《数控编程与加工训练教程》课件项目1 数控机床坐标系与编程规则

项目1

数控机床的坐标系与编程规则典型案例

如图所示，数控铣床的进给运动由三部分组成，工作台带动工件作横向和纵向进给运动，主轴箱带动刀具作垂直进给运动。当一个零件在数控铣床上加工时，如何用代码来描述刀具与零件的相对运动呢？技能要求

掌握数控机床坐标系的建立，了解手工编程的一般步骤及加工程序的结构，熟悉常用指令的应用及模态与非模态指令的区别。一、数控编程的种类及方法知识学习1．数控加工程序编制的步骤5）程序检验4）将程序输入数控机床3）编写加工程序2）计算刀具轨迹的坐标值1）确定工艺过程2．数控编程的种类（1）手工编程（2）计算机自动编程

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。二、数控机床坐标系的确定

1.规定原则

标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔坐标系，用右手螺旋法则判定，如图1-2所示。右手的拇指、食指、中指互相垂直，并分别代表+X、+Y、+Z轴。围绕+X、+Y、+Z轴的回转运动分别用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定则确定。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用带“＇”的+X＇、+Y＇、+Z＇、+A＇、+B＇、+C＇表示。图1-2右手笛卡尔坐标系

（2）刀具运动坐标与工件运动坐标

数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。由于进给运动可以是刀具相对工件的运动（如数控车床），也可以是工件相对刀具的运动（如数控铣床），所以统一规定：用字母不带“＇”的坐标表示刀具相对“静止”工件而运动的刀具运动坐标；用字母带“＇”的坐标表示工件相对“静止”刀具而运动的工件运动坐标。

（3）运动的正方向

规定使刀具与工件距离增大的方向为运动的正方向。2．坐标轴确定的方法及步骤（1）Z轴

一般取产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀具远离工件的方向为正向，如图1-3（a）、（b）、（c）、（d）所示。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。图1-3(a)数控车床坐标系图1-3(b)立式数控铣床坐标系图1-3(c)卧式数控铣床坐标系图1-3(d)加工中心的坐标系（2）X轴

一般位于与工件装夹面平行的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床（如车床、磨床等），在水平面内取垂直工件回转轴线（Z轴）的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向，如图

1-3（a）所示。

对于刀具作回转切削运动的机床（如铣床、镗床等），当Z轴垂直时，人面对主轴，向右为正X方向，如图

1-3（b）所示；当Z轴水平时，则向左为正X方向，如

1-3（c）所示。对于无主轴的机床（如刨床），以切削方向为正X方向。（3）Y轴

根据已确定的X、Z轴，按右手笛卡尔坐标系确定。（4）A、B、C轴

此三轴为回转进给运动坐标。根据已确定的X、Y、Z轴，用右手螺旋定则确定，如图

1-3（d）所示。三、数控机床的两种坐标系1．机床坐标系

又称机械坐标系，其坐标和运动方向视机床的种类和结构而定。图1-4数控车床的机床坐标系机床坐标系的原点也称机床原点或机械原点，如图1-4、图1-5所示的O点图1-5立式数控铣床坐标系和机床原点、工件原点

2．编程坐标系

又称工件坐标系，是编程时用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也应是右手笛卡尔坐标系。工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程（1）工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上（2）工件原点的设置一般应遵循下列原则：要便于测量和检验（1）工件原点最好选在工件的对称中心上（1）四、FANUC0i系统的编程指令

F、S、T指令

M指令G指令1．准备功能G指令2．辅助功能M指令

表1-2是中华人民共和国机械行业标准JB/T3208-1999规定的辅助功能M代码的定义表。

表1-1是中华人民共和国机械行业标准JB/T3208-1999规定的准备功能G代码的定义表。

常用的M指令功能及其应用如下：（1）程序停止指令：M00功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行重新开始。（2）程序计划停止指令：M01功能：与M00类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置1时，这个代码才有效。

（３）主轴顺时针方向旋转、主轴逆时针方向旋转、主轴停

指令：M03、M04、M05功能：开动主轴时，M03指令可使主轴按右旋螺纹进入工件的方向旋转，M04指令可使主轴按右旋螺纹离开工件的方向旋转。M05指令可使主轴在该程序段其它指令执行完成后停转。格式：

M03S

M04S

M05说明：数控机床的主轴转向的判断方法是，沿+Z方向看，顺时针方向旋转为正转，逆时针方向旋转为反转。

（４）换刀指令：M06功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机床，如加工中心、数控车床。格式：M06T说明：当数控系统不同时，换刀的编程格式有所不同，具体编程时应参考操作说明书。

（5）程序结束指令：M02或M30功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运行，CNC装置复位。M30还可使控制返回到程序的开头，故程序结束使用M30比M02要方便些。说明：该指令必须编在最后一个程序段中。对于BEIJING-FANUC0i系统，一般情况下，在一个程序段中仅能指定一个M代码。但是，设定参数No.3404#7（M3B）=1时，在一个程序段中一次最多可以指定三个M代码。

模态指令又称续效指令，一经程序段中指定，便一直有效，直到以后程序段中出现同组另一指令或被其它指令取消时才失效。编写程序时，与上段相同的模态指令可省略不写。不同组模态指令编在同一程序段内，不影响其续效。例如:

N0010G91G01X20Y20Z-5F150M03S1000；

N0020X35；

N0030G90G00X0Y0Z100M02；上例中，第一段出现三个模态指令，即G91、G01、M03，因它们不同组而均续效，其中G91功能延续到第三段出现G90时失效；G01功能在第二段中继续有效，至第三段出现G00时才失效；M03功能直到第三段M02功能生效时才失效。3．G、M指令说明（1）模态与非模态指令表1-2第（2）栏有“*”的M指令，其功能与同段其它指令的动作同时开始，如上例第一段中，M03功能与G01功能同时开始，即在直线插补运动开始的同时，主轴开始正转，转速为1000r/min。表1-2第（3）栏有“*”的M指令，其功能在同段其它指令动作完成后才开始。如上例第三段中，M02功能在G00功能完成后才开始，即在移动部件完成G00快速点位动作后，程序才结束。（2）M功能开始时间

4．F、S、T代码

F代码表示刀具中心运动时的进给速度。由F和其后的若干数字组成。数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。具体内容见所用机床的编程说明书。注意事项如下：

①当编写程序时，第一次遇到直线（G01）或圆弧（G02/G03）插补指令时，必须编写进给率F，如果没有编写F功能，CNC采用F0。当工作在快速定位（G00）方式时，机床将以通过机床轴参数设定的快速进给率移动，与编写的F指令无关。

②F代码为模态指令，实际进给率可以通过CNC操作面板上的进给倍率旋钮，在0～120%之间调整。（1）进给功能F代码

S代码表示机床主轴的转速。由S和其后的若干数字组成，其表示方法有以下三种：

①转速

S表示主轴转速，单位为r/min。如S1000表示主轴转速为1000r/min。

②线速在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为m/min。如S60表示切削点的线速度恒定为60m/min。

③代码用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直接表示转速或线速的数值，而只是主轴速度的代号。如某机床用S00～S99表示100种转速，S40表示主轴转速为1200r/min，S41表示主轴转速为1230r/min，S00表示主轴转速为0r/min，S99表示最高转速。（2）主轴转速功能S代码

①采用T代码编程由T和数字组成。有T××和T××××两种格式，数字的位数由所用数控系统决定，T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。例如：T04表示选择4号刀；T0404表示选择4号刀，4号偏置值；T0400表示选择第4号刀，刀具偏置取消。

②采用T、D代码编程利用T功能选择刀具，利用D功能选择相关的刀偏。在定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。T和D可以编写在一起，也可以单独编写，例如：T4D04表示选择4号刀，采用刀具偏置表第4号的偏置尺寸；T4D12表示用4号刀，采用刀具偏置表第12号的偏置尺寸；T2表示选择2号刀，采用与该刀具相关的刀具偏置尺寸。

（3）刀具功能T代码

五、数控加工程序的结构

1．数控加工程序的构成

在数控机床上加工零件，首先要编制程序，然后用该程序控制机床的运动。数控指令的集合称为程序。在程序中根据机床的实际运动顺序书写这些指令。一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干个程序段、程序结束部分组成。一个程序段由程序段号和若干个“字”组成，一个“字”由地址符和数字组成。

（1）程序号

为了区分每个程序，对程序要进行编号，程序号由程序号地址和程序的编号组成，程序号必须放在程序的开头。如：

程序段的格式可分为地址格式、分隔地址格式、固定程序段格式和可变程序段格式等。其中以可变程序段格式应用最为广泛，所谓可变程序段格式就是程序段的长短是可变的。如：（2）程序段的格式和组成

（3）“字”一个“字”的组成如下所示。如：2.数控加工程序的分类

数控加工程序可分为主程序和子程序，子程序的结构同主程序的结构一样。在通常情况下，数控机床是按主程序的指令进行工作，但是，当主程序中遇到调用子程序的指令时，控制转到子程序执行。当子程序遇到返回主程序的指令时，控制返回到主程序继续执行。一般情况下，FANUC系统最多能存储200个主程序和子程序。在编制程序时，若相同模式的加工在程序中多次出现，可将这个模式编成一个子程序，使用时只需通过调用子程序命令进行调用，这样就简化了程序的设计。

老师上机床演示指导，学生分五个小组在机床上进行数控车床