《 数控机床及编程 》

1. 《数控机床及编程》 天津滨海职业学院 陈天祥 Made:Chen Tianxiang

2. 第三章 数控编程基础知识 3-1数控编程的过程及方法 • 程序编制的过程 • 数控程序编制的方法 3-2 数控加工程序的格式及常用指令 • 程序结构与格式 • 指令字及其功能介绍 3-3 数控加工的工艺分析 • 加工方法的确定 • 加工工序的划分 • 工件的安装与夹具的选择 • 刀具的选择及加工路线的确定 Made:Chen Tianxiang

3. 数控程序编制的概念 数控程序编制的概念 在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。 数控程序编制的定义 编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。 % O0001 N100 G21 N102 G00 G40 G49 G80 G90 N104 T01 M06 N106 G00 G90 G54 X-19.3 Y-15.6 S1200 M03 N108 G43 H01 Z60.0 M08 N110 Z34.8 N112 G01 Z29.8 F2.0 N114 X19.305 N116 G00 Z50.0 N118 X24.248 Y-5.2 N120 ……… Made:Chen Tianxiang

4. 数控程序编制的内容及步骤 制定工艺方案 分析零件图样 图形的数学处理 编写程序清单 程序校验 修改 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。编程工作主要包括： （1）分析零件图样 （2）制定加工工艺方案 （3）图形的数学处理 （4）编写零件的加工程序清单 （5）程序检验 与首件试切 Made:Chen Tianxiang

5. 数控程序编制的方法 编程手册 零件图样 工艺人员 夹具表 工艺规程 编程人员 加工程序初稿 加工程序 机床表 刀具表 修改 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。 （1）手工编程 手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。 （2）计算机自动编程 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，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此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。 Made:Chen Tianxiang

6. 数控加工程序的格式 一个数控加工程序是若干个程序段组成的。每个程序段是由一个或多个指令字组成。指令字表示一个信息单元，具体指明机床要完成的指定动作。程序段形式如下： N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08说明： 在程序段中必须明确组成程序段的各个要素： • 移动目标：终点坐标值X、Y、Z； • 沿怎样的轨迹移动：准备功能字G； • 进给速度：进给功能字F； • 切削速度：主轴转速功能字S； • 使用刀具：刀具功能字T； • 机床辅助动作：辅助功能字M % O0001 N100 G21 N102 G00 G40 G49 G80 G90 N104 T01 M06 N106 G00 G90 G54 X-19.3 Y-15.6 S1200 M03 N108 G43 H01 Z60.0 M08 N110 Z34.8 N112 G01 Z29.8 F2.0 N114 X19.305 N116 G00 Z50.0 N118 X24.248 Y-5.2 N120 ……… Made:Chen Tianxiang

7. 指令字及其功能 1、字符与代码：字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。 2、指令字：在数控加工程序中，指令字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。指令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：“X2500”是一个指令字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。 3、指令字的功能：组成程序段的每一个指令字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0T数控系统的规范为主来介绍的。 （1）顺序号字N 顺序号又称程序段号或程序段序号,位于程序段之首,由地址符N和后续数字组成。 （2）准备功能字G 准备功能字的地址符是G，又称为G代码或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。附： 准备G功能字含义表，见书P22表2-2 Made:Chen Tianxiang

8. 指令字及其功能 （3）坐标字 坐标字也称尺寸字，用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组 A，B，C，D，E 用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组 I，J，K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。 （4）进给功能字F 进给功能字F，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。 （5）主轴转速功能字S 主轴转速功能字S，又称为S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。 （6）刀具功能字T 刀具功能字T，又称为T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。 （7）辅助功能字M 辅助功能字M，后续数字一般为1～3位正整数，又称为M代码或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。附： 辅助M功能字含义表，见书P23表2-3 Made:Chen Tianxiang

9. 数控加工工艺分析的主要内容 一般数控加工工艺主要包括以下的主要内容： 1、根据零件图纸的要求，确定数控加工内容。 2、结合零件加工表面的特点和数控设备的功能，分析加工工艺（如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工艺的衔接等）。 3、确定零件加工方案，设计数控加工工艺路线（如工步的划分，零件的定位与刀具、夹具的选择，切削用量的确定，对刀点和换刀点的选择，加工路线的确定等）。 4、分析数控加工中的误差，确定补偿信息。 5、编写和调整数控加工程序。 Made:Chen Tianxiang

10. 加工方法的确定 对于一个零件来说，并非全部加工过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分适合数控加工。同时，数控机床也有许多种型号、规格和不同的性能，不同类型的机床有着不同的用途。这就需要我们对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序，并为其选择相应的机床来加工。 1、适于数控加工的内容。在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。 2、不适于数控加工的内容。 （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。 Made:Chen Tianxiang

11. 加工工序的划分 1、根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： （1）以一次安装、加工作为一道工序。 （2）以同一把刀具加工的内容划分工序 （3）以加工部位划分工序 （4）以粗、精加工划分工序 2、顺序的安排顺序安排一般应按以下原则进行： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑； （2）先进行内腔加工，后进行外形加工； （3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 3、数控加工工艺与普通工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等。 Made:Chen Tianxiang

12. 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。 如左图薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。在夹紧中图所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，或在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形,如右图所示。 Made:Chen Tianxiang

13. 确定定位和夹紧方案 例如，加工右图所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具定位元件圆柱销的中心线与定位平面A的交点作为加工的对刀点。显然，这里的对刀点也恰好是加工原点。 Made:Chen Tianxiang

14. 刀具的选择 在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。 所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如下图所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。 Made:Chen Tianxiang

15. 对刀点与换刀点的位置 对刀点：对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：（1）所选的对刀点应使程序编制简单； （2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； （3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。 换刀点： 换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。 Made:Chen Tianxiang

16. 切削用量的确定 对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。 编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。 背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。 编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。右表为车削加工时的选择切削条件的参考数据。 Made:Chen Tianxiang

17. 确定走刀路线和安排加工顺序 　　走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： 1、寻求最短加工路线 如加工下图所示零件上的孔系。中图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用右图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。 Made:Chen Tianxiang

18. 确定走刀路线和安排加工顺序 2、最终轮廓一次走刀完成 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。 如下图为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用中图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。右图也是一种较好的走刀路线方式。 Made:Chen Tianxiang

19. 确定走刀路线和安排加工顺序 3、选择切入切出方向 考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如右图所示。 4、选择使工件在加工后变形小的路线 对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。 Made:Chen Tianxiang

20. 机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。 　　通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。下图为数控车床的参考点与机床原点。　 Made:Chen Tianxiang

21. 课后习题 1、 Made:Chen Tianxiang