数控机床编程教案.docx
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数控机床编程教案
第一章数控车床
第一节数控机床概述
一、数控概述
1、概念
1）数控
即数字控制，是数字程序控制的简称，指通过特定处理方式下的数字信息（不连续变化的数字量）去控制机械装置进行动作。
2）数控技术定义：
是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
3）数控机床定义：
是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。
2、数控的分类
1）NC机床由各种逻辑元件,记忆元件组成随机逻辑元路,由硬件实现数控功能。
2）CNC机床即计算机数控,是采用微处理器或专用微机的数控系统。
3、机床数控与数控机床
1）机床数控：
它是一门技术,其控制对象是专门针对机床和机床加工的。
2）数控机床：
它是进行自动化加工的机电一体化新型加工设备。
二、数控机床的发展
数控机床的发展是随计算机系统的发展而发展的，其主要经历了如下几代变化：
第一代：
19552年起由电子管电路构成的专用数控（NC）
第二代：
1959年起由晶体管数字电路组成的专用数控（NC）。
第三代：
1965年起，由中小规模集成数字电路组成的专用数控（NC）。
第四代：
1970年起，由大规模集成数字电路组成的小型通用计算机数控（CNC）。
第五代：
1974年开始，采用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控（CNC）。
第六代：
80年代初，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；
我国数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了发展初期的封闭式发展阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收和引进技术阶段，“八五”期间国产化体系阶段，以及“九五”期间产业化阶段，现基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。
目前较具规模的有广州数控、航天数控和华中数控等。
具有中国特色的经济型、普及型数控系统经过几十年来的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，它们逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。
三、数控机床的组成
1、程序的存储介质
2、输入、输出装置
3、数控装置
4、伺服系统
5、检测反馈系统
6、机床本体
四、数控机床的分类
1、按工艺用途分类
1）普通数控机床
如：
数控车,铣,钻,镗,冲,磨床
2）加工中心机床
如：
电为花,线切割,激光机床,超声波
3、）多坐标数控机床
4）数控特种加工机床
如：
齿轮加工机床等。
2、按控制运动的轨迹分类
1）点位控制
这种机床控制刀具从一点到另一点位置,而不控制移动轨迹,它在定位移动中不进行切削加工,因而可快速进给到定位位置,而不与工作接触,
如:
坐标镗床,钻床,冲床等.
2）直线控制
这种机床控制刀具或工作台以给定速度,沿平行于某一人材轴方向,由一个位置到另一个位置的精确移动,也称点位直线控制。
如数车,磨等。
3）连续控制
又称轮廓控制,它能对两个或以上人材轴同时控制,可控制速度,方向和位移量,即加工的轨迹。
如数车,铣,线切割等。
3、按伺服系统的控制方式分类
1）开环控制
不带反馈的控制系统,即系统无反馈元件.
2）半闭环控制
系统内有部分反馈元件,不把机械传动装置等部分包括在内.
3）闭环控制
在控制过程中,形成全部位置随机控制环路,自动检测并补偿所有的位移误差,改精度高.
4、按控制的坐标轴数分类
1）两坐标。
2）三坐标。
3）两个半坐标。
3）多坐标等数控机床。
五、课后作业
1、机床数控与数控机床的区别?
2、开环,半闭环,闭环控制系统各有何特点?
3、数控机床按工艺用途分哪几类?
按控制运动轨迹分哪几类?
4、数控车床的加工特点有哪些?
第二节数控车床编程基础
一、程序编制的内容
1、图样分析
2、辅助准备
3、制定加工工艺
4、数值计算
5、编写加工程序单
6、制作控制介质
7、程序校核
二、程序编制的方法
1、手工编程
手工编程就是由人工编写零件的加工程序。
对于几何形状不太复杂的零件，编程工作量小，加工程序段不多，出错的几率很小，快捷、简便、不需要具备特别的条件（相应的硬件和软件），特别是在数控车床的编程中，手工编程至今仍广泛用于点位、直线、圆弧组成的轮廓加工中，学习手工编程是学习数控车床加工编程的重要内容。
即使在自动编程普遍应用后，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。
2、自动编程
自动编程是指利用计算机及其外围设备组成的自动编程系统完成程序编制工作的方法，也称为计算机辅助编程。
三、数控车床的坐标系
数控机床标准坐标系是一个右手直角笛卡尔坐标系，如图1－2所示。
基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，大拇指的方向为X轴的正方向；食指为Y轴的正方向；中指为Z轴的正方向，该坐标轴与车床的主导轨平行。
图1-2右手直角笛卡尔坐标系
1、坐标轴和运动方向命名的原则
1）不论机床的具体结构是工件静止、刀具运行，还是工件运行、刀具静止，数控车床的坐标运动指的是刀具相对于静止工件的运动。
当工件移动时，就在坐标轴符号上加“′”表示。
2）刀具远离工件的运动方向为坐标轴的正方向。
3）机床主轴旋转运动的正方向是按照右旋螺纹进入工件的方向。
2、坐标轴的规定
1）Z坐标轴
a、在机床坐标系中，规定传递切削动力的主轴轴线为Z坐标轴。
b、对于没有主轴的机床（如数控龙门刨床），规定Z坐标轴垂直于工件装夹面方向。
c、如机床上有几个主轴，则选一垂直于工件装夹卡面的主轴作为主要的主轴。
2）X坐标轴
a、X坐标是水平的，它平行于工件的装夹面。
b、对于工件旋转的机床，X坐标的方向在工件的径向上，并且平行于横滑座。
c、对于刀具旋转的机床，如Z坐标是水平（卧式）的，当从主要刀具的主轴向工件看时，＋X坐标方向指向右方；如Z坐标是垂直（立式）的，当从主要刀具的主轴向立柱看时，＋X坐标方向指向右方。
d、对刀具或工件均不旋转的机床（如刨床），X坐标平行于主要的进给方向，并以该方向为正方向。
3）Y坐标轴
Y坐标轴根据Z和X坐标轴，按照右手直角笛卡尔坐标系确定。
3、各类数控车床的坐标系
ISO对数控车床的坐标轴及其运动方向作了规定。
常用数控车床的坐标轴及其坐标方向如图1－3所示。
图1－3数控车床的坐标轴及其运动方向
四、数控车床坐标系中的各原点
数控车床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向，对于数控加工和编程是一个十分重要的概念。
数控车床上的主要原点及其坐标系，如图1－4所示。
图1－4坐标系中的各原点
1、机床原点
机床原点也称为机床零位。
它的位置通常由机床制造厂确定，数控车床的机床坐标系原点的位置大多规定在其主轴轴心线与装夹卡盘的法兰盘端面的交点上，该原点是确定机床固定原点的基准，如图1－4所示。
2、机械原点（机械零点）
机械原点又称为机床固定原点或机床参考点。
机械原点为车床上的固定位置，通常设置在X轴和Z轴的正向的最大行程处，如图1－4所示，该点至机床原点在其进给轴方向上的距离在机床出厂时已准确确定，利用系统所指定自动返回机械原点指令，可以使指令的轴自动返回机械零点，全自动或高档型的数控车床都设有机械原点，但一般的经济型或改造的数控车床上没有安装机械原点。
3、工件编程原点
在工件坐标系上，确定工件轮廓坐标值的计算和编程的原点，称为工件编程原点。
它属于一个浮动坐标系，以它为原点建立一个直角坐标系来进行数值的换算，在数控车床上，一般将工件编程原点设在零件的轴心线和零件两边端面的交点上，如图1-4所示。
4、程序原点
程序原点指刀具（刀尖）在加工程序执行时的起点，又称为程序起点。
程序原点的位置是与工件的编程原点相对应的。
一般情况下，一个零件加工完毕，刀具返回程序原点位置，等候命令执行下一个零件的加工。
五、程序段的构成与格式
1、加工程序
加工程序就是一系列指令有序的集合。
通过这些指令，使刀具按直线、圆弧或其他曲线运动，以完成切削加工，同时控制主轴的正反、停止，切削液的开关，自动换刀装置和中拖板、大拖板的动作等等。
加工程序由程序开始、程序内容及程序结束等3个部分组成。
（1）加工程序的开始为程序号，用作加工程序的开始标识，程序号通常由字符“％”“P”或“O”及后跟数字来表示。
（2）程序的内容由一个个的程序段组成，每个程序段则由一个或若干个信息字组成，每个信息字又由地址符和数字字符组成。
在程序中指令的最小单位是信息字，仅用地址符或仅用数据符是不能作为指令的。
（3）程序结束是用辅助功能代码M02、M30（程序结束）等来表示程序结束、关冷却液、停主轴，只有接收到新的指令后才能继续运行加工。
2、信息字
信息字由地址符和数据符组成。
地址符由英文A～Z组成，由它确定跟随的数据及含义，如GO1代表直线插补功能（G是地址符，01是数据）。
程序段序号N由地址符N和其后的2～3位数组成，用于表示程序的段号。
准备功能字G由地址符G和其后两位数字组成，用于指定坐标、指定定位方式、插补方式、加工螺纹、各种固定循环及刀具补偿等功能。
进给功能字F由地址F和其后的数字组成，用于指定刀具相对于工件的进给速度，方式有每分钟进给（r/min）和每转进给（mm／r）。
主轴转速功能S用于指定车床的转速，其数据既有以转数值直接指定的，也有用代码指定的，如一般的经济型数控系统，其S只能指定某一机械档位的高速和低速。
刀具功能字T用于指定刀具号和刀具补偿值，T后面有2位或4位数值，如T0202，前2位指定刀具号为2号刀，后2位则为调用第2组刀补值。
辅助功能字M由地址符M和其后的2位数字组成，用于指定主轴旋转方向（如M03正转，M04反转），启动和停止，切削液供给开和闭，工件的夹紧和松开等功能。
3、程序段格式
加工程序由程序段组成、程序段由信息字组成，所谓的程序段格式就是指信息字的特定排列方式。
程序段由顺序号字、功能字、尺寸字及其他地址字组成，末尾用“LF”或“；”作为这一段程序的结束以及与另一段程序的分隔。
下面为一典型的地址字程序段格式：
N007G01X50Z30F140S300T0101M03；
这段程序由8个信息字构成，这段程序的含义：
其编号为第7段程序（N007），指令数控车床使用第一号刀具及第一组刀具补偿值（T0101），以140mm/min的进给量（F140），刀具按直线运动方式（G01）移到X50mm、Z30mm的位置（X50，Z30），主轴转速为300r/min（S300）、正转（M03）。
4、加工程序的结构
加工程序是数控加工的核心部分，是一系列指令的有序集合，通过这些指令使刀具按直线、圆弧或其它曲线运动，完成对零件的加工。
同时还控制主轴的回转开、停及其速度，切削液的开关，自动换刀的动作等。
一个完整的加工程序必须包括程序号、程序内容和程序结束这部分。
对加工中某些重复出现的部分，还有子程序等。
六、程序编制中的工艺处理
工艺处理是数控加工过程中较为复杂又非常重要的环节，与加工程序的编制、零件加工的质量、效益都有着密切的联系。
（一）工艺准备的处理方法
1．分析零件图样
（1）检查构成加工轮廓的几何条件有无缺陷。
（2）分析尺寸公差、表面粗糙度要求。
（3）形状和位置公差要求。
2．刀具的选择
3．工件的装夹
（1）基准与定位。
（2）数控车削用夹具。
（二）加工工艺的处理方法
1．制定加工方案
（1）先粗后精。
（2）先近后远
（3）先内后外。
（4）程序段最少。
（5）走刀线路最短。
（6）特殊处理。
2．切削用量与切削速度
（1）切削深度的确定。
（2）主轴转速的确定。
（3）进给量的确定。
（4）切削速度的确定。
（5）车螺纹的主轴转速确定。
3．制定补偿方案
（1）机械间隙补偿。
①自动补偿法。
②编程补偿法。
（2）刀位偏差补偿
第二章 数控编程
第一节G50、G00、G01指令
一、工件坐标系设定指令：
G50
指令格式：
G50XZ
该指令表示定义一个坐标系，并确定刀具当前位置为坐标系中。
注：
1、本指令要求坐标X值、Z值齐全，不能少，且不能用增量。
2、不同的系统，坐标系设定指令不同，如：
南京为G92，华中世纪星为G92，SINUMERIK－8021为G54等。
3、加工前应将刀具回到G50所设定位置。
4、建立工件坐标系时一般是把工件坐标系的Z轴定义在工件旋转中心，而工件坐标系的X轴则可根据习惯将其定义在卡盘端面或工件的端面.
5、执行G50时，系统自动检查当前坐标与G50定义的坐标是否相同，若相同，则继续执行下一段程序。
若不相同，则提示：
回程序零点？
此时若按Enter键，则先回到G50指令的程序起始点，再执行下一段程序。
若按运行键，则不执行回到程序起始点动作，而直接将当前坐标修改为G50定义的坐标值（执行新程序时）。
若按其他键，则不执行任何操作，按ESC键返回按运行键之前的状态。
回程序起始点的过程按G00的执行方式进行。
6、若使用G50指令编程在上电以后没有执行G50指令之前不能使用从程序中间某一段开始执行的功能，否则坐标数据可能不正确。
G50只能单独一段，不能与其他指令共段，若共段，则其他指令不执行。
7、如程序第一段不用G50指令，则必须用G00对X、Z两轴绝对坐标同时进行定位。
当第一个移动指令使用相对编程时系统须按绝对坐标处理。
8、如果而前一个程序使用G50指令，后一个程序不使用G50指令，则程序参考点仍然保留上一个程序定义的点。
执行回参考点指令时，将仍然回到原来的位置。
二.G00----快速定位
1.指令格式:
G00X（U）Z（W）
2.G00指令使刀具以快速移动速度移动到指定位置;
3.其中X（U）Z（W）为指定点的坐标值;
注：
1、本指令一般作为空行程运动，不能用来加工;
2、本指令可以单独定义X或Z轴;
3、G00指令中，不需要进给速度;
4、南京系统:
G00运行先以1:
1的步数两坐标联动,然后单坐标运行.该指令在%程序中设定.范围2000-6000;
5、广州系统:
G00运行X.Z轴各自按最高速度及加速度同时独立运行,互不影响.G00的运行速度由参数P05/P06设定,受快速倍率的控制;
Z轴实际快速度=P05×快速倍率;
X轴实际快速度=P06×快速倍率;
6、G00是模态指令，下一段相同时，可省略不写，指令在X、Z轴同时移动时，应特别注意刀具的位置是否在安全区域。
三.G01－直线插补
1、指令格式:
G01X（U）Z（W）F
2、说明：
1）G01指令按设定速度沿当前点到X（U）.Z（W）指定点的位置；
2）其中X（U）.Z（W）为指定点（终点）坐标;F为进给速度,（㎜/min）；
3）GSK928TC中:
实际进给速度=F×进给倍率；
4）G01指令一般作切削运动指令,可单坐标移动,平等于X,Z轴;也可双坐标插补,如斜线,锥度,倒角等，且G01指令是模态指令；
3、应用举例：
１）加工台阶
２）倒角
３）加工锥度
４）综合运用
第二节G22……G80、G02（G03）指令
一、程序局部循环G22、G80
在实际加工过程中、对于某些局部需要反复加工或已成形的零件，可使用局部循环指令来简化程序。
指令格式：
G22LXX
:
:
G80
1、说明：
1）G22定义程序循环体开始;
2）L定义循环次数，其范围为1～99，L=1时不能省略;
3）G80循环体结束时，循环次数L自动减1，若L不等于零，再次执行循环体程序，若L为零，则循环结束;
2、注意事项：
1）G22和G80必须成对使用；
2）不能循环嵌套，循环体中不能再有G22指令，也不能嵌套G90、G92、G71等；
3）循环体中一般用增量编程，并且，除切削深度的进刀外，其余X与Z向的进退刀量矢量和为零；
4）注意循环完后刀具的位置——执行后的结束坐标由程序运行后决定。
3、使用步骤：
1）循环次数；
2）求加工总余量；
3）确定背吃刀量（每次切削深度）；
3、应用举例：
1）车削外圆；
2）车削锥度；
3）综合车削；
二、返回参考点指令：
G26、G27、G29
指令格式：
G26、G27、G29
注：
1、G26用于X（u）、Z（w）两坐标回到参考点，其方式与G00相同，，速度也相同。
2、G27使刀具在X轴方向返回参考点。
3、G29使刀具在Z轴方向返回参考点。
4、当返回才参考点之后，撤销刀及系统偏置。
5、在GSK928TC中,在G26回参考点后,如需继续移动则必须用G00X,Z轴绝对坐标同时定位
三、G02,G03－圆弧插补
1、作用：
用于加工圆弧，在广数928TC系统中，G02用于顺圆弧加工，G03用于逆圆弧加工。
它有两种方式：
1）、半径方式编程：
指令格式：
G02X（U）Z（W）IKF
G03X（U）Z（W）IKF
2）、圆心坐标方式编程：
指令格式：
G02X（U）Z（W）RF
G03X（U）Z（W）RF
2、注：
1）X、Z为绝对坐标编程，指圆弧终点的绝对坐标值。
2）U、W为相对坐标编程，指圆弧起点到圆弧终点的距离。
3）R为圆弧半径，F为沿圆弧的速度。
4）I、K为圆心与圆弧起点坐标值之差，分别对应X与Z轴。
5）X、U、I均用直径量表示。
3.举例:
4、扩展：
1）圆弧连接
2）外圆弧面车削的三种方法
a）同心圆法；
b）斜线法；
c）移心法
3）内圆弧加工
第三节内外园柱面车削循环G90
一、指令格式：
G90X（U）Z（W）RF
其中：
1、X（U）Z（W）为园柱（锥）面的终点位置，两坐标必须齐备，相对坐标不能为零。
2、R为循环起点与循环终点的直径之差，省略R为轴面切削。
3、F为切削速度。
2、G90循环执行过程：
1）X轴从A点快速移动到B点。
2）X、Z轴以F速度从B点切削到C点。
（无R时X轴不移动）
3）X轴以F速度从C切削到D点。
4）Z轴从D点快速移动到A点。
注：
G90循环结束后刀具仍在循环其始点。
如如仅重新定义终点的X坐标，（或相对坐标U）则循环按新的X（U）坐标值重复上述循环过程。
3、使用相对坐标时，U的符号由A到B的X方向确定。
W的符号由B到C的Z方向确定。
锥面切削循环时，R的符号由C到B的X方向确定。
U、W、R后的数据与刀具轨迹的关系如下：
（四种情况）
4、说明：
1）内外园加工及切削进给方向由循环开始的位置与指令中的X、Z坐标值自动确定。
2）单程序段运行时，每按一次启动键，执行一个循环步骤，运行中单段停止时在每个步骤的终点停止。
3）若循环结束后的下一段指令不是单独的X轴或Z轴上的移动指令，而是其他的G、M指令，则循环自动停止。
4）当加工柱面时，刀具的轨迹为封闭的矩形，当加工锥面时，刀具轨迹为封闭的直角梯形。
5）当加工外园柱面时，，X轴的起点应确定在被加工的最大外径之外。
6）在执行G90循环时，如果有锥度（即R≠0时），G90、X、Z、R均不可省略。
5应用举例：
1）G90车削园柱面
2）G90车削圆锥面
3）综合示例
第四节G75、M97、G93指令
一、切槽循环G75
1、指令格式：
G75X（u）Z（W）IKEF
其中：
X（U）Z（W）为槽终点坐标，省略Z为切断循环。
I为每次X轴进刀量。
K为每次X轴退刀量。
E为Z轴方向每次的偏移量。
F为进刀量
2、G75切曹循环的执行过程：
1）X轴以F速度进给I的距离。
2）X轴快速退K的距离。
3）X轴一F速度进给I+K的距离。
4）重复2）到3）的过程直到X轴进给到B点。
5）如Z不为零，则Z轴快速偏移E的距离。
6）重复1）到4）的过程，直到Z轴进给到C点，X轴进给到B点。
7）X轴快速返回C点，Z轴快速返回A点。
3、注意事项：
1）G75循环结束后，刀具仍在循环起点。
2）指令格式中未考虑刀具宽度，在实际加工中应考虑。
3）I、K、E均为无符号数。
4）在切曹时，应考虑使用左刀尖还是右刀尖作为刀位点编程，并考虑刀宽。
5）最后一次的X、Z向进刀量，系统根据给定的X、Z自动计算。
4、应用举例：
二：
程序转移指令M97
1、指令格式：
M97P＿
其中P为转移到的程序段号，必须带四位数
2、指令作用：
使程序从本段程序转移到P所指定的程序继续执行。
P所指定的程序段号应在本程序中存在，在使用本指令时，注意不要形成死循环‘
3、应用举例：
三、系统偏置G93
1、指令格式:
G93X（U）.Z（W）
其中：
1）X（U）为系统X方向的偏移量;Z（W）为系统Z方向的偏移量.（不分绝对相对）
2）本指令将使系统按指令的偏移量快速移动，移动之后系统坐标不变，从而留出加工余量。
3）粗车完后，可用G93X0Z0撤消偏置，进行精加工。
4）G26、G27、G29分别撤消X、Z；X；Z轴的偏置。
5）按回程序零点键后，撤消系统偏置。
6）多次使用G93指令时，每次的偏移量将叠加在一起，回零时撤消全部系统偏置。
2、应用举例：
第四节G75、M97、G93指令
一、切槽循环G75
1、指令格式：
G75X（u）Z（W）IKEF
其中：
X（U）Z（W）为槽终点坐标，省略Z为切断循环。
I为每次X轴进刀量。
K为每次X轴退刀量。
E为Z轴方向每次的偏移量。
F为进刀量
2、G75切曹循环的执行过程：
1）X轴以F速度进给I的距离。
2）X轴快速退K的距离。
3）X轴一F速度进给I+K的距离。
4）重复2）到3）的过程直到X轴进给到B点。
5）如Z不为零，则Z轴快速偏移E的距离。
6）重复1）到4）的过程，直到Z轴进给到C点，X轴进给到B点。
7）X轴快速返回C点，Z轴快速返回A点。
3、注意事项：
1）G75循环结束后，刀具仍在循环起点。
2）指令格式中未考虑刀具宽度，在实际加工中应考虑。
3）I、K、E均为无符号数。
4）在切曹时，应考虑使用左刀尖还是右刀尖作为刀位点编程，并考虑刀宽。
5）最后一次的X、Z向进刀量，系统根据给定的X、Z自动计算。
4、应用举例：
二：
程序转移指令M97
1、指令格式：
M97P＿
其中P为转移到的程序段号，必须带四位数
2、指令作用：
使程序从本段程序转移到P所指定的程序继续执行。
P所指定的程序段号应在本程序中存在，在使用本指令时，注意不要形成死循环‘
3、应用举例：
三、系统偏置G93
1、指令格式:
G93X（U）.Z（W）
其中：
1）X（U）为系统X方向的偏移量;Z（W）为系统Z方向的偏移量.（不分绝对相对）
2）本指令将使系统按指令的偏移量快速移动，移动之后系统坐标不变，从而留出加工余量。
3）粗车完后，可用G93X0Z0撤消偏置，进行精加工。
4）G26、G27、G29分别撤消X、Z；X；Z轴的偏置。
5）按回程序零点键后，撤消系统偏置。
6）多次使用G93指令时，每次的偏移量将叠加在一起，回零时撤消全部系统偏置。
2、应用举例：
第五节外园粗车循环：
G71
一、指令格式：
G71X（U）I
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