第2章-数控程序编制1

第二章数控加工程序编制第一节概述

第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节镗铣数控加工及其手工编程第五节车削数控加工及其手工编程第六节自动编程概述1.数控加工与传统加工的比较传统加工：按照工艺规程由工人通过手工操作机床完成，工艺过程和工艺参数(主轴转速、进给速度、进刀量等)由手工操作保证。一、程序编制的基本概念分析图纸及要求制订工艺规程工人操作机床加工制定工艺卡给工人4传统加工(分析零件图及要求)一、程序编制的基本概念？零件5传统加工(制订工艺规程)一、程序编制的基本概念打中心孔目的？U型块，精车前需修整6传统加工(工序卡…)一、程序编制的基本概念在座的各位如何去选择机床、刀具及参数？没经历的肯定不会分析图纸及要求编写加工程序数控机床自动加工根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。一、程序编制的基本概念数控加工

走刀轨迹和工艺知识相统一。传统：依赖于人：工艺卡编制的人和工人。从零件图纸到数控加工指令的有序排列（制成控制介质或输入CNC）的全过程。将加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数（f、s、t）及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等），用规定的字母、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。二、

数控加工程序的编制流程9

数控编程分为手工编程和自动编程定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（熟

悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识

和数值计算能力）适用：①几何形状不太复杂的零件；②三坐标联动以下的加工程序

手工编程二、

数控加工程序的编制流程棒料为例：进给速度、切削速度、背吃刀量，刀具轨迹（比如粗加工，多次走刀），过去穿孔纸带，现在键盘输入。10定义：零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算

机编程系统根据数控系统的类型输出数控加工程序。

适用：①形状复杂的零件（如叶片、凸轮）

②虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个

孔的零件）

③虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算）

自动编程二、

数控加工程序的编制流程生成程序要进行后置处理，有西门子系统、发那科系统，两个的代码有区别，用户和机床厂家比如M、S代码是不一样的，能够实现加工零件的代码用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20-30%是由于加工程序不能及时编制出造成的。编程自动化是发展的趋势！但手工编程是学习自动编程基础！

比较二、

数控加工程序的编制流程注意：数控加工的对象是零件毛坯零件毛坯通常由传统加工手段(铸造、锻压等)得到三、数控机床程序编制的内容和步骤如大批量生产，试切有问题需要重新调试，并将其存档。在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上确定加工方案：确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序；切削用量（f、s、t）等工艺参数。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1.图纸工艺分析三、数控机床程序编制的内容和步骤根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值（传统加工无需考虑）；加工非圆曲线（如抛物线、摆线、渐开线等），一般则需用直线或圆弧逼近的方法加工，这时须根据精度计算节点。错误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修改2.计算运动轨迹三、数控机床程序编制的内容和步骤根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序单，并进行校核，检查上述两个步骤的错误。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3.编制程序及校验三、数控机床程序编制的内容和步骤相当于一种语言将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁带、磁盘或存储器上），作为数控系统的输入信息。若程序较简单，也可直接通过键盘输入。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4.制备控制介质三、数控机床程序编制的内容和步骤复杂重复性劳动？二进制代码所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。

常用的校验和试切方法：阅读法、模拟法、试切法等。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5.程序的校验和试切三、数控机床程序编制的内容和步骤数控机床加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还必须注意以下几点：选择合适的对刀点和换刀点加工线路的确定程序编制中的误差1.数控加工的工艺分析四.数控加工工艺和数控加工方法对刀点（起刀点）：确定刀具与工件相对位置的点，刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。对刀点的选择原则：

对刀点应便于数学处理和程序编制；

对刀点在机床上容易校准；

在加工过程中便于检查；

引起的加工误差小。对刀点

可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。1.1选择合适的对刀点和换刀点？？四.数控加工工艺和数控加工方法a）对称零件的对刀点选择

b）钻孔加工时的对刀点选择选择对刀点的例子四.数控加工工艺和数控加工方法21换刀点：一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。

刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。

对刀：使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。YZ3530工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽选择对刀点的原则：

选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。选在对刀方便，便于测量的地方。选在便于坐标计算的地方四.数控加工工艺和数控加工方法加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。

孔类加工（钻孔、镗孔）

原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程n个))(1)1(2bananb+-=-+=（黄线长红线长ba+切入/出段+切入/出段1.2加工路线的确定四.数控加工工艺和数控加工方法加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。

孔类加工（钻孔、镗孔）

原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程n个)1(2anb-+=红线长ba+切入/出段1.2加工路线的确定四.数控加工工艺和数控加工方法加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。

孔类加工（钻孔、镗孔）

原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程n个))(1ban+-=（黄线长ba+切入/出段1.2加工路线的确定四.数控加工工艺和数控加工方法车削或铣削：原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量（为什么凹坑？）。切向切入径向切入四.数控加工工艺和数控加工方法细节

空间曲面的加工（优缺点）(c)(b)(a)四.数控加工工艺和数控加工方法

空间曲面的加工（优缺点）四.数控加工工艺和数控加工方法Qs加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的工艺要求。利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。四.数控加工工艺和数控加工方法

尽可能选用标准夹具（组合夹具），在成批生产时才考虑专用夹具，并力求夹具结构简单。装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。工件定位夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞的现象。夹具的安装要准确可靠，同时应具备足够的强度和刚度，以减小其变形对加工精度的影响（航空薄壁件-柯映林）。应尽可能采用气、液压夹具。1.3工件的装夹方式四.数控加工工艺和数控加工方法影响切削条件的因素有：

工件材料的硬度及热处理状况以及工件数量；机床、工具、刀具及工件的刚性；

切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；

切削液的种类、冷却方式；机床的寿命。上述诸因素中被加工材料、切削刀具、切削用量为决定加工时间、刀具寿命和加工质量的主要因素。1.4切削用量的选择四.数控加工工艺和数控加工方法决定切削速度的因素：刀具材质、刀具寿命班次、刀具形状切削深度ap与进刀量（F，mm/min）工件材料（硬度）冷却液使用机床性能变化的，新工艺。干切削四.数控加工工艺和数控加工方法数控机床上加工零件的误差分类：加工过程的误差：它是加工误差的主体（占85%），主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。编程误差：1.5程序编制中的误差四.数控加工工艺和数控加工方法1.5程序编制中的误差四.数控加工工艺和数控加工方法∆逼：采用近似计算方法逼近列表曲线、曲面轮廓时所产生的∆插：采用直线段或圆弧段插补逼近零件轮廓曲线时产生的∆圆：数据处理中为满足分辨率（最小设定单位）的要求，进行数据圆整（四舍五入）产生的误差对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。2.数控加工方法2.1平面孔系零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法

采用数控车床或数控磨床加工，车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。2.2旋转体类零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工

4321可先按图中的方法进行1~4次粗加工，再精加工成形。采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑和连续，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。2.3平面轮廓零件的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法：三轴两联动加工三轴联动加工四轴联动加工方法五轴联动加工2.4空间轮廓表面的加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。三轴两联动加工---“行切法”四.数控加工工艺和数控加工方法下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。三轴联动加工四.数控加工工艺和数控加工方法如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。四轴联动加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工，则只能用球头刀（球和曲面接触特点？）。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。四轴联动加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法

螺旋桨是典型零件一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角摆动运动。因此，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。五轴联动加工方法四.数控加工工艺和数控加工方法带摆头的五轴联动机床四.数控加工工艺和数控加工方法根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料，称为数控加工的数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。基点：各几何元素间的连接点，如直线与直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点等。节点：逼近轮廓曲线时，直线小段和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点。3.数控程序编制中的数学处理四.数控加工工艺和数控加工方法直线和圆弧轮廓基点计算方法（A点）联立方程组法求解基点坐标三角函数法求解基点坐标ACBOxy常见的处理方法四.数控加工工艺和数控加工方法

直线逼近零件轮廓曲线时的节点

等间距直线逼近的节点计算等步长法直线逼近的节点计算等误差法（变步长法）非圆曲线的节点计算方法圆弧逼近零件轮廓曲线时的节点圆弧分割法

三点作图法

四.数控加工工艺和数控加工方法x第一节概述第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节镗铣数控加工及其手工编程第五节车削数控加工及其手工编程第六节自动编程概述(a)ＲＲＴＴＴ（ABZY/X’）(b)TTTRR(ZYX/A’C’）(c)RTTTR（AZX/Y’C’）X’YBZAXY’C’ZAXYC’A’ZTherearealsohorizontalandverticalspindletypesandalsogantrytypes.Doublepivotspindleheadtype

TiltingrotarytabletypeSwivelheadand

rotarytabletype一.坐标轴的运动方向及其命名必要性

在数控机床中，为了实现零件的加工，往往需要控制几个方向的运动，这就需要建立坐标系，以便区别不同运动方向。互换性

为了使编出的程序在同类型机床有通用性，必须统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，同时也给

维修和使用带来极大的方便。标准

我国的JB3051-82标准为《数字控制机床坐标轴和运动方向的命名》，其中的规定与国际标准ISO841中的规定是相同的。一.坐标轴的运动方向及其命名ISO和国标规定：

坐标轴：数控装备的每个进给轴(直线进给、旋转进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。坐标系标准符合右手笛卡尔坐标定义1.坐标系的基本概念一.坐标轴的运动方向及其命名基本坐标：直线进给运动的坐标为X、Y、Z旋转坐标：绕X、Y、Z轴转动的旋转坐标分别用A、B、C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。

附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U、V、W表示。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A一.坐标轴的运动方向及其命名坐标轴的方向：为刀具相对工件运动的方向。编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进行编程。机床坐标轴的确定方法

一般先确定Z轴、再确定X轴、

最后确定Y轴。一.坐标轴的运动方向及其命名

方位

有主轴的机床

Z坐标平行主轴轴线的进给轴，如车床、铣床。

没有主轴或有多个主轴的机床

垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。

主轴能摆动在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则该坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。2.坐标系的定义2.1Z坐标(轴)二.坐标系的定义立式5轴数控铣床的坐标系

Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。+Z+Z立式3轴数控铣床的坐标系二.坐标系的定义+Z数控车床的坐标系二.坐标系的定义在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式）从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。+Z+X2.2X坐标(轴)二.坐标系的定义

Z轴垂直（立式）：

单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X二.坐标系的定义+Z

双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，

X轴的正方向指向右边。+X二.坐标系的定义

在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。+Z+X二.坐标系的定义利用已确定的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。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A2.3Y坐标(轴)二.坐标系的定义立、卧式数控铣床+Z+X+Z+X+Y+Y二.坐标系的定义+Z+X+Y立式5轴联动数控铣床+Z+X+Y龙门数控铣床二.坐标系的定义+Z+X+Y+Z+X+Y+C+A+C2.4回转坐标A、B、C(轴)二.坐标系的定义立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X+Y+A+C+W2.5辅助坐标U、V、W(轴)二.坐标系的定义

编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。三.机床坐标系与工件坐标系机床坐标系即数控机床的固定坐标系机床原点（零点）机床坐标系原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。行程开关行程开关编码器机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。各个轴原点，由编码器零位信号和行程开关同时触发确定；或者由光栅尺零位信号确定。注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。三.机床坐标系与工件坐标系工件坐标系工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以是对刀点重合。工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。现代数控机床均可设置多个工件坐标系，在加工