第2章数控加工程序编制基础

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：天津工业大学11数控车床坐标系天津工业大学12立式数控铣床坐标系龙门数控铣床坐标系天津工业大学13卧式数控铣床坐标系五坐标数控铣床坐标系天津工业大学14（1）机床坐标系与机床原点、参考点机床坐标系与工件坐标系几个关键的点（2）工件坐标系与工件原点机床原点：机床坐标系的原点。车床原点：法兰盘与主轴交接点；铣床原点：MBT刀柄与主轴端面交接点。参考点：坐标系中一个特殊点，通常是坐标轴的极限位置点。工件原点：工件坐标系的原点。可用程序指令来设定和改变。（3）刀位点：刀具上的参考点。天津工业大学15天津工业大学16

铣床的两种坐标系1—工件2—工作台天津工业大学17典型数控机床坐标系前置刀架（水平导轨）数控车床zyx天津工业大学18典型数控机床坐标系后置刀架（倾斜导轨）数控车床zyx天津工业大学19典型数控机床坐标系立式数控车床（大型盘类零件）xzyM天津工业大学202.1.5加工程序结构与格式O0001；程序名N10G92X0Y0Z200.0；N20G90G00X50.0Y60.0S300M03；N30G01X10.0Y50.0F150；……N110M30；程序结束指令加工程序的构成若干程序段识别、调用该程序的标志地址“O”或“P”+数字+”;”M02；M30；M99；描述机床运行动作、当前状态及刀具运动轨迹天津工业大学21程序段格式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业大学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；常用地址码及其含义天津工业大学23主程序和子程序天津工业大学242.2数控编程中的常用指令模态代码：大多数G、M代码输入一次（一旦被指定），该功能持续有效，除非被同组其它任一代码替代或取消。模态代码在编下一个程序段时不必重新输入。非模态代码：而非模态代码只在本程序段中有效。天津工业大学252.2数控编程中的常用指令2.2.1准备功能G代码绝对坐标与增量坐标编程指令（G90、G91）N100G90G01X15.0Y30.0F100；N100G91G01X-20.0Y10.0F100；G90G91天津工业大学26天津工业大学27快速点定位指令（G00）格式：G00X_Y_Z_；式中，X、Y、Z为目标位置的坐标值。G00(a)G00(b)天津工业大学28直线插补指令（G01）格式：G01X_Y_Z_F_；式中，X、Y、Z为目标位置的坐标值。……N20G00X50.0Z2.0S500.0M03;刀具快速移动，主轴转速S=500r/minN30G01Z-40.0F100.0；以F=100mm/min的进给速度从P1-P2N40X80.0Z-60.0；P2-P3

N50G00X160.0Z100.0；P3-P0快速移动……天津工业大学29圆弧插补指令（G02、G03）G02为顺时针（CLW）圆弧插补；G02为逆时针（CCLW）圆弧插补。判断顺、逆方向的方法：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察来确定顺逆方向。天津工业大学30用I、J、K指定圆心位置：圆弧插补指令（G02、G03）用圆弧半径R指定圆心位置：式中，X、Y、Z为目标位置的坐标值；

I、J、K为圆心相对于起点的坐标。天津工业大学31说明：XYAB30-30OXYABR+R-R-R+天津工业大学32坐标平面选择指令（G17、G18、G19）天津工业大学33刀具补偿指令简化编程工作量；实现粗、精加工；实现内外型面的加工。天津工业大学34刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）G41指令：刀具半径左补偿；G42指令：刀具半径左补偿；G40指令：取消刀具半径补偿。格式：G00/G01G41/G42X_Y_D（H）_F_；

G00（或G01）G40X_Y_；式中，X、Y为刀具半径补偿/取消时的终点坐标；

D（H）为刀具偏置代码地址字。刀补天津工业大学35刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）补偿过程分为三步：刀补的建立刀补的进行刀补的撤销天津工业大学36刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）使用规则增加/取消刀补时，刀具与工件的距离大于刀具半径；G41和G42应使用G40取消补偿，不能互相取消；G40、G41、G42必须指定运动指令G00或G01，否则补偿无效；刀补时不允许指定的指令代码：M代码、S代码、G04；M/T机床中，G02/G03指令程序段不允许指定/取消刀补；M/T机床中，优选单坐标轴运动指定/取消刀补；几种取消刀补的其它方法：换刀指令、复位功能、急停键。天津工业大学37刀具长度补偿指令（G43、G44、G49/G40）G43指令：刀具长度正补偿；G44指令：刀具长度负补偿；G49或G40指令：取消刀具长度补偿。格式：G00/G01G43/G44Z_H_F_；

G00（或G01）G49/G40Z_；式中，H代码中存放刀具的长度补偿值作为偏置量。天津工业大学38工件坐标系设定指令（G92）格式：G92X_Y_Z_；式中，X、Y、Z为刀具起始点相对于工件原点的坐标。G92X160.0Y-20.0；天津工业大学39用G54-G59指令设定工件坐标系操作者在实际主要加内工容前，测量工件原点与机床原点之间的偏置值，并在数控系统中预先设定。这个值叫做“工件零点偏置”。天津工业大学40用G54-G59指令设定工件坐标系

“工件零点偏置”怎么去测呢？天津工业大学41暂停指令G04其中地址P后面的数字为整数，单位为ms；如G04P3000表示暂停3s；X（U）后面的数字可带小数点，单位为s；如G04X3.2表示暂停3.2s。有些机床，X（U）后面的数字表示刀具或工件空转的圈数。格式：G04P/X（U）_；天津工业大学42

图示为加工轮廓ABCDE,XO机Y为机床坐标系，X0Y为工件坐标系，两坐标系的关系就是零件加工安装关系：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;天津工业大学432.2.2辅助功能M代码1．程序停止指令M00、M01和M02、M302．主轴转动控制指令M03、M04和M053．换刀指令M064．冷却液控制指令M07、M08和M095．主轴夹紧和松开指令M10和M116．主轴定向停止指令M197．

子程序调用M98、M99天津工业大学44

一个程序段通常只输入一个M指令，否则将易导致严重程序错误；

M指令功能应尽量置于运动方式程序段中；

M功能启动有两种模式

刀具运动同步模式：M03、M04、M07、M08

运动结尾启动模式：M00、M01、M02、M05、M09、M30M续效功能：M03、M04、M05、M07、M08、M09

非续效功能：M00、M01、M02、M06、M30、M60M代码使用规则天津工业大学45进给功能指令FG94—每分钟进给量，单位mm/minG95—每转进给量，单位mm/r2.2.3F、S、T代码主轴转速功能指令S刀具功能指令TG96Sxxxx；恒线速功能G97Sxxxx；机床主轴实际转速T0101；01号刀具，01号刀补T12；表示12号刀具T10H10；T1D1；天津工业大学462.3数控编程中的工艺处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择，刀具的选择，切削用量的选择，夹具及装夹方式选择包括选择对刀点，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(每一程序段的终点坐标)天津工业大学47数控加工工艺的特点数控加工工艺的内容工序内容具体；工序内容复杂；工序内容严密；工序集中。数控加工零件的选择；数控加工工艺性分析；数控加工工艺路线的设计；数控加工工序的详细设计。2.3.22.3.32.3.42.3.52.3.1数控加工工艺的特点与内容天津工业大学48数控加工工艺设计的步骤

分析零件图样；确定毛坯；确定安装方法（夹具）和对刀点；确定加工方案（工艺路线和走刀路线）；

刀具的选择；

切削用量的确定。2.3.52.3.42.3.22.3.3天津工业大学492.3.2数控加工零件或加工内容的选择

有毛坯和零件图样，选择合适的数控机床；有数控机床，选择合适零件。天津工业大学502.3.3数控加工工艺性分析采用统一的几何类型和尺寸零件图上尺寸标注的原则天津工业大学51内槽圆角半径不应过小天津工业大学52槽底圆角半径r不应过大天津工业大学53可装夹性分析天津工业大学54加工方法的选择数控机床的选择2.3.4数控加工工艺路线的设计固定斜角斜面加工的多种方法

考虑毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、批量、热处理要求等因素。要满足：T、Q、C天津工业大学55工序的安排2.3.4数控加工工艺路线的设计数控工序与常规工序的衔接基准先行、先主后次、先粗后精、先面后孔先近后远、先内后外、刀具集中……天津工业大学562.3.5数控加工工序的详细设计

夹具设计刀具选择切削用量选择对刀点和换刀点选择加工路线确定天津工业大学57零件的装夹与夹具设计

夹具体＋定位＋夹紧不需要导向和对刀功能，夹具比较简单数控机床的夹具与传统夹具结构的差别：天津工业大学58

基准重合，以减少定位误差；统一基准，减少重复定位次数，减少重复定位误差；夹紧要可靠，尽量避免振动；夹紧点分布要合理，夹紧力大小要适中且稳定，减少夹紧变形；夹具结构应力求简单，加工部位要敞开；数控夹具装卸应方便（气动……）；

多件装夹，以提高加工效率等。设计或选用要求：天津工业大学59加工部位要敞开：天津工业大学60多件装夹：天津工业大学61刀具的选择要求：安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度高等分类：整体式、机夹式天津工业大学62车刀的种类：内孔车刀天津工业大学63铣刀的种类：天津工业大学64铣刀的种类：天津工业大学65面铣刀键槽铣刀天津工业大学66立铣刀天津工业大学67模具铣刀圆锥形立铣刀圆柱形球头立铣刀圆锥形球头立铣刀硬质合金：天津工业大学68鼓形铣刀波纹立铣刀天津工业大学69成型铣刀天津工业大学70铣刀选择：

加工大平面：面铣刀加工凹槽、小台阶面及平面轮廓：立铣刀加工空间曲面、模具型腔等：球头铣刀加工封闭的键槽：键槽铣刀等加工变斜角零件：鼓形铣刀特殊形状：成形铣刀天津工业大学71切削用量的选择

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，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。天津工业大学72对刀点与换刀点的确定

是数控加工时刀具相对工件运动的起点，也是程序的起点。也称程序起点或起刀点。

尽量与零件的设计基准或工艺基准一致；便于对刀、观察和检测；简化坐标值的计算。使加工程序中的引入或返回路线尽量短，并便于换刀。对刀点选用原则：对刀点：天津工业大学73对刀点与换刀点：天津工业大学74用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。车刀、镗刀钻头平头立铣刀球头铣刀刀位点：天津工业大学75“刀位点”与“对刀点”重合。千分表、对刀装置对刀：问题：孔中心如何对刀？两面交线上的一点为对刀点，如何对刀？

将已知半径的标准刀具装于主轴上测得到实际位置值。天津工业大学76加工路线的确定

刀具相对于工件的运动轨迹。不但包含了工步的内容，而且也反映了工步的顺序。

保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；简化数值计算，减少程编工作量；缩短加工路线，减少刀具空行程时间，提高加工效率。天津工业大学77刀具引入、引出天津工业大学78铣削封闭的内、外轮廓：天津工业大学79车螺纹：天津工业大学80顺铣、多次走刀、避免进给停顿天津工业大学81确定最短的空行程路线天津工业大学82确定最短的切削进给路线曲面加工：凹槽加工：行切法天津工业大学83数控编程中的数学处理:根据被加工零件图纸，按照已经确定的加工路线和允许的编程误差，计算数控编程所需要的坐标点和刀位点的过程。2.5数控编程中的数学处理

直线、圆弧类零件的数学处理；非圆曲线节点坐标计算；列表曲线轮廓零件的数学处理；列表曲面轮廓零件的数学处理；刀位点轨迹计算。天津工业大学84计算方法：2.5.1直线、圆弧类零件的数学处理基点：相邻几何元素间的交点或切点称之为基点。联立方程组求解；三角函数关系求解。直线方程：Y=tg(α+β)X圆弧方程：（X-80）2+（Y-14）2=30B点：（64.2786，39.5507）C点：（64.2786，54.5507）天津工业大学852.5.2非圆曲线节点坐标计算非圆曲线：数控加工中把除直线与圆弧之外可以用数