数控机床手工程序编制.ppt

数控机床手工程序编制数控机床手工程序编制 第一节第一节 程序编制基础程序编制基础 我们知道数控机床与普通机床在加工零件时的根本区别是：数控机床是按照事先编制好的加工程序自动地完成对零件的加工，而普通机床是由操作者按照工艺规程通过手动操作来完成零件的加工。机床操作工的熟练技巧与普通机床的加工工效和质量关系很大。而数控机床对所加工零件的质量与效率，很大程度上取决于所编程序的合理与否。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。在程序编制前，程序员应了解所用数控机床的规格、性能，CNC系统所具备的功能及编程指令格式等。程序编制时，需先对图样规定的技术特性，零件的几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方法和加工路线，再进行数值计算，获得刀位数据。然后，按数控机床规定采用的代码和程序格式，将工件的尺寸，刀具运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、刀具进给量、切削深度等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、冷却液开、关等）编制成加工程序。也就是说，零件加工程序是用规定代码来详细描述整个零件加工的工艺过程和机床的每个动作步骤。一般来说，数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图样、工艺处理、数学处理、1编写程序单、输入程序及程序检验。所谓“数控机床的程序编制”是指由分析零件图样到程序检验的全部过程。一、程序编制的方法与步骤一、程序编制的方法与步骤 (一)在线编程与离线编程 由于微电子技术的发展，目前一块很小的存储器芯片，其存储容量可达几十几百K，微处理机数控系统内的软件存储容量已得到极大的提高，因此，一些编程软件可很方便地直接存入CNC系统内，即可实现所谓的在线编程，使得编程和控制一体化，操作者可在机床操作台上直接通过键盘进行编程，并利用CRT显示实现人机对话，也可实现刀具轨迹动态模拟显示，便于检查和修改程序，对调试和加工带来极大的方便。相比之下，以前硬线联结的数控（指前三代：电子管、晶体管、集成电路的NC）系统的零件编程需要利用另一台电子计算机，采用专用的数控语言（如APT）进行编程，得到源程序后，再通过计算机内的主信息处理软件和后置处理软件处理后输出，并制作成控制介质程序纸带，由程序纸带再来实时控制数控机床加工。所以这种离线编程给程序修改、加工调试带来许多麻烦和不便。当然，现代的计算机辅助编程也应属于离线编程，但它与以前硬线联结的数控系统只能用离线编程的方法是有本质区别的。即可采用一台专用的数控编程系统为多台数控机床编制程序，编程时就不会占用各台数控机床的工作时间，并且专用编程系统的功能往往多而强，同时也可作为数控编程培训的实验教学设备。(二)手工编程 从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、键盘输入程序直至程序校验等各步骤均由人工完成，即为手工程序编制的过程，称为手工编程。目前，大部分采用ISO标准代码书写。手工编程适于点位加工或几何形状不太复杂的零件，即二维或不太复杂的2三维加工、程序编制坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合。这时，手工编程显得经济而且及时。对于几何形状复杂，尤其是需用三轴以上联动加工的空间曲面组成的零件，编程时数值计算繁琐，所需时间长，且易出错，程序校验困难，用手工编程难以完成。据有关统计表明，对于这样的零件，编程与机床加工时间之比平均约为30：1。所以，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效的解决各种模具及复杂零件的加工问题，手工编程已不能满足要求，必须想办法提高编程的效率，也就是采用计算机辅助编程。(三)数控加工程序编制的一般过程与步骤 手工在线编程是目前数控编程中最常用的方法之一，图3-1是其数控程序编制到加工运行的过程框图。结合该框图我们来具体说明数控机床程序编制的步骤和要求：编写程序单操作键盘输入校 验加工生产复制程序储存介质（纸带、磁带、磁盘）分析零件图纸工艺处理数学处理出错返回 图3-1 数控程序编制的过程框图3 分析零件图样和工艺处理 这一步骤的内容包括：对零件图样进行分析以明确加工的内容及要求，确定加工方案、选择适合的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。我们知道数控机床是用数字信息来自动控制加工的机床。这个数字信息实际上就是从所编程序中得到，加工过程中机床的每一步动作都由该程序来决定。因此其加工工艺需制定的非常细腻、详尽。它与普通机床不同，工艺员对普通机床的工艺编制只要考虑大致方案，具体操作细节均由机床操作者根据技能、经验，在现场自行决定，并可随时根据实际加工情况进行改进。而对于数控加工，则必须由编程员预先对零件加工的每一工步均在程序中安排好。整个工艺中的每一细节都应事先确定，并安排合理。因此要求编程人员除熟练掌握编程指令功能、书写格式、键盘输入等基本编程技能外，关键还要全面掌握有关加工工艺，熟悉数控机床的加工特性。工艺处理涉及问题很多，编程人员需要注意如下几点：(1)确定加工方案 此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性。并充分发挥数控机床的功能。(2)工夹具的设计和选择 应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系的尺寸关系。(3)正确选择工件坐标原点 也就是建立工件坐标系，确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸。这主要是对于绝对值编程来讲，一般根据图纸所标尺寸，便于刀具轨迹和有关几何尺寸计算，并且也要考虑零件的形位公差要求，避免产生累积误差等。(4)确定机床换刀点 这主要是根据所用的各把刀具尺寸，即要考虑避免换刀时，刀具与工件及有关部件产生干涉、碰撞，又要尽量减少换刀时的空行程距离。(5)选择合理的走刀路线 合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。走刀路线的选择应从下面几个方面考虑：4 尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。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，减少程序段数目和编制程序工作量。(6)合理选择刀具 应根据工件材料的性能，机床的加工能力，加工工序的类型，切削用量以及其它与加工有关的因素来正确的选择刀具。对刀具总的要求是：安装调整方便、刚性好，精度高，使用寿命长等。(7)确定合理的切削用量 在工艺处理中必须正确确定切削用量，即切削深度、进给速度及主轴转速等。切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定、被加工工件材料类型（如铸铁、钢材、铝材等）、加工工序（如车、铣、钻等、粗加工、半精加工、精加工等）以及其它工艺要求，并结合实际经验来确定。(8)确定有关辅助装置在加工过程中的先后动作要求 如冷却液开关，液压系统中有关电磁阀的动作顺序要求等。数学处理 在完成了工艺处理的工作后，下一步需根据零件的几何尺寸、加工路线，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。一般的数控系统均具有直线插补与圆弧插补的功能。对于加工由圆弧与直线组成的较简单的平面零件，只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点，圆弧的圆心坐标值。当零件图纸所标尺寸的坐标系与所编程序的工件坐标系不一致时，需要进行相应的换算。如果数控系统无刀补功能时，还需根据刀具直径，计算刀具运动的中心轨迹坐标值，对于有些特殊曲线、曲面的零件加工，若数控系统本身没有该类曲线的插补功能时，还必须根据其曲线方程（如渐开线、阿基米德螺旋线等）采用小直线段或圆弧段拟合逼近法，按精度要求计算出其各节点坐标值，当然对较复杂的数字处理往往需利用计算机进行辅助计算。5 编写零件加工程序单 在加工顺序、工艺参数以及刀位数据确定后，就可按数控系统的指令代码，程序段格式，逐段编写零件加工程序单。这要求编程人员对该数控机床的技术性能、指令功能、代码书写格式等非常熟悉，才能正确编写程序。我们将在本节第二部分具体讲解程序编制的指令代码和基本格式。操作键盘输入程序 按所编程序清单内容，通过操作数控系统键盘上各数字、字母、符号键进行逐段程序输入。并利用CRT显示内容进行逐段检查，如有输入错误，就及时改正。校验 程序送入数控系统后，还需经过试运行和试切削两步校验后，才能进行正式加工。通过试运行其程序，主要是校验程序语法有否错误，加工轨迹正确与否。而通过试切削是实际考核其加工工艺及有关切削参数制定得合理与否，加工精度能否满足零件图纸要求，以及加工工效如何，以便进一步改进。试运行方法对带有刀具轨迹动态模拟显示功能的数控系统比较方便，只要在刀具轨迹模拟工作状态下运行所编程序，如果程序存在语法或计算错误，运行中会自动显示编程出错报警，根据报警号内容，编程员可对相应出错程序段进行检查、修改，并根据所显示的刀具轨迹是否符合要求等，进行检查整改。对于经济型数控系统，通常不带有刀具轨迹模拟显示功能，可采用关闭伺服驱动功放开关，进行空运行其程序来自动检查所编程序有否语法错误等。也可采用不装工件、刀具进行自动循环空运行来检查程序执行中机床的动作过程。对两坐标联功的平面轨迹，也可采用以笔代替刀具，用坐标纸代替工件，通过运行其程序来自动绘出刀具轨迹，以检验程序的对错。加工生产与复制程序储存介质 零件程序调试合格后，就可投入正常批量加工生产。此时，操作者一般只要进行工件上下料装夹，再揿一下自动循环按钮，就可自动循环加工，但由于刀具磨损等，需适时通6过对工件测量检验后，进行刀具补偿等。有时由于工厂均衡生产的需要，对某些零件需分阶段生产一批，这样对一些调试合格的零件程序，但又暂时不用的可通过纸带穿孔机、录音机等，制作程序储存介质，即把合格的零件程序储存在纸带、磁带等介质上，这样可不占用数控系统的内存，当以后生产需要时再通过光电阅读机、录音机等，把相应的程序送入数控系统即可加工生产。二、程序编制的代码与基本格式二、程序编制的代码与基本格式 我们在前面数控加工程序编制的过程与步骤中讲到，根据零件图纸，通过加工工艺方案确定和有关数学处理后，就可以具体编写零件加工程序单，它是用规定的指令代码和固定格式来描述零件加工的整个过程。数控系统一段一段地执行其程序，按步骤控制机床每个执行部件的动作，来完成对零件的加工。因此零件程序的正确与否，直接关系到数控机床是否能正常工作和加工出合格产品。程序所用的指令代码和编写格式一定要符合数控系统所规定的要求。(一)数控程序的指令代码 零件程序所用的代码，主要有准备功能G指令、进给功能F指令、主轴速度S指令、刀具功能T指令、辅助功能M指令。一般数控系统中常用的G功能和M功能都与国际ISO标准中的功能一致，对某些特殊功能，ISO标准中未指定的，按其数控机床的控制功能要求，数控生产厂家按需要进行自定义。并在数控编程手册中予以具体说明定义。我国机械工业部制定的有关G指令和M指令的JB320883标准，也与国标上使用的ISO10561975E标准基本一致。准备功能G指令 用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即插补功能指令）、机床坐标系、插补坐标平7面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。JB3208-83标准中规定：G指令由字母G及其后面的二位数字组成，从G00到G99共有100种代码，如表3-1所示。表内第2栏中，标有字母a、c、d 等是表示第1栏中所对应的G代码为模态代码（又称续效代码），字母相同的为一组，同组的任意两个代码不能同时出现在一个程序段中。模态代码是表示，这种代码一经在一个程序段中指定，便保持有效到以后的程序段中出现同组的另一代码时才失效，在某一程序段中一经应用某一模态G代码，如果其后续的程序段中还有相同功能的操作，且没有出现过同组的G代码时，则在后续的程序段中可以不再指令和书写这一功能代码。表内第2栏没有字母的表示对应的G代码为非模拟代码，即只有书写了该代码时才有效。表中第4栏功能说明中的“不指定”代码，用作将来修订标准时供指定新的功能之用。“永不指定”代码，说明即使将来修订标准时，也不指定新的功能。但是这两类代码均可由数控系统设计者根据需要自行定义表中所列功能以外新的功能，但必须在机床编程说明书中予以说明，以便用户使用。一般在G指令后还需用x、y、z等字母和具体数字来表示相应的尺寸、规格等设定值，所跟字母的含义见后述表3-4地址符定义表，具体用法见本章第二、三节内容。进给功能F指令 用来指定各运动坐标轴及其任意组合的进给量或螺纹导程。该指令是续效代码，它们一般有两种表示方法。代码法：即F后跟二位数字，这些数字不直接表示进给速度的大小，而是机床进给速度数列的序号，进给速度数列可以是算术级数，也可以是几何级数。直接指定法：即F后跟的数字就是进给速度大小，例如F100表示进给速度是100mmmin。这种指定方法较为直观，因此现在大多数机床均采用这一指定方法。按数控机床的进给功能，它也有两种速度表示法。8 1）切削进给速度（每分钟进给量）以每分钟进给距离的形式指定刀具切削进给速度，用F字母和它的后继的数值。ISO标准中规定F1F5位，对于直线轴如F1500表示每分钟进给速度是1500mm。对于回转轴如F12表示每分钟进给速度为12o。2）同步进给速度（每转进给量）同步进给速度即是主轴每转进给量规定的进给速度，如0.01mm/r。只有主轴上装有位置编码器的机床才能实现同步进给速度。主轴速度S指令 该指令也是续效代码，用来指定主轴的转速，用字母S和它后继的24位数字表示。有恒转速（单位r/min）和表面恒线速（单位m/min）两种运转方式。主轴的转向要用辅助指令M03（正向）、M04（反向）指定，停止用M05指令。对于有恒线速度控制功能的机床，还要用G96或G97指令配合S代码来指定主轴的速度。G96为恒线速控制指令，如G96 S200表示切削速度200m/min；G97 S2000表示注销G96，主轴转速为2000r/min。刀具功能T指令 在自动换刀的数控机床中，该指令用来选择所需的刀具，同时也用来表示选择刀具偏置和补偿。T功能字由地址字符T和后继的24位数字组成。如T18表示换刀时选择18号刀具。如用作刀具补偿时，T18是指按18号刀具事先所设定的数据进行补偿。若用四位数码指令时，例如T0102，则前两位数字表示刀号，后两位数字表示刀补号。由于不同数控系统有不同的指定方法和含义，具体应用时应参照所用数控机床说明书中的有关规定进行。辅助功能M指令 辅助功能指令也有M00M99共计100种，见表3-2所示。M指令也有续效指令与非续效指令之分。现将常用的M指令功能解释如下：M00程序停止指令。在执行完含有M00的程序段后，机床的主轴、进给及冷却液都自动停止。该指令用于加工过程中测量刀具和工件的尺寸、工件调头、手动变速等固定操作。当程序运行停止时，全部现存的模态信息保持不变，固定操作完成后，重按“启动”键，便可继续执行后续的程序。9 M01计划（任选）停止指令。该指令与M00基本相似，所不同的是：只有在“任选停止”按键被按下时，M01才有效，否则机床仍不停地继续执行后续的程序段。该指令常用于工件关键尺寸的停机抽样检查等情况，当检查完成后，按启动键继续执行以后的程序。M02程序结束指令。当全部程序结束后，用此指令使主轴、进给、冷却全部停止，并使机床复位。该指令必须出现在程序的最后一个程序段中。M03、M04、M05分别指令主轴正转、反转和停止。所谓主轴正转是从主轴往正Z方向看去，主轴顺时针方向旋转，反之称为反转。主轴停转是在该程序段其它指令执行完成后才能停止。一般在主轴停止的同时，进行制动和关闭冷却液。M06换刀指令。常用于加工中心机床刀库换刀前的准备动作。M07、M08、M09分别命令2号冷却液（雾状）及1号冷却液（液状）开（冷却泵起动），冷却液关（冷却泵停止）。M10、M11工件的夹紧与松开。M19主轴定向停止。指令主轴准停在预定的角度位置上，用于加工中心换刀前的准备。M30程序结束。虽与M02相似，但M30可使程序返回到开始状态。(二)零件加工程序结构与格式 GB887088标准对零件加工程序的结构与格式作出了规定，简要介绍如下：加工程序的结构 加工程序主要由程序号、程序段和程序结束等组成。在加工程序的开头要有程序号，以便进行程序检索。程序号就是给零件加工程序一个编号，并说明该零件加工程序开始。常用字符“%”及其后4位十进制数表示“%”。4位数中若前面为0，则可以省略，如“%0101”等效于“%101”。有时也用字符“O”或“P”及其后4位十进制数表示程序号，如“O1001”。10 由程序段组成加工程序的全部内容和机床的停开信息。程序结束可用辅助功能代码M02、M30或M99（子程序结束），用来结束零件加工。程序段格式 加工程序由程序段组成。程序段由程序段号（N后继若干个数字）、程序内容，后加程序段结束字符构成。程序内容就由上述各种指令代码和相应坐标尺寸或规格字组成，一般的书写顺序按表3-3所示从左往右进行书写，对其中不用的功能应省略。其中坐标尺寸或规格字的地址符定义如表3-4所示。上述所有地址符后应跟相应的具体数字。其中坐标轴尺寸用“+”或“”号后继具体数字表示，“+”号可省略，整数前零可省略，小数后零可省略。其余尺寸或规格字就用具体数字来表示。直线轴尺寸的单位一般为mm（或inch）旋转轴尺寸的单位一般为度，而螺纹导程若为英制时，单位为每英寸牙数，暂停时间单位一般为秒。(三)主程序与子程序 若一组程序段在一个程序中多次出现，或在几个程序中都要使用它，为了缩短程序，可以把这组程序段抽出来，按规定的格式写成一个新的程序单独存储，以供另外的程序调用。这种程序就叫做子程序。子程序执行过程中也可以调用其它子程序，这就是子程序嵌套。子程序嵌套次数由具体数控系统规定。调用第一层子程序的指令所在的加工程序称为主程序。调用子程序的指令是一个程序段，它一般由子程序调用字、子程序名称字和调用次数字组成，其规则和格式随系统而定。程序的执行过程是：首先执行主程序，执行过程中遇到“调用子程序”指令时，转入执行子程序；执行完子程序，遇到“返回主程序”指令，又返回执行主程序。由于子程序可以嵌套，所以子程序执行后“返主”只能返回调用它的程序，而并不一定返回“主程序”。主程序既可以调用多个子程序，又可以反复调用同一个子程序（见图3-2）。11表表3-3程序段书写顺序格式程序段书写顺序格式程序段号准备功能坐标尺寸或规格字进给功能主轴速度刀具功能辅助功能程序段结束符N_GXXX_Y_Z_U_V_W_P_Q_R_A_B_C_D_E_I_J_K_R_K_L_P_H_F_F_S_T_MXXLF(或CR)基本直线坐标轴尺寸X_Y_Z_圆弧圆心的坐标尺寸I_J_K_第一组附加直线坐标轴尺寸U_V_W_圆弧半径值R_第二组附加直线坐标轴尺寸P_Q_R_暂停时间设定值L_(或K_P_)基本旋转坐标轴尺寸A_B_C_子程序调用次数P_(或L_K_)附加旋转坐标轴尺寸D_E_螺纹导程F_(或K_)表表3-4地址符定义地址符定义12子程序B返回子程序A返回调用子程序B主程序调用子程序A调用子程序B调用子程序A 图3-2 程序执行过程13 子程序的形式和组成与主程序大体相同：第一行是子程序编号（名），最后一行是子程序结束指令，它们之间的是子程序体。不同的是：主程序结束指令的作用是结束主程序，让数控系统复位，其指令已标准化，各系统都用M02或M30；子程序结束指令的作用是结束子程序，返回主程序或上一层子程序。其指令字各系统很不统一，如FANUC系统用M98作为子程序调用指令字，用M99作为子程序结束，即返回指令字。而有的系统用G20作为子程序调用指令字，用G24作为子程序结束指令字。所以具体应用时，需参照所用数控系统的编程说明书。(四)变量参数编程与用户宏程序 含有变量的子程序叫做用户宏程序（本体）。在程序中呼出（调用）用户宏程序的那条指令叫用户宏指令。系统可以使用用户宏程序的功能叫做用户宏功能。用户宏程序中一般还可以使用演算式及转向语句，有的还可以使用多种函数。变量 在常规的主程序和子程序内，几乎所有的字尤其是尺寸字都是有严格地址符加随后的具体坐标（数）值组成。这些具体的坐标（数）值在更改之前是相对不变的。用一个可赋值的代号代替地址符后的具体坐标（数）值，这个代号就称为变量。变量的代号应按系统的规定设置，各系统所用变量的形式差别很大，具体应用时需按系统说明书规定书写。变量又分公共变量、局部变量和系统变量三类，它们的性质和用途还各不相同。(1)公共变量 它是指在主程序内和由主程序呼出的各用户宏程序内公用的变量。例如对双刀架车床，它在两个刀架的程序中公用。公共变量可以在CRT上显示其即时值。公共变量既可以在主程序和用户宏程序中直接赋值或用演算式赋值，也可以通过操作面板由人工设定它的值（赋值）。无论用什么方法给公共变量赋值（包括用演算式所得演算结果的赋值）之后，这个变量在加工程序（包括主程序、子程序和用户宏程序）执行过程中一直可以延用，除非中途又得到新的赋值。公共变量的值在各主程序中也通用。14 (2)局部变量 这是指局限于在用户宏程序内使用的变量。同一个局部变量，在不同宏程序内其值是不通用的，无论这些宏程序是在同一层次或不在同一层次（即呼出和被呼出），都是如此。如对于双刀架车床，同一个局部变量在两个刀架的程序中也不通用。局部变量一般在呼出宏程序的宏指令中赋值，也可以在宏程序中直接赋值或用演算式赋值。在执行中，用户宏程序内局部变量的值，最多只保留到该宏程序结束为止。局部变量不能在操作面板上设定。各类数控系统最多可用的公共变量数和局部变量数都不等，如日本法那科6系统共有60个公共变量，33个局部变量；日本大隈OSP5000系统为32个公共变量，127个局部变量；美国A-B公司8400LP系统各有21个公共变量和局部变量。(3)系统变量 这是固定用途的变量，它的值决定系统的状态。它包括接口的输入输出信号变量，刀具形状补偿变量，同步信号变量，控制程序段停止及等待辅助功能结束信号变量，与参数设定对应的变量，状态信息变量，位置信息变量，原点设置变量，原点位移变量，刀具长度补偿变量，刀具直径补偿变量，刀具干涉数据变量，可变软限位变量，以及卡盘屏障变量等。系统变量的代号与系统的某种状态有严格的对应关系。具体使用时，须参考数控系统说明书规定使用。变量的演算 它主要包括加、减、乘、除、逻辑或、逻辑或非和逻辑与等几种运算。如法那科6系统分别用以下形式表示：#i=#j#k#i=#j#k#i=#j*#k#i=#j#k#i=#j OR#k#i=#j XOR#k#i=#j AND#k15 式中的i、j、k为变量号码，、*、OR、XOR、AND称为演算子，对于复合演算式的演算顺序，一般规定为括号内优先、乘除优先、靠近等号的优先。变量的函数 函数功能一般属于数控系统的选择功能，它是用户宏功能范围内的一种较高级的功能。它一般有正弦、余弦、正切、反正切、平方根、绝对值等几个函数运算功能，其函数代号的书写形式按数控系统的型号不同也有所不同，具体可参考所用系统的说明书，这里限于篇幅不作一一介绍。变量的赋值 由于系统变量赋值的情况比较复杂，这里只介绍公共变量和局部变量的赋值。变量的赋值方式可分为直接和间接两种。(1)直接赋值 直接赋值是直接将数值或即时值赋于相应变量，如FANUC-6系统的直接赋值是这样的：#2=116（表示将数值116赋于#2变量）#103=#2（表示将变量#2的即时值赋于变量#103）(2)间接赋值 间接赋值就是用演算式赋值，即把演算式内演算的结果赋给某个变量。现用一个例子来说明间接赋值的方法与形式。图3-3是一个椭圆，欲车削1/4椭圆（第一象限）的回转轮廓线，半径指定。要求在数控程序中用任意一点（D）的Z值（用2号和LZ变量）来表示该点的X值（用5号和LX变量）。椭圆的一般方程：16 在第一象限（包括第二象限）内可转换为：转用变量表达将成下列两式之一：如果这个椭圆的a=50、b=80，那么只要把50、80分别赋给1号变量（LA）和3号变量（LB）就可以了。如FANUC-6系统的赋值情况为：N10#1=50 N20#3=80 N30#5=#1*SQRT 1#2*#2#3*#3 式中 SQRT为FANUC-6系统的平方根函数代号。17 (3)在用户宏指令中为用户宏程序内的局部变量赋值 以单层宏程序，即主程序中呼出一层宏程序为例。仍以图3-3所示零件为例。欲车削从A点到B点的四分之一椭圆回转零件。采用直线逼近（拟合法），在Z向分段，以1mm为一个步距，我们可以编制一个只用变量不用具体数据的椭圆、不同的起始点和不同的步距，不必更改宏程序，而只要修改主程序中用户宏指令段内的赋值数据就可以了。如FANUC-6系统的赋值形式（以#6变量代表步距、以80赋于#2代表起始点A的Z坐标值）：主程序中的G65段是宏指令段，该段中的A、B、C、D、K分别为宏程序中的#1、#2、#3、#7和#6赋值，这种对应关系是已在该系统中规定了的。转向语句 转向语句分无条件转向语句和条件转向语句两种。转向语句的格式由数控系统规定。1）无条件转向语句较简单，在法那科系统中是GOTO加转向目标（指顺序号），例如“GOTO 10”表示“无条件转向执行N10程序段，而不论N10程序段在转向语句之前还是其后。2）条件转向语句一般有条件式和转向目标两部分构成，它的具体格式随系统而别。例如“如果ab，那么转向执行c程序段”之意，FANUC-6系统则表示为：IF a GT b GOTO c。a和b可以是数值、变量或含有数值及变量的算式，c是转向目标的顺序号。其中小于、等于、大于等于、小于等于分别用LT、EQ、GE、LE表示，如前例椭圆轨迹拟合法宏程序中第4程序段：N40 IF#2 GE#7 GOTO 10。表示如果#2大于等于#7，则转向执行N10程序段，否则执行下一段。18OBZCAX2号变量（LZ）50803号变量（LB）任意一点D5号变量（LX）1号变量（LA）图3-3 用变量表达四分之一椭圆的函数关系19 第二节第二节 零件加工程序的编制零件加工程序的编制 一、数控机床坐标系及其相关指令代码一、数控机床坐标系及其相关指令代码 (一)坐标轴的运动方向及其命名 数控机床的坐标轴和运动方向，应有统一规定，并共同遵守，这样将给数控系统和机床的设计、程序编制和使用维修带来极大的便利。ISO和我国都拟定了命名的标准。直线进给和圆周进给运动坐标系 一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴。在ISO和EIA标准中都规定直线进给运动的直角坐标系用X、Y、Z表示，常称基本坐标系。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定。如图3-4所示。图中大拇指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。图2-6 数控机床坐标系 20 围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，如图3-4所示，以大拇指指向X、Y、Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的A、B、C方向。数控机床的进给运动，有的由刀具运动来实现；有的由工作台带着工件运动来实现。上述坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动的方向。如果是工件移动则用加“/”的字母表示，按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：X=X/，Y=Y/，Z=Z/A=A/，B=B/，C=C/同样两者运动的负方向也彼此相反。如果在基本的直角坐标X、Y、Z之外，另有轴线平行于它们的坐标系，则附加的直角坐标系指定为U、V、W和P、Q、R。这些附加坐标系的运动方向，可按决定基本坐标系运动方向的办法来决定。Z坐标 规定平行于主轴轴线的坐标为Z坐标，对于没有主轴的机床，则规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为Z坐标。如果机床上有几根主轴，可选垂直于工件装夹面的一根作为主要主轴，Z坐标则平行于主要主轴的轴线。如主轴能摆动，在摆动范围内只与标准坐标系中的一个坐标平行时，则这个坐标就是Z坐标，如摆动范围内能与基本坐标中的多个坐标相平行时，则取垂直于工件装夹面的方向作为Z坐标轴的方向。Z轴的正方向是使刀具远离工件的方向。21 X坐标 在刀具旋转的机床上，如铣床、钻床、镗床等，若Z轴是水平的，则从刀具（主轴）向工件看时，X轴的正方向指向右边。如果Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看时，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边；对于双立柱机床，当从主轴向左侧立柱看时，X轴向的正方向指向右边。上述正方向都是刀具相对工件运动而言的。在工件旋转的机床上，如车床、磨床等，X轴的运动方向是在工件的径向并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。Y坐标 在确定了X、Z轴的正方向后，可按图3-4所示的直角坐标系，用右手螺旋法则来确定Y坐标的正方向，即在ZX平面内，从Z转到X时，右旋螺纹应沿Y方向前进。(二)机床坐标系与工件坐标系 机床坐标系与机床原点 机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。机床上有一些固定的基准线，如主轴中心线；固定的基准面，如工作台面、主轴端面、工作台侧面和T型槽侧面。当机床的坐标轴手动返回各自的原点（又称零点）以后，用各坐标轴部件上的基准线和基准面之间的距离来决定机床原点的位置，该点在数控机床的使用说明书上均有说明。如立式数控铣床的机床原点为X、Y轴返回原点后，在主轴中心线与工作台面的交点处，可由主轴中心线至工作台的两个侧面的给定距离来测定。工件坐标系和工件原点 工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点，（也称工件原点）所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。在加工时，工件随夹具在机床上安装后，测量工件原点与机床原点之间的距离（通过测量某些基准面、线之间的距离来确定），这个距离称为工件原点偏置，如图3-5所示。该偏置值，需预存到数控系统中，在加工时，工件原点偏置值便能自动加到工件坐标系上，使数控系22AB1620351520301812XYO机机床座标系YXO工工件座标系工件原点偏置 图3-5 坐标原点偏置23统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。因此，编程人员可以不必考虑工件在机床上的安装位置和安装精度，而利用数控系统的原点偏置功能，通过工件原点偏置值，来补偿工件在工作台上的装夹位置误差，使用起来十分方便，现在大多数数控机床均有这种功能。(三)绝对坐标与相对坐标 运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系，称为相对坐标系（或增量坐标系）。所有坐标点的坐标值均从某一固定坐标原点计量的坐标系，称为绝对坐标系。在图3-5中的A、B两点，若以工件绝对坐标系计则 XA=12，YA=15；XB=30，YB=35 若以相对坐标计，则B点的坐标是在以A为原点建立起来的坐标系内计量的，则终点B的相对坐标为：XB=18，YB=20。在编程时，可根据具体机床的坐标系，从编程方便（如根据图纸尺寸的标注方式）及加工精度要求选用坐标系的类型。(四)与坐标相关的G指令 G90绝对坐标值编程指令 该指令表示后继程序中的所有编程尺寸是按绝对坐标值给定的，它根据零件图纸所标注尺寸的相对关系，或零件在机床夹具上的安装位置，用下述G92指令来设定一个工件绝对坐标原点，所有编程尺寸都按这一原点来给定，这一点又称编程原点或程序原点。如图2-7中从A走到B的直线插补指令，用绝对坐标编程时应为：G90 G01 X30 Y35 F 一般数控系统在初态（开机时状态）时自动设置为G90绝对值编程状态。G91相对坐标值编程指令 该指令表示程序中的编程尺寸是按相对坐标给定的，即每一坐标运动程序段的终点坐标值是相对该程序段的起点给定的。而每一程序段的起点，也就是上一段程序段的终点或开始时刀具的起点。如图3-5中从A走到B的直线插补指令用相对坐标编程时应为：G91 G01 X18 Y20 F 24 有的数控系统为了编程尺寸计算方便，可以允许采用绝对尺寸和相对尺寸混合编制，即允许在同一程序段内即可用绝对尺寸来表示，也有用相对尺寸来表示。这样就不用G90或G91来进行绝对或相对编程设定，而采用地址符X、Y、Z表示绝对尺寸，地址符U、V、W表示相对尺寸，如图3-5中从A走到B直线插补程序均可用 G01 U18 Y35 F 或 G01 X30 V20 F 或 G01 U18 V20 F 或 G01 X30 Y35 F 四种形式来表示。G92工件编程坐标系设定的预置寄存指令 当用绝对坐标编程时，首先必须用指令G92来设定机床坐标系与工件编程坐标系的关系。机床本身有一个固定的绝对坐标原点，即机床原点（机械原点），该点由机床制造厂家设定和调整好。工件随夹具安装到机床上时，就确定了工件编程原点与机床原点的关系，即确定了机床原点在编程坐标系上的坐标值，如图3-5中O工与O机之关系，这一坐标值要用G92 X Y（如图3-5中应为G92 X-20 Y-16）的指令来设定，并把设定的坐标值寄存在数控系统的存贮器内。在零件加工前，通过手动或自动使机床回到机床坐标系的参考点，即建立了机床坐标系，确定了机床坐标原点，机床参考点与机床坐标系原点的相对关系由数控机床制造厂在出厂前调整确定，并在系统参数中设定好。当机床运行第一个坐标运动指令时，一般为快速趋近刀具切削起点，如图3-5中从机床原点O机快速趋近到刀具切削起点A。数控系统自动将这一设定的坐标值加到第一程序段的坐标位移指令中去，使刀具相对于工件运动到第一程序段的终点，也就是说使编程坐标系平移，将按工件坐标系给定的编程尺寸，自动转换到机床坐标系中去。按图3-5所注尺寸，25如从机床原点快速趋近到刀具切削起点A再从A切削到B点，绝对坐标编程的程序应为：N01 G92 X-20 Y-16 LF （数控系统执行该指令时，机床并不产生运动，只把 坐标设定值送入内存。）N02 G90 G17 G00 X12 Y15 LF（数控系统执行该指令时，系统把内存的坐标设定值 与工件坐标系给定的编程尺寸叠加，因此此时，X轴的位移量是32mm，Y轴的位移量是31mm。）N03 G01 X30 Y35 F LF而相对坐标编程的程序应为：N01 G91 G17 G00 X32 Y31 LFN02 G01 X18 Y20 F LF 首件加工后，测量工件尺寸精度，如果发现因工件在机床上的安装位置不准，而引起零件产生某种加工误差时，可以不必移动工件的安装位置，对绝对坐标编程，只需修改G92所设定的坐标值，即可消除这一加工误差。而对相对坐标编程，则需修改第一段的快速定位的坐标值尺寸。G53G59零点偏置设定指令 根据零件图纸所标尺寸基点的相对关系和有关形位公差要求，为编程计算方便，有的数控系统可分别用G53、G54、G55、G56、G57、G58、G59指令设定7种不同的工件零点偏置。其X、Y、Z的偏置值，有的直接在程序指令后设定，有的是在相应的参数表中设定。零点偏置作用与G92基本相同，实际上也是把编程坐标系平移。26 G17、G18、G19插补坐标平面设定指令 对三轴以上两两联动的数控机床，需用G17、G18、G19指令来分别设定在XY、XZ、YZ坐标平面进行插补加工。如图3-6所示，后继插补指令程序中的坐标地址也应与所设定的坐标平面相符，否则会出现编程出错报警。YZXOG02G03G02G03G02G03G19G17G18 图3-6 坐标平面设定示意图27 二、常用指令的含义和使用说明二、常用指令的含义和使用说明 G00快速定位指令 G00在编程中常用来作快速接近工件切削起点或快速返回换刀点等。其运动速度在程序中不设定。它以系统中相应的参数所设定的最快速运动，到将趋近定位点时，通过13级降速以实现精确定位。G00只实现定位作用，对实际所走的路径不作严格要求。运动时也不进行切削加工，编程时应注意参考所用的机床的有关说明，注意在快速趋近定位点时，避免刀具与工件等发生干涉碰撞，编程基本格式为：G00 X Y Z对不运动的坐标可省略，可参考前述图3-5的有关实例说明。G01直线插补指令 G01是用来对工件进行直线切削加工，其切削速度用后继的F指令来设定。其所走的路程是从程序起点到目标点成一直线，目标点坐标值就用XYZ来表示，对不运动的坐标也可省略，编程基本格式为：G01 X Y Z F 如图3-7为三轴直线插补的空间直线，从A到B的直线插补指令如下：绝对坐标编程：G90 G01