1、教师教案 井冈山学院1第一章 数控技术概述一、教学学时：24讲课课时：24二、教学目的：了解机床数控技术基本概念及数控机床的工作流程；掌握数控机床的基本组成、工作原理、分类；掌握数控机床的特点及其使用范围。三、教学重点和难点：重点：数控机床的工作流程；数控机床的组成及其分类方法。难点：插补概念的理解；开环、闭环和半闭环控制系统的分析比较。四、教学内容、导入新课：简要介绍数控技术的发展现状及其在机械制造业中的地位和作用。、新课内容：第一节 机床数控技术的基本概念及数控机床的工作流程(一) 基本概念：1数控技术，简称数控（Numerical Control） 。它是利用数字化的信息对机床运动及加工
2、过程进行控制的一种方法。数控技术的产生与其它大多技术的共性，服务于军备制造。它是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术。同时数控技术是衡量一个国家科技实力的标准之一。2数控系统：一般数控系统由输入/输出(I/O)装置、数字控制系统、驱动控制装置、电器逻辑控制执行装置等 4 个部分组成。(二) 数控机床的工作流程（如图 1-1 所示）图1-1 数控机床的工作流程数控加工程序的编制-程序输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工。1数控加工程序的编制。有两种方法，即手工编程和自动编程。2输入。即把零件程序、控制参数和补偿数据
3、输入到数控装置中。常有输入方式有：直接、通过磁盘、纸带、DNC 通讯方式。3译码。类似于计算机的编译系统，数控加工程序的译码过程分为两个阶段：即代码的识别和编译成机器码。4刀具补偿。加工时，因刀具的几何形状差异或磨损，需设置刀具补偿。主要指设置刀具的半径长度、和位置的补偿教师教案 井冈山学院25插补。即是指在已知曲线的种类、起点、终点和进给速度的条件下，在曲线的起、终点之间进行“数据点的密化” ，刀具沿着这些密化之后的数据以直线来逼近零件轮廓曲线。5位置控制和机床加工。位置控制的任务是在每个采样周期内，将插补计算出来的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机，最终控制机床运动部件
4、带动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度进行加工。第二节 数控机床的组成与分类（一） 数控机床的组成数控机床由输入输出装置、数控装置、伺服系统和机床的机械部件构成（图 1-1） 。图 1-2 数控机床的组成框图各组成部分的功能：1输入输出装置，提供程序编制、输入、修改、显示、存储、打印的硬件操作平台。主要设备有：显示器、键盘、数据通讯口等。2数控装置是用带有存储器的专用计算机来实现部分或全部自控功能的装置，数控装置是数控机床的核心。其作用类似于计算机机的主机，见图 1-3 所示。图 1-3 数控装置的作用主要功能如下：多坐标控制（多轴联动）插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补）程序输入、编辑和修改
5、功能（人机对话、手动数据输入、上位机通信输入）教师教案 井冈山学院3故障自诊断功能补偿功能：（包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿螺距误差补偿等）信息转换功能多种加工方式选择功能（包括实现多种加工方式循环、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等）辅助功能（M 功能）：即用来规定主轴的起停和转向，冷却液的接通和断开，刀具的更换等显示功能：即使用 CRT 或液晶屏显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障源以及图形等。通信和联网功能。3伺服系统伺服系统是接受数控装置指令、驱动机床执行机构运动的驱动部件。要求能快速响应准确响应指令。包括伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机等。常见的伺服电机有：步进
6、电机、电液马达、直流伺服电机和交流伺服电机等。4测量反馈装置由测量部件和响应的测量电路组成。用以实时各执行部件的速度和位置，反馈到数控装置中形成闭环控制。若系统无测量反馈装置则为开环系统。常用的测量部件有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。5机床的机械部件除了主运动系统以及辅助部分（如液压、气动、冷却和润滑部分）以外，尚有一些特殊部件，如储备刀具的刀库、自动换刀装置(ATC)和自动托盘交换装置等。（二） 分类1按机械加工的运动轨迹分类（1）点位控制数控机床：特点：只与运动的速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。（2）直线控制数控机床：特点：a、控制点与点
7、之间的准确定位及位移速度和路线。 （一般平行于坐标轴运动或 45斜线）b、通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。如：简易数控车床和简易数控铣床等。（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。特点：a、具有插补的功能（与点位控制数控机床的根本区别） ；b、具有刀补的功能（包括刀具半径长度补偿、机床轴向运动误差补偿、丝杆的螺距误差和齿轮的反向间隙误差补偿等） ；c、具有多坐标联动的功能。如：数控车床、数控铣床、加工中心等。2按伺服系统的控制原理分类：（1）开
8、环控制的数控机床概念：无位置检测装置，控制信号的流程是单向的。原理图：原理图如图 1-4。教师教案 井冈山学院4 特点：a驱动元件为步进电机；b结构简单、成本较低、调试方便；c. 价格低廉，精度及稳定性差。图 1-4 开环控制系统原理图（2）闭环控制系统：概念：即有位置检测装置，通过安装在机床移动部件的位移测量装置测得的实际位置信号与指令值比较，来控制坐标轴的运动。原理图：如图 1-5 所示。图 1-5 闭环控制系统原理图 特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台） ；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。d. 主要用于超精铣床、超精车床等（3
9、）半闭环控制系统：概念：位置测量装置安装在伺服电动机转动轴上或丝杆的端部，即反馈信号取自电动机轴或丝杆上，而不是机床的工作台。与闭环系统区别在于检测元件装在传动链的旋转部位，它所检测的不是工作台的实际位移量，而是与位移量有关的旋转轴的转角量。原理图：如图 1-6 所示。教师教案 井冈山学院5图 1-6 半闭环控制系统原理图 特点：a. 精度及稳定性较高，价格适中；b. 安装、调试、维护简单，广泛应用于数控机床行业中。4按功能水平分类：一般而言主控机决定机床的性能。类型 主控机 主轴功能 进给 联动轴数 进给分辨 率进给速度(m/min)自动化程度高档 32 位 CPU 交流伺服电机 无级 5
10、轴 0.1m 24 能通信、联网监控管理功能中档 16 位或 32 位CPU交流或直流伺服电机 无级 4 轴 1m 24具有人机对话接口低档 8 位 CPU 或单片机 步进电机 有级 3 轴 10m 1524功能简单4其它分类方法如按加工的方式分类：金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、特种加工（如：电火花切割机、电火花成型机火焰切割机等）及其它类型数控机床（如：机器人、三坐标测量机） 。第三节 数控机床的特点及适用范围（一）特点：1加工零件的适用性强，灵活性好。 （如复杂曲面的模具加工、螺旋桨及涡轮叶片的加工）2加工精度高，产品质量稳定。3柔性好。4自动化程度高，生产率高。5减少工人劳动强
11、度。6生产管理水平提高。（二）适用范围零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等（如模具制造加工）五、课后思考题：1.它的工作流程是什么？2.数控机床是由哪几部分组成教师教案 井冈山学院63.按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？4.谈谈对数控技术课程的认识和期望。六、课后反思：教师教案 井冈山学院7第二章 数控加工编程基础一、教学学时：讲课课时：10二、教学目的：了解数控编程的步骤；掌握零件加工程序的结构；了解数控机床的坐标系；4掌握常用 G、M 指令的编程方法；5掌握数控编程的工艺处理原则；6了解程序编制中的数学处理方法。三、教学重点和难点：重点：1.数控编程的步骤；2
12、.零件加工程序的结构；3.数控机床的坐标系的分类及其区别；4.常用 G、M 指令编程方法；5.数控编程的工艺处理原则；难点：1.机床坐标系与工件坐标系的区别；2.圆弧插补顺、逆方向的判断；3.刀具位置偏置补偿指令的使用方法。四、教学内容2.1 概述（一） 、数控编程的基本概念1、数控加工：是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。2、数控编程：从分析零件图纸开始到获得正确的数控加工程序载体为止的全过程。（二） 、数控编程的内容和步骤内容：包括分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切等。数控编程流程如图 2-1 所示。具体过程如下：图 2-1 数
13、控编程的步骤1. 加工工艺分析与普通机加工类似，但有其特点。教师教案 井冈山学院8（1）根据零件图样进行分析（形状、尺寸、精度、表面粗糙度等） 。（2）加工路线和加工方式。a.先面后孔；b.先粗后精；c.先基准后其他。注意：以刀具为中心：尽量用一把刀具加工所有能加工的部位，以减少换刀次数；尽量做到一次装夹粗精加工全部完成。（3）定位基准和夹紧方式。（4）选择刀具、刀柄的类型和规格：（5）合理选择切削用量（S、F、t）：主轴转速 ：=nd/1000；进给速率 F：1015选最大；切深 t：t=（1/41/3）切削刃长度。2.数值计算：按已确定的加工路线和零件的加工误差，计算出所需的输入数控装置的
14、数据。 。（1）各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标的计算；（2）基点的计算基点指各几何元素之间的连接点，如直线的交点、直线与圆弧的交点或切点、圆弧与圆弧之间的交点或切点等。注意：对于无刀具位置补偿功能的数控系统；要根据工件轮廓轨迹，计算出刀具中心运动轨迹坐标。（3）节点的计算：节点指在加工平面轮廓为非圆曲线（如渐开线、阿基米德线）时，将非圆曲线按等间距或等弧长分割成许多小段，再用直线或圆弧逼近这些小段曲线。此时，逼近直线或圆弧小段与曲线的交点或切点称为节点。注意：节点计算往往采用自动编程的方法。3.编写程序清单：对于不同的数控系统只有少数的指令的含义不同。4.制作控制介质；5.校核与试切。
15、（三） 、数控编程的方法1手工编程：是指用人工完成程序编制的全部工作（包括用通过计算机辅助进行数值计算）。2自动编程：是指程序编制工作的大部分或全部由计算机来完成，又称计算机辅助编程。2.2 编程的基础知识（一） 、零件加工程序的结构1.加工程序的构成：程序由程序号（名）和若干个程序段组成，每个程序段由若干指令字组成典型的数控程序构成如图 2-2 所示。注意： 程序号因数控系统而异。 程序段结束因数控系统而异。教师教案 井冈山学院9 程序最大长度因数控系统而异。 程序段最大长度有限制。图 2-2 程序的构成2.程序段格式典型的程序段格式如图 2-2 所示。图 2-3 程序段格式3.主程序与子程
16、序作用：适合有相同结构形状零件加工；可简化程序设计、减少程序段数量。结构：主程序与子程序的关系如图 2-4 所示。教师教案 井冈山学院10图 2-4 主程序与子程序（二） 、数控机床的坐标系1坐标轴及运动方向的规定不同的机床有不同的运动形式，可以是刀具相对于工件的运动，也可以是工件相对于刀具的运动。规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。图 2-5 右手定则确定机床坐标系的坐标轴顺序为：ZXY Z 轴： Z 坐标轴与传递切削力的主轴方向一致；以增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向对于车床、磨床等主轴带动工件旋转；Z 轴平行与主轴。如果
17、机床没有主轴（如牛头刨床） ，Z 轴垂直于工件装卡面。钻镗加工中，钻入和镗入工件的方向为 Z 坐标的负方向，而退出为正方向。 X 轴： X 坐标轴一般是水平的，平行于工件的装卡面。这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。刀具离开工件旋转中心的方向为 X 轴正方向。a、如 Z 轴是垂直的，当从刀具主轴向立柱看时，X 的正方向指向右。 b、如 Z 轴（主轴）水平，当从主轴向工件方向看时，X 的正方向指向右方。教师教案 井冈山学院11 Y 轴：Y 坐标轴垂直于 X、Z 坐标轴。Y 运动的正方向根据 X 和 Z
18、坐标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。图 2-6 典型机床的坐标系旋转坐标系： A、B 和 C 相应地表示其轴线平行于 X、Y 和 Z 坐标的旋转运动。A、B 和 C的正方向，相应地表示在 X、Y 和 Z 坐标正方向上按照右旋螺纹前进的方向。附加坐标： 如果在 X、Y、Z 主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W 。如还有第三组运动，则分别指定为 P 、Q 和 R。举例说明：卧式加工中心、卧铣、后置刀架车床等。对于工件运动时的坐标轴方向对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，作相反的安排。用带“”的字母，如X，表示工件相对于刀具正向运动指令。
19、而不带“ ”的字母，如X，则表示刀具相对于工件的正向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员、工艺人员只考虑不带“ ” 的运动方向。主轴旋转运动的方向主轴的顺时针旋转运动方向（正转） ，是按照右旋螺纹旋入工件的方向。2. 机床坐标系与工件坐标系 （1）机床坐标系机床坐标系是机床上固有坐标系，往往采用那些能够作为基准的点、线、面来作为机床的换刀点、坐标轴的轴心线和坐标平面。图 2-7 所示为数控车床坐标系。图 2-7 典型车床坐标系机械原点-机床上设定的一个特定位置，又称机床零位。机械原点的定位精度很高，是机床调试和加工时十分重要的基准点。机床上各种坐标系的建立都是以机械原点为参考点而
20、确定的。图中 O是机械原点 。机床每次开机、断电、故障、图形模拟后，甚至必要时当进行坐标设定及对刀前都要对机床进行一次手动回零操作。所谓回零操作就是使运动部件回到机床的机械原点。教师教案 井冈山学院12（2）工件坐标系（编程坐标系）工件坐标系在编程时使用，由编程人员在工件上建立的工件坐标系。工件原点：零件在设计中有设计基准。在加工过程中有工艺基准，同时要尽量将工艺基准与设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。（3）机床坐标系与工件坐标系的关系工件坐标系与机床坐标系的坐标轴平行。可通过机床坐标系偏置得到。3绝对坐标与增量（相对）坐标绝对坐标-刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是以相对于固定的坐标原点
21、 O 给出的，即称为绝对坐标。该坐标系称为绝对坐标系。坐标值用 X、Y、Z 表示。增量（相对）坐标-刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是相对于前一位置（或起点）来计算的，即称为增量（或相对）坐标，该坐标系称为增量坐标系。增量坐标值用 U,V,W 表示。U,V,W 分别表示与 X,Y,Z 平行且同向的坐标轴。4最小设定单位与编程尺寸的表示法（1）最小设定单位又称最小指令增量或脉冲当量。一般为 0.00010.01mm 。视具体的数控机床而定。（2）编程尺寸表示法：例如：某坐标点的尺寸为：X 125.30mm，Z405.247mm ，最小设定单位为 0.01mm，则第一种方法表示为：X12530 Z4
22、0525第二种方法表示为：X125.30 Z405.25线切割机床一般以脉冲当量为单位。2.4 功能代码简介主要功能代码有：G（准备功能） ，M（辅助功能） ，F（进给功能） ，S（主轴速度功能） ，T（刀具功能）（一）G（准备功能）准备功能也叫 G 功能或 G 代码。它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。G 代码由地址 G 和后面的两位数字组成，从 G00 - G99 共 100 种。主要用于规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种功能。G 代码分为模态代码（又称续效代码）和非模态代码。模 态代 码-表示该代码一经在一个程序段中指定（如 a 组的 G00，直
23、到出现同组（a 组）的另一个 G 代码（如 G02)时才失效。非模态代码-即只在写有该代码的程序段中有效（二）M（辅助功能）辅助功能也叫 M 功能或 M 代码。它是控制机床或系统的开关功能的一种命令。如开、停冷却泵；主轴正、反转；程序结束等。1、M00-程序停止。程序中执行该指令后，停止自动运转，即主轴停转、切削液关闭、进给停止，处于程序停止状态，把全部信息保存起来。以便进行手动换刀、手动变速等手动操作。要继续执行加工程序时，按动控制面板上的起动按钮才能再次自动运转。2、M01-计划停止。该指令与 M00 相似。但必须预先把面板上的“选择停止开关”旋转到计划停止处，M01 指令才能被执行。该指
24、令主要用于加工过程中需要停机检查、测量零件或手工换刀和交接班等。3、M02-程序结束。表示程序全部结束，停止自动运转，主轴进给及切削液供给全部停下，使数控装置和机床复位，将纸带倒回到程序开始的字符位置。4、M03、M04、M05-主轴旋转方向。分别命令主轴正转（顺） 、反转（逆） 、和停止转教师教案 井冈山学院13动。5、M06-自动换刀。6、M07、M08、M09- 冷却液的启动与停止。7、M30-程序结束，并返回开始状态。思考：M00、M01、M02、M30 的区别。（三）F（进给功能） ，S（主轴速度功能） ，T（刀具功能）1.进给功能 F表示进给速度，单位是 mm/min。当进给速度与
25、主轴转速有关时（如车削螺纹） ，单位为mm/r。进给速度在加工过程中的表示方法随数控装置的不同而不同。通常跟两位数字 F表示，其数值有的代表具体进给数值，有的代表某种进给速度的编码号。2、主轴速度功能 S主要表示主轴转速或速度。单位分别为 r/min 或 m/min。主轴功能是用字母 S 后跟两位或四位数字组成，其后面的数字有时表示具体转数，有时表示某种转数的代码。主轴的实际转数常用机床操作面板上的主轴速度倍率开关调整。倍率开关通常设有50、60、70、80、90、100、110、120、200等档位，编程时总是假定倍率开关指在 100的位置。3、刀具功能 T刀具功能，也称 T 功能，是用来表
26、示选择刀具或刀补号的。一般具有自动换刀的数控机床上才有此功能。刀具功能用字母 T 及后面的两位或四位数字表示。T0102： 01 表示选择第 1 号刀，02 表示 02 刀补。2.3 常用准备功能指令的编程方法（一） 、与坐标系有关的指令：G90/G91、G92、G17/G18/G191.绝对坐标与增量坐标指令G90、G91G90 表示绝对坐标值，而 G91 表示相对坐标值。注意：（1）绝对坐标方式编程时终点的坐标值在绝对坐标系中确定，增量坐标方式编程时终点的坐标值在增量坐标系中确定。（2）在某些机床的增量坐标尺寸不用 G91 指定，而是在运动轨迹的起点建立平行于X、Y、Z 的增量坐标系 U、
27、V、W。2坐标系设定指令G92格式：G92 X_Y_Z_作用：G92 指令用来规定工件坐标系的原点，即它确定了工件坐标系的原点在距刀具刀位点起始位置（起刀点）多远的地方。G92 指令只是设定坐标系原点位置，执行该指令后刀具（或机床）并不产生运动。说明：（1）车削编程中，X 尺寸字中的数值一般用坐标值的 2 倍，即用刀尖相对于回转中心的直径编程。（2）该指令程序段要求坐标值 X、Z 必须齐全，不可缺少，并且只能使用绝对坐标值，不能使用增量坐标值。（3）在一个零件的全部加工程序中，根据需要，可重复设定或改变编程原点。3坐标平面选择指令G17、G18、G19格式：教师教案 井冈山学院14G17/G1
28、8/G19说明：（1）G17、G18、G19 指令分别表示选 XY、ZX、YZ 平面为当前工作平面。如图 2-8 所示。图 2-8 坐标平面选择（2）由于 XY 平面最常用，故 G17 可省略，对于两坐标控制的机床，如车床总是在 XZ 平面内运动，故无需使用平面指令。（二） 、与运动控制有关的指令：G00、G01、G02/G031快速点定位指令G00格式：G00 X_Y_Z_；说明：（1）G00 一般用作为空行程运动；（2）X、Y、Z 为目标点的绝对或增量坐标；注意：（1）G00 指令中不需要指定速度，即 F 指令无效。（2）在 G00 状态下，不同数控机床坐标轴的运动情况可能不同。（3）编程
29、前应了解机床数控系统的 G00 指令各坐标轴运动的规律和刀具运动轨迹，避免刀具与工件或夹具碰撞。2直线插补指令G01格式：G01 X_Y_Z_F_说明：（1）X、Y、Z 为目标点的绝对或增量坐标；（2）F 为沿插补方向的进给速度。注意：（1）G01 指令既可双坐标联动插补运动，又可三坐标联动插补运动，取决于数控系统的功能。（2）G01 程序段中必须含有进给速度 F 指令，否则机床不动作。（3）G01 和 F 指令均为模态指令，即续效指令。思考：当前位置为（10,20,30） ，分别执行 G90G00（100,100,100）和 G90G01（100,100,100）的运行轨迹。3圆弧插补指令G
30、02、G03格式：F；G1987032-ZYXR-KJI或说明：教师教案 井冈山学院15（1）G02 表示顺时针圆弧(顺圆)插补，G03 表示逆时针圆弧(逆圆) 插补。（2）I、J、K 表示圆心相对于圆弧起点的增量坐标值，有正负之分，且不受 G90 控制。（3）有些数控系统允许用半径参数 R 来代替圆心坐标参数 I、J、K 编程。若圆弧对应的圆心角180 o，则 R 取正值。若 l80o360 o，则只取负值。注意：整圆切削时不能用 R 进行编程，只可以用 I、J、K 进行编程。顺逆圆弧方向的判断：在圆弧插补中，沿垂直于要加工的圆弧所在平面的坐标轴由正方向向负方向看，刀具相对于工件的转动方向是
31、顺时针方向为 G02，是逆时针方向为 G03。如图 2-9 所示。图 2-9 圆弧顺、逆的判断4暂停（延迟）指令G04格式：G04 ；说明：（1）符号 表示地址符，常用的地址符有 X、U 、P 等，不同系统有不同的规定。（2）为数字，表示暂停时间（以秒或毫秒为单位） ，或表示工件转数。（3）G04 为非模态指令。（4）G04 指令主要用于以下几种情况：a不通深孔钻削时，提高孔底光洁度；b镗孔完毕后退刀时，避免留下螺旋划痕而影响表面粗糙度；c横向车槽时；d在车床上倒角或车顶尖孔时，为提高表面平整度。（三） 、与刀具补偿有关的指令：G41/G42/G40 ；G43/G44/G491刀具半径自动补偿
32、指令G41 、G42 、G40（1）刀具半径自动补偿的概念：如图 2-10 所示，在用圆头刀具进行轮廓加工时，必须考虑刀具半径的影响。教师教案 井冈山学院16图 2-10 刀具半径补偿原理刀具半径自动补偿功能的作用就是要求数控系统能根据工件轮廓 AB 和刀具半径 R 自动计算出刀具中心轨迹 AB，如图 2-10 所示。这样，在编程时，就可以直接按零件轮廓的坐标数据编制加工程序。而在加工时，数控系统就自动地控制刀具沿轮廓 AB移动，加工出合格的零件。即两点：a简化编程；b提高精度。（2）格式：分为两种情况a与 G00，G01 指令配合使用时的编程格式为；G0142-DYXb与 G02、G03 指
33、令配合使用时的编程格式为D 一；XYR 一；G032c说明： G41刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边；G42刀具右偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边；G40取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合。G40 必须与 G41、G42 指令配合使用；X-Y-为插补终点坐标值；R-为圆弧插补时圆弧的半径；D-为刀具半径补偿值寄存器的地址号，刀具半径补偿值在加工之前用 MDI 方式输入相应的寄存器，加工时由 D 指令调用。（4）注意事项：a刀补指令为模态指令b不准与 G45G48 混用。 （算法不同）2刀具长度补偿指令G43 、G44 、G49（1）含义：刀具长度补
34、偿指令一般用于刀具轴向(Z 方向)的补偿，它可使刀具在 Z 方向上的实际位移大于或小于程序给定值，即实际位移量=程序给定值补偿值上式中，二值相加称为正偏置，用 G43 指令来表示，二值相减称为负偏置，用 G44 指令来表示。（2）格式：ZH 一；G43（3）说明：aZ 值是程序中给定的坐标值；bH 值是刀具长度补偿值寄存器的地址号，该寄存器中存放着补偿值。教师教案 井冈山学院17cG43，G44 指令执行的结果可用 图 2-11 表示：执行 G43 时，Z 实际值=Z 指令值+(H-)；执行 G44 时，Z 实际值=Z 指令值-(H-)。d刀具长度补偿指令 G43、 G44 的注销用取消刀补指
35、令 G49。图 2-11 刀具长度补偿（四）标准固定循环指令（一般随机床的种类、型号、生产厂家等而变，是不通用的。 ）在 G 指令中，常用 G80G89）作为固定循环指令。而在有些数控机床中，常用 G33G35 与G76G79 作为固定循环指令。（G98 返回到开始点，G99 返回 R 点）2.4 数控编程的工艺处理（一） 、合理确定零件的加工路线1零件的加工路线的含义：是指数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。2确定加工路线的原则主要有：（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；（2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程移动时间；（3）应使数值计算简单，程序段
36、数量少，以减少编程工作量。（二） 、合理选择对刀点，换刀点1.概念对刀点：是指数控机床上加工零件时，刀具相对与工件运动的起点。也称为程序起点或起刀点。换刀点：是指刀架转位换刀时的位置。可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的） ，也可以是任意设定的一点（如车床） 。应设在工件或夹具的外部。刀位点：用于表示刀具在机床上的位置。各种刀具的刀位点位置是不同的。车刀和镗刀刀尖，钻头钻尖，立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头刀球心。2、选择对刀点的原则要便于数学处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中检查方便；引起的加工误差小。可选在工件上，也可选在工件外。但是必须与零件的定位基准
37、有一定的尺寸关系。应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，这样可以提高加工精度。（三） 、合理选择工件的装夹方法、刀具和切削用量1、选用或设计夹具时应当遵循以下原则：教师教案 井冈山学院18尽量选用组合夹具,可调整夹具等标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具；工件的装卸要快速、方便、可靠，常采用气动、液压夹具，以减少机床的停机时间；零件上的加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工。2、选用切削用量的原则：粗加工时，以提高生产率为主，同时考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率，经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书，切削用量手册，并结合经
38、验而定。四、合理编制工艺文件1、工序卡：主要用于自动换刀数控机床。是操作人员进行数控加工的主要的指导性工艺资料。工序卡应按以确定工步顺序填写，不同的数控机床其工序卡的格式不同。 （见 40 页）2、刀具调整卡：3、机床调整单：是指操作人员在加工零件之前调整机床的依据。2.5 加工程序编制中的数值计算（一） 、概念1.数控编程中的数值计算：是指根据工件的图样要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需要输入的数据。2.基点：是指组成零件轮廓曲线的各几何元素（如直线、圆弧、二次曲线等）间的连接点。3.节点：是指当利用具有直线插补功能的数控机床加工零件的曲线轮廓时，任一轮廓的曲线均
39、用连续的折线来逼近。此时，根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其相邻两直线的交点。（二） 、数值计算的内容1.基点和节点的计算2.刀位点轨迹的计算对刀时是使刀位点与对刀点重合，从对刀点开始控制刀位点。3.辅助计算：包括增量计算、脉冲数计算、辅助程序段的数值计算等。其中辅助程序段是指开始加工时刀具从对刀点到切入点，或加工完了时，刀具从切出点返回到对刀点而特意安排的程序段。(三)、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算（不讲）（四） 、非圆曲线的节点计算把除直线与圆弧之外可以用数学方程式表达的平面轮廓曲线称为非圆曲线。常用直线或圆弧逼近来处理。1、 用直线段逼近非圆曲线时的节点计算常用的节
40、点计算方法有：等间距法、等步长法、等误差法（1）等间距法1）基本原理：将某一坐标轴划分成相等的间距，根据方程 y=f(x)可由 xi求得 yi的方法。误差校验的方法曲线曲率半径变化较小处，验算两节点间距最长处的误差；曲线曲率半径变化较大处，验算曲率半径较小处的误差；等间距法直线逼近是使每一个程序段中的某一个坐标轴分成相等的间距,如图 2-12 所示。节点 A2 的坐标：X2=X1+X Y2=f(X1+X)；教师教案 井冈山学院19图 2-12 等间距法直线逼近计算出各节点坐标后，还要验算逼近误差是否小于允许的误差值 允 （即 允 ) 。逼近误差：指逼近直线与所对应的曲线之间的法向距离。验算时一
41、般只验算曲率半径较小的逼近直线或曲线有拐角处的逼近直线的逼近误差。2）误差验算方法：设校验 mn 曲线段，m 点:（Xm,Ym） ，n 点:（Xn,Yn)已求出，则 m、n 两点的直线方程为nnyxyx令 nmmm yxCBA,则 Ax+By=C 即为过 mn 两点的直线方程，距 mn 直线为 的等距线 mn的直线方程可表示如下：2yx式中，当所求直线 mn在 mn 上边时，取“+”号，在 mn 下方时取“-”号。联立方程求解2BACBA)(xfy求解时， 的选择有两种方法，其一为取 为未知，利用联立方程组求解只有唯一的条件，可求出实际误差 实 ，然后用 实 与 允 进行比较，以便修改间距值；
42、其二为取 = 允 ，若方程无解，则 mn与 无交点，表明 实 允 。)(xfy（2）等程序段法（等步长法）1）基本原理：是使每个程序段的线段长相等。如图 2-13 所示，首先应求出该曲线的最小曲率半径 Rmin，由 Rmin 及 允确定允许的步长 L，然后由曲线起点 a 开始按 L 依次截取曲线，得 a、b、c点，则 ab=bc=L。教师教案 井冈山学院20图 2-13 等程序段法直线逼近2）计算步骤（略）（3）等误差法1）基本原理首先求出曲线起点 a 的坐标(x a,ya)，以 a 为圆心，以 允 为半径作圆，作该圆与已知曲线的公切线 PT，求出此切线的斜率，再过 a 点作 PT 的平行线交
43、曲线于 b 点，以 b 点位圆心，按上法依次作图，由于两平行线间距离恒为 允 ，因此，任意相邻两节点的逼近误差为等误差。如图 2-14 所示。图 2-14 等误差法直线段逼近2、用圆弧段逼近非圆曲线时的节点计算（1）圆弧分割法（须使曲线 y=f(x)为单调曲线） 。1）基本原理圆弧分割法应用在曲线 y=f(x)为单调的情形。若不是单调曲线，可以在拐点处将曲线分段，使每段曲线为单调曲线。如图 2-12 所示。（2）三点作图法先用直线逼近方法计算轮廓曲线的节点坐标，然后再通过连续的三个节点作图的方法，称为三点作图法。过连续三点的逼近圆弧的圆心坐标及半径可用解析法求得。具体解法过程略。五、课后思考题
44、：1、什么是“字地址程序段格式” ，为什么现代数控系统常用这种格式？2、试述 G00、G01 指令的区别，M00、M01、M03、M04 指令的区别。3、G41、G42、G43、G44 的含义如何？试用图说明。4、完成课后练习 2-18、完成课后练习 2-19。六、课后反思：教师教案 井冈山学院21教师教案 井冈山学院226. 设定工件坐标系及工件零点（1）通过设置工件零点相对机床坐标系的坐标值，设定工件坐标系。对于 CK0630 车床工件坐标系的设定：格式：G59 XZ-说明：a.G59 编在加工程序的第一段。若不设 G59，则系统自动将工件零点设在毛坯端面。b.G59 指令后的参数(x,z
45、)值是工件零点在机床坐标系中的坐标值。因机床坐标系原点 O 位于卡爪后 20mm 处，故 X=0,Z=20+工件零点伸出卡爪长度如图 3-3 所示。例如，CK0630 车床设定工件坐标系，O 点为机床坐标系原点，O1、O2 点为工件坐标系。如图 3-3 所示。图 3-3 CK0630 车床设定工件坐标系设 O1 为工件零点，程序段为：G59 X0 Z34设 O2 为工件零点，程序段为：G59 X0 Z84（2）通过设置刀具起点相对工件坐标系的坐标值，来设定工件坐标系对于 FANUC 系统车床工件零点的设定：格式：G50 XZG92 XZ如图 3-5 所示，分别设 O1、O2、O3 为工件零点。图 3-5 工件零点设定实例 图 3-6 换刀点设置示例设 O1 为工件零点，程序段：G50 (G92) X70 Z70设 O2 为工件零点：G50 (G92) X70 Z60设 O3 为工件零点：G50(G92)X70 Z20教师教案 井冈山学院237.换刀点设定（CK0630 车床）指令格式：G92 XZ说明：以绝对坐标方式设置换刀点；X、Z 是换刀
