数控加工的程序编制.ppt

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1、返回总目录,第3章 数控加工的程序编制,教学提示：主要介绍了数控编程的基础知识、工艺分析；常用G代码及M代码功能指令；数控车床加工程序的编制；加工中心程序的编制等。 教学要求：本章要求学生了解数控编程中的一些基础知识，包括零件程序编制的内容与方法、数控机床的坐标系统和零件加工程序的指令代码与程序结构。让学生掌握数控编程的基本知识和编程方法，并通过数控加工编程典型实例，加深和巩固数控编程的基础知识，能针对不同数控机床和加工对象进行具体分析，合理地、灵活地应用这些数控编程的基础知识来解决编程问题。, 3.1 零件程序编制的内容与方法 3.2 数控机床的坐标系统 3.3 零件加工程序的指令代码与程序

2、结构 3.4 数控加工编程实例,本章内容,3.1 零件程序编制的内容与方法,在数控机床上加工零件时，首先要将被加工零件的全部工艺过程以及其他辅助动作(变速、换刀、开关切削液、夹紧等)按运动顺序，用规定的指令代码程序格式编成一个加工程序清单，以此为依据自动控制数控机床完成工件的全部加工过程。从零件图样分析开始，到获得数控机床所需的加工程序(或控制介质)的过程称为程序编制。 程序编制有手工编程和自动编程。手工编程在点位直线加工及直线圆弧组成的轮廓加工中仍被广泛应用，但对于曲线轮廓、三维曲面等复杂形面，一般采用计算机自动编程。自动编程与手工编程相比，编程的准确性和质量提高，特别是复杂零件的编程，其技

3、术经济效益显著。,3.1.1 零件程序编制的内容与步骤,数控机床加工与普通机床加工的区别在于：普通机床是由操作人员手工操纵机床的启动、停止、主轴转速的改变、进给速度和方向的改变等，数控机床则是根据事先编写好的零件程序自动加工完成的。改变零件加工程序可以加工出不同形状的零件。程序编制的过程就是把零件加工所需的数据和信息，如零件的材料、形状、尺寸、精度、加工路线、切削用量及数值计算数据等按数控系统规定的格式和代码，编写成加工程序，然后将程序输入数控装置，由数控装置控制数控机床进行加工。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，而且应使数控机床的功能合理地应用和充分地发挥，使机床安全、可

4、靠、高效地工作。在编制程序之前，编程人员应充分了解数控加工工艺的特点，了解数控机床的规格、性能，熟悉数控系统所具备的功能及编程指令格式代码。 数控机床程序编制的内容与步骤一般包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、程序输入数控系统、校核加工程序和首件试切加工。程序编制的一般步骤如图3.1所示。,3.1 零件程序编制的内容与方法,图3.1 程序编制的一般步骤,3.1 零件程序编制的内容与方法,1. 分析零件图样 通过零件图样对零件材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理进行分析，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种类型的数控机床上加工，明确加工的内容及

5、要求、确定加工方案、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。一般说来，只有那些属于批量小、形状复杂、精度要求高及生产周期要求短的零件，才最适合数控加工。 2. 确定加工工艺过程 在对零件图样作了全面的分析后，确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)、加工路线(如对刀方式、选择对刀点、换刀点、制订进给路线以及确定加工余量)及切削用量等工艺参数(如进给速度、主轴转速、切削宽度和切削深度等)。制订数控加工工艺时，具体考虑以下几方面：,3.1 零件程序编制的内容与方法,1) 确定加工方案 除了考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功

6、能外，还须遵循数控加工的特点，按照工序集中的原则，尽可能在一次装夹中完成所有工序。 2) 工夹具的设计和选择 确定采用的工夹具、装夹定位方法等，减少辅助时间。若使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系。 3) 正确选择编程原点及坐标系 对于数控机床来说，编程原点及坐标系的选择原则如下： (1) 所选的编程原点及坐标系应使程序编制简单； (2) 编程原点、对刀点应选在容易找正并在加工过程中便于检查的位置； (3) 引起的加工误差小。,3.1 零件程序编制的内容与方法,4) 选择合理的进给路线 进给路线的选择应从以

7、下几个方面考虑： (1) 进给路线尽量短，并使数值计算容易，减少空行程，提高生产效率； (2) 合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击； (3) 保证加工零件精度和表面粗糙度的要求； (4) 保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉； (5) 有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。 5) 选择合理的刀具 根据零件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具。 6) 确定合理的切削用量 在工艺处理中必须正确确定切削用量。,3.1 零件程序编制的内容与方法,3. 数值计算 根据零件图样上零件的几何尺寸及确定的加工路

8、线、切削用量和刀具半径补偿方式等，计算刀具的运动轨迹，计算出数控机床所需输入的刀位数据。数值计算主要包括计算零件轮廓的基点和节点坐标等。 4. 编写零件的加工程序清单 在完成上述工艺处理和数值计算之后，根据计算出来的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工路线、刀具、切削用量以及辅助动作，依据数控系统规定使用的指令代码及程序段格式，逐段编写零件加工程序单。编程人员必须对所用的数控机床的性能、编程指令和代码都非常熟悉，才能正确编写出加工程序。 5. 程序输入数控系统 程序单编好之后，需要通过一定的方法将其输入给数控系统。常用的输入方法有：,3.1 零件程序编制的内容与方法,1) 手动数据输入 按所编程序

9、清单的内容，通过操作数控系统键盘上的数字、字母、符号键进行输入，同时利用CRT显示内容进行检查，即将程序清单的内容直接通过数控系统的键盘手动输入到数控系统。对于不太复杂的零件常用手动数据输入(MDI)显得较为方便、及时。 2) 用控制介质输入 控制介质输入方式是将加工程序记录在穿孔纸带、磁带、磁盘等介质上，用输入装置一次性输入。穿孔纸带方式由于是用机械的代码孔，不易受环境的影响，是数控机床传统的信息载体。穿孔纸带上的程序代码通过光电阅读机输入给数控系统，而磁带、磁盘上的程序代码是通过磁带收录机、磁盘驱动器等装置输入数控系统的。 3) 通过机床的通信接口输入 将数控加工程序通过与机床控制系统的通

10、信接口连接的电缆直接快速输入到机床的数控装置中，对于程序量较大的情况，输入快捷。,3.1 零件程序编制的内容与方法,6. 校核加工程序和首件试切加工 通常数控零件加工程序输入完成后，必须经过校核和首件试切加工才能正式使用。校核一般是将加工程序中的加工信息输入给数控系统进行空运转检验，也可在数控机床上用笔代替刀具，以坐标纸代替零件进行画图模拟加工，以检验机床动作和运动轨迹的正确性。 但是，校核后的零件加工程序只能检验出运动是否正确，还不能确定出因编程计算不准确或刀具调整不当造成加工误差的大小，即不能检查出被加工零件的加工精度，因而还必须经过首件试切加工进行实际检查，进一步考察程序清单的正确性并检

11、查工件是否达到加工精度。根据试切情况进行程序单的修改以及采取尺寸补偿措施等，当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正，直到加工出满足要求的零件为止。 完成了以上工作，并确认试切的零件符合零件图样质量、技术要求后，编程工作才算结束。所以，作为一名合格的编程人员，不但要熟悉数控机床的结构、数控系统的功能及相关标准，而且还必须是一名好的工艺人员，要熟悉零件的加工工艺、装夹方法、刀具、切削用量的选择等方面的知识。,3.1 零件程序编制的内容与方法,零件程序编制的方法有手工编程与计算机辅助自动编程两种。 1. 手工编程 手工编程是指从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序清单

12、、输入程序直至程序校验等各个步骤均由人工完成。手工编程适用于点位加工、几何形状不太复杂的零件加工或程序编制中坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。有时，手工编程也可用计算机辅助进行数值计算。 对于几何形状复杂、尤其是由空间曲面组成的零件，或具有非圆曲线的表面，或者零件的几何元素并不复杂，但程序量很大的零件(如一个零件上有许多个孔或平面轮廓由许多段圆弧组成)，或当铣削轮廓时，数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，而只能以刀具中心的运动轨迹进行编程等特殊情况，编程时数值计算烦琐且程

13、序量大，所需时间长，程序校验困难，手工编程就难以胜任，即使能够编出程序来，往往耗费很长时间，而且容易出现错误。据有关统计表明，对于这样的零件，当采用手工编程时，一个零件的编程时间与在机床上实际加工时间之比，平均约为301，而数控机床不能开动的原因中有20%30%是由于加工程序编制困难，编程所用的时间较长，造成机床停机。,3.1.2 零件程序编制的方法,3.1 零件程序编制的内容与方法,手工编程的不足是烦琐、费时，又复杂，而且容易产生错误。其原因是： (1) 零件图样上给出的零件形状数据往往比较少，而数控系统的插补功能要求输入的数据与零件形状给出的数据不一致时，就需要进行复杂的数学计算，而在计算

14、过程中可能会产生人为的错误。 (2) 加工复杂形状的零件轮廓时，图样上给出的是零件轮廓的有关尺寸，而机床实际控制的是刀具中心轨迹。因此，有时要计算出刀具中心运动轨迹的坐标值，这种计算过程也较复杂。对有刀具半径补偿功能的数控系统，要用到一些刀具补偿的指令，并要计算出一些数据，这些指令的使用和计算过程也比较烦琐复杂，容易产生错误。 (3) 当零件形状以抽象数据表示时，就失去了明确的几何形象，在处理这些数据时容易出错。无论是计算过程中的错误，还是处理过程中的错误，都不便于查找。 (4) 手工编程时，编程人员必须对所用机床和数控系统以及对编程中所用到的各种指令、代码都非常熟悉。这在编制单台数控机床的程

15、序时，矛盾还不突出，可以说不大会出现代码弄错问题。但在一个编程人员负责几台数控机床的程序编制工作时，由于数控机床所用的指令、代码、程序段格式及其他一些编程规定不一样，所以就给编程工作带来了易于混淆而出错的可能性。,3.1 零件程序编制的内容与方法,综上所述，手工编程的优点在于加工形状简单的零件(如直线与直线或直线与圆弧组成的轮廓)时，快捷、简便；不需要具备特别的条件(价格较高的自动编程机及相应的硬件和软件等)；对机床操作或程序员不受特殊条件的制约；还具有较大的灵活性和编程费用少等。 所以，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂零件的加工问题，采用手工编制程序已不能满足

16、要求，必须采用自动编程。手工编程目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的今天，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。,3.1 零件程序编制的内容与方法,2. 自动编程 自动编程是指借助于数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。自动编程也称为计算机(或编程机)辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成，如完成坐标值计算，编写零件加工程序单等，有时甚至能帮助进行工艺处理。自动编程方法编出的程序还可通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的图形检查，编程

17、人员可以及时检查程序是否正确，并及时修改。自动编程大大减轻了编程人员的劳动强度，提高效率几十倍乃至上百倍，同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。零件表面形状越复杂，工艺过程越烦琐，自动编程的优势越明显。 编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。,3.1 零件程序编制的内容与方法,按输入方式的不同，自动编程主要可分为

18、数控语言编程(如APT语言)、图形交互式编程(如各种CAD/CAM软件)、语音式自动编程和实物模型式自动编程等。现在，在我国应用较广泛的主要是语言自动编程和图形交互式编程。 1) 数控语言编程 数控语言编程要有数控语言和编译程序。编程人员需要根据零件图样要求，用一种直观易懂的编程语言(数控语言)编写零件的源程序(源程序描述零件形状、尺寸、几何元素之间相互关系及进给路线、工艺参数等)，相应的编译程序对源程序自动地进行编译、计算、处理，最后得到零件加工程序。数控语言编程中使用最多的是APT数控编程语言系统。APT系统是一个较大的系统，语句词汇较多，定义的几何类型较多，同时，美国还发展了针对性较强的

19、小型系统，如ADAPT、AUTOSPOT等。在数控语言自动编程的基础上，出现了会话型自动编程系统。通过与计算机对话的方式，输入必要的数据和指令，完成对零件源程序的编辑、修改。会话型自动编程系统有日本的FAPT、荷兰的MITURN、美国的NCPTS、我国的SAPT等。,3.1 零件程序编制的内容与方法,2) 图形交互式编程 图形交互式编程是以计算机绘图为基础的自动编程方法，需要CAD/CAM自动编程软件支持。这种编程方法的特点是以工件图形为输入方式，并采用人机对话方式，而不需要使用数控语言编制源程序。从加工零件的图形再现、进给轨迹的生成、加工过程的动态模拟，直到生成数控加工程序，都是通过屏幕菜单

20、驱动。具有形象直观、高效及容易掌握等优点。 近年来，国内外在微机或工作站上开发的CAD/CAM软件发展很快，得到了广泛应用。如美国CNC软件公司的MasterCAM、美国UGS(Unigraphics Solutious)公司的UG(Unigraphics)与SolidWorks无缝集成的黄金伙伴SolidCAM、我国北航海尔的制造工程师(CAXAME)等软件，都是性能较为完善的三维CAD造型和数控编程一体化的软件，而且具有智能型后置处理环境，可以面向众多的数控机床和大多数数控系统。 3) 语音式自动编程 语音式自动编程是利用人的声音作为输入信息，并与计算机和显示器直接对话，令计算机编出数控加

21、工程序的一种方法。语音编程系统编程时，编程员只需对着话筒讲出所需指令即可。编程前应使系统“熟悉”编程员的“声音”，即首次使用该系统时，编程员必须对着话筒讲述该系统约定的各种词汇和数字，让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字命令。,3.1 零件程序编制的内容与方法,4) 实物模型式自动编程 实物模型式自动编程适用于有模型或实物，而无尺寸的零件加工的程序编制。因此，这种编程方式应具有一台坐标测量机，用于模型或实物的尺寸测量，再由计算机将所测数据进行处理，最后控制输出设备，输出零件加工程序单或穿孔纸带。这种方法也称为数字化技术自动编程。 5) 计算机高级语言编程 由于计算机运算速度的不断提高，最

22、近出现了计算机高级语言编程，其特点是软件资源丰富，便于移植，开放性好，透明度好。从建立零件几何形状尺寸数学模型，到最终形成加工程序的每一环节，编程员都很清楚。只要熟悉所用机床加工程序的格式，就能使用自己熟悉的语言进行编程，但仅适合于可用数学表达式表达的加工对象。 应指出的是，手工编程与自动编程只是应用场合与编程手段的不同，而涉及的内容基础相同，最终所编出的加工程序应无原则性差异，都必须遵守具体数控机床数控程序所规定的指令代码、程序格式及功能指令编程方法。,3.1 零件程序编制的内容与方法,数控加工是建立在数字计算，准确地说是建立在工件轮廓点坐标计算的基础上的。正确把握数控机床坐标轴的定义、运动

23、方向的规定，以及根据不同坐标原点建立不同坐标系的方法，是正确计算的关键，并会给程序编制和使用维修带来方便。否则，程序编制容易发生混乱，操作中也易引发事故。,3.2 数控机床的坐标系统,1. 机床坐标系 为了确定机床的运动方向和移动距离，需要在机床上建立一个坐标系，这就是机床坐标系。机床坐标系是为了确定工件在机床上的位置、机床运动部件的特殊位置(如换刀点、参考点)以及运动范围(如行程范围、保护区)等而建立的几何坐标系，是机床上固有的坐标系。 1) 坐标系的确定原则 国际上已统一了数控机床的标准坐标系，我国也已制定了行业标准JB 30511999，其中规定的命名原则如下： (1) 数控机床的标准坐

24、标系(指X、Y、Z主运动，又称基本坐标系)采用笛卡儿直角坐标系。规定X、Y、Z三者的关系及其正方向用右手法则判定；围绕X、Y、Z各轴的回转运动坐标分别为A、B、C表示，其正方向用右手螺旋法则判定。右手直角坐标系统如图3.2所示。,3.2.1 数控机床的坐标系,3.2 数控机床的坐标系统,(2) 采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定不动；有的是工件运动，刀具固定不动。为编程方便，一律规定工件固定，刀具相对于工件运动。 (3) 正方向的确定原则。统一规定标准坐标系X、Y、Z作为刀具(相对于工件)运动的坐标系并增大刀具与工件之间距离的方向为各坐标

25、轴的正方向，反之则为负方向。按此规定并考虑到刀具与工件是一对相对运动，图中与X、Y、Z轴相反的方向规定为X、+Y、+Z，它们是工件(相对于刀具)正方向运动的坐标系。旋转坐标轴A、B、C的正方向确定按上述右手螺旋法则。,图3.2 右手直角坐标系统,3.2 数控机床的坐标系统,2) 各坐标轴的确定 确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴和Y轴。 (1) Z轴：规定以传递切削动力的主轴定为Z轴，当机床有两个以上的主轴时，则取其中一个垂直于工件装夹面的主要轴为Z轴。Z轴的正方向取为远离工件的方向，即从工件到刀具夹持的方向。如图3.3(g)所示的龙门式轮廓铣床，其右边主轴箱的铣刀主轴为Z轴，左侧

26、刀架主轴则用第二坐标系W表示。 (2) X轴：X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件装夹面。对于工件旋转运动的机床(车床、磨床)，取平行于横向滑座的方向(工件径向)为刀具运动的X坐标，取刀具远离工件的方向为正方向。对于刀具旋转运动的机床(如铣床、镗床)，当Z轴为水平时，由刀具主轴的后端向工件看，X轴正方向指向右方；当Z轴为立式时，由主轴向立柱看，X轴正方向指向右方。对于无主轴的机床(如刨床)，X轴正方向平行于切削方向。 (3) Y轴：Y轴与X、Z轴垂直。当X、Z轴确定后，按右手法则确定Y轴正方向,3.2 数控机床的坐标系统,(4) 附加坐标轴：前述的X、Y、Z为主运动坐标系，即第一坐标系，是指

27、最接近主轴的直线运动；如果数控机床的运动多于X、Y、Z三个轴，则一台机床上有平行于第一坐标系的第二组或第三组坐标系，就分别指定为U、V、W和P、Q、R，即其次接近主轴的为第二直线运动U、V、W，最远的为P、Q、R直线运动。六轴加工中心坐标系如图3.3(h)所示。 (5) 主轴回转运动方向：主轴顺时针回转运动的方向是按右螺旋进入工件的方向。 图3.3所示为几种典型机床的坐标系。,3.2 数控机床的坐标系统,图3.3 几种典型机床的坐标系,3.2 数控机床的坐标系统,续图3.3 几种典型机床的坐标系,3.2 数控机床的坐标系统,2. 工件坐标系(亦称编程坐标系) 建立工件坐标系的目的主要是为了编程

28、方便。编程人员以工件图样上的某一点为原点建立坐标系，其坐标轴及方向与机床坐标系一致，而编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定。 工件坐标系是以工件设计尺寸为依据建立的坐标系，工件坐标系是由编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序的起点，工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致，并且与之有确定的尺寸关系。机床坐标系与工件坐标系的关系如图3.4所示。不同的工件建立的坐标系也可有所不同，有的数控系统允许一个工件建立多个工件坐标系，或者在一个工件坐标系下再建立一个坐标系称之为局部坐标系。局部坐标系原点的坐标值应是相对工件坐标系，而不是相对于机床坐标系。通过建立多个工件坐标

29、系或局部坐标系可大大简化工件的编程工作。,3.2 数控机床的坐标系统,图3.4 机床坐标系与工件坐标系的关系,工件随夹具安装在机床上，这时测得的工件原点与机床原点间的距离称作工件原点偏置，如图3.4所示。该偏置值在加工之前预存到数控系统中，加工时，工件原点偏置量自动加到工件坐标系上，使机床实现准确的坐标运动。因此，编程人员可以不考虑工件在机床上的安装位置，直接按图样尺寸编程。,3.2 数控机床的坐标系统,1. 机床零点 机床坐标系的原点，即机床基本坐标系的原点，它是一个被确定的点，称为机床零点或机械零点(M)。 2. 机床参考点 与机床坐标系相关的另一个点称作机床参考点，又称机械原点(R)，它

30、指机床各运动部件在各自的正方向自动退至极限的一个固定点，可由限位开关精密定位，至参考点时所显示的数值则表示参考点与机床零点间的工作范围，XR、YR与ZR数值即被记忆在CNC系统中并在系统中建立了机床零点，作为系统内运算的基准点。有的机床在返回参考点(称“回零”)时，显示为零(X0，Y0，Z0)，则表示该机床零点被建立在参考点上。实际上，机床参考点是机床上最具体的一个机械固定点。机床一经设计和制造出来，机械原点就已经被确定下来，该点在机床出厂时已调定，用户一般不作变动。机床启动时，通常要进行机动或手动回零，就是回到机械原点。,3.2.2 数控机床上的有关点,3.2 数控机床的坐标系统,3. 工件

31、零点 工件零点即工件坐标系的原点，也叫编程零点。编程时，一般选择工件图样上的设计基准作为编程零点，例如回转体零件的端面中心、非回转体零件的角边、对称图形的中心，作为几何尺寸绝对值的基准。所以，工件零点一般选择原则归纳为： (1) 工件零点选在工件图样的尺寸基准上，这样可以直接用图样标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少计算工作量； (2) 能使工件方便地进行装夹、测量和检验； (3) 工件零点尽量选在尺寸精度比较高、粗糙度比较低的工件表面上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性； (4) 对于有对称几何形状的零件，工件零点最好选在对称中心点上。 在图3.5中，工件零点选在长方体零件的角

32、边。 4. 起刀点 起刀点是指刀具起始运动的刀位点，亦即程序开始执行时的刀位点。当用夹具时常与工件零点有固定联系尺寸的圆柱销等进行对刀，这时则用对刀点作为起刀点。 5. 刀位点 刀位点即刀具上表示刀具特征的基准点，如立铣刀、端面铣刀刀头底面的中心、球头铣刀的球头中心、车刀与镗刀的理论刀尖、钻头的钻尖。,3.2 数控机床的坐标系统,6. 对刀点和换刀点及其位置的确定 在程序编制时，要正确选择对刀点和换刀点的位置。对刀点可指刀具相对于工件运动的起点，因此，有时对刀点也是程序起点或起刀点。 选择对刀点的原则如下： (1) 便于数学处理(基点和节点的计算)和程序编制简单； (2) 在机床上容易找正；

33、(3) 加工过程中便于测量检查； (4) 引起的加工误差小。 对刀点既可以设在工件上(如工件上的设计基准或定位基准)，也可以设在夹具或机床上(夹具或机床上设相应的对刀装置)。若设在夹具或机床上的某一点，则该点必须与工件的定位基准保持一定精度的尺寸关系，图3.5所示为对刀点的设定，这样才能保证机床坐标系与工件坐标系的关系。为了提高工件的加工精度，对刀点应尽量选择在工件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的工件，对刀点应该设在孔的中心线上，这样不仅便于测量，而且也能减小误差，提高加工精度。对刀时，应使刀位点与对刀点重合。为减少找正时间和提高找正精度，可以使用对刀仪。,3.2 数控机床的坐标系统,对刀

34、点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。因此在批量生产中，要考虑对刀点的重复定位精度。一般，刀具在加工一段时间后或每次机床启动时，都要进行一次刀具回机床原点或参考点的操作，以减小对刀点累积误差的产生。 具有自动换刀装置的数控机床，如加工中心等，在加工中要自动换刀，还要设置换刀点。换刀点的位置根据换刀时刀具不碰撞工件、夹具、机床的原则确定。一般换刀点设置在工件或夹具的外部，并且应该具有一定的安全余量。,图3.5 对刀点的设定,3.2 数控机床的坐标系统,在数控机床上对工件进行的加工是依靠加工程序中的各种指令来完成的。这些指令有准备功能G和辅助功能M指令，还包含F进给功能、S主轴转速功能、T功能等

35、。国家标准GB/T 88701988中华人民共和国国家标准目录及信息总汇对零件加工程序的结构与格式做了相应规定。近年来数控技术发展很快，国内外许多厂商都发展了具有自己特色的数控系统，对标准中的代码进行了功能上的延伸，或做了进一步的定义，因此，在编程时必须仔细阅读具体机床的编程指南。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,1. 数控程序中的指令代码 数控机床的运动是由程序控制的，功能指令是组成程序段的基本单元，也是程序编制中的核心问题。 1) 程序段的顺序号字 由地址N及其后的数字组成。 2) 准备功能字 由G代码表示，使机床建立起(或准备好)某种工作方式的指令。常用G代码的用法详见后述。

36、3) 坐标尺寸字 尺寸字地址为X、Y、Z、U、V、W、I、J、K、R、A、B、C、 (见表3-1)。 4) 进给功能字 进给功能也称F功能，由地址码F及其后续的数值组成，用于指定刀具的进给速度。进给功能字应写在相应轴尺寸字之后，对于几个轴合成运动的进给功能字，应写在最后一个尺寸字之后。,3.3.1 零件加工程序的有关功能指令及其代码,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,进给速度的指定方法有直接法和代码法两种。直接指定法即按有关数控切削用量手册的数据或经验数据直接选用，用F后面的数值直接指定进给速度，一般单位为mm/min，切削螺纹时用mm/r，在英制单位中用英寸表示，例如，F300表示进

37、给速度为300mm/min。目前的数控系统大多数采用直接指定法。 用代码法指定进给速度时，F后面的数值表示进给速度代码，代码按一定规律与进给速度对应。常用的有1、2、3、4、5位代码法及进给速率数(FRN)法等。例如，2位代码法，即规定0099相对应的100种分级进给速度，编程时只指定代码值，通过查表或计算可得出实际进给速度值。 5) 主轴转速功能字 S用以指定主轴转速，由地址码S及后续的若干位数字组成，单位为r/min。S地址后的数值亦有直接指定法和代码法两种。现今数控机床的主轴都用高性能的伺服驱动，可用直接法指定任何一种转速。代码法现很少应用。例如，用直接指定法时，S3000表示主轴转速为

38、3000r/min。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,6) 刀具功能字 T指令用以指定刀具号及其补偿号，由地址码T及后续的若干位数字组成，用于更换刀具时指定刀具或显示待换刀号，如T01表示1号刀，如T0102，01表示选择1号刀具，02为刀具补偿值组号，调用第02号刀具补偿值，即从02号刀补寄存器中取出事先存入的补偿数据进行刀具补偿，刀具补偿用于对换刀、刀具磨损、编程等产生的误差进行补偿，一般，编程时常取刀号与补偿号的数字相同(如T0101)，显得直观一些。 7) 辅助功能字 由M代码表示，控制机床某一辅助动作的通断(开关)指令，如主轴的开、停，切削液的开、关，转位部件的夹紧与松开等

39、。常用M代码的用法详见后述。 8) 第二辅助功能字 第二辅助功能又称B功能，它是用来指令工作台进行分度的。B功能是用地址字B及其后面的2位或3位数字来表示，如：B60、B180、B270等。 表3-1为常见的地址字符及其意义。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,表3-1 地址字符及其意义,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,2. 常用准备功能指令及用法 G代码是与插补过程有关的准备功能指令，在数控编程中极其重要。目前，不同数控系统的G代码并非完全一致，因此编程人员必须熟悉所用机床及数控系统的规定。以下介绍常用的G代码指令及其编程方法。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,1

40、) 坐标系设定指令 (1) G92：设定工件坐标系 用绝对值编程时必须设定工件坐标系，必须先将刀具的起刀点坐标及工件坐标系的绝对坐标原点(也称编程原点)告诉数控系统。当工件安装后须确定工件零点在机床坐标系中的位置。G92指令用于实现此功能。 格式：G92 X_ Y_ Z_； 式中：X、Y、Z为当前刀位点在工件坐标系中的绝对坐标，由此也就确定了工件的绝对坐标原点位置。注意：G92指令只改变系统当前显示的坐标值，并不移动坐标轴，达到设定坐标原点的目的，对机床坐标并无影响；G92的效果是将显示的刀具坐标改为G92后面的编程值。G92为模态指令，只有在重新设定(一个程序中允许多次设定)时，先前的设定才

41、无效；须用单独一个程序段指定；在使用G92指令前，必须保证机床处于加工起始点，该点为对刀点。 例如图3.6中，加工开始前，将刀具置于一个合适的开始点。设在工件坐标系中的坐标值为(20，10，10)，执行程序的第一段为 G92 X20.0 Y10.0 Z10.0； 则建立了如图3.6所示的工件坐标系。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,(2) G54、G55、G56、G57、G58、G59：编程原点偏置 编程过程中，为了避免尺寸换算，需多次把工件坐标系平移。此法是将机床零点(参考点)与要设定的工件零点间的偏置坐标值，即工件坐标原点在机床坐标系中的数值用手动数据输入方式输入，事先存储在机床

42、存储器内，然后用G54G59任一指令调用。这些坐标系的原点在机床重开机时仍然存在。用此方法可以将工件坐标系原点平移至工件基准处，如图3.7所示。,图3.6 G92设定工件坐标系,图3.7 工件坐标系的设定,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,一旦指定了G54G59其中之一，则该工件坐标系原点即为当前程序原点，后续程序段中的工件绝对坐标均为相对此程序原点的值，例如以下程序： N01 G54 G00 G90 X30 Y20； N02 G55； N03 G00 X40 Y30； 执行N01句时，系统会选定G54坐标系作为当前工件坐标系，然后再执行G00移动到该坐标系中的A点(见图3.8)，执行

43、N02句时，系统又会选择G55坐标系作为当前工件坐标系，执行N03句时，机床就会移动到刚指定的G55坐标系中的B点(见图3.8)。 G54G59指令与G92指令的使用方法不同。使用G54G59建立工件坐标系时，该指令可单独指定(见上面程序N02句)，也可与其他程序指令同段指定(见上面程序N01句)，如果该程序段中有位置指令就会产生运动。可使用定位指令自动定位到加工起始点。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,若在工作台上同时加工多个相同工件时，可以设定不同的程序零点，如图3.7所示，共可建立G54G59六个加工坐标系。其坐标原点(程序零点)可设在便于编程的某一固定点上，这样只需按选择的坐

44、标系编程。所以，对于多程序原点偏移，采用G54G59原点偏置寄存器存储所有程序原点与机床参考点的偏移量，然后在程序中直接调用G54G59进行原点偏移是很方便的。采用程序原点偏移的方法还可实现零件的空运行试切加工，即在实际应用时，将程序原点向刀轴(Z轴)方向偏移，使刀具在加工过程中抬起一个安全高度即可。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,图3.8 工件坐标系的使用,G92指令与G54G59指令都是用于设定工件坐标系的，但它们在使用中是有区别的：G92指令是通过程序来设定工件坐标系的，G92所设定的加工坐标原点是与当前刀具所在位置有关的，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不

45、同而改变的。G54G59指令是通过CRT/MDI在设置参数方式下设定工件坐标系的，一经设定，加工坐标原点在机床坐标系中的位置是不变的，与刀具的当前位置无关，除非再通过CRT/MDI方式更改。G92指令程序段只是设定工件坐标系，而不产生任何动作；G54G59指令程序段则可以和G00、G01指令组合，在选定的工件坐标系中进行位移。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,(3) G90、G91：绝对坐标编程与增量坐标编程 在ISO与JB代码中，绝对坐标编程指令和增量坐标编程指令分别用G90和G91指定。G90表示程序段中的编程尺寸为绝对坐标值，刀具运动过程中所有的位置坐标均以固定的坐标原点为基准

46、给出的，即从编程零点开始的坐标值。如图3.9中，要求刀具由A点直线插补到B点，用G90编程，其程序段为：N20 G90 G01 X10 Y20；G91则表示增量值，刀具运动的位置坐标是以刀具前一点的位置坐标与当前位置坐标之间的增量值给出的。如图3.9中，用G91编程，其程序段为N20 G91 G0l X20 Y10。,图3.9 绝对坐标G90指令与 增量坐标G91指令应用,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,(4) G17、G18、G19：坐标平面选择指令 G17、G18、G19分别指定在XY、ZX、YZ平面上加工。对于三坐标的镗铣床和加工中心，常用这些指令命令机床按哪一个平面运动。当机

47、床只有一个坐标平面时，例如，车床总是在ZX平面内运动，无需编写平面选择指令。在XY平面内加工，一般G17可省略不写。这些指令在进行圆弧插补和刀具补偿时必须使用。例如：G18 G03 X_Z_I_K_F_ (加工ZX平面的逆圆弧)。 2) 加工方式指令坐标 (1) G00：快速点定位指令 G00命令刀具以点定位控制方式从刀具所在点以最快速度移动到指定位置，用于刀具的空行程运动，它只是快速到位，而其运动轨迹根据具体控制系统的设计可以有不同。进给速度F对G00程序段无效。G00是续效指令。 指令格式：G00 X_Y_Z_； 其中：X、Y、Z分别为G00的终点坐标。,3.3 零件加工程序的指令代码与程

48、序结构,例如，在图3.10中，刀具从起点快速运动到目标点，程序编制如下： 绝对值方式：G90 G00 X170 Y150； 增量值方式：G91 G00 X160 Y140；,图3.10 G00快速定位图例,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,(2) G01：直线插补指令 G01是直线运动指令，使机床各个坐标间以插补联动方式，按指定的F进给速度直线切削运动到规定的位置。 指令格式：G01 X_Y_Z_F_； 其中：X、Y、Z分别为G01的终点坐标，F为指定进给速度(mm/min)。 如图3.11所示，要求刀具由起点加工至目标点，程序编制如下： 绝对值方式：G90 G01 X210 Y120 F150； 增量值方式：G91 G01 X190 Y104 F150； 例如，图3.12所示为车削加工一个轴类零件，选零件右端面与轴线交点O为工件坐标系原点。,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,图3.11 G01直线插补图例,图3.12 直线插补举例说明,3.3 零件加工程序的指令代码与程序结构,绝对值编程： N01 G92 X200.0 Z100.0； (设定工件坐标系) N02 G00 X30.0 Z5.0 S8