数控原理与系统：数控系统程序输入与通信和数控机床编程及加工

第二章数控系统程序输入与通信第一节程序编制的基础知识第二节数控机床的坐标系统第三节信息输入第四节数控加工程序的输入第五节数控加工程序的预处理第六节数控系统的通信接口与网络

第一节程序编制的基础知识

一、数控编程的概念

编程的内容与步骤

数控编程的过程可以用流程图2-1表示。各环节简要说明如下：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图2-1数控编程过程

第一节程序编制的基础知识1．确定加工方案选择能够实现该方案的适当的机床、刀具、夹具和装夹方法。2.

工艺处理工艺处理包括选择对刀点，确定加工路线和切削用量。3.数学处理数学处理的主要任务就是根据图纸数据求出编程所需的数据。4.编写程序清单5.制备介质和程序检验

第一节程序编制的基础知识应用描述:a.

明确加工目的,确定工艺参数

b.

算基点与节点

c.

按规定的程序格式,逐条写程序

d.

程序输入:键盘、接口

e.

程序校验首件试切:

●空刀运动

●用笔代刀

●大批量生产（试切一件）

●三维动态显示

好的编程人员,要熟悉

a.

机床结构、性能

b.

数控系统

c.

加工工艺

※充分发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力

第一节程序编制的基础知识编程方法

1.

手工编程

2.

自动编程二、数控编程的代码（介绍）为了满足设计、制造、维修和普及的需要，在输入代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式方面，国际上已形成了两个通用的标准ISO—InternationalStandardOrganizationEIA—ElectronicIndustriesAssociation



第一节程序编制的基础知识三、准备功能G代码和辅助功能M代码1.准备功能G指令

（共有100种，分模态与非模态—P16表2-2）常用的G指令有：(1)．快速点定位指令G00

格式为：G00X—Y—；

三种可能的路径：

Y

第一节程序编制的基础知识XXXYYAAABBBa）方案1b）方案2c）方案3

图2-2G00指令的运动轨迹

第一节程序编制的基础知识

（2）直线插补指令G01

格式：G01X—Y—F—；

（3）

圆弧插补指令G02、G03

格式：G02（G03）X—Y—I—J—F—；

a）逆圆指令G03b）顺圆指令G02图2-3圆弧插补指令2、辅助功能M指令（开关功能控制-P17表2-4）（1）．程序停止指令M00、M01和M02（2）．主轴转动控制指令M03、M04和M05（3）．换刀指令M06（4）．冷却液控制指令M07、M08和M09（5）．夹紧和松开指令M10和M11（6）．改变运动方向指令M15和M16（7）．主轴定向停止指令M19（8）．

纸带结束指令M30（9）．

互锁旁路指令M31

第一节程序编制的基础知识

第一节程序编制的基础知识四、其他代码(S、T、F)1．主轴功能2．刀具功能3．进给功能4．主轴速度和进给速度的其它表示方法

第一节程序编制的基础知识五、程序结构与格式

例:

N3

G00X10Z10M03S650

;（1）程序段号:查找、跳转、注意，程序段标号与程序的执行顺序无关，不管有无括号，程序都是按排列的先后次序执行。(2）程序段中的主体部分：主体部分包含了各种控制信息和数据（3）结束符:；、LF、*



第二节数控机床的坐标系统

直角笛卡尔坐标轴注意右手螺旋定正负无论那一种数控机床都规定：Z轴是平行于主轴中心线的坐标轴。注意：刀具相对静止工件运动的原则。

第二节数控机床的坐标系统

第二节数控机床的坐标系统图2-5圆弧插补指令

第二节数控机床的坐标系统

机床的坐标原点在机床上某一点，是固定不变的，机床出厂已确定。机床的换刀点，托板的交换点，…这些点在机床上都是固定点。（1）机床坐标系: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。（2）工件坐标系：程序编制人员在编程时使用的坐标系。在这个坐标系内编程可以简化坐标计算，减少错误，缩短程序长度。

第二节数控机床的坐标系统

三.绝对坐标系与相对（增量）坐标系（P20）在实际的加工中,操作者在机床上装好工件之后要测量该工件坐标系的原点和基本机床坐标系原点的距离,并把测得的距离在数控系统中预先设定,这个设定值叫工件零点偏置。有些数控系统把选用机床坐标系的指令设定为G54—G59，它是模态代码。需要指出的是,现代机床一般用预置寄存的方法设定机床坐标系、手工输入方法设置加工坐标系。CRT/MDI(Cathode–reytube/mandatainput)

第二节数控机床的坐标系统2．对刀点的确定对刀点也称起刀点是数控加工中刀具相对工件运动的起点。a）对称零件的对刀点选择b）钻孔加工时的对刀点选择图2-6对刀点的选择

第三节信息输入数字量:对各坐标轴的运动进行数字控制。如对进给各坐标轴运动的控制。开关量:实现辅助功能，如主轴的启停、换向，冷却、润滑的启停等。

输入存储译码刀具补偿进给速度处理插补I/O处理位置控制

第四节数控加工程序的输入一、数控加工程序输入方式及特点：

NC输入方式：（早期纸带输入、内存小）---输入一条就执行一条

CNC输入方式：（磁盘、DNC接口、内存大）--一次性读入分段执行

特点：（P22）二、数控加工程序的输入：

1.输入(MDI、磁盘、DNC接口)

2.零件加工程序的存放形式（P23）（两区：零件加工程序存储区：连续存储，不留空隙；目录区：含程序名称、程序首址、程序终址）零件程序的存储形式—系统内部代码(表2-5)例：N05G90G01X106Y-60F46M05LF（与教材中X100Y-50比较）加工程序输入时完成代码识别,形成“数控加工程序存储器存放程序段的情况(表2-6)”第五节数控加工程序的预处理一.什么是译码(P24)

译码阶段根据数控加工程序存储器内容,形成“译码结果缓冲器格式(表2-7)”,即数控系统能够识别\执行的代码形式—机器指令。

其中将M代码、G代码按表2-8、表2-9规定分组（P26）

第四节数控加工程序的输入

第五节数控加工程序的预处理表2-5常用数控代码对应关系字符EIA码ISO码内码字符ELA码ISO码内码020H30H00HX37HD8H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11HEOR0BHA5H22H第五节数控加工程序的预处理表2-6数控加工程序存储器地址内容地址内容地址内容2023H10H2023H01H2023H00H2023H00H2023H12H2023H18H2023H05H200AH01H2023H04H2023H11H200BH00H2023H06H2023H09H200CH06H2023H19H2023H00H200DH13H2023H00H2023H11H200EH21H2023H05H2023H00H200FH06H2023H20H

第五节数控加工程序的预处理地址码字节数数据形式地址码字节数数据形式N1BCD码MX1特征字X2二进制MY1特征字Y2二进制MZ1特征字Z2二进制GA1特征字I2二进制GB1特征字J2二进制GC1特征字K2二进制GD1特征字F2二进制GE1特征字S2二进制GF1特征字T1BCD码译码结果缓冲器格式

第五节数控加工程序的预处理单元名地址内码单元名地址内码N4000H05HF400EH00HX4001H6AHS400FH00H4002H00H4010H00HY4003HC4HT4011H00H4004HFFHMX4012H00HZ4005H00HMY4013H05H4006H00HMZ4014H00HI4007H00HGA4015H01H4008H00HGB4016H00HJ4009H00HGC4017H00H400AH00HGD4018H00HK400BH00HGE4019H00H400CH00HGF401AH90HF400DH2EH译码结果缓冲器

第五节数控加工程序的预处理二、刀具补偿1为什么要进行刀具补偿如图2-7所示，在铣床上用半径为r的刀具加工外形轮廓为A的工件时，刀具中心沿着与轮廓A距离为r的轨迹B移动。我们要根据轮廓A的坐标参数和刀具半径r值计算出刀具中心轨迹B的坐标参数，然后再编制程序进行加工，因控制系统控制的是刀具中心的运动。在轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径，如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等。刀具中心（刀位点）的运动轨迹并不等于所加工零件的实际轨迹（直接按零件廓形编程所得轨迹），数控系统的刀具半径补偿就是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。

第五节数控加工程序的预处理刀具图2-7刀具半径补偿AB

第五节数控加工程序的预处理2刀具长度补偿及刀具半径补偿

具体应用加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在一次加工中使用多把长度不同的刀具，需要有刀具长度补偿功能。轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半径补偿功能。车削加工：可以使用多种刀具，数控系统具备了刀具长度和刀具半径补偿功能，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，可大大简化编程。



第五节数控加工程序的预处理

具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。

刀具补偿功能还可以满足加工工艺等其他一些要求，可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整每次进给量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循环。另外，因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时，若仍用原程序，势必造成加工误差，用刀具长度补偿可以解决这个问题。



第五节数控加工程序的预处理三、

进给速度处理（控制）为什么要控制进给速度对于任何一个数控机床来说，都要求能够对进给速度进行控制，它不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。按照加工工艺的需要，进给速度的给定一般是将所需的进给速度用F代码编入程序。对于不同材料的零件，需根据切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速度。在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。

第五节数控加工程序的预处理另外，在机床加工过程中，由于进给状态的变化，如起动、升速、降速和停止，为了防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律完成升速和降速的过程。

进给速度控制方法和所采用的插补算法有关脉冲增量插补方式下进给速度控制以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理是根据程编的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。进给速度F与脉冲源频率f之间关系为：

第五节数控加工程序的预处理fFd60＝式中d—为脉冲当量(mm/脉冲)；f—脉冲源频率(Hz)；F—进给速度(mm/min)。脉冲源频率为：

第五节数控加工程序的预处理2、闭环半控制系统--数据采样插补方式下进给速度控制数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中，速度计算的任务是确定一个插补周期的轮廓步长，即一个插补周期T内的位移量。

式中F—程编给出的合成进给速度（mm/min）；T—插补周期（ms）；ΔL—每个插补周期小直线段的长度（µm）。以上给出的是稳定状态下的进给速度处理关系。当机床起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统应自动进行加减速处理。了解几个基本概念：（P34）习题2-7本章小结第六节数控系统的通信接口与网络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程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定义开关1有效M20√M21自定义开关1无效M21√8M22自定