1、第四章 數控編程基本知識第一節 數控編程的內容與方法第二節 數控編程的基本知識第三節 數控編程中的工藝分析第四節 數控編程中的數值計算第一節 數控編程的內容與方法 采用數控機床加工零件時，只需要將零件采用數控機床加工零件時，只需要將零件圖形和工藝參數、加工步驟等以數字信息圖形和工藝參數、加工步驟等以數字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統中，再由其進行運算處理后轉成驅動伺統中，再由其進行運算處理后轉成驅動伺服機構的指令信號，從而控制機床各部件服機構的指令信號，從而控制機床各部件協調動作，自動地加工出零件來。協調動作，自動地加工出零件來。 從零件圖紙到獲

2、得數控機床所需控制介質從零件圖紙到獲得數控機床所需控制介質的全部過程，即稱之為的全部過程，即稱之為數控編程數控編程。程序編制分為：手工編程和自動編程兩種。 手動編程手動編程：整個編程過程由人工完成。對編程人員的要求高（不僅要熟悉數控代碼和編程規則，而且還必須具備機械加工工藝知識和數值計算能力） 自動編程自動編程：編程人員只要根據零件圖紙的要求，按照某個自動編程系統的規定， 將零件的加工信息用較簡便的方式送入計算機，由計算機自動進行程序的編制，編程系統能自動打印出程序單和制備控制介質。第一節 數控編程的內容與方法q 手工編程適用于：幾何形狀不太復雜的零件。q 自動編程適用于：形狀復雜的零件，雖不

3、復雜但編程工作量很大的零件（如有數千個孔的零件）雖不復雜但計算工作量大的零件（如輪廓加工時，非圓曲線的計算）第一節 數控編程的內容與方法q據國外統計：用手工編程時，一個零件的編程時間與機床實際加工時間之比，平均約為 30：1。數控機床不能開動的原因中，有2030%是由于加工程序不能及時編制出造成的 編程自動化是當今的趨勢！編程自動化是當今的趨勢！ 第一節 數控編程的內容與方法二、手工編程的內容和步驟第一節 數控編程的內容與方法計算運動軌跡計算運動軌跡 根據零件圖紙上尺寸及工藝線路的要求，在選定的坐標系在選定的坐標系內計算零件輪廓和刀具運動軌跡的坐標值，并且按NC機床的規定編程單位（脈沖當量）換

4、算為相應的數字量，以這些坐標值作為編程尺寸。第一節 數控編程的內容與方法q 編制程序及初步校驗編制程序及初步校驗 根據制定的加工路線、切削用量、刀具號碼、刀具補償、輔助動作及刀具運動軌跡，按照數控系統規定規定指令代碼及程序格式，編寫零件加工程序，并進行校核、檢查上述兩個步驟的錯誤。 第一節 數控編程的內容與方法制備控制介質制備控制介質 將程序單上的內容，經轉換記錄在控制介質上，作為數控系統的輸入信息，若程序較簡單，也可直接通過鍵盤輸入。第一節 數控編程的內容與方法 程序的校驗和試切程序的校驗和試切所制備的控制介質，必須經過進一步的校驗和試切削，證明是正確無誤，才能用于正式加工。如有錯誤，應分析

5、錯誤產生的原因，進行相應的修改。第一節 數控編程的內容與方法常用的校驗和試切方法：q 對于平面輪廓零件可在機床上用筆代替刀具、坐標紙代替工件進行空運轉空運行繪圖。q 對于空間曲面零件，可用蠟塊、塑料或木料或價格低的材料作工件，進行試切，以此檢查程序的正確性。 第一節 數控編程的內容與方法q在具有圖形顯示功能的機床上，用靜態顯示（機床不動）或動態顯示（模擬工件的加工過程）的方法，則更為方便。q上述方法只能檢查運動軌跡的正確性，不能判別工件的加工誤差。首首件試切件試切(在允許的條件下)方法不僅可查出程序單和控制介質是否有錯，還可知道加工精度是否符合要求。 當發現錯誤時，應分析錯誤的性質，或修改程序

6、單，或調整刀具補償尺寸，直到符合圖紙規定的精度要求為止。第一節 數控編程的內容與方法第二節 數控編程的基本知識 一、程序的結構和格式一、程序的結構和格式結構結構 一個完整的程序由程序號、程序內容和程序結束三部分組成。程序號程序號 即開始部分。由地址碼和四位編號數字組成，地址碼可用P、O或者，根據系統而定。程序內容程序內容 主要部分，由若干程序段組成，每個程序段由若干個字組成，每個字由地址碼和若干數字組成。字是最小指令單位。程序結束程序結束 一般用輔助功能代碼M02或M30等表示程序段的構成程序段的構成程序段的構成主要是由程序段序號和各種功能指令程序段的構成主要是由程序段序號和各種功能指令構成的

7、：構成的：N_ G _ X（U）_ Z（W） _ F _ M _ S_ T _；其中，其中，N_為程序段序號；為程序段序號；加工程序的一般格式舉例：加工程序的一般格式舉例：第二節 數控編程的基本知識 格式格式 程序段格式是指一個程序段中的字、字符和數據的書寫規則，目前常用的是字地址可變程序段格式。 字地址可變程序段格式的特點：字的順序不嚴格，不需要的字以及上一程序相同的續效字可以省略。數據的位數可多可少。程序簡短、直觀、不易出錯，得到廣泛使用。二、程序編制中的坐標系二、程序編制中的坐標系總則：總則： 數控機床上的坐標系是采用右手直角笛數控機床上的坐標系是采用右手直角笛卡兒坐標系。卡兒坐標系。X

8、 X、Y Y、Z Z直線進給坐標系按右直線進給坐標系按右手定則規定，而圍繞手定則規定，而圍繞X X、Y Y、Z Z軸旋轉的圓周軸旋轉的圓周進給坐標軸進給坐標軸A A、B B、C C則按右手螺旋定則判定則按右手螺旋定則判定。（二）坐標軸確定的方法（二）坐標軸確定的方法1 1、Z Z軸軸v一般取傳遞切削動力的主軸軸線方向方向為一般取傳遞切削動力的主軸軸線方向方向為Z Z軸軸v正方向：取刀具遠離工件的方向為正方向正方向：取刀具遠離工件的方向為正方向v當機床有幾個主軸時，選一個垂直工件裝卡面當機床有幾個主軸時，選一個垂直工件裝卡面 的主軸為的主軸為Z Z軸軸v當機床沒有主軸時，選與裝卡工件的工作臺面當

9、機床沒有主軸時，選與裝卡工件的工作臺面 相垂直的直線為相垂直的直線為Z Z軸軸2、X軸1)1) 刀具旋轉刀具旋轉主軸垂直（立式）：面對主軸向右為正主軸垂直（立式）：面對主軸向右為正主軸水平（臥式）：面對主軸向左為正主軸水平（臥式）：面對主軸向左為正2)2) 工件旋轉工件旋轉在水平面內取垂直于工件回轉軸線的方向為在水平面內取垂直于工件回轉軸線的方向為X X軸軸 正方向：刀具遠離工件的方向正方向：刀具遠離工件的方向3)3) 對于無主軸的機床對于無主軸的機床以切削方向為以切削方向為X X軸正向軸正向3 3、Y Y軸軸 按右手直角坐標系確定按右手直角坐標系確定車床坐標系車床坐標系 立銑床立銑床坐標系坐

10、標系 臥銑床坐標系臥銑床坐標系 +X+X+Z+Z+Z+Z+X+X+Y+Y4 4、A A、B B、C C軸軸 回轉進給運動坐標回轉進給運動坐標用右手螺旋法則確定用右手螺旋法則確定5 5、附加坐標、附加坐標主坐標或第一坐標系：主坐標或第一坐標系：X、Y、Z第二組附加坐標：第二組附加坐標：U、V、W第三組附加坐標：第三組附加坐標：P、Q、R（三）數控機床的兩種坐標系（三）數控機床的兩種坐標系1 1、機床坐標系（機械坐標系）、機床坐標系（機械坐標系）數控車床坐標系的原點數控車床坐標系的原點 數控銑床坐標系的原點數控銑床坐標系的原點 2 2、工件坐標系（編程坐標系）、工件坐標系（編程坐標系）v設置工件坐

11、標系原點的原則：設置工件坐標系原點的原則：盡可能選擇在工件的設計基準和工藝基準上，工件盡可能選擇在工件的設計基準和工藝基準上，工件坐標系的坐標軸方向與機床坐標系的坐標軸方向保坐標系的坐標軸方向與機床坐標系的坐標軸方向保持一致持一致 數控車床工件坐標系的原點數控車床工件坐標系的原點 數控銑床工件坐標系的原點數控銑床工件坐標系的原點 運動方向的確定原則運動方向的確定原則 為了便于數控編程，按部頒標準為了便于數控編程，按部頒標準JB3051-82JB3051-82規規定：定： 永遠假定刀具運動相對于靜止的工件坐標永遠假定刀具運動相對于靜止的工件坐標系而運動。系而運動。簡言之：簡言之：刀具運動，工件不

12、動刀具運動，工件不動。絕對坐標編程與相對坐標編程絕對坐標編程與相對坐標編程數控編程通常都是按照組成圖形的線段或圓弧數控編程通常都是按照組成圖形的線段或圓弧的端點的坐標來進行的。的端點的坐標來進行的。當運動軌跡的終點坐標是相對于線段的起點來當運動軌跡的終點坐標是相對于線段的起點來計量的話，稱之為計量的話，稱之為相對坐標編程相對坐標編程。當所有坐標點的坐標值均從某一固定的坐標原當所有坐標點的坐標值均從某一固定的坐標原點計量的話，就稱之為點計量的話，就稱之為絕對坐標編程絕對坐標編程圖例圖例 從從A B 用絕對坐標編程為：用絕對坐標編程為： X12.0 Y15.0 若用相對坐標編程則為：若用相對坐標編

13、程則為：U-18.0 V-20.0 進給功能指進給功能指 （F F功能）功能）1 1、G99G99：每轉進給量：每轉進給量格式：格式：G99_（F_）；）； G99G99使進給量使進給量F F的單位為的單位為mm/rmm/r。如圖所示。如圖所示。2 2、G98G98：每分鐘進給量：每分鐘進給量格式：格式：G98_（F_）；）； G98G98使進給量使進給量F F的單位為的單位為mm/minmm/min。如圖所示。如圖所示。* *數控車床中，當接入電源時，機床進給方式默認數控車床中，當接入電源時，機床進給方式默認G99G99。刀具功能指令刀具功能指令 (T(T功能功能) )該指令可指定刀具號及刀

14、具補償號。該指令可指定刀具號及刀具補償號。格式：格式：T_ _ _ _；前兩位指定刀具序號；前兩位指定刀具序號；后兩位指定刀具補償號。后兩位指定刀具補償號。* *刀具序號盡量與刀塔上的刀位號相對應；刀具序號盡量與刀塔上的刀位號相對應；* *刀具補償包括幾何補償和磨損補償；刀具補償包括幾何補償和磨損補償；* *為使用方便，盡量使刀具序號和刀具補償號保持一致；為使用方便，盡量使刀具序號和刀具補償號保持一致；* *取消刀具補償，取消刀具補償，T T指令格式為：指令格式為：T _ _或或 T _ _ 00。輔助功能指令（輔助功能指令（M M功能）功能）M M代碼代碼 功能功能 M M代碼代碼 功能功能

15、 M00 M00 程序停止程序停止 M12 M12 尾頂尖伸出尾頂尖伸出M01M01計劃停止計劃停止M13M13尾頂尖縮回尾頂尖縮回M02M02程序結束程序結束M21M21門打開可執行程序門打開可執行程序M03M03主軸順時針轉動主軸順時針轉動M22 M22 門打開無法執行程序門打開無法執行程序 M04 M04 主軸逆時針轉動主軸逆時針轉動 M30 M30 程序結束返回程序頭程序結束返回程序頭 M05 M05 主軸停止主軸停止 M98 M98 調用子程序調用子程序M08 M08 冷卻液開冷卻液開 M99 M99 子程序結束子程序結束 M09 M09 冷卻液關冷卻液關 G功能功能(格式：格式：G

16、后可跟后可跟2位數位數)代 碼 組 意 義 代 碼 組 意 義 代 碼 組 意 義 *G00 快速點定位 *G40 刀補取消 G73 車閉環復合循環 G01 直線插補 G41 左刀補 G76 00 車螺紋復合循環 G02 順圓插補 G42 07 右刀補 G80 車外圓固定循環 G03 逆圓插補 G52 00 局部坐標系設置 G81 車端面固定循環 G32 01 螺紋切削 零 點 G82 01 車螺紋固定循環 G04 00 暫停延時 G54G59 11 偏 置 *G90 絕對坐標編程 G20 英制單位 G65 00 簡單宏調用 G91 03 增量坐標編程 *G21 02 公制單位 G66 宏指令

17、調用 G92 00 工件坐標系指定 G27 回參考點檢查 G67 12 宏調用取消 * G98 每分鐘進給方式 G28 回參考點 G71 車外圓復合循環 G99 05 每轉進給方式 G29 06 參考點返回 G72 00 車端面復合循環 注：(1) 表內00組為非模態指令，只在本程序段內有效。其他組為模態指令，一次指定后持續有效，直到被本組其他代碼所取代。 (2) 標有*的G代碼為數控系統通電啟動后的默認狀態。S功能功能 S S功能指令用于控制主軸轉速功能指令用于控制主軸轉速 S后面的數字表示主軸轉速，單位為r/min。在具有恒線速功能的機床上，S功能指令還有如下作用： 最高轉速限制最高轉速限

18、制 編程格式 G50 S S后面的數字表示的是最高轉速：r/min 例：G50 S3000 表示最高轉速限制為3000r/min 恒線速控制恒線速控制 編程格式編程格式 G96 S S后面的數字表示的是恒定的線速度：m/min。 例：G96 S150 表示切削線速度控制在150 m/min。 恒線速取消恒線速取消 編程格式 G97 S S后面的數字表示恒線速度控制取消后的主軸轉速，如S未指定，將保留G96的最終值。 例：G97 S3000 表示恒線速控制取消后主軸轉速3000 r/min。 第三節 數控編程中的工藝分析 加工工藝的主要內容 工序劃分原則 零件裝夾 加工路線的確定 選擇刀具和切削

19、用量 工藝文件編制數控加工的工藝處理內容數控加工的工藝處理內容除了編程之外，數控加工還包括編程前要除了編程之外，數控加工還包括編程前要做的一系列工藝及編程后的處理工作，一般包做的一系列工藝及編程后的處理工作，一般包括：括：（1 1）分析被加工零件圖樣分析被加工零件圖樣，明確加工內容及技術要求，明確加工內容及技術要求，在此基礎上確定零件的加工方案，制定數控加工工藝在此基礎上確定零件的加工方案，制定數控加工工藝路線，如工序的劃分、加工順序的安排、與傳統加工路線，如工序的劃分、加工順序的安排、與傳統加工工序的銜接等。工序的銜接等。（2 2）設計數控加工工序設計數控加工工序。如工步的劃分、零件的定位。

20、如工步的劃分、零件的定位與夾具、刀具的選擇、切削用量的確定等。與夾具、刀具的選擇、切削用量的確定等。（3 3）調整數控加工工序的程序調整數控加工工序的程序。如對刀點、換刀點的。如對刀點、換刀點的選擇、加工路線的確定、刀具的補償。選擇、加工路線的確定、刀具的補償。（4 4）處理數控機床上部分工藝指令處理數控機床上部分工藝指令。數控加工零件的選定數控加工零件的選定數控加工方法的選擇數控加工方法的選擇總的原則總的原則：保證加工表面的加工精度和表面粗保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。糙度的要求。數控車數控車適合于加工形狀比較復雜的軸類零件和由復雜適合于加工形狀比較復雜的軸類零件和由復雜曲線回轉

21、形成的模具內型腔，曲線回轉形成的模具內型腔，立式數控銑立式數控銑適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復雜的適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復雜的平面或立體零件，以及模具的內、外型腔等。平面或立體零件，以及模具的內、外型腔等。臥式數控銑臥式數控銑則適合于加工箱體、泵體、殼體類零件。則適合于加工箱體、泵體、殼體類零件。多坐標聯動的加工中心多坐標聯動的加工中心還可以用于加工各種復雜的曲還可以用于加工各種復雜的曲線、曲面、葉輪、模具等。線、曲面、葉輪、模具等。 加工工序的劃分加工工序的劃分 1 1、按先面后孔原則劃分工序、按先面后孔原則劃分工序當零件上既有面加工，又有孔加工時，可先當零件上既有面加工，又有孔加

22、工時，可先加工面，后加工孔，這樣可以提高孔的加工精度。加工面，后加工孔，這樣可以提高孔的加工精度。2 2、按粗、精加工方式劃分、按粗、精加工方式劃分即先粗加工再精加工，粗精加工之間，最好即先粗加工再精加工，粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變形能得到充分隔一段時間，以使粗加工后零件的變形能得到充分恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。 3 3、按所用刀具劃分工序、按所用刀具劃分工序即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再換另一把刀具完成所有可能加工到的部位，然后再換另

23、一把刀具加工其它部位。加工其它部位。按粗、精加工方式劃分按粗、精加工方式劃分根據零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，根據零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序可按粗、精加工分開的原則來劃分工序. .此時可用不同的機此時可用不同的機床或不同的刀具順次同步進行加工。床或不同的刀具順次同步進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面粗、精加通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面粗、精加工完畢后，再加工零件的其它表面，否則可能會在對新的工完畢后，再加工零件的其它表面，否則可能會在對新的表面進行大切削量加工過程中，因切削力太大而引起已精表面

24、進行大切削量加工過程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面變形加工完成的表面變形 。粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變形能得到充分恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精形能得到充分恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。度。 加工工序的劃分加工工序的劃分 按所用刀具劃分工序按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數，壓縮空程時間，減少不為了減少換刀次數，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工

25、完成所有可能加工到的部位，然把刀具加工完成所有可能加工到的部位，然后再換另一把刀具加工其它部位。在專用數后再換另一把刀具加工其它部位。在專用數控機床和加工中心上常采用此法。控機床和加工中心上常采用此法。 加工工序的劃分加工工序的劃分 工件的安裝與夾具的選擇工件的安裝與夾具的選擇1 1、定位裝夾的基本原則、定位裝夾的基本原則1 1）、力求設計、工藝與編程計算的基準統一。）、力求設計、工藝與編程計算的基準統一。2 2）、盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，）、盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。加工出全部待加工表面。3 3）、避免采用占機人工調整式加工方案，以充分

26、發）、避免采用占機人工調整式加工方案，以充分發揮數控機床的效能。揮數控機床的效能。4 4）、為了防止零件夾緊引起的變形對加工產生較大）、為了防止零件夾緊引起的變形對加工產生較大的影響，施力點應靠近主要支撐點或切削部位。的影響，施力點應靠近主要支撐點或切削部位。 工件的安裝與夾具的選擇工件的安裝與夾具的選擇2 2、選擇夾具的基本原則、選擇夾具的基本原則1 1）、當零件加工批量不大時，應盡量采用）、當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調式夾具及其它通用夾具，以組合夾具、可調式夾具及其它通用夾具，以縮短生產準備時間，節省生產費用。縮短生產準備時間，節省生產費用。2 2）、零件的裝卸要快速、方

27、便、可靠，以）、零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。縮短機床的停頓時間。3 3）、夾具上各零部件應不妨礙機床對零件）、夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊各表面的加工。即夾具要開敞，其定位夾緊機構元件不能影響加工中的走刀機構元件不能影響加工中的走刀 對刀點與換刀點對刀點與換刀點對刀點對刀點換刀點換刀點加工路線的確定加工路線的確定加工路線的確定加工路線的確定下面結合具體實例說明一下下面結合具體實例說明一下 對于數控車床的加工路線一般遵循以下原則：先粗后精，即按照粗車半精車精車的順序進行，逐步提高加工精度先近后遠，即離對刀點遠的部位后加工，以便縮短

28、刀具移動距離，減少空行程時間，并有利于保持半成品的剛性，改善其切削條件。 孔類加工（孔類加工（鉆孔、鏜孔）原則：在滿足精度要求的前提下，盡可能減 少空行程： 加工路線的確定加工路線的確定n 個)(1) 1(2bananb+-=-+=（黃線長紅線長ba+切入/出段+切入/出段銑槽方案銑槽方案a、b 行切法 c、環切法 d、綜合法 車削或銑削：車削或銑削： 原則： 盡量采用切向切入/出，不用徑向切入/出，以避免由于 切入/出路線的不當降低零件的表面加工質量。 加工路線的確定加工路線的確定選擇刀具和切削用量 刀具的選擇車削用刀具尖形車刀尖形車刀 以直線切削刃為特征的車刀。如外圓偏刀、端面車刀、切操刀等。最常用圓弧形車刀圓弧形車刀 由圓弧構成主切削刃的車刀。主要用于各種光滑連接的成型面成型車刀成型車刀 刀具刀刃的形狀與被加工零件的輪廓形狀完全相同，如螺紋車刀等選擇刀具和切削用量 刀具的選擇銑削用刀具銑削銑削平面平面 硬質合金