数控加工工艺7

课题3数控机床的坐标系及编程规则实训

3.1实训目的3.13.2相关知识3.23.3实训内容3.33.1实训目的掌握数控机床坐标系的建立，了解手工编程的一般步骤及加工程序的结构，熟悉常用F、S、T、M指令的应用及模态与非模态指令的区别。3.2相关知识数控机床坐标系的确定数控机床的两种坐标系数控编程的种类及步骤FANUC0i系统的编程指令数控加工程序的结构案例

如图3.1所示，数控铣床的进给运动由三部分组成，工作台带动工件作横向和纵向进给运动，主轴箱带动刀具作垂直进给运动。当一个零件在数控铣床上加工时，如何用代码来描述刀具与零件的相对运动呢？

3.2.1数控机床坐标系的确定

1．规定原则

（1）右手笛卡尔坐标系

（2）刀具运动原则

数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。进给运动既可以是刀具相对工件的运动（如数控车床），也可以是工件相对刀具的运动（如数控铣床），为了方便程序编制人员能在不知刀具移近工件，或工件移近刀具的情况下确定机床的加工操作。在标准中统一规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。（3）运动正方向的规定

机床的某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具距离（即增大工件尺寸）的方向。2．坐标轴确定的方法及步骤

（1）Z轴一般取产生切削力的主轴轴线为Z坐标，刀具远离工件的方向为正向，如图3.3、3.4所示。当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z坐标。当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为Z坐标，如图3.5所示。(a)带前置刀架的数控车床(b)带后置刀架的数控车床图3.3数控车床坐标系（a）立式数控铣床(b)卧式数控铣床图3.4数控铣床坐标系图3.5牛头刨床坐标系（2））X轴轴X坐坐标标是是水水平平的的，，它它平平行行于于工工件件的的装装卡卡面面。。对对于于工工件件作作旋旋转转切切削削运运动动的的机机床床（（如如车车床床、、磨磨床床等等）），，X坐坐标标的的方方向向是是在在工工件件的的径径向向上上，，且且平平行行于于横横滑滑座座。。对对于于安安装装在在横横滑滑座座的的刀刀架架上上的的刀刀具具，，离离开开工工件件旋旋转转中中心心的的方方向向，，是是X坐坐标标的的正正方方向向，，如如图图3.3所所示示。。对于于刀刀具具作作旋旋转转切切削削运运动动的的机机床床（（如如铣铣床床、、钻钻床床、、镗镗床床等等）），，当当Z坐坐标标垂垂直直时时，，对对于于单单立立柱柱机机床床，，当当从从主主要要刀刀具具主主轴轴向向立立柱柱看看时时，，+X运运动动的的方方向向指指向向右右方方，，如如图图3.4（（a））所所示示。。当当Z坐坐标标水水平平时时，，从从主主要要刀刀具具主主轴轴向向工工件件看看时时，，+X运运动动方方向向指指向向右右方方，，如如图图3.4（（b））所所示示。。对于于无无主主轴轴的的机机床床（（如如牛牛头头刨刨床床）），，X坐坐标标平平行行于于主主要要的的切切削削方方向向，，且且以以该该方方向向为为正正方方向向，，如如图图3.5所所示示。。（3）Y轴轴根据已确定定的X、Z轴，按右右手笛卡尔尔坐标系确确定。（4）A、、B、C轴轴A、B、C相应地表表示其轴线线平行于X、Y、Z坐标的旋旋转运动。。正向的A、B、C，相应地地表示在X、Y、Z坐标正方方向上按照照右旋螺纹纹前进的方方向，如图图3.6所所示。（a）五坐坐标卧式曲曲面和轮廓廓铣床(b)五坐坐标摆动式式铣头曲面面和轮廓铣铣床图3.6多多坐标标数控铣床床坐标系（5）附加加的坐标直线运动：：如在X、、Y和Z主主要直线运运动之外，，另有第二二组平行于于它们的坐坐标，可分分别指定为为U、V和和W。如如还有第三三组运动，，则分别指指定为P、、Q和R。。如果在X、Y和Z主要直线线运动之外外，存在不不平行或可可以不平行行于X、Y或Z的直直线运动，，亦可相宜宜地指定为为U、V、、W、P、、Q或R。对于镗镗铣床，径径向刀架滑滑板的运动动，可指定定为U或P（如果这这个字母合合适的话）），滑板离离开主轴中中心的方向向为正方向向，如图3.7所示示。选择最最接近主要要主轴的直直线运动指指定为第一一直线运动动，其次接接近的指定定为第二直直线运动，，最远的指指定为第三三直线运动动。图3.7卧卧式镗铣铣床坐标系系（6）主轴轴旋转运动动的方向主轴的顺时时针旋转运运动方向，，是按照右右旋螺纹进进入工件的的方向。3.2.2数控控机床的两两种坐标系系1．机床坐坐标系又称机械坐坐标系，其其坐标和运运动方向视视机床的种种类和结构构而定。机床坐标系系的原点也也称机床原原点或机械械原点，如如图3.8、图3.9（a））所示的O点，从机机床设计的的角度来看看，该点位位置可任选选，但从使使用某一具具体机床来来看，这点点却是机床床上一个固固定的点。。与机床原点点不同但又又很容易混混淆的另一一个概念是是机床零点点，它是机机床坐标系系中一个固固定不变的的极限点，，即运动部部件回到正正向极限的的位置。在在加工前及及加工结束束后，可用用控制面板板上的“回回零”按钮钮使部件（（如刀架））退到该点点。例如：：对数控车车床而言，，机床零点点是指车刀刀退离主轴轴端面和中中心线最远远而且是某某一固定的的点，如图图3.8所所示的O/点，O/点在机床出出厂时，就就已经调好好并记录在在机床使用用说明书中中供用户编编程使用，，一般情况况下，不允允许随意变变动。图3.8数数控车床的的机床坐标系系图3.9立立式数控铣铣床坐标系和和机床原点、、工件原点２．编程坐标标系又称工件坐标标系，是编程程时用来定义义工件形状和和刀具相对工工件运动的坐坐标系。为保保证编程与机机床加工的一一致性，工件件坐标系也应应是右手笛卡卡尔坐标系。。工件装夹到到机床上时，，应使工件坐坐标系与机床床坐标系的坐坐标轴方向保保持一致。编程坐标系的的原点，也称称编程原点或或工件原点，，其位置由编编程者确定，，如图3.9（b）所示示的O2点，工件原点点的设置一般般应遵循下列列原则：（1）工件原原点与设计基基准或装配基基准重合，以以利于编程；；（2）工件原原点尽量选在在尺寸精度高高、表面粗糙糙度值小的工工件表面上；；（3）工件原原点最好选在在工件的对称称中心上；（4）要便于于测量和检验验。３.2.3数数控编程程的种类及步步骤（1）确定工工艺过程（2）计算刀刀具轨迹的坐坐标值（3）编写加加工程序（4）将程序序输入数控机机床（5）程序检检验1．数控加工工程序编制的的步骤2．数控编程程的种类（1）手工编编程手工编程是指指在编程的过过程中，全部部或主要由人人工进行，如如图3.8所所示。对于加加工形状简单单、计算量小小、程序不多多的零件，采采用手工编程程较简单、经经济、效率高高。（2）计算机机自动编程计算机自动编编程是指在编编程过程中，，除了分析零零件图样和制制定工艺方案案由人工进行行外，其余工工作均由计算算机辅助完成成。采用计算机自自动编程时，，数学处理、、编写程序、、检验程序等等工作是由计计算机自动完完成的，由于于计算机可自自动绘制出刀刀具中心运动动轨迹，使编编程人员可及及时检查程序序是否正确，，需要时可及及时修改，以以获得正确的的程序。又由由于计算机自自动编程代替替程序编制人人员完成了繁繁琐的数值计计算，可提高高编程效率几几十倍乃至上上百倍，因此此解决了手工工编程无法解解决的许多复复杂零件的编编程难题。自自动编程的特特点就在于编编程工作效率率高，可解决决复杂形状零零件的编程难难题。３.2.４FANUC0i系系统的编程指指令1．准备功能能G指令2．辅助功能能M指令表3.2是中中华人民共和和国机械行业业标准JB/T3208-1999规定的辅助助功能M代码码的定义表。。表3.1是中中华人民共和和国机械行业业标准JB/T3208-1999规定的准备备功能G代码码的定义表。。常用的M指令令功能及其应应用如下：（1）程序停停止指令：M00功能：执行完完包含M00的程序段后后，机床停止止自动运行，，此时所有存存在的模态信信息保持不变变，用循环启启动使自动运运行重新开始始。（2）程序计计划停止指令：M01功能：与M00类似，执执行完包含M01的程序序段后，机床床停止自动运运行，只是当当机床操作面面板上的任选选停机的开关关置1时，这这个代码才有有效。（３）主轴顺顺时针方向旋旋转、主轴逆逆时针方向旋旋转、主轴停停指令：M03、M04、、M05功能：开动主主轴时，M03指令可使使主轴按右旋旋螺纹进入工工件的方向旋旋转，M04指令可使主主轴按右旋螺螺纹离开工件件的方向旋转转。M05指指令可使主轴轴在该程序段段其它指令执执行完成后停停转。格式：M03SM04SM05说明：数控机机床的主轴转转向的判断方方法是，沿+Z方向看，，顺时针方向向旋转为正转转，逆时针方方向旋转为反反转。（４）换刀指令：M06功能：自动换换刀。用于具具有自动换刀刀装置的机床床，如加工中中心、数控车车床。格式：M06T说明：当数控控系统不同时时，换刀的编编程格式有所所不同，具体体编程时应参参考操作说明明书。（5）程序结结束指令：M02或M30功能：该指令令表示主程序序结束，同时时机床停止自自动运行，CNC装置复复位。M30还可使控制制返回到程序序的开头，故故程序结束使使用M30比比M02要方方便些。说明：该指令令必须编在最最后一个程序序段中。对于BEIJING-FANUC0i系统，一般情情况下，在一一个程序段中中仅能指定一一个M代码。。但是，设定定参数No.3404#7（M3B）=1时，，在一个程序序段中一次最最多可以指定定三个M代码码。模态指令又称称续效指令，，一经程序段段中指定，便便一直有效，，直到以后程程序段中出现现同组另一指指令或被其它它指令取消时时才失效。编编写程序时，，与上段相同同的模态指令令可省略不写写。不同组模模态指令编在在同一程序段段内，不影响响其续效。例例如:N0010G91G01X20Y20Z-5F150M03S1000；N0020X35；；N0030G90G00X0Y0Z100M02；上例中，第一一段出现三个个模态指令，，即G91、、G01、M03，因它它们不同组而而均续效，其其中G91功功能延续到第第三段出现G90时失效效；G01功功能在第二段段中继续有效效，至第三段段出现G00时才失效；；M03功能能直到第三段段M02功能能生效时才失失效。3．G、M指指令说明（1）模态与与非模态指令令表3.2第（（2）栏有““*”的M指指令，其功能能与同段其它它指令的动作作同时开始，，如上例第一一段中，M03功能与G01功能同同时开始，即即在直线插补补运动开始的的同时，主轴轴开始正转，，转速为1000r/min。表3.2第（（3）栏有““*”的M指指令，其功能能在同段其它它指令动作完完成后才开始始。如上例第第三段中，M02功能在在G00功能能完成后才开开始，即在移移动部件完成成G00快速速点位动作后后，程序才结结束。（2）M功能能开始时间4．F、S、、T代码F代码表示刀刀具中心运动动时的进给速速度。由F和和其后的若干干数字组成。。数字的单位位取决于每个个系统所采用用的进给速度度的指定方法法。具体内容容见所用机床床的编程说明明书。注意事项如下下：①当编写程序序时，第一次次遇到直线（（G01）或或圆弧（G02/G03）插补指令令时，必须编编写进给率F，如果没有有编写F功能能，CNC采采用F0。当当工作在快速速定位（G00）方式时时，机床将以以通过机床轴轴参数设定的的快速进给率率移动，与编编写的F指令令无关。②F代码为模模态指令，实实际进给率可可以通过CNC操作面板板上的进给倍倍率旋钮，在在0～120%之间调整整。（1）进给功功能F代码S代码表示机机床主轴的转转速。由S和和其后的若干干数字组成，，其表示方法法有以下三种种：①转速S表示主轴转转速，单位为为r/min。如S1000表示主主轴转速为1000r/min。②线速在恒线速状态态下，S表示示切削点的线线速度，单位位为m/min。如S60表示切削削点的线速度度恒定为60m/min。③代码用代码表示主主轴速度时，，S后面的数数字不直接表表示转速或线线速的数值，，而只是主轴轴速度的代号号。如某机床床用S00～～S99表示示100种转转速，S40表示主轴转转速为1200r/min，S41表示主轴轴转速为1230r/min，S00表示主轴轴转速为0r/min，，S99表示示最高转速。。（2）主轴转转速功能S代代码①采用T代码码编程由T和数字组组成。有T×××和T×××××两种格格式，数字的的位数由所用用数控系统决决定，T后面面的数字用来来指定刀具号号和刀具补偿偿号。例如：T04表示选择4号刀；T0404表示示选择4号刀刀，4号偏置置值；T0400表示选选择第4号刀刀，刀具偏置置取消。②采用T、D代码编程利用T功能选选择刀具，利利用D功能选选择相关的刀刀偏。在定义这两个个参数时，其其编程的顺序序为T、D。。T和D可以以编写在一起起，也可以单单独编写，例例如：T4D04表示示选择4号刀刀，采用刀具具偏置表第4号的偏置尺尺寸；T4D12表示示用4号刀，，采用刀具偏偏置表第12号的偏置尺尺寸；T2表表示选择2号号刀，采用与与该刀具相关关的刀具偏置置尺寸。（3）刀具功功能T代码3.2.5数数控加工工程序的结构构1．数控加工工程序的构成成一个完整的数数控加工程序序由程序开始始部分、若干干个程序段、、程序结束部部分组成。一一个程序段由由程序段号和和若干个“字字”组成，一一个“字”由由地址符和数数字组成。下面是一个完完整的数控加加工程序，该该程序由程序序号开始，以以M02结束束。程序说明O1122程序开始N5G90G92X0Y0Z0；程序段1N10G42G01X-60.0Y10.0D01F200；程序段2N15G02X40.0R50.0；程序段3N20G00G40X0Y0；程序段4N25M02；程序结束（1）程序号号为了区分每个个程序，对程程序要进行编编号，程序号号由程序号地地址和程序的的编号组成，，程序号必须须放在程序的的开头。如：：O1122程序的编号（（1122号号程序）程序号地址（（编号的指令令码）不同的数控系系统，程序号号地址也有所所差别。如SMK8M系系统用％，而而FANUC系统用Ｏ作作为程序号的的地址码。编编程时一定要要参考说明书书，否则程序序无法执行。。（2）程序段段的格式和组组成程序段的格式式可分为地址址格式、分隔隔地址格式、、固定程序段段格式和可变变程序段格式式等。其中以以可变程序段段格式应用最最为广泛，所所谓可变程序序段格式就是是程序段的长长短是可变的的。例如：Ｎ15Ｇ01Ｘ-60.0Y10.0Ｆ100；程序段结束进给速度指令令坐标移动距离离指令运动方式指令令（直线）程序段号其中Ｎ是程序序段地址符，，用于指定程程序段号；ＧＧ是指令动作作方式的准备备功能地址，，G01为直直线插补；ＸＸ、Y是坐标标轴地址；ＦＦ是进给速度度指令地址，，其后的数字字表示进给速速度的大小，，例如