数控加工编程

1、数控技术,主讲：宋强 综合科研楼607 Tel. 89733871-601 E-mail: songqiang,第二章 数控加工编程,数控编程的任务 根据零件设计图样，按照规定的代码和程序格式，把加工零件的工艺和尺寸信息转变成数控装置所能识别的数字信息，并将这些信息存储在控制介质上，然后输入给数控装置,数控编程的步骤,第二章 数控加工编程,数值计算,工艺分析,编写程序,程序校验,程序输入,首件试切,第二章 数控加工编程,数控钻床编程实例,第二章 数控加工编程,数控钻床编程实例 工艺分析 先钻孔，后攻丝，对刀点为O，换刀点为C 加工路线 OABCBAO 主轴转速 钻孔880r/min，攻丝170

2、r/min 进给速度 钻孔0.125mm/r（110mm/min） 攻丝1.75mm/r（297.5mm/min） 空行程（600mm/min）,第二章 数控加工编程,数控钻床编程实例 数值计算 计算O、A、B、C各点坐标 O（0，0） A（+85，+72） B（+195，+50） C（+293，+50）,第二章 数控加工编程,数控钻床编程实例 编写程序,第二章 数控加工编程,数控编程的方法 手工编程 由人工完成数控编程的全部工作 简单经济但易出错，适于形状简单的零件编程 自动编程 由计算机完成数控编程的大部分或全部工作 准确及时但成本高，适于形状复杂的零件编程,第二章 数控加工编程,为提高各

3、厂商数控系统的通用性，国际标准化组织对数控程序的结构格式以及所使用的代码符号均制定了相应的国际标准。我们在编写数控加工程序或设计数控系统时，应遵循这些国际标准，以体现数控程序或数控系统的通用性和开放性 ISO6983I1982,第二章 数控加工编程,本章内容 数控程序的结构格式 数控机床的坐标系 数控编程的功能代码 数控车床的程序编制 自动编程,2.1 数控程序的结构格式,数控程序由程序名和若干个程序段组成，每个程序段又由若干个功能码及相应数字组成 O0600 N010 G92 X0 Y0; N020 G90 G00 X50 Y60; N030 G01 X10 Y50 F150 S300 T1

4、2 M03; N040 G00 X-50 Y-60 M02;,2.1 数控程序的结构格式,常用功能码及其含义 O 程序号 N 程序段号 G 准备功能码 G00G99 用于规定刀具和工件的相对运动轨迹、加工平面选择、刀具补偿或刀具偏置等多种加工操作,2.1 数控程序的结构格式,常用功能码及其含义 X Y Z、U V W、P Q R、A B C D E 坐标功能码 用于设定机床运动部件沿各坐标方向的位移量 如Y-20表示沿Y负方向移动20（mm、m或者脉冲当量） X Y Z为基本直线坐标系 U V W为平行于X Y Z的第一附加直线坐标系 P Q R为平行于X Y Z的第二附加直线坐标系 A B

5、C D E为旋转坐标系,2.1 数控程序的结构格式,常用功能码及其含义 F 进给速度码 用于指定刀具相对于工件的运动速度，单位一般为mm/min 当进给速度与主轴转速有关时（如车螺纹、攻丝等），单位为mm/r F100表示刀具进给速度为100mm/min F0.1表示加工螺纹的螺距为0.1mm/r,2.1 数控程序的结构格式,常用功能码及其含义 S 主轴速度码 用于指定主轴转速，单位为r/min 用法与F功能码类似，如S1000表示主轴转速为1000r/min T 刀具功能码 用于选择刀具，以实现自动换刀 T后面前两位数字表示刀具的代号，后两位数字表示刀补号，如T05 02表示选择05号刀具和

6、02号刀补值,2.1 数控程序的结构格式,常用功能码及其含义 M 辅助功能码 通过对数控机床开关量的控制（如主轴的旋转与停止，切削液的打开与关闭，夹具的夹紧与松开等），实现加工过程中机床的辅助动作 M00M99,2.1 数控程序的结构格式,各功能码的排列顺序 N G X Y Z F S T M；,2.2 数控机床的坐标系,为确定数控机床的加工成形运动，必须先确定机床的运动位移和运动方向，这需要通过建立机床坐标系来实现 直线坐标系 X Y Z 旋转坐标系 A B C,2.2 数控机床的坐标系,直线坐标系 基本直线坐标系的X、Y、Z坐标轴可用右手笛卡尔直角坐标系判定，伸出右手的拇指、食指和中指并互

7、相垂直，则拇指的指向为X轴正方向，食指的指向为Y轴正方向，中指的指向为Z轴正方向,2.2 数控机床的坐标系,旋转坐标系 旋转坐标系的A、B、C坐标轴可用右手螺旋定则判定，伸出拇指并握紧其余四指，拇指的指向为X、Y、Z中任意轴的正向，则四指环绕方向为A、B、C轴的正向,2.2 数控机床的坐标系,直线坐标轴的正方向 以增大刀具与工件距离的方向为各坐标轴的正方向 为便于数控编程，一律假定工件固定不动，而刀具是运动的，这样X、Y、Z坐标轴的正方向均为刀具离开工件的方向,2.2 数控机床的坐标系,直线坐标轴的确定 先确定Z轴，再确定X轴，最后根据右手笛卡尔坐标系确定Y轴 如何确定Z轴 平行于主轴轴线的坐

8、标轴即为Z轴，Z轴正向为刀具离开工件的方向 若机床上无主轴或有多个主轴或主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z轴方向,2.2 数控机床的坐标系,直线坐标轴的确定 如何确定X轴 X轴位于水平面内且平行于工件的装卡平面 如果工件旋转（车床），以刀具离开工件的方向为X轴正方向 如果刀具旋转且Z轴水平时（卧式铣床），沿刀具主轴后端向工件看，向右方向为X轴正方向 如果刀具旋转且Z轴垂直时（立式铣床）， 面对刀具主轴向立柱看，向右方向为X轴正方向,2.2 数控机床的坐标系,直线坐标轴的确定 如何确定Y轴 按右手笛卡尔坐标系，根据X、Z轴确定Y轴,2.2 数控机床的坐标系,机床原点 机床坐标系的原点

9、称为机床原点，该点在机床出厂时就已确定，用户不能修改，机床原点是数控机床进行加工运动的基准参考点,2.2 数控机床的坐标系,机床参考点 机床参考点是机床上的一个固定基准点，其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，其相对机床原点的坐标值已输入到数控系统中，不能修改 数控机床开机时，必须先让数控装置确定机床原点，这可通过机床回零操作，即使刀架返回机床参考点来实现,2.2 数控机床的坐标系,编程坐标系 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系，仅供编程使用，不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置 编程坐标系中各坐标轴的方向应与机床坐标系中相应坐标轴的方向一致 编程

10、坐标系的原点称为编程原点，为便于编程，编程原点会随加工零件的变化而改变,2.2 数控机床的坐标系,原点偏置 机床原点和编程原点的距离称为原点偏置 工件安装到机床后需要通过对刀测量等方法实际测量机床原点与编程原点间的距离，该原点偏置值测量后被存到数控系统中，这样在加工过程中，数控系统根据原点偏置将工件加工程序中的坐标值（编程坐标系）转换成实际的加工位置（机床坐标系）,2.3 数控编程的功能代码,模态代码 又称续效代码，表示该代码在一个程序段中被使用后就一直有效，直到出现同组中的其它任一代码时才失效 N020 G01 X10 Y20 M03; N030 X30 Y20; N040 G00 X50

11、Y40 M05; 同行不同组，同组不同行 F、S功能码均为模态代码,2.3 数控编程的功能代码,编程坐标系设定代码G92 格式：G92 X Y Z; 意义：X、Y、Z是刀具起始位置（起刀点）在编程坐标系中的坐标值 数控机床通过开机回零操作确定机床原点，从而确定起刀点在机床坐标系中的位置。起刀点在编程坐标系中的位置通过G92给出，因此可以通过起刀点建立编程坐标系和机床坐标系之间的联系 G92在数控车床中被当作螺纹切削循环指令，其功能由G50完成（用法完全一致）,2.3 数控编程的功能代码,编程方式代码 绝对方式G90 绝对方式指机床运动部件的坐标值相对于坐标原点给出（G90在数控车床中被当作外圆

12、切削循环指令） 增量方式G91 增量方式指机床运动部件的坐标值相对于前一位置给出,2.3 数控编程的功能代码,编程方式代码 数控车床还可利用坐标码X、Y、Z表示绝对编程方式，用坐标码U、V、W表示增量编程方式，这可让绝对和增量编程方式在同一程序段中混用，从而给编程带来很大方便,2.3 数控编程的功能代码,坐标平面选择代码 坐标平面选择代码用于选择当前加工平面 G17表示选择 XY平面 G18表示选择 ZX平面 G19表示选择 YZ平面 数控车床默认在ZX平面内加工 数控铣床默认在XY平面内加工,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 快速点定位G00 格式：G00 X Y Z 意义：控制刀具

13、从当前位置快速移动到目标点，X、Y、Z为目标点坐标 刀具在快速移动过程中不加工，刀具移动速度由数控系统事先指定，即F指令对G00无效 不同数控系统中，G00的运动轨迹不尽相同,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 直线加工G01 格式：G01 X Y Z F 意义：控制刀具从当前位置按F规定的进给速度沿直线移动到目标点，X、Y、Z为目标点坐标 刀具在移动过程中加工工件,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 刀具先快进至1，然后沿12方向切削 注意：车削编程中X后的数值用工件的直径值 采用绝对方式编程（W为编程原点） N010 G90 G00 X10 Z-10; N020 G01 X30

14、 Z-25 F100; N010 G00 X10 Z-10; N020 G01 X30 Z-25 F100;,采用相对方式编程（W为编程原点） N010 G00 X10 Z-10; N020 G91 G01 X20 Z-15 F100; N010 G00 X10 Z-10; N020 G01 U20 W-15 F100;,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 圆弧加工G02/G03 G02加工顺时针圆弧， G03加工逆时针圆弧 顺逆圆弧的判断方法：沿垂直于加工圆弧所在平面的坐标轴，由正方向向负方向看，若刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向，则为顺弧，若是逆时针方向，则为逆弧 因此在判断加工

15、圆弧为顺弧还是逆弧前，需要首先指定圆弧所在的加工平面,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 圆弧加工G02/G03,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 圆弧加工G02/G03 格式： XY平面：G17 G02（G03）X Y I J（R）F ZX平面：G18 G02（G03）X Z I K（R）F YZ平面：G19 G02（G03）Y Z J K（R）F 圆弧所在平面（G17/18/19）、顺逆圆弧（G02/03）、圆弧起点（加工圆弧前的刀具坐标）、圆弧终点（X、Y、Z）、圆心位置（I、J、K）或者圆弧半径（R）、加工圆弧时刀具进给速度（F）,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码

16、 圆弧加工G02/G03 圆心参数表示法：用圆心参数I、J、K确定所加工圆弧，I、J、K指圆弧起点到圆心的增量坐标，不受G90和机床类型的影响 编程举例： 绝对编程方式 N090 （G18）G03 X38 Z-25 I0 K-5 F50; 相对编程方式 N090 G03 U10 W-5 I0 K-5 F50;,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 圆弧加工G02/G03 半径参数表示法：用半径参数R确定所加工圆弧 已知圆弧的起点、终点和半径，可以作出一大一小两个圆弧，不能唯一确定所加工的圆弧 所以规定：当圆弧的圆心角180时，R为正值，当圆弧的圆心角180 时，R为负值 由于整圆的终点和起

17、点重合，可以根据半径做无数个圆，所以整圆加工只能采用圆心参数方式,2.3 数控编程的功能代码,运动控制代码 圆弧加工G02/G03 编程举例（采用半径参数表示法）： 绝对编程方式 N090 G03 X38 Z-25 R5 F50; 相对编程方式 N090 G03 U10 W-5 R5 F50;,2.3 数控编程的功能代码,刀具补偿代码 在数控加工中，刀尖运动轨迹应与零件轮廓相吻合，但数控系统控制的是刀具中心的运动轨迹，因此当更换刀具或刀具磨损后，受刀具尺寸的影响，刀尖运动轨迹与零件轮廓往往不一致，这需要数控系统重新计算刀具中心的运动轨迹以保证刀尖运动轨迹与零件轮廓相一致。为避免这种情况，数控系

18、统提供了刀具补偿功能,2.3 数控编程的功能代码,刀具补偿代码 刀具半径补偿G41/G42/G40 G41为刀具半径左偏补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿 G42为刀具半径右偏补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿 G40用于取消刀具半径补偿,刀具半径左偏补偿,刀具半径右偏补偿,2.3 数控编程的功能代码,刀具补偿代码 刀具半径补偿G41/G42/G40 格式： G41/G42 X Y D G40 X Y X、Y是建立或取消刀具半径补偿的加工段的终点坐标，D为指定刀具半径补偿值寄存器地址的功能码，其后数字表示存放刀

19、具半径补偿值的寄存器地址,2.3 数控编程的功能代码,刀具补偿代码 刀具半径补偿G41/G42/G40 编程实例 N010 G00 G41 X0 Y0 D01; N020 G01 Y20 F50; N030 X30; N040 G02 X35 Y15 R5; N050 G01 Y0; N060 X0; N070 G00 G40 X-10 Y-10 M02;,2.3 数控编程的功能代码,刀具补偿代码 刀具半径补偿G41/G42/G40 利用刀具半径补偿功能还能实现用一把刀具、一个程序进行同一工件的粗、精加工。如图所示，刀具半径为R，设零件精加工余量为，则粗加工时将刀具半径补偿量设为R+，精加工时

20、将刀具半径补偿量设为R，这样就能在粗加工后留下精加工余量，然后在精加工时完成切削 刀具半径补偿还能对刀具磨损、刀具重磨对加工产生的误差进行补偿,2.3 数控编程的功能代码,辅助功能代码 程序暂停M00 执行M00后，机床停止主运动和进给运动并关闭切削液，重新按动程序启动按扭后，数控系统再继续执行后面的程序段 M00用于在程序运行期间完成手动变速、换刀、工件掉头等手动操作,2.3 数控编程的功能代码,辅助功能代码 程序结束M02 执行M02后，机床停止主运动和进给运动并关闭切削液，数控系统复位 M02必须出现在程序的最后 程序结束M30 与M02相似，但执行M30后，数控系统会将程序指针返回到程

21、序的开始位置,2.3 数控编程的功能代码,辅助功能代码 主轴正转M03/主轴反转M04 从主轴往+Z方向看，主轴顺时针旋转为正转，逆时针旋转为反转 主轴停转M05 开雾状切削液M07 开液状切削液M08 关闭切削液M09,2.3 数控编程的功能代码,数控编程实例 编制图示零件的精车加工程序 要求：分别采用绝对方式和增量方式编程，端面不加工，主轴转速600r/min，主轴正转，进给速度150mm/min，起刀点为（150，50），使用液状切削液，选用02号车刀，调用05寄存器中的刀具半径补偿值，R4圆弧采用圆心参数方式编程，R3圆弧采用半径参数方式编程,2.3 数控编程的功能代码,绝对编程方式

22、首先应建立编程坐标系 N010 G50 X150 Z50; 根据起刀点判断刀具半径补偿为左刀偏 N020 G00 G41 X10 Z0 D05 S600 M03 M08; 车削编程中X数值采用直径编程，Z值也可取大于0的值 加工10圆柱面 N030 G01 Z-10 F150;,2.3 数控编程的功能代码,绝对编程方式 加工R4圆弧 根据刀具位置判断R4圆弧为顺弧 N040 G02 X18 Z-14 I4 K0; I、J、K为圆弧起点到圆心的增量坐标，不受G90影响，并采用实际尺寸编程 加工R3圆弧 根据刀具位置判断R3圆弧为逆弧 N050 G03 X24 Z-17 R3; 加工24圆柱面，加

23、工完毕后取消半径补偿，刀具回起刀点 N060 G01 Z-22; N070 G00 G40 X150 Z50 M02;,2.3 数控编程的功能代码,相对编程方式 车削编程采用U、V、W相对编程 N010 G50 X150 Z50; G50（G92）只能使用绝对坐标，不能使用相对坐标 N020 G00 G41 U-140 W-50 D05 S600 M03 M08; N030 G01 W-10 F150; N040 G02 U8 W-4 I4 K0; N050 G03 U6 W-3 R3; N060 G01 W-5; N070 G00 G40 U126 W72 M02;,2.4 数控车床的程序编

24、制,数控车床的编程特点 默认在ZX平面内加工，利用X、Z表示绝对坐标方式，利用U、W表示相对坐标方式 由于图样尺寸和测量值都是直径值，因此X以直径值表示，U以径向位移量的2倍表示 由于毛坯常用棒料或锻料，加工余量较大，因此具有多种固定循环功能，可进行多次重复循环切削 用G50代替G92建立工件坐标系,2.4 数控车床的程序编制,单一固定循环 单一固定循环可以将一系列连续加工动作，如“切入切削退刀返回”，用一个循环指令代码完成，从而简化程序 外圆切削循环G90 端面切削循环G94 螺纹切削循环G92,2.4 数控车床的程序编制,复合固定循环 复合固定循环中可以完成零件轮廓从粗加工到精加工的全过程

25、，使程序得到进一步简化 外圆粗车循环G71 端面粗车循环G72 精加工循环G70,2.4 数控车床的程序编制,外圆切削循环G90 格式：G90 X Z I F; G90 U W I F; A为循环起点，B为切削终点 X为切削起点的直径，Z为切削终点的坐标 U为切削起点与循环起点的径向增量 W为切削终点与循环起点的轴向增量 I为切削起点与切削终点的半径差，可正可负 （图中I0） 切削圆柱面时I=0，I可省略 实际编程时要对各参数进行数值计算,2.4 数控车床的程序编制,外圆切削循环G90 圆柱面加工编程实例 所有单位均为mm 毛坯尺寸为24.220 粗加工14圆柱面 留精加工单边余量0.1mm

26、粗加工进给量为1mm 用G90实现粗车加工,2.4 数控车床的程序编制,外圆切削循环G90 圆柱面加工编程实例 N01 G50 X50 Z10; N02 G00 X30 Z0 M03 M08; 快进至循环起点 N03 G90 X22.2 Z-14 F150; 粗车至22.2 N04 X20.2; 粗车至20.2 N05 X18.2; 粗车至18.2 N06 X16.2; 粗车至16.2 N07 X14.2; 粗车至14.2 N08 G00 X50 Z10 M09; 粗加工结束,2.4 数控车床的程序编制,端面切削循环G94 格式：G94 X(U) Z(W) K F; G94的用法与G90相似

27、K为切削起点与切削终点的Z坐标差 K可正可负 切削直端面时K=0，可省略,2.4 数控车床的程序编制,螺纹切削循环G92 格式：G92 X(U) Z(W) I F; G92的用法与G90基本相同 F为螺距，单位mm/r 加工直螺纹时I=0，可省略,2.4 数控车床的程序编制,过去一直强调粗加工编程要放在精加工之前，但自从使用计算机进行计算后，该规则被打破了，即在编写某些粗加工循环前（如外圆粗车循环）首先必须定义精加工的轮廓，只有这样才能应用粗加工循环，虽然听起来有些奇怪，但使用后大家会发现这是一个极其聪明和灵活的方法,2.4 数控车床的程序编制,外圆粗车循环G71 格式：G71 P Q U W

28、 D R F S; P、Q为精加工程序的第一个和最后一个程序段号 U、W为X和Z向的精加工余量，U为直径值 D、R为X向的单次进刀量和退刀量，均为半径值 D、R均为正值，进给方向与退刀方向相反，均由精加工程序段中的加工方向决定 F、S为粗加工的进给速度和主轴转速 适于Z向余量大、X向余量小的单调性棒料粗加工,2.4 数控车床的程序编制,端面粗车循环G72 格式：G72 P Q U W D R F S; G72的格式与用法和G71非常相似 D、R为Z向的单次进刀量和退刀量 适于X向余量大、Z向余量小的单调性棒料粗加工,2.4 数控车床的程序编制,精加工循环G70 格式：G70 P Q F S;

29、P、Q为精加工程序的第一个和最后一个程序段号 精加工循环G70接受由G71/G72指定的任何一个零件轮廓定义（由P、Q参数指定）,2.4 数控车床的程序编制,车削固定循环加工实例G70/G71 毛坯为80170mm的棒料 端面不切削，利用G70/G71加工至图纸要求,2.4 数控车床的程序编制,加工实例 O010 N01 G50 X220 Z50; N02 G00 G41 X200 Z10 D01 S300 T01 M03 M08; N03 G71 P04 Q08 U1 W1 D0.5 R0.5 F200; N04 G00 X40; N05 G01 Z-30 F100; N06 X60 W-3

30、0; N07 W-20; N08 X100 W-10; N09 G00 G40 X220 Z50; N10 G00 G41 X200 Z10 D02 T02; N11 G70 P04 Q08; N12 G00 G40 X220 Z50 M02;,2.5 自动编程,自动编程是指用计算机实现数控编程的大部分或全部工作，包括工艺分析、数值计算、数控代码编写、数控程序输入以及数控程序的模拟校验、试切等相关内容 自动编程的类型 语言式自动编程系统 图形交互式自动编程系统,2.5 自动编程,语言式自动编程系统 用数控语言编写出零件加工源程序，用于描述零件的尺寸和工艺信息（该程序不同于用数控代码编写的数控程

31、序，它不能直接控制数控机床），计算机对零件加工源程序进行翻译处理和数值计算，生成刀具位置数据文件，再通过后置处理，生成控制机床的数控加工程序,2.5 自动编程,语言式自动编程系统 采用批处理的信息处理方式，编程人员必须一次性将编程信息全部向计算机交代清楚，计算机必须将所有信息一次处理完毕，因此编程过程复杂，直观性差，程序修改不方便 随着计算机图形处理功能的加强，语言式自动编程系统正逐步被图形交互式自动编程系统所取代,2.5 自动编程,图形交互式自动编程系统 以CAD和CAM软件为基础，利用CAD软件得到零件的几何图形文件，然后调用CAM软件中的数控编程模块，采用人机交互方式在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态显示