数控工艺编程基础知识

数控工艺编程基础知识内容摘要：

常建立的附加 坐标系有： （ 1）指定平行于 X、 Y、 Z 的坐标轴 可以采用的附加坐标系：第二组 U、 V、 W 坐标，第三组 P、 Q、 R 坐标。 （ 2） 指定不平行于 X、 Y、 Z 的坐标轴 也可以采用的附加坐标系：第二组 U、 V、 W 坐标，第三组 P、 Q、 R 坐标。 编程坐标系 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。 编程坐标系中各轴的方向应该与所使用数控机床相应的坐标轴方向一致。 一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。 坐标系 原点的设置 机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即 机床坐标系的原点。 它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。 （ 1）数控车床的原点 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见图。 同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在 X、 Z 坐标的正方向极限位置上。 13 图 车床的机床原点 图 铣床的机床原点 （ 2）数控铣床的原点 在数控铣床上，机床原点一般取在 X、 Y、 Z 坐标的正方向极限位置上，见图。 （ 3）编程原点 编程原点是指根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点，即编程坐 标系的原点。 编程坐标系的原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，并考虑编程的方便性，编程坐标系各轴的方向应该与所使用数控机床相应的坐标轴方向一致。 （ 4）加工原点 加工原点也称程序原点。 是指零件被装卡好之后 ，相应的编程原点在机床原点坐标系中的位置。 在加工过程中，数控机床是按照工件装卡好后的加工原点及程序要求进行自动加工的。 加工原点是通过对刀实现的。 ５、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。 图 所示为数控车床的参考点与机床原点。 数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。 只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。 二 、 确定刀具与工件的相对位置 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 ，即确定加工原点 ，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。 图 数控车床的参考点 14 例如，加工 如 图 ，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。 各类数控机床的对刀方法是不完全一样的，这一内容将结合各类机床分别讨论。 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。 如图 所示 a)钻头的刀位点 b)车刀的刀位点 c)圆柱铣刀的刀位点 d)球头铣刀的刀位点 图 刀位点 三、 字与字的功能 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。 数控系统只能接受二进制信息，所以必须把字符转换成 8BIT 信息组合成的字节，用 ―0‖和 ―1‖组合的代码来表达。 国际上广泛采用两种标准代码： （ 1） ISO 国际标准化组织标准代码 （ 2） EIA美国电子工业协会标准代码 这两种 标准代码的编码方法不同，在大多数现代数控机床上这两种代码都可以使用 ，只需用系统控制面板上的开关来选择，或用 G 功能指令来选择。 字 在数控加工程序中，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 图 对刀点 15 操作。 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‖是一个字， X 为地址符，数字 ―2500‖为地址中的内容。 字的功能 组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以 FANUC0M 数控系统的规范为主来介绍的，实际工作中，请遵照机床数控系统说明书 来使用各个功能字。 （ 1） 顺序号字 N 顺序号又称程序段号或程序段序号。 顺序号位于程序段之首， 由 顺序号字 N 和后续数字组成。 顺序号字 N 是地址符，后续数字一般 为 1～ 4位 的 正整数。 数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关。 数控系统不是按顺序号的次序来执行程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。 顺序号的作用：对程序的校对和检索修改；作为条件转向的目标，即作为转向目的程序段的名称。 有顺序号的程序段可以进行复归操作，这是指加工可以从程序的中间开始，或回到程序中断处开始。 一般使用方 法：编程时将第一程序段冠以 N10,以后以间隔 10 递增的方法设置顺序号，这样，在调试程序时 ， 如果需要在 N10 和 N20 之间插入程序段时，就可以使用 N1N12 等。 （ 2）准备功能字 G 准备功能字的地址符是 G，又称为 G 功能或 G 指令， 它 是用于建立机床或控制系统工作方式的一种 命令。 准备功能字中的后继数字大多为两位数（包括 00），不少数控系统前置的“ 0”可以省略，如 G4。 G 指令分为模态指令和非模态指令，代码表中按代码的功能进行了分组。 非模态指令只在本程序段有效，模态指令可以在连续多个程序段中有效，直到被相同组别的代 码取代。 不同的数控系统的 G 指令功能字不尽相同，在编制数控程序时，必须遵照机床数控系统的说明书编制程序。 （ 3）尺寸字 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。 在一些数控系统中，还可以用 P 指令暂停时间、用 R 指令圆弧的半径等。 多数数控系统可以用准备功能字来选择坐标尺寸的制式，如 FANUC 诸系统可用G21/G22 来选择米制 单位或英制单位，也有些系统用系统参数来设定尺寸制式。 采用米制时，一般单位为 mm，如 X100 指令的坐标单位为 100 mm。 当然，一些数控系统可通过参数来选择不同的尺寸单位。 （ 4）进给功能字 F 进给功能字的地址符是 F，又称为 F 功能或 F 指令 ， 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 主轴转速功能字的地址符是 S，又称为 S 功能或 S 指令，用于指定主轴转速。 单位为 r/min。 对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的 S 指令用来指定车削加工的线速度数。 （ 6）刀具功能字 T 刀具功能字的地址符是 T，又称为 T 功能或 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。 16 （ 7）辅助功能字 M 辅助功能字的地址符是 M，后续数字一般 为 1～ 3 位正整数，又称为 M 功能或 M 指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。 和 G 指令一样， M 指令在实际使用中的标准化程度也不高。 四、 加工程序的一般格式 （ 1） 程序开始符、结束符 程序开始符、结束符是同一个字符， ISO代码中是 %， EIA代码中是 EP，书写时要单列一段。 （ 2）程序名 程序名有两种形式：一种是英文字母 O 和 1～ 4 位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。 一般要求单列一段。 （ 3）程序主体 程序主体是由若干个程序段组成的。 每个程序段一般占一行。 （ 4）程序结束指令 程序结束指令可以用 M02 或 M30。 一般要求单列一段。 加工程序的一般格式举例： % // 开始符 O1000 // 程序名 N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 F500 T02 M08 // 程序主体 N30 X90 …… N300 M30 // 结束符 % 第 2 步 ：数控编程基本指令 一 、 数控车床的编程特点 （ 1） 直径编程方式 在车削加工的数控程序中， X 轴的坐标值取为零件图样上的直径值的编程方式。 与设计、标注一致、减少换算， 给编程带来很大方便。 编程方 式可可由参数设定，一般默认直径方式。 如：华中数控 G36|—直径编程 G37—半径编程 西门子 G22—直径编程 G23—半径编程 （ 2） 增量编程和绝对编程 绝对编程：指令轮廓终点相对于工件原点绝对坐标值的编程方式。 增量编程：指令轮廓终点相对于轮廓起点坐标增量的编程方式。 有些数控系统还可采用极坐标编程。 数控 车床中用 X、 Z表示绝对编程，用 U、 W表示增量编 程，并且允许同一程序段中二者混合使用。 如直线 A→ B ,可用：绝对 : G01。 相对 : G01。 混用 : G01。 或 G01。 17 二 、 数控车床的基本编程 指令 F 功能 F 功能 指令用于控制切削进给量。 编程格式 ： F～ F后面的数字表示的是每 分 钟 进 给 量 ， 单 位 为 mm/min。 S 功能 S 功能指令用于控制主轴转速。 编程格式 S～ S 后面的数字表示 主轴 转 速，单位 为 r/min。 M 功能 M00： 程序暂停，可用 NC 启动命令（ CYCLE START）使程序继续运行； M01：计划暂停，与 M00 作用相似，但 M01可以用机床 ―任选停止按钮 ‖选择是否有效； M03：主轴顺时针旋转； M04：主轴逆时针旋转； M05：主轴旋转停止； M08：冷却液开； M09：冷却液关； M30：程序停止，程序复位到起始位置。 T 功能 T 功能指令用于选择加工所用刀具。 编程格式 T～ T 后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。 但也有 T 后面 用 四位数字，前两位是刀具号，后两位 既 是刀具 长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。 例： T0303 表示选用 3 号刀及 3 号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。 T0300 表示取消刀具补偿。 M 功能 M00： 程序暂停，可用 NC 启动命令（ CYCLE START）使程序继续运行； M01：计划暂停，与 M00 作用相似，但 M01 可以用机床 ―任选停止按钮 ‖选择是否有效； M03：主轴顺时针旋转； M04：主轴逆时针旋转； M05：主轴旋转停止； M08：冷却液开； M09：冷却液关； M30：程序停止，程序复位到起始位置。 加工坐标系设 置（ G50） 编程格式 G50 X～ Z～ 18 该指令是按照程序规定的尺寸字设置或修改坐标位置，定义一个工件坐标系，并确定刀具当前位置为坐标系中 X、 Z 的坐标值，不产生机床运动。 一旦建立起工件坐标系，后面指令中绝对坐标的位置都是再此坐标系中的坐标值。 式中 X、 Z 值是起刀点相对于加工原点的位置。 在数控车床编程时，所有 X 坐标值 均 使用直径值，如图 所示。 例：按图 设置加工坐标 的程序段如下： G50 G5 G5 G5 G5 G5 G59 选择 1～ 6 号加工坐标系。