数控机床编程与操作项目教程-任务12课件

任务1.2数控加工编程基础数控工艺编程与加工知识目标了解数控编程的步骤及方法了解常用G、M指令理解功能指令F、S、T理解模态与非模态指令掌握机床原点、参考点和工件原点的概念

掌握数控加工程序的结构

学习目标

技能目标会确定数控机床坐标系会设置数控车床、铣床的工件原点学习目标数控编程步骤及方法数控编程内容与步骤数控编程方法数控编程数控编程内容及步骤现代数控机床都是按照事先编制好的零件数控加工程序自动地对工件进行加工的。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理地利用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠且高效地工作。数控编程程序的编制流程数控程序的编制流程如图所示，主要包括如下几个步骤：①分析零件图纸②确定工艺过程③数值计算④编写程序单⑤程序调试和检验数控编程分析零件图纸确定工艺过程数学处理编写程序单输入程序程序校验加工零件NY分析零件图纸零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等。以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工，或适宜在哪类数控机床上加工。

有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。分析：目的：数控编程确定工艺过程确定：零件的加工路线加工用量切削进给速度主轴转速切削宽度和深度加工方法装夹定位方法采用的工夹具对刀点走刀路线数控编程数值计算运动轨迹的坐标值要计算：直线起点直线终点圆弧圆心非圆曲线用直线段或圆弧段逼近计算坐标值数控编程数值计算根据零件图纸和确定的加工路线，算出数控机床所需输入数据零件轮廓相邻几何元素的交点和切点直线或圆弧逼近零件轮廓时相邻几何元素的交点和切点数控编程编写程序单根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量，结合数控系统的程序段格式编写零件加工程序单。此外，还应填写有关的工艺文件，如：数控加工工序卡片、数控刀具卡片、工件安装及零点设定卡片等。数控编程程序调试和检验

早前，一般用笔作为刀具，坐标纸作为工件，空运转画图来调试。

现在可通过：①模拟软件来模拟实际加工过程②将程序送到机床数控装置后进行空运行③通过首件加工等多种方式来检验所编制出的程序发现错误则及时修正，一直到程序能正确执行为止。数控编程数控编程的方法两种方法手工完成采用计算机辅助数控编程手工编程ManualProgramming需要一套专用的数控编程软件数控编程手工编程

指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成

如图所示数控编程手工编程过程示意图手工编程的应用对于点位加工和几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多,手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，以及几何元素虽不复杂，但程序量很大的零件，计算及编写程序则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。数控编程自动编程自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外,其余工作均由计算机辅助完成。编程人员只需借助数控编程系统提供的各种功能对加工零件的几何参数、工艺参数及加工过程进行较简单的描述后，即可由计算机自动完成程序编程的全部过程。目前，市场上较为著名的或流行的自动编程CAD/CAM软件有：

MasterCAM、UG、Pro/E、Cimtron

、CAXA等数控编程自动编程原理图自动编程几个步骤自动编程归纳起来可以分为以下几个步骤1）几何造型2）加工工艺分析3）刀具轨迹生成4）刀具验证及刀具轨迹的分析5）后置处理5）后置处理6）数据程序的输出数控编程几何造型的主要工作

原理：利用CAD模块的图形构造、编辑修改、曲面和实体特征造型等功能，通过人机交互方式建立被加工零件三维几何模型也可以通过三坐标测量机或扫描仪测量被加工零件形体表面，经计算机整理后送CAD造型系统进行三维曲面造型。三维几何模型建立后，以相应的图形数据文件进行存储，供后继的CAM模块调用。数控编程加工工艺分析的主要工作编程前，必须分析零件的加工部位，

确定工件的定位基准与装夹位置

指定建立工件坐标系

选定刀具类型及其规格参数 输入切削加工工艺参数等。目前，该项工作主要仍通过人机交互方式由编程员通过用户界面输入系统。数控编程刀具轨迹生成是面向屏幕上的图形交互进行的。根据屏幕提示：①用光标选择相应的图形目标确定待加工的零件表面及限制边界②用光标或命令，输入切削加工 的对刀点、交互选择切入切出和走刀方式

软件系统将自动获取图形文件中所需的零件几何信息，进行分析判断，计算节点数据，自动生成走刀路线，并将其转换为刀具位置数据，存入指定的刀位文件数控编程刀具验证及刀具轨迹的编辑刀位文件生成后，可以在计算机屏幕上进行加工过程仿真，以检查验证走刀路线是否正确合理，有无碰撞干涉或过切等现象，并据此对已生成的刀具轨迹进行编辑、修改、优化处理数控编程后置处理

目的：是形成数控加工程序文件。由于各机床使用的数控系统不同，能够识别的程序代码及格式也不尽相同。所以通过后置处理，将刀位文件转换成某具体数控机床可用的数控加工程序。数控编程数据程序的输出通过后置处理生成的数控加工程序，对于有标准通信接口的机床数控系统，可以直接由计算机将加工程序传送给机床控制系统进行数控加工。或打印出数控加工程序单作为硬拷贝保存，直接供具有相应驱动器的机床控制系统使用数控编程

自动编程可以大大减轻编程人员的劳动强度，将编程效率提高几十倍甚至上百倍。同时解决了手工编程无法解决的复杂零件的编程难题。因此，除了少数情况下采用手工编程外，原则上都采用自动编程。手工编程是自动编程的基础，对于数控编程的初学者来说，仍应从学习手工编程入手。手工与自动编程比较数控编程数控机床的坐标系（1）坐标系及运动方向的规定（2）机床坐标轴的确定（3）机床原点、参考点和工件原点坐标系机床坐标系建立的意义数控机床的标准坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定。为了确定机床的运动方向和移动距离，需要在机床上建立一个坐标系这就是机床坐标系坐标系数控机床坐标系机床坐标系的确定-右手笛卡尔直角坐标系

X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定右手的大拇指、食指和中指互相垂直时：拇指代表X轴食指代表Y轴中指代表Z轴右手笛卡尔直角坐标系大拇指指向为X坐标的正方向食指指向为Y坐标的正方向中指指向为Z坐标的正方向坐标系以X、Y、Z轴为中心旋转的运动称为：回转轴A、B、C右手笛卡尔直角坐标系A、B、C的正方向按右手螺旋定律确定坐标系工件运动坐标系数控机床的坐标系是：机床运动部件进给运动的坐标系。而数控车床的进给运动是：刀具相对工件的运动数控铣床的进给运动是：工件相对刀具的运动因而工件运动坐标系统一规定为：工件固定不动而刀具相对运动的坐标系坐标系运动方向的确定国标规定：使刀具与工件距离增大的方向为运动的正方向，即刀具远离工件的方向反之，则为负方向。坐标系机床坐标轴的确定原则先确定Z轴

Z轴为传递切削力的主轴轴线，且刀具远离工件的方向为正方向举例说明车床、磨床等转动工件的轴为主轴坐标系机床坐标轴的确定原则铣床、镗床和攻丝机床等转动刀具的轴为主轴立式铣床卧式铣床坐标系机床坐标轴的确定原则-特殊情况的处理当机床有几个主轴时：选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z轴当机床无主轴时：选与工件装夹面垂直的方向为Z轴方向。坐标系机床坐标轴的确定原则其次确定X轴X轴为水平方向且平行于工件的装夹面工件旋转类机床:刀具远离工件的方向为正方向坐标系机床坐标轴的确定原则刀具旋转类机床若Z轴水平观察者沿刀具主轴后端向工件看:向右方向为正方向坐标系机床坐标轴的确定原则刀具旋转类机床若Z轴垂直观察者面对刀具主轴向床身立柱看：向右方向为正方向坐标系机床坐标轴的确定原则其次确定Y轴在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手螺旋法则定出Y轴正方向。坐标系机床原点的概念机床原点就是机床坐标系的原点，是机床的一个基准位置。

它是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。数控车床的机床原点定在：主轴前端面的中心，即卡盘端面与主轴中心线的交点处数控铣床的机床原点多数定在：进给行程范围的正极限点处坐标系机床参考点的概念一般设定在各坐标轴正向行程极限点的位置上该位置是在每个轴上用档块和限位开关精确地预先调整好的它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值作用:开机启动，或当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时,都应该先让各轴回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差坐标系工件原点的概念在对零件图形进行编程计算时，为了编程方便,需要在零件图样上的适当位置建立编程坐标系，其坐标原点即为程序原点零件图样程序原点而要把程序应用到机床上，程序原点应该对应工件毛坯的特定位置，这个位置在机床坐标系中的坐标是多少，必须让机床的数控系统知道,而这一操作是通过对刀来实现的对刀坐标系工件原点的概念这样编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称之为工件原点对刀的目的：是为了建立工件坐标系与机床坐标系的关系数控车床原点、参考点和工件原点的关系复习举例坐标系数控车床原点、参考点和工件原点工件原点选取原则工件原点应选在工件图样的尺寸基准上,这样可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少数据换算的工作量。能使工件方便地装夹、测量和检验。尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上.这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。对于有对称几何形状的零件，工件原点最好选在对称中心点上。坐标系工件原点选取原则举例车床的工件原点：一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的工件原点：一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面坐标系工件原点选取原则举例-特殊情况形状较复杂的工件：为编程方便可根据需要通过相应的程序指令随时改变新的工件坐标原点一个工作台上装夹加工多个工件时：在机床功能允许的条件下，可分别设定编程原点独立地编程。再通过工件原点预置的方法在机床上分别设定各自的工件坐标系坐标系程序结构与程序段（1）数控程序的结构（2）程序段格式（3）字与字的功能数控程序数控程序的结构一个完整的程序由程序名、程序主体和程序结束指令三部分组成。下面是一个完整的数控加工程序，该程序程序名为O1010，以程序结束指令M30结束。程序名程序主体程序结束数控程序程序名程序主体程序结束数控程序的结构分析-程序名程序名每个独立的程序都有一个自己的程序名FANUC系统的程序名O（英文字母）和1～4位数字表示SIEMENS系统的程序名%和字母或数字混合组成数控程序数控程序的结构分析-程序主体程序主体由若干程序段组成由若干个代码组成由字母（地址符）和数字（有些数字还带有符号）组成主体最后程序段一般用M05

停主轴M05数控程序数控程序的结构分析-程序结束程序结束程序结束指令编在程序最后一行，一般用M02、M30表示程序段末尾的“；”为程序段结束符号一个程序段代表一个完整的加工工步或动作数控程序程序段的格式问题程序段是可作为一个单位来处理的连续的字组，是数控加工程序中的一条语句一个数控加工程序是若干个程序段组成的程序段格式是指程序段中的字字符数据的安排形式现代数控机床广泛采用的程序段格式如下：数控程序程序段号准备功能坐标尺寸或规格字进给功能主轴速度刀具功能辅助功能程序段结束符说明上述的程序段格式是可变程序段格式，就是程序段的长短是可变的N1M03S800;举例说明N1M03S800;N3G54G90G00X20.0Y20.0;坐标原点位于G54中绝对坐标方式编程刀具快速点定位X、Y坐标移动的方向和距离数控程序字与字功能-程序字数控程序中字符的集合称为程序字，简称字

字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。举例：“X30”是一个字，

X为地址符，数字“30”为地址中的内容数控程序程序字的功能组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义

本教材主要是以FANUC数控系统的规范为主来介绍的在实际工作中，请遵照数控机床数控系统说明书来使用各个程序字的功能数控程序程序字的分类主要有准备功能G指令辅助功能M指令进给功能F指令主轴转速功能S指令刀具功能T指令G指令和M指令来描述工艺过程的各种操作和运动特征G指令M指令数控程序程序段号准备功能坐标尺寸或规格字进给功能主轴速度刀具功能辅助功能程序段结束符各符号含义的详细说明数控程序程序段号程序段号又称顺序号或程序段序号位于程序段之首由地址符N和1~4位正整数数字组成实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关程序执行的先后次序是按程序段编写时的排列顺序逐段执行数控程序程序段号的作用主要是针对程序的校对和检索修改。有顺序号的程序段可以进行复归操作加工可以从程序的中间开始或回到程序中断处开始程序段号的使用方法举例：将第一程序段冠以N10，以后以间隔10递增的方法设置顺序号，这样在调试程序时，如果需要在N10和N20之间插入程序段时，就可以使用N11、N12等数控程序准备功能字G指令准备功能字的地址符是G，所以又称G指令作用：规定刀具和工件相对运动的插补方式刀具补偿坐标偏移结构：由字母“G”和其后两位数字组成从G00到G99有100种位置：一般位于程序段中坐标数字的指令前数控程序序号有a、c~k、i的均为模态指令字母相同的为一组，同组的指令不能同时出现在一个程序段中模态指令数控程序模态指令的概念模态指令又称续效指令，在一个程序段出现后，其功能可保持到被相应的指令取消或被同组指令所代替定义：编写程序时，与上段相同的模态指令可省略不写使用方法：不同组模态指令编在同一程序段内，不影响其续效数控程序模态指令举例N010G91G01X10.0Y10.0F0.1；N020X20.0Y20.0；N030G90G00X0.0Y0.0；N010程序段中出现了几个模态指令？G91模态指令延续到哪个程序段失效？G01模态指令延续到哪个程序段失效？N030程序段中出现几个模态指令？数控程序表1-2模态栏标有“-”的指令为非模态指令，又称非续效指令，其功能仅在出现的程序段中有效，如G04非模态指令数控程序刀具功能字T指令格式：T＿；应用在加工中心机床中：

该指令用于自动换刀时选择所需的刀具在车床中T后跟4位数，前两位为刀具号，

后两位为刀具补偿号举例说明在铣、镗床中T后常跟两位数，用于表示刀具号，刀补号则用D代码表示举例说明数控程序如T0101表示：调用01号刀具刀具的偏置量存放在01号寄存器中刀具功能T指令应用举例如T15D17表示：调用15号刀具刀具的偏置量存放在17号寄存器中T、D控制字可写在同一行，也可分 开写数控程序进给功能字F指令格式：F＿；由地址符F和4位以内的数字组成,表示刀具向工件进给的相对速度F指令为续效指令，一经设定后如未被重新指定，则先前所设定的进给速度继续有效进给速度单位:两种表示方法mm/minmm/r进给速度与主轴转速有关时（如车螺纹）举例数控程序主轴功能字S指令格式：S＿；S指令为主轴转速指令，用来指定主轴的转速，S后跟一串数字主轴转速单位:两种表示方法恒线速单位为m/min恒转速单位为r/min具体方式由G功能字指定举例数控程序G96指定S的单位为m/min举例：G96S200表示恒线速切削速度为200m/minG97表示取消恒线速控制，单位为r/min举例：G97S200表示切削速度为200r/min主轴转速S功能应用举例数控程序辅助功能M指令用于控制机床开关功能的指令定义：举例：指定主轴的启停正反转冷却液的开关工件或刀具的夹紧与松开刀具的更换格式：由指令地址符M和后面的两位数字组成从M00～M99共100种M指令也有续效指令与非续效指令见表数控程序常用M指令介绍-M00M00——程序停止指令M00使程序停止在本段状态，不执行下段，执行M00后，机床的主轴、进给、冷却都自动停止。但全部现存的模态信息保持不变，重按控制面板上的循环启动键，便可继续执行后续程序应用：用于自动加工过程中停车进行测量工件尺寸、工件调头、