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第 3 章 数控机床的程序编程基础

第 3 章 数控机床的程序编程基础. 3.1 概述 3.1.1 数控编程的基本概念 数控机床是按 事先编好的程序 进行工作的。应把待加工零件的工艺参数、刀具轨迹、切削参数等等，按照规定的代码及格式编写 程序单 ，并输入到的数控装置里用于控制数控机床。 3.1.2 编程的内容及步骤. 1. 确定加工方案. 零件的 ：材料 选择 ：合适的数控机床 形状 合适的刀具

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第 3 章 数控机床的程序编程基础

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  1. 第3章 数控机床的程序编程基础 • 3.1 概述 • 3.1.1 数控编程的基本概念 • 数控机床是按事先编好的程序进行工作的。应把待加工零件的工艺参数、刀具轨迹、切削参数等等，按照规定的代码及格式编写程序单，并输入到的数控装置里用于控制数控机床。 • 3.1.2 编程的内容及步骤

  2. 1.确定加工方案 • 零件的：材料 选择：合适的数控机床 • 形状 合适的刀具 • 尺寸 合适的夹具 • 精度要求 合适的装夹方法 • 热处理硬度

  3. 2.工艺处理 • 确定以下参数：1）对刀点 • 2）换刀点 • 3）走刀路线 • 4）切削参数：主轴转速 • 下刀深度

  4. 3.数学处理数学处理有两个含义： • 1） 编程中需知道工件每段轮廓的起点、终点及线形。其中一些参数是不能从零件的设计图纸直接得出的，需要计算，如某些角度的直线到圆弧的切点。 • 2）数控机床一般只能加工直线或圆弧。若工件表面的轮廓是其它线形，例如渐开线等，则应该用直线和圆弧去拟合之。 • 更加复杂的轮廓面需要用计算机才能进行拟合并进而进行数学处理。（求起点、终点、线形等）

  5. 4.编写程序 • 根据所用机床和刀具以及指令格式，按照轮廓段逐段编写程序，一段轮廓一句程序。（故有时称一句程序为一程序段） • 5.制备程序控制介质 • 程序可以用Windows的写字板平台编制，并保存在内存中，用3 1/5软盘或U盘作为附件带出来 • 6.通过数控机床备有的RS232串行口将程序输入到数控机床里就完成了编程工作。

  6. 3.1.3 数控编程方法有3种编程方法：1）手工编程 2）APT语言3）交互式图形编程 • 1.手工编程 • 当零件比较简单时可以用手工编程（零件轮廓仅由直线和圆弧组成）。 • 2.APT 语言编程 • 此种方法现在已走下坡路，这里不作介绍 • 3.交互式图形编程 • 有的软件能在三维造型的基础上通过交互式对话自动生成数控程序。常用的软件有Mastercam；制造工程师（CAXA）;开目CAD等。其中民族产品CAXA还是比较好用的。

  7. 3.2 数控编程基础3.2.1 编程的几何基础 • 1.机床坐标系 • 机床使用笛卡尔直角坐标系，如图所示： • X、Y、Z为移动坐标，A、B、C为旋转坐标。实行右手定则

  8. 2.轴及方向的规定 • 1）Z轴 • 与机床主轴线平行的坐标轴为Z轴，远离工件的方向为Z轴的正向 卧式铣镗床 数控车床 立式铣床

  9. 2）X轴X轴一般是最长的运动轴：对铣镗类机床而言操作者面前的轴就是X轴，车床的X轴是大拖把的运动方向2）X轴X轴一般是最长的运动轴：对铣镗类机床而言操作者面前的轴就是X轴，车床的X轴是大拖把的运动方向 • 3）Y轴 • 用右手定则确定之。车床没有Y轴 • 4）回转轴 • 绕X轴旋转的刀具（工件）称为A轴，其+方向由右手定则确定。 • 绕Y轴旋转的刀具（工件）称为B轴，其+方向由右手定则确定。 • 绕Z轴旋转的刀具（工件）称为C轴，

  10. 3. 坐标系: 机床坐标系 工件坐标系（编程坐标系） • 由于机床坐标系的原点在机床的固定位置（顶点上），对于编程时的位置计算极不方便，人们习惯于以图纸设计基准为参考点，故采用工件坐标系进行位置计算，而将工件坐标系的原点在机床坐标系的位置关系（相对差值）记录下来------这就是确定工件坐标系。工件坐标系可以有几个，这可以方便几个工件的编程。用G54;G55等代码 记录

  11. 4. 绝对坐标系及增量坐标系 • 绝对坐标：每一个位置点均以工件坐标原点为 参考点 • 增量坐标：以前一段程序的终点为参考点。如下图，其相对坐标Ub=-15，Vb=-20 • 见图

  12. 5. 坐标数和多坐标加工 • 坐标数：可以用数字单独控制的坐标轴的数目。 • 有的坐标不能参与联动，但可以作周期进给，称为半个坐标，0.5轴。例下图中的2.5坐标机床。

  13. (a)2坐标加工 （b）2.5坐标加工 （c）3坐标加工

  14. 6. 直线插补及圆弧插补

  15. 7.刀具补偿：半径补偿及长度补偿 在铣工件轮廓面时，由于任何刀具均有半径，必须使刀具沿 轮廓的法线方向移动一个刀具的半径距离才能加工出规定的 形状。这就是刀具半径补偿（简称刀补）的道理所在。 用G41/G42记之 刀具 工件轮廓

  16. 刀具长度补偿 • 钻头、镗刀、铣刀刀具的实际长度与编程设定长度可能不一致，刀具的轴向位置需要进行数据上的调整，即进行长度补偿。 • 用G43/G44记之

  17. 刀具半径的选择 • 刀具半径r应小于轮廓最小曲率半径ρm： r=(0.8~0.9) ρm • 零件的加工高度H≤(1/4~1/6)R • 对不通孔槽刀具的可用于切削的长度L=H+5~10mm • 对通孔槽L=H+Re+5~10mm(Re:刀尖半径) • 粗铣内轮廓时，铣刀最大半径Dc: • Dc=2(δsinφ/2- δ1)/(1- sinφ/2)+D • 加工肋板端面（厚b）时，D=(5~10)b

  18. δ1 δ Dm δ1

  19. 8. 数控编程误差及其控制 • 1.近似计算误差 • 2.插补误差（编程误差）（走弦，图a） • 3.尺寸圆整误差（脉冲当量图b）

  20. 8.数控机床注意要点 1.）车螺纹 • 引入距离1：2~5mm • 超越距离2= 1/4 1 2

  21. 2.）铣削平面 • 切入切出：周边外延（图4-25 P118） • 铣内轮廓：法向切入切出（下图） • 走刀路线：下图c最好 行切法、环切法

  22. 3.3 数控系统的指令代码 • 我国参照国际标准对数控程序里代码的含义及格式制定了标准。（但是该标准无强制性，各厂家独出心裁花样百出）我们学习的是一般情况下的指令。真正工作时需参考机床厂的使用说明书 • 3.3.1 程序结构与格式 • 1.程序的地址、数据和字 • 英文字母及字符：地址 • 1~9、+、-、.：数字 • 2. 程序段与程序组成 • 一句程序一段轮廓 • ------ 程序段

  23. ％ O0024 N10 G54 G90 G49 G80 N20 M06 T01 N30 S1000 M03 N40 G00 X0.0 Y0.0 M08 N50 Z20. N60 G01 Z-6.F100.; N70 X10. Y10.; N80 G00 Z100.; N90 M09; N95 M30; % 以％开始 程序编号（程序名） 以绝对坐标编程 换1#刀具 启动主轴其转速1000rpm 快速移刀到X=0 Y=0处 抬刀（向上）20mm 向下进刀26mm f＝100 --- --- --- 加工程序已完成 以％收尾

  24. 1. 主要G代码说明 • G00 快速定位指令 • G90 绝对坐标编程 • G91 相对坐标编程 • G01 直线插补指令 • G02 顺时针圆弧插补指令 • G03 逆时针圆弧插补指令 • G04 暂停指令 • G17/G18/G19 平面选择指令 • G41、G42 左偏、右偏刀具半径补偿 • G54 工件坐标系设定指令

  25. 1）与坐标有关的G代码 :G90和G91 G50及G54 G17/G18/G19 • G90和G91:绝对坐标编程和相对坐标编程 • G50及G92： 车床及铣镗类机床工件坐标系设定 • 例G50 X200.0Z100.0指定了该工件的坐标系原点在图中“O”点处

  26. G54~G59 选定工件坐标系 • 事先将预定的工件坐标系原点输入到坐标系中，当选用该坐标系作为编程基准时，用G54～G59选定即可。 • 例：先在机床设定项目G54下输入X=66.79;Y=35.84 Z=0.0 • 如何在程序中调用G54即可确定该工件坐标系的原点。

  27. 2）与平面有关的G代码G17/G18/G19 • 在3坐标联动机床里（大部分机床）有时其插补平面仅需一个平面，我们用G17/G18/G19来指定在哪一个平面内进行插补。

  28. 3）与刀具运动相关的指令G00;G01;G02;G03 • 例如：G00 X20.Y30.其含义是令刀具快速从现存点到达X=20.00 Y=30.00的坐标点。“快速”的作用是节省刀具运动时间（提高效率），运用此代码时要特别注意把刀具升起来以避免打刀事故发生。 • G01 X20.Y24.Z15.F100.代表刀具以规定速度（100mm/min）运动到终点坐标处（X;Y;Z坐标值规定终点坐标）

  29. 圆心相对于圆弧起点的偏移量 • G02 顺园切削 X()Y() I() J() 『 R()』 • 终点坐标 圆心相对于圆弧起点的偏移量 • R= (1) 圆弧>=1800R<0 • (2) 圆弧<1800R>0 • 整园可不写终点坐标，但必须写I()J()（不能用R） • G03 逆园切削X10.0Y40.0I-30.0 ( R30.0)

  30. 圆弧插补的例子 第一条圆弧：G17 G90 G02 X79.0Y58.5 I39.0J8.5 F100. 第二条圆弧：G17G90G02 X79.0Y58.5 I-11.0J38.5F100. 还有：G17 G90 G02 X79.0Y58.5 R40. F100.（第一条圆弧） G17G90G02 X79.0Y58.5 R-40.0F100.（第二条圆弧） 第二条弧 第一条圆弧

  31. 4）与刀具补偿有关的G代码 长度补偿代码G43/G44 • 刀具组合完成后刀尖的长度（刀尖到主轴端面距离）不可能一致，显然用长度补偿的方法去修正这种误差较为方便。 • 刀具Z方向移动的距离是：指令值+刀具偏置值 • 刀具偏置值存放在“刀具偏置值寄存器中” 偏置值负值 偏置值为+

  32. 半径补偿代码G41/G42 • 根据刀具半径加工工件规定轮廓，数控系统自动计算刀具中心轨迹称为刀具半径补偿，其分为左刀补和右刀补两种情况。 • 例如：G01 G41 X40.0Y50. D04 • 刀补的方向是左还是右要根据刀具的前进方向和轮廓的法线方向按照左右定之。 刀补半径在这里 左刀补 直线插补的终点坐标

  33. 5）固定循环 • 固定循环功能： • 用一个G代码程序完成多个工步才能完成的动作 • 用数控机床加工：钻孔、锪孔、镗孔、铰孔、攻丝

  34. 固定循环的动作（1）X轴及Y轴定位（2）快进到参考平面 （R平面 ）（3）以切削进给方式 执行孔加工（4）在孔底刀具作动 作（5）返回参考平面（6）快速返回初始点 二选一

  35. G98/G99指令的用法 快速进给 切削进给

  36. 固定循环指令格式 • G91 G98 • G90 G99 G_X_Y_Z_R_Q_P_F_L_ • X_Y_ 孔的位置（与G90,G91有关） • Z---孔底位置 • R---R点的位置 • P－－在孔底的时间 • Q－－每次加工的深度(与G90,G91无关) • L－－循环次数

  37. 孔加工固定循环指令的形式及动作 • 1.高速深孔钻削循环（G73）(Z轴间歇进给) • G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_ K_； (X、Y)为孔位置数据; Z：增量编程时指从R点到孔底的增量值。绝对编程时指孔底的坐标值。 R：增量编程时指从初始平 面到R点的增量值。绝对编 程时指R点的坐标值。 Q_：每次切削进给的深度 K：加工相同距离的多个 孔时，指定循环次数K

  38. 75 120 40 例：加工4个直径为30mm通孔 G90 G00 X0.Y0. Z100. G98 G73 X120. Y-75. Z-46. R2.Q8.F60 Y75. X-120. Y-75. G80 G00 Z200.

  39. 初始平面 参考平面 R 工件上表面 主轴顺时针转动 主轴逆时针转动 Z 2、左旋螺纹攻丝循环（G74）G74X_Y_Z_R_P_F_K_； 其中P为暂停时间

  40. 主轴顺时针 初始平面 参考平面 R 工件上表面 P Z q 3、精密镗孔循环（G76）指令格式：G76X_Y_Z_R_ Q_P_F_K_；Q_：让刀位移量P_: 孔底停留时间 主轴定向准停动作 进行让刀 消除退刀痕迹

  41. 初始平面 G98 R G99 参考平面 工件上表面 Z 4、钻削循环（G81）G81X_Y_Z_R_F_K_； 定位，快进，工进，快速返回（钻孔及镗孔）

  42. 5、钻孔循环指令G82 G82 X-Y-Z-R-P- （与G81比，唯一区别是孔底增加暂停动作）停顿的时间由P值确定（带停顿的钻孔、扩孔及镗孔）6、深孔加工循环指令G83：G83 X-Y-Z-R-Q-F X、Y快速定位， 快进, 工进Q, 退D值， 再工进D+Q…..(加工深孔) G83示例

  43. G84:攻正向螺纹孔G85：镗孔 G84动作

  44. G87：反镗孔 G88：镗孔

  45. 固定循环编程举例 • ％ • O0026 • M06 T01 • G90 G00 G92 X0 Y0 • G43 H01 Z20 M03 S500 F30 • G98 G85 X0 Y0 R3 Z-45 //镗φ40孔 • G80 G28 G49 M06 T02 • G00 X-60 Y50 • G43 H02 Z10 M03 S600 • G98 G73 X-60 Y0 R-15 Z-48 Q4 F40 • X60 //钻φ13孔（先左后右） • G80 G28 G49 M06 T03 • G00 X-60 Y0 • G43 H03 Z10 M03 S350 • G98 G82 X-60 Y0 R-15 Z-28 P100 F25 • X60 //忽钻φ22孔（先左后右） • G80 G28 G49 Z0 M05 • G91 G28 X0 Y0 M30 • %

  46. 6）车削固定循环相当于普通车床的自动进刀 （一）、单一固定循环 • （1）外经或内径自动进刀指令G77: • G77 X_Z_F_(U_W_F_) • X,Z为加工终点坐标 (u,w为使用增量坐标时使用) • F 是切削速度

  47. (2)螺纹车削固定循环指令（在柱面或锥面上切削螺纹）(2)螺纹车削固定循环指令（在柱面或锥面上切削螺纹） • G78X_Z_F_/G78U_W_F_ • 式中的F 是与螺距有关的进给速度

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