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第二章 数控机床编程

第二章 数控机床编程. 数控机床的插补原理 数控编程的步骤 数控编程代码的规定. §2-1 数控机床的插补原理. 一、数控机床坐标系. 在国际 ISO 标准中，数控机床坐标轴和运动 方向的设定均已标准化，我国机械工业部 1982 年 颁布的 JB3052-82 标准与国际 ISO 标准等效。. （一）数控机床坐标系的规定原则. 1 、右手直角坐标系（笛卡尔坐标系）. +Y. +Z ’. +B. +X ’. +X. +C. +A. +Z. +Y ’. 2 、刀具运动坐标与工件运动坐标. 在坐标系中， 字母不带“ ′ ” 的坐标表示工件固定、

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第二章 数控机床编程

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  1. 第二章 数控机床编程 数控机床的插补原理 数控编程的步骤 数控编程代码的规定

  2. §2-1数控机床的插补原理 一、数控机床坐标系 在国际ISO标准中，数控机床坐标轴和运动 方向的设定均已标准化，我国机械工业部1982年 颁布的JB3052-82标准与国际ISO标准等效。 （一）数控机床坐标系的规定原则 1、右手直角坐标系（笛卡尔坐标系）

  3. +Y +Z’ +B +X’ +X +C +A +Z +Y’ 2、刀具运动坐标与工件运动坐标 在坐标系中，字母不带“ ′”的坐标表示工件固定、 刀具运动的坐标 字母带“ ′”的坐标表示工件运动、 刀具固定的坐标 3、运动的正方向 使刀具与工件之间距离增大的方向规定为轴的正方向

  4. （二）坐标轴确定的方法 1、Z轴 • 一般取传递切削动力的主轴轴线方向方向为Z轴 • 正方向：取刀具远离工件的方向为正方向 • 当机床有几个主轴时，选一个垂直工件装卡面 的主轴为Z轴 • 当机床没有主轴时，选与装卡工件的工作台面 相垂直的直线为Z轴

  5. 2、X轴 • 刀具旋转 主轴垂直（立式）：面对主轴向右为正 主轴水平（卧式）：面对主轴向左为正 • 工件旋转 在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为X轴 正方向：刀具远离工件的方向 • 对于无主轴的机床 以切削方向为X轴正向 3、Y轴 按右手直角坐标系确定

  6. 卧铣床坐标系 立铣床坐标系 车床坐标系

  7. +X +Z

  8. +Z +Y +X

  9. 4、A、B、C轴 回转进给运动坐标 用右手螺旋法则确定 5、附加坐标 主坐标或第一坐标系：X、Y、Z 第二组附加坐标：U、V、W 第三组附加坐标：P、Q、R 旋转坐标：D、E

  10. （三）数控机床的两种坐标系 1、机床坐标系（机械坐标系） 数控铣床坐标系的原点 数控车床坐标系的原点

  11. 2、工件坐标系（编程坐标系） • 设置工件坐标系原点的原则： • 尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致 数控铣床工件坐标系的原点 数控车床工件坐标系的原点

  12. （四）绝对坐标与相对坐标 1、绝对坐标：坐标系内所有坐标点的坐标植均从某 一固定点坐标原点计量的坐标系，称 为绝对坐标系。 绝对坐标表示法

  13. （四）绝对坐标与相对坐标 2、相对坐标：坐标系内某一位置的坐标尺寸用相对 于前一位置的坐标尺寸的增量进行计 量的坐标系，称为相对坐标系。 相对坐标表示法

  14. 二、数控机床插补原理

  15. 一、概述 • 1、插补：机床数控系统按照一定的方法确定刀具运动轨迹的过 • 程叫插补。 • 2、插补方法： • 按输出信号 逐点比较法 脉冲插补法 数字积分法 增量插补法 直线插补法 圆弧插补法 • 按插补曲线形式 抛物线插补法 高次曲线插补法 3、插补器：数控系统中，完成插补工作的装置叫插补器。

  16. 4、插补器的分类： XeYj-YeXi tgi- tg=Yj/Xi-Ye/Xe= XiXe 硬件插补器 Y A(Xe,Ye) 软件插补器 二、逐点比较法 （一）逐点比较法直线插补 1、直线插补计算原理 （1）偏差计算公式 M(Xi,Yj) i  O X i> ,M点在直线上方，应向+X方向进给一步； i< ,M点在直线下方，应向+Y方向进给一步； i= ,M点在直线上面，应向+X方向进给一步；

  17. Y A(Xe,Ye) M(Xi,Yj) M1(Xi+1,Yj) O X 偏差 Pij= XeYj-YeXi 偏差公式 Pij>0,应向+X方向进给一步； Pij<0,应向+Y方向进给一步； Pij=0,应向+X方向进给一步； （2）偏差计算 递推法 若加工点M在直线上方时（或在直线上时）即Pij  0 Xi+1=Xi+1,Yj=Yj 所以，M1点的偏差 Pi+1,j= XeYj-YeXi+1 =XeYj-Ye(Xi +1) = XeYj-YeXi -Ye= Pij -Ye

  18. Y A(Xe,Ye) M1(Xi,Yj +1) M(Xi,Yj) O X 若加工点M在直线下方时 即Pij 0 Xi=Xi,Yj +1 =Yj +1 所以，M1点的偏差 Pi,j +1 = XeYj+1 -YeXi =Xe（Yj +1 ) -YeXi = XeYj-YeXi + Xe=Pij+ Xe 2、直线插补计算过程 四个节拍： 偏差计算坐标进给偏差计算终点判别

  19. 例：设加工第一象限直线，起点为坐标原点，终点坐标例：设加工第一象限直线，起点为坐标原点，终点坐标 （5，3），试进行插补计算并画出插补轨迹。

  20. （二）逐点比较法圆弧插补 Y A(5,3) O X Y B P(Xi,Yj) Rp R A(Xe,Ye) O X 1、圆弧插补计算原理 （1）偏差计算公式(第一象限逆圆弧) Rp> R,P点在圆弧上方， 应向-X方向进给一步； Rp< R,P点在圆弧下方， 应向+Y方向进给一步； Rp= R,P点在圆弧上面， 应向-X方向进给一步；

  21. Rp2= Xi2+ Yj2 R2= Xe2+ Ye2 Rp> R,P点在圆弧上方， 应向-X方向进给一步； (Xi2_ Xe2)+ (Yj2 _Ye2 ) >0 即: Xi2+ Yj2 > Xe2+ Ye2  Rp< R,P点在圆弧下方应向+Y方向进给一步； (Xi2_ Xe2)+ (Yj2 _Ye2 ) < 0 即: Xi2+ Yj2 < Xe2+ Ye2  Rp= R,P点在圆弧上面，应向-X方向进给一步； (Xi2_ Xe2)+ (Yj2 _Ye2 ) = 0 即: Xi2+ Yj2 = Xe2+ Ye2

  22. 偏差计算公式 偏差 Pij= (Xi2_ Xe2)+ (Yj2 _Ye2 ) 偏差公式 Pij>0,应向-X方向进给一步； Pij<0,应向+Y方向进给一步； Pij=0,应向-X方向进给一步；

  23. Y B P(Xi,Yj) P 1(Xi-1,Yj) Rp R A(Xe,Ye) O X （2）偏差计算 递推法 若加工点P在直线上方时（或在直线上时）即Pij  0 Xi-1=Xi-1,Yj=Yj 所以，P1点的偏差 Pi-1,j= (Xi -1) 2 - Xe2 + Yj2 _Ye2 = Xi 2_2 Xi +1 - Xe2 + Yj2 _Ye2 = Pij _2 Xi +1

  24. Y P1(Xi,Yj +1) B Rp P(Xi,Yj) R A(Xe,Ye) O X 若加工点M在直线下方时 即Pij 0 Xi=Xi,Yj +1 =Yj +1 所以，P1点的偏差 Pi,j +1 = (Xi2_ Xe2)+ (Yj +1 )2 _Ye2 =(Xi2_ Xe2)+ Yj2 +2 Yj +1 _Ye2 =Pij+2 Yj +1

  25. §2-2数控机床的编程步骤 一、数控机床编程的概念 数控编程：从分析零件图纸到制成数控机床所能识 别的数控加工程序的过程，称为数控编程。 程序单：记录工艺过程、工艺参数的表格，称为程 序单。 二、数控机床编程的内容和步骤 1、工艺分析 1）分析零件图样

  26. 数控加工合理性分析： 哪些零件适合于数控机床的加工以及 适合于在哪一类机床上加工。 • 合理性分析考虑的因素是： • 零件的技术要求能否保证； • 对提高生产率是否有利； • 经济上是否合算。

  27. Y a a b c b c d e f d e f O X • 分析零件图中的尺寸标注方法 分散基准标注方法 统一基准标注方法

  28. SR5 16 12 14 12 32 • 分析构成零件轮廓的几何元素条件

  29. 4 4 4 3 5 4 • 分析工件结构的工艺性 例1工件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸

  30. 例2工件内槽及缘板间的过渡圆角半径不应过小例2工件内槽及缘板间的过渡圆角半径不应过小

  31. 例3 工件槽底圆角半径不宜过大

  32. 2）确定工艺过程 • 对刀点与换刀点的确定 • 对刀点：是数控加工时刀具相对运动的起点， 也是程序的起点。 • 刀位点：是指确定刀具位置的基准点。 • 换刀点：是转换刀位置的基准点。

  33. 钻头 车刀、镗刀 平头立铣刀 球头铣刀

  34. Y X O 实际加工轮廓线 编程加工轮廓线

  35. 加工路线的确定 • 确定加工路线的原则 1）加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。 2）设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。 3）简化数值计算和减少程序段，减少编程工作量。 4）根据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚 度等情况，确定循环加工次数。 5）合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近 定位方法。 6）合理选用铣削加工中的顺铣和逆铣方式。

  36. 例1 数控车床加工路线 数控车床车削端面加工路线 数控车床车削外圆加工路线

  37. 例2 数控铣床加工路线 外轮廓铣削的加工路线 内轮廓铣削的加工路线

  38. 铣削内腔的加工路线

  39. 例3 孔加工定位路线

  40. 确定定位和夹紧方案 在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

  41. 例 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位 薄壁套筒 薄壁箱体

  42. Y 插补曲线 Y 加工直线 加工曲线 插补曲线 o X o X 2、数值计算

  43. 二、数控机床编程的内容和步骤 3、编写零件的加工程序单 4、程序输入 5、程序检验和首件加工

  44. §2-3数控编程代码的规定 准备功能代码 数控系统的指令代码分为二大类 辅助功能代码 一、准备功能指令 (Ｇ00-Ｇ99) 准备功能Ｇ代码由地址字符Ｇ与后面的二位数字组成 准备功能代码主要用于控制刀具对工件进行切削加工 • 主要指令 • 动作指令  G00快速定位  G01直线插补  G02顺时针圆弧插补  G03逆时针圆弧插补

  45. O Z X 例： C B G01 G00 G00 A G00

  46. Y C D B E A F O H G X P 例： G01 G02 G03 G01 G01 G03 G03 G00 G01

  47. Y G18 X G17 G19 Z 平面指令 G17 XY平面 XZ平面 G18 G19 YZ平面 • 刀补指令 G41 左补偿 刀具半径补偿 G42 右补偿 G43 取消补偿 G43 正刀补 刀具长度补偿 G44 负刀补 G49 取消补偿

  48. G41 G42

  49. 坐标系指令 G92 设定工件坐标系 G54-G59 工件坐标系1-6 • 固定循环指令 G73、 G74、 G76、 G80、 G81- G89 • 其它 G04 暂停 • G代码的形式 • 模态代码：一旦被执行，则一直有效，直至被同组 G功能指令注销为止 • 非模态代码：只在所在程序段中有效，也称一次性代码

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