數(shù)控編程初學(xué)者必備

小河HH

數(shù)控加工程序編制就是將加工零件的工藝過程、工藝參數(shù)、工件尺寸、刀具位移的方向及其它輔助動(dòng)作（如換刀、冷卻、工件的裝卸等）按運(yùn)動(dòng)順序依照編程格式用指令代碼編寫程序單的過程。所編寫的程序單即加工程序單。

數(shù)控加工的坐標(biāo)系與指令系統(tǒng)：

數(shù)控加工程序的編寫方法有兩種，手工編程和自動(dòng)編程，手工編程是由用戶根據(jù)加工要求，使用該機(jī)床的指令代碼手工書寫數(shù)控程序。自動(dòng)編程是由用戶運(yùn)行編程軟件，輸入零件圖紙和加工參數(shù)(如進(jìn)給量、背吃刀量、切削速度，工件材料、毛坯尺寸等)，由編程軟件自動(dòng)生成數(shù)控程序。兩種編程方法各有所長(zhǎng)。

一、坐標(biāo)系

為了確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)距離，必須在機(jī)床上建立坐標(biāo)系，以描述刀具和工件的相對(duì)位置及其變化關(guān)系。

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸的指定方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，我國在JB3051—1982中規(guī)定了各種數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向，它按照右手法則規(guī)定了直角坐標(biāo)系中X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸和A、B、C三個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的關(guān)系。如圖13-4所示。

圖13-5(a)為車床的坐標(biāo)系，裝夾車刀的溜板可沿兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，溜板的縱向運(yùn)動(dòng)平行于主軸，定為Z軸，而溜板垂直于Z軸方向的水平運(yùn)動(dòng)，定為X軸，由于車刀刀尖安裝于工件中心平面上，不需要作豎直方向的運(yùn)動(dòng)，所以不需要規(guī)定Y軸。

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圖13-5(b)為三軸聯(lián)動(dòng)立式銑床的坐標(biāo)系，圖中安裝刀具的主軸方向定為Z軸，主軸可以上下移動(dòng)，機(jī)床工作臺(tái)縱向移動(dòng)方向定為X軸。與X、Z軸垂直的方向定為Y軸。

二、坐標(biāo)原點(diǎn)

機(jī)床原點(diǎn)：由機(jī)床生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)確定，由于數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)軸的正方向是定義好的，所以原點(diǎn)一旦確定，坐標(biāo)系就確定了，機(jī)床原點(diǎn)也稱機(jī)械原點(diǎn)或零點(diǎn)，是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。機(jī)床原點(diǎn)不能由用戶設(shè)定，一般位于機(jī)床行程的極限位置。機(jī)床原點(diǎn)的具體位置須參考具體型號(hào)的機(jī)床隨機(jī)附帶的手冊(cè)，如數(shù)控車的機(jī)床原點(diǎn)一般位于主軸裝夾卡盤的端面中心點(diǎn)上。

1、機(jī)床參考點(diǎn)：機(jī)床參考點(diǎn)是相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的一個(gè)特定點(diǎn)，它由機(jī)床廠家在硬件上設(shè)定，廠家測(cè)量出位置后輸入至NC中，用戶不能隨意改動(dòng)，機(jī)床參考點(diǎn)的坐標(biāo)值小于機(jī)床的行程極限。為了讓NC系統(tǒng)識(shí)別機(jī)床坐標(biāo)系，就必須執(zhí)行回參考點(diǎn)的操作，通常稱為回零操作。或者叫返參操作，但并非所有的NC機(jī)床都設(shè)有機(jī)床參考點(diǎn)。

2、工件原點(diǎn)：也叫編程原點(diǎn)，它是編程人員在編程前任意設(shè)定的，為了編程方便，選擇工件原點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡可能將工件原點(diǎn)選擇在工藝定位基準(zhǔn)上，這樣對(duì)保證加工精度有利，如數(shù)控車一般將工件原點(diǎn)選擇在工件右端面的中心點(diǎn)。工件原點(diǎn)一旦確立，工件坐標(biāo)系就確定了。編寫程序時(shí)，用戶使用的是工件坐標(biāo)系，所以在啟動(dòng)機(jī)床加工零件之前，必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)定工件原點(diǎn)的操作，以便讓NC確定工件原點(diǎn)的位置，這個(gè)操作通常稱為對(duì)刀。對(duì)刀是加工零件前一個(gè)非常重要且不可缺少的步驟，否則不但不可能加工出合格的零件還會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，在高檔數(shù)控系統(tǒng)中，工件原點(diǎn)甚至在一個(gè)程序中還可以進(jìn)行變換，由相應(yīng)的選擇工件原點(diǎn)指令完成。工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的距離叫原點(diǎn)偏置。

三、坐標(biāo)指令

在加工過程中，工件和刀具的位置變化關(guān)系由坐標(biāo)指令來指定，坐標(biāo)指令的值的大小是與工件原點(diǎn)帶符號(hào)的距離值。坐標(biāo)指令包括：X、Y、Z、U、V、W、I、J、K、R等。其中，通常來說X、Y、Z是絕對(duì)坐標(biāo)方式；U、V、W相對(duì)坐標(biāo)方式，但在三坐標(biāo)以上系統(tǒng)中，有相應(yīng)的G指令來表示是絕對(duì)坐標(biāo)方式還是相對(duì)坐標(biāo)方式，不使用U、V、W來表示相對(duì)坐標(biāo)方式；I、J、K或R是表示圓弧的參數(shù)的兩種方法，I、J、K表示圓心與圓弧起點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)值，R表示圓弧的半徑。

Ｇ指令：

也稱準(zhǔn)備功能(prepare

function)指令，簡(jiǎn)稱G功能指令或G代碼，C指令確定的功能，可分為坐標(biāo)系設(shè)定類型、插補(bǔ)功能類型、刀具補(bǔ)償功能類型、固定循環(huán)類型等。

G指令由字母G和其后兩位數(shù)字組成，從GOO到G99共100種；其中GOO至G09可簡(jiǎn)寫為G0至G9

一下是一些常用的G指令：

1、G00與G01

G00運(yùn)動(dòng)軌跡有直線和折線兩種，該指令只是用于點(diǎn)定位，不能用于切削加工 G01按指定進(jìn)給速度以直線運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)到指令指定的目標(biāo)點(diǎn)，一般用于切削加工

2、G02與G03 G02:順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03:逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)

3、G04(延時(shí)或暫停指令）

一般用于正反轉(zhuǎn)切換、加工盲孔、階梯孔、車削切槽

4、G40、G41、G42 半徑補(bǔ)償 G40：取消刀具半徑補(bǔ)償

5、G32、G92、G76，G32：螺紋切削 G92：螺紋切削固定循環(huán)

G76：螺紋切削復(fù)合循環(huán)

6、車削加工：G70、G71、72、G73，G71：軸向粗車復(fù)合循環(huán)指令G70：精加工復(fù)合循環(huán) G72：端面車削，徑向粗車循環(huán)

G73：仿形粗車循環(huán) 7、主軸設(shè)定指令G50：主軸最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定 G96：恒線速度控制 G97：主軸轉(zhuǎn)速控制（取消恒線速度控制指令）

M指令：

1、主軸正反轉(zhuǎn)停止指令 M03、M04、M05

M03：主軸正傳

M04：主軸反轉(zhuǎn) M05：主軸停止

2、切削液開關(guān) M08、M09

M08：液狀切削液開 M09：切削液關(guān)

3、運(yùn)動(dòng)停止

M00、M01、M02、M30

M00：程序暫停 M01：計(jì)劃停止 M02：機(jī)床復(fù)位M30:程序結(jié)束，指針返回到開頭

4、M98：調(diào)用子程 序

5、M99：返回主程序

F指令

F代碼用于指定插補(bǔ)進(jìn)給速度。

F代碼編程有兩種，每分鐘進(jìn)給量編程和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量編程。在每分鐘進(jìn)給量編程中，F(xiàn)后的數(shù)值表示的是主軸每分鐘內(nèi)刀具的進(jìn)給量，比如：F50，表示每分鐘進(jìn)給量為50mm．值得注意的是，F(xiàn)代碼是模態(tài)指令，但一個(gè)程序中至少應(yīng)該在第一個(gè)插補(bǔ)指令后有一個(gè)F指令，例：

G1X30 F60

Ｓ指令

Ｓ指令用于指定主軸的旋轉(zhuǎn)速度，一個(gè)程序段內(nèi)只能含有一個(gè)Ｓ代碼，由字母Ｓ加數(shù)字表示，例如：

1.指定主軸的轉(zhuǎn)速是400r／min，則相應(yīng)的指令為S400。

2.在數(shù)控車系統(tǒng)中，根據(jù)加工工藝要求，零件端面要求恒線速度加工，因此，數(shù)控車系統(tǒng)中，對(duì)Ｓ指令有特殊規(guī)定：端面恒線速度切削：如Ｎ1

Ｇ96 Ｓ1000　*其中1000是端面的線速度，為1000m／min。速度單位因機(jī)床而異，參見機(jī)床說明書3.端面恒線速度刪除：如Ｎ2 Ｇ97

Ｓ1000。

Ｔ指令

T指令用于指定所選用的刀具，它由字母T和后接數(shù)字組成，在同一程序中，若同時(shí)指令坐標(biāo)移動(dòng)指令和刀具T指令，執(zhí)行順序一般為先執(zhí)行T指令，但具體由機(jī)床廠家確定，參見機(jī)床說明書。

需要指出的是：有的數(shù)控系統(tǒng)如發(fā)那科(FANUC

O—TD)系統(tǒng)，刀具指令采用字母T加四位數(shù)字表示，四位數(shù)字的高2位表示刀具選擇號(hào)，低兩位表示刀具偏置號(hào)。具體表示方法見機(jī)床說明書。如：T0102表示一號(hào)刀，二號(hào)刀補(bǔ)。

程序名：

程序名是數(shù)控程序必不可少的第一行，由一個(gè)地址符加上后接四位數(shù)字組成，第一個(gè)字符或字母是具體的數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的，后接的四位數(shù)字是用戶任意取的�？梢孕∮谒奈�，但不能大于四位，根據(jù)具體數(shù)控系統(tǒng)要求，打頭的字符或字母一般為％、或字母Ｏ。

例：％123，％7788，(CJK6236A2數(shù)控車床)是合法的程序名。

01111，08888，(MV—5數(shù)控銑床)是合法的程序名.

子程序也有程序名，其程序名是主程序調(diào)用的入口。子程序的命名規(guī)則與主程序一樣，視不同的數(shù)控系統(tǒng)有不同的規(guī)則。

數(shù)控加工程序編制的步驟

一、工藝方案分析

1.確定加工對(duì)象是否適合于數(shù)控加工（形狀較復(fù)雜、精度一致性要求高）。

2.毛坯的選擇（對(duì)同一批量的毛坯和質(zhì)量應(yīng)有一定的要求）。

3.工序的劃分（盡可能采用一次裝夾、集中工序的加工方法）。

4.選用適合的數(shù)控機(jī)床。

二、工序詳細(xì)設(shè)計(jì)

1.工件的定位與夾緊。

2.工序劃分（先粗后精、先面后孔、先主后次、盡量減少換刀）。

3.刀具選擇（應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)刀具系列、較高的剛性和耐用度、易換易調(diào)）。

4.切削參數(shù)（盡可能取高一點(diǎn)）.

5.走刀分配（走刀路線要短、次數(shù)要少、盡量避免法向切入、零件輪廓的最終加工應(yīng)盡

可能一次連續(xù)完成）。

6.工藝文件編制（工序卡、工具卡、走刀路線示意圖）。

7.工序卡包括：工步與走刀的序號(hào)、加工部位與尺寸、刀號(hào)及補(bǔ)償號(hào)刀具型式與規(guī)格、

主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及工時(shí)等。

三、運(yùn)動(dòng)軌跡的坐標(biāo)值計(jì)算

1.基點(diǎn)：兩個(gè)幾何元素（線、弧及樣條曲線）的交點(diǎn)。

2.節(jié)點(diǎn)：對(duì)非圓曲線用圓弧段來逼近，節(jié)點(diǎn)數(shù)的多少取決于逼近誤差、逼近方法及曲線

本身的性質(zhì)。

3.輔助計(jì)算：刀具的引入與退出路線的坐標(biāo)值計(jì)算，坐標(biāo)系的計(jì)算（絕對(duì)值、增量值）。

四、編寫數(shù)控加工程序

1.用數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼（G、S、M）與程序格式，編寫加工程序。

2.編制機(jī)床調(diào)整卡，供操作者調(diào)整機(jī)床用。

3.輸入程序。

4.校驗(yàn)與試切。

數(shù)控加工生產(chǎn)流程

使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工，一般包括如下過程

一、審圖并確定加工要求；

二、決定使用何種刀具；

三、確定工件的裝夾方法和夾具；

四、編寫加工程序；

五、打開機(jī)床電源；

六、輸入程序到機(jī)床的NC中；

七、裝刀、裝工件；

八、測(cè)量刀具長(zhǎng)度和直徑偏置量；

九、對(duì)齊工件和設(shè)置工件原點(diǎn)；

十、檢查程序(試空車，修正程序錯(cuò)誤)；

十一、通過試切來檢查切削狀態(tài)(如有必要,

修正錯(cuò)誤、修正刀具偏置)；

十二、機(jī)床自動(dòng)運(yùn)行切削工件；

十三、產(chǎn)品完成。

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系采用的是右手笛卡爾直角坐標(biāo)系，其基本坐標(biāo)軸為X、Y、Z直角坐標(biāo)，如下圖所示，規(guī)定了X、Y、Z三個(gè)直角坐標(biāo)軸的方向，這個(gè)坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸與機(jī)床的主要導(dǎo)軌相平行。根據(jù)右手螺旋法則，我們可以確定出A、B、C三個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的方向。

z軸坐標(biāo)的確定：

(1)與主軸軸線平行的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)。

(2)若無主軸則Z坐標(biāo)垂直于工件裝夾面。

(3)若有幾個(gè)主軸，可選一個(gè)垂直于裝夾面的軸作為主軸并確定為Z坐標(biāo)。

Z軸的正方向-----增加刀具和工件之間距離的方向。

X軸坐標(biāo)的確定：

(1)沒有回轉(zhuǎn)刀具或工件的機(jī)床上，X軸平行于主要切削方向且以該方向?yàn)檎�方向�?/div>

(2)在回轉(zhuǎn)工件的機(jī)床上，X方向是徑向的且平行于橫向滑座，正方向?yàn)榈毒唠x開工件回轉(zhuǎn)中心的方向。

3)在回轉(zhuǎn)刀具的機(jī)床上：若Z坐標(biāo)水平，由刀具主軸向工件看，X坐標(biāo)正方向指向右方；若Z坐標(biāo)垂直，由刀具主軸向立柱看，X坐標(biāo)正向指向右方。

Y軸坐標(biāo)方向由右手笛卡爾坐標(biāo)確定。

機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)

機(jī)床原點(diǎn)為機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，也稱機(jī)床零點(diǎn)或機(jī)床零位。是機(jī)床制造廠家設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理位置，其作用是使機(jī)床與系統(tǒng)同步，建立測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始點(diǎn)。并用M表示。該點(diǎn)是確定機(jī)床參考點(diǎn)的基準(zhǔn)。

機(jī)床參考點(diǎn)

用R表示，它是機(jī)床制造廠在機(jī)床上用行程開關(guān)設(shè)置的一個(gè)物理位置，與機(jī)床原點(diǎn)的相對(duì)位置是固定的，機(jī)床出廠前由機(jī)床廠精密測(cè)量確定的。

機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)是通過機(jī)床參考點(diǎn)間接確定的，機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，其與機(jī)床零點(diǎn)間有一確定的相對(duì)位置，一般設(shè)置在刀具運(yùn)動(dòng)的X、Z正向最大極限位置。在機(jī)床每次通電之后，工作之前，必須進(jìn)行回機(jī)床零點(diǎn)操作，使刀具運(yùn)動(dòng)到機(jī)床參考點(diǎn)，其位置由機(jī)械檔塊確定。這樣，通過機(jī)床回零操作，確定了機(jī)床零點(diǎn)，從而準(zhǔn)確地建立機(jī)床坐標(biāo)系，即相當(dāng)于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部建立一個(gè)以機(jī)床零點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，一般情況下，機(jī)床坐標(biāo)系在機(jī)床出廠前已經(jīng)調(diào)整好，不允許用戶隨意變動(dòng)。

浮動(dòng)原點(diǎn)

當(dāng)機(jī)床參考點(diǎn)不能或不便滿足編程要求時(shí)，可根據(jù)工件位置而自行設(shè)定的一個(gè)相對(duì)固定的而又不需永久存儲(chǔ)其位置的原點(diǎn)。具有浮動(dòng)原點(diǎn)指令功能的機(jī)床，允許將其測(cè)量系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)或程序原點(diǎn)設(shè)在相對(duì)于機(jī)床參考點(diǎn)的任何位置上。

刀架相關(guān)點(diǎn)

從機(jī)械意義上說，所謂尋找機(jī)床參考點(diǎn)，就使刀架相關(guān)點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)重合，從而使數(shù)控系統(tǒng)得知刀架相關(guān)點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置。所謂刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償即刀尖相對(duì)于該點(diǎn)的長(zhǎng)度尺寸即刀長(zhǎng)。實(shí)際上數(shù)控機(jī)床往往使用刀庫中的某把刀作為基準(zhǔn)刀具，其他刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償均是刀尖相對(duì)該刀具刀尖的長(zhǎng)度尺寸，對(duì)刀則由基準(zhǔn)刀具完成。

工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是用來確定工件幾何形體上各要素的位置而設(shè)置的坐標(biāo)系，工件原點(diǎn)的位置是人為設(shè)定的，它是由編程人員在編制程序時(shí)根據(jù)工件的特點(diǎn)選定的，所以也稱編程原點(diǎn)。

數(shù)控車床加工零件的工件原點(diǎn)一般選擇在工件右端面、左端面或卡爪的前端面與Z軸的交點(diǎn)上。是以工件右端面與Z軸的交點(diǎn)作為工件原點(diǎn)的工件坐標(biāo)系。

同一工件，由于工件原點(diǎn)變了，程序段中的坐標(biāo)尺寸也隨之改變。因此，數(shù)控編程時(shí)，應(yīng)該首先確定編程原點(diǎn)，確定工件坐標(biāo)系。編程原點(diǎn)的確定是在工件裝夾完畢后，通過對(duì)刀確定。

對(duì)刀

在數(shù)控加工中，工件坐標(biāo)系確定后，還要確定刀具的刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置。即常說的對(duì)刀問題。數(shù)控機(jī)床上，目前，常用的對(duì)刀方法為手動(dòng)試切對(duì)刀。

在數(shù)控加工中，工件坐標(biāo)系確定后，還要確定刀具的刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置。即常說的對(duì)刀問題。數(shù)控機(jī)床上，目前，常用的對(duì)刀方法為手動(dòng)試切對(duì)刀。

數(shù)控車床對(duì)刀方法基本相同，首先將工件在三爪卡盤上裝夾好之后，用手動(dòng)方法操作機(jī)床，具體步驟如下：

1）回參考點(diǎn)操作 采用ZERO或HOME（回參考點(diǎn)）方式進(jìn)行回參考點(diǎn)的操作，建立機(jī)床坐標(biāo)系。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)顯示器上將顯示刀架中心（對(duì)刀參考點(diǎn)）在機(jī)床坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置的坐標(biāo)值。

2）試切對(duì)刀 先用已選好的刀具將工件外圓表面車一刀，保持X向尺寸不變，Z向退刀，然后，停止主軸，測(cè)量工件外圓直徑D,根據(jù)不同的數(shù)控系統(tǒng)輸入刀具的X向刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。如圖1-22所示。再將工件端面車一刀，z向尺寸不變，X向退刀 ，根據(jù)不同的數(shù)控系統(tǒng)輸入刀具的z向刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。

3）建立工件坐標(biāo)系 程序運(yùn)行時(shí)刀具添加相應(yīng)對(duì)刀時(shí)的補(bǔ)償值,刀具即處于編程的坐標(biāo)系,工件坐標(biāo)系即建立。

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