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1、第2章数控加工编程基础,2.1 概述,2.2 字符与代码,2.4 程序段与程序格式,本章小结,2.3 数控机床的坐标系,本章学习目标：本章是数控编程的基础，主要讲述了数控编程的基础知识，常用G代码及M代码功能指令，数控机床坐标系，数控程序段与程序格式等。本章要求熟悉数控加工程序格式以及编程步骤，熟记数控机床坐标系的确定方法和右手笛卡尔直角坐标系的应用。,2.1 概 述,目的：程序编制是数控加工的一项重要工作，理想的加工程序不仅应保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床安全可靠及高效地工作。,内容与步骤：分析被加工零件的零件图，确定加工工
2、艺过程；进行刀具运动轨迹坐标计算；编写程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切等。,2.1.1 数控机床编程的目的与步骤,1分析零件图纸 分析工件材料、形状、尺寸精度及毛坯形状和热处理等，确定工件在数控机床上进行加工的可行性。,2工艺处理 制定数控加工工艺除考虑一般工艺原则外，还应考虑充分发挥所有数控机床的指令功能，走刀路线要短，换刀次数尽可能少等。,（1）确定加工方案；（2）刀具、工夹具的设计和选择；（3）选择对刀点：对刀点是指刀具相对零件运动的起始点。对刀点也称作程序起 始点或起刀点。对刀点的选择原则是：所选对刀点应使程序编制简单、工件容 易找正，并在加工过程中便于检查和减小加工误差的位置
3、。,（4）确定加工路线：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率；保证加工 零件的精度和表面粗糙度的要求；有利于简化数值计算，减少程序段的数目和 编程的工作量。（5）确定切削用量：包括背吃刀量、侧吃刀量、主轴转速（切削速度）及进给速度。,3进行刀具运动轨迹坐标计算,根据零件图的几何尺寸、进给路线及设定的工件坐标系，计算工件粗、精加工各种运动轨迹关键点的坐标值。,4编写程序单,编程人员要了解数控机床的性能、程序指令代码以及数控机床加工零件的过程，才能编写出正确的加工程序。,5制备控制介质,控制介质有穿孔带、磁带、磁盘和U盘等。,6程序校验和首件试切,程序的验证可采用仿真软件（如：德国的Dia
4、log；国产的宇龙、斯沃、金银花数控仿真软件等）在计算机上进行模拟，也可利用数控机床的空运行功能进行检验，以检查机床的动作和运动轨迹的正确性。为了检查出由于编程计算不准确或刀具调整不当造成的加工误差的大小，还需经过试切进行检验。根据试切情况对程序进行修改。,2.1.2 数控机床程序的编制方法,1手工编程 从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成。对形状简单的工件，可以使用手工编程。手工编程既经济又及时。但对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件（如叶片、复杂模具），或者表面的几何元素并不复杂而程序量很大的零件（如复杂的箱体
5、），或者工步复杂的零件，手工编程就难以胜任，因此必须用自动编程的方法。为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效解决复杂零件的加工问题，应当使手工编程向自动编程方向发展，但也要看到，手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心的经验都来源于手工编程，二者是相辅相成的。,2自动编程 自动编程也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。典型的自动编程有人机对话式自动编程及图形交互式自动编程。,UGCATIAPRO/ECimatronMaster CAMDELCAMCAXA制造工程师,常用的CAD/CAM软件,CAD-Computer Aided Design 计算机辅助设计CA
6、M-Computer Aided Manufacturing 计算机辅助制造,（1）UG：Unigraphics 是美国Unigraphics Solution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，现被西门子公司收购，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。,（2）CATIA：Catia是法国达索（Dassault）公司推出的产品，法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。CATIA据有强
7、大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。CATIA具有较强的编程能力，可满足复杂零件的数控加工要求。目前一些领域采取CATIA设计建模，UG编程加工，二者结合，搭配使用。,（3）Pro/E：是美国PTC（参数技术有限公司）开发的开发的软件，是全世界最普及的三维 CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工 业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用，设计建模采用PRO/E，编程加工采用MASTER
8、CAM 和CIMATRON 是目前通行的做法。,（3）Cimatron：Cimatron系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。Cimatron CAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎，国内模局制造行业也在广泛使用。,（4）Master CAM:Master CAM是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型，Master c
9、am提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。Master Cam 具有较强的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多种选择方式，可以满足复杂零件的曲面加工要求，同时具备多轴加工功能。由于价格低廉，性能优越，成为国内民用行业数控编程软件的首选。,（）DELCAM：FeatureCAM是美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAMCAM软件，全新的特征概念，超强的特征识别，基于工艺知识库的材料库，刀具库，图标导航识别，基于工艺卡片的编程模式。全模块的软件，从25轴铣削，到车铣复合加工，从曲面加工到线切割加工，为车间编程提供全面解决方案。DELCA
10、M软件后编辑功能相对来说是比较好的。近年来国内一些制造企业正在逐步引进，以满足行业发展的需求，属新兴产品。,（）CAXA制造工程师：CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CADCAM产品，为国产CADCAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。作为我国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌，CAXA已经成为我国CAD/CAM/PDM业界的领导者和主要供应商。CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。,2.2 字符与代码,2.2.1 字符与代码,字符（Ch
11、aracter）：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。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由09共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。,2.2.1 字符与代码,字符（Character）：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。字符是机器
12、能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由09共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。,2.2.2 数控机床功能代码,1准备功能 准备功能（G功能）是使数控机床建立起某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。G功能由地址符G和其后的两位数字组成，从G00G99共100种功能。,2辅助功能 辅助功能（M功能）是用于指定
13、主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，工件或刀具的夹紧和松开，刀具的更换等功能。辅助功能字由地址符M和其后的两位数字组成。从M00M99共100种功能。,2.3 数控机床的坐标系,2.3.1 坐标系及运动方向的规定 目前，国际标准化组织已经统一了标准的坐标系。我国已制订了JB3051-82数控机床坐标和运动方向的命名数控标准，它与ISO841等效。,标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，如图2-2所示。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。,在坐标轴命
14、名或编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，即刀具相对运动的原则，并同时规定刀具远离工件的方向为各坐标的正方向。,标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系，如图2-2所示。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。,2.3.2 机床坐标轴的确定,确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。,1Z轴的确定,Z轴的方向是由传递切削力的主轴确定的，标准规定：与主轴轴线平行的坐标轴为Z轴，并且刀
15、具远离工件的方向为Z轴的正方向。,图2-3 卧式车床,图2-5 立式铣床,对于没有主轴的机床，如牛头刨床等，则以与装夹工件的工作台面相垂直的直线作为Z轴方向。如果机床有几根主轴，则选择其中一个与工作台面相垂直的主轴，并以它来确定Z轴方向（如图2-4立式车床）。,图2-4 立式车床,2X轴的确定,平行于导轨面，且垂直于Z轴的坐标轴为X轴。X轴是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座导轨面，刀具远离工件旋转中心的方向为X轴正方向。如图2-3所示。注意：对于刀架在工件前侧时，数控车床的X轴正方向与图2-3方向相反。,数
16、控车床（刀具后置）,数控车床（刀具前置）,2X轴的确定,对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床等），如果Z轴是垂直的，则面对主轴看立柱时，右手所指的水平方向为X轴的正方向。如图2-5所示如果Z轴是水平的，则面对主轴看立柱时，左手所指的水平方向为X轴的正方向，如图2-6所示。,图2-5 立式铣床,图2-6 卧式铣床,3Y轴的确定,Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X坐标和Z坐标的正方向，按照右手笛卡尔直角坐标系来判断。,图2-5 立式铣床,图2-3 数控车床,4旋转运动的确定,围绕坐标轴X、Y、Z旋转的运动，分别用A、B、C表示。它们的正方向用右手螺旋法则判定，如2-2图所示。,5附
17、加轴 如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，则用U、V、W轴分别表示平行于X、Y、Z轴的第二组直线运动坐标轴，用P、Q、R分别表示平行于X、Y、Z轴的第三组直线运动坐标轴。如图2-4立式车床。,6工件运动时的相反方向,对于刀具旋转而工件移动的机床，如数控铣床、加工中心等，则用带“”的字母来表示工件相对移动的方向，如+X、+Y等表示工件相对于刀具正的运动方向，而+X、+Y等表示刀具相对于工件正的运动方向，二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员只考虑刀具相对于工件的运动方向，即不带“”的运动方向。,图2-5 立式铣床,图2-6 卧式铣床,2.3.3 数控机床坐标系的原点与参考点,1
18、数控机床坐标系的原点,机床坐标系的原点也称机械原点或零点（M），这个零点是机床固有的点，由生产厂家事先确定，不能随意改变，它是其他坐标系和机床内部参考点的出发点。不同数控机床坐标系的零点也不同。数控车床的机械零点在主轴前端面的中心上，如图2-7所示M点。数控铣床和立式加工中心的机床原点，一般在机床的左前下方。如图2-8、图2-9所示M点。,图2-7 数控车床原点,1数控机床坐标系的原点,数控车床的机械零点在主轴前端面的中心上，如图2-7所示M点。数控铣床和立式加工中心的机床原点，一般在机床的左前下方。如图2-8、图2-9所示M点。,图2-8 数控铣床原点,图2-7 数控车床原点,图2-9 加工
19、中心原点,2数控机床参考点,参考点R也称基准点，是大多数具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个点，与机床零点有确定的尺寸联系。参考点在各轴以硬件方式用固定的凸块或限位开关实现。机床每次通电后，移动件（刀架或工作台）都要进行返回参考点的操作，数控装置通过移动件（刀架或工作台）返回参考点后确认出机床原点的位置，数控机床也就建立了机床坐标系。,图2-8 数控铣床原点,图2-7 数控车床原点,图2-9 加工中心原点,2.4 程序段与程序格式,2.4.1 程序段,把程序中出现的英文字母及其字符称为“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；数字09（包含小数点、“+”、
20、“-”号）称为“数字”。“地址”和“数字”的组合称为“程序字”，程序字（亦称代码指令）是组成数控加工程序的最基本单位。如N010、G01、X-100、Z200、F0.1等。,程序由若干个程序段组成，程序段是由若干程序字和程序段结束指令构成。如N010 G01 X-100 Z200 F0.1；就是一个程序段。在书写和打印程序段时，每个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如此。,2.4.2 程序段格式,1可变程序段格式2固定程序段格式3使用分隔符的固定程序段格式,2.4.3 常规加工程序的格式,模态代码、单段有效代码 在某一程序段中指令之后，可以一直保持有效状态，直到撤消这些指令；这些代码指令，
21、称为“模态代码”或“模态指令”。如G00、G01、F0.1、S500等。而仅在编入的程序段生效的代码指令，称为“单段有效或非模态代码”或“单段有效或非模态指令”。如G04、M98等。,代码分组、开机默认代码 利用模态代码可以大大简化加工程序，但是，由于它的“连续有效”性，使得其撤消必须由相应的指令进行，“代码分组”的主要作用就是为了撤消“模态代码”。所谓代码分组，就是将系统不可能同时执行的代码指令归为一组，并予以编号区别。同一组的代码有相互取代的作用，由此来撤消“模态代码”。,代码分组、开机默认代码 利用模态代码可以大大简化加工程序，但是，由于它的“连续有效”性，使得其撤消必须由相应的指令进行
22、，“代码分组”的主要作用就是为了撤消“模态代码”。所谓代码分组，就是将系统不可能同时执行的代码指令归为一组，并予以编号区别。同一组的代码有相互取代的作用，由此来撤消“模态代码”。1）同一组的代码在一个程序段中只能有一个生效，当编入两个以上时，一般以最后输入的代码为准；但不同组的代码可以在同一程序中编入多个。2）对于开机默认的模态代码，若机床在开机或复位状态下执行该程序，程序中允许不进行编写。,本 章 小 结 数控程序的编制过程就是把工件加工所需的数据和信息编成加工程序，然后将程序制成控制介质，输入数控装置，由数控装置控制数控机床进行加工。数控编程的方法有手工编程和自动编程。本章内容主要包括数控
23、编程的目的与步骤，数控程序的手工编程和自动编程编制方法，数控程序字符与代码，数控程序G、M功能代码、数控机床的坐标系及坐标轴的确定、数控机床坐标系的原点与参考点、数控程序段与程序格式等。,思考题与习题2-1 简述数控编程的内容和步骤？2-2 如何选择一个合理的对刀点和加工路线？2-3 程序校验与首件试切有何作用？程序校验常用那些方法？2-4 数控加工程序编制方法有哪几种？它们分别适用什么场合？2-5 什么是字符？常规加工程序用的字符分哪四类？2-6 什么是右手笛卡尔直角坐标系？简述数控机床坐标系及运动方向的规定？2-7 什么是刀具相对运动的原则？数控机床坐标轴确定的顺序是什么？2-8 数控车床和立式数控铣床的各坐标轴及运动的正方向是如何规定的？2-9 数控机床坐标系的原点与参考点是如何确定的？2-10 数控编程的程序段格式通常包括哪几种？常用的一种有何特点？2-11 程序的三要素是什么？程序段主体部分的六要素包括那些内容？2-12 何谓模态代码？代码分组？默认代码？,
