天津工程師范學(xué)院機械系第2章數(shù)控加工程序1第2章數(shù)控加工程序第1節(jié)程序編制的基本概念一數(shù)控編程概述

編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數(shù)控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫零件程序、程序校驗。2第2章數(shù)控加工程序第1節(jié)程序編制的基本概念

二、編程方法分類程序編制可分成手工編程和自動編程兩類。1、手工編程：整個程序的編制過程是由人工完成的。要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。2、自動編程：指在編程過程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成。根據(jù)輸入方式的不同，可將自動編程分為圖形數(shù)控自動編程、語言數(shù)控自動編程（APT）和語音數(shù)控自動編程、視覺系統(tǒng)編程等。1）圖形數(shù)控自動編程：目前，圖形數(shù)控自動編程是使用最為廣泛的自動編程方式。3第2章數(shù)控加工程序圖形數(shù)控自動編程軟件CAXA制造工程師-----------北航海爾軟件有限公司

4第2章數(shù)控加工程序Mastercam---------------------美國CNCSoftware

公司圖形數(shù)控自動編程軟件5第2章數(shù)控加工程序PRO/E--------------------------美國PTC公司圖形數(shù)控自動編程軟件6第2章數(shù)控加工程序其它：Solidworks軟件Catia軟件廣州紅地公司推出的金銀花系統(tǒng)UG軟件7第2章數(shù)控加工程序2）語言自動編程（APT語言）為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計了一種專門用于機械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（AutomaticallyProgrammedTool）。是編程人員根據(jù)零件圖紙要求用一種直觀易懂的編程語言（包括幾何、工藝等語句定義）手工編寫一個簡短的零件源程序，然后輸給計算機，計算機經(jīng)過翻譯處理和刀具運動軌跡處理，再經(jīng)過后置處理，自動生成數(shù)控系統(tǒng)可以識別的加工程序。由此可見，APT語言不能直接控制機床。

APT語言不能直接控制機床。APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版本。采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點，使數(shù)控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向幾何元素.。APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。針對APT語言的缺點，1978年，法國達(dá)索飛機公司開始開發(fā)集三維設(shè)計、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。8第2章數(shù)控加工程序APT語言格式舉例：點的定義：P=POINT/10，20，15；直線的定義：L＝LINE/16，8，0，16，32，0。機床主軸轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向的定義：SPINDL/n，CLW輪廓加工的外容差和內(nèi)容差的定義：OUTTOL/τ

INTOL/τ刀具起始點為P：From/P；刀具從P點以最短距離運動向L運動，直至與L相切：GO/TO，L9第2章數(shù)控加工程序制定工藝過程前置處理后置處理翻譯程序數(shù)值計算零件圖樣編寫零件源程序按自動編程系統(tǒng)規(guī)定的“語言”描述被加工零件的幾何形狀,加工時刀具相對于工件的運動軌跡這里用“語言”編寫的源程序和手工編程的加工程序有本質(zhì)差別:手工編程的加工程序可直接控制數(shù)控機床進行零件加工;自動編程的源程序要經(jīng)編譯處理后才可被數(shù)控機床接受.刀具中心軌跡計算將源程序翻譯成計算機能接受和處理的形式選用設(shè)計工夾具,安排工藝路線,選擇工藝參數(shù)加工程序單或紙帶刀位數(shù)據(jù)將刀位數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床要求的指令代碼NC接口APT自動編程的基本步驟10第2章數(shù)控加工程序3）語語音音編編程程：：語音音數(shù)數(shù)控控自自動動編編程程是是采采用用語語音音識識別別器器，，將將編編程程人人員員發(fā)發(fā)出出的的加加工工指指令令聲聲音音轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉榧蛹庸すこ坛绦蛐??！?）視視覺覺系系統(tǒng)統(tǒng)編編程程：：采用用計計算算機機視視覺覺系系統(tǒng)統(tǒng)來來自自動動閱閱讀讀、、理理解解圖圖樣樣，，由由程程編編員員在在編編輯輯過過程程中中實實時時給給定定起起刀刀點點、、下下刀刀點點和和退退刀刀點點，，然然后后自自動動計計算算出出刀刀位位點點的的有有關(guān)關(guān)坐坐標(biāo)標(biāo)值值，，并并經(jīng)經(jīng)后后置置處處理理，，最最后后輸輸出出數(shù)數(shù)控控加加工工的的程程序序單單。。視視覺覺系系統(tǒng)統(tǒng)編編程程首首先先由由圖圖樣樣掃掃描描器器（（常常用用的的CCD傳感感器器掃掃描描器器和和掃掃描描鼓鼓兩兩種種））掃掃描描圖圖樣樣，，取取得得一一幅幅圖圖像像，，對對該該圖圖像像進進行行預(yù)預(yù)處處理理是是為為了了校校正正圖圖像像的的幾幾何何畸畸變變和和灰灰度度畸畸變變，，并并將將它它轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為易易處處理理的的二二值值圖圖像像，，同同時時作作斷斷口口校校正正、、幾幾何何交交點點部部分分檢檢測測、、細(xì)細(xì)線線化化處處理理，，以以消消除除輸輸入入部部分分分分辨辨率率的的影影響響；；然然后后分分離離并并識識別別圖圖樣樣上上的的文文字字、、符符號號、、線線劃劃等等元元素素，，并并記記憶憶它它們們之之間間的的關(guān)關(guān)系系，，對對線線劃劃還還需需進進行行矢矢量量化化處處理理，，并并用用直直線線或或曲曲線線擬擬合合，，得得到到端端點點和和分分支支點點；；將將這這些些信信息息綜綜合合處處理理，，確確定定圖圖樣樣中中每每條條線線的的意意義義及及其其尺尺寸寸大大小小，，最最后后作作編編輯輯處處理理及及刀刀位位點點坐坐標(biāo)標(biāo)計計算算。。再再連連接接適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡暮蠛笾弥锰幪幚砝?，，就就能能輸輸出出?shù)數(shù)控控加加工工程程序序單單。。視視覺覺系系統(tǒng)統(tǒng)在在編編程程時時不不需需要要零零件件源源程程序序和和編編程程員員，，只只要要事事先先輸輸入入工工藝藝參參數(shù)數(shù)即即可可，，操操作作簡簡單單，，能能直直接接與與CAD的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)相相連連接接，，實實現(xiàn)現(xiàn)高高度度自自動動化化。。11第2章章數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序二、、程程序序代代碼碼國際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化組組織織ISO(internationalstandardorganization)美國國電電子子工工業(yè)業(yè)協(xié)協(xié)會會EIA(electronicindustriesassociation)國際際上上通通用用的的數(shù)數(shù)控控代代碼碼有有ISO、EIA兩種種。。12第2章章數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序三、、程程序序結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)A、加加工工程程序序由由若若干干個個程序序段段組成成。。B、程程序序段段由由一個個或或若若干干個個指指令令字字組成成，，字字是是數(shù)數(shù)控控程程序序的的最最小小單單位位。。C、每每個個指指令令字字由由地址址符符和和數(shù)數(shù)字字組成成（（字字―地址址結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)）），，代代表表機機床床的的一一個個位位置置或或一一個個動動作作。。地地址址符符由由字字母母組組成成，，每每個個字字母母、、數(shù)數(shù)字字、、符符號號（（正正負(fù)負(fù)號號））稱稱為為字字符符。。D、程程序序的的起起始始符符：：%E、程程序序結(jié)結(jié)束束符符：：M02或M30。F、每每一一行行程程序序以以分號號結(jié)尾尾。。G、注注釋釋符符：：括括號號““（（））””內(nèi)內(nèi)或或分分號號““；；””后后的的內(nèi)內(nèi)容容為為注注釋釋文文字字。。注：：一個個零零件件程程序序是是按按程程序序段段的的輸輸入入順順序序執(zhí)執(zhí)行行的的，，而而不不是是按按程程序序段段號號的的大大小小順順序序執(zhí)執(zhí)行行的的，，但但書書寫寫或或輸輸入入程程序序時時，，建建議議按按升升序序。。13第2章章數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序一個個零零件件程程序序是是由由遵遵循循一一定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、句句法法和和格格式式規(guī)規(guī)則則的的若若干干個個程程序序段段組組成成的的，，而而每每個個程程序序段段是是由由若若干干個個指指令令字字組組成成的的。。如如圖圖2.1所所示示。。程序序O1000N01G00U50W60;N10G01U100W500F150S300M03;N…………程序序段段N200M30;指令令字字圖2.1程程序序的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)14第2章章數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序1、程程序序的的文文件件名名（（程程序序名名））格式式：：O____說明明：：1)‘‘O’’：文文件件名名首首字字母母，，后后面面必必須須有有四四位位數(shù)數(shù)字字或或字字母母，，如如日日本本FANUC系統(tǒng)統(tǒng)如如‘‘O001，O002’’；華華中中數(shù)數(shù)控控HNC-21/22T系統(tǒng)統(tǒng)擴擴展展了了標(biāo)標(biāo)識識程程序序文文件件的的方方法法，，可可以以使使用用任任意意DOS文件件名名（（即即8+3文文件件名名：：1至至8個個字字母母或或數(shù)數(shù)字字加加小小數(shù)數(shù)點點，，再再加加0至至3個個字字母母或或數(shù)數(shù)字字組組成成，，如如““MYPART.001”、““O1234””等）標(biāo)識零零件程序。。2)O1、O01、O001、O0001等價；3)范圍O1～O7999用戶區(qū)O8000～O8999用戶區(qū)（加加密、加鎖鎖）O9000～O9999擴展區(qū)（廠廠方修改））（FANUC0i）15第2章數(shù)數(shù)控加工程程序2、順序號（（標(biāo)識作作用）格式：N____說明：1）范圍：N1～N99992）N1、N01、N001、N0001等價3、準(zhǔn)備功能能（簡稱G功能）由地址符‘‘G’和兩位數(shù)字字組成，G01，G02等等，G功能的代號號已標(biāo)準(zhǔn)化化；G1、G01等價。16第2章數(shù)數(shù)控加工程程序4、尺寸字（（坐標(biāo)字））：由坐標(biāo)地址址符和數(shù)字字組成，各各組數(shù)字必必須有作為為地址代碼碼的字母開開頭。X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；A、B、C、D、E；I、J、K。其中，X50.X50.0在相對坐標(biāo)標(biāo)編程時，，都表示沿X軸移動50mmX5000017第2章數(shù)數(shù)控加工程程序5、進給功能能字：F由進給地址址符和數(shù)字字組成，單單位一般為為‘mm/min’或‘mm/r’’F指令表示刀刀具中心運運動時的進進給速度。。由F和其后的若若干數(shù)字組組成。數(shù)字字的單位取取決于每個個系統(tǒng)所采采用的進給給速度的指指定方法。。具體內(nèi)容容見所用機機床的編程程說明書。。注意事項如如下：1)當(dāng)編寫程序序時，第一一次遇到直直線（G01）或圓弧（（G02/G03）插補指令令時，必須須編寫進給給率F，如果沒有有編寫F功能，CNC采用F0。當(dāng)工作在在快速定位位（G00）方式時，，機床將以以通過機床床軸參數(shù)設(shè)設(shè)定的快速速進給率移移動，與編編寫的F指令無關(guān)。。2）F指令為模態(tài)態(tài)指令，實實際進給率率可以通過過CNC操作面板上上的進給倍倍率旋鈕，，在0～120%之間調(diào)整。。18第2章數(shù)數(shù)控加工程程序6、主軸轉(zhuǎn)速速功能字：：S由主軸地址址符和數(shù)字字組成，單單位為‘r/min’S指令表示機機床主軸的的轉(zhuǎn)速。由由S和其后的若若干數(shù)字組組成，其表表示方法有有以下三種種：①轉(zhuǎn)速S表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，單位位為r/min。如S1000表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為為1000r/min。②線速在恒線速狀狀態(tài)下，S表示切削點點的線速度度，單位為為m/min如S60表示切削點點的線速度度恒定為60m/min。③代碼用代碼表示示主軸速度度時，S后面的數(shù)字字不直接表表示轉(zhuǎn)速或線速的數(shù)數(shù)值，而只只是主軸速速度的代號號。如某機機床用S00～S99表示100種轉(zhuǎn)速，S40表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1200r/min，S41表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1230r/min，S00表示主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0r/min，S99表示最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。19第2章數(shù)數(shù)控加工程程序7、刀具功能能字：T由刀具地址址符和數(shù)字字組成，數(shù)數(shù)字表示刀刀具庫中刀刀具號。刀具和刀具具參數(shù)的選選擇是數(shù)控控編程的重重要內(nèi)容，，其編程格格式因數(shù)控控系統(tǒng)不同同而異，主主要格式有有以下兩種種：①采用T指令編程由T和數(shù)字組成成。有T××和T×××××兩種格式，，數(shù)字的位位數(shù)由所用用數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)決定，T后面的數(shù)字字用來指定定刀具號和和刀具補償償號。例如：T04表示選擇4號刀；T0404表示選擇4號刀，4號偏置值；；T0400表示選擇第第4號刀，刀具具偏置取消消。②采用T、D指令編程利用T功能選擇刀刀具，利用用D功能選擇相相關(guān)的刀偏偏。在定義這兩兩個參數(shù)時時，其編程程的順序為為T、D。T和D可以編寫在在一起，也也可以單獨獨編寫，例例如：T4D04表示選擇4號刀，采用用刀具偏置置表第4號的偏置尺尺寸；D12表示仍用4號刀，采用用刀具偏置置表第12號的偏置尺尺寸；T2表示選擇2號刀，采用用與該刀具具相關(guān)的刀刀具偏置尺尺寸。20第2章數(shù)數(shù)控加工程程序8、輔助功能能字：M由輔助操作作地址符和和兩位數(shù)字字組成。M功能的代碼碼已標(biāo)準(zhǔn)化化。M指令是控制制數(shù)控機床床“開、關(guān)關(guān)”功能的的指令，主主要用于完完成加工操操作時的輔輔助動作。。M功能有非模模態(tài)M功能和模態(tài)態(tài)M功能二種形形式?！穹悄ＤB(tài)M功能（當(dāng)段段有效代碼碼）：只在在書寫了該該代碼的程序段段中有效；；●模態(tài)態(tài)M功能（續(xù)效效代碼）：：一組可相相互注銷的的M功能，這些功功能在被同同一組的另另一個功能能注銷前一一直有效。如：M02或M30、M03、M04、M05等。21第2章數(shù)數(shù)控加工程程序M代碼及功能能表代碼模態(tài)功能說明代碼模態(tài)功能說明M00非模態(tài)程序暫停M03模態(tài)主軸正轉(zhuǎn)M02非模態(tài)程序結(jié)束M04模態(tài)主軸反轉(zhuǎn)M30非模態(tài)程序結(jié)束并返回程序起點M05模態(tài)主軸停止M07模態(tài)冷卻液打開M98非模態(tài)調(diào)用子程序M08模態(tài)冷卻液打開M99非模態(tài)子程序結(jié)束M09模態(tài)冷卻液關(guān)閉22第2章數(shù)數(shù)控加工程程序模態(tài)M功能組中包包含一個缺缺省功能，，系統(tǒng)上電電時將被初始化化為該功能能。M功能還可分分為前作用用M功能和后作作用M功能二類。?！袂白饔肕功能：在程程序段編制制的軸運動動之前執(zhí)行行；●后作用M功能：在程程序段編制制的軸運動動之后執(zhí)行行。M00、M02、M30、M98、M99用于控制零零件程序的的走向，是是CNC內(nèi)定的輔助助功能，不不由機床制制造商設(shè)計計決定，也也就是說，，與PLC程序無關(guān)；；其余M代碼用于機機床各種輔輔助功能的的開關(guān)動作作，其功能能不由CNC內(nèi)定，而是是由PLC程序指定，，所以有可可能因機床床制造商不不同而有差差異（使使用時須參參考機床使使用說明書書）。23第2章數(shù)數(shù)控加工程程序P19舉例例圖2.1例題1圖例24第2章數(shù)數(shù)控加工程程序圖2.2右手笛卡兒直角坐標(biāo)系第2節(jié)程程序的的編制一、坐標(biāo)系系25第2章數(shù)數(shù)控加工程程序右手笛卡兒兒直角坐標(biāo)標(biāo)系為了簡化編編程和保證證程序的通通用性，對對數(shù)控機床床的坐標(biāo)軸軸和方向命命名制定了了統(tǒng)一的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定定直線進給給坐標(biāo)軸用用X、Y、Z表示，常稱稱基本坐標(biāo)標(biāo)軸。X、Y、Z坐標(biāo)軸的相相互關(guān)系用用右手定則則決定，圖圖中大拇指指指向X軸的正方向向，食指指指向Y軸的正方向向，中指指指向為Z軸的正方向向。圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓圓周進給坐坐標(biāo)軸用A、B、C表示，根據(jù)據(jù)右手螺旋旋定則，以以大拇指指指向+X，+Y，，+Z方向，則食食指、中指指等的指向向是圓周進進給運動+A，+B，，+C方向。第2節(jié)程程序的編制制26第2章數(shù)數(shù)控加工程程序1、機床原點點、機床坐坐標(biāo)系a、機床原點機床原點也也稱為機床床零點，它的位置通通常由機床床制造廠確確定。在機機床經(jīng)過設(shè)設(shè)計、制造造和調(diào)整之之后，這個個原點便被被確定下來來，它是固固定的點。。數(shù)控車床床的機床原原點的位置置大多數(shù)規(guī)規(guī)定在其主主軸旋轉(zhuǎn)中中心與卡盤盤后端面的的交點上；；數(shù)控銑床床的機床原原點的位置置大多數(shù)規(guī)規(guī)定在其工工作臺上表表面的中心心點上。b、機床坐標(biāo)系系以機床原點點作為坐標(biāo)標(biāo)系原點建建立的坐標(biāo)標(biāo)系就是機機床坐標(biāo)系系，它是制制造和調(diào)整整機床的基基礎(chǔ)，一般般不允許隨隨意變動。。理解機床坐坐標(biāo)系：1、機床坐標(biāo)標(biāo)系是針對對刀具而言言的，假定定工件不動動，刀具運運動；2、機床坐標(biāo)標(biāo)系符合右右手定則；；3、按下操作作面板上的的，，則刀刀具相對于于工件向＋＋X方向運動。。第1節(jié)程程序編制的的基本概念念X＋27第2章數(shù)數(shù)控加工程程序圖2-4銑床的機床原點圖2-3車床的機床原點28第2章數(shù)數(shù)控加工程程序機床坐標(biāo)系系方向確定定：數(shù)控機床的的進給運動動，有的由主軸帶動動刀具運動動來實現(xiàn)，有有的由工作臺帶帶著工件運運動來實現(xiàn)。但是在確定定坐標(biāo)軸的的正方向時時，是假定定工件不動動，刀具相相對于工件件做進給運運動的方向向。機床坐標(biāo)軸軸的方向取取決于機床床的類型和和各組成部部分的布局局。對車床而言言：——Z軸與主軸軸軸線重合，，刀具遠(yuǎn)離離工件的方方向為Z軸的正方向向；——X軸垂直于Z軸，對應(yīng)于于轉(zhuǎn)塔刀架架的徑向移移動，刀具遠(yuǎn)離工工件的方向向為X軸的正方向向；——Y軸（通常是是虛設(shè)的））與X軸和Z軸一起構(gòu)成成遵循右手定則則的坐標(biāo)系系統(tǒng)。29第2章數(shù)數(shù)控加工程程序圖2.5車床坐標(biāo)系系30第2章數(shù)數(shù)控加工程程序?qū)︺姶布凹蛹庸ぶ行亩裕?、Z軸的確定：：平行于機機床主軸的的刀具運動動坐標(biāo)軸軸為Z軸，取刀具具遠(yuǎn)離工件件的方向為為正方向（（＋Z）。當(dāng)機床床有多個主主軸時，選選一個垂直直于工件裝夾夾面的主軸軸為Z軸。2、X軸的確定：：1)當(dāng)Z軸為水平方方向時，沿沿刀具主軸軸后端向工件方向向看，向右右為X軸的正方向向；2)當(dāng)Z軸為垂直方方向時，則則從主軸向向立柱看時，對于于單立柱機機床，X軸的正方向向指向右邊；；對于雙立立柱機床，，當(dāng)從主軸軸向立柱看時時，X軸向的正方方向指向右右邊。3、Y軸的確定：：Y軸與X軸和Z軸一起構(gòu)成成遵循右手手定則的坐標(biāo)系統(tǒng)。。31第2章數(shù)數(shù)控加工程程序圖2.6立式數(shù)控銑銑床圖2.7臥式數(shù)控銑銑床32第2章數(shù)數(shù)控加工程程序2、參考點、參參考坐標(biāo)系系數(shù)控裝置上上電時并