数控加工编程基础培训课件

第2章数控加工编程基础2.1概述2.2字符与代码2.4程序段与程序格式本章小结2.3数控机床的坐标系本章学习目标：本章是数控编程的基础，主要讲述了数控编程的基础知识，常用G代码及M代码功能指令，数控机床坐标系，数控程序段与程序格式等。本章要求熟悉数控加工程序格式以及编程步骤，熟记数控机床坐标系的确定方法和右手笛卡尔直角坐标系的应用。

2.1概述

目的：程序编制是数控加工的一项重要工作，理想的加工程序不仅应保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床安全可靠及高效地工作。内容与步骤：分析被加工零件的零件图，确定加工工艺过程；进行刀具运动轨迹坐标计算；编写程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切等。2.1.1数控机床编程的目的与步骤

1．分析零件图纸分析工件材料、形状、尺寸精度及毛坯形状和热处理等，确定工件在数控机床上进行加工的可行性。2．工艺处理制定数控加工工艺除考虑一般工艺原则外，还应考虑充分发挥所有数控机床的指令功能，走刀路线要短，换刀次数尽可能少等。（1）确定加工方案；（2）刀具、工夹具的设计和选择；（3）选择对刀点：对刀点是指刀具相对零件运动的起始点。对刀点也称作程序起始点或起刀点。对刀点的选择原则是：所选对刀点应使程序编制简单、工件容易找正，并在加工过程中便于检查和减小加工误差的位置。（4）确定加工路线：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率；保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程的工作量。（5）确定切削用量：包括背吃刀量、侧吃刀量、主轴转速（切削速度）及进给速度。3．进行刀具运动轨迹坐标计算根据零件图的几何尺寸、进给路线及设定的工件坐标系，计算工件粗、精加工各种运动轨迹关键点的坐标值。4．编写程序单编程人员要了解数控机床的性能、程序指令代码以及数控机床加工零件的过程，才能编写出正确的加工程序。5．制备控制介质

控制介质有穿孔带、磁带、磁盘和U盘等。

6．程序校验和首件试切程序的验证可采用仿真软件（如：德国的Dialog；国产的宇龙、斯沃、金银花数控仿真软件等）在计算机上进行模拟，也可利用数控机床的空运行功能进行检验，以检查机床的动作和运动轨迹的正确性。为了检查出由于编程计算不准确或刀具调整不当造成的加工误差的大小，还需经过试切进行检验。根据试切情况对程序进行修改。2.1.2数控机床程序的编制方法

1．手工编程从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成。对形状简单的工件，可以使用手工编程。手工编程既经济又及时。但对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件（如叶片、复杂模具），或者表面的几何元素并不复杂而程序量很大的零件（如复杂的箱体），或者工步复杂的零件，手工编程就难以胜任，因此必须用自动编程的方法。为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效解决复杂零件的加工问题，应当使手工编程向自动编程方向发展，但也要看到，手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心的经验都来源于手工编程，二者是相辅相成的。2．自动编程

自动编程也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。典型的自动编程有人机对话式自动编程及图形交互式自动编程。UGCATIAPRO/ECimatronMasterCAMDELCAMCAXA制造工程师常用的CAD/CAM软件CAD-ComputerAidedDesign计算机辅助设计CAM-ComputerAidedManufacturing计算机辅助制造（1）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）CATIA：

Catia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。（3）Pro/E：是美国PTC（参数技术有限公司）开发的开发的软件，是全世界最普及的三维CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用，设计建模采用PRO/E，编程加工采用MASTERCAM和CIMATRON是目前通行的做法。（3）Cimatron：Cimatron系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。CimatronCAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎，国内模局制造行业也在广泛使用。（4）MasterCAM:MasterCAM是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型，Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。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。（５）DELCAM：Feature

CAM是美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAMCAM软件，全新的特征概念，超强的特征识别，基于工艺知识库的材料库，刀具库，图标导航识别，基于工艺卡片的编程模式。全模块的软件，从2~5轴铣削，到车铣复合加工，从曲面加工到线切割加工，为车间编程提供全面解决方案。DELCAM软件后编辑功能相对来说是比较好的。近年来国内一些制造企业正在逐步引进，以满足行业发展的需求，属新兴产品。（６）CAXA制造工程师：CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司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。2.2字符与代码

2.2.1字符与代码

字符（Character）：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由0～9共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。

2.2.1字符与代码

字符（Character）：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由0～9共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。

2.2.2数控机床功能代码

1．准备功能

准备功能（G功能）是使数控机床建立起某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。G功能由地址符G和其后的两位数字组成，从G00~G99共100种功能。2．辅助功能

辅助功能（M功能）是用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，工件或刀具的夹紧和松开，刀具的更换等功能。辅助功能字由地址符M和其后的两位数字组成。从M00～M99共100种功能。

2.3数控机床的坐标系

2.3.1坐标系及运动方向的规定

目前，国际标准化组织已经统一了标准的坐标系。我国已制订了JB3051-82《数控机床坐标和运动方向的命名》数控标准，它与ISO841等效。

标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，如图2-2所示。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。在坐标轴命名或编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，即刀具相对运动的原则，并同时规定刀具远离工件的方向为各坐标的正方向。

标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，如图2-2所示。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。2.3.2机床坐标轴的确定

确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。

1．Z轴的确定

Z轴的方向是由传递切削力的主轴确定的，标准规定：与主轴轴线平行的坐标轴为Z轴，并且刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。

图2-3卧式车床

图2-5立式铣床

对于没有主轴的机床，如牛头刨床等，则以与装夹工件的工作台面相垂直的直线作为Z轴方向。如果机床有几根主轴，则选择其中一个与工作台面相垂直的主轴，并以它来确定Z轴方向（如图2-4立式车床）。

图2-4立式车床2．X轴的确定平行于吼导轨面临，且垂逗直于Z轴的坐标撒轴为X轴。X轴是在刀顺具或工件锤定位平面宇内运动的悬主要坐标播。对于工叼件旋转的泉机床（如碍车床、磨熔床等），X坐标的方树向是在工票件的径向御上，且平座行于横滑替座导轨面必，刀具远辰离工件旋连转中心的躺方向为X轴正方敲向。如葱图2-突3所示鸟。注意索：对于雨刀架在陵工件前息侧时，声数控车似床的X轴正方就向与图叠2-3井方向相浆反。数控车床孙（刀具后狱置）数控车床夹（刀具前骨置）2．X轴的确狸定对于刀鸽具旋转柔的机床估（如铣额床、镗秤床、钻也床等）栗，如果Z轴是垂直列的，则面炎对主轴看茧立柱时，胖右手所指烈的水平方两向为X轴的正峡方向。鼻如图2象-5所惨示如果Z轴是水平俩的，则面回对主轴看局立柱时，妈左手所指逗的水平方叫向为X轴的正方本向，如图嚷2-6所商示。图2-妻5听立式铣鞭床图2-6饿卧式之铣床3．Y轴的确良定Y坐标轴纽奉垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正叉方向根据X坐标和Z坐标的悼正方向田，按照冒右手笛型卡尔直孕角坐标卵系来判择断。图2-揉5菜立式铣蠢床图2-董3香数控车壤床4．旋镜转运动垮的确定围绕坐标汁轴X、Y、Z旋转的运森动，分别漠用A、B、C表示。它纽奉们的正方酿向用右手抱螺旋法则梅判定，如战2-2图慎所示。5．附加话轴如果在X、Y、Z主要坐标碌以外，还箱有平行于途它们的坐垮标，则用槽U、V、稠W轴分别赞表示平行面于X、Y滚、Z轴的迅第二组直寇线运动坐怖标轴，用卖P、Q、持R分别表踢示平行于嚷X、Y、嫂Z轴的第矿三组直线钞运动坐标拴轴。如图奖2-4立来式车床。6．工件亩运动时的株相反方向对于刀坛具旋转掉而工件梨移动的拴机床，萝如数控勉铣床、剃加工中指心等，弱则用带板“ˊ”裂的字母限来表示昆工件相锯对移动用的方向游，如+射Xˊ、惧+Yˊ等表黎示工件旅相对于防刀具正欺的运动科方向，迷而+X先、+Y等表示刀黎具相对于亮工件正的民运动方向古，二者表提示的运动既方向正好峡相反。对犬于编程人扶员只考虑目刀具相对哄于工件的坑运动方向员，即不带辟“ˊ”的逆运动方向谢。图2-5缺立式烛铣床图2-挽6矛卧式铣版床2.3泽.3观数控烛机床坐暴标系的去原点与卵参考点1．数鲁控机床筛坐标系芬的原点机床坐标费系的原点戒也称机械绒原点或零枯点（M），这个进零点是机绳床固有的领点，由生粱产厂家事地先确定，富不能随意积改变，它杀是其他坐牵标系和机涛床内部参丽考点的出导发点。不同数控渗机床坐标南系的零点茫也不同。雄数控车床滨的机械零尊点在主轴秃前端面的投中心上，叹如图2-盯7所示M点。数若控铣床壳和立式拖加工中腾心的机蒜床原点壁，一般浩在机床攀的左前屯下方。清如图2趁-8、情图2-滥9所示M点。图2-7垫数控碧车床原点1．数控殖机床坐标垂系的原点数控车床验的机械零腐点在主轴捎前端面的掏中心上，块如图2-锁7所示M点。数睡控铣床司和立式糠加工中拣心的机烦床原点尺，一般则在机床样的左前朗下方。笔如图2习-8、落图2-光9所示M点。图2-8各数控包铣床原点图2-7织数控路车床原点图2-境9片加工中承心原点2．数臣控机床去参考点参考点火R也称勺基准点托，是大香多数具貌有增量瓣位置测单量系统林的数控管机床所并必须具绩有的。赌它是数居控机床避工作区喷确定的涉一个点倦，与机杰床零点山有确定倍的尺寸猛联系。云参考点云在各轴质以硬件合方式用越固定的献凸块或沃限位开胶关实现买。机床滴每次通椒电后，颠移动件巴（刀架举或工作访台）都鹅要进行渠返回参岔考点的耳操作，烦数控装目置通过牌移动件津（刀架灭或工作述台）返脚回参考痒点后确型认出机洗床原点秒的位置巴，数控诊机床也今就建立婆了机床郑坐标系胁。图2-融8盟数控铣延床原点图2-7诸数控输车床原点图2-泛9炮加工中块心原点2.4重程序段经与程序格基式2.4杏.1抛程序半段把程序储中出现差的英文番字母及次其字符养称为“地址”，如访：X、鼠Y、Z医、A、候B、C微、%等住；数字贡0~9样（包含镰小数点副、“+糕”、“笔-”号珠）称为针“数字”。“偿地址”从和“数严字”的单组合称啦为“程序字”，程序管字（亦称握代码指令登）是组成疤数控加工劲程序的最哥基本单位回。如N0仪10、G驴01、X弊-100异、Z20减0、F0谨.1等。程序由若干个唐程序段组单成，程序段是由若仁干程序砌字和程滚序段结益束指令始构成。泼如N0藏10句G01佩X-掏100骄Z2露00木F0.债1；就逮是一个踪蝶程序段苏。在书杂写和打认印程序薯段时，池每个程晒序段一本般占一奇行，在恼屏幕显习示程序抽时也是旗如此。2.4肿.2支程序牙段格式1．可变展程序段格唉式2．固定危程序段格跌式3．使用蚕分隔符的连固定程序翠段格式O1000；………………程序名或称程序号N01G50X280Z150；N02M04S500T0100；N03G00X45Z0；N04G01X0F0.08；N05G00X40Z2；N06G01Z-50F0.15；N07G28U2W2；N08M30；………程序结束程序段结束符，如CR或LF或“；”

顺序号或程序段号

程序内容2.4若.3彻常规第加工程双序的格边式模态代码朋、单段有最效代码在某一程狂序段中指爽令之后，脂可以一直规保持有效页状态，直厦到撤消这趴些指令；竟这些代码辰指令，称嘴为“模态芹代码”或野“模态指兆令”。如牌G00、率G01、等F0.1鸦、S50大0等。而拼仅在编入喘的程序段安生效的代践码指令，匙称为“单蚕段有效或候非模态代干码”或“燃单段有效脚或非模态悼指令”。珠如G04骄、M98添等。代码分多组、开针机默认盘代码利用模态架代码可以晓大大简化额加工程序龟，但是，作由于它的尽“连续有室效”性，抬使得其撤夸消必须由煌相应的指委令进行，夫“代码分狐组”的主轨要作用就剃是为了撤蹈消“模态屿代码”。有所谓代码牺分组，就嘴是将系统塔不可能同叛时执行的宾代码指令拍归为一组压，并予以渐编号区别医。同一组胳的代码有渡相互取代急的作用，约由此来撤胖消“模态畜代码”。代码分也组、开案机默认输代码利用模态坡代码可以覆大大简化帖加工程序饱，但是，狂由于它的扔“连续有滴效”性，蛋使得其撤目消必须由立相应的指陷令进行，留“代码分死组”的主脆要作用就胶是为了撤舟消“模态霞代码”。例所谓代码惨分组，就摸是将系统乞不可能同仪时执行的另代码指令塌归为一组棚，并予以鹅编号区别肯。同一组监的代码有声相互取代泥的作用，肾由此来撤暑消“模态疼代码”。1）同军一组的减代码在血一个程陈序段中枝只能有看一个生释效，当珍编入两帆个以上修时，一塌般以最塑后输入姻的代码朗为准；谜但不同楼组的代志码可以钥在同一捡程序中励编入多灭个。2）对厦于开机舟默认的图模态代始码，若凉机床在缓开机或架复位状尺态下执招行该程独序，程难序中允脸许不进犯行编写宗。本章娱小结数控程序生的编制过香程就是把违工件加工筒所需的数假据和信息甜编成加工旋程序，然忧后将程序缸制成控制淘介质，输跌入数控装胀置，由数爱控装置控嫩制数控机肤床进行加蜓工。数控划编程的方开法有手工末编程和自胡动编程。拦本章内容抛主要包括溉数控编程客的目的与比步骤，数击控程序的剩手工编程贯和自动编格程编制方览法，数控半程序字符好与代码，津数控程序著G、M功痕能代码