第二章 数控加工编程基础

1、第2章 数控机床程序编制2.1数控加工编程的基础知识数控加工编程的基础知识2.2数控机床加工工艺分析数控机床加工工艺分析2.3常用编程指令常用编程指令2.4数控车床程序编制数控车床程序编制2.5数控铣床程序编制数控铣床程序编制2.6加工中心程序编制加工中心程序编制与数控机床有关的程序与数控机床有关的程序系统内部的程序数控加工程序自动编程用的零件源程序得到得到2.1数控加工编程的基础知识数控加工编程的基础知识分 析 零分 析 零件 图 样件 图 样和 制 定和 制 定工 艺 方工 艺 方案案 数数 学学 处处 理理 编编 写写 程程 序序 程 序 校程 序 校验 和 首验 和 首件试切件试切修修

2、 改改一、数控程序编制的方法及步骤数控编程是指从零件图纸到获得合格数控加数控编程是指从零件图纸到获得合格数控加工程序的全部工作过程。工程序的全部工作过程。工艺方案确定加工方案；刀具、工夹具设计和选择；选择对刀点；确定合理的走刀路线；及选择合理的切削用量等；编程的方法编程的方法手工编程手工编程自动编程自动编程零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加工程序初稿加工程序修 改编 程 手册自动编程人工图纸分析工艺安排计算机刀具与工件相对位置关系2.1.2 程序结构和格式% O（P）1000 N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 ； N20 G01 X88.1 Y30.

3、2 F500 T02 M08 ； N30 X90； N300 M30； % 程序结构程序结构/ 开始符开始符/ 程序名程序名/ 程序主体程序主体/ 结束符结束符2.1.2 程序结构和格式程序段格式程序段格式字地址格式字地址格式主轴转速功能字主轴转速功能字 结束符结束符 N NG GX X. .Y Y. .F FS ST TM MLFLF 准备功能准备功能字字 坐标字坐标字 进给功能字进给功能字 刀具功能字刀具功能字 辅助功能字辅助功能字 程序段号程序段号字母数字字母数字相对完整的意思写在一段相对完整的意思写在一段常用地址字符常用地址字符地址字地址字意意 义义A 、B、 C围绕围绕X、Y、Z轴旋

4、转的旋转轴角度尺寸字轴旋转的旋转轴角度尺寸字F 、S、T进给速度进给速度指定功能指定功能、主轴、主轴速度功能速度功能、刀具功能刀具功能G 准备功能准备功能I、J、K插补圆弧参数插补圆弧参数M 辅助功能辅助功能N 程序段序号程序段序号U、V 、W与与X、Y、Z轴平行的第轴平行的第2移动坐标尺寸字移动坐标尺寸字X 、Y、 Z主坐标轴主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字移动坐标尺寸字第3节 数控机床的坐标系3.1数控机床坐标系数控机床坐标系2.1.3数控机床坐标系数控机床坐标系u机床上固有的坐标系机床上固有的坐标系u前提条件：工件不动刀具移动前提条件：工件不动刀具移动1 机床坐标轴的确定方法机床坐标轴的

5、确定方法（1）首先确定）首先确定Z轴轴一般选取产生功削力的轴线方向为一般选取产生功削力的轴线方向为Z轴轴数控机床的主轴与机床坐标系的数控机床的主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行轴重合或平行（1）首先确定）首先确定Z轴轴对于有主轴的机床对于有主轴的机床以机床主轴轴线方向为Z轴方向取刀具远离工件为Z轴正向。对于无主轴机床对于无主轴机床以与装夹工件台面垂直的直线作为Z轴，同理取刀具远离工件为正向。（2）确定）确定X轴轴 一般位于与工件安装面相平行的水平面内一般位于与工件安装面相平行的水平面内有主轴的机床主轴带动刀具旋转的机床立式：从主轴的前端向末端看，水平向右为正。卧式：从主轴的末端向前端看，水平向右

6、为正。主轴带动工件旋转的机床在水平面内选定垂直于工件轴线的方向，刀具远离工件为正向。（3）确定）确定Y轴轴 由笛卡尔标坐标系用右手螺旋法则，已知由笛卡尔标坐标系用右手螺旋法则，已知两坐标标方向求第三个轴判断出来两坐标标方向求第三个轴判断出来（4）旋转坐标轴）旋转坐标轴A、B、C分别表示绕分别表示绕X、Y、Z旋转的坐标旋转的坐标轴。轴。（5）附加坐标轴）附加坐标轴 除除X、Y、Z直线移动外，还有平行于它们直线移动外，还有平行于它们的分别为的分别为U、V、W；如果还有就为；如果还有就为P、Q、R。 不平行于不平行于X、Y、Z轴也分别命名为轴也分别命名为U、V、W、P、Q、R。 除除A、B、C轴外的

7、旋转轴可命名为轴外的旋转轴可命名为D或或E。2、机床坐标系和工件坐标系(1)机床坐标系及原点数控车床机床坐标系数控车床机床坐标系数控铣床的机床坐标系数控铣床的机床坐标系(2)机床参考点数控车床机床数控车床机床数控铣床数控铣床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。参考点一般选在机床各坐标轴的正极限位。参考点一般选在机床各坐标轴的正极限位。参考点参考点(3)工件坐标系车削类零件车削类零件铣削类零件铣削类零件（4）对刀点u也称程序起点也称程序起点u与零件的定位基准或工件坐标系原点一定与零件的定位基准或工件坐标系原点一定有尺寸关系有尺寸关系u具体位置应由加工路线来确定具体位置应由加工路

8、线来确定2.2 数控加工工艺分析2.2.1 数控加工工艺特点 工艺详细 工序集中 可实现复杂零件的加工2.2.2 零件的安装方法 数控铣削加工的夹具万能组合夹具万能组合夹具专业铣削夹具专业铣削夹具多工位夹具多工位夹具气动和液压夹具气动和液压夹具通用铣削夹具通用铣削夹具万能组合夹具组合夹具组合夹具的类型的类型孔系组孔系组合夹具合夹具槽系槽系组组合夹具合夹具根据零件的加工要求，用孔根据零件的加工要求，用孔系列组合夹具元件即可快速系列组合夹具元件即可快速地组装成机床夹具。该系列地组装成机床夹具。该系列元件结构简单，以孔定位，元件结构简单，以孔定位，螺栓连接，定位精度高，刚螺栓连接，定位精度高，刚性好

9、，组装方便。性好，组装方便。夹具元件是靠基础板定位基准槽、夹具元件是靠基础板定位基准槽、键来连接各元件而组合成的夹具，键来连接各元件而组合成的夹具，所有元件可以拆卸、反复组装，所有元件可以拆卸、反复组装，重复使用。元件按其用途可分为重复使用。元件按其用途可分为基础件、支承件、定位件、导向基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件、其件、压紧件、紧固件、合件、其它件八大类进行组合。它件八大类进行组合。http:/www.lxt- l一长方形基础板；一长方形基础板；2 2一方形支撑件；一方形支撑件；3 3一菱形定位盘；一菱形定位盘；4 4一快换钻套；一快换钻套；5 5一叉形压板；一叉形压

10、板；6 6一螺栓；一螺栓；7 7一手柄杆；一手柄杆；8 8一分度合件一分度合件槽系组合夹具应用实例专用夹具连杆加工专用夹具连杆加工专用夹具该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。专用夹具连杆加工专用铣槽夹具结构夹具l一夹具体；2一压板；3、7一螺母；4、5一垫圈：6一螺栓；8一弹簧；9一定位键；10一菱形销；11一圆柱销 专用夹具（气动、多工位）专用夹具（气动）专用夹具（气动）通用铣削夹具 平口钳分固定侧平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活底面作为定位面，活动侧用于夹紧。动侧用于夹紧。 正弦平口钳，通正弦平口钳，通过钳身上

11、的孔及滑槽过钳身上的孔及滑槽来改变角度，可用于来改变角度，可用于斜面零件的装夹斜面零件的装夹通用铣削夹具铣夹具的选用原则 万能组合夹具 通用夹具生产量小或研制 考虑专用夹具 结构尽量简单小批量或成批生产 多工位夹具 且气动夹紧生产批量大数控车削夹具的夹具车削特殊轴类盘类通用三爪和四爪卡盘数控车削夹具的夹具 液压 三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡 四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡3.2.3 数控夹具工序的划分2.2.4 数控加工路线的确定加工路线：指数控机床在加工过程中刀具到位点相对于被加工工件的运动轨迹和方向。切削加工时的加工路线切削加工时的加工路线加工加工路线路线刀具到位、对刀、退刀

12、和换刀等刀具到位、对刀、退刀和换刀等一系列辅助运动路线一系列辅助运动路线2.2.4数控加工路线确定保证零件的加工精度和表面质量，且效率高保证零件的加工精度和表面质量，且效率高减少编程时间和程序容量减少编程时间和程序容量减少空刀时间和早轮廓面上的停刀，以免划伤零件减少空刀时间和早轮廓面上的停刀，以免划伤零件减少零件的变形减少零件的变形位置精度要求高的孔系避免机床的反向间隙位置精度要求高的孔系避免机床的反向间隙复杂曲面加工路线的确定复杂曲面加工路线的确定1.孔加工路线的确定2.铣削平面的加工路线 顺铣和逆铣顺铣和逆铣2.铣削平面的加工路线2.铣削平面的加工路线垂直方向进给垂直方向进给水平方向进给水

13、平方向进给2.铣削平面（内、外表面）的加工路线切线切入、切线切出，切线切入、切线切出，2.铣削平面（内轮廓）的加工路线行切行切后环切不留死角环切3.轴向进给的切入与切出的确定切入切出A以加工13毛面 58B130.3D4.曲面铣削粗铣：剔除大部分余量，铣成“梯田”，留余量0.51mm（用立铣刀）半精铣：铣掉“梯田”的台阶接近于理论曲面，留余量0.20.5mm(球头刀或圆弧刀）精铣：得到理论曲线（球头刀）4.曲面铣削曲面的走刀方式曲面的走刀方式4.曲面铣削用球头铣刀注意的内容避免铣刀当钻头用发现零件有缺陷要及时停止加工工艺系统准备用充分模具型腔铣削时应掌握修挫余量2.2.5数控机床刀具系统 按结

14、构来分按结构来分 整体式整体式 镶嵌式镶嵌式 内冷式内冷式 减振式减振式 特殊形式特殊形式 整体式 焊接式 镶嵌式 内冷式 特殊形式（复合刀具） 铣削刀具的选择根据加工的部位的形状确定被加工材料选择刀具（齿距、安装类型） 面加工类型示意面铣削面铣削仿形铣仿形铣 镗孔类型示意粗镗刀粗镗刀精镗刀精镗刀3.数控铣床和加工中心刀具系统TSG整体式工具系统整体式工具系统刀柄刀具（工作刀柄刀具（工作部分）部分）TMG模块式工具系统模块式工具系统主柄模块中间模块主柄模块中间模块工作模块工作模块锥柄大小：锥柄大小：, , , , ,TSG整体式工具系统TSG整体式工具系统图谱TMG模块式工具系统TMG模块式工

15、具系统图谱数控车床刀具焊接式机夹式车刀和刀体的连接方式焊接式车刀焊接式车刀机夹式车刀机夹式车刀车刀类型尖形车刀圆弧形车刀成形车刀车刀的选择由加工面的形状选择到片类型刀片尺寸刀片槽型刀片牌号 外圆加工示意内孔加工示意所有刀具内容可参考所有刀具内容可参考2008MC-CHI车刀的选择按标准刀片形状刀片形状刀尖圆弧半径的选择影响刀尖强度和被加工零件的表面粗糙度。影响刀尖强度和被加工零件的表面粗糙度。计算刀尖圆弧半径公式100082tRfR.-;/-;-mmRrmmfumRt刀尖圆弧半径，进给量，轮廓深度，.切削用量.铣削用量的确定铣削用量的确定铣削用量：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量铣削用量

16、：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量.铣削用量的确定铣削用量的确定切削深度或切削宽度进给量切削速度按刀具耐用度的选择顺序切削深度umRa255 .12umRa12.53.2umRa3.20.8根据根据Ra来确定来确定粗铣一次粗铣和半精铣，留给半精铣的余量0.51.0mm粗铣，半精铣，精铣，半精铣切削深度1.52mm；精铣圆周铣削侧吃刀量取0.30.5mm，面铣刀背吃刀量取0.51mm。进给量铣刀转速。铣刀齿数；每齿进给量；进给速度；-/-nzfrmmfvznffnvzfzf每齿进给量取决于每齿进给量取决于工件材料的力学性工件材料的力学性能、刀具材料、表能、刀具材料、表面粗糙度面粗糙度Pnv

17、f攻螺纹的进给量攻螺纹的进给量主轴转速刀具半径。切削速度；-1000dvdvncc球头铣刀的转速球头铣刀的转速刀具半径。切削速度；计算直径-1000-D)2-(-ee22dvDvnaDDDccpe2. 车削用量的确定粗车选取原则粗车选取原则尽可能大的背吃刀量尽可能大的进给量耐用度确定切削深速度精车选取原则精车选取原则由余量选择背吃刀量；由表面粗糙度选进给量；在耐用度的前提下选尽可能高的切削速度车削用量选择方法umRa8012粗加工umRa101.25半精加工umRa3.20.8精加工背吃刀量背吃刀量一次全切除背吃刀量取0.52mm背吃刀量取0.10.4mm进给量的选择粗加工粗加工 由加工材料、

18、刀杆尺寸、工件直径以及已定的背吃刀量来定。半精加工和精加工半精加工和精加工 按表面粗糙度的要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选。切削速度选择由已定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择由已定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择考虑因素有：考虑因素有：应避开积屑瘤产生的区域；断续切削，要适当降低切削速度；应避开自激振荡的临界频率；大工件、细长件和薄壁件，应选择较低的切削速度；加工带外皮的工件时，要适当降低切削速度2.3 常用编程指令2.3.1 G功能 绝对尺寸绝对尺寸增量尺寸增量尺寸一、绝对尺寸指令和增量尺寸指令一、绝对尺寸指令和增量尺寸指令绝对尺寸指令和增量尺寸指令绝对尺寸指令和增量尺寸指

19、令常规表示常规表示G90 -绝对尺寸绝对尺寸G91-增量尺寸增量尺寸两坐标车床两坐标车床 绝对尺寸的尺寸字的地址绝对尺寸的尺寸字的地址符用符用 X、Z 增量尺寸的尺寸字的地址增量尺寸的尺寸字的地址符用符用 U、W二、预置寄存指令G92 预置寄存指令是按照程序规定的尺寸字值，通预置寄存指令是按照程序规定的尺寸字值，通过当前刀具所在位置来设定加工坐标系的原点。过当前刀具所在位置来设定加工坐标系的原点。 编程格式编程格式：G92 XY Z式中：X、Y、Z的值是当前刀具位置相对于加工原点位置的值。二、预置寄存指令G92当前的刀具位置点在A点时：G92 X10 Y12当前的刀具位置点在B点时：G92 X

20、30 Y37注意：注意：这种方式设置这种方式设置的加工原点是随刀具当前的加工原点是随刀具当前位置（起始位置）的变化位置（起始位置）的变化而变化的。而变化的。三、坐标平面选择指令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- XY平面；G18- ZX平面；G19-YZ平面；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。Z/X平面平面Y/Z平面平面X/Y平面平面YXZ四、快速点定位指令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。编程格式编程格式：G00 X Y Z式中X、Y、Z的值是快速点定位的终点坐标值注意其运动轨迹G

21、90 G00 X20 Y30特殊说明F功能：F。 进给量，单位一般mm/min五、直线插补指令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。例：实现图中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90 G01 X10 Y10 F100增量方式编程：G91 G01 X-10 Y-20 F100思考题：G00和G01区别程序格式程序格式：G01 X Y Z F其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。六、圆弧插补指令六、圆弧插补指令 G02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。程序格式程序格式：六、圆弧插补指令六、圆弧插补指令判断圆弧顺

22、逆判断圆弧顺逆六、圆弧插补指令六、圆弧插补指令1)X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值；2)I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与G90,G91无关；3)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180时，R值为负。六、圆弧插补指令六、圆弧插补指令例：在图中，当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：G02 X321.65 Y280 I40 J140 F50或：G02 X321.65 Y280 R-145.6 F50当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为：G03 X160 Y60 I-121.65 J-80 F50或：G03 X160 Y

23、60 R-145.6 F50 七、刀具半径补偿指令七、刀具半径补偿指令1、判断左右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。 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。1、编程格式G00/G01 G41/G42 X Y D (F) /建立补偿程序段 /轮廓切削程序段 G40 G00/G01 X Y (F) /补偿撤消程序段D为刀具半径补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与刀具半径值一一对应。刀具半径值可用CRT/MDI方式输入，即在设置时，D =

24、R。其中：G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标；偏移矢量偏移矢量偏移矢量偏移矢量建立刀补建立刀补取消刀补取消刀补A A A B B BC CD D E E E偏移矢量偏移矢量AA :过过A点垂直于点垂直于AB,大大小等于刀具偏移量。小等于刀具偏移量。写程序时在写程序时在G41/G42G41/G42和和G40G40之间不之间不能超过两个非平面的的指令。能超过两个非平面的的指令。2、工作过程、工作过程(1)刀具半径补偿建立时2、工作过程、工作过程（2）刀具半径补偿一般只能平面补偿2、工作过程、工作过程（3）刀具半径补偿结束用G40撤销（4）注意）注意 1 1）建立补偿的程序段，必须是在补偿平面）建立补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动内不为零的直线移动。2 2）建立补偿的程序段，一般应在切入工件之）建立补偿的程序段，一般应在切入工件之前完成前完成。3 3）撤销补偿的程序段，一般应在切出工件之）撤销补偿的程序段，一般应在切出工件之后完成。后完成。 3、刀具半径补偿量的改变一般刀具半径补偿量的改变，是在补偿撤销的状态一般刀具半径补偿量的改变，是在补偿撤销的状态下重新设定刀具半径