数控机床编程基础知识ppt课件.ppt

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1、数控机床编程基础知识,一、教学基本要求1.了解数控编程方法和过程；2.熟悉数控机床的编程规则；3.熟悉数控机床的程序结构；4.了解数控编程G、M指令功能表；5.掌握常用M指令应用和F、S、T功能。 二、教学提示1教学重点：数控机床的编程规则和程序结构。 2教学难点：数控机床的程序结构。3教学手段和方法：课堂讲授结合自学。三、教学内容,第一节 数控编程方法和过程,一、数控编程的基本概念1.数控编程:是指从确定零件加工工艺路线到制成控制介质的整个过程。2.数控程序：有一定格式的加工程序单。3.程序单:记录工艺路线、走刀轨迹、工艺参数等的各种按一定格式组成的代码。,二、数控编程的过程 分四个阶段：工

2、艺处理阶段、数学处理阶段、制备控制介质阶段、程序校验及首件试切1工艺处理阶段(1) 分析零件图纸a.首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量要求以及毛坯形状和热处理要求等；b.完整地生成零件加工工艺流程； c.合理地生成该零件在相应数控机床上的加工工序及加工面；d.要充分考虑在该工序前后工序部分与数控机床加工特性相匹配。(2) 确定零件的安装方法和夹具a.要合理地选择定位基准和夹紧方案；b.要注意尽量减少装夹次数 ；,(3) “对刀点”和“换刀点”的确定 1)“对刀点”：就是在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，又称“起刀点”。 (程序编制时，不论实际上是刀具相对工件移动，或是工件相对于

3、刀具移动，都看作工件是相对静止的，而刀具在移动)。 对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系的关系，程序就是从这一点开始的。 刀具在机床上的位置是由“刀位点”的位置来表示的。 a.刀位点:对立铣刀、端铣刀和钻头而言，是指它们的底面中心；对球头铣刀而言，是指球头球心；对车刀和镗刀而言，是指它们的刀尖。,图3-1 数控机床加工零件的过程,b.选择对刀点的原则如下： 为了提高零件加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的零件，应将孔的中心作为对刀点； 对刀点应选在对刀方便的位置，以便于观察和检测； 对刀点选择应尽量便于坐标值的计算。对于建立了绝对坐标系统的数控机床，对刀点

4、最好选在该坐标系的原点上，或者选在已知坐标值的点上。2)“换刀点”：是为自动换刀数控机床多刀加工编程时设定的，因为这些机床加工过程中要更换刀具。 (4) 确定加工路线 加工路线(或称走刀路线)就是数控加工中刀具相对于工件运动的轨迹和方向，即指刀位点在加工中的运动轨迹和方向。 对点位控制的数控机床，如钻、镗床，要考虑尽可能缩短走刀路线，以减小空程时间； 在车削和铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出，而应沿零件的切向切入和切出； 确定加工路线时，还应使数值计算简单、程序段少，以减少编程工作量。,(5) 确定加工用量 包括切削深度或宽度、主轴转速、进给量等。 对粗加工、精加工、钻孔、攻丝等不同的切削

5、用量，都应编写在程序加工单上。其具体数值应根据数控机床使用说明书、切削原理中规定的方法并结合实践经验加以确定。 (6) 选择切削刀具 应考虑以下几方面的问题：a.工件材料的性质b.机床的加工能力，c.数控加工工序的类型，d.切削用量和进给速度，以及与机床、数控装置工作范围有关的许多因素。 同时，还应根据选择的刀具和被加工零件的材料，确定选用何种切削冷却手段。,2数学处理阶段主要指的是机床各坐标轴位移数据和插补的计算。 (1) 数值计算： a.零件形状比较简单,而数控装置的插补功能又与零件形状相符，并能实现刀具半径补偿时。b.零件形状比较复杂或零件形状与数控装置的插补功能不一致时 (2) 编写零

6、件加工程序单： 3制备控制介质阶段 4程序校验及首件试切,三、数控编程方法概述 1手工编程 编制零件加工程序的各个步骤，即从零件图样分析及工艺处理、数值计算、书写程序单、制作控制介质直至程序的检验，均由人工完成的即为手工编制程序的过程，亦称为“手工程序编制”。对于几何形状不太复杂的较简单的零件，采用手工编程较容易实现。 b.对于形状复杂的零件，手工编程难于胜任；甚至无法编出程序(即使编出，也是效率低，出错率也较高)。 2自动编程 使用计算机编制数控加工程序，自动地输出零件加工程序单及自动地制作控制介质的过程称作自动编程。,3面向车间的数控编程(WOP) 这是一种自动化程度介于手工编程和自动编程

7、之间的一种编程方法。 它是在借助计算机进行辅助数学处理的同时，更多地要求现场编程人员的参与，接纳专业技术人员的现场加工经验和生产实际情况，系统地提供较好的人机界面，弱化了对现场编程人员的计算机语言方面的要求，以对话方式同时借助图形提示和图形模拟来完成数控程序编制。,第二节 数控机床的编程规则,一、数控机床的坐标系统机床坐标系:确定机床上移动部件运动方向和距离的坐标系。数控机床的坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定，我国机械工业部标准JB3051-82与之等效。 (一) 规定原则1右手直角坐标系 (图3-2):用右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三轴，三个手指互相垂直，所指方向分别为

8、X、Y、Z轴的正方向。围绕X、Y、Z各轴的回转运动分别用A、B、C表示，其正向用右手螺旋定则确定。 2刀具运动坐标与工件运动坐标 统一规定：刀具运动坐标：用字母不带“”的坐标表示刀具相对“静止”工件而运动的刀具运动坐标；工件运动坐标：带“”的坐标表示工件相对“静止”刀具而运动的工件运动坐标。3运动的正方向 是使刀具与工件之间距离增大的方向,图3-2 右手直角坐标系,(二) 坐标轴确定的方法及步骤1Z轴 一般取产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀具远离工件方向为正向，如图3-3、图3-4所示。 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(图3-5)。 当机床无主轴时，以与装卡工件的工作台面相

9、垂直的直线为Z轴(图3-6)。,图3-3 车床坐标轴,a) b)图3-4 铣床坐标系a）立式 b）卧式,若Z轴方向进给运动部件为工件(工作台)，则用Z表示，其正向与Z轴相反，如图3-7a所示。,a),b)图3-5 龙门轮廓铣床坐标轴a）工作台移动式铣床b）框架移动式铣床,a),b)图3-6 刨床坐标系a）龙门刨 b）牛头刨,b)图3-7 升降台铣床 a)卧式 b)立式,2X轴 一般位于平行工件装卡面的水平面内。 对工件作回转切削运动的机床(如车、磨床)，在水平面内取垂直工件回转轴线(Z轴)的方向为X轴，刀具远离工件方向为正向(图3-3)。 对刀具作回转切削运动的机床(如铣、镗床)， 当Z轴竖直

10、(立式)时，人面对主轴，向右为正X方向(图3-4a)； 当Z轴水平(卧式)时，则向左为正X方向(图3-4b)。 对于无主轴的机床(如刨床)，则以切削方向为X正向(图3-6)。 若X方向进给运动部件是工作台，则用X表示，其正向与X正向相反(图3-7)。3Y轴 根据已确定的X、Z轴，按右手直角坐标系确定。同样，Y与Y正向相反，如图3-7所示。4A、B、C轴 此三轴为回转进给运动坐标，根据已确定的X、Y、Z轴，用右手螺旋法则来确定(图3-2、3-3)。,当Z轴竖直(立式)时，人面对主轴，向右为正X方向； 当Z轴水平(卧式)时，则向左为正X方向。,5附加坐标 若机床除有X、Y、Z(第一组)，主要直线运

11、动外，还有平行于它们的坐标运动，则分别命名为U、V、W(第二组)；若还有第三组运动，则命名为P、Q、R。 若除了A、B、C(第一组)回转运动外，还有其它回转运动，则命名为D、E、F等。,二、数控机床的两种坐标系1机床坐标系 又称机械坐标系，是机床运动部件的进给运动坐标系。即确定机床上运动部件的运动方向和距离的坐标系。 其坐标轴及方向按标准规定，其坐标原点的位置则由各机床生产厂设定。,数控车床的机床坐标系(XOZ)的原点O：（1）一般位于卡盘端面(图3-8a)；（2）或离卡爪端面一定距离处(图3-8b)；（3）或机床参考点(图3-8c)。 数控铣床的机床坐标系(XYZO)的原点O： （1）一般位

12、于机床参考点；（2）机床工作台中心上表面；（3）机床工作台某角上表面，即机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置，如图3-9所示。,2工件坐标系 又称编程坐标系，供编程用。 是用于确定工件几何图形上个几何要素（点、直线、圆弧）的位置而建立的坐标系。 规定：工件坐标系是“刀具相对工件而运动”的刀具运动坐标系。见图3-8中的XpOpZp及图3-9中XpYpZpOp。 工件坐标系的原点Op 也称工件零点或编程零点，其位置由编程者设定，一般设在工件的设计、工艺基准处，便于尺寸计算。（1）车床工件零点：一般设在主轴中心，工件右端面或左端面。（2）铣床工件零点：一般设在工件外轮廓的某一个角上，进刀深度方向的零

13、点，（工件上表面上）。,a) b) c) 图3-8 车床的两种坐标系a）CK3263 b）CK0630 c）CK6140XOZ-机床坐标系 XpOpZp-工件坐标系,图3-9 铣床的两种坐标系1一工件2一工作台,三、数控机床的零点和参考点定义机床零点(M):即机床坐标系的原点。机床坐标系统的设计零点，在制造机床时已经被确定下来，原则上是不可改变的。机床坐标系统就是以该点为原点建立的。工件零点(W)：是为编制加工零件程序而定义的点，可由编程员根据需要来定义。机床参考点(R)：是由机床制造厂家人为定义的点，机床参考点(R)与机床零点(M)之间的坐标位置关系是固定的，并被存放在数控系统的相应机床数据

14、中，一般是不允许改变的，仅在特殊情况下可通过变动机床参考点(R)的限位开关位置来变动其位置；但同时必须能准确测量出机床参考点(R)相对机床零点(M)的几何尺寸距离并存入放数控系统的相应机床数据中，才能保证原设计的机床坐标系统不被破坏。（通常设在加工空间的边沿） 机床参考点(R)的作用：就是在每次数控机床启动时，通过操作机床，执行机床回参考点(R)的运动，使数控系统的坐标系统与机床本身坐标系统相一致。 目前，数控机床在运行自动加工功能前都必须预先执行返回机床参考点(R)的操作。,图3-10 车床的参考点,第三节 数控机床的程序结构,一、程序字 一个程序段有若干个“字”组成。 程序中字符的集合，称

15、为程序字，简称字。程序字通常由一个地址(用字母表示)和一组数字组成，即“地址+数字”。如G01总称为字，其中G表示地址，01为数字组合，如图3-11所示。二、程序号 每一个程序必须先指定程序号。程序号的地址为字母O、P或，随机床而异，紧接着为4位数字。可编程序的范围从0001-9999。三、程序段号（程序句号） 每一个程序段都必须有一个段号；其地址为字母N，程序段编号范围为N000l-N9999。程序段号一般以递增10的方式编号，以便于修改时插入新语句。有些机床具有自动编号功能。四、程序段 程序段通常由程序段号及一个或多个程序字组成，如图3-12所示。一个程序段是一条完整的指令。,图3-11字

16、的含义,图3-12 程序段的含义,五、程序段格式（1） 程序段格式：是指程序段书写规则。包括机床所要求执行的功能和运动所需要的几何数据及工艺参数。（2）加工程序的组成：一个零件的加工程序是由若干以段号大小顺序排列的程序段组成。 每个程序段又由几部分组成，如表 3-1所示。,表3-1程序段组成,注：打* 者随机床类型而异，具体规定参照机床说明书。,六、自保持功能(1)为了使编程和输入尽可能简单，大多数G代码与M代码都具有自保持功能，除非它们被另一个指令取代或取消，否则总是有效。(2)另外，当X、Y、Z、F、S、T等字的内容不变时，下一程序段会自动接收该内容，因此可不必编写。 例如，有程序段： N

17、0010 G00 X30.0 Z10.0 S2000 T0202N0020 *G00 X15.0 Z1.0 *S2000 *T0202N0030 G01 *X15.0 Z-5.0 F120 *S2000 *T0202N0040 *G01 X14.0 *Z-5.0 *F120 *S2000 *T0202N0050 *G01 *X14.0 Z-12.0 *F120 *S2000 *T0202 上述程序中打*号者可不编写和输入计算机，具有自保持和自动接收功能，因此上述程序可简写为： N0010 G00 X30.0 Z10.0 S2000 T0202 N0020 X15.0 Z1.0 N0030 G0

18、l Z-5.0 F120 N0040 X14.0 N0050 Z-12.0,第四节 数控编程G、M指令功能表,在数控加工程序中，用各种G、M指令来描述工艺过程的各种操作和运动特征。国际上广泛使用ISO标准G、M指令。我国机械工业部制订的标准JB3208-83，与国际标准等效。表3-2、表3-3分别是我国JB3208-83标准G、M指令的功能定义表。G、M指令分别由地址字G、M以及2位数字组成，共有100种G指令和100种M指令：G00-G99，M00-M99。,表3-2 JB3208-83标准G指令功能,注： 1#号：如选作特殊用途，必须在程序格式说明中说明。 2如在直线切削控制中无刀具补偿，

19、则G43-G52可指定作其它用途。 3表中第(2)栏带括号(d)表示：可以被同栏中无括号的字母d注销或代替，也可被有括号(d)注销或代替。,表3-3 JB3208-83标准M指令功能,表中“不指定”的指令，用作将来修订标准时，供指定新的功能用。“永不指定”指令，说明即使将来修订标准，也不指定新的功能。这两类指令均可由数控系统设计者根据需要自行定义其功能。,数控编程中的一些特点。 1米制、英制编程 2直径、半径编程 3绝对值、增量编程 4尺寸单位 5初始状态 各类数控机床有其通电后的初始状态，常见如绝对值编程、米制单位、取消刀补、切削液停、主轴停等等。,6模态、非模态指令 （1）模态指令 a.G

20、、M指令均有模态与非模态之分，表3-2第(2)栏标有字母的指令以及表3-3第(4)栏标有“*”的指令为模态指令。b.模态G指令按功能分为若干组，标有相同字母的为同组。c.模态指令：也称续效指令，一经程序段中指定，便一直有效，直到以后程序段中出现同组另一指令(G指令)或被其它指令取消(M指令)时才失效。d.与上段相同的模态指令可省略不写。不同组模态指令编在同一段内，不影响其续效。例如； N0010 G91 G01 X10 Y10 Z-2 F150 M03 S1500 N0020 X15 N0030 G02 X20 Y20 I20 J0 N0040 G90 G00 X0 Y0 Z100 M02表3

21、-2第(3)栏有“*”和表3-3第(5)栏有“*”者为非模态(非续效)指令，其功能仅在出现的程序段中有效。,7M指令功能开始时间 (1)与同段其它指令的动作同时开始: 表3-3第(2)栏有“*”的M指令，其功能与同段其它指令的动作同时开始。 如上例第一段中，M03功能与G01功能同时开始，即在直线插补运动开始的同时，主轴开始正转，转速1500rmin。 (2)同段其它指令动作完成后才开始: 表3-3第(3)栏有“*”的M指令，其功能在同段其它指令动作完成后才开始。 如上例第四段中，M02功能在G00功能完成后才开始，即在移动部件完成G00快速点位运动后，程序才结束。,第五节 常用M指令应用,一

22、、程序暂停 指令：M00 功能：在完成该程序段其它指令后，M00使程序停在本段状态，不执行下段。 当按下控制面板上的循环启动键(CYCLE START)后，可继续执行下一程序段。 应用：该指令可应用于自动加工过程中，停车进行某些固定的手动操作，如手动变速、换刀等。 二、程序计划暂停 指令：M01 功能：与M00相似。不同的是，必须在控制面板上，预先按下“任选停止(OPTIONAL STOP)”开关，当执行完编有M01指令的程序段的其它指令后，程序即停止。 若不按下“任选停止”开关，则M01不起作用，程序继续执行。 应用：常用于关键尺寸的抽样检查或临时停车。,三、程序结束指令：M02 功能：该指

23、令表示加工程序全部结束。 它使主轴、进给、切削液都停止，机床复位。有的机床设定该功能可卷回纸带到“程序开始”字符。 应用：该指令必须编在最后一个程序段中。四、主轴正转、反转、停 指令：M03、M04、M05 功能：M03、M04指令使主轴正、反转。与同段其它指令一起开始执行。 所谓正转是沿主轴轴线向正Z方向看，顺时针方向旋转。逆时针方向则为反转。也可用右手定则判断：用右手拇指代表正Z方向，紧握四指则代表主轴正转方向。M05指令使主轴停止，是在该程序段其它指令执行完成后才停止的。格式：M03 S 或S M03 M04 S 或S M04,五、换刀指令：M06功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机

24、床，如加工中心和有回转刀架的数控车床。格式：M06 T 或T M06(有些机床规定，刀具号出现在换刀指令前一段；也有机床用T指令换刀而不用M06指令)六、冷却液开、关指令：M07、M08、M09功能：M07、M08分别命令2号切削液(雾状)和1号切削液(液状)开，M09命令切削液停。七、夹紧、松开指令：M10、M11功能：分别命令机床运动部件的夹紧与松开。应用：适用于工件、夹具、主轴、机床滑座等的夹紧与松开。八、纸带结束指令：M30 ，功能：在完成程序段所有指令后，使主轴、进给及冷却液停止，机床复位，纸带倒回到“程序开始”字符。即返回程序开头。应用：该指令必须编在最后一个程序段中，表示加工程序结束。,第六节 F、S、T功能,一、F进给功能用F功能可以直接规定各轴的进给速度，F功能用字母F及F后数字表示，其切削进给速度为mmmin。二、S主轴功能指定主轴转速的功能。S功能的单位是转分。 在编程时除用S代码指令主轴转速外，还要用M代码指令主轴转向，是顺时针转还是逆时针转。使用S功能一定要根据机床说明书中相应的值选定。三、T刀具功能刀具功能也称T功能。这是用来进行刀具选择的功能，刀具功能用字母T及后面的数字表示,