数控加工基本知识

程 序 段 字 字准 备 功 能 尺 寸 字 字进 给 功 能 字辅 助 功 能 功主 能轴 字转 速
;
字刀 具 功 能 符程 序 段 结 束
4、常用字的功能
1）程序段字 N 又称程序段序号或顺序序号，位于程序段之首，由地 址符和1~4位正整数组成。一般可以省略，但在固定循 环指令中必须书写。 使用方法：间隔10递增。程序按书写顺序执行与程序段 号无关。
3）数值计算 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、 加工路线等，计算刀具中心的运动轨迹，以获得刀位数 据。 数控系统一般均具有直线插补和圆弧插补功能，对于 由圆弧和直线组成的简单的平面零件，只需计算出零件 轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何 元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编 程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一 致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计 算机辅助计算，否则难以完成。 数值计算的目的：获得编程需要的所有相关位置的坐 标数据。
3）Y坐标
由右手笛卡尔坐标系确定。
3、机床原点的位置 数控车床的原点： 在数控车床上，机床原点（机床零点）一般取在卡 盘端面与主轴中心线的交点处。 数控铣床的原点：
X、Y、Z坐标轴正方向极限位置上。
4、机床参考点（机械原点）
有些数控机床直接回机床原点不方便，因此在每一个坐标 轴的移动范围内再设置一个点，称为机床参考点。可以与 机床原点重合，也可以不重合。
6）程序校验
将编写好的加工程序输入数控系统，就可以控制数控机床 的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。 通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨 迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数 控机床上，可通过显示走刀轨迹来模拟刀具对工件的切削 过程，对程序进行检查。还可以采用试切法进行检验。
9）模态指令
在上一程序段里写明的、本程序段里又不变化的那些指 令可以不写。
4、数控编程的步骤 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。 1）零件图样分析 分析工件的材料、形状、尺寸、精度及技术要求，确 定毛坯的材料、形状、尺寸和热处理方法；根据数控 机床的加工精度、适应性等特点，分析工件在数控机 床上进行加工的可行性，确定加工机床的种类和相关 参数。批量小、形状复杂、精度要求高的工件尤其适 合数控机床加工。
2）按先面后孔分
既要铣面又要镗孔时，先铣面，后镗孔。若先镗孔后铣面， 则极易在孔边产生飞边、毛刺，导致精度下降。 3）按所用刀具分 减少换刀次数
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3、数控加工工艺技术文件
填写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容 之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依 据，也是操作者遵守、执行的规程。技术文件是对数控加 工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、 装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其它技术问题。 数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和 原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、 数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可 根据企业实际情况自行设计。
对刀点是工件坐标系与机床坐标系之间的联系点，对刀的 目的是把工件原点在机床坐标系中的坐标值告诉数控系统。
3数控编程中的数值计算
根据零件图的要求，按照已经确定的加工路 线和允许的编程误差，计算数控系统所需的输 入数据，称为数值计算。具体地说，数值计算 就是计算工件轮廓或刀具中心轨迹上一些重要 点的坐标数据。 基点：工件上各几何元素间的连接点。
数控加工基本知识
内容
1 数控加工程序的基本知识 2 数控机床的坐标轴和坐标系 3 数控编程中的数值计算 4 数控加工的工艺基础
1数控加工程序的基本知识
// 开始符 % O1000 ； N10 G00 // 程序名 G54 X50 Y30 M03 S600; N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08; // 程序主体 N30 X90; …… N300 M30； % // 结束符
1、数控加工程序的一般格式
1）程序开始符、结束符 采用同一个符号，ISO代码中是%，EIA 中是EP，书写时要单列一段。 代码
2）程序名 程序名由英文字母O和1~4位正整数组成，一般要求 单列一段。 3）程序主体 由若干个程序段组成，每个程序段一般占一行。 4）程序结束指令 程序结束指令可以用M02或M30，一般要求单 列一段。
2）加工工艺分析 加工工艺分析的目的是制定工艺方案，包括：确定工件 的定位基准，夹具的选择及装夹；确定所选用的刀具，安 排合理的走刀路线，选用合理的切削量、进给速度和主轴 转速等切削参数；确定加工过程中是否需要提供冷却液， 是否需要换刀，何时换刀等。在安排工序时，要根据数控 加工的特点按照工序集中的原则，尽可能在一次装夹中完 成所有的加工内容。
5）制作控制介质 控制介质又称输入输出设备，其作用是输入程序，显示命 令与图形，打印数据等。数控程序的输入是通过控制介质 来实现的，目前采用较多的方法有软盘、通信接口和MDI 方式。MDI即手动输入方式，它是利用数控机床控制面板 上的键盘，将编写好的程序直接输入到数控系统中，并可 通过显示器显示有关内容。 随着计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）技术的发展， 有些数控机床可利用CAD／CAM软件在通用计算机上编程， 然后通过计算机与数控机床之间的通信，将程序与数据直 接传送给数控装置。
M98
M99
调用子程序
返回子程序
6）主轴转速功能字 S 地址符S+后续一组数字组成。 功能：指定机床主轴的转速或线速度，单位为 r/ min或m/ min 。 7）刀具功能字 T
地址符T+后续一组数字。
功能：指定加工时所用刀具的编号。 8）程序段结束符 ；
每一个程序段结束之后，都要加上程序段结束符， FANUC系统用“ ；”表示。
5、数控编程的方法 手工编程和自动编程。
手工编程：用人工完成程序编制的全部工作（包括用计算 机进行数值计算）。一般对几何形状不太复杂的零件，所 需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。
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。 采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程 序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘 制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是 否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由 于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值 计算，解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程 难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高， 可解决复杂形状零件的编程难题。
什么叫插补？ 所谓插补，就是在工件轮廓的起始点和终点坐标之间进行 “数据密化”，求取中间点的过程。由于直线和圆弧是构 成零件的基本几何元素，所以大多数数控系统都具有直线 和圆弧的插补功能。而椭圆、抛物线、螺旋线等复杂曲线 的插补，只有高档次的数控系统或特殊需要的数控系统中 才具备。
4）编写程序单 完成上述几个步骤后，编程人员就可以根据确定好的工艺 方案和获得的数据，按照数控系统的程序格式和代码格式 编写相应的加工程序。
2、工步的划分 工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。合理 的加工工艺，不仅要保证加工出符合图纸要求的零件，而 且要使机床的功能得到充分发挥，因此往往要将一道工序 分为多个工步来加工。 1）按粗加工、精加工分 某一表面的尺寸精度要求较高时，按粗加工、半精加工、 精加工一次完成；位置精度要求较高时，全部加工表面按 粗、精加工分开进行。
通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；数控 车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。
数控机床开机时，需要确定机床原点以建立机床坐标系，而 机床原点则通过回参考点来确认，所以机床开机后要先回机 床参考点，知道了参考点，也就知道了机床原点，从而就建 立了机床坐标系。
机械原点 Z
?x
z X
参考点
4数控加工的工艺基础
1、工序的划分
与普通机床相比，数控机床加工工序一般比较集中，在一 次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先根据零件图 样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个 零件的加工工作，若不能，则应决定其中哪一部分在数控 机床上加工，哪一部分不在数控机床上加工，即对零件的 加工工序进行划分。 工序的划分方法：刀具集中分序法、粗精加工分序法、加 工部位分序法和零件装夹分序法。 1）刀具集中分序法
Z
机床坐标系原点 工件坐标系原点
Y
0
X
0
1
6、工件坐标系（编程坐标系）
工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，也是加工 时使用的坐标系。工件坐标系各轴的方向与机床坐标系各 轴的方向一致。工件坐标系的原点称为工件原点。 在数控车床上，工件原点一般选在工件轴线与工件前端面、 后端面、卡爪前端面的交点上。 数控铣床和加工中心：工件原点一般选在长方体零件上表 面的左下角或中心处，或者圆柱体零件与上平面的交点处。 7、对刀点
2、什么是程序段 程序段由若干字组成，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。如：“X100.0”是一个字，X为地址符，数字 “100.0”为地址中的内容。
3、程序段格式 采用地址符可变程序段格式，程序段的长短、字 数目及排列顺序没有严格要求。不需要的字以及 与上一程序段相同的字可以不写。习惯顺序如下： N30 G00 X3 Z-5 F50 M03 S600 T0101
2）准备功能字 G 由地址符G和2~3位正整数组成。 功能：使数控装置作某种操作。
3）尺寸字 功能：用于确定刀具运动终点的坐标。 地址符+终点坐标值。 例如：X100、Z-50
4)进给功能字 F 由地址符F和后续一组数字组成。地址符F又称F功能或F指 令。 功能：指定刀具相对于工件的进给速度，单位为mm/ min 或mm/ r, FANUC系统默认为mm/ r，可以通过G99指令修 改，广州数控默认为mm/ min。 Fmm/min=Fmm/r X n
F在螺纹切削程序段中常用来表示螺纹的导程。
5）辅助功能字 M 由地址符M+1~3位的正整数组成。 功能：指定数控机床辅助装置的动作。例如：冷却液的 开关、主轴正反转、换刀等。 常见的M指令见下表。
M功能字 M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07 M08 M09 M30
含义 程序停止 计划停止 程序结束 主轴顺时针旋转 主轴逆时针旋转 主轴旋转停止 换刀 2号冷却液开 1号冷却液开 冷却液关 程序结束并返回开始处
2数控机床的坐标轴和坐标系
1.机床坐标系和机床原点 在数控机床上选定一个固定点作为坐标系原点而建立的 坐标系称为机床坐标系。这个固定点称为机床原点或机床 零点，它在机床装配、调试时就已经确定，一般不能变动。 2、机床坐标系各坐标轴方向的确定 机床相对运动的规定： 在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。刀 具远离工件的方向为各坐标轴的正方向。 1）Z坐标 平行于主轴轴线的坐标轴称为Z坐标轴，刀具离开工件的 方向为其正方向。
2）X坐标
X坐标平行于工件的装夹平面，位于水平面内。 a）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X轴正方向。 b）如果刀具做旋转运动，则分为2种情况： ① Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看 时，+X运动方向 指向右方。 ②Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向 指向右方。
在一次装夹中，尽可能用一把刀加工出可能加工的所有部 位，然后再换刀。专用数控机床和加工中心上常用此法。
2）粗精加工分序法 根据零件的形状、尺寸精度等因素，将零件的粗精加 工分开进行。先粗加工、半精加工，而后精加工。粗精加 工最好间隔一段时间。 3）加工部位分序法
对于加工内容较多、零件轮廓的表面结构差异较大的 零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内型、 外型、平面、曲面等。在一道工序中完成所有相同型面的 加工，然后再在另一道工序中加工其他型面。 4）零件装夹分序法 以一次安装作为一道工序。 总之，加工零件时，其加工工序的划分要视加工零件的具 体情况具体分析。