数控加工程序编制基础

第一章数控机床加工程序编制基础1.1数控程序编制的概念在编制数控加工程序前，应首先掌握如下内容：1、数控程序编制的主要内容；2、程序编制的步骤。

1.1.1数控程序编制的定义编制数控加工程序是使数控机床工作的一项重要技术文件，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分发挥，使机床能安全、可靠、高效的工作。

1、数控程序编制的内容及步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。

其编程的内容及步骤见表1.1：表1.1数控程序编制的内容及步骤2、数控程序编制的方法数控程序的编制可分为手工编程和计算机辅助编程两类。

⑴手工编程手工编程指从零件图样分析到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程都是由人工完成的。

表1-2 手工编程流程图手工编程的缺点：1> 每个点的坐标都要进行计算，工作量大，繁琐，且容易出错；2> 对形状复杂的零件，不但计算复杂，在某些情况下，人工尚且难以实现编程。

⑵计算机自动编程对于三维以上的复杂零件程序，由于数学运算处理复杂，只能借助于计算机进行辅助编程，也称自动编程。

计算机辅助编程分为数控语言编程和图表1-3 计算机辅助编程分类1、数控语言编程它是由编程员根据零件图样和有关加工工艺要求，用专用的数控编程语言来描述整个零件加工过程的程序编辑方法。

数控语言是由字母、数字及规定好的一套基本符号，按一定的词法及语法规则组成的语言，用来描述加工零件的几何形状、几何元素间的相互关系及加工过程、工艺参数等等。

2、图形交互编程是指编程人员只需根据零件图样的要求，通过编程软件，并按照自动编程系统的规定，由计算机自动进行程序编制的编辑方法。

其流程图见表1-4。

图形交互编程的优点：1> 可减轻编程人员的劳动强度，缩短编程时间；2> 可提高编程精度，减少差错；3> 可提高数控加工效率。

表1-4 图形交互式编程流程随着CAPP 计算机辅助工艺过程设计技术的发展，在先进制造技术领域中，对数控编程又提出了CAD/CAPP/CAM 集成的全自动编程。

表1-5为全自动编程系统的组成框图。

表1-5 CAD/CAPP/CAM 集成的全自动编程系统框图1.1.2字与字的功能1、字符与代码字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字（09）、字母、标点符号和数学运算符等。

2、字在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。

字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成。

其中英文字母称为地址符。

例如：“Y 200”是一个字，Y是地址符，数字200为地址中的内容。

3、字的功能在每一个数控系统中，各个字有其特定的功能含义。

现以FANUC系统为例介绍各个功能字。

⑴顺序号字N顺序号又称程序段号或程序段序号。

顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和其后的数字组成。

⑵准备功能代码（G代码）准备功能代码用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。

准备功能代码有两种模态：模态式G代码和非模态式G代码。

模态式G代码是指该代码一经执行，就一致保持有效，只有当同组别的其它代码出现时，才能取代。

非模态式G代码只限定在被指定的程序段中有效其作用不具延伸性，其它代码出现时，其功能即被取消。

⑶辅助功能代码（M代码）辅助功能代码主要用于机床加工操作时的工艺性指令，启动电磁阀等操作。

如主轴的启停、切削液的开关、程序的暂停和停止结束等。

主要的M代码有：M00——程序停止；M01——选择停止；M02——程序结束；M03——主轴正转（顺时针旋转）；M13M04——主轴反转（逆时针旋转）；M14M05——主轴停转；M06——换刀循环指令；M08——冷却液开；M07M09——冷却液关；M30——程序结束。

⑷F代码——进给速度代码；例如：F100表示进给速度为100mm/min。

F代码主要适应于G01、G02、G03等移动指令。

例如：G01 X- Y- F100表示刀具以100 mm/min的速度进行直线切削加工。

⑸S代码——主轴转速代码；例如：S1000表示主轴以1000r/min的速度旋转。

S代码常与M03、M04、M13、M14指令一起配合使用。

例如：M03 S1000表示主轴以1000r/min的速度正转。

M04 S1000表示主轴以1000r/min的速度反转。

⑹T代码——刀具号代码。

例如：T08表示第8号刀具。

T代码常与M06指令一起配合使用。

例如：T08 M06表示调用第8号刀至主轴上。

⑺尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。

1.1.3 程序格式1、程序段格式零件的加工程序是由程序段组成的，每个程序段由若干个数据字组成，每个字是控制系统的具体指令，它是由表示地址的英文字母、特殊文字和数字集合组成的。

程序段格式是指一个程序段中字的顺序、地址的表示，是一个程序段中字、字符、数据的书写规则。

以及一个字的字符数以及与上一个程序段相同的字等在控制介质上的表示形式。

通常以字—地址程序段格式来表示。

字—地址程序段格式是由语句号字、数据字和程序段结束符组成。

每个字的前面有地址，各个字的排列顺序要求不严格，数据的位数可多可少，不需要的字以及与上一程序段相同的模态字可以不写。

其格式如下：N—G—X—Y—Z—F—S—T—M—结束符N—顺序号（语句号字）G—准备功能字符串X-Y-Z-—尺寸字字符串F—进给功能字符串S—主轴转速功能字符串T—刀具功能字符串M—辅助功能字符串2、加工程序的一般格式根据数控系统本身的特点及编程的需要，都有一定的程序格式。

对于不同的机床，其程序的格式也不同。

不论是那种系统，一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。

⑴程序的开始符和结束符⑵程序号程序号即程序的开始部分，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号，在编号前采用程序编号地址码。

⑶程序内容程序内容部分是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，表示数控机床要完成的全部动作。

⑷程序结束程序结束是以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。

1.2 数控机床的坐标系1.2.1机床坐标系为便于对数控机床各方向的运动部件进行控制，就需要建立机床的坐标系统。

对某一台数控机床来说，机床的坐标数是指有几个运动方向采用了数字控制。

例如：一台数控车床，其X和Z方向的运动采用了数字控制，则它是一台两坐标的数控车床；一台数控铣床，其X、Y、Z三个方向的运动都采用了数字控制，则它是一台三坐标的数控铣床。

还有四坐标、五坐标的数控机床。

1、机床坐标系的确定为正确控制数控机床的运动，简化编程，提高数据通用性，有关标准对数控机床坐标轴及运动方向作了规定：⑴机床相对运动的规定不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，确定坐标系时，一律看作是工件相对静止、刀具运动；⑵机床坐标系的规定1〉笛卡尔坐标系以及方向规定机床的直线运动X、Y、Z采用右手直角坐标系（笛卡尔坐标系）。

右手的大拇指、食指和中指互相垂直，拇指的方向为X坐标轴的正方向，食指为Y坐标轴的正方向，中指的方向为Z坐标轴的正方向。

2〉右手螺旋定则以及方向规定机床的三个旋转运动A、B、C分别平行于X、Y、Z坐标轴，其运动方向按右手螺旋定则确定。

分别以大拇指指向+X、+Y、+Z的方向，其余四指的环绕方向分别为+A、+B、+C轴的旋转方向。

⑶运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。

2、坐标轴方向的确定1> Z轴的指定通常把传递切削力的主轴称为Z轴。

2> X轴的指定 X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直。

3> Y轴的指定 Y轴垂直于Z轴和X轴，其方向按右手定则决定。

3、附加坐标系⑴指定平行于X、Y、Z的坐标轴可以采用的附加坐标系有U、V、W；P、Q、R。

⑵制定不平行于X、Y、Z的坐标轴也可以采用的附加坐标系有U、V、W；P、Q、R。

4、机床原点的设置机床原点是机床上固有的一个点，即机床坐标系的原点。

机床坐标系是机床运动和编制数控程序的基础，只有建立了确定的坐标后，才能正确的进行数值计算与编制数控程序，控制机床按预定的要求运动。

⑴数控车床的原点在数控车床上，机床原点一般设在卡盘端面与主轴中心线的交点处。

也可以设在X、Z坐标正方向的极限位置处。

⑵数控铣床和加工中心的原点在数控铣床和加工中心上，机床原点一般设在X、Y、Z坐标正方向的极限位置处。

为了在机床工作时能正确的建立机床坐标系，通常在机床启动时先进行机床回零操作，从而建立机床坐标系。

1〉机床参考点机床参考点是用于对机床的运动进行检测和控制的固定位置点。

通常参考点对机床原点的坐标是一个已知数。

并且在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。

机床参考点有两个主要作用：1> 建立机床坐标系；2> 消除由于漂移、变形等造成的误差。

1.2.2 编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样以及机械加工工艺规程的建立的基准坐标系。

编程坐标系的基准点称为编程原点。

注意：编程原点应尽量选择在零件图样的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。

1.2.3 加工坐标系1、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，即加工坐标系与编程坐标系重合。

2、加工坐标系的设定方法一：在机床坐标系中直接设定加工原点以图1.12所示零件为例介绍⑴加工坐标系的选择注意：加工坐标系的原点选择在机床坐标系的某一符合加工要求位置处。

⑵设定加工坐标系指令1〉G54～G59为设定加工坐标系指令注意：将选择的此点保存在G54～G59所代替的数据寄存器里面。

2〉G54～G59在加工程序中出现时，即选择了相应的加工坐标系。

方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系⑴加工坐标系的选择注意：加工坐标系的原点选择在相对于刀具起始点的某一符合加工要求的空间位置点处⑵设定加工坐标系指令1〉G92为设定加工坐标系指令注意：G92指令的编程格式：G92 Xa Yb Zc 。

将确定的加工原点的坐标值写入含有G92的程序段中，以待运行。

2〉该程序段运行后，就根据刀具起始点的位置设定了加工原点。

1.2.4 机床加工坐标系设定的实例讲解第二章数控加工工艺设计工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的工件进行工艺分析、拟订工艺路线、设计加工工序等工作。

因此，合理的工艺设计方案是编制数控加工程序的依据，工艺方面考虑不周也是造成差错的主要原因之一，工艺设计做不好，往往造成工作反复，并且使工作量成倍增加，甚至会使零件成批报废。