数控编程基础.ppt

*,数控技术,*,*,*,第二章数控编程基础,内容提要,第一节,数控编程概述,第二节,数控机床的坐标系,第三节,程序编制的代码及格式,第四节,数控程序编制过程中的数值计算,10/24/2026,1,数控技术,一.数控编程的基本概念,数控编程,:从零件图纸到制成控制介质的全过程。,将零件的加工信息:加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数,(F,、,S,、,T),及辅助动作(变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等)等,用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单,并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。,第一节 数控编程概述,10/24/2026,2,数控技术,二、数控编程方法,数控编程分为:手工编程和自动编程两种,。,手动编程,:,整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高(不仅要熟悉数控代码和编程规则,而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力),自动编程:编程人员只要根据零件图纸的要求,按照某个自动编程系统的规定,将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机,由计算机自动进行程序的编制,编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。,第一节 数控编程概述,10/24/2026,3,数控技术,工艺处理,数学处理,加工程序单,程序校验,穿孔,磁盘,工艺处理,磁盘,计算机,直接传输,手工编程,自动编程,10/24/2026,4,数控技术,据国外统计,:,用手工编程时,一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比,平均约为,30,:,1,。,数控机床不能开动的原因中,有,2030%,是由于加工程序不能及时编制出造成的,编程自动化是当今的趋势,!,第一节 数控编程概述,10/24/2026,6,数控技术,产品图样分析,:,通过对工件材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理的分析,确定工件在数控机床上进行加工的可行性。,图纸工艺分析,:,这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同,即在对图纸进行工艺分析的基础上,选定机床、刀具与夹具,;,确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,三、数控编制加工程序的内容及步骤,第一节 数控编程概述,10/24/2026,7,数控技术,计算运动轨迹,根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求,在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值,并且按NC机床的规定编程单位(脉冲当量)换算为相应的数字量,以这些坐标值作为编程尺寸,。,错误,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,修改,第一节 数控编程概述,10/24/2026,8,数控技术,制备控制介质,将程序单上的内容,经转换记录在控制介质上,作为数控系统的输入信息,若程序较简单,也可直接通过键盘输入。,第一节 数控编程概述,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,10/24/2026,10,数控技术,程序的校验和试切,所制备的控制介质,必须经过进一步的校验和试切削,证明是正确无误,才能用于正式加工。如有错误,应分析错误产生的原因,进行相应的修改。,第一节 数控编程概述,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零,件图纸,错误,修改,10/24/2026,11,数控技术,在具有图形显示功能的机床上,用静态显示,(,机床不动,),或动态显示,(,模拟工件的加工过程,),的方法,则更为方便。,上述方法只能检查运动轨迹的正确性,不能判别工件的加工误差。,首件试切,(,在允许的条件下,),方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错,还可知道加工精度是否符合要求。,当发现错误时,应分析错误的性质,或修改程序单,或调整刀具补偿尺寸,直到符合图纸规定的精度要求为止。,第一节 数控编程概述,10/24/2026,13,数控技术,第二节 数控机床的坐标系,进给运动坐标系,ISO和中国标准规定:,数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为,坐标系中的,一个坐标轴。,数控机床坐标系统标准:右手笛卡儿坐标系;,10/24/2026,15,数控技术,第二节 数控机床的坐标系,基本坐标系:直线进给运动的坐标系(X.Y.Z)。坐标轴相互关系:由右手定则决定。,回转座标:绕X.Y.Z,轴转动的圆进给坐标,轴分别用A.B.C表示,坐标轴相互关系由右,手螺旋法则而定。,10/24/2026,16,数控技术,Z坐标,方位,标准规定:Z坐标主轴轴线的进给轴。,若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴,则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。,若主轴能摆动:,在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时,则这个坐标便是Z坐标;,若在摆动的范围内与多个坐标平行,则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。,Z坐标正方向的规定:刀具远离工件的方向。,第三节 数控机床的坐标系,二、,机床,坐标轴的,的确定,10/24/2026,18,数控技术,X坐标,标准规定:,在刀具旋转的机床上(铣床、钻床、镗床等)。,Z轴水平(卧式),则从刀具(主轴)向工件看时,X坐 标的正方向指向右边。,Z轴垂直(立式):,单立柱机床,从刀具向立柱看时,X的正方向指向右边;,双立柱机床(龙门机床),从刀具向左立柱看时,X轴的正方向指向右边。,在工件旋转的机床上(车床、磨床等),X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板,且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。,第二节 数控机床的坐标系,10/24/2026,19,数控技术,Y坐标,利用已确定的X.Z坐标的正方向,用右手定则或右手螺旋法则,确定Y坐标的正方向。,右手定则:大姆指指向+X,中指指向+Z,则+Y方向为食指指向。,右手螺旋法则:在X Z平面,从Z至X,姆指所指的方向为+y。,第二节 数控机床的坐标系,10/24/2026,20,数控技术,第二节 数控机床的坐标系,10/24/2026,21,数控技术,第二节 数控机床的坐标系,10/24/2026,22,数控技术,四、工件坐标系、程序原点和对刀点,第二节 数控机床的坐标系,工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系,编程人员选择工件上的某一已知点为原点(也称程序原点),建立一个新的坐标系,称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立,在该工件的加工过程中便一直有效,直到被新的工件坐标系所取代。,对刀点是零件程序加工的起始点,对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置,对刀点可与程序原点重合,也可在任何便于对刀之处,但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。,工件原点偏置:工件随夹具在机床上安装后,工件原点与机床原点间的距离。,现代数控机床均可设置多个工件座标系,在加工时通过G指令进行换。,10/24/2026,24,数控技术,绝对坐标编程,:工件所有点的坐标值基于某一坐标系(机床或工件)零点计量的编程方式。,相对坐标编程,:运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式(增量坐标编程)。,表达方式:G90/G91;X.Y.Z绝对,U.V.W相对,选用原则:主要根据具体机床的坐标系,考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精度的要求,选用坐标的类型。,注意:在机床坐标系和工件坐标系中均可用绝对坐标,编程;而在使用相对坐标编程时,上述两个坐标系是无意义的。,第二节 数控机床的坐标系,五、绝对坐标编程和相对坐标编程.,10/24/2026,25,数控技术,分辨率:两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。,分辨率对控制系统而言,它是可以控制的最小位移量。,数控机床的最小位移量(最小设定单位,最小编程单位,最小指令增量,脉冲当量(步进电机)是指数控机床的最小移动单位,它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.00010.01mm,视具体机床而定。),脉冲发量对应于每一个指令脉冲(最小位移指令)机床位移部件的运动量。,第二节 数控机床的坐标系,六、,分辨率(Resolution),10/24/2026,26,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,M,指令,辅助功能,作用,:,控制机床及其辅助装置的通断的指令。,组成,:,M,后跟两位数字组成。,100,种。见表,F.S.T,指令,F,指令,指定进给速度指令,(,续效指令,),组成,:,编码法,:F,带两位数字,如,F05,F36,等。后面所带的娄只是一个代码,它与某个,(,系统规定的速度值,),速度值相对应,换而言之,这种指令所指定的进给速度是有级的,速度值序既可等差数列,也可能是等比数列,直接法,:F,后带若干位数字,如,F150,F3500,等。后面所带的数字表示实际的速度值,上述两个指令分别表示,F=150mm/min;F=3500mm/min,。,10/24/2026,28,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,S,指令,(,切削速度,),指定主轴转速指令,(,续效指令,),组成,:,同,F,如,S05,S36,等,单位,:r/min,S,T,指令,指定加工刀具号的指令。,组成,:,T,后跟两位数字,如,T11,T28,等。,T11,表示选择,11,号刀具,T28,表示选择,28,号刀具。,其他,尺寸指令,指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指,令,组成,:,由在,X,Y,Z,(i,j,k,r)A,B,C,后带符号的数字组成。如,X1000,Y2000,等,单位,:,数控系统规定的单位,如,mm,10/24/2026,29,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,.数控加工程序的结构,程序的组成:,对刀点选为,刀具半(D01)=5mm,程序名:O2000,程 序 段,N01 G91 G17 G00 G42 D01 X85 Y-25*,N02 Z-15 S400 M03 M08*,N03 G01 X85 F300*,N04 G03 Y50 I25*,N05 G01 X-75*,N06 Y-60*,N07 G00 Z15 M05 M09*,N08 G40 X75 Y35 M02*,10/24/2026,31,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,上面是一个完整的零件加工程序,它主要由程序名和若干程序段组成。,程序名,是该加工程序的标识;,程序段,是一个完整的加工工步单元,它以N(程序段号)指令开头,或LF指令结尾;,M02(M30)作为整个程序结束的指令,有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号,如%、EM等。,10/24/2026,32,数控技术,由上面的程序可知:,加工程序,由程序名和若干程序段有序组成的指令集。,程序,是由若干程序段组成,程序段,是由干指令字组成。,指令字,是由文字(地址符)或与其后所带的数字一起组成。,一个程序的最大长度取决于数控系统中零件存贮区的容量 或外存的容量。另外,有些数控系统还规定了一个程序段的字符数,如7M系统规定字符数90个。因此,这些在编程前必须了解清楚,否则数控系统便会认为你的程序有语法错误,第三节 程序编制的代码及格式,10/24/2026,33,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,.程序段的格式,程序段的格式,是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则,不同的数控系统往往有不同的程序段格式,格式不符合规定,数控系统就不能接受。,目前广泛采用的是,地址符可变程序段格式(或者称字地址程序段格式),这种格式的特点是:,.,程序段中的每个指令字均以字母,(,地址符,),开始,其后再跟数字或无符号的数字。,.,指令字在程序段中的顺序没有严格的规定,即可以任意顺序的书写。,.,不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。,因此,这种格式具有程序简单、可读性强,易于检查等优点。,10/24/2026,34,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,主程序和子程序,有时被加工零件上,有多个形状和尺寸都相同的部位,若按通常的方法编程,则有一定量的连续程序段在几处完全重复的出现,则可以将这些重复的程序串,单独地担出来按一定格式做成,子程序,程序中子程序以处的部分便称,为主程序,。,子程序可以被多次重复调用。而且有些数控系统中可以进行子程序的“多层嵌套”,子程序可以调用其它子程序,从而可以大大地简化编程工作,缩短程序长度,节约程序存贮器的容量。,10/24/2026,35,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,在上图中的钢板上要铣出,10,个几何形状完全相同的台阶,若采用子程序的方法编程如下:,N01 G91 G00 G41 D01 X50 Y60 S01 M03 M08 *,N02 L0110 *,N03 M02 *,Q01,N01 G00 Z-25 *,N02 G01 Y60 F100,N03 X75 *,N04 G02 Y-50 J-25 *,N05 G01 X-80 *,N06 G00 Z25 *,N07 X165 Y-10 *,N08 M17 *,10/24/2026,36,数控技术,第三节 程序编制的代码及格式,由上面的程序可知,子程序是子程序名,(Q01),开始,以,M17,指令结束,并返回主程序,其余部分的编写与主程序完全相同。由于采用子程序,使编程大大地简化了,因此,在我们的编程中要学会善于运用子程序来简化编程工作。,10/24/2026,37,数控技术,根据零件图样,按照已确定的加工路线和允许的编程误差,计算出编程时所需要的有关各点的坐标值,称为数值计算。手工编程时,在完成工艺分析和确定进给路线以后,数值计算就成为程序编制中一个关键性的环节。作为一名编程人员,应做到对于一些由圆弧、直线组成的平面零件,能够通过数学方法(如三角几何、解析几何等)手工计算出有关各点的坐标值;对于复杂零件能借助于计算机完成数值计算或直接采用计算机自动编程。,第四节,数控程序编制过程中的数值计算,10/24/2026,38,数控技术,第四节 数控程序编制过程中的数值计算,一、基点坐标计算,构成零件轮廓的不同几何素线的交点和切点称为基点。如直线和直线的交点、直线和圆弧的交点或切点、圆弧和圆弧的交点或切点等。数控机床一般只有平面直线和圆弧插补功能,因此,对于由直线和圆弧组成的平面轮廓,编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。,现以图所示的零件为例,说明平面轮廓中只有直线和圆弧两种几何元素的数值计算方法。图示零件轮廓由四段直线和一段圆弧组成,其中的A、B、C、D、E 即为基点,它们的坐标值从图样尺寸可以很容易找出。C点是过B点的直线与中心为、半径为30mm的圆弧的切点。这个尺寸,图样上并未标注,所以要用解联立方程的方法,来找出切点C的坐标。,10/24/2026,39,数控技术,第四节 数控程序编制过程中的数值计算,二、节点坐标计算,当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时,在加工程序的编制时,常常需要用多个直线段或圆弧段去近似代替非圆曲线,这个过程称为拟合(逼近)处理。拟合线段的交点或切点称为节点。图中的G点为圆弧拟合非圆曲线的节点,图中的A、B、C、D点均为直线逼近非圆曲线时的节点。,10/24/2026,40,数控技术,第四节 数控程序编制过程中的数值计算,二、节点坐标计算,节点的计算方法,节点计算的难度和工作量都较大,故宜通过计算机来完成;必要时,也可由人工计算完成,但这对编程者的数学处理能力要求较高。而且拟合结束后,还必须通过相应的计算,对每条拟合段的拟合误差进行分析、检验。,常用的逼近计算方法有,:,等间距直线插补法,等插补段直线逼近法,等误差直线逼近法,圆弧逼近法,10/24/2026,41,数控技术,第四节 数控程序编制过程中的数值计算,三、辅助计算,1无刀具半径补偿功能的数值计算,2增量坐标值的计算,在铣削加工中,是用刀具中心作为刀位点进行编程;在车削加工中,是用车刀的假想刀尖点作为刀位点,也可用刀尖圆弧半径的圆心作为刀位点进行编程。,在数值计算过程中,通常先在零件图样上设定编程坐标原点,然后按绝对坐标值计算出运动段的起点坐标及终点坐标。但在编程过程中,坐标尺寸不一定全部按绝对坐标值给出,也可以以增量方式表示,这时就要进行数值换算,其换算公式为:,增量坐标值=终点坐标值-起点坐标值,10/24/2026,42,数控技术,第四节 数控程序编制过程中的数值计算,三、辅助计算,3按进给路线进行一些辅助计算,在平面轮廓加工中,常要求刀具切向切入和切向切出。例如铣削图1所示内圆弧时,最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线,以便提高内孔表面的加工精度,这时过渡圆弧的坐标值也要进行计算。对边界敞开的零件,常要求从边界外进刀和退刀。例如图2所示,在最后单独加工中间R10圆弧时,刀具不应该从A点到B点进行加工,而应该从C点到D点进行加工。这时,应该计算C、D点的坐标,而不需要计算A、B点的坐标值。,10/24/2026,43,数控技术,表2.1 数控系统指令字符一览表,机 能,地 址,意 义,零件程序号,或O或P,程序编号：l4294967295,程序段号,N,程序段编号：N04294967295,准备机能,G,指令动作方式(直线、圆弧等)G00-99,尺寸字,X，Y，Z,A，B，C,U，V，W,坐标轴的移动命令99999999,R,圆弧的半径，固定循环的参数,I，J，K,圆心相对于起点的坐标，固定循环的参数,进给速度,F,进给速度的指定 F024000,主轴机能,S,主轴旋转速度的指定 S09999,刀具机能,T,刀具编号的指定 T099,辅助机能,M,机床侧开关控制的指定 M099,补偿号,H，D,刀具补偿号的指定 0099,暂停,P，X,暂停时间的指定 秒,程序号的指定,P,子程序号的指定P14294967295,重复次数,L,子程序的重复次数，固定循环的重复次数,参数,P，Q，R,U,W,I,K,C,A,固定循环的参数,倒角控制,C，R,10/24/2026,44,数控技术,