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3坐标系统

第一章序言

§1概述

南京兴强数控设备有限公司专业生产经济型机床数控系统的专业公司。

成立以来向全国推广第一代数控系统至今已开发出了多种KYD系列产品，本说明介绍的数控系统是我公司开发的三坐标数控系统。

该型数控系统是采用双8031为主控单元的三坐标机床数控系统。

编程格式符合ISO国际代码标准。

本公司在单排显示系统的基础上，增加了三排数码管，用以完成系统运行过程中的动态坐标显示。

并且，增加了自动对机械原点、刀具半径补偿、MDI、任意程序段执行及三轴任意两联动等功能。

本说明详细介绍了这些代码的定义及如何使用代码和有效格式编程，如何操作输入零件加工程序，怎样运行已输入的程序及利用修错表修正程序编排中的错误举例。

请用户详细阅读本说明后通电调试，在使用过程中如发现问题请与我们联系，我们会全力支持你们的工作并为你们提供最好的服务。

§２工作原理

2.1机床数控系统的工作原理

机床数控系统由数控单元、步进伺服驱动单元和减速步进电机组成，数控单元采用MCS-51单片微机，数控单元的控制程序是实现各种功能的核心，在零件加工程序中，给定具体的加工长度、移动方向、进给速度，控制程序在中央处理单元的支持下，按照所输入的加工程序数据，经过计算处理，发出所需要脉冲信号，经驱动器功率放大后，驱动步进电机，由步进电机拖动机械负载，实现机床的自动控制。

在加工螺纹时，必须配置主轴脉冲发生器，将主轴角位移变化信号传递至计算机，计算机根据所设定的螺纹螺距进行插补，控制刀加工各类螺纹。

2.2步进伺服驱动单元的工作原理

该单元采用高压电压电源供电、恒流斩波控制的驱动电路。

使步进电机高频运行时的输出转矩显著增大，改善了系统的快速性能，并使低频运行时振动减小，提高了运行的稳定性和加工的光洁度。

驱动电路设计有过流保护，电路运行可靠性大大提高。

驱动电路定流控制的原理是通过采样电阻检测步进电机绕阻的电流，当电流高于某一预定值时，高压管关断电源，当电流低于某一预定值时，高压管重新开通，由于高压管多次重复地接通与关断，使电机绕组的电流接近一定值，从而提高了电流的平均值，增大了电机的输出转矩。

电机锁定时，由锁定电源提供锁定电流或高压锁定提供锁定电流。

（参风系统原理图）。

§3、坐标系定义

采用标准坐标系统：

即手迪卡尔坐标系统（如图１）

坐标系本系统采用标准坐标系统如图１所示。

纵向为Y轴，横向为Ｘ轴，垂直方向为Z轴。

机床坐标系机床坐标系的建立取决于机床的类型，可以在任一位置，机床坐标系的原点定在机床零点，该点作为参考点。

工件坐标系工件坐标系是以工件上的某一点为原点建立的坐标系，一般情况下取在工件的放置中心线和基础端面上的某点为工件坐标系的原。

通常用于工件编程时对工件几何位置的描述。

起始点程序启动时刀尖的初始位置。

软参考点机床上的固定基准点（由用户设定）。

硬参考点装有硬件开关的固定基准点（由硬件开关位置决定），此时软参考点与其为同一点。

当量定义系统的标准当量为

△X=0.01MM

△Y=0.01MM

△Z=0.01MM

图１

第二章系统面板介绍

§1操作面板分布

本型系统采用LED显示器，用LED显示器显示加工程序的编制过程，自动和手动状态下工作台的动态数值及MDI等附助信息。

操作面板上共有37个编辑键和８个控制键，１个波段开关，１个急停开头和１个电源开关，１组显示器。

系统采用LED显示，其中一排LED用于显示波段开关各状态下的提示信息和编辑状态下的加工程序编辑过程及自动和空运状态下的程序段号显示。

其余三排数码管专门用于显示运动计数单元内容。

第二排对于Ｘ坐标的计数值。

第三排对应于Y坐标的计数值，第四排对对因对应于Z坐标的计数值，并具有掉电保护功能。

调整好工件坐标原点后，在编辑状态下键＊和０，可使三排坐标显示计数值清零。

如果在加工过程中急停或复位，则动态显示值无效。

§2操作开关和键

开关、键名称

功能和使用

电源开关

系统输入电源的开关，打开电源开关，计算机开始工作，风机应正常运转。

注意：

系统电源开关关断后，必需经过５秒以上时间方可再次打开电源，否则计算机将有可能出现不正常状态，并可能损坏系统。

功放开关

驱动工作电源开关。

电源开关打开之前应将功放开关置断开位置，使大功率管全部截止。

工作状态下，若机床长时间不运行，应将功放切断，以免电视长时间停在某一相，造成大功率管过热。

系统不工作时，应先关功放开关，再关电源开关。

单段／连续开关

单段方式是每运行完一个程序段应暂停，按下启动键继续运行下段程序，连续方式是连续执行程序。

在空运行或自动方式下，如果需要单段检查或执行程序或单段加工零件，可将开关单段位置，每执行一段程序按一下启动键。

波段开关

――编辑方式

――空运行方式

工作方式转换的选择开关（在运行程序时不得随意转动）

实现加工程序的输入、修改、插入、删除等操作。

以设定的快速走出刀尖的轨迹，其中Ｓ、Ｔ及Ｍ的发信功能均跳过不执行，此方式用于检查程序的正确性，不能用于加工。

――自动方式

用于实际加工零件，程序输入，检查完毕后，按下启动键，认定现行刀具位置为起始点，自动执行加工程序。

在空运行或自动状态下，具有任意程序段执行功能。

即程序可以从指定的段号开始加工。

使用方法如下：

当数码管显示Ｒ××××Ｆ或Ｒ××××时，键入Ｎ和四位以内的数字键，按ＬＦ键确认，如果确认正确，可按启动键开始执行。

例如，按Ｎ３０时，显示Ｎ30,再按LF键,如果数码仍显示N30表示确认，此时也可以重新输入段号，直接键入Ｎ××××即可，如果显示Ｅ26号错，表示在本加工程序内没找到该段，此时须复位再重新输入段号，当确认无错后，按下启动键，加工程序便直接从N0030段开始执行。

本功能不能在保持模态的指令中使用，否则出Ｅ－11号错。

例如：

％123

N0010G01X10F200

N0020W-50

N0030U100……

不能直接从Ｎ0020或N0030段开始执行，必须将其恢复Ｇ01和Ｆ代码后才能使用：

手动方式

――手动Ⅰ方式

――手动Ⅱ方式

――手动Ⅲ方式

可点动运行，当手揿下点动键不放，可实现连续运行。

其中速度分别为：

H1：

X轴30mm/min，Z轴30mm/min，Y轴30mm/min

H2：

X轴1600mm/min，Z轴1600mm/min，Y轴1600mm/min

H3：

X轴2500mm/min，Z轴2500mm/min，Y轴25000mm/min

手动一般用于加工前调整刀架的起始点是进行一些简单的加工，手动方式有三种速度可选择，操作相同，注意：

（1）手动只能是直线运动，分别是＋X、-X、+Y、-Y、＋Z、-Z

（2）用户可根据显示器的计数知道工作台运动的长度，当一进入点动方式，刀尖的现行位置为计数零点，根据点动方向计数并显示十进制步数，Ｘ、Y、Ｚ三个方向的计数分别保存，互不干涉。

（3）操作：

单步点动，当你需要微理的进给时，按下方向健不超过0.2秒即可；如需要连续运动，按下方面键，直到松开键才停止运动。

（4）手动Ⅲ方式具有自动升降降频过程。

（5）手动超程

在手动过程中正、负方向检测超程功能，如果正向超程，负向可手动近回，如果反向超程，正向可手动返回。

（注：

需按装正、负超程限位开关）

――回零方式

以G00设定的速度返回参数点。

在空运行或自动方式下，按下暂停健或单段开关后需要回参考点时，将波段开关置回零方式，再按下相应的方向键即可；手动方式也可回零。

注意：

①如果所按下的方向键与实际回零方向不符时，则无效。

②若有电网停电，使加工过程中断，则已走完的程序段的系统有位置记忆，未走完的程序段位置将被丢失。

所以来电后的回零只能按记忆情况进行，而不能保证回零准确。

――MDI方式

（手动数据输入方式）

本状态下可执行的功能有：

S、T、M功能，自动回机械原点功能。

将波段开关拨至MDI状态，数码管显示MDI。

根据需要键入S、M、T及自动回机械原指令后，再键入LF键。

若数码管显示“E”，则表示键入的指令出错。

若无出错提示，则按下启动键后，系统开始执行用户键入的正确指令。

启动键

在波段开关置空运动、自动方式下或运行中途暂停后需要再继续运行时，都要用启动键启动程序。

暂停键

在空运行或自动方式下运行程序时，按下暂停键可中断程序的运行，并可再次启动程序继续加工，快速运行时的暂停具有自动降频过程，再启动时有升频过程，回零方式下运行时也可用暂停键。

手动方向键

+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z

在手动和回零方式下使用有效，四信方向的四个键分别对应于工作台的四个运动方向，手动方式时，可以单步或连续动作；回零方式下运行时，只需按下实际回零方向的对应键即可。

急停键

（红色、磨菇按纽）

在加工过程中，如果发生意外情况，必须打断加工的执行，按下急停键，工作台立即停止运动，同时发生主轴停转信号，等待处理，急停后只能用复位键MON退出急停状态，重新校核工作台的起始点，再开如加工。

编辑键

用于加工程序的输入和检索等，以不同颜色加以区分：

灰色＊↑↓→←SCHCOPYDELLFMON

％ＮＧＺＹＵＷＶＩＫＦＳＴＭＬ

白色·－０１２３４５６７８９

――复位健MON

结束当前状态，进入波段开关所指示的方式，关显示以等待新的命令。

如退出急停，退出出错状态。

注意：

在加工过程中不能按此键，否则将中断程序，破坏加工。

――换行键LF

在加工程序输入过程中，每程序段输入完，都要按LF键，表示本程序段结束，并自动生成下一段程序的段号，省略了程序段号的输入。

自动出号的规律是：

从N0010开始，每段加10，以便在修改程序时进行程序段的输入。

在检索操作中，插入的程序段也要用LF结束。

－－特殊定义键＊

此键和数字键同时按下，形成特定功能。

――检索移动键

↑↓→←

↑→可实现程序、程序段的上下检索，并能快速移动检索。

当按下↑或↓键超过0.5秒时，便可快速上下检索，缩短检索时间，显示也跟着相应地加快。

←→可实现一个程序内的逐字左右检索。

程序复写键COPY

在加工程序类似的情况下，可以通过对复写程序的修改，实现新的程序设计，节省工作量。

――删除键DEL

可以实现对某个程序、某一程序段、某一指令字的删除。

――检索键SCH

对程序存贮区中的程序检索；或对某一程序进行确定检索。

第三章编程

§１.程序书写形式和格式

程序的书写形式和零件加工程序单。

下面是一个已填好的程序单。

例１.１

表１零件加工程序单

零件加工程序单

图号××工序××共１、第１页

名称矩形轨迹编制××校核××

零件加工程序单：

表1

N

G

X

U

Y

V

Z

W

I

J

K

F

S

T

M

L

备注

10

01

-100

300

A→B

20

-200

B→C

30

100

C→D

40

200

D→A

50

02

程序结束

注：

（１）这个程序是从当前刀尖位置开始以300mm/min的速度走一个矩形轨迹。

如图2。

（２）本程序的简写形式及输入操作见第四章2.1节例1。

程序的格式从例１中略见一斑。

每个零件加工程序有一个程序号％××××，或叫工件号，写在程序的首部。

接下来每行写一个程序段，每一程序段由段号Ｎ××××和若干个指令组成。

并以从小到大的段号顺序运行。

下面列出了所有可能出现的指令字的基本格式。

（程序号和段号视为特殊指令号）。

图2

表２指令字的基本格式

名称

基本格式

主要含义

例

程序号

％××××

不同加工程序的代号

（％0000为引导程序）

%101或%0101

程序段号

Ｎ××××

程序段的顺序号（N000无意义）

N0050

准备功能

G××

运动方式（直线、斜线、圆弧等）

Ｇ01

坐

标

字

X××××.××或X-××××.××,××

坐标轴运动指令、绝对尺寸（mm）

Ｘ－100.09

Z200.5

U10

X××××.××或Z-××××.××,××

坐标轴运动指令、绝对尺寸（mm）

U××××.××或U-××××.××,××

坐标轴运动指令、绝对尺寸（mm）

W××××.××或W-××××.××,××

坐标轴运动指令、绝对尺寸（mm）

I××××.××或I-××××.××,××

圆弧圆心对圆弧起点的坐标值（mm）

K××××.××或J-××××.××,××

圆弧圆心对圆弧起点的坐标值（mm）

进给功能

F××××.××

进给速度（mm/min）,延时（Ｓ）

F300,06

主轴变速

S××

选择主轴转速

Ｓ03

刀具功能

T××

选择刀具和某组刀具补偿量

Ｔ11

辅助功能

Ｍ××

机床辅助动作

M03

重复次数

L××××

循环重复次数，指定工件号、程序跳转段号及子程序调用段号

L3,L0101

注：

×代表阿拉伯数字0~9。

整数前零可省略，小数后零可省略。

§２.程序结构和坐标系统

2.1程序结构

系统供存放零件加工程序的存贮容量为24KB，可掉电保护。

在此容量内可存放若干个不同程序号的程序，其中包含一个必要的引导程序。

这此不同程序号的程序在计算机内部存放的秩序是任意的。

程序号用％字符和紧跟其后的不超过四位的整数表示，例如％０、％101、％123等。

除％０外，其它程序号都可做为零件加工程序的程序号，系统规定％０程序为引导程序。

引导程序的基本任务是指定将运行的加工程序号，此外在必要时可设定一些参数，例如设定快进速度，设定刀具偏置量，设定刀具补偿量；设定间隙补偿量；设定机械原点坐标量及加机械原点速度量；设定Ｓ功能输出方式；设定Ｘ轴和Ｚ轴插补比值；设定换刀反转时间等。

加工程序的基本任务是指定加工顺序，刀具运动运动轨迹和各种辅助动作。

2.2起始点、参考点、坐标原点、机械原点

起始点（即刀具起始点）是程序启动时刀具的开始位置。

为使刀尖正确地定位，需进行刀具偏置补偿，刀具在起始点经过刀补后的刀尖位置为参考点。

坐标原点即工件坐标系原点。

如果程序中未使用Ｇ92（工件坐标系设定）指令，则默认坐标原点和参考点重合。

机械原点为机床上的刀尖固定基准点。

§３.编程指令

3.1准备功能（G功能）

3.1.1工件坐标系设定指令G92

程序中如设该指令,则应位于程序的第一段,用于建立工件坐标系,并且通常将坐标系原点设在工件上任一点，以方便编程。

如图3所示。

图3

指令格式为：

G92X----Y----Z----

本指令需X，Y，Z值齐全，不可缺少，不设可置0，例如X0，不能使用U，V，W值

例１（图３）N0010G92X100Y100Z100

3．1．2平面选择指令G17，G18，G19

该指令用于选择圆弧插补和刀具半径补偿平面。

其中G17------------选择X，Y平面

G18-----------选择Y，Z平面

G19-----------选择Z，X平面

此指令只能自成一段，不能与任何其它指令共段，直线移动指令与平面选择无关。

3．1．3快速点定位指令Ｇ00

本指令可将刀具快速移动到所需位置上，一般作为空行程运行，既可是单坐标运动，又可是两坐标同时运动，程序格式如下：

G00X-----Y-----（Z-----）

例１N0020G00X100Z300

表示将刀具速移动到X为100，Ｚ为300的位置上。

例２N0040G00U－36.02

表示将刀具向X负轴方向快速运动36.02mm。

注：

（１）Ｇ00指令中不需要给定速度，Ｇ00运动速度在％０号程序中设定，设定的范围，2000mm/min~6000mm/min。

（２）G00指令只有一个坐标值时，刀具将沿该方向运动，有两个坐标值时，刀具将先以１：

１参数两坐标联动，然后单坐标运动。

3.1.4直线插补指令（Ｇ01）

本指令可将刀具按给定速度沿直线移动到所需位置,一般作为切削加工运动指令,既可单坐标运动,又可两坐标同时插补运动,程序格式如下：

G01X-----Y-----（Z------）F-----

例１Ｎ0060G01Z100F200

表示刀具以每分钟200毫米的速度走到Z100的位置。

例２Ｎ0080G01U20.5W-40F150

表示刀具以每分钟150毫米的速度插补运动到距起点（U20.5,W-40）的位置。

注：

（１）Ｇ01指令中应给出速度F值,速度范围为6~2000mm/min。

如果是空运行则系统自动设定为2000mm/min。

（２）只有一个坐标值时，刀具将沿该方向运动，有两个坐标值时，刀具将按所给的终点直线插补运动。

3.1.5圆弧插补指令G02、G03

本指令可将刀具按所需圆弧运动,G02为顺圆弧,G03为逆圆弧。

顺、逆方向设定见图4。

特别注意，这里的方向设定与人们日常顺、逆时方向相反。

本指令可自动过象限。

图4

其中I，J，K分别表示X，Y，Z方向圆弧圆心和相对起点的坐标。

编制圆弧程序时，有两种编程方法：

1）应确定圆弧终点位置，圆心位置。

如需编制图5所示圆弧轨迹的程序，应明确圆弧终点位置为（X60,Y10）或（U30,V-90）,圆心位置是以圆弧起点为原点,用（I、K）表示的圆心位置,这样图5中圆心位置是（130、J-40）。

2）采用半径编程。

如需编制图5所示圆弧轨迹的程序，只需确定圆弧终点坐标位置（X60,Y10）或（U30,V-90）和半径R50。

确定了这两点，即可编程。

程序格式如下；

G02/G03X----Y----（Z----）I----J----（K----）F-----

G02/G03X----Y----（Z----）R----F----

G02/G03U----V---（W---）I----J----（K----）F-----

G02/G03U----V---（W---）R----F----

例1以绝对尺寸方式编制图5所示圆弧程序：

N0010G02X60Y1030J-40F300

顺圆弧圆弧终点坐标值圆心对圆弧起点位置运动速度

N0010G02X60Y10R50F300

例2以增量尺寸方式编制图5所示圆弧程序

N0010G02U30V-90I30J-40F300

N0010G02U30V-90R50F300

注：

（１）如需刀具半径补偿，则G02，G03前必须有平面设定指令。

（２）圆弧终点坐标计算误差应小于５个脉冲当量值。

（３）运动速度为6~6000mm/min。

图5

3.1.6程序延时指令G04

本指令给定所需延时的时间,当程序执行到本程序段时,系统按所给定的延时,不做任何其它动作,延时结束后再执行下一段程序。

例Ｎ0140G04F10.50

表示本段程序延时10.50秒。

注：

本指令中Ｆ表示时间，单位为秒，范围为0.00－99.99秒。

3.1.7返回参考指令G24、G25、Ｇ26、Ｇ27、G28、Ｇ29

本指令是将刀具返回参考点。

其中G24指令用于X（U），Y（V）两坐标同时返回参考点，G25指令用于Y（V），Z（W）两坐标同时返回参考点，G26指令用于X（U），Z（W）两坐标同时返回参考点，G27指令用于X（U）返回参考点，G28指令用于Y（V）返回参考点，G29指令用于Z（W）返回参考点，轴程序格式如下：

例１Ｎ0260Ｇ24

表示Ｘ（Ｕ）、Y（V）方向均返回到参考点。

例２Ｎ0270Ｇ25

表示Y（V）、Z（W）方向均返回到参考点。

例３Ｎ0280Ｇ26

表示X（U）、Ｚ（Ｗ）方向均返回到参考点。

例4N0290G27

表示X（U）方向返回参考点

例5M0300G28

表示Y（V）方向返回参考点

例6N0310G29

表示Z（W）方向返回参考点

注：

（１）采用G24，G25，Ｇ26返回参考点时，运动方式与Ｇ00方式相同。

（２）返回速度与Ｇ00一致。

3.1.8程序循环指令Ｇ22、Ｇ80

本指令用于零件加工中局部需反复加工动作的场合，如需多刀加工某较大的切削部位，程序格式如下：

例：

N0320G22L××××

N0330

*

*循环程序内容

N0390

N0400G80

注：

（１）程序循环指令从Ｇ22指令以下一段程序开始执行，到Ｇ80以上一段程序为止结束一次循环然后再返回Ｇ22以下一段程序执行。

（２）循环次数用Ｌ表示，Ｌ后四位数（0～9999）表示循环次数。

如果Ｌ0000则程序跳过循环内容,向下执行,L0007表示执行7次循环内容,以此类推。

（３）本指令不可嵌套。

3.1.9矩形循环指令G23

本指令用于加工相垂直的两个相邻表面,运动轨迹为一矩形。

在每次进刀量不同时，可在后续段依次给出新的对角点参数，矩形的循环将依次执行。

程序格式如下:

G23X—Y--（Z--）F—

例运动轨迹如图6所示：

N0480G23X30Z50F240

————————————————

矩形循环矩形对角点坐标速度

N0490X26

注（１）本指令可采用绝对尺寸（Ｘ、Ｚ）或增量尺寸（Ｕ、Ｗ）编程。

（２）执行本指令时，矩形的第①①④④条边运行速度为Ｇ00设定的速度１，第②

图6

②③③条边指令中所给定Ｆ速度运行。

（３）无论对角点位置处于起点何方，本系统均按先运行Ｘ（U）的方向。

（４）Ｘ（U）Ｚ（W）所设定的矩形不能有边长为零的情况出现。

3.1.10自动回机械原点指令G34、G35、G36、G37、G38、G39

本指令是将刀尖返回机械原点。

其中G34——先X回机械原点，后Y回机械原点。

G35——先Y回机械原点，后Z回机械原点。

G36——先X回机械原点，后Z回机械原点。

Ｇ37――X向回机械原点;

G38——Y向回机械原点

Ｇ39――Z向回机械原点;

当程序执行到G34、G35、G36、G37、G38、G39时，刀尖便以高速靠向机械原点行程开关，当刀尖压下行程开关后，便以０号程序中Ｇ36设定的速度低速运动，直至行程开关释放，再以同样的低速反向靠向行程开关，直至行程开关再次压下时，刀尖停止运动，并在数码管上显示％０号程序中Ｇ36设定的坐标值，表示当前刀尖位置已机械原点上。

对机械原点的参数设置应在％０号程序完成，格式如下：

Ｇ36Ｘ（－）××××.××Y××××.××２（－）××××.××Ｆ××××.××其中Ｘ、Y、Ｚ为机械原点坐标。

如果未设，则系统默认Ｘ=０Y=0Ｚ