1、数控编程与加工技术,CNC hobbing machine,CNC Longmen milling machine,东北石油大学 杨松山,第1章 概 述,数控机床：数控机床是数字控制机床 （Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码。用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置经运算处理后，由数控装置发出各种控制信号控制机床动作，按图纸要求的形状和尺寸自动地将零件加工出来。,数控机床有如下特点： 对加工对象的适应性强。如适应模具等产品单件生
2、产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法； 加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高； 可靠性高。,1.1 数控技术发展 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，进行直升飞机螺旋桨
3、样板的研制。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功世界第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件（第一代数控机床）。,1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现了带自动换刀装置的数控机床，称为数控加工中心（MC Machining Center），使数控装置进入了第二代。 1965年，出现了第三代集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60年代末，先后出现了由一台计算机直接
4、控制多台机床的直接数控系统（简称 DNC），又称群控系统；而采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称 CNC），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功了使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称 MNC），这是第五代数控系统。,20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式的自动编制程序的数控装置。数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上。数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分（通过PCI扩展槽），在PC机上
5、安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。 现在，数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），这种技术是用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。 由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。,目前，在我国数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术
6、创新，核心部件及材料（微处理器CPU、机械材质、精度、动态响应、联动轴数等）、商品化进程、市场等诸方面情况尤为突出。进入新世纪后，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路前进，从整体上全面迈入世界先进行列（中国设计研发制造，而不是中国外包加工制造），使我国在国际竞争中能够具有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门、高等学校和生产厂家所面临的重要课题。,1.2 数控机床组成结构 数控机床一般由输入/输出装置、数控装置、步进或伺服系统、 PLC强电辅助控制装置、信号检测反馈装置和机床本体等6个部分组成。图1-1和图1-2所示数控铣床的组成结构。 1）输入/输出装置 输入装置可将不同的
7、加工信息传递给计算机，一般使用键盘、U盘等，大大方便了信息输入工作。 输出装置可将加工结果显示出来，同时也包括机床内部参数、和故障诊断信息等。 2）数控装置CNC 数控装置是数控机床的核心与主导，它完成所有加工数据的处理、计算和数控机床各功能的指挥工作。它主要由计算机主板、CNC控制卡、各种接口以及CRT显示器等硬件及相应的软件组成。,3）步进或伺服驱动系统 步进或伺服伺服驱动系统主要由步进电机驱动控制电路和步进电机两部分组成，驱动控制电路接收来自数控机床控制系统的进给脉冲信号(指令信号)，并把此信号转换为控制步进电机各相定子绕组依此通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子与机床滚珠丝
8、杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠再带动工作台移动。 4） PLC强电辅助控制装置 PLC主要对主轴单元进行起停、转速、转向控制；刀库管理、刀具交换控制；切削液开关、卡盘夹紧松开控制；以及对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）的控制。,5）检测反馈装置 由检测元件（旋转变压器、脉冲编码器、直线光栅尺、磁栅尺等）和相应的电路组成，主要是检测各轴旋转转速、拖板移动速度和位移等，并将信息反馈给数控装置，实现闭环或半闭环控制以保证数控机床加工精度。 6）机床主机或本体 机床主机是数控机床的主体，它包括床身、主轴、工作台等机械部件。,数控机床组成及原理框图,图1-2 数控铣床,1）开环驱动系统
9、,开环驱动系统没有反馈环节，系统的输出对系统的控制不会产生影响。 CNC每发出一个脉冲信号步进电机就带动同步齿形带-滚珠丝杠螺母副转过一个角度，滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动，致使工作台走过一个相应脉冲当量的距离。CNC通过指定脉冲信号数量、脉冲频率或周期来控制工作台运动的位移、速度和方向。如图1-3所示。,1.3 数控机床驱动系统,图1-3 开环驱动系统组成,2）闭环驱动系统,闭环驱动系统具有反馈环节，它是将直线同步感应器或直线光栅尺直接安装在移动工作台上，将工作台的实际位置或实际偏差全部检测出来，并反馈到CNC系统中与给定值相比较，CNC根据比较后的结果，实时发出使偏差减小的控制指令，即
10、控制电机向着偏差减小的方向转动，一直到工作台的实际位移与希望位移相等即偏差为零时止。如图1-4所示。,图1-4 闭环驱动系统组成,3）半闭环驱动系统,半闭环驱动系统同样具有反馈环节，但它是将光电脉冲编码器或圆形同步感应器安装在滚珠丝杠或电机轴的端部，通过电机实际转角或滚珠丝杠回转角度的变化，间接测量出机床工作台的位移或速度，将此值反馈到CNC并与给定的指令值相比较，如果二者存在偏差，CNC将发出减小偏差的指令，即控制电机向着偏差减小的方向转动，直至偏差为零。如图1-5所示。,图1-5 半闭环驱动系统组成,1.4 串联机床与并联机床,机床联动：机床各轴之间具有一定的函数关系。 串联机床：串联机床
11、是采用固定的工作台导轨对刀具的导向方式进行约束，其机构比较复杂，但所用数学运算较为简单。 并联机床：并联机床抛弃了固定导轨，取而代之的是多杆并联机构，其机构简单，但所用数学运算相对复杂。并联机床克服了串联机床加工自由度偏低、灵活性较差的缺陷，它可较容易的实现多坐标联动，能够满足更加复杂零件的加工。典型数控机床如图1-6至1-16所示。,图1-7 串联机床,图1-8 串联机床,图1-9串联机床,图1-10 并联机床,图1-11 并联机床,图1-12 并联机床,图1-13串联机床,图1-14 串联机床,图1-15 串联机床,图1-16 机床联动,1.5 典型数控系统,SIEMENS公司的主要数控系
12、统 1SINUMERIK 802S； 2SINUMERIK802D； 3SINUMERIK 810D； 4SINUMERIK 840D。 FANUC公司的主要数控系统 1高可靠性的power Mate 0系列； 2普及型CNC 0-D系列； 3全功能型的0-C系列； 4高性价比的0i系列； 5具有网络功能CNC16i/18i/21i系列； 6. 个性化CNC16/18/160/180系列。 FAGOR公司的数控系统 1CNC8070系列； 28055系列； 38040/8055-i标准系列； 38040/8055-i标准系列； 48040/8055-i/8055TCO/MCO系列； 58040
13、/8055-i/8055TC/MC系列； 68025/8035系列。,国产数控系统1、广州数控(GSK)；2、华中世纪星(HNC)；3、北京凯恩帝(KND)；4、大连大森(DASEN)；5、南京华兴(WA)； 6、江苏仁和(RENHE)；7、南京四开；8、天津三英；9、成都广泰（GREAT）。,上海维宏PCIMC-63AC-NC板卡,轴信息 ：可控轴数 3旋转轴； 伺服驱动器接口信息：位置信号类型为脉冲控制信号，脉冲频率160KHz； 主轴信息： 主轴最大数量 1主轴，转速信号为模拟信号 (0 10V) 加工文件格式： G 指令 ，支持2D和3D格式； 附加软件包（可选） 镭射切割软件系统 、
14、水切割软件系统 ，外部接口采用24V直流电压供电 。,1.6 数控机床加工典型零件,数控插补就是CNC在拟给定曲线的起点、终点之间，按照一定的算法实时地计算出各个中间点的坐标，对数据点进行密化，并将其分解成相关坐标轴的移动量的过程。,1.7 数控插补,插补轨迹,零件轮廓,放大,X,Y,O,插补算法分类,脉冲增量法（用于开环系统）逐点比较法、数字积分法、比较积分法 数据采样法（用于闭环系统）时间分割法、扩展DDA法。,1）逐点比较法CNC命令刀具每进给一步都将加工点与给定轨迹进行比较，以确定下一步的进给方向。,逐点比较法插补步骤,开始,偏差判别,坐标进给,偏差计算,到终点？,结束,Y,N,脉冲当
15、量,CNC在插补计算过程中会不断地向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，脉冲经放大后驱动步进或伺服电动机带动滚珠丝杠及坐标轴和工作台运动，而一个脉冲所驱动坐标轴工作台运动的位移量就叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，脉冲当量会直接影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。,（1）直线插补,根据直线上任意点斜率相等的原理可以导出偏差判别式。假设OA线段是拟加工直线轨迹，也就是程序给定的直线加工轨迹。其中： O点是坐标原点； FM点（Xm ，Ym ）是动点坐标； A点（Xe，Ye）是终点坐标； 动点坐标FM的斜率为YmXm ； 终点坐标A的斜率为YeXe 。,直线斜率,线段斜率,直
16、线插补判别式 Fm,直线斜率：YmXm = YeXe ，等式两边相乘经整 理并令其等于Fm：Fm YmXe -YeXm 上式定义为直线插补判别式。对Fm直线插补判别式进行讨论：,Fm0 动点在直线上方，动点应向+X方向进给一步； Fm0 动点在正好直线上，动点应向+X方向进给一步；Fm0 动点在直线下方，动点应向+Y方向进给一步。,O,A(6,4),3,2,1,5,4,3,2,1,6,4,Y,X,直线插补,Fm YmXe -YeXm,（2）圆弧插补,圆弧插补的基本原理是将刀具动点圆弧（ Y2mX2m）与程序或图纸中给出的拟加工圆弧R2 相比较，根据偏差值同样可得出圆弧插补判别式： Fm = Y
17、2m+ X2m- R2,逐点比较法圆弧插补,Fm=0，动点在圆弧上； Fm0，动点在圆弧外； Fm0，动点在圆弧内。,插补规则当Fm0，则沿-X方向进给一步当Fm0，则沿+Y方向进给一步,Y,O,X,A(X0,Y0),R,B(Xe,Ye ),Fm0,Fm0,Fm=0,Fm = Y2m+ X2m- R2,2）数字积分法,数字积分器(又称DDA)积分器。数字积分器的插补方法可以实现一次、二次插补，甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制，它只要输入不多的几个数据，就能加工出圆孤等形状较为复杂的轮廓曲线。作直线插补时，脉冲分布也较均匀。,积分器的基本原理,从几何概念上说，函数的积分运算就是求此函
18、数曲线所包围的面积S,第1章 作业,1、开环控制系统是指没有（ ）的控制系统； 2、直线插补判别式为（ ）； 3、圆弧插补判别式为（ ）； 4、数控工作台的最小进给为一个（ ）当量； 5、滚珠丝杆螺母副是（ ）运动与直线运动相互转换的传动装置； 6、加工时欲获得较佳的表面粗糙度，常采用较小的（ ）量与较高的主轴转速；,第1章 作业（续）,7、数控机床的核心是 ( ) 系统； 8、数控机床的运动系统主要由（ ）运动与进 给运动组成； 9、根据数控机床有无反馈装置，数控系统可分为开环、闭环、和（ ）控制系统； 10、数控机床具有较高的加工效率和较高的（ ）精度与较高的重复精度。,11、数控插补就是
19、CNC根据给定的数学函数或模型，在已知轮廓轨迹上的起点坐标和终点坐标之间，确定（ ）坐标的一种方法，或称作“数据点的密化”法。 12、数控系统不能直接执行NC（G、M）代码或数控指令，需要代码翻译模块将其转换成计算机能够处理的数据信息。（ ）就是完成数控代码或数控指令翻译工作的专用程序。 13、编译过程就是用某一种高级语言针对一个具体加工、控制过程而编写的应用程序，转换为计算机可接受并执行的二进制代码的过程。14、数控装置可将数控程序转化为机器代码，通过驱动系统驱动（ 机床 ）运动。,2.1 数控机床工作原理数控机床是基于数控程序而工作的，数控程序是由零件图纸的几何信息和工艺参数用规定的指令代
20、码及数据按一定格式编写的。数控程序可从计算机键盘或DNC接口输入到CNC数控装置中， CNC按照数控程序的要求，对其进行适当的处理，并按照处理结果驱动各坐标轴工作台移动相应的脉冲当量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。可知，数控机床及坐标系的组成与相关动作都要用指令代码或数字数据表示，CNC才能接受指令信息进行工作。,第2章 数控铣床指令代码与坐标系,2.2 数控代码转换,数控程序 （源程序）就是将零件的加工过程用指令代码和数字符号进行表示，这些指令代码和数字符号要通过系统编译后才能使机床工作，完成零件的加工。即源程序-编译-机器代码-机床动作。具体过程如下： 计算机键盘与CNC存储器
21、电路具有固定的物理连接，即键盘的每一个按键都一一对应于CNC存储器的每一位，这些由硬件电路构成的存储器可根据程序指令所表示的不同含义而呈现出具有一定逻辑形式的高低电平（0和1），CPU根据数字0和1的具体逻辑关系进行运算和判断，并根据处理结果驱动电路以及机床工作。,数控系统不能直接执行NC（G、M）代码或数控程序，需要代码翻译程序或模块将其转换成计算机能够执行的数据信息。 编译器就是能够将一种语言翻译为另一种语言的计算机程序。编译器将源程序（source language）编写的程序作为输入，将编译后产生的目标程序（target language ）作为输出。通常，源程序一般为高级语言，如De
22、lphi、C以及C + + 、C#等，而目标程序则是二进制的机器代码 ，也就是计算机和机床用于运行的代码。,2.3 准备功能G 代码定义,准备功能G 指令由G 后一或二位数字组成，它用来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、坐标偏置、子程序调用、暂停等多种加工操作。, G 功能有非模态G 功能和模态G功能之分。非模态G 功能只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销；模态G 能是一组可相互注销的G 功能(续效代码) ，这些功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的G功能注销为止。指令：指令是计算机执行操作的命令，它由两个部分组成：操作码+地址码。操作码：指明该指令要完
23、成的操作类型或性质，如取数、做加法或输出数据等；地址码：指明操作对象的内容或所在的存储单元地址。,指令字定义表,准备功能G代码定义表,2.4 辅助功能M 代码定义 辅助功能由M和其后的一或二位数字组成，主要用于控制零件程序的走向以及机床各种辅助功能的开关动作。 M 功能有非模态M 功能和模态M 功能二种形式； 非模态M 功能 (当段有效代码) ，只在书写了该代码的程序段中有效。 模态M 功能(续效代码)，是一组可相互注销的M 功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。,辅助功能M代码定义表,2.5 机床坐标系在数控机床上，机床的动作是由CNC数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形
24、运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。 机床右手定则： 伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90，则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。 大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。 机床右手螺旋定则： 围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正方向。 如图2-1和图2-2所示。,X,Z,Y,O,图2-1右手定则,(a)右手直角坐标系统 (b)X、
25、Y、Z移动轴,A、旋转轴,图2-2右手螺旋定则,坐标轴确定一、Z坐标轴1）规定平行于主轴轴线（若没有主轴，则规定垂直于工件装夹表面）的坐标为Z坐标；2）若有几根主轴，则Z坐标是垂直于工件装夹表面的一根主轴；3）若主轴能摆动（在摆动范围内），Z坐标就是只与标准坐标系的一个坐标平行的坐标或是能与标准坐标系的多个坐标平行，但垂直于工件装夹表面的坐标；4）Z轴的正方向是使刀具远离工件的方向。,二、X坐标轴1）在刀具旋转的机床上若Z轴是水平的，则从主轴向工件看（从机床后面向前看），X轴的正向指向右边；若Z轴是垂直的，从主轴向立柱看（从机床正面看），对于单立柱机床，X轴的正向指向右边；对于双立柱机床，从主
26、轴向左侧立柱看时，X轴的正向指向右边；,2）在工件旋转的机床上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为X轴的正向； 三、Y坐标1）在确定XZ坐标的正方向后，就可以用右手定则确定Y坐标的方向。,四、机床原点在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。,五、机床参考点（1）机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。（2）机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。,六、机床回零点 数控机床开机时，必须先回零，即确定机床原点，确定机床原点就是刀架
27、返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）的移动才有基准。 为什么机床要返回零点？机床通电后，要在机床上建立唯一的机床坐标系，而大多数数控机床的位置反馈系统都使用增量式（相对式）旋转编码器或者光栅尺作为反馈元件，因而机床在通电开机后，刀具无法确定当前在机床坐标系中的真实位置，所以都必须首先返回参考点，从而确定机床的坐标系原点。,2.6 工件坐标系(编程坐标系）1）编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。2）编程坐标系一般供编程人员使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。3）编程原点（工件原点）是根据加
28、工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。 4）编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。5）编程原点一定要与机床原点有确切的位置关系（用对刀实现）。,编程坐标系（工件坐标系）,2.7 G54G59 工件坐标系建立,G54G59 是系统预定的6 个工件坐标系，可根据需要任意选用。这6 个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值即工件零点偏置值，要用MDI方式输入给系统（通过机床坐标系指令）。工件坐标系一但选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。 程序段格式：G54 G54 指令不需要后续地址
29、字。,2.8 G92工件坐标系建立,G92指令是通过设定刀具当前点相对于工件坐标系原点的位置定义的。刀具现在的位置即为刀具当前点位置。 用G92建立工件坐标系的程序段格式为： 程序段格式：G92 XYZ其中，X、Y、Z为工件坐标原点至刀尖当前点的有向距离。可以看出，G92具有后续地址字，其工件原点会随着刀尖点位置的变化而变化，所以说它是个浮动坐标系。,G92工件坐标系建立方法,程序段格式： G92 X50 Y50 Z10,程序段格式： G92 X30 Y30 Z20,第3章 数控铣床程序段格式,一个程序段定义一个将由数控装置执行的指令行，程序段的格式定义了每个程序段中功能字的句法。,3.1 直
30、线定位及插补指令程序段格式1）快速点定位指令（G00）（模态指令）G00快速点定位刀具，不对工件进行加工。可以在几个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。 程序段格式：G00 X Y Z ； 其中：1、格式中可三轴联动或两轴联动或一轴联动；2、X、Y、Z的值为点定位后的终点坐标值；3、只要是非切削的移动，通常都使用G00指令；4、以数控系统预先调定的最大进给速度移动，可以通过控制面板上的“快速进给率”修调旋钮调整；5、为模态指令，具有续效性。,2）直线插补指令（G01）（模态指令）G01以给定的进给速度进行线性插补到给定点，刀具以直线从起始点移动到目标点，所有的坐标轴可以同时运行。G01一
31、直有效，直到被G功能同组中其它指令（G00，G02，G03）取代为止。 程序段格式：G01 X Y Z F ； 其中：1）G01是续效指令，功能可继续到下一程序段，这时G01可省略；2）X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值；3）F为进给速度（F是持续有效的指令，故切削速率相同时，下一程序段可省略），单位是mm/min；4）可三轴联动或二轴联动或单轴移动。,3）绝对尺寸编程指令（G90）G90：所有运动轨迹坐标点的坐标值都从工件坐标系原点起算计量，系统上电默认或缺省时为G90。4）相对尺寸编程指令（G91）（增量尺寸）G91：运动轨迹的终点坐标是相对于该段轨迹的起点坐标计量的，即终点坐标减去始点
32、坐标。注意：在同一个程序中，可单独使用，也可混合使用； 在同一条程序段中，只能使用一种，不能混用；如果加工精度要求比较高，就选用G90，因为使用G91会产生累计误差。,5）进给速度F F 指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，毫米/分； 借助操作面板上的进给倍率旋钮，F 可在0%120%进行倍率修调； G01、G02、G03指定进给速度，对当前加工程序是模态的。,A,绝对编程 G90,快速定位： G90 G00 X40 Y20,直线插补： G90 G01 X40 Y20 F50,相对编程 G91,快速定位： G91 G00 x20 Y25,直线插补： G91 G01 X20 Y25
33、 F100,G90 G91编程,快速定位： G90 G00 X30 Y37 G90 G01 X30 Y37 F100,直线插补： G91 G00 X20 Y25 G91 G01 X20 Y25 F100,G90 G91编程,G90编程： G90 G00 X20 Y30 G90 G01 X20 Y30 F50,G91编程： G91 G00 X-10 Y-20 G91 G01 X-10 Y-20 F100,G90 G91编程,快速定位： N01 G90 G00 X20 Y40 N02 G90 G00 X20 Y30 直线插补： N01 G90 G01 X20 Y40 F100 N02 G90 G0
34、1 X20 Y30 F100 直线插补： N01 G91 G01 X-10 Y-10 F50 N02 G91 G01 X0 Y-10 F50,O,混合编程,N01 G90 G01 X0 Y60 F100 N02 G90 G01 X18 Y60 F100 N03 G91 G01 X35 Y-20 F100 N04 G90 G01 X92 Y40 F50 N05 G90 X92 Y15 F50 N06 G91 X-60 Y0 F50 N07 G90 X32 Y0 F50 N08 G90 X0 Y0 F50,3.2 圆弧插补指令及程序段格式1）坐标平面选择指令（G17、G18、G19）G17：选择X
35、Y 平面； G18：选择X Z平面； G19：选择YZ 平面。 该组指令选择进行 圆弧插补和刀具半 径补偿的平面。 G17、G18、G19 为模态功能，可 相互注销，默认G17。,2）圆弧插补程序段格式G02顺时针圆弧插补指令；G03逆时针圆弧插补指令。编序段格式（1）XY平面上的圆弧：（2）XZ平面上的圆弧：（3）YZ平面上的圆弧：,其中：1）X Y Z 是圆弧插补的终点坐标，可用绝对值 （G90）也可用增量值（G91）编程；2）R（半径法）法编程：R是圆弧半径；当圆弧所对应的圆心角180时，R是正值；当圆弧所对应的圆心角180时，R是负值；整圆不能用半径R编程，只能用I、J、K。3）I、J
36、、K（圆心法）法编程：I、J、K是圆弧圆心相对于圆弧起点的坐标增量， 是在X(I)、Y(J)、Z(K)轴上的分向量；（I、J、K=圆弧圆心坐标-圆弧起点坐标）。 4）选用原则：当同一程序段中同时出现I、J和R时，以R为优先，I、J无效。,顺时针圆弧G02 与 逆时针圆弧G03,顺时针圆弧插补：,G17 G90 G02 X90 Y50 R50 F150,G17 G91 G03 X-50 Y50 R50 F150,逆时针圆弧插补：,圆心参数确定： （I、J、K=圆弧圆心坐标-圆弧起点坐标）,a: G90 G17 G02 X20 Y-10 I-2 J-14 G17 G90 G03 X10 Y22 I
37、-12 J-2 b: G91 G17 G02 X10 Y-12 I-2 J-14 G17 G91 G03 X-10 Y22 I-12 J-2,G90 G02 X50 Y0 I-50 J0 F50 G91 G03 X0 Y0 I-50 J0 F150,G90 G17 G02 X40 Y0 I20 J0 F100 G91 G17 G03 X0 Y0 I20 J0 F150,A弧： G90 G17 G02 X0 Y30 R30 G91 G17 G02 X30 Y30 R30 G90 G17 G02 X0 Y30 I30 J0 G91 G17 G02 X30 Y30 I30 J0 B弧： G90 G1
38、7 G02 X0 Y30 I0 J30 G91 G17 G02 X30 Y30 I0 J30 G90 G17 G02 X0 Y30 R-30 G91 G17 G02 X30 Y30 R-30,3.3 刀具半径补偿指令及编程格式 在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸的影响，刀具的中心轨迹与零件实际轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能。,G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿。,G41刀具半径左补偿判断,G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，
39、刀具在零件右侧的刀具半径补偿。,G42刀具半径右补偿判断,编程格式：G00 G41/G42 XY D01 ；G00 G40 X Y ；G01 G41/G42 XY D01 F ；G01 G40 X Y 。 其中：1）X、Y的值是建立补偿直线段的终点坐标值；2）D是刀具半径补偿代号地址字（数控系统的 内存地址），后跟两位数字，D01D99。3）不能和G02、G03一起使用，只能与G00或G01一起使用，且刀具必须要移动。4）在补偿状态下，铣刀的直线移动量及内侧圆弧切削的半径值一定要铣刀半径，否则补偿时会产生干涉或过切现象发生。5）当实际使用的刀具半径与开始加工时设定刀具半径不符合时，例如刀具重磨
40、或磨损，仅改变D中的半径值即可，不必重新编程。,3.4 刀具长度补偿指令及编程格式（1）指令:G43刀具长度正补偿；G44刀具长度负补偿；G49取消刀长补偿。（2）程序段格式：G00/G01 G43/G44 Z 01；G00/G01 G49 Z 。其中：1）Z的值是指令欲定位至Z轴的坐标位置；2）H是刀具长度补偿代号地址字（数控系统的内 存地址），后跟两位数字表示；）使用G43或G44指令刀具长度时，只能有Z轴的移动量（而且必须要Z轴移动才能补偿）。,装上刀柄及装在主轴上时，在同一基准上，刀具伸出的长度不一致,工件,3.5 子程序及调用编程格式 M98： 用来调用子程序； M99： 子程序返回
41、主程序。主程序编程格式： M98 P_ L_ P： 被调用的子程序号 L： 重复调用次数 子程序编程格式： %* M99,第4章 数控铣程序设计,数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；校对程序及首件试切。总之，它是从零件图纸信息和工艺要求获得数控加工程序的全过程。,4.1 零件程序结构,1、开头部分： %00019999 ；指令程序号（%或O) G54 ；建立工件坐标系 M03 S900 ；启动主轴正转转速为900rpm 2、中间部分： G01 Z-5 F300 ；切深5毫米 G01 XYF ；直线插补
42、3、结束部分： M05 ；主轴停 M30 ；程序结束程序指针返回程序头,4.2 机床回零点及操作方法,机床回零点的目的 机床在回零点之前，CNC是不能够确定机床坐标系及其原点的，这是因为机床所使用的是增量编码器，为了使CNC能够正确建立机床坐标系并找到机床原点，机床必须经过返回零点的操作，这样，机床零点或原点才能被确认，刀具（或工作台）的移动才有基准。 机床在以下情况要进行各轴的回参考点操作。 1、机床刚上电后； 2、按急停按钮后； 3、超过硬件行程后； 4、发生伺服报警后； 5、机床锁住后； 6、变频器报警后。,机床回零点操作方法： 将操作面板上的“回零”按钮按下（或将“方式选择”旋钮拨到“
43、回参考点”位置），按一下+X、+Y、+Z按钮，刀具会自动回到参考点位置或零点位置，这时机床各个坐标轴的坐标值为零，机床回到了零点或原点。,4.3 对刀,对刀的目的：对刀的目的就是确定程序原点在机床坐标系中的位置。对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，对刀时要将对刀点与刀位点重合。其实对刀起到了一个中间桥梁的作用，它把软件和硬件联系在了一起。,4.4 典型编程实例,1）小车轮廓轨迹编程,%0001 ；指令程序号 G54 ；建立工件坐标系 M03 S900 ；指令主轴正转，转速900转/分钟 G00 Z20 ；指令刀具到安全平面 G17 G42 X0 Y0 D01 ；指令刀具到程序原点，加右刀补
44、M07 ；切削开 G01 Z-5 F100 ；切深进刀5毫米 X16 ；直线插补到（X16 Y0）点 G17 G03 X36 Y0 R10 ；逆圆插补到X36 Y0点 G91 G01 X24 ；直线插补到X60 Y0点 相对编程 G90 G17 G03 X80 Y0 R10 ；逆圆插补到X80 Y0点 G01 X96 ；直线插补到X96 Y0 点 Y10 ；直线插补到X96 Y10点 X75 ；直线插补到X75 Y10点 X60 Y30 ；直线插补到X60 Y30 点 X20 ；直线插补到X20 Y30 点 X10 Y10 ；直线插补到X10 Y10 点 X0 ；直线插补到X0 Y10 点 Y
45、0 ；直线插补到X0 Y0 点 G00 Z20 ；到安全平面 G00 G40 X-30 Y-30 ；取消刀补 M09 ；切削液关 X-30 Y-40 ；离开加工面 M05 ；主轴停 M30 ；程序结束并返回程序头,2）平面子程序编程,200,220,Y,X,O,%0002 ；指令程序号 G54 ；定义工件坐标系 M03 S900 ；指令主轴正转，转速900转/分钟 G00 Z20 ；刀具到安全平面Z20 处 G17 G42 X0 Y0 D01 ；刀具到（X0,Y0）加工起点加右刀补 M08 ；切削液开 G01 Z-5 F100 ；进刀5毫米 M98 P100 L10 ；调用子程序%100，循环
46、10次 G00 G90 Z20 ；刀具到安全平面Z20 处 M09 ；切削液关 G40 G00 X-30 Y-40 ；取消刀补，刀具离开加工表面 M05 ；主轴停 M30 ；主程序结束 %100 ；子程序 G01 G91 X220 F300 ；刀具到X220点 Y10 ；Y方向进刀10 X-220 ；刀具到X0点 Y10 ；Y方向进刀10 M99 ；返回主程序,3）多处相同部位子程序编程,%0003 ；指令程序号 G54 ；建立工件坐标系 M03 S900 ；指令主轴正转，转速900转/分钟 G00 Z20 ；到安全平面 G00 X0 Y0 ；刀具到原点 G17 G41 X20 Y20 D01
47、 ；左刀补刀具快速到X20 Y20点 G90 G01 Z-5 F200 ；进刀5mm M98 P100 L2 ；第1次调用子程序%100加工1#图2次 G00 X70 Y20 ；刀具快速到X70 Y20点 M98 P100 L2 ；第2次调用子程序%100加工2#图2次 G00 X120 Y20 ；刀具快速到X120 Y20点 M98 P100 L2 ；第3次调用子程序程序%100加工3#图2次 G00 X20 Y80 ；刀具快速到X20 Y80点 M98 P100 L2 ；第4次调用子程序程序%100加工4#图2次 G00 X70 Y80 ；刀具快速到X70 Y80点 M98 P100 L2 ；第5次调用子程序程序%100加工5#图2次 G00 X120 Y80 ；刀具快速到X120 Y80点 M98 P100 L2 ；第6次调用子程序程序%100加工6#图2次 M05 ；主轴停 M30 ；主程序结束返回程序头,
