数控技术第三章教材

1、主讲人：徐海云数控技术数控技术第三章第三章 数控编程基础数控编程基础3.1 程序编制的基本知识 3.1.1 程序编制的内容和步骤 3.1.2 数控编程的方法 3.1.3 字符和代码 3.1.4 数控机床坐标系和运动方向 3.1.5 程序结构与格式 第三章第三章 数控编程基础数控编程基础3.2 数控机床加工工艺分析 3.2.1 数控机床的选择和加工工序的安排 3.2.2 数控加工的工艺路线设计 3.2.3 工件的装夹和换刀点位置的确定 3.2.4 数控机床加工刀具的选择 3.2.5 切削用量的选择 3.2.6 数控加工专用工艺文件的编写 3.1.1 程序编制的内容和步骤程序编制的内容和步骤一、数

2、控程序编制的概念一、数控程序编制的概念 数控编程是指从零件图纸到制作数控机床的控制介质并校核的全部过程。 在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。 分析分析零件零件图样图样制定制定工艺工艺方案方案数数学学处处理理 编编写写程程序序 程程 序序 校校 验验修修 改改二、程序的编制过程二、程序的编制过程1、分析零件图样2、工艺处理3、数学处理4、编写零件加工程序 5、输入程序6、程序校验与试切3.1.2 数控编程的方法数控编程的方法方法：手工编程方法：手工编程 自动编程自动编程手工编程手工编程：编程

3、工作均由人工完成的过程称为手工编程。适用于几何形状不太复杂、编程计算较简单、程序量不大的零件。自动编程自动编程：编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程称自动编程。它使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够实现。零件几何造型零件几何造型工艺规划工艺规划刀具定义刀具定义加工工艺参数定义加工工艺参数定义刀具路径文件刀具路径文件NC加工程序加工程序程序校验、动态仿真程序校验、动态仿真后置处理后置处理CAD/CAM自动编程过自动编程过程程典型软件典型软件:UG/Master CAMPro-ECATIACimatronCAXA3.1.3 字符与代码字符与代码1.辅助功能M代码M00M01M03

4、M04M05M06M07M08M09M30M98M99常见的辅助功能M代码 代 码 作用 时间 组 别 意 义 代 码 作用 时间 组 别 意 义 代 码 作用 时间 组 别 意 义 M00 00 程 序 暂停 M06 00 自动换刀 M19 主轴准停 M01 00 条 件 暂停 M07 开切削液1 M30 00 程序结束并返回 M02 00 程 序 结束 M08 b 开切削液2 M60 00 更换工件 M03 主 轴 正转 M09 关切削液 M98 00 子程序调用 M04 a 主 轴 反转 M10 夹 紧 M99 00 子程序返回 M05 主 轴 停转 M11 c 松 开 2、准备功能G代

5、码G功能字功能字FANUCFANUC系统系统SIEMENSSIEMENS系统系统G00快速移动点定位快速移动点定位快速移动点定位快速移动点定位G01直线插补直线插补直线插补直线插补G02顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补G04暂停暂停暂停暂停G05-通过中间点圆弧插补通过中间点圆弧插补G17XYXY平面选择平面选择XYXY平面选择平面选择G18ZXZX平面选择平面选择ZXZX平面选择平面选择G19YZYZ平面选择平面选择YZYZ平面选择平面选择G32螺纹切削螺纹切削-G33-恒螺距螺纹切削恒螺距螺纹切削G功能字

6、功能字FANUCFANUC系统系统SIEMENSSIEMENS系统系统G00快速移动点定位快速移动点定位快速移动点定位快速移动点定位G01直线插补直线插补直线插补直线插补G02顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补G04暂停暂停暂停暂停G05-通过中间点圆弧插补通过中间点圆弧插补G17XYXY平面选择平面选择XYXY平面选择平面选择G18ZXZX平面选择平面选择ZXZX平面选择平面选择G19YZYZ平面选择平面选择YZYZ平面选择平面选择G32螺纹切削螺纹切削-G33-恒螺距螺纹切削恒螺距螺纹切削G80G80撤销固

7、定循环撤销固定循环撤销固定循环撤销固定循环G81G81定点钻孔循环定点钻孔循环固定循环固定循环G90G90绝对值编程绝对值编程绝对尺寸绝对尺寸G91G91增量值编程增量值编程增量尺寸增量尺寸G92G92螺纹切削循环螺纹切削循环主轴转速极限主轴转速极限G94G94每分钟进给量每分钟进给量直线进给率直线进给率G95G95每转进给量每转进给量旋转进给率旋转进给率G96G96恒线速控制恒线速控制恒线速度恒线速度G97G97恒线速取消恒线速取消注销注销G96G96G98G98返回起始平面返回起始平面-G99G99返回返回R R平面平面-3.1.4 数控机床坐标系和运动方向数控机床坐标系和运动方向1.坐标

8、系建立原则：坐标系建立原则：假定工件相对地球是静止的，刀具时移动的；以刀具远离工件的方向为正方向；所有坐标采用右手笛卡尔坐标系。2.标准坐标系及方向的规定标准坐标系及方向的规定1)Z轴：一般选取切削力的轴线为Z轴， 其坐标轴与主轴轴线平行， 刀具远离工件的方向为Z轴正方向。2)X轴：与工件装夹面平行的轴为X轴， 一般是水平的。3)Y轴：右手笛卡尔坐标系确定。4)旋转运动坐标系A、B、C5)附加坐标系3.2.6 数控加工专用工艺文件编写数控加工专用工艺文件编写3.机床坐标系、机床原点、机床参考点机床坐标系、机床原点、机床参考点1）机床坐标系：机床上固有的坐标系2）机床原点：是机床坐标系的原点 是

9、 工件坐标系和机床参考点的基准点 它的位置是个坐标系个整箱位置的最大极限出3）机床参考点：机床坐标系中固定不变的位置点 机床开机后回零，也即是返回参考点4.工件坐标系和工件原点工件坐标系和工件原点1)工件坐标系：为了编程方便，编程工作人员在工件 上自行设立的坐标系2)工件原点：工件原点或工件零点5.绝对坐标系与增量（相对）坐标系绝对坐标系与增量（相对）坐标系1）绝对坐标系：所有的坐标都以机床原点或工件原点进行标注的坐标系2）增量坐标系：所有坐标都是相对于前一尺寸进行标注3.1.5 程序结构与格式程序结构与格式1.字符字符标准编码：ISO国际标准化组织标准（我国统一采用） EIA美国电子工业协会

10、标准组 成：26个大写英文字母 09共10个阿拉伯数字 标点符号; 正号（+）或负号（-）(1) 绝对坐标编程绝对坐标编程(G90)G90 G01 X40 Y80 F100;G90 G01 X40 Y80 F100;相对坐标编程相对坐标编程(G91)G91 G01 X-50 Y40 F100;G91 G01 X-50 Y40 F100;2.程序结构程序结构O0001； 程序名N1T1；N2M06；N3G90G54S2000M03；N4G01X-60Y0F150；N5G02X0Y60R60F150；N6G01X40Y0F150；N7M05；N8M30；程序内容（分号表示程序结束）程序几结束符3.

11、程序段格式程序段格式 一个完整的零件加工程序，由若干程序段组成；一个程序段由序号、若干代码字和结束符号组成；每个代码字，由字母和数字组成。1）程序起始符 一般为%或P后缀若干位数，有的数控系统采用其他字符，应根据数控机床的操作说明使用。程序起始符单列一行。2. 程序号 程序号是零件加工程序的代码，它是加工程序的识别标记，不同程序号对应着不同的加工程序零件。在程序号编写的时候要注意下面几点：(1) 程序号写在程序的最前面，并且单列一行。(2) 在同一数控机床中，程序号不可以重复使用。(3) 程序号O9999，O9999，O0000在数控系统中通常有特殊的含义，一般应尽量避免使用。3. 程序主体程

12、序主体由多个程序段组成，程序段又是由若干字组成的。4. 功能字简单介绍(1) 准备功能字(G字)：使机床做某种操作的指令。用地址G和两位数字表示，从G00G99共100种。 非模态G代码：只在它所在的程序段内有效，如G04、G92、G08、G09(加、减速)。 模态G代码：一旦执行就一直保持有效，直到被同一模态组的另一G代码替代为止，如G00、G01、G02。(2) 坐标字由坐标名、带+/-号的绝对坐标值(或增量值)构成。X、Y、Z，U、V、W，P、Q、R，A、B、C，I、J、K。(3) 进给功能字(F字)：由地址码F和后面表示进给速度的若干位数构成。(4) 主轴转速功能字(S字)：由S字母和

13、后面的若干位数字组成。(5) 刀具功能字(T字)：T地址字后接若干位数值，数值为刀号和刀补号。如T3选3号刀具。(6) 辅助功能字(M字)：M地址字后接两位数值，M00M99共100种M代码。如M00、M02、M03、M04等(7) 刀具偏置字(D字和H字)：D字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具直径值调出，当程序中有G41或G42指令时，这个值就是刀具半径的补偿值。H字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具长度值调出，当Z轴运动时，这个值就是刀具长度偏置值。 程序段是数控程序中的一句，单列一行，用于指挥机床完成某个动作。程序段应该具备六个要素，如下：N10 G90 G01 X50 Y

14、50 F100 S500 T10 M04移动目标：X50 Y50(终点坐标值)移动轨迹：G01(直线插补)刀具移动速度：F100(刀具进给速度)主轴转速：S500(对应切削速度)选择刀具：T10(10号刀)机床辅助动作：M04(主轴逆转)3.2 数控机床加工工艺分析数控机床加工工艺分析3.2.1 数控机床的选择和加工工序的安排数控机床的选择和加工工序的安排1.数控机床的选择数控机床的选择数控机床主要规格的尺寸与工件的轮廓尺寸相适应；机床的机构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等；机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应；机床的功率与刚度以及机动范围与工序的质量和切削质量相适应；装夹方便、夹具简

15、单。2.加工工序的安排加工工序的安排（1）工序的划分按装夹次数划分工序按所用刀具划分工序按粗、精加工划分工序按加工部位划分工序（2）加工顺序的安排尽量使工件的装夹次数、工作台转动次数及刀具更换次数减至最少，所有空行程最短，提高加工精度和生产率；先内后外的原则；精度要求要的粗加工安排在次要表面粗加工之前；大表面加工时，一般也需先加工；在同一次装夹中进行的多个工步，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。在保证加工质量的前提下，可将粗加工和半精加工合为一道工序。加工易损伤的表面（如螺纹表面），应放在后面加工。3.2.2 数控加工的工艺路线设计数控加工的工艺路线设计加工路线的设定是很重要的环节，它不仅包括

16、加工工序的内容，也反应加工顺序的安排，因而加工路线是编写加工程序的重要依据。其一般步骤如下： 首先：确定工步； 其次：划分工序； 最后：在工序中插入常规工序、辅助工序、 热处理工序等。3.2.2 数控加工的工艺路线设计数控加工的工艺路线设计确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹，为编制程序作好准备设计数控加工路线时，应遵循一下原则：保证被加工工件的精度和表面粗糙度；要尽量缩短走刀路线，缩短空行程时间；减少编程工作量；确定适当的循环次数；合理设计刀具的切入和切出的方向；合理选用铣削加工中的顺铣或逆袭方式。就走刀路线而言：B最长 A最短按加工质量：B、C较好，A最差

17、结论：C加工路线最好3.2.3 工件的装夹和换刀点位置的确定工件的装夹和换刀点位置的确定1.工件的装夹工件的装夹装夹装夹：定位与夹紧定位定位：使工件在机床上或家具中占有某一正确的位置。夹紧夹紧：施加一定的外力，使工件在加工过程中保持定位后的正确位置不变。（1）工件装夹的原则力求基准统一原则尽可能减少装夹次数尽可能采用专用夹具（2）装夹方式直接找正装夹划线找正装夹使用夹具装夹直接找正装夹特点：划针、百分表等量具进行找正， 效率低，但是找正精度高， 适用于单件小批量生产或定位精度要求高的场合划线找正装夹特点：不需要专用设备，通用性好 效率低，精度也不高，只能达到0.10.5mm 适用于单件小批量生

18、产中铸件的粗加工工序使用夹具装夹特点：效率高、定位精度高 减轻工人劳动强度，降低对工人技术水平的要求 广泛应用于各种生产类型直接找正装夹特点：划针、百分表等量具进行找正， 效率低，但是找正精度高， 适用于单件小批量生产或定位精度要求高的场合划线找正装夹特点：不需要专用设备，通用性好 效率低，精度也不高，只能达到0.10.5mm 适用于单件小批量生产中铸件的粗加工工序使用夹具装夹特点：效率高、定位精度高 减轻工人劳动强度，降低对工人技术水平的要求 广泛应用于各种生产类型2.数控车削加工中的特殊点数控车削加工中的特殊点（1）对刀点 确定工件坐标系与机床坐标系的关系点选择原则：应尽量选在零件的设计基

19、准或工艺基准上对刀点应选在对刀方便的位置，便于观察和检测应便于坐标值的计算使加工程序中刀具引入（或返回）路线短并便于换刀注：注：对刀点可选在零件上，也可以选择在夹具或机床上（2）对刀基准点对刀时确定刀位点位置所依据的基准位置：工件（定位基准或测量基准） 夹具（夹具元件设置的起始点） 机床上（3）对刀参考点 它是代表刀架、刀台和刀盘在机床坐标系内位置的参考点 。（4）刀位点 它是刀具的中心点 （5）换刀点的选择“换刀点”：刀架转位换刀时位置。注：换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部件为准。3.2.4 数控机床加工刀具的选择数控机床加工刀具的选择3.2.5 切削用量的选择切削

20、用量的选择 切削用量包括切削用量包括：切削速度Vc (或主轴转速n) 切削深度ap 进给量f 选用原则：选用原则：粗加工时，以提高生产率为主，可选用较大的切削量； 半精加工和精加工时，选用较小的切削量，以保证工件的加工质量。1.数控车床切削用量的选择数控车床切削用量的选择切削深度ap： 在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，可选取较大的切削深度，以减少进给次数。当工件的精度要求较高时，则应考虑留有精加工余量，一般为0.10.5mm。公式： ap=（ dw- dm)/2式中 ：dw待加工表面外圆直径，单位: mm dm已完成加工后的表面外圆直径，单位: mm 切削速度Vc： 切削速度由工件材料、

21、刀具材料及加工性质等因素所确定，可查表。公式：Vc=dn/1000 (m/min)式中： d工件或刀尖的回转直径，单位: mm n工件或刀具的转速，单位: r/min 进给速度： 进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min，也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量，单位为mm/r。公式: Vf = n f式中： n车床主轴的转速，单位: r/min 。 f刀具的进给量，单位: mm/r 2.数控铣床切削用量选择数控铣床切削用量选择 切削用量包括切削用量包括：切削速度vc 进给速度vf 背吃刀量ap 侧吃刀量ac 选择原则选择原则：考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。背吃刀量ap（端铣）或侧吃刀量ac（圆周铣） 背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm; 侧吃刀量ac 为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm， 端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量加工余量和对表面质量要求对表面质量要求决定。进给速度vf 进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。 它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)有关。 计算公式： vf = fz Z n 式中: 每齿进给量fz的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、决于工件材料和刀具材料的机械