数控加工程序编制基础知识概述

天津工业大学1

第2章数控加工程序编制基础2.1概述2.2数控编程中的常用指令2.3数控编程中的工艺处理2.4高速加工及其工艺处理2.5数控编程中的数学处理天津工业大学2

从分析零件图纸开始，到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程。2.1概述

加工方案工艺处理数学处理2.1.1概念天津工业大学3计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改确定加工方案，选择适当的机床、刀具、夹具和装夹方法选择对刀点、确定加工路线和切削用量根据图纸数据求出编程所需的数据2.1.2内容和步骤天津工业大学42.1.3数控编程的方法手动编程：几何形状不太复杂的零件。自动编程：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）；虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线的计算）。天津工业大学52.1.4数控机床坐标系右手直角笛卡尔坐标系天津工业大学6右手直角笛卡尔坐标系天津工业大学72.1.4数控机床坐标系

标准规定，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，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。坐标轴的命名及方向

JB3051-82标准为《数字控制机床坐标轴和运动方向的命名》，与国际标准ISO841中的规定相同。天津工业大学8Z轴的确定：数控机床坐标轴的确定方法天津工业大学9X轴的确定：数控机床坐标轴的确定方法天津工业大学10Y轴的确定：数控机床坐标轴的确定方法

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。右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+Y。旋转或摆动轴的确定：天津工业大大学11数控车床坐坐标系天津工业大大学12立式数控铣铣床坐标系系龙门数控铣铣床坐标系系天津工业大大学13卧式数控铣铣床坐标系系五坐标数控控铣床坐标标系天津工业大大学14（1）机床坐标标系与机床原点、参考点机床坐标系系与工件坐坐标系几个关键的的点（2）工件坐标标系与工件原点机床原点：：机床坐标标系的原点点。车床原点：：法兰盘与与主轴交接接点；铣床原点：：MBT刀柄与主轴轴端面交接接点。参考点：坐坐标系中一一个特殊点点，通常是是坐标轴的的极限位置置点。工件原点：：工件坐标标系的原点点。可用程程序指令来来设定和改改变。（3）刀位点：刀具上的的参考点。。天津工业大大学15天津工业大大学16铣床的两种种坐标系1—工件2—工作台天津工业大大学17典型数控机机床坐标系系前置刀架（（水平导轨轨）数控车车床zyx天津工业大大学18典型数控机机床坐标系系后置刀架（（倾斜导轨轨）数控车车床zyx天津工业大大学19典型数控机机床坐标系系立式数控车车床（大型型盘类零件件）xzyM天津工业大大学202.1.5加工程序结结构与格式式O0001；程序名名N10G92X0Y0Z200.0；N20G90G00X50.0Y60.0S300M03；N30G01X10.0Y50.0F150；……N110M30；程序结结束指指令加工程程序的的构成成若干程序段识别、、调用用该程程序的的标志志地址““O”或“P”+数字+”;”M02；M30；M99；描述机机床运运行动动作、、当前前状态态及刀刀具运运动轨轨迹天津工工业大大学21程序段段格式式N_G_X_Y_Z_…F_S_T_M_；坐标功能字程序段号字准备功能字进给功能字主轴转速功能字刀具功能字辅助功能字U、V、WI、J、K……M00-M99G00-G99G、M指令统称为工艺指令天津工工业大大学22机能地址码说明备注程序段号N程序段顺序编号地址，用于程序查询和检索N1；N12；N123；N1234；坐标字X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R；A，B，C，D，E；R；I，J，K；直线坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧圆心相对起点坐标准备功能G控制机床动作状态及指定插补、定位、循环方式等辅助功能M表示机床ON/OFF动作或指定程序趋向补偿值H或D补偿值地址切削用量SF主轴转速进给量或进给速度G97Sxxxx；G96Sxxxx；与F有关的指令G98G99刀具号T刀库中的刀具编号T0101；T11；T1D1；常用地地址码码及其其含义义天津工工业大大学23主程序序和子子程序序天津工工业大大学242.2数控编编程中中的常常用指指令模态代代码：：大多数数G、M代码输输入一一次（（一旦旦被指指定）），该该功能能持续续有效效，除除非被被同组组其它它任一一代码码替代代或取取消。。模态态代码码在编编下一一个程程序段段时不不必重重新输输入。。非模态代代码：而非模态态代码只只在本程程序段中中有效。。天津工业业大学252.2数控编程程中的常常用指令令2.2.1准备功能能G代码绝对坐标标与增量量坐标编编程指令令（G90、G91）N100G90G01X15.0Y30.0F100；N100G91G01X-20.0Y10.0F100；G90G91天津工业业大学26天津工业业大学27快速点定定位指令令（G00）格式：G00X_Y_Z_；式中，X、Y、Z为目标位位置的坐坐标值。。G00(a)G00(b)天津工业业大学28直线插补补指令（（G01）格式：G01X_Y_Z_F_；式中，X、Y、Z为目标位位置的坐坐标值。。……N20G00X50.0Z2.0S500.0M03;刀具快速速移动，，主轴转转速S=500r/minN30G01Z-40.0F100.0；以F=100mm/min的进给速速度从P1-P2N40X80.0Z-60.0；P2-P3N50G00X160.0Z100.0；P3-P0快速移动动……天津工业业大学29圆弧插补补指令（（G02、G03）G02为顺时针针（CLW）圆弧插插补；；G02为逆时针针（CCLW）圆弧插插补。判断顺、、逆方向向的方法法：沿垂直于于圆弧所所在平面面的坐标标轴的负负方向观观察来确确定顺逆逆方向。。天津工业业大学30用I、J、K指定圆心心位置：：圆弧插补补指令（（G02、G03）用圆弧半半径R指定圆心心位置：：式中，X、Y、Z为目标位位置的坐坐标值；；I、J、K为圆心相相对于起起点的坐坐标。天津工业业大学31说明：XYAB30-30OXYABR+R-R-R+天津工业业大学32坐标平面面选择指指令（G17、G18、G19）天津工业业大学33刀具补偿偿指令简化编程程工作量量；实现粗、、精加工工；实现内外外型面的的加工。。天津工业业大学34刀具半径径补偿指指令（G41、G42、G40）G41指令：刀刀具半径径左补偿偿；G42指令：刀刀具半径径左补偿偿；G40指令：取取消刀具具半径补补偿。格式：G00/G01G41/G42X_Y_D（H）_F_；G00（或G01）G40X_Y_；式中，X、Y为刀具半半径补偿偿/取消时的的终点坐坐标；D（H）为刀具具偏置代代码地址址字。刀补天津工业业大学35刀具半径径补偿指指令（G41、G42、G40）补偿过程程分为三三步：刀补的建建立刀补的进进行刀补的撤撤销天津工业业大学36刀具半径径补偿指指令（G41、G42、G40）使用规则则增加/取消刀补补时，刀刀具与工工件的距距离大于于刀具半半径；G41和G42应使用G40取消补偿偿，不能能互相取取消；G40、G41、G42必须指定定运动指指令G00或G01，否则补补偿无效效；刀补时不不允许指指定的指指令代码码：M代码、S代码、G04；M/T机床中，，G02/G03指令程序序段不允允许指定定/取消刀补补；M/T机床中，，优选单单坐标轴轴运动指指定/取消刀补补；几种取消消刀补的的其它方方法：换换刀指令令、复位位功能、、急停键键。天津工业业大学37刀具长度度补偿指指令（G43、G44、G49/G40）G43指令：刀刀具长度度正补偿偿；G44指令：刀刀具长度度负补偿偿；G49或G40指令：取取消刀具具长度补补偿。格式：G00/G01G43/G44Z_H_F_；G00（或G01）G49/G40Z_；式中，H代码中存存放刀具具的长度度补偿值值作为偏偏置量。。天津工业业大学38工件坐标标系设定定指令（（G92）格式：G92X_Y_Z_；式中，X、Y、Z为刀具起起始点相相对于工工件原点点的坐标标。G92X160.0Y-20.0；天津工业业大学39用G54-G59指令设定定工件坐坐标系操作者在在实际主主要加内内工容前前，测量量工件原原点与机机床原点点之间的的偏置值值，并在在数控系系统中预预先设定定。这个个值叫做做“工件零点点偏置”。天津工业业大学40用G54-G59指令设定定工件坐坐标系“工件零点点偏置”怎么去测测呢？天津工业业大学41暂停指令令G04其中地址址P后面的数数字为整整数，单单位为ms；如G04P3000表示暂停停3s；X（U）后面的的数字可可带小数数点，单单位为s；如G04X3.2表示暂停停3.2s。有些机床床，X（U）后面的的数字表表示刀具具或工件件空转的的圈数。。格式：G04P/X（U）_；天津工业业大学42图示为加加工轮廓廓ABCDE,XO机Y为机床坐坐标系，，X0Y为工件坐坐标系，，两坐标标系的关关系就是是零件加加工安装装关系：：10O机O编B2040XYDAC10EXYN01G92X-10Y-10;N02G90G17G00X10Y10;

N03G01X30F100;

N04G03X40Y20I0J10;

N05G02X30Y30I0J10;

N06G01X10Y20;N07Y10;N08G00X-10Y-10M02;N01G91G17G00X20Y20;N03G01X20F100;N04G03X10Y10I0J10;N05G02X-10Y10I0J10;

N06G01X-20Y-10;N07Y-10;N08G00X-20Y-20M02;天津工业业大学432.2.2辅助功能能M代码1．程序序停止指指令M00、M01和M02、M302．主轴轴转动控控制指令令M03、M04和M053．换刀刀指令M064．冷却却液控制制指令M07、M08和M095．主轴轴夹紧和和松开指指令M10和M116．主轴轴定向停停止指令令M197．子程序调调用M98、M99天津工业业大学44一个程序序段通常常只输入入一个M指令，否否则将易易导致严严重程序序错误；；M指令功能能应尽量量置于运运动方式式程序段段中；M功能启动动有两种种模式刀具运动动同步模模式：M03、M04、M07、M08运动结尾尾启动模模式：M00、M01、M02、M05、M09、M30M续效功能能：M03、M04、M05、M07、M08、M09非续效功功能：M00、M01、M02、M06、M30、M60M代码使用用规则天津工业业大学45进给功能能指令FG94—每分钟进进给量，，单位mm/minG95—每转进给给量，单单位mm/r2.2.3F、S、T代码主轴转速速功能指指令S刀具功能能指令TG96Sxxxx；恒线速速功能G97Sxxxx；机床主主轴实际际转速T0101；01号刀具，，01号刀补T12；表示12号刀具T10H10；T1D1；天津工业业大学462.3数控编程程中的工工艺处理理确定加工方案工艺处理数学处理编写程序清单制备控制介质程序检验机床的选选择，刀刀具的选选择，切切削用量量的选择择，夹具具及装夹夹方式选选择包括选择择对刀点点，确定定加工路路线和切切削用量量根据图纸纸数据求求出编程程所需的的数据(每一程序序段的终终点坐标标)天津工业业大学47数控加工工工艺的的特点数控加工工工艺的的内容工序内容容具体；；工序内容容复杂；；工序内容容严密；；工序集中中。数控加工工零件的选选择；数控加工工工艺性分分析；数控加工工工艺路线线的设计计；数控加工工工序的详详细设计计。2.3.22.3.32.3.42.3.52.3.1数控加工工工艺的的特点与与内容天津工业业大学48数控加工工工艺设设计的步步骤分析零件件图样；；确定毛坯坯；确定安装方法法（夹具具）和对刀点；确定加工工方案（（工艺路线线和走刀刀路线）；刀具的选择；；切削用量量的确定。。2.3.52.3.42.3.22.3.3天津工业业大学492.3.2数控加工工零件或或加工内内容的选选择有毛坯和和零件图图样，选选择合适适的数控控机床；；有数控机机床，选选择合适适零件。。天津工业业大学502.3.3数控加工工工艺性分分析采用统一一的几何何类型和和尺寸零件图上上尺寸标标注的原原则天津工业业大学51内槽圆角角半径不不应过小小天津工业业大学52槽底圆角角半径r不应过大大天津工业业大学53可装夹性性分析天津工业业大学54加工方法法的选择择数控机床床的选择择2.3.4数控加工工工艺路线线的设计计固定斜角角斜面加加工的多多种方法法考虑毛坯坯的材料料和类型型、零件件轮廓形形状复杂杂程度、、尺寸大大小、加加工精度度、批量量、热处处理要求求等因素素。要满足：：T、Q、C天津工业业大学55工序的安安排2.3.4数控加工工工艺路线线的设计计数控工序序与常规规工序的的衔接基准先行行、先主主后次、、先粗后后精、先先面后孔孔先近后远远、先内内后外、、刀具集集中……天津工业业大学562.3.5数控加工工工序的详详细设计计夹具设计计刀具选择择切削用量量选择对刀点和和换刀点点选择加工路线线确定天津工业业大学57零件的装装夹与夹夹具设计计夹具体＋＋定位＋夹紧不需要导导向和对对刀功能能，夹具具比较简简单数控机床床的夹具具与传统统夹具结结构的差差别：天津工业业大学58基准重合合，以减减少定位位误差；；统一基准准，减少少重复定定位次数数，减少少重复定定位误差差；夹紧要可可靠，尽尽量避免免振动；；夹紧点点分布要要合理，，夹紧力大大小要适适中且稳稳定，减减少夹紧紧变形；；夹具结构构应力求求简单，，加工部位位要敞开开；数控夹具具装卸应应方便（（气动……）；多件装夹夹，以提高高加工效效率等。。设计或选选用要求求：天津工业业大学59加工部位位要敞开开：天津工业业大学60多件装夹夹：天津工业业大学61刀具的选选择要求：安装调调整方便便、刚性性好、精精度高、、耐用度度高等分类：整体式式、机夹夹式天津工业业大学62车刀的种种类：内孔车刀刀天津工业业大学63铣刀的种种类：天津工业业大学64铣刀的种种类：天津工业业大学65面铣刀键槽铣刀刀天津工业业大学66立铣刀天津工业业大学67模具铣刀刀圆锥形立立铣刀圆柱形球球头立铣铣刀圆锥形球球头立铣铣刀硬质合金金：天津工业业大学68鼓形铣刀刀波纹立铣铣刀天津工业业大学69成型铣刀刀天津工业业大学70铣刀选择择：加工大平平面：面铣刀加工凹槽槽、小台台阶面及及平面轮轮廓：立铣刀加工空间间曲面、、模具型型腔等：：球头铣刀刀加工封闭闭的键槽槽：键槽铣刀刀等加工变斜斜角零件件：鼓形铣刀刀特殊形状状：成形铣刀刀天津工业业大学71切削用量量的选择择粗加工时时，一般般以提高高生产率率为主，，但也应应考虑经经济性和和加工成成本；半精加工工和精加加工时，，应在保保证加工工质量的的前提下下，兼顾顾切削效效率、经经济性和和加工成成本。天津工业业大学72对刀点与与换刀点点的确定定是数控加加工时刀刀具相对对工件运运动的起起点，也也是程序序的起点点。也称称程序起点点或起刀点。尽量与零零件的设设计基准准或工艺艺基准一一致；便于对刀刀、观察察和检测测；简化坐标标值的计计算。使加工程程序中的的引入或或返回路路线尽量量短，并并便于换换刀。对刀点选选用原则则：对刀点：：天津工业业大学73对刀点与与换刀点点：天津工业业大学74用以表示示刀具特特征的点点，也是是对刀和和加工的的基准点点。车刀、镗镗刀钻钻头平平头立立铣刀球球头铣刀刀刀位点：：天津工业业大学75“刀位点””与“对对刀点””重合。。千分表、、对刀装装置对刀：问题：孔中心心如何对对刀？两面交线线上的一一点为对对刀点，，如何对对刀？将已知半半径的标标准刀具具装于主主轴上测测得到实实际位置置值。天津工业业大学76加工路线线的确定定刀具相对对于工件件的运动动轨迹。。不但包包含了工工步的内内容，而而且也反反映了工工步的顺顺序。保证零件件的加工工精度和和表面粗粗糙度要要求；简化数值值计算，，减少程程编工作作量；缩短加工工路线，，减少刀刀具空行行程时间间，提高高加工效效率。天津工业业大学77刀具引入入、引出出天津工业业大学78铣削封闭闭的内、、外轮廓廓：天津工业业大学79车螺纹：：天津工业业大学80顺铣、多多次走刀刀、避免免进给停停顿天津工业业大学81确定最短短的空行行程路线线天津工业业大学82确定最短短的切削削进给路路线曲面加工工：凹槽加工工：行切法天津工业业大学83数控编程程中的数数学处理理:根据被加加工零件件图纸，，按照已已经确定定的加工工路线和和允许的的编程误误差，计计算数控控编程所所需要的的坐标点点和刀位位点的过过程。2.5数控编程程中的数数学处理理直线、圆圆弧类零零件的数数学处理理；非圆曲线线节点坐坐标计算算；列表曲线线轮廓零零件的数数学处理理；列表曲面面轮廓零零件的数数学处理理；刀位点轨轨迹计算算。天津工业业大学84计算方法法：2.5.1直线、圆圆弧类零零件的数数学处理理基点：相邻几何何元素间间的交点点或切点点称之为为基点。。联立方程程组求解解；三角角函数关关系求解解。直线方程程：Y=tg(α+β)X圆弧方程程：（X-80）2+（Y-14）2=30B点：（64.2786，39.5507）C点：（64.2786，54.5507）天津工业业大学852.5.2非圆曲线线节点坐坐标计算算非圆曲线线：数控加工工中把除除直线与与圆弧之之外可以以用数学学方程式式y=f（x）表达的的平面轮轮廓曲线线。直线段逼逼近非圆圆曲线节点：相邻逼近近线段的的交点或或切点称称为节点点。圆弧段逼逼近非圆圆曲线天津工业业大学86用直线段段逼近非非圆曲线线时节点点的计算算弦线逼近近法;割线逼近近法;切线逼近近法。等间距法法;等步长法法;等误差法法。天津工业业大学87用直线段段逼近非非圆曲线线时节点点的计算算等步长法法;等误差法法；等间距法法;天津工业业大学88用圆弧段段逼近非非圆曲线线时节点点的计算算曲率圆法法：用