第3章数控程序编制3和数控机床编程及加工

数字控制及装备技术研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology第三章数控加工程序编制2第一节概述第二节数控编程基础第三节数控系统的指令第四节数控车床程序编制第五节数控铣床程序编制第六节加工中心程序编制第七节自动编程第五节车削数控加工及其手工编程一、普通数控车床的车削加工普通数控车床能完成端面、内外圆、倒角、锥面、球面及成形面、螺纹等的车削加工。主切削运动是工件的旋转，工件的成形则由刀具在ZX平面内的插补运动保证。加工轴工件旋转车床车刀移动车外圆车端面钻孔车内孔切槽切断车锥面车型面车螺纹数控车削的基本特征与加工范围第五节车削数控加工及其手工编程需要注意的问题：（1）在一个程序段中，可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程或二者混合编程。（2）用绝对坐标编程时，坐标值X取工件的直径；增量坐标编程时，用径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。（3）为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。（4）由于车削加工的余量较大，因此，为简化编程数控装置常具备不同形式的固定循环。

(5)编程时，常认为刀尖是一个点，而实际中刀尖为一个半径不大的圆弧，因此需要对刀具半径进行补偿。1.单一固定循环指令（G90G92G94）内外直径（轴向）的切削循环G901）圆柱切削循环指令指令格式：G90X（U）Z(W)F；指令说明X、Z表示切削终点坐标值；

U、W表示切削终点相对循环起点的坐标分量；

F表示进给速度。指令功能该指令用在径向余量比轴向余量多时，简化编程。该指令将刀具“切入→切削→退刀→返回（

1→2→3→4）”，用一个指令（G90）完成。例：应用圆柱面切削循环功能加工下图所示零件。程序：N10T0101；N20M03S1000；；起刀位置；切削循环；

第二刀； 切削到尺寸N70G00X200.0Z100.0；N80M05；N90M30；G71刀具运动轨迹示意图G73刀具运动轨迹示意图N320T0303；换

3号刀N330G00X30.0Z3.0M08；快速接近工件，冷却开N340G92X29.0Z-25.0F2.；切螺纹循环，螺距2mm；第一刀吃

1mm；第二刀吃

1mm；第三刀吃

N390G00X100.0Z100.0M09；快速退出，冷却关N390M05；主轴停止N400M30；程序结束带螺纹的轴类零件数控车削加工及其手工编程二、加工程序举例

第五节车削数控加工及其手工编程分析A、工艺路线

⑴先倒角→切削螺纹的实际外圆Φ47.8mm→切削锥度部分→车削Φ62mm外圆→倒角→车削Φ80mm外圆→切削圆弧部分→车削Φ85mm外圆。

⑵切槽。

⑶车螺纹。第五节车削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该零件的数学计算较为简单,可由图纸尺寸直接进行编程。在螺纹加工中，螺纹大径外圆面实际车削尺寸D=47.8mm,螺纹小径尺寸d=45.8mm;加工中分4次车削,各次进给量分别为0.3mm,0.3mm,0.25mm和0.15mm。在圆弧面加工中，圆心相对于起点的坐标为I=126.49/2mmK=-30mm.）

B、数学计算C、选择刀具及画出刀具布置图根据加工要求,选用三把刀具。Ⅰ号刀车外圆，Ⅱ号刀切槽，Ⅲ号刀车螺纹。刀具布置如下图所示。采用对刀仪对刀，螺纹刀尖相对与Ⅰ号刀尖在Z向位置15mm。

编程之前,应正确的选择换刀点，以便在换刀过程中，刀具与工件、机床和夹具不会碰撞。D、确定切削用量车外圆，主轴转速为S630，进给速度为F150。切槽时，主轴转速为S315，进给速度为F10。切削螺纹时，主轴转速为S200，进给速度为F150。第五节车削数控加工及其手工编程O0004/*程序号N10G50X200.Z350./*建立工件坐标系N20G00X41.8Z292.S630M03T1M08/*刀具快速接近工件，启动主轴,开冷却液N30G01X47.8Z289.F150./*倒角N40U0W-59/*车外圆,增量坐标编程N50X50./*退刀,绝对坐标与增量坐标混合编程N60X62.W-60./*车锥度,绝对坐标与增量坐标混合编程N70U0Z155/*车Φ62mm外圆,绝对坐标与增量坐标混合编程N80X78.W0/*退刀,绝对坐标与增量坐标混合编程N90X80.W-1./*倒角,绝对坐标与增量坐标混合编程N100U0W-19./*车Φ80mm外圆,绝对坐标与增量坐标混合编程N110G02U0W-60.I126.49K-30./*车半径等于70mm的圆弧,I、K表示圆心相对于圆弧起点的坐标N120G01U0Z65./*车Φ80mm外圆N130X90W0/*退刀N140G00X200.Z350.M05M09/*快速退回到起始点,主轴停,冷却液关N150X51.Z230.S315M03T2M08/*换2#刀具,快速接近工件,启动主轴,开冷却液N160G01X45.W0F10./*切槽N170G04U50/*延时50ms,G04为延时指令N180G00X51/*退刀N190X200.Z350.M05M09/*快速退回到起始点,主轴停,冷却液关M200G00X52.Z296.S100M03T3M08/*换3#刀具,快速接近工件,启动主轴,开冷却液M210G92X47.2Z231.5F150.；

/*G92车螺纹,切至深度0.3=(47.8-47.2)/2M220I-0.60K0；

/*车螺纹,切至深度，I、K为X、Y自动叠加M230I-0.50/*车螺纹,切至深度M240I-0.30/*车螺纹,切至深度M250G00X200.Z350.M02/*快速退回到起始点,程序结束第五节车削数控加工及其手工编程数字控制及装备技术研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology第一节概述第二节数控编程基础第三节数控系统的指令第四节数控车床程序编制第五节数控铣床程序编制

第六节加工中心程序编制第七节自动编程

自动编程是使用计算机辅助编制数控机床零件加工程序的过程或方法。编程人员根据零件设计要求和现有工艺，使用自动编程软件生成刀位数据文件CLF，再进行后置处理，生成加工程序，然后通过磁盘、（纸带）或通讯接口输入数控机床。自动编程的特点

编程工作效率高，可解决手工编程无法解决的许多复杂形状零件的编程难题。由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍。自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。第六节自动编程概述一、自动编程的概念二、自动编程方式的分类1.语言自动编程

APT（AutomaticallyProgrammedTool）语言是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动进行定义时所用的一种接近英语的符号语言。例如：CUTTER/10刀具直径10mm

LN1=LINE/20，20，20，70

CIR=CIRCLE/10，0，50，50，100

FROM/SETPT从点SETPT开始运动FEDRAT/200进给速度200mm/min

GOTO/PT1刀具运动到点PT1的位置第六节自动编程概述78

数控语言自动编程系统一般处理流程

从流程图中可以看出，数控语言自动编程系统主要由零件源程序和编译软件组成。零件图零件源程序翻译计算后置处理通用计算机编译程序（软件程序）加工程序单/纸带编程人员直接输入各种图形要素，建立加工对象的几何模型，然后在模型上进行工艺规划、选择刀具、确定切削用量及走刀方式，然后由计算机自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算、加工程序的编制和控制介质的制备(或加工程序的输入)等工作。此外，自动编程系统还能对生成的程序进行检查与模拟仿真。不需要使用数控语言（APT源程序）；具有形象、直观、高效等优点。目前很多CAD/CAM软件都是这种方式。图形自动编程第六节自动编程概述交互式图形自动编程软件已成为国内外流行的CAD/CAM软件普遍采用的数控编程方法，图形自动编程系统实现了从图样→模型→数控编程→加工的一体化，它分为三个主要处理过程：①零件几何造型，②生成刀具路径文件，③模拟仿真三.图形自动编程的工作原理第六节自动编程概述有三种方法获取和建立零件几何模型：①利用软件本身提供的CAD设计模块；②将其他CAD/CAM系统生成的图形，通过标准图形转换接口

(如STEP、DXFIGES、STL、DWGPARASLD、CADL、NFL等)，转换成本软件系统的图形格式；③利用三坐标测量机数据或三维多层扫描数据。1.零件几何造型第六节自动编程概述①根据CAM软件要求，确定加工类型(如轮廓、点位、挖槽或曲面加工等)；②用光标选择加工部位，选择走刀路线或切削方式；③选取或输入刀具类型、刀号、刀具直径、刀具补偿号、加工余量、进给速度、主轴转速、退刀安全高度、粗(精)切削次数及余量、刀具半径长度补偿状况、进退刀延伸线值等加工所需的全部工艺切削参数；

④自动编程系统根据零件几何模型和工艺参数，生成刀具运动轨迹数据，即刀位文件。注意：刀位文件是中性文件，与数控系统和数控机床无关!2.生成刀具路径第六节自动编程概述后置处理的目的是将刀位文件生成针对某一特定数控装置的加工程序。

①不同数控装置的指令格式不尽相同，因此自动编程系统需提供针对不同数控装置的专用或通用后置处理文件；

②早期的后置处理文件不开放，用户无法修改；目前大多数CAD/CAM软件提供开放式的通用后置处理文件；

3.后置处理模拟显示刀具运动的加工轨迹，可以直观地检查编程过程中可能出现的错误。4.模拟仿真第六节自动编程概述基于CAD/CAM软件的数控自动编程的基本步骤如下图所示：四.自动编程的基本步骤(与手工编程相比较)加工零件及其工艺分析加工部位建模工艺参数输入刀具轨迹生成与编辑后置处理加工程序输出刀具轨迹验证、仿真错误第六节自动编程概述与手动编程一样，加工零件及其工艺分析是数控编程的基础。目前这项工作主要还需人工来做，随着CAPP技术的发展，将逐渐由CAPP或借助CAPP来完成。主要任务有：1.加工零件及其工艺分析①零件几何尺寸、公差及精度要求的核准；②确定加工方法、工夹量具及刀具；③确定编程原点及编程坐标系；

④

确定走刀路线及工艺参数；第六节自动编程概述与前述相同，有三种方法获取和建立零件几何模型：①利用软件本身提供的CAD设计模块；②将其他CAD/CAM系统生成的图形，通过标准图形转换接口

(如STEP、DXFIGES、STL、DWGPARASLD、CADL、NFL等)，转换成本软件系统的图形格式；③利用三坐标测量机数据或三维多层扫描数据。2.加工部位造型第六节自动编程概述

将工艺分析中的工艺参数输入到自动编程系统中，常见的工艺参数有：3.工艺参数输入①刀具类型、尺寸与材料；②切削用量，如主轴转速、进给速度、切削深度及加工余量等；③毛坯信息，如尺寸、材料等；

④

其他信息，如安全平面、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、进退刀方式、走刀方式、冷却方式等。第六节自动编程概述

自动编程系统将根据几何信息与工艺信息，自动完成基点和节点计算，并对数据进行编排，形成刀位数据；刀位轨迹生成后，自动编程系统将刀具轨迹显示出来，如果有不合适的地方，可在人工交互方式下对刀具轨迹进行编辑与修改。4.刀具轨迹生成与编辑自动编程系统提供验证与仿真模块，可以检查刀具轨迹的正确性与合理性。验证模块指通过模拟加工过程来检验加工中是否过切，刀具与约束面是否发生干涉与碰撞等；仿真模块是将加工过程中的零件模型、机床模型、夹具模型及刀具模型用图形动态显示出来，基本具有试切加工的效果。5.刀具轨迹的验证与仿真第六节自动编程概述

将刀位数据文件转换为数控装置能接受的数控加工程序。6.后置处理

①将加工程序利用打印机打印清单，供人工阅读；

②将加工程序存入存储介质，包括穿孔纸带、磁盘、光盘和U盘等，用于保存或转移到数控机床上使用；

③通过标准通信接口，将加工程序直接送给数控装置；7.加工程序输出第六节自动编程概述五.国内外典型的CAM软件简介1.Pro/Engineer软件Pro/ENGINEER是美国PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司推出的CAD/CAM/CAE系统软件，是目前专业设计人员广泛使用的软件之一。

Pro/ENGINEER被广泛地应用于机械、电子、工业造型、航空航天与家电等领域，已经成为“信息化带动工业化”的重要工具软件。它集零件设计、装配、工程图、钣金设计、模具设计、NC加工、造型设计、逆向工程、运动模拟以及有限元分析等功能于一体，涵盖了产品设计制造的全过程，功能强大，逐渐成为了业界新标准。第六节自动编程概述①单一数据库，使得整个设计过程中任何一处改动，可以反应在整个设计制造的相关环节上；Pro/E的产品造型功能具有以下特性：(1).Pro/Engineer软件的三维造型功能②特征功能和参数化设计，Pro/E软件就是采参数化设计的、基于特征的实体模型化系统。第六节自动编程概述定义截面轮廓；对草图施加尺寸约束和几何约束。二维草图拉伸、旋转、扫掠、混成等。基本特征切割、打孔、拔模斜度、倒斜角、倒圆角、抽壳、阵列、复制等。设计特征修改草图、修改特征、修改各类参数。修改特征动态观察、渲染处理等。三维实体几何造型过程第六节自动编程概述(2).Pro/Engineer软件的CAM功能建立数控加工模型创建操作定义机床创建夹具创建坐标系创建数控加工轨迹创建退刀面其它（材料去除，刀位数据文件以及后置处理等）第六节自动编程概述UG：

Unigraphics是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件，现被西门子公司收购，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。2.UG第六节自动编程概述3.CATIACatia是法国达索（Dassault））公司推出的产品，法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。CATIA据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。CATIA具有较强的编程能力，可满足复杂零件的数控加工要求。目前一些领域采取CATIA设计建模，UG编程加工，二者结合，搭配使用。第六节自动编程概述4.MasterCAMMastercam是美国CNC软件公司开发的CAD/CAM一体化软件。它集二维绘图，三维实体，曲面设计，数控编程，刀具路径模拟等功能于一身，对系统运行环境要求较低。MasterCam具有较强的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多种选择方式，可以满足复杂零件的曲面加工要求，同时具备多轴加工功能。由于价格低廉，性能优越，成为国内民用行业数控编程软件的首选。第六节自动编程概述5.CAXACAXA制造工程师是北京北航海尔软件推出一款全国产化的CAD／CAM产品，为国产CAD／CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。作为我国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌，CAXA已经成为我国CAD/CAM/PDM业界的领导者和主要供应商。CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。第六节自动编程概述六、自动编程系统的发展趋势

1.从系统结构来看，将趋于模块化。根据用户不同，选择不同模块组成专用系统，使效率更高，实用性更强，从而解决大而全与小而专的矛盾。2.从加工角度来看，系统中工艺处理能力将逐步得到加强，使自动编程从仅仅代替人进行数学计算与编写程序单扩展到数控程序编制的全过程。3.从系统输入角度看，将逐步由面向点、线、面等几何要素发展到面向面、孔、槽等工程要素。系统造型将更加丰富、算法更先进、理论更完善、误差更小。4.系统的集成化：CAM应与CAD（计算机辅助设计）、CAPP（计算机辅助工艺过程设计）、CAT（计算机辅助检测）一体化，使产品从设计到制造全过程更系统、更科学。第六节自动编程概述5.系统的智能化与自动化：随着人工智能等技术的引进，使自动编程系统具有一定的智能，从而使人工参与更少，系统自动化进一步提高。6.系统的网络化：数控自动编程系统能随时与设计系统、工艺系统相沟通（得到相关信息并可以进行一定的反馈），能通过系统中的通讯软件及DNC软件将生成的加工程序传送给机床。7.系统的并行化：可实现一定程度的并行化，即在零件设计过程中就考虑工艺与加工问题，从而提高效率，缩短生产周期。8.系统的虚拟化：逐步引入虚拟现实技术，使动态仿真更加真实可靠，从而不必进行任何实际加工，就可以对零件的设计、工艺、编程进行评估。第六节自动编程概述9.试编写加工图2-70所示零件外轮廓的数控加工程序。第2章作业（1，P71页）12.试编制精加工图2-73所示轴类零件的数控车削程序。第2章作业（2，P72页）铣削刀具：面铣刀方肩铣刀仿形铣刀三面刃和螺纹铣刀整体硬质合金铣刀车削刀具：外圆车刀内孔车刀螺纹车刀钻削刀具：铰刀钻头丝锥常用刀柄面铣刀刀柄整体钻夹头刀柄镗刀柄莫式锥度刀柄快换式丝锥刀柄钻夹头刀柄ER弹簧夹头刀柄ER弹簧夹头侧压式立铣刀柄数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28