第三章 數(shù)控機床的編程基礎(chǔ)-(1869)

1、3 數(shù)控機床的編程基礎(chǔ),3.1 概述,3.1.2 數(shù)控編程的內(nèi)容及步驟 在數(shù)控機床上加工零件時，要把加工零件的全部工藝過程、工藝參數(shù)、刀具運動軌跡、位移量、切削參數(shù)（如主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給量、切削深度等）以及輔助功能（如換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、切削液開關(guān)等），按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼和程序格式編寫程序，再把程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)，從而控制機床加工零件。 數(shù)控機床程序編制的內(nèi)容包括：分析工件圖樣、確定加工工藝過程、數(shù)值計

2、算、編寫零件加工程序單、程序輸入數(shù)控系統(tǒng)、校對加工程序和首件試加工。,3.1.1 數(shù)控編程的作用與目的,3．1．3 數(shù)控編程的方法 （1）手工編程：整個編程過程由人工完成（包括程序單和制作控制介質(zhì)）。 （2）自動編程：借助計算機自動完成程序編制的全過程。,自動編程： 定義：編程人員根據(jù)零件圖紙的要求，按照某個自動編 程系統(tǒng)的規(guī)定，將零件的加工信息用較簡便的方 式送入計算機，編

3、程系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的類型輸 出數(shù)控加工程序。 適用：① 形狀復(fù)雜的零件， ② 雖不復(fù)雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個 孔的零件） ③ 雖不復(fù)雜但計算工作量大的零件（如非圓曲線輪 廓的計算）,APT語言自動編程,CAD/CAM集成系統(tǒng)數(shù)控編程（亦稱圖形交互式自動編程）,APT是一種自動編程工具（Automatical

4、ly- Programmed Tools）的簡稱，是一種對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運動等進行定義時所用的一種接近于英語的符號語言。,將APT語言編制的零件加工源程序輸入計算機，經(jīng)計算機的APT語言編程系統(tǒng)編譯產(chǎn)生刀位文件（CLDATA file），然后進行數(shù)控后置處理，生成數(shù)控系統(tǒng)能接受的零件數(shù)控加工程序的過程，稱APT語言自動編程。,APT語言源程序的組成：初始語句注釋語句及打印刀位

5、數(shù)據(jù)語句圖形定義語句及運算語句刀具形狀指定語句刀具起始位置指定語句初始運動語句,容差指定語句連續(xù)切削的運動語句點位運動語句重復(fù)命令語句后置處理程序語句程序終了命令語句,CAD/CAM集成系統(tǒng)是一種以待加工零件CAD模型為基礎(chǔ)的，集有關(guān)工藝規(guī)劃（process planning）及數(shù)控編程為一體的自動編程方法。典型的軟件如MasterCAM、UG等等。,CAD/CAM集成系統(tǒng)數(shù)控編程的主要特點是零件的幾何形狀可在零件設(shè)計

6、階段采用CAD的幾何設(shè)計模塊建立零件的幾何造型，數(shù)控編程的過程包括刀具的定義或選擇、刀具相對于零件表面的運動方式的定義、切削加工參數(shù)的確定、走刀軌跡的生成、加工過程的動態(tài)圖形仿真顯示、程序驗證直到后置處理等。這些一般都是在屏幕菜單下以交互方式完成。,圖形交互式自動編程,圖形交互式自動編程流程,3．2 數(shù)控編程的代碼 國際上數(shù)控機床常用代碼有ISO和EIA兩種代碼： （1）ISO代碼：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的數(shù)控國際標(biāo)準(zhǔn)代碼，

7、其中的代碼、數(shù)字和符號共128個，見表3-1。 （2）EIA代碼：美國電子工業(yè)學(xué)會制定的標(biāo)準(zhǔn)代碼，見表3-2。,我國以等效采用和參照采用ISO標(biāo)準(zhǔn)的方式制定了我國的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)。,加工程序由程序名、程序主體和程序結(jié)束符號等組成。,如：O1000 N10 G54 G40 G49 G80 G90； N20 G091 G28 X0 Y0 Z0； …… N150 M30；,程序名,程序主體,程序

8、結(jié)束,,3.3 程序段格式和程序結(jié)構(gòu),3.3.1 程序段格式,常用的程序段格式有：有分隔符的固定順序程序段格式及地址符可變程序段格式。,（2）地址符可變程序段格式,程序由若干個程序段組成，程序中的每一行均為一個程序段。在一個程序段內(nèi)字的數(shù)目及字長度是可變的。,如：,N#### G## X##.## Y##.## Z##.## …##.## F## S## T## M##,,,,,,,程序段號,準(zhǔn)備功能,運動坐標(biāo),其它坐標(biāo),切削參數(shù),

9、輔助功能,程序字：能表示某一功能的、按一定順序和規(guī)定排列的字符集合稱為程序字。如G01、X30.1等等。,3.3.1 程序段格式,（1）有分隔符的固定順序程序段格式 如數(shù)控線切割機床的“3B”或“4B” 格式指令。,3.3.2 程序結(jié)構(gòu),程序是由若干個程序段組成； 不同的數(shù)控系統(tǒng)，程序段格式不一定相同，格式 不合規(guī)定，數(shù)控裝置會發(fā)出出錯報警；,目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的是程序字地址符可變程序段格式。,3.4

10、準(zhǔn)備功能G指令和輔助功能M指令（JB3208-83）G指令（準(zhǔn)備功能）： 用來規(guī)定刀具和工件的相對運動插補方式、機床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補償、坐標(biāo)偏置等多種設(shè)置，它由G字母和后跟兩位數(shù)字組成；G00，G01，……，G99共100個。見表3-4。 模態(tài)代碼（續(xù)效代碼）： a）功能保持到被取消或被同樣字母表示 的程序指令所代替

11、； G 代碼 b）字母相同為一組，一個程序段當(dāng)中不能 出現(xiàn)同組中任意兩代碼。 非模代碼（非續(xù)效代碼）： 只有在書寫了該代碼的程序段中才有效 。,,常用準(zhǔn)備功能G指令：,（2） G92: 工件坐標(biāo)系設(shè)定指令（亦稱編程原點設(shè)定指令）,格式：G92 X ▁ Y▁　Z ▁,式中：X、Y、Z為當(dāng)前刀位點在工

12、件坐標(biāo)系中的絕對坐標(biāo)，由此也就確定了工件的絕對坐標(biāo)原點位置。G92指令只是設(shè)定工件原點，并不產(chǎn)生運動，為模態(tài)指令。無斷電記憶功能。,G92　X20 Y10　Z10；,在使用G92指令前，必須保證機床處于加工起始點，該點稱為對刀點。,（1） G90、G91: 絕對坐標(biāo)編程與增量坐標(biāo)編程指令,常用準(zhǔn)備功能G指令：,（3） G54-G59: 零點偏置指令（亦稱編程原點偏置指令）,在某些零件的編程過程中，為了避免尺寸換算，需多次把工件坐標(biāo)系

13、平移。將工件坐標(biāo)(編程坐標(biāo))原點平移至工件基準(zhǔn)處，稱為編程原點（或工件零點）的偏置。,G54-G59：數(shù)控機床可以預(yù)先設(shè)定6個(G54-G59)工件坐標(biāo)系，這些坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在機床坐標(biāo)系中的值可用手動數(shù)據(jù)輸入方式輸入，存儲在機床存儲器內(nèi)，在機床重開機時仍然存在，一旦指定了G54-G59之一，則該工件坐標(biāo)系原點即為當(dāng)前程序原點，后續(xù)程序段中的工件絕對坐標(biāo)均為相對此程序原點的值。,（4）程序單位指令G20與G21,用來規(guī)定程序中各個坐標(biāo)尺

14、寸的單位：,G20—英制單位,G21—公制單位,（5）坐標(biāo)平面選擇指令G17、G18與G19,G17：指定XY平面進行插補加工，刀具半徑補償在X,Y坐標(biāo)方向上進行。G18：指定ZX平面進行插補加工，刀具半徑補償在Z,X坐標(biāo)方向上進行。G19：指定YZ平面進行插補加工，刀具半徑補償在Y,Z坐標(biāo)方向上進行。,1英寸=25.4mm,（6）快速點定位指令G00,（7）直線插補指令G01,使用時，刀具處于非加工狀態(tài)。,使用時，刀具一般處于加工

15、狀態(tài)。,（8）圓弧插補指令G02、G03,使機床在各坐標(biāo)平面內(nèi)執(zhí)行圓弧運動，加工出圓弧輪廓。 G02-順圓插補；G03-逆圓插補。,,,方向判別：沿垂直于圓弧所在平面（如XY平面）的坐標(biāo)軸向負(fù)方向（-Z）看，刀具相對于工件的轉(zhuǎn)動方向是順時針方向為G02，逆時針方向為G03。,（8）圓弧插補指令G02、G03,,圓弧插補指令格式：（XY平面為例）,① 用圓弧終點坐標(biāo)和圓心坐標(biāo)表示。,G02 　　指令格式： 　

16、 X▁Y▁I▁J▁F▁； 　　　　 G03,,式中：X、Y是圓弧終點坐標(biāo)，可以用絕對值，也可以用終點相對于起點的增量值，取決于程序段中的 G90、G91指令。I、J是圓心坐標(biāo)，一般均用圓心相對于起點的增量坐標(biāo)來表示，而不受G90控制。對于XZ平面，坐標(biāo)參數(shù)相應(yīng)為X、Z、I、K。YZ平面則為Y、Z、J、K。,（8）圓弧插補指令G02、G03,,② 用圓弧終點坐標(biāo)和圓弧半徑R表示 。,G02 　　指令格式：

17、 　 X▁Y▁R▁F▁； 　　　　 G03,,式中：Ｒ為圓弧半徑。用+R表示小于或等于180度的圓弧，用-R表示大于180度的圓弧。,（9）刀具半徑補償指令G40、G41、G42,,指令格式：,G40 ；/刀具半徑補償取消G41 ；/刀具在工件左側(cè)偏置的刀具半徑補償G42 ；/刀具在工件右側(cè)偏置的刀具半徑補償,說明：G41/G42中的左側(cè)或右側(cè)是指沿切削方向看，刀具在工件的左側(cè)或右

18、側(cè)。,用G43(正向偏置)，G44(負(fù)向偏置)指定偏置的方向。無論是絕對指令還是增量指令，由H代碼指定的已存入偏置存儲器中的偏置值在G43時與刀具軸向移動指令的終點坐標(biāo)值相加，在G44時則是從刀具軸向移動指令的終點坐標(biāo)值中減去。計算后的坐標(biāo)值成為刀具移動的終點坐標(biāo)。偏置號可用H00-H99來指定。偏置值與偏置號對應(yīng)，通過MDI/CRT預(yù)先設(shè)置在偏置存儲器中。對應(yīng)偏置號00即H00的偏置值通常為0，因此對應(yīng)于H00的偏置量不設(shè)定。要

19、取消刀具長度補償時用指令G49或H00。G43、G44、G49都是模態(tài)代碼，可相互注銷。,（10）刀具長度補償指令G43、G44、G49,（11） 刀具功能T、進給功能F、主軸功能S,,刀具功能T：用于選擇刀庫中的刀具,a.格式1（數(shù)控車床用）：TXXXX,T+四位數(shù)字組成。前兩位數(shù)字代表刀具號，后兩位數(shù)字代表刀具偏置地址號。如：T0100—調(diào)用“01”號刀具，刀具的偏置量存放在00暫存器中?！?0”地址中通常存放的數(shù)字為“0”。

20、,b.格式2（加工中心用）：TXX M06,T+二位以內(nèi)數(shù)字組成調(diào)用刀具號.,,進給功能F：用于指定刀具的進給速度,格式：FXXXX,F+四位以內(nèi)數(shù)字組成，可含小數(shù)點。F的單位可為mm/min或mm/r，由G功能字來指定。FANUC 0iM：G94-mm/min；G95-mm/r,（11） 刀具功能T、進給功能F、主軸功能S,進給速度F的計算---a.對于開環(huán)系統(tǒng)：F=60δf （mm/min） 其中，f-走步頻

21、率、δ-脈沖當(dāng)量，mm；b.對于閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)采樣插補法進行插補計算，速度計算是根據(jù)編程的F值，計算每個采樣周期的輪廓步長。,,主軸功能S：用于指定主軸轉(zhuǎn)速,格式：SXXXX,S+若干個數(shù)字組成。當(dāng)為主軸伺服控制系統(tǒng)時，S的單位可為m/min或r/min，由G功能字來指定。如：,G96 S200；/表示切削速度為200m/min,G97 S200；/取消恒線速度控制，切削速度為200r/min,（11） 刀具功

22、能T、進給功能F、主軸功能S,1.鉆孔循環(huán)指令,2.鏜孔循環(huán)指令,3.攻絲循環(huán)指令,（12）固定循環(huán)指令,1.鉆孔循環(huán)指令,①高速排屑深孔鉆循環(huán)指令G73 : G73 X_Y_Z_R_Q_F_ K_;,式中：,X、Y、Z為孔底的坐標(biāo)值；,R_：R點平面的Z坐標(biāo)值；,Q_：每次切削進給的切削深度；,F_：切削進給速度；,K_：重復(fù)鉆孔次數(shù) （省略為1次）。,深孔：孔深與孔徑比＞5的孔,（12）固定循環(huán)指令,用于塑性材料的深孔鉆

23、削，Z軸方向的間斷進給有利于深孔加工過程中斷屑與排屑。R指定R點平面的Z坐標(biāo)值，指令Q為增量值且為正值。圖示中退刀距離d由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定。其動作如右圖所示：,,①高速排屑深孔鉆循環(huán)指令G73 : G73 X_Y_Z_R_Q_F_ K_;,加工結(jié)束后，用G80指令取消固定循環(huán)。,1.鉆孔循環(huán)指令,（12）固定循環(huán)指令,②鉆（淺）孔指令G81與锪孔指令G82 G81的指令格式為： G81 X_ Y_Z_ R_ F_ K_

24、; G82的指令格式為： G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_ K_; G82與G81指令相比,唯一不同之處是G82指令在孔底增加了暫停，適用于锪孔、鏜階梯孔，提高了孔臺階表面的加工質(zhì)量，而G81指令只用于一般要求的鉆孔。G81加工動作如右圖：,R點,加工結(jié)束后，用G80指令取消固定循環(huán)。,淺孔：孔深與孔徑比＜3的孔,1.鉆孔循環(huán)指令,（12）固定循環(huán)指令,③深孔往復(fù)排屑鉆循環(huán)指令G83 ： G83

25、 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_ K_； 指令中各控制字含義與前同?？准庸幼魅缬覉D所示。與G73指令略有不同的是每次刀具間歇進給后回退至R點平面，將切屑帶出孔外。這種退刀方式排屑暢通，適宜加工脆性材料的深孔。,加工結(jié)束后，用G80指令取消固定循環(huán)。,,,,,d,d,d,d,深孔：孔深與孔徑比＞5的孔,1.鉆孔循環(huán)指令,（12）固定循環(huán)指令,2.鏜孔循環(huán)指令,① 精鏜孔G76指令 ： G76 X_ Y_ Z_ R_

26、Q_ P_ F_ K_; 孔加工動作如右圖所示。在孔底主軸定向停止后，刀頭按地址Q所指定的偏移量移動，然后提刀。采用這種鏜孔方式可以高精度、高效率地完成鏜孔加工而不劃傷內(nèi)孔表面。,,主軸準(zhǔn)停,主軸正轉(zhuǎn),主軸正轉(zhuǎn),,,（12）固定循環(huán)指令,②鏜孔循環(huán)指令G85： G85 X_Y_Z_R_F_K_;,G85的動作與G81類似。在返回行程中，從Z R段為切削進給，以保證孔壁光滑。其循環(huán)動作如下圖所示：,G8

27、5適宜于彈性變形較大的鏜孔或鉸孔。,,③鏜孔循環(huán)指令G86： G86 X_Y_Z_R_F_K_;,G86在到達孔底位置后，主軸停止，并快速退出。其加工過程如下圖所示：,刀具進給至孔底后，主軸停止，返回到R點（G99）或起始點（G98）后主軸再重新啟動。,工作進給,快速退出,,,,主軸正轉(zhuǎn),④反鏜孔G87指令 ： G98 G87 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_,刀尖正方向偏移到B點，主軸正轉(zhuǎn)

28、，本加工循環(huán)結(jié)束，繼續(xù)執(zhí)行下一段程序。,刀具運動到起始點B(X，Y)后，主軸準(zhǔn)停，刀具沿刀尖的反方向偏移q值，然后快速運動到孔底位置（R點），接著沿刀尖正方向偏移q值到E點，主軸正轉(zhuǎn)，刀具向上進給運動，到Z點時主軸準(zhǔn)停，刀具沿刀尖的反方向偏移q值，快退，接著沿,,① 攻左牙螺紋循環(huán)指令G74 G74 X_Y_Z_R_F_K_; 先使主軸反轉(zhuǎn)，執(zhí)行攻絲。當(dāng)?shù)竭_孔底時，主軸轉(zhuǎn)換為正轉(zhuǎn)，同時向Z軸正方向退回至R點，退至R點

29、后主軸恢復(fù)原來的反轉(zhuǎn)。其加工動作如右圖所示：,3.攻絲循環(huán)指令,攻螺紋的進給速度F=Pn; P為導(dǎo)程，n為主軸轉(zhuǎn)速,（12）固定循環(huán)指令,②攻右牙螺紋循環(huán)指令G84: G84 X_Y_Z_R_F_K_; 動作與G74類似，但主軸旋轉(zhuǎn)方向相反。加工動作如右圖所示： 攻絲與鉆孔加工不同的是攻螺紋結(jié)束后的返回過程不是快速運動，而是以進給速度反轉(zhuǎn)退出。,攻螺紋的進給速度F=Pn; P為導(dǎo)程，n為主軸轉(zhuǎn)速,3.攻絲

30、循環(huán)指令,（12）固定循環(huán)指令,（13）螺紋切削指令,②.G92-螺紋切削循環(huán)格式：G92 X(U)_ Z(W)_ R_ F_；,R=0,R-螺紋部分半徑之差：X向切削起始點坐標(biāo)小于切削終點坐標(biāo)時，R取負(fù)；反之取正。,（13）螺紋切削指令,復(fù)合螺紋切削循環(huán)指令G76：與G32、G92相比，可縮短程序、改善刀具切削條件（斜進法進刀）。其指令格式： G76 P m r α Q Δdmin R d; G76 X(U)

31、_ Z(W)_ R I P k Q Δd F f;m: 精加工重復(fù)次數(shù)；r：倒角量，用兩位數(shù)字指定；α：刀尖角度，用兩位數(shù)指定；Δdmin：最小切削深度，µm；d：精加工余量，µm ；X(U)、Z(W)：螺紋終點坐標(biāo)，帶小數(shù)點為mm，否則為µm ；I：圓錐螺紋半徑差，I=0為圓柱螺紋。x向切削始點坐標(biāo)小于終點坐標(biāo)時取負(fù)；k：螺紋牙高（X軸方向半徑值），µm ；Δd：第一次切入量（

32、半徑值指定）；f：螺紋導(dǎo)程。,③復(fù)合螺紋切削循環(huán)G76,（13）螺紋切削指令,G71 P ns Q nf U △u W △w F S T ;,（14）內(nèi)外圓柱/圓錐切削循環(huán)指令,G71-縱切削粗車復(fù)合循環(huán),G71 U △d R e ;,格式：,其中：,△d為粗加工每次切深（半徑值編程）； e為退刀量；,ns為精加工程序組的第一個程序段的順序號；,nf為精加工程序組的最后一個程序段的順序號；,△u為X軸方向精

33、加工余量(直徑值)；,△w為Z軸方向精加工余量；,G71適用于圓柱毛坯的軸向粗車，是沿著平行于Z軸進行切削循環(huán)加工的。,G71 P ns Q nf U △u W △w F S T ;,G71-縱切削粗車復(fù)合循環(huán),G71 U △d R e ;,格式：,注意：,a. ns→nf精加工程序段中的F、S、T功能，即使被指定也對粗車循環(huán)無效；,b. 在序號為ns的程序段中指定A及A′間的刀具路徑，且在該段中不能指定沿Z

34、軸方向移動，刀具移動指令必須垂直于Z軸方向；,c. 從A′到B的刀具軌跡在X軸及Z軸必須單調(diào)增加或單調(diào)減少；,d. 粗車循環(huán)最后一刀按ns到nf間精車程序段軌跡切削，留余量△u、 △w 。,（14）內(nèi)外圓柱/圓錐切削循環(huán)指令,G72 P ns Q nf U △u W △w F S T ;,G72-橫切削粗車復(fù)合循環(huán),G72 W △d R e ;,格式：,其中：,△d為Z軸方向切深； e為退刀量；,ns為精加工

35、程序組的第一個程序段的順序號；,nf為精加工程序組的最后一個程序段的順序號；,△u為X軸方向精加工余量(直徑值)；,△w為Z軸方向精加工余量；,G72適用于圓柱毛坯的端面方向粗車，是沿著平行于X軸進行切削循環(huán)加工的。,（14）內(nèi)外圓柱/圓錐切削循環(huán)指令,G72 P ns Q nf U △u W △w F S T ;,G72-橫切削粗車復(fù)合循環(huán),G72 W △d R △e ;,格式：,注意：,a. ns→nf程

36、序段中的F、S、T功能，即使被指定也對粗車循環(huán)無效；,b. 在序號為ns的程序段中指定A及A′間的刀具路徑，且在該段中不能指定沿X軸方向移動，刀具移動指令必須垂直于X軸方向；,c. 從A′到B的刀具軌跡在X軸及Z軸必須單調(diào)增加或單調(diào)減少；,d. 粗車循環(huán)最后一刀按ns到nf間精車程序段軌跡切削，留余量△u、 △w 。,A',（14）內(nèi)外圓柱/圓錐切削循環(huán)指令,精加工復(fù)合循環(huán)(G70),當(dāng)用G71，G72、G73粗加工完畢后，用G

37、70代碼指定精加工循環(huán)，切除粗加工中留下的余量。其指令格式為： G70 P ns Q nf ； 其中：ns為精加工循環(huán)的第一個程序段的順序號；nf為精加工循環(huán)的最后一個程序段的順序號。 注意: a.精車過程中的F、S、T在程序段ns到nf間指定； b.在車削循環(huán)期間，刀具半徑補償功能有效； c.在程序段ns到nf間不能調(diào)用子程序。,（14）內(nèi)外圓柱/

38、圓錐切削循環(huán)指令,精加工復(fù)合循環(huán)(G70),精加工時，G71、G72、G73程序段中的F、S、T指令無效，只有在ns到nf程序段中的F、S、T指令才有效。,（14）內(nèi)外圓柱/圓錐切削循環(huán)指令,3.4.2 輔助功能M指令,,輔助功能指令主要是控制機床開/關(guān)功能的指令，如主軸的啟停、冷卻液的開停等等輔助動作。M功能常因生產(chǎn)廠及機床的結(jié)構(gòu)和規(guī)格不同而各異。下面為常用的M代碼：,例3-3 按FANUC 0iTA數(shù)控系統(tǒng)要求編程加工下圖所示零