数控培训教材和数控机床编程及加工

定位精度和重复定位精度

定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。

重复定位精度是指在同一台数控机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是成正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性。对于中小型数控机床，定位精度普遍可达±0.01mm，重复定位精度为±0.005mm。加工工序划分时，除应考虑工序集中和工序分散外，还需考虑如下一些原则。对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。先粗后精的原则先面后孔的原则刀具集中的原则工序划分的原则有两种：工序集中原则和工序分散原则。工序集中的特点是：（1）有利于采用高生产率的专用设备和数控机床，可大大提高劳动生产率；（2）设备数量少，减少了操作者和操作面积：（3）工序数目少，工艺路线短，简化了生产计划和生产组织工作；（4）工件安装次数少，缩短了辅助时间，容易保证加工表面的相互位置精度；（5）数控机床、专用设备和工艺装备投资大，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，生产准备工作量大，新产品转换周期长。

工序分散的特点是：（1）设备与工艺装备比较简单，调整方便，操作者容易掌握，生产准备工作量少，容易适应产品的更换；（2）便于采用最合理的切削用量，减少基本时间；（3）设备数量少，操作人员多，生产面积大。切削用量的选择影响切削条件的因素有：（1）机床、工具、刀具及工件的刚性；（2）切削速度、切削深度、切削进给率；（3）工件精度及表面粗糙度；（4）刀具预期寿命及最大生产率；（5）切削液的种类、冷却方式；（6）工件材料的硬度及热处理状况；（7）工件数量；（8）机床的寿命。

上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。确定切削用量对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。下表为车削加工时的选择切削条件的参考数据。被切削材料名称轻切削

切深0.5～1.0mm

进给量

0.05～0.3mm/r一般切削

切深1～4mm

进给量

0.2～0.5mm/r重切削

切深5～12mm

进给量

0.4～0.8mm/r优质碳素结构钢35#

60～23070～22080～180合金钢σb≤750MPa100～220100～23070～220σb>750MPa70～22080～22080～200加工的切削速度(m/min)零件的定位与安装定位安装的基本原则（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹中加工出全部待加工面。（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

a)b)c)夹紧力作用点与夹紧变形的关系如图下图a薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。在夹紧图b所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形,如图c所示。数控机床的坐标系目前，国际标准化组织已经统一了标准坐标系。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。

1）坐标系及运动方向的规定

标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。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。通常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坐标的正方向

2）机床坐标轴的确定确定机床坐标轴应先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。

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。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（如龙门铣床）。卧式车床立式铣床

X轴的确定平行于导轨面，且垂直于Z轴的坐标轴为X轴。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座导轨面。刀具远离工件旋转中心的方向为X轴正方向。对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床等），如果Z轴是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方向为X轴的正方向。卧式铣床如果Z轴是水平的，则面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为X轴的正方向。Y轴的确定Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X坐标和Z坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来判断。旋转运动的确定围绕坐标轴X、Y、Z旋转的运动，分别用A、B、C表示。它们的正方向用右手螺旋法则判定。附加轴如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为P、Q和R。如立式车床图工件运动时的相反方向对于工件运动而不是刀具运动的机床，如铣床、镗床、钻床等，必须将前述刀具运动所作的规定，做相反的安排。用带“ˊ”的字母，如+Yˊ，表示工件相对于刀具正向运动指令。而不带“ˊ”的字母，如+Y，则表示刀具相对于工件负向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员只考虑不带“ˊ”的运动方向。图立式车床数控机床编程坐标系的设定

1）机床坐标系的建立机床原点：机床原点为机床上的一个固定点，由生产厂家事先确定，不能随意改变，它是其它坐标系和机床内部参考点的出发点。机床坐标系：是以机床原点为坐标原点建立的X、Y、Z轴三维坐标系。机床参考点：机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。注意：在以下三种情况下，数控系统失去了对机床参考点的记忆，因此必须使刀架重新返回机床参考点。（1）机床关机后，又重新接通电源开关时。（2）机床解除急停状态后。（3）机床超程报警信号解除之后。2）编程坐标系（或称工件坐标系）的设定

编程坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素（如点、直线、圆弧等）的位置而建立的坐标系，是编程人员在编程时使用的，它与机床坐标系平行。编程坐标系的原点就是编程原点。而编程原点是人为设定的。数控车床工件原点一般设在主轴中心线与工件左端面或右端面的交点处。加工坐标系加工坐标系的确定加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定（即给出原点设定值就是设定G54零点偏置），设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的,这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。对刀点的确定 “对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点。因此，“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。在编程时应正确选择对刀点的位置。选择的原则如下：（1）选定的对刀点位置应便于数学处理和使程序编制简单；（2）在机床上容易找正；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“刀位点”一般是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、面铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。单头机座镗床的加工坐标系数控钻铣床钻孔的加工坐标系例在右图所示的被加工零件图样，如何确定了编程原点位置后。可按以下方法进行加工坐标系设定：1、准备工作机床回参考点，确认机床坐标系。2、装夹工件毛坯通过夹具使零件定位，并使工件定位基准面与机床运动方向一致。3、对刀测量用简易对刀法测量,方法如下：

4、计算设定值X坐标设定值：注：-437.726mm为X坐标显示值；+5mm为测量棒半径值；+0.1mm为塞尺厚度；准面在X坐标方向的距离。5、校对设定值对于初学者，在进行了加工原点的设定后，应进一步校对设定值，以保证参数的正确性。校对工作的具体过程如下：在设定了G54加工坐标系后，再进行回机床参考点操作在数控编制需要了解如下几点：在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：移动目标：终点坐标值X、Y、Z；沿怎样的轨迹移动：准备功能字G；进给速度：进给功能字F；切削速度：主轴转速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；机床辅助动作：辅助功能字M。

M功能字含义表M功能字含义M00程序停止M01计划停止M02程序停止M03主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转M05主轴旋转停止M06换刀M072号冷却液开M081号冷却液开M09冷却液关M30程序停止并返回开始处M98调用子程序M99返回子程序G90/G91：绝对/增量位置数据功能G90和G91指令分别对应这绝对位置数据输入和增量位置数据输入。其中G90表示坐标系中目标点的坐标尺寸，G91表示待运行的位移量。G90/G91适用于所有坐标轴。这两个指令不决定到终点位置的轨迹，轨迹由G功能组中的其它G功能指令决定（G0，G1，G2，G3...）。G90；绝对尺寸G91；增量尺寸注：

相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点，刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较相对编程小。G94/95：进给率

功能指令G94/G95分别从不同的单位定义了进给率输入形式：G94F...

；单位：毫米/分 G95F...

；单位：毫米/转

注释：F是所希望的进给率G0：快速线性移动功能

轴快速移动,G0用于快速定位刀具，没有对工件进行加工。可以在几个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。机床数据中规定每个坐标轴快速移动速度的最大值，一个坐标轴运行时就以此速度快速移动。如果快速移动同时在两个轴上执行，则移动速度为两个轴可能的最大速度。用G0快速移动时在地址F编程的进给率无效。G0一直有效，直到被G功能组中其它的指令（G1，G2,G3...)取代为止。说明

目标点的位置坐标（X，Z）可以用绝对位置数据<G90>增量位置数据输入<G91>。

输入形式

G0X...Y...Z...

G1：带进给率的线性插补

功能刀具以直线从起始点移动到目标点，以地址F下编程的进给速度运行。所有的坐标轴可同时运行。说明G1一直有效，直到被G功能组中其它的指令（G0，G2...）取代。目标点的位置坐标（X，Y，Z）可以用绝对位置数据<G90>增量位置数据输入<G91>输入形式G01X...Y...

Z...

F编程举例：P0：刀具初始尺寸

P1：刀具目标尺寸

N040G0G90X27Y21Z+2S500M3

；刀具快速移动到P0，主轴转速=500转/分，顺时针方向旋转。N050G1Z-12F100

；进刀到Z-12，进给率100毫米/分。N060X95Y70Z-10

；刀具以直线运行到P1。LCYC82：钻削，沉孔加工功能刀具以编程的主轴速度和进给速度钻孔，直至到达给定的最终钻削深度。在到达最终钻削深度时可以编程一个停留时间。退刀时以快速移动速度进行。参数意义，值范围R101退回平面（绝对平面）R102安全距离R103参考平面（绝对平面）R104最后钻深（绝对值）R105在此钻削深度停留时间说明

R101退回平面确定了循环结束之后钻削轴的位置。R102安全距离只对参考平面而言，由于有安全距离，参考平面被提前了一个安全距离量。循环可以自动确定安全距离的方向。R103参数R103所确定的参考平面就是图纸中所标明的钻削起始点。R104此参数确定钻削深度，它取决于工件零点。R105用参数R105编程此深度处的停留时间（秒）。时序过程循环开始之前的位置时调用程序中最后所回的钻削位置。循环的时序过程1．用G0回到被提前了一个安全距离量的参考平面处，2．按照调用程序段中编程的进给率以G1进行钻削，3．执行此深度停留时间，4．以G0退刀，回到退回平面。参数

举例：钻削加工

使用LCYC82循环，程序在XY平面X24Y15位置加工深度为27毫米的孔，在孔底停留时间2秒，钻孔坐标轴方向安全距离为4毫米。循环结束后刀具处于X24Y15Z110。N10G0G17G54G90F500T2D1S500M4；规定一些参数值N20X24Y15；回到钻孔位N30R101=110R102=4R103=102R104=75；设定参数N35R105=2；设定参数N40LCYC82；调用循环N50M2；程序结束钻孔循环点钻循环G81

该循环用作正常钻孔。

切削进给执行到孔底，

然后刀具从孔底快速

移动退回。指令格式说明

在沿着X和Y轴定位以后快速移动到R点，从R点到Z点执行钻孔加工，然后刀具快速移动退回。在指定G81之前用辅助功能M代码旋转主轴，当G81指令和M代码在同一程序段中指定时在第一个定位动作的同时执行M代码然后系统处理下一个动作。限制轴切换必须在切换钻孔轴之前取消固定循环钻孔加工在不包含XYZR或任何其它轴的程序段中不执行钻孔加工取消不能在同一程序段中指定01组G代码G00到G03或G60，否则G81将被取消。刀具偏置在固定循环方式中刀具偏置被忽略。极坐标指令(G15,G16)坐标值可以用极坐标半径和角度输入角度的正向是所选平面的第1轴正向的逆时针转向而负向是顺时针转向半径和角度两者可以用绝对值指令或增量值指令G90、G91。指令格式设定工件坐标系零点作为极坐标系的原点设定当前位置作为极坐标系的原点例深孔刚性攻丝排屑循环G844沿X和Y轴定位以后执行快速移动到R点从R点用进刀深度Q，每次切削进给的切削深度执行切削然后刀具退回距离d。DOV(参数No.5200#4)指定后退速度是否能倍率当到达Z点时主轴停止然后以相反方向旋转后退在参数No.5213中设定后退距离d。沿着X和Y轴定位以后执行，快速移动到R点。从R点用进刀深度，Q每次切削进给的切削深度执行切削，然后，执行返回到R点。DOV(参数No.5200#4)指定后退速度是否能倍率。从R点到离上次切削的终点距离d的位置是切削重新开始的位置执行切削进给速度F的移动。对这个切削进给速度F的移动DOV(参数No.5200#4)的设定也是有效的。当到达Z点时，主轴停止，然后以相反方向旋转后退。在参数No.5213中设定d到切削起点的距离程序校验和首件试切通过试运行，校对检查程序，也可利用数控机床的空运行功能进行检验，检查机床的动作和运动轨迹的正确性。对带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控机床可进行数控模拟加工，以检查刀具轨迹是否正确；通过试加工可以检查其加工工艺及有关切削参数指定得是否合理，加工精度能否满足零件图样要求，加工工效如何，以便进一步改进，直到加工出满意的零件为止。例：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

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97