表面的坐标轴为Z Z轴。轴。第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系 2 2、确定确定X X轴。轴。 X X轴为水平方向且垂直于轴为水平方向且垂直于Z Z轴并平行于工件的装夹面。轴并平行于工件的装夹面。正方向也是使刀具远离工件的方向。正方向也是使刀具远离工件的方向。 （1 1）

30、刀具做旋转运动可分为：）刀具做旋转运动可分为： 标准规定：标准规定： 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。 Z Z轴水平（卧式），则从刀具轴水平（卧式），则从刀具( (主轴主轴) )向工件看时，向工件看时，X X坐标的正方向指向右边。坐标的正方向指向右边。 Z Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，看时，X X的正方向指向右边；双立柱机床的正方向指向右边；双立柱机床( (龙门机龙门机床床) )，从刀具向左立柱看时，从刀具向左立柱看时，X X轴的正方向指向右边。轴的正方向指向右边。第三节第三节 数控

31、机床坐标系数控机床坐标系（2 2）工件做旋转运动）工件做旋转运动：X X轴为径向方向轴为径向方向 在工件旋转的机床上（车床、磨床等），在工件旋转的机床上（车床、磨床等）， X X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且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刀具离开工件旋转中心的方向是X X轴的正方向。轴的正方向。3 3、确定确定Y Y轴轴。 按右手定则定出按右手定则定出Y Y轴正方向。轴正方向。 第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系主轴旋转方向 从主轴后端向前端从主轴后端向前端( (装刀具或工件端装刀具或工件端) )看看, ,顺时针旋转方向为主轴正旋

32、转方向顺时针旋转方向为主轴正旋转方向. .第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系多轴数控机床坐标系示例多轴数控机床坐标系示例第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系1 1、机床坐标系与机床原点、机床坐标系与机床原点二、机床坐标系和工件坐标系二、机床坐标系和工件坐标系 机床坐标系是机床上固有的坐标系，用于确定被加工是机床上固有的坐标系，用于确定被加工零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参零件在机床中的坐标、机床运动部件的位置（如换刀点、参考点）以及运动

33、范围（如行程范围、保护区）等。考点）以及运动范围（如行程范围、保护区）等。 机床原点是机床坐标系的零点是机床坐标系的零点, , 是机床上固定的点，是机床上固定的点，一般不允许用户改变。数控车一般在卡盘前后端面的中心，一般不允许用户改变。数控车一般在卡盘前后端面的中心，数控铣各厂家不一样，有的工作台中心，有的行程终点等。数控铣各厂家不一样，有的工作台中心，有的行程终点等。 机床原点与机床坐标系机床原点与机床坐标系 机床原点机床原点 机床坐标系的零点。这个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，是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点，不能随便是机床上固有的点，不能随便改动。

34、改动。 机床原点的建立：用回零方式机床原点的建立：用回零方式建立。建立。 机床原点建立过程实质上是机机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程床坐标系建立过程第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系机床参考点机床参考点 机床参考点是用于对机床工作台、滑板与刀机床参考点是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点，一具相对运动的测量系统进行标定和控制的点，一般设在机床各轴正向极限的位置。般设在机床各轴正向极限的位置。 采用增量式测量系统的数控机床开机后，都采用增量式测量系统的数控机床开机后，都必须做回零操作，使刀具或工作台回到参考

35、点，必须做回零操作，使刀具或工作台回到参考点，将会显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值。将会显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值。第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系 1) 1) 由编程人员确定由编程人员确定, , 在编程时以工件图样上的在编程时以工件图样上的某一点为原点所建立的坐标系某一点为原点所建立的坐标系; ; 2) 2)工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变可用程序指令来设置和改变; ; 3) 3)根据编程需要，在一个加工程序中

36、可一次或多根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。次设定或改变工件原点。 2 2、工件原点与工件坐标系、工件原点与工件坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系工件坐标系零点的选择原则：工件坐标系零点的选择原则：1 1）选在工件图样的尺寸基准（可减少计算工作量）选在工件图样的尺寸基准（可减少计算工作量）2 2）方便装夹测量和检验）方便装夹测量和检验3 3）尽量在尺寸精度高、粗糙度比较低的工作表面（可提）尽量在尺寸精度高、粗糙度比较低的工作表面（可提 高加工精度和同批零件的一致性）高加工精度和同批零件的一致性）4 4）对于有对称形状的零件，优先选择对称中心）对于有对称

37、形状的零件，优先选择对称中心第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系三、绝对坐标编程和相对坐标编程三、绝对坐标编程和相对坐标编程. 定义定义 绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）系（机床或工件） 零点计量的编程方式。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）。起点计量的编程方式（增量坐标编程）。表达方式：表达方式：G90/G91G90/G91； X.Y.ZX.Y.Z绝对，绝对，U.V.WU.V.W相对相对 选用原则：主要根据具体

38、机床的坐标系，考虑编程选用原则：主要根据具体机床的坐标系，考虑编程的方便的方便( (如图纸尺寸标注方式等如图纸尺寸标注方式等) )及加工精度的要求，及加工精度的要求，选用坐标的类型。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无意义的 ，在编程中绝对坐标系和增量坐标系均可，在编程中绝对坐标系和增量坐标系均可采用，采用，第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系第三节第三节 数控机床坐标系数

39、控机床坐标系四、分辨率四、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：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。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）是指数位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机）是指数控控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要控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。一般为技术指标。一般为0.0001-0.01mm0.0001-0.01

40、mm，视具体机床而定。），视具体机床而定。） 脉冲当量脉冲当量对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）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机床位移部件的运动量。第三节第三节 数控机床坐标系数控机床坐标系 前面已介绍有关程序编制的预备知识，这节将通过前面已介绍有关程序编制的预备知识，这节将通过一些编程实例，对编程方法和某些常用指令的用法作进一些编程实例，对编程方法和某些常用指令的用法作进一步介绍，尽管数控代码是国际通用的，但不同的生产一步介绍，尽管数控代码是国际通用的，但不同的生产厂家一般都有自定的一些编程规则，因此，在编程前必厂家一般都有自定的一些编程规则，因此，在编程前必须认

41、真阅读随机技术文件中有关编程说明，这样才能编须认真阅读随机技术文件中有关编程说明，这样才能编制出正确的程序。制出正确的程序。 程序指令程序指令说明：说明：程程序名号序名号， % %，加工工件的文件名，加工工件的文件名，00-9900-99、A-ZA-Z程序段号，程序段号，N N，程序段的顺序号，程序段的顺序号9999准备功能准备功能G,G,辅助功能辅助功能M M刀具功能：刀具功能： 车床车床T T为换刀指令，铣床为换刀指令，铣床T T刀具半径补偿刀具半径补偿参数编号参数编号,H,H长度补偿编号。长度补偿编号。坐标字，坐标字，XU ZWXU ZW分别为分别为X X轴

42、轴Z Z轴坐标值。轴坐标值。圆心坐标，圆心坐标，I J KI J K分别为分别为X X轴轴Y Y轴轴Z Z轴圆心坐标增量值轴圆心坐标增量值圆弧半径，圆弧半径，R R 为圆弧半径或刀具半径值。为圆弧半径或刀具半径值。延时时间，延时时间，D D制定延时的延时时间，制定延时的延时时间，0.001-65S0.001-65S程序入口，程序入口，P P调用转移的入口程序段号调用转移的入口程序段号9999重复次数，重复次数，L L指定循环次数或子程序的调用指定循环次数或子程序的调用次数。次数。XYZ 对刀点 (刀 位 点）工件坐标系零 点30.030.025.0 一、与坐标系相

43、关的指令 G92G92指令指令 ( (亦称绝对坐标系设定指令亦称绝对坐标系设定指令，非模态，非模态）G92G92是用来建立工件坐标系的，它规定了工件是用来建立工件坐标系的，它规定了工件坐标系的原点位置。坐标系的原点位置。以工件原点为准，确定以工件原点为准，确定了起刀点的坐标值，并把这个设定值记忆在了起刀点的坐标值，并把这个设定值记忆在数控装置的存储器内，它只有在采用绝对坐数控装置的存储器内，它只有在采用绝对坐标编程时才有意义（不能使用增量坐标值）标编程时才有意义（不能使用增量坐标值）执行该指令后，就确定了起刀点与工件原点执行该指令后，就确定了起刀点与工件原点的相对位置的相对位置。 编程格式：编

44、程格式： G92 XG92 X a a_ _ Y_Y_b b Z_Z_c c_ _ a a、b b、c c为为刀位点在所设定工件坐标系中的坐标位置。刀位点在所设定工件坐标系中的坐标位置。G92G92指令不产生动作，只用来建立绝对坐标系。指令不产生动作，只用来建立绝对坐标系。G92G92以后程序段可以使用相对方式编程以后程序段可以使用相对方式编程 G92G92指令（指令（模态模态) ) 使用该指令，便建立了工件坐标系，数控系使用该指令，便建立了工件坐标系，数控系统在加工之前送入系统的某个单元，其后的统在加工之前送入系统的某个单元，其后的加工程序中的编程尺寸都是在这个工件坐标加工程序中的编程尺寸都

45、是在这个工件坐标系的尺寸。系的尺寸。 该指令还有补偿工件在机床上安装误差的功该指令还有补偿工件在机床上安装误差的功能，即当首件零件加工完成后，测量工件尺能，即当首件零件加工完成后，测量工件尺寸精度。如果发现是由于工件安装不准引起寸精度。如果发现是由于工件安装不准引起的误差，则不必重新安装工件，只需修改所的误差，则不必重新安装工件，只需修改所设的坐标值，即可消除这一加工误差。设的坐标值，即可消除这一加工误差。G53,G54-G57G53,G54-G57：工件坐标系设置指令：工件坐标系设置指令G53G53选择机床坐标系；选择机床坐标系；G54-G57G54-G57建立相应的工件坐标系，并执建立相应

46、的工件坐标系，并执行到相应坐标系的行到相应坐标系的X,Y,ZX,Y,Z位置。位置。使用该指令后，其后的编程尺寸都是相对于使用该指令后，其后的编程尺寸都是相对于相应坐标系而言的。相应坐标系而言的。这类指令是续效指令，这类指令是续效指令，注意：这类指令只在绝对坐标下有意义注意：这类指令只在绝对坐标下有意义（G90G90），在），在G91G91下无效。下无效。G17,G18,G19G17,G18,G19指令（模态，指令（模态，G17G17模态，初态）模态，初态） 坐标平面选择指令。坐标平面选择指令。G17G17，G18G18，G19G19分分别表示规定的操作在别表示规定的操作在XY,ZX,YZXY,

47、ZX,YZ坐标平坐标平面内。面内。程序段中的尺寸指令必须按平程序段中的尺寸指令必须按平面指令的规定书写。若数控面指令的规定书写。若数控系统只有一个平面的加工能力，系统只有一个平面的加工能力， 可不必书写（如车床加工）。可不必书写（如车床加工）。这类指令为续效指令，这类指令为续效指令，缺省值为缺省值为G17G17。 G19YZXG17G18 绝对坐标与增量坐标指令绝对坐标与增量坐标指令 G90,G91 一般数控系统允许绝对坐标方式和增一般数控系统允许绝对坐标方式和增量坐标方式及混合方式编程。量坐标方式及混合方式编程。 G90G90程序段中的尺寸为绝对坐标值，程序段中的尺寸为绝对坐标值，G91G9

48、1则表示为增量坐标值，绝对坐标编程时则表示为增量坐标值，绝对坐标编程时终点的坐标值在绝对坐标系中确定。终点的坐标值在绝对坐标系中确定。 如如G90 G01 X30 Y37 G90 G01 X30 Y37 终点坐标值是在终点坐标值是在绝对坐标系中确定的。绝对坐标系中确定的。 G91 G01 X20 Y25 G91 G01 X20 Y25 终点坐标值是在相终点坐标值是在相对坐标系中确定的。对坐标系中确定的。 三英数控系统车床采用相对编程时不三英数控系统车床采用相对编程时不用写用写G91,G91,直接用直接用U,WU,W，表明使用增量方式编，表明使用增量方式编程。程。 二、与控制方式有关的指令二、与

49、控制方式有关的指令 G00G00指令指令快速定位指令（模态，初态）快速定位指令（模态，初态）编程格式：编程格式：G00 XG00 X（U)_Z(W)_U)_Z(W)_车床编程格式车床编程格式编程格式：编程格式：G00 X_Y_Z_A_G00 X_Y_Z_A_铣床编程格式铣床编程格式功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的进给速度，快功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先调定的进给速度，快速移动到程序段所指定的定位点。速移动到程序段所指定的定位点。注意：注意：G00G00的运动轨迹不一定是直线（空间折线），若不注意则容的运动轨迹不一定是直线（空间折线），若不注意则容易干涉（要避免刀具与工件或

50、夹具碰撞）。易干涉（要避免刀具与工件或夹具碰撞）。G00G00中不需要指定速度，即中不需要指定速度，即F F指令无效。指令无效。G00G00只是快速到位，不进行切削加工。只是快速到位，不进行切削加工。G00G00可用增量编程、绝对编程或混合编程可用增量编程、绝对编程或混合编程G01指令直线插补指令（模态）编程格式：编程格式：G01 XG01 X（U)_Z(W)_F_U)_Z(W)_F_车床编程格式车床编程格式编程格式：编程格式：G01 X_Y_Z_F_G01 X_Y_Z_F_铣铣床编程格式床编程格式功能：命令刀具从当前位置以两坐标或三坐标联动的方式，按功能：命令刀具从当前位置以两坐标或三坐标联

51、动的方式，按指定的进给速度使刀具相对于工件作直线运动到达程序段中指指定的进给速度使刀具相对于工件作直线运动到达程序段中指定的坐标值位置。即终点坐标位置。定的坐标值位置。即终点坐标位置。注意：注意：G01G01的运动可单轴、两轴或多轴联动，的运动可单轴、两轴或多轴联动，G01 FG01 F均为模态指令均为模态指令G01G01需要指定速度需要指定速度F F，否则机床不动作，否则机床不动作G01G01可用增量编程、绝对编程可用增量编程、绝对编程G01G01指令后面只有两个坐标值时刀具做平面直线插补，若三坐标指令后面只有两个坐标值时刀具做平面直线插补，若三坐标值时作空间直线插补。值时作空间直线插补。第

52、五节第五节 编程实例编程实例第五节第五节 编程实例编程实例第五节第五节 编程实例编程实例G02,G03G02,G03指令指令圆弧插补令（模态）圆弧插补令（模态）G02G02：顺时针圆弧插补。：顺时针圆弧插补。G03G03：逆时针圆弧插补。：逆时针圆弧插补。顺、逆方向判别规则：顺、逆方向判别规则：沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，刀具相对于工标轴的负方向观察，刀具相对于工件的转动方向是顺时针为件的转动方向是顺时针为G02,G02,否则否则为为G03G03来判别圆顺、逆时针方向如图来判别圆顺、逆时针方向如图所示。所示。注意注意：按按ISOISO标准坐

53、标方向规定，车床标准坐标方向规定，车床平面平面XZXZ的的-Y-Y方向由纸面指向观察者，所方向由纸面指向观察者，所以，数控车床的标准坐标系以，数控车床的标准坐标系XOZXOZ中，圆弧中，圆弧顺逆与我们的习惯方向正好相反。顺逆与我们的习惯方向正好相反。 G03G02G03G02G02G03G19G18G17XYZ 车床编程格式： G02 X(U)G02 X(U) _Z(W)Z(W)_I_K_F _I_K_F G02 X(U)G02 X(U) _Z(W)Z(W)_R_F_R_F G03 X(U)G03 X(U) _Z(W)Z(W)_R_F _R_F G03 X(U)G03 X(U) _Z(W)Z(

54、W)_I_K_F_I_K_F坐标中坐标中X,ZX,Z是圆弧终点坐标（可增量或绝对编程）是圆弧终点坐标（可增量或绝对编程）, ,I I为起点到圆心在为起点到圆心在X X方向的增量值乘方向的增量值乘2 2（直径编程）（直径编程）, , K K为起点到圆心为起点到圆心Z Z方向的增量坐标值方向的增量坐标值, ,也可不用也可不用I I，K K编程，而用编程，而用R R编程，编程，当圆弧大于当圆弧大于180180度时度时R R用负值表示。用负值表示。整圆不能用整圆不能用R R编程编程铣床编程格式：铣床编程格式： G17G02G17G02（G03G03）X _Y_I_J_F XYX _Y_I_J_F XY

55、平面（模态）平面（模态） G18G02(G03) X _Z_I_K_F XZG18G02(G03) X _Z_I_K_F XZ平面（模态）平面（模态） G19G02(G03) Y _Z_J_K_F YZG19G02(G03) Y _Z_J_K_F YZ平面（模态）平面（模态） 铣床圆弧插补必须明确插补平面，坐标中铣床圆弧插补必须明确插补平面，坐标中X,Y,ZX,Y,Z是圆弧终点坐标是圆弧终点坐标（可增量或绝对编程）（可增量或绝对编程）I,J,KI,J,K分别是分别是X,Y,ZX,Y,Z轴上起点到圆心的增量轴上起点到圆心的增量坐标值，也就是说起点为零，圆心在起点的正方向为正，在起点坐标值，也就是

56、说起点为零，圆心在起点的正方向为正，在起点的负方向为负。也可用的负方向为负。也可用R R编程，当圆弧大于编程，当圆弧大于180180度时度时R R用负值，整圆用负值，整圆不能用不能用R R编程。编程。 注意在不同的平面内进行圆弧插补时顺逆的判断。注意在不同的平面内进行圆弧插补时顺逆的判断。XYXY平面圆弧平面圆弧XZXZ平面圆弧平面圆弧ZYZY平面圆弧平面圆弧圆心指向起点的向量在圆心指向起点的向量在X,Y,ZX,Y,Z轴上的分量用轴上的分量用I,J,KI,J,K表示表示 形式如图形式如图R R表示法：用半径表示法：用半径R R带有带有符号的数值来表示：符号的数值来表示： ABAB180180

57、R 0 R100R 0 R100； BABA180180 R R 0 R-1000 R-100 A（22，-45.32）、）、B (22，-75)、C（38.44，-60.16）、）、F（0，-28）作业作业三、与刀具补偿有关的指令三、与刀具补偿有关的指令 G40 G41 G42G40 G41 G42指令指令刀具半补偿指令刀具半补偿指令G41 G41 ：左刀补，即沿加工方向看刀具在左边：左刀补，即沿加工方向看刀具在左边G42 G42 ：右刀补，即沿加工方向看刀具在右边：右刀补，即沿加工方向看刀具在右边G40 G40 ：取消刀补：取消刀补 说明：说明：1 1）刀补建立：）刀补建立： 2 2）刀补

58、取消：）刀补取消： 3)3)拐角过渡：拐角过渡： 当拐角锐角时，当拐角锐角时， 为减少刀具的空行程，为减少刀具的空行程，往往要插入一段程序往往要插入一段程序。 左偏刀具半径补偿左偏刀具半径补偿右偏刀具半径补偿右偏刀具半径补偿格式：格式：G41G41（G42G42）【G00,G01G00,G01】 D_ D_；和；和 G40G40；或或G41G41（G42G42）D_D_【G02,G03G02,G03】X-Y-R- X-Y-R- ；和；和 G40G40；说明：说明：1 1） D_D_是刀具补偿地址号，加工前用是刀具补偿地址号，加工前用MIDMID方式输方式输入相应的寄存器。入相应的寄存器。2 2

59、） D D代码是续效指令。代码是续效指令。3 3）进入补偿模式，）进入补偿模式，G00G00、G01G01、G02G02、G03G03均有效。均有效。4 4）当半径补偿被指定时，其后的两句内应包含坐）当半径补偿被指定时，其后的两句内应包含坐标移动标移动, ,否则可能出现过切现象。否则可能出现过切现象。5 5）刀具半径补偿必须在程序结束前取消，否则刀）刀具半径补偿必须在程序结束前取消，否则刀具中心具中心 将不能回到程序原点上。将不能回到程序原点上。6 6）取消应在）取消应在G00G00、G01G01模式下。模式下。灵活运用刀具半径补偿功能做加工中的其它工作灵活运用刀具半径补偿功能做加工中的其它工

60、作。1 1）如果刀具半径磨损变小，手工输入新的半径值到）如果刀具半径磨损变小，手工输入新的半径值到D D功能字指定的存储器即可。功能字指定的存储器即可。2 2）如果粗加工留出余量，可在粗加工前输入数值为）如果粗加工留出余量，可在粗加工前输入数值为刀具半径加余量值，加工时用刀具半径加余量值，加工时用D D指令调用。指令调用。3 3）利用改变）利用改变R R值的大小，可控制轮廓尺寸的精度，对值的大小，可控制轮廓尺寸的精度，对加工的误差进行补偿。加工的误差进行补偿。4 4）还可以利用刀补功能进行凸凹模具的加工，）还可以利用刀补功能进行凸凹模具的加工，G41G41指指令可得到凸模轨迹，令可得到凸模轨迹