第1章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床分類(lèi)數(shù)控插補(bǔ)原理數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況1.1數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床加工的基本工作原理數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控：數(shù)字控制（NumericalControl—NC），在機(jī)床領(lǐng)域指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種自動(dòng)化技術(shù)。它所控制的一般是位置、角度、速度等機(jī)械量，但也有溫度、流量、壓力等物理量。計(jì)算機(jī)數(shù)控：（ComputerizedNumericalControl—CNC，又稱(chēng)MicroComputerizedNumericalControl—MNC）是用一個(gè)存儲(chǔ)程序的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)由控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)部分或全部基本控制功能，并通過(guò)接口與各種輸入輸出設(shè)備建立聯(lián)系。更換不同的控制程序，可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。數(shù)控機(jī)床：它是一種靈活、通用、能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動(dòng)化機(jī)床。一、數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置等幾個(gè)部分組成。機(jī)床本體：是數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分，主要包括支承部件（床身、立柱）等、主動(dòng)部件（主軸箱）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)滑板、刀架）等。數(shù)控系統(tǒng)（CNC裝置）：是數(shù)控機(jī)床的控制核心，一般是一臺(tái)專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)。驅(qū)動(dòng)裝置：是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分，包括主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)等。輔助裝置：指數(shù)控機(jī)床的一些配套部件，包括刀庫(kù)、液壓裝置、氣動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機(jī)械手等。數(shù)控機(jī)床的組成機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本工作流程如圖l.1所示。數(shù)控機(jī)床的組成機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)是由加工指令程序、計(jì)算機(jī)控制裝置、可編程邏輯控制器、主軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置、速度控制單元及位置檢測(cè)裝置等組成。其核心部分是計(jì)算機(jī)控制裝置。計(jì)算機(jī)控制裝置由硬件和軟件兩部分組成。硬件的主體是計(jì)算機(jī)，包括中央處理器、輸入輸出部分和位置控制部分。軟件有管理軟件和控制軟件。管理軟件包括輸入輸出、顯示和診斷程序等。控制軟件包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算和位置控制等程序。數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控系統(tǒng)的基本功能:數(shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)，具有三個(gè)基本功能：（1）輸入功能指零件加工程序和各種參數(shù)的輸入。（2）插補(bǔ)功能在加工零件的實(shí)際輪廓或軌跡的已知點(diǎn)之間確定一些中間點(diǎn)的方法。通常在給定直線(xiàn)或圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插補(bǔ)中間點(diǎn)。插補(bǔ)方法主要有兩種：1）脈沖增量法。2）數(shù)字增量法。（3）伺服控制將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，經(jīng)變換和放大后化為伺服電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)或直、交流電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程對(duì)輸入的零件加工程序、控制參數(shù)、補(bǔ)償數(shù)據(jù)等進(jìn)行識(shí)別和譯碼，并執(zhí)行所需要的邏輯運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖，控制機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置，操作機(jī)床實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加工功能。數(shù)控機(jī)床的組成主軸控制單元主要控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。速度控制單元進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置是由交、直流電動(dòng)機(jī)、速度檢測(cè)元件和速度控制元件組成。速度控制單元主要控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的組成可編程邏輯控制器這是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。PLC處于計(jì)算機(jī)控制裝置與機(jī)床之間，對(duì)計(jì)算機(jī)控制裝置和機(jī)床的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速S及刀具功能T的控制和譯碼。即按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、刀具的更換、工件的夾緊松開(kāi)、液壓、冷卻、潤(rùn)滑、氣動(dòng)等進(jìn)行控制。二、數(shù)控機(jī)床的基本工作原理數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過(guò)程，將所用刀具及機(jī)床各部件的移動(dòng)量、速度及動(dòng)作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理，輸出各種信號(hào)指令，控制機(jī)床各部分進(jìn)行規(guī)定的位移和有順序的動(dòng)作，加工出各種不同形狀的工件。三、數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)1．適應(yīng)性強(qiáng)2．精度高3．效率高4．減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件四、數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍1）多品種小批量零件（合理生產(chǎn)批量為10～100件之間）；2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高或必須用數(shù)學(xué)方法確定的復(fù)雜曲線(xiàn)、曲面等零件；3）需要頻繁改型的零件；4）鉆、鏜、鉸、锪、攻螺紋及銑削工序聯(lián)合進(jìn)行的零件，如箱體、殼體等；5）價(jià)格昂貴，不允許報(bào)廢的零件；6）要求百分之百檢驗(yàn)的零件；7）需要最小生產(chǎn)周期的急需零件。1.2數(shù)控機(jī)床分類(lèi)按控制刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)按加工方式分類(lèi)按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類(lèi)按驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)一、按控制刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)1．點(diǎn)位控制或位置控制數(shù)控機(jī)床這類(lèi)機(jī)床只能控制工作臺(tái)或刀具從一個(gè)位置精確地移動(dòng)到另一位置，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸可以同時(shí)移動(dòng)，也可以依次移動(dòng)，見(jiàn)圖1.3a。如數(shù)控鏜、鉆、沖，數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)及數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等均屬此類(lèi)機(jī)床。按控制刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)2．輪廓控制數(shù)控機(jī)床這類(lèi)機(jī)床能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制，具有插補(bǔ)功能，工作臺(tái)或刀具邊移動(dòng)邊加工，見(jiàn)圖1.3b、c。如數(shù)控銑、車(chē)、磨及加工中心等是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床，數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控線(xiàn)切割及數(shù)控繪圖機(jī)等也都采用輪廓控制系統(tǒng)。二、按加工方式分類(lèi)1）金屬切削類(lèi)：如數(shù)控車(chē)、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。2）金屬成形類(lèi)：如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、彎管機(jī)、四轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。3）特殊加工類(lèi)：如數(shù)控線(xiàn)切割、電火花、激光切割機(jī)等。4）其他類(lèi)：如數(shù)控火焰切割機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類(lèi)1）兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：兩軸聯(lián)動(dòng)，用于加工各種曲線(xiàn)輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車(chē)床。2）三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：三軸聯(lián)動(dòng)，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。3）多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：四軸或五軸聯(lián)動(dòng)，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖l.4為兩種不同類(lèi)的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。四、按驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)1．開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床2．閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床3．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床1.3數(shù)控插補(bǔ)原理插補(bǔ)方法基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)數(shù)字積分插補(bǔ)法一、插補(bǔ)方法插補(bǔ)的基本概念所謂插補(bǔ)，就是指數(shù)據(jù)密化的過(guò)程，對(duì)輸入數(shù)控系統(tǒng)的有限坐標(biāo)點(diǎn)（例如起點(diǎn)、終點(diǎn)），計(jì)算機(jī)根據(jù)曲線(xiàn)的特征，運(yùn)用一定的計(jì)算方法，自動(dòng)地在有限坐標(biāo)點(diǎn)之間生成一系列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以滿(mǎn)足加工精度的要求。數(shù)控系統(tǒng)（包括硬件NC系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)CNC系統(tǒng)）必須具備插補(bǔ)功能，但采取的插補(bǔ)方式會(huì)有所不同。在CNC系統(tǒng)中，一般采用軟件或軟件和硬件相結(jié)合的方法完成插補(bǔ)運(yùn)算，稱(chēng)為軟件插補(bǔ)；在NC系統(tǒng)中，有一個(gè)專(zhuān)門(mén)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算的計(jì)算裝置（插補(bǔ)器），稱(chēng)為硬件插補(bǔ)。軟件插補(bǔ)和硬件插補(bǔ)的原理相同，其作用都是根據(jù)給定的信息進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算過(guò)程中不斷向各坐標(biāo)軸發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，使數(shù)控機(jī)床按指定的軌跡運(yùn)動(dòng)。插補(bǔ)方法插補(bǔ)功能的基本要求（1）必須保證插補(bǔ)計(jì)算的精度，插補(bǔ)結(jié)果沒(méi)有累積誤差，局部偏差不能超過(guò)允許的誤差（一般小于規(guī)定的分辨率）。（2）對(duì)于硬件插補(bǔ)，要求控制電路簡(jiǎn)單可靠；對(duì)于軟件插補(bǔ)，要求計(jì)算方法簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度快。（3）控制系統(tǒng)運(yùn)行速度快且輸出脈沖均勻，使進(jìn)給速度恒定且能滿(mǎn)足加工要求。（4）插補(bǔ)計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)較少。插補(bǔ)方法插補(bǔ)方法的分類(lèi)（1）基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)又稱(chēng)為脈沖增量插補(bǔ)或行程標(biāo)量插補(bǔ)，適用于以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其特點(diǎn)是每次插補(bǔ)結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以脈沖的方式輸出到步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。單個(gè)脈沖使坐標(biāo)軸產(chǎn)生的移動(dòng)量稱(chēng)為脈沖當(dāng)量，一般用δ來(lái)表示。脈沖當(dāng)量是脈沖的基本單位，按加工精度選定，普通機(jī)床取δ=0.01mm，較精密的機(jī)床取δ=0.005mm、0.0025mm或0.001mm。由于基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)算法只用加法和移位即可完成，故運(yùn)算速度很快。一般用于中等精度（0.01mm）和中等速度（l～3m／min）的數(shù)控系統(tǒng)。插補(bǔ)方法的分類(lèi)（2）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱(chēng)為數(shù)字增量插補(bǔ)或時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)，適用于交、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)（或半閉環(huán)）控制系統(tǒng)。這類(lèi)插補(bǔ)算法的特點(diǎn)是插補(bǔ)運(yùn)算分兩步進(jìn)行。首先為粗插補(bǔ)，即在給定起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線(xiàn)之間插入若干點(diǎn)，用若干微小直線(xiàn)段來(lái)逼近給定曲線(xiàn)，每一微小直線(xiàn)段的長(zhǎng)度△L相等，且與給定的進(jìn)給速度有關(guān)。在每一插補(bǔ)周期中，粗插補(bǔ)程序被調(diào)用一次，因而每一微小直線(xiàn)段的長(zhǎng)度△L與進(jìn)給速度F和插補(bǔ)周期T成正比，即△L=FT。粗插補(bǔ)的特點(diǎn)是把給定的曲線(xiàn)用一組直線(xiàn)段來(lái)逼近。第二步為精插補(bǔ)，它在粗插補(bǔ)計(jì)算出的每一微小直線(xiàn)段的基礎(chǔ)上再作“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作。這一步相當(dāng)于對(duì)直線(xiàn)的脈沖增量插補(bǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，粗插補(bǔ)由軟件完成，即通常所說(shuō)的插補(bǔ)運(yùn)算；精插補(bǔ)可以由軟件完成，也可以由硬件完成。這類(lèi)插補(bǔ)算法都是采用時(shí)間分割的思想，根據(jù)程序編制的進(jìn)給速度，將輪廓曲線(xiàn)分割為采樣周期的進(jìn)給段（輪廓步長(zhǎng)），即用直線(xiàn)或圓弧逼近輪廓曲線(xiàn)。二、基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法又稱(chēng)代數(shù)運(yùn)算法、醉步法，它是一種最早的插補(bǔ)算法，其原理是：CNC系統(tǒng)在控制加工過(guò)程中，能逐點(diǎn)計(jì)算和判別刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差控制進(jìn)給軸向給定輪廓方向靠近，使加工輪廓逼近給定輪廓曲線(xiàn)。逐點(diǎn)比較法是以折線(xiàn)來(lái)逼近直線(xiàn)或圓弧曲線(xiàn)，它與給定的直線(xiàn)或圓弧之間的最大誤差不超過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量，因此只要將脈沖當(dāng)量，即坐標(biāo)軸進(jìn)給一步的距離取得足夠小，就可滿(mǎn)足加工精度的要求。逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)從上述過(guò)程可以看出，逐點(diǎn)比較法中刀具每進(jìn)給一步都要完成以下四項(xiàng)內(nèi)容：（1）偏差符號(hào)判別確定加工點(diǎn)是在規(guī)定零件輪廓線(xiàn)外側(cè)還是在內(nèi)側(cè)，即判斷是否。（2）坐標(biāo)進(jìn)給根據(jù)偏差情況，控制x坐標(biāo)軸或y坐標(biāo)軸進(jìn)給一步，使加工點(diǎn)向零件輪廓線(xiàn)靠攏，以縮小偏差。當(dāng)時(shí)，向+x方向前進(jìn)一步；當(dāng)時(shí)，向+y方向前進(jìn)一步。（3）新偏差計(jì)算進(jìn)給一步后，計(jì)算新加工點(diǎn)與零件輪廓的偏差，作為下一步偏差判別的依據(jù)。計(jì)算公式為式（1.1）或式（1.2）。（4）終點(diǎn)判別判別終點(diǎn)的方法有兩種，一是計(jì)算出x和y方向坐標(biāo)所要進(jìn)給的總步數(shù)，即每向x或y方向進(jìn)給一步，均進(jìn)行∑N減1計(jì)算，當(dāng)∑N減至零時(shí)即到終點(diǎn)，停止插補(bǔ)。另一種方法是分別求出x坐標(biāo)和y坐標(biāo)應(yīng)進(jìn)給的步數(shù)，即∣xe∣和∣ye∣的值，當(dāng)沿x方向進(jìn)給一步時(shí)，Nx－1；當(dāng)沿y方向進(jìn)給一步時(shí)，Ny－1；當(dāng)Nx和Ny都為零時(shí)，達(dá)到終點(diǎn)，停止插補(bǔ)。逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)舉例設(shè)在第一象限插補(bǔ)直線(xiàn)段OA，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O（0，0），終點(diǎn)為A（8，6）。試用點(diǎn)比較法進(jìn)行插補(bǔ)，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡。解：用第一種終點(diǎn)判別法插補(bǔ)完這段直線(xiàn)，刀具沿x、y軸應(yīng)走的總步數(shù)為逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線(xiàn)插補(bǔ)可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用兩個(gè)坐標(biāo)寄存器、偏差寄存器、加法器、終點(diǎn)判別器等組成邏輯電路即可實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)比較法的直線(xiàn)插補(bǔ)。用軟件實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)的程序流程圖如圖1.8和插補(bǔ)軌跡如圖1.9所示。逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)圖1.10圓弧插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)順時(shí)針圓弧插補(bǔ)順時(shí)針圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)每進(jìn)給一步，也要完成偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、新偏差計(jì)算和終點(diǎn)判別四項(xiàng)內(nèi)容，只是偏差計(jì)算公式、進(jìn)給方向和終點(diǎn)判別步數(shù)N的計(jì)算公式與直線(xiàn)插補(bǔ)不一樣。其中，偏差計(jì)算公式和進(jìn)給方向可利用公式（1.3）～式（1.6），終點(diǎn)判別方法有如下兩種。逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)舉例：第一象限逆時(shí)針圓弧AB，起點(diǎn)為A（6，0），終點(diǎn)為B（0，6）。試對(duì)此段圓弧進(jìn)行插補(bǔ)，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡圖。解：用第二種終點(diǎn)判別方法插補(bǔ)完這段圓弧，刀具沿x軸和y軸應(yīng)走的步數(shù)分別為逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)舉例：第一象限順時(shí)針圓弧AB，起點(diǎn)為A（0，6），終點(diǎn)為B（6，0）。試對(duì)此段圓弧進(jìn)行插補(bǔ)，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡圖。解：終點(diǎn)判別用第一種方法，則逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)圖1.16逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)三、數(shù)字積分插補(bǔ)法

數(shù)字積分插補(bǔ)法又稱(chēng)為數(shù)字微分分析法（DDA，digitaldifferentialanalyzer），它是利用數(shù)字積分的方法確定刀具沿各坐標(biāo)軸的位移，使得刀具沿著所設(shè)定的曲線(xiàn)進(jìn)行加工。數(shù)字積分插補(bǔ)法運(yùn)算速度快、脈沖分配均勻、易于實(shí)現(xiàn)空間曲線(xiàn)插補(bǔ)，能夠插補(bǔ)出各種平面曲線(xiàn)。其缺點(diǎn)是速度調(diào)節(jié)不便，插補(bǔ)精度需要采取一定的措施才能滿(mǎn)足要求。但由于計(jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算功能，采用軟件插補(bǔ)時(shí)，能夠克服上述缺點(diǎn)。數(shù)字積分插補(bǔ)法數(shù)字積分插補(bǔ)法DDA直線(xiàn)插補(bǔ)DDA直線(xiàn)插補(bǔ)DDA直線(xiàn)插補(bǔ)DDA直線(xiàn)插補(bǔ)DDA直線(xiàn)插補(bǔ)舉例：對(duì)第一象限的直線(xiàn)OA進(jìn)行DDA插補(bǔ)，各點(diǎn)的坐標(biāo)分別是O（0，0），A（8，6）。寫(xiě)出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡圖。DDA直線(xiàn)插補(bǔ)DDA直線(xiàn)插補(bǔ)數(shù)字積分插補(bǔ)法數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)與直線(xiàn)插補(bǔ)類(lèi)似，圓弧插補(bǔ)也可由數(shù)字積分器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1.23所示。數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)舉例：插補(bǔ)第一象限圓弧AB，圓弧起點(diǎn)為A（6，0），終點(diǎn)為B（0，6），試寫(xiě)出用DDA插補(bǔ)方法的計(jì)算過(guò)程，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡。解：因?yàn)閤A＝6，yA＝0，xB＝0，yB＝6，所以用三位寄存器即可，即n＝3。數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)1.4數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況工業(yè)化國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)一、工業(yè)化國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況數(shù)控機(jī)床的研制最早是從美國(guó)開(kāi)始的。1952年帕森斯公司和麻省理工學(xué)院合作研制成功了世界第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它用來(lái)加工直升飛機(jī)葉片輪廓檢查用樣板。這是一臺(tái)采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算與控制和直線(xiàn)插補(bǔ)與輪廓控制的數(shù)控銑床，專(zhuān)用計(jì)算機(jī)使用電子管元件，經(jīng)過(guò)三年的改進(jìn)與自動(dòng)編程研究，1955年進(jìn)入實(shí)用階段，在復(fù)雜曲面的加工中發(fā)揮了重要作用。但由于技術(shù)上和價(jià)格上的原因，只局限在航空工業(yè)中應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)也不斷地更新?lián)Q代。由使用電子管過(guò)渡到晶體管、印制電路及小規(guī)模集成電路，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步提高。但上述專(zhuān)用計(jì)算機(jī)都是采用硬接線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)，使用局限性大，屬一般數(shù)控系統(tǒng)，即所謂的NC。20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用小型計(jì)算機(jī)代替專(zhuān)用計(jì)算機(jī)在經(jīng)濟(jì)上成為可能。數(shù)控的許多功能可以用編制的專(zhuān)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，而這些專(zhuān)用程序可以存儲(chǔ)在小型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，這就是所謂的軟接線(xiàn)數(shù)控，即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)CNC。微處理器的誕生使得CNC系統(tǒng)的控制功能大部分由軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其可靠性進(jìn)一步提高，功能更加完善，性能價(jià)格比大為提高，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生了一個(gè)大的飛躍。工業(yè)化國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況進(jìn)入20世紀(jì)80年代，數(shù)控機(jī)床進(jìn)一步發(fā)展。近年來(lái)具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)如下：1．計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)又稱(chēng)群控。其特點(diǎn)是：使用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程加強(qiáng)管理，使程序的編制、生產(chǎn)的準(zhǔn)備與計(jì)劃安排等工作和機(jī)床工作協(xié)調(diào)一致，以提高各個(gè)數(shù)控機(jī)床的使用效率。工業(yè)化國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況2．自適應(yīng)控制機(jī)床一般數(shù)控機(jī)床，是按預(yù)先編好的程序進(jìn)行加工的。但在編程時(shí)，實(shí)際上有許多參數(shù)只能參照過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到它們的一切變化，如毛坯的不均勻，刀具與工件材質(zhì)的變化，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。如果控制系統(tǒng)能對(duì)實(shí)際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時(shí)地測(cè)量并反饋給機(jī)床進(jìn)行修正，則可使切削過(guò)程隨時(shí)都處在最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。由于CNC系統(tǒng)自身帶有計(jì)算機(jī)，只要加上相應(yīng)的檢測(cè)元件、控制線(xiàn)路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機(jī)床。工業(yè)化國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況3．柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell—FMC）基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來(lái)的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最少時(shí)，能連續(xù)地對(duì)同一組零件內(nèi)不同的工件進(jìn)行自動(dòng)化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運(yùn)輸和交換）的最小單元。它既可以作為獨(dú)立使用的加工設(shè)各，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動(dòng)線(xiàn)的基本組成模塊。柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化工藝設(shè)各，如清洗機(jī)、成品試驗(yàn)機(jī)、噴漆機(jī)等組成）、智能機(jī)器人、全自動(dòng)輸送系統(tǒng)及自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)組成（見(jiàn)圖l.25）。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過(guò)程由一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行工位控制。其中各個(gè)制造單元相對(duì)獨(dú)立，能適時(shí)地平衡資源的利用。4．計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，人們正著手研制包括計(jì)劃設(shè)計(jì)、工藝、加工、裝配、檢驗(yàn)、銷(xiāo)售等全過(guò)程都由計(jì)算機(jī)控制的集成生產(chǎn)系統(tǒng)。它具有計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化信息流和物質(zhì)流，對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)思和設(shè)計(jì)直到最終裝配、檢驗(yàn)這一全過(guò)程進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化這一偉大的目標(biāo)。工業(yè)化國(guó)家數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況二、我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機(jī)。1966年誕生了第一臺(tái)用于直線(xiàn)—圓弧插補(bǔ)的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機(jī)床廠(chǎng)的XK5040型數(shù)控升降臺(tái)銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場(chǎng)。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)——電子工業(yè)薄弱，致使在1970～1976年間開(kāi)發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過(guò)關(guān)，多數(shù)機(jī)床沒(méi)有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。20世紀(jì)80年代前期，在引入了日本FANUC數(shù)控技術(shù)后，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床才真正進(jìn)入小批量生產(chǎn)的商品化時(shí)代。目前我國(guó)已經(jīng)有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，但絕大多數(shù)全功能數(shù)控機(jī)床還是采用國(guó)外的CNC系統(tǒng)。從機(jī)床的整體來(lái)看，無(wú)論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，與國(guó)外相比，還存在著不小的差距。三、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1．?dāng)?shù)控技術(shù)水平高精度定位精度微米級(jí)、納米級(jí)；高速度主軸轉(zhuǎn)速l0000r／min、快速進(jìn)給100m／min、換刀時(shí)間2～3s；高柔性多主軸、多工位、多刀庫(kù)；多功能立臥并用、復(fù)合加工；高自動(dòng)化自動(dòng)上下料、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)通信。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求其具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)方面目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠(chǎng)家，如日本的FANUC、德國(guó)的SIEMENS和美國(guó)的AB公司產(chǎn)品都在向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到了數(shù)十兆字節(jié)以上，機(jī)床分辨率可達(dá)，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min以上，一般控制軸數(shù)在3～15軸，最多可達(dá)24軸，并采用先進(jìn)的電裝工藝。3．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速，交流傳動(dòng)系統(tǒng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。第2章數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算平面輪廓切削點(diǎn)的計(jì)算平面輪廓刀具中心位置的計(jì)算空間曲線(xiàn)曲面加工的數(shù)值計(jì)算數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算1．基點(diǎn)基點(diǎn)就是構(gòu)成零件輪廓的各相鄰幾何元素之間的交點(diǎn)或切點(diǎn)。如兩直線(xiàn)的交點(diǎn)、直線(xiàn)與圓弧的交點(diǎn)或切點(diǎn)、圓弧與二次曲線(xiàn)的交點(diǎn)或切點(diǎn)等等，均屬基點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，基點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)圖紙給定的尺寸，利用一般的解析幾何或三角函數(shù)關(guān)系不難求得。2．節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)是在滿(mǎn)足容差要求條件下用若干插補(bǔ)線(xiàn)段（如直線(xiàn)段或圓弧段等）去逼近實(shí)際輪廓曲線(xiàn)時(shí)，相鄰兩插補(bǔ)線(xiàn)段的交點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的計(jì)算比較復(fù)雜，方法也很多，是手工編程的難點(diǎn)。有條件時(shí)，應(yīng)盡可能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)完成，以減少計(jì)算誤差并減輕編程人員的工作量。一般稱(chēng)基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)為切削點(diǎn)，即刀具切削部位必須切到的點(diǎn)。數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算3．刀具中心位置刀具中心位置是刀具相對(duì)于每個(gè)切削點(diǎn)刀具中心所處的位置。因?yàn)榈毒叨加幸欢ǖ陌霃?，要使刀具的切削部位切過(guò)輪廓的基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)，必須對(duì)刀具進(jìn)行一定的偏置。對(duì)于沒(méi)有刀具偏置功能的數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)計(jì)算出相對(duì)于基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的刀具中心位置軌跡。對(duì)于具有刀具偏置功能的數(shù)控系統(tǒng)，加工某些內(nèi)腔型面時(shí)，往往也要求計(jì)算出刀具中心軌跡的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。4．輔助計(jì)算輔助計(jì)算包括以下內(nèi)容：1）增量計(jì)算對(duì)于增量坐標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)計(jì)算出后一節(jié)點(diǎn)相對(duì)前一節(jié)點(diǎn)的增量值。2）脈沖數(shù)計(jì)算通常數(shù)值計(jì)算是以毫米為單位進(jìn)行的，而數(shù)控系統(tǒng)若要求輸入脈沖數(shù)，故應(yīng)將計(jì)算數(shù)值換算為脈沖數(shù)。3）輔助程序段的數(shù)值計(jì)算對(duì)刀點(diǎn)到切入點(diǎn)的程序段，以及切削完畢后返回到對(duì)刀點(diǎn)的程序均屬輔助程序段。在填寫(xiě)程序單之前，輔助程序段的數(shù)據(jù)也應(yīng)預(yù)先確定。2.1平面輪廓切削點(diǎn)的計(jì)算基點(diǎn)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算一、基點(diǎn)的計(jì)算二、節(jié)點(diǎn)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)計(jì)算的方法很多，一般可根據(jù)輪廓曲線(xiàn)的特性、數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能及加工要求的精度而定。一般有三種方法，即切線(xiàn)逼近法、割線(xiàn)逼近法和弦線(xiàn)逼近法等。直線(xiàn)插補(bǔ)圓弧的節(jié)點(diǎn)計(jì)算直線(xiàn)插補(bǔ)圓弧的節(jié)點(diǎn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算等步長(zhǎng)插補(bǔ)法

等步長(zhǎng)插補(bǔ)法等步長(zhǎng)插補(bǔ)法等步長(zhǎng)插補(bǔ)法等步長(zhǎng)插補(bǔ)法節(jié)點(diǎn)的計(jì)算等誤差插補(bǔ)法等誤差插補(bǔ)法等誤差插補(bǔ)法節(jié)點(diǎn)的計(jì)算圓弧插補(bǔ)法圓弧插補(bǔ)法圓弧插補(bǔ)法2.2平面輪廓刀具中心位置的計(jì)算直線(xiàn)段的單位法矢圓弧段的單位法矢平面曲線(xiàn)上某切削點(diǎn)的單位法矢一、直線(xiàn)段的單位法矢二、圓弧段的單位法矢三、平面曲線(xiàn)上某切削點(diǎn)的單位法矢2.3空間曲線(xiàn)曲面加工的數(shù)值計(jì)算規(guī)則立方型面加工的數(shù)值計(jì)算空間自由曲線(xiàn)曲面插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算三維加工中刀具中心位置的計(jì)算一、規(guī)則立方型面加工的數(shù)值計(jì)算二、空間自由曲線(xiàn)曲面插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算空間自由曲線(xiàn)曲面插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算三、三維加工中刀具中心位置的計(jì)算三維加工中刀具中心位置的計(jì)算三維加工中刀具中心位置的計(jì)算第三章數(shù)控編程基礎(chǔ)教學(xué)提示

數(shù)控編程是數(shù)控機(jī)床使用中很重要的一環(huán),它對(duì)控制產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的作用。數(shù)控編程技術(shù)涉及制造工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)、人工智能等多學(xué)科領(lǐng)域。手工編程廣泛用于點(diǎn)位加工和形狀簡(jiǎn)單的輪廓加工，自動(dòng)編程可加工形狀復(fù)雜或由空間曲面組成的零件。教學(xué)要求

了解數(shù)控程序編制的基本概念和方法分類(lèi)，熟悉數(shù)控加工程序的內(nèi)容，掌握程序字與代碼。了解數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系，熟悉工件坐標(biāo)系及編程坐標(biāo)系，掌握絕對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)。了解程序字的含義，熟悉程序結(jié)構(gòu)和格式，掌握常用準(zhǔn)備功能字和輔助功能字含義。3.1概述

數(shù)控機(jī)床是一種高效的自動(dòng)化加工設(shè)備，它嚴(yán)格按照加工程序，自動(dòng)的對(duì)被加工工件進(jìn)行加工。

數(shù)控系統(tǒng)的種類(lèi)繁多，它們使用的數(shù)控程序語(yǔ)言規(guī)則和格式也不盡相同，本教程以ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為主來(lái)介紹加工程序的編制方法。3.1.1數(shù)控加工程序編制的概念

數(shù)控機(jī)床按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。把零件的加工工藝路線(xiàn)、工藝參數(shù)，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度等）以及輔助功能（換刀，主軸正反轉(zhuǎn)，切削液開(kāi)、關(guān)等）按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫(xiě)成加工程序單，輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而控制機(jī)床加工零件，我們把從零件圖分析到獲得數(shù)控機(jī)床所需的控制介質(zhì)的全過(guò)程稱(chēng)為數(shù)控加工程序的編制。（如下所示的程序樣本）。

O2000 N01G91G17G00X85Y-25 N02Z-15S400M03M08 N03G01X85F300 N04G03Y50I25 N05G01X-75 N06Y-60 N07G00Z15M05M09 N08X75Y35 N09M30

3.1.2數(shù)控加工程序的內(nèi)容

加工程序可分為主程序和子程序，無(wú)論是主程序還是子程序，每一個(gè)程序都是由程序名、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。程序的內(nèi)容則由若干程序段組成，程序段是由若干程序字組成，每個(gè)程序字又由地址符和帶符號(hào)或不帶符號(hào)的數(shù)值組成，程序字是程序指令中的最小有效單位。

3.1.3數(shù)控程序編制的步驟

數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過(guò)程。其編程步驟為：分析零件圖樣和制定工藝方案，數(shù)值計(jì)算，編寫(xiě)零件加工程序，制作控制介質(zhì)，程序檢驗(yàn)與首件試切。如圖3.1所示。（1）分析零件圖樣和制定工藝方案

通過(guò)對(duì)零件材料、形狀、尺寸、技術(shù)要求等進(jìn)行分析，選擇合適的數(shù)控機(jī)床，確定加工順序、加工路線(xiàn)、裝夾方式、刀具、切削用量等。（2）數(shù)值計(jì)算

根據(jù)已確定的加工路線(xiàn)和加工誤差，計(jì)算出數(shù)控機(jī)床所需輸入數(shù)據(jù)。數(shù)值計(jì)算的復(fù)雜程度取決于零件的復(fù)雜程度和數(shù)控系統(tǒng)的功能。對(duì)于由直線(xiàn)和圓弧組成的簡(jiǎn)單輪廓，只需計(jì)算出幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)、起點(diǎn)、終點(diǎn)和圓弧的圓心坐標(biāo)等，這可由人工來(lái)完成。對(duì)于形狀較復(fù)雜的零件，如非圓曲線(xiàn)等，就需要用直線(xiàn)段或圓弧段來(lái)逼近求節(jié)點(diǎn)(逼近線(xiàn)段與非圓曲線(xiàn)的交點(diǎn))坐標(biāo)，這需要借助計(jì)算機(jī)和專(zhuān)門(mén)軟件來(lái)進(jìn)行計(jì)算。（3）編寫(xiě)零件加工程序

根據(jù)工藝過(guò)程、數(shù)值計(jì)算結(jié)果以及輔助操作要求，按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的程序指令及格式編寫(xiě)出加工程序。（4）制作控制介質(zhì)

制作控制介質(zhì)就是將編寫(xiě)好的程序記錄在控制介質(zhì)上，并通過(guò)機(jī)床的輸入裝置，將控制介質(zhì)上的數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床。（5）程序檢驗(yàn)與首件試切

為了保證零件加工的正確性，數(shù)控程序必須經(jīng)過(guò)校驗(yàn)和試切才能用于正式加工。通?？梢圆捎脵C(jī)床空運(yùn)行和模擬加工的方法來(lái)檢查加工程序，

但這些方法不能檢驗(yàn)被加工零件的精度。要檢驗(yàn)被加工零件的加工精度，通常通過(guò)首件試切，若發(fā)現(xiàn)加工精度達(dá)不到要求，應(yīng)分析其誤差產(chǎn)生原因，采取措施加以糾正。3.1.4數(shù)控程序編制的方法

數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種：手工編制程序和自動(dòng)編制程序。 1.手工編程

手工編程指主要由人工來(lái)完成數(shù)控編程中各個(gè)階段的工作。分析零件圖樣制定工藝路線(xiàn)、選用工藝參數(shù)、進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、編寫(xiě)加工程序單等都由人工來(lái)完成。

手工編程要求編程人員不僅熟悉所用數(shù)控機(jī)床數(shù)控指令及編程規(guī)則，而且還要具備一定的數(shù)控加工工藝知識(shí)和數(shù)值計(jì)算能力。一般而言，對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的零件，計(jì)算量小、程序短，用手工編程快捷、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。因而手工編程廣泛用于點(diǎn)位加工或由直線(xiàn)與圓弧組成的平面輪廓。2.自動(dòng)編程

自動(dòng)編程是指在編程過(guò)程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進(jìn)行外，用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)編程軟件(如CAD/CAM軟件)編制數(shù)控加工程序的過(guò)程。自動(dòng)編程主要有語(yǔ)言編程、圖形交互式編程和語(yǔ)音編程等方法，圖形交互式編程基于CAD／CAM軟件。常見(jiàn)CAD／CAM軟件有MasterCAM、Pro／E、UG、CAXA、Cimatron、SolidWorks等。

自動(dòng)編程時(shí)，編程人員只需根據(jù)零件圖樣及工藝要求，對(duì)加工過(guò)程與要求進(jìn)行較簡(jiǎn)便的描述，而由編程系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出加工運(yùn)動(dòng)軌跡、并輸出零件數(shù)控加工程序。例如使用CAD／CAM軟件自動(dòng)編程時(shí)，先利用CAD功能模塊進(jìn)行造型，然后再利用CAM模塊產(chǎn)生刀具路徑，進(jìn)而再利用后置處理程序產(chǎn)生數(shù)控加工程序，最后通過(guò)DNC傳輸軟件將數(shù)控加工程序傳給數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)邊傳邊加工。自動(dòng)編程與手工編程相比，具有編程時(shí)間短、編程人員勞動(dòng)強(qiáng)度低、出錯(cuò)幾率小、編程效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，它適用于加工形狀復(fù)雜或由空間曲面組成的零件的編程3.2數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系

在數(shù)控編程時(shí)，為了描述機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化程序編制，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向均已標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2.1標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系 1.標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的確定原則

我國(guó)原機(jī)械工業(yè)部頒布了JB/T3051－1999標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定的確定原則如下： 1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同，有的機(jī)床是刀具運(yùn)動(dòng)，零件靜止不動(dòng)；有的刀具不動(dòng)，零件運(yùn)動(dòng)。無(wú)論機(jī)床采用什么形式，都假設(shè)工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)

床的加工過(guò)程。 2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定

在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來(lái)控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過(guò)坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱(chēng)之為機(jī)床坐標(biāo)系。

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定，如圖3.2。A、B、C三個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)如圖3.3所示，用右手螺旋法則確定。

3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定

增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正方向，如圖3.4所示為數(shù)控車(chē)床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸。圖3.5數(shù)控銑床有三個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸。

２.坐標(biāo)軸方向的確定

先確定Z軸，再確定X軸，然后確定Y軸，最后確定回轉(zhuǎn)軸A、B、C。 1）先確定Z坐標(biāo)軸 Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線(xiàn)的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開(kāi)工件的方向。 2）再確定X坐標(biāo)軸 X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：

（1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開(kāi)工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。如圖3.6（a）所示。

（2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況：Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀(guān)察者面對(duì)刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。如圖3.6（b）所示；Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀(guān)察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方，如圖3.6（c）所示。

（3）最后確定Y坐標(biāo)軸

在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來(lái)確定Y坐標(biāo)的方向。如圖3.4所示為數(shù)控銑床的Y坐標(biāo)。

（4）回轉(zhuǎn)軸A、B、C

根據(jù)已確定的X、Y、Z軸，用右手螺旋法則確定回轉(zhuǎn)軸A、B、C三軸坐標(biāo)。

3.2.2數(shù)控機(jī)床的兩種坐標(biāo)系

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系包括機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。 1.機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn) 1）機(jī)床坐標(biāo)系

通常數(shù)控車(chē)床中，根據(jù)刀架相對(duì)工件的位置，其機(jī)床坐標(biāo)系可分為前置刀架和后置刀架兩種形式，圖3.7（a）所示為普通數(shù)控車(chē)床的機(jī)床坐標(biāo)系(前置刀架式)，圖3.7（b）所示為帶臥式刀塔的數(shù)控車(chē)床的機(jī)床坐標(biāo)系(后置刀架式)。前后置刀架式數(shù)控車(chē)床的機(jī)床坐標(biāo)系，X方向正好相反，而Z方向是相同的。

2）機(jī)床原點(diǎn)

機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱(chēng)為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)械原點(diǎn)，如圖3.8、圖3.9所示的O點(diǎn)，機(jī)床原點(diǎn)就是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。它是機(jī)床上的一個(gè)固定的點(diǎn)，由制造廠(chǎng)家確定。機(jī)床坐標(biāo)系是通過(guò)回參考點(diǎn)操作來(lái)確立的。

3）機(jī)床參考點(diǎn)

機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)系中的一個(gè)固定不變的位置點(diǎn)，是用于對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和控制的點(diǎn)，大多數(shù)機(jī)床將刀具沿其坐標(biāo)軸正向運(yùn)動(dòng)的極限點(diǎn)作為參考點(diǎn)，其位置用機(jī)械行程擋塊來(lái)確定。參考點(diǎn)位置在機(jī)床出廠(chǎng)時(shí)已調(diào)整好，一般不作變動(dòng)，必要時(shí)可通過(guò)設(shè)定參數(shù)或改變機(jī)床上各擋塊的位置來(lái)調(diào)整。

數(shù)控銑床的機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)一般都設(shè)在機(jī)床參考點(diǎn)上，如圖3.8所示。數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)參考點(diǎn)是用于對(duì)機(jī)床工作臺(tái)(或滑板)與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行定位與控制的點(diǎn)，一般都是設(shè)定在各軸正向行程極限點(diǎn)的位置上。該位置是在每個(gè)軸上用擋塊和限位開(kāi)關(guān)精確地預(yù)先調(diào)整好的，它相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)，一個(gè)固定值。

而數(shù)控車(chē)床的機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)則一般位于卡盤(pán)端面與主軸中心線(xiàn)的交點(diǎn)處，如圖3.9（a）所示。 或離卡盤(pán)有一定距離處，如圖3.9（b）所示，或機(jī)床參考點(diǎn)處，如圖3.9（c）所示。 4）機(jī)床回參考點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系的建立

數(shù)控系統(tǒng)通電時(shí)并不知道機(jī)床原點(diǎn)的位置，也就無(wú)法在機(jī)床工作時(shí)準(zhǔn)確地建立坐標(biāo)系。由于機(jī)床參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知定值，因此可以根據(jù)機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值來(lái)間接確定機(jī)床原點(diǎn)的位置。當(dāng)執(zhí)行返回參考點(diǎn)的操作后，刀具（或工作臺(tái)）退離到機(jī)床參考點(diǎn)，使裝在X、Y、Z軸向滑板上的各個(gè)行程擋塊分別壓下對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)記下此點(diǎn)位置，并在顯示器上顯示出位于此點(diǎn)的刀具中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的各坐標(biāo)值，這表示在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部已自動(dòng)建立起了機(jī)床坐標(biāo)系，這樣，通過(guò)確認(rèn)參考點(diǎn)就確定了機(jī)床原點(diǎn)。因此，在數(shù)控機(jī)床起動(dòng)時(shí)，通常要進(jìn)行機(jī)動(dòng)或手動(dòng)回參考點(diǎn)操作。 對(duì)于將機(jī)床原點(diǎn)設(shè)在參考點(diǎn)上的數(shù)控機(jī)床，參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的各坐標(biāo)值均為零，見(jiàn)圖3.9（c），

因此參考點(diǎn)又稱(chēng)為機(jī)床零點(diǎn)，由此通常把回參考的操作稱(chēng)為“機(jī)械回零"。

回參考點(diǎn)除了用于建立機(jī)床坐標(biāo)系外，還可用于消除漂移、變形等引起的誤差，機(jī)床使用一段時(shí)間后，工作臺(tái)會(huì)造成一些漂移，使加工有誤差，進(jìn)行回參考點(diǎn)操作，就可以使機(jī)床的工作臺(tái)回到準(zhǔn)確位置，消除誤差。所以在機(jī)床加工前，也需進(jìn)行回機(jī)床參考點(diǎn)的操作。

應(yīng)注意的是，當(dāng)機(jī)床開(kāi)機(jī)回參考點(diǎn)之后，無(wú)論刀具運(yùn)動(dòng)到哪一點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)其位置都是已知的。 2.工件坐標(biāo)系、程序原點(diǎn) 1）工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是編程人員為方便編程，在工件、工裝夾具上或其他地方選原點(diǎn)所建立的編程坐標(biāo)系。圖3.10（a）所示為數(shù)控銑床的工件坐標(biāo)系，圖3.10（b）為數(shù)控車(chē)床的工件坐標(biāo)系。編程員在工件坐標(biāo)系內(nèi)編程，編程時(shí)不必考慮工件在機(jī)床中的裝夾位置，但工件裝夾到機(jī)床上時(shí)應(yīng)使工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向一致，并且與之有確定的尺寸關(guān)系。為保證編程與機(jī)床加工的一致性，工件坐標(biāo)系也應(yīng)采用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系。

2）程序原點(diǎn)

工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱(chēng)為程序原點(diǎn)，也稱(chēng)編程原點(diǎn)或工件原點(diǎn)。當(dāng)采用絕對(duì)坐標(biāo)編程時(shí)，工件上所有的點(diǎn)的編程坐標(biāo)值都是基于工件原點(diǎn)計(jì)量的（CNC系統(tǒng)在處理零件程序時(shí)，自動(dòng)將相對(duì)于工件原點(diǎn)的任一點(diǎn)的坐標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為相對(duì)于機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)）。

程序原點(diǎn)在工件上的位置雖可由編程員任意選擇，但一般應(yīng)遵循下列原則：

（1）應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。

（2）應(yīng)盡量選在尺寸精度高、表面粗糙度小的工件表面上，以提高被加工零件的加工精度。

（3）要便于測(cè)量和檢驗(yàn)。

（4）最好選在工件的對(duì)稱(chēng)中心上。

例如，車(chē)削加工的編程原點(diǎn)一般選在主軸中心線(xiàn)與工件右端面(或左端面)的交點(diǎn)處，如圖3.11所示。銑削加工時(shí)，X、Y向的工件原點(diǎn)一般選在進(jìn)刀方向一側(cè)工件外輪廓表面的某個(gè)角上或?qū)ΨQ(chēng)中心上；Z向的工件原點(diǎn)，一般設(shè)在工件頂面。3.2.3絕對(duì)值的確定

1.幾何點(diǎn)位置的表示方法

數(shù)控加工程序中表示幾何點(diǎn)的坐標(biāo)位置有絕對(duì)值和增量值兩種方式。 1）絕對(duì)坐標(biāo)值

絕對(duì)坐標(biāo)值是以公共點(diǎn)(原點(diǎn)，即是工件原點(diǎn))為依據(jù)來(lái)表示坐標(biāo)位置。 2）增量坐標(biāo)值

增量(相對(duì))坐標(biāo)值是以相對(duì)于前一點(diǎn)位置坐標(biāo)尺寸的增量來(lái)表示坐標(biāo)位置，即是在坐標(biāo)系中，運(yùn)動(dòng)軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)是以起點(diǎn)計(jì)量的，各坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值是相對(duì)于前一點(diǎn)所在位置之間的距離。 2.坐標(biāo)位置的表示方法

數(shù)控編程通常都是按照組成圖形的線(xiàn)段或圓弧的

端點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)是相對(duì)于線(xiàn)段的起點(diǎn)來(lái)計(jì)量的話(huà)，稱(chēng)之為相對(duì)坐標(biāo)或增量坐標(biāo)。若按這種方式進(jìn)行編程，則稱(chēng)之為相對(duì)坐標(biāo)編程。當(dāng)所有坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值均從某一固定的坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)量的話(huà)，就稱(chēng)之為絕對(duì)坐標(biāo)，按這種方式進(jìn)行編程即為絕對(duì)坐標(biāo)編程?！纠?.1】，如圖3.12所示，要從圖中的A點(diǎn)到B點(diǎn)。

用絕對(duì)坐標(biāo)編程為： X12.0Y15.0；

若用相對(duì)坐標(biāo)編程則為： X-18.0Y-20.0。

采用絕對(duì)坐標(biāo)編程時(shí)，程序指令中的坐標(biāo)值隨著程序原點(diǎn)的不同而不同；而采用相對(duì)坐標(biāo)編程時(shí)，程序指令中的坐標(biāo)值則與程序原點(diǎn)的位置沒(méi)有關(guān)系。同樣的加工軌跡，既可用絕對(duì)編程也可用相對(duì)編程，但有時(shí)候，采用恰當(dāng)?shù)木幊谭绞?，可以大大?jiǎn)化程序的編寫(xiě)。因此，實(shí)際編程時(shí)應(yīng)根據(jù)使用狀況選用合適的編程方式。這可在以后章節(jié)的編程訓(xùn)練中體會(huì)

出來(lái)。3.3數(shù)控加工程序格式與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼3.3.1數(shù)控加工程序格式 1.加工程序的一般格式 1）程序開(kāi)始符、結(jié)束符

程序開(kāi)始符、結(jié)束符相同，ISO代碼中是%，EIA代碼中是EP，書(shū)寫(xiě)時(shí)要單列一段。 2）程序名

程序名有兩種形式：一種是英文字母O和1～4位正整數(shù)組成；另一種是由英文字母開(kāi)頭，字母數(shù)字混合組成的。一般要求單列一段。 3）程序主體

程序主體是由若干個(gè)程序段組成的。每個(gè)程序段一般占一行。 4）程序結(jié)束指令

程序結(jié)束指令可以用M02或M30。一般要求單列一段。

加工程序的一般格式舉例：%//開(kāi)始符 O1000//程序名 N10G00G54X50Y30M03S3000 N20G01X88.1Y30.2F500T02M08 N30X90//程序主體 …… N300M30//結(jié)束符2.程序段格式

現(xiàn)在一般使用字地址可變程序段格式。程序段格式舉例： N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M08 N40X903.3.2程序字的功能

組成程序段的每一個(gè)字都有特定的功能含義，以下是以FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范為主來(lái)介紹的。 1）順序號(hào)字N

用于對(duì)程序的校對(duì)和檢索修改；作為條件轉(zhuǎn)向的目標(biāo)，即作為轉(zhuǎn)向目的程序段的名稱(chēng)。 2）準(zhǔn)備功能字G

用于建立機(jī)床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令。后續(xù)數(shù)字一般為1～3位正整數(shù)。

說(shuō)明：

（1）準(zhǔn)備功能指令的組

準(zhǔn)備功能指令按其功能分為若干組，不同組的指令可以出現(xiàn)在同一程序段中，如果兩個(gè)或兩個(gè)以

上同組指令出現(xiàn)在同一程序段中，只有最后面的指令有效。

（2）準(zhǔn)備功能指令的模態(tài)

準(zhǔn)備功能指令按其有效性的長(zhǎng)短分屬于兩種模態(tài)：00組的指令為非模態(tài)指令；其余組的指令為模態(tài)指令。模態(tài)指令具有長(zhǎng)效性、延續(xù)性，即在同組其它指令未出現(xiàn)以前一直有效，不受程序段多少的限制。而非模態(tài)指令只在當(dāng)前程序段有效。

（3）固定循環(huán)指令的禁忌

在固定循環(huán)指令中，如果使用了01組的代碼，則固定循環(huán)將被自動(dòng)取消或?yàn)镚80狀態(tài)（即取消固定循環(huán)）；但在01組指令中則不受固定循環(huán)指令的影響。（4）缺省設(shè)置

缺省設(shè)置是指在機(jī)床開(kāi)機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)所處的初始狀態(tài)。 3）尺寸字

尺寸字用于確定機(jī)床上刀具運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的坐標(biāo)位置。 4）進(jìn)給功能字F進(jìn)給功能字的地址符是F，又稱(chēng)為F功能或F指令，用于指定切削的進(jìn)給速度。 5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S主軸轉(zhuǎn)速功能字的地址符是S，用于指定主軸轉(zhuǎn)速。單位為r/min。 6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，用于指定加工時(shí)所用刀具的編號(hào)。 7）輔助功能字M

輔助功能字的地址符是M，用于指定數(shù)控機(jī)床輔助裝置的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，見(jiàn)表3-2。3.4數(shù)控機(jī)床的幾個(gè)重要設(shè)定 3.4.1有關(guān)單位的設(shè)定

1.尺寸單位的設(shè)定 1）指令格式

工程圖樣中的尺寸標(biāo)注有英制和米制兩種形式。 2）說(shuō)明

（1）G20/G21必須在設(shè)定工件坐標(biāo)系之前指定。

（2）電源接通時(shí)，英制、米制轉(zhuǎn)換的G代碼與切斷電源前相同。

（3）程序執(zhí)行過(guò)程中不要變更G20、G21。

（4）在有些系統(tǒng)中，英制、米制轉(zhuǎn)換采用G71/G70代碼，如SIMENS、FAGOR系統(tǒng)。 2.坐標(biāo)計(jì)算單位的設(shè)定

數(shù)控機(jī)床中，相對(duì)于控制系統(tǒng)發(fā)出的每個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移量叫脈沖當(dāng)量。坐標(biāo)計(jì)算的最小單位是一個(gè)脈沖當(dāng)量，它標(biāo)志著數(shù)控機(jī)床的精度。 3.暫停指令G04使用格式G04可使刀具作短暫無(wú)進(jìn)給加工，在數(shù)控車(chē)床上可使工件空轉(zhuǎn)使車(chē)削面光整以達(dá)到光潔度要求。常用于車(chē)槽、鏜平面、锪孔等場(chǎng)合。 4.進(jìn)給速度單位的設(shè)定 1）格式 G94[F_]；每分鐘進(jìn)給；單位為mm/min或in/min。 G95[F_]；每磚進(jìn)給；單位為mm/r或in/r。 2）說(shuō)明

（1）G94、G95是模態(tài)指令，彼此可以相互取消。

（2）數(shù)控銑床上，通常用G94為初始設(shè)定；數(shù)控車(chē)床上通常用G95為初始設(shè)定。 5.G27、G28、G29指令的區(qū)別 1）G27X_Y_Z_

該指令用于定位校驗(yàn)，其坐標(biāo)值為參考點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。執(zhí)行此指令，刀具快速移動(dòng)，自動(dòng)減速并在指定坐標(biāo)值處作定位校驗(yàn)，當(dāng)指令軸確實(shí)定位在參考點(diǎn)時(shí)，該軸參考點(diǎn)信號(hào)燈亮。 2）G28X_Y_Z_

其功能是使刀具經(jīng)過(guò)給定的坐標(biāo)值快速移動(dòng)到參考點(diǎn)。 3）G29X_Y_Z_

使刀具從參考點(diǎn)返回到指定的坐標(biāo)處。 3.4.2與坐標(biāo)有關(guān)的指令 1.機(jī)床坐標(biāo)系指令 1）指令格式

該指令的功能是將刀具快速定位到機(jī)床坐標(biāo)系中的指定位置上。

指令格式為：G53X_Y_Z_

式中X、Y、Z為刀具運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)坐標(biāo)。 2）說(shuō)明

（1）G53指令是非模態(tài)指令，只能在絕對(duì)坐標(biāo)（G90）狀態(tài)下有效。

（2）在使用G53指令前，應(yīng)消除相關(guān)的刀具半徑、長(zhǎng)度或位置補(bǔ)償，而且必須使機(jī)床回參考點(diǎn)以建立起機(jī)床坐標(biāo)系。 2.工件坐標(biāo)系的設(shè)定指令

工件坐標(biāo)系可用下述兩種方法設(shè)定。 1）G92指令 G92指令是基于刀具的當(dāng)前位置來(lái)設(shè)置工件坐標(biāo)系的。

指令格式為：G92X_Y_Z_

式中X、Y、Z為刀具當(dāng)前刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)值。 2）零點(diǎn)偏置法（G54~G59指令）

零點(diǎn)偏置法是基于機(jī)床原點(diǎn)來(lái)設(shè)置工件坐標(biāo)系的。 G54~G59指令這六個(gè)工件坐標(biāo)系為模態(tài)指令，可相互注銷(xiāo)，其中G54為缺省值。 3）說(shuō)明

（1）G92指令是非模態(tài)指令，只能在絕對(duì)坐標(biāo)（G90）狀態(tài)下有效。

（2）在G92指令的程序段中盡管有位置指令值，但不產(chǎn)生刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

（3）零點(diǎn)偏置法是基于機(jī)床原點(diǎn)，通過(guò)工件原點(diǎn)偏置存儲(chǔ)頁(yè)面中設(shè)置參數(shù)的方式來(lái)設(shè)定工件坐標(biāo)系的。因此一旦設(shè)定，工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置是不變的，它與刀具當(dāng)前位置無(wú)關(guān)，除非再經(jīng)過(guò)MDI方式修改。故在自動(dòng)加工中即使斷電，其所建立的工件坐標(biāo)系也不會(huì)丟失。思考與練習(xí)1.什么是數(shù)控編程？ 2.試述手工數(shù)控編程的主要步驟。 3.絕對(duì)坐標(biāo)與相對(duì)坐標(biāo)有何不同？ 4.數(shù)控加工程序的程序段由什么組成？ 5.數(shù)控加工程序的主要構(gòu)成是什么？ 6.數(shù)控機(jī)床上有幾種坐標(biāo)系？機(jī)床坐標(biāo)系是如何確定的？ 7.機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系有何不同？為什么要建立工件坐標(biāo)系？ 8.建立工件坐標(biāo)系的方法有幾種？怎樣建立工件坐標(biāo)系？ 9.絕對(duì)輸入方式與增量輸入方式的區(qū)別是什么？ 10.回參考點(diǎn)指令有幾個(gè)？寫(xiě)出其指令格式？有何不同？ 11.暫停指令有幾種使用格式？G04X1.5、G04P2000、G04U300F100各代表什么意

義？ 12.指出定位指令G90、G01、G02、M03等各自的功能及使用方法。 13．如何確定編程原點(diǎn)？第四章數(shù)控銑床編程教學(xué)提示

了解數(shù)控銑床程序編制的基本方法，掌握數(shù)控銑床的主要功能及工藝性分析，掌握坐標(biāo)系的設(shè)定，刀具的長(zhǎng)度與半徑補(bǔ)償，子程序，鏡像等編程指令。教學(xué)目標(biāo)

了解局部坐標(biāo)系G52指令、熟悉工件坐標(biāo)系設(shè)定指令G92，掌握工件坐標(biāo)系建立指令G54～G59，直線(xiàn)插補(bǔ)指令G01，圓弧插補(bǔ)指令G02、G03，刀具半徑補(bǔ)償指令（G41、G42、G40），刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令（G43、G44、G49）；熟悉參考點(diǎn)返回指令G27、G28、G29；子程序調(diào)用。

數(shù)控銑床是數(shù)控加工中最常見(jiàn)、也最常用的數(shù)控加工設(shè)備，它可以進(jìn)行平面輪廓曲線(xiàn)加工和空間三維曲面加工，而且換上孔加工刀具，能同樣方便地進(jìn)行數(shù)控鉆、鏜、锪、鉸及攻螺紋等孔加工操作。數(shù)控銑床操作簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格較加工中心要低得多，同時(shí)由于數(shù)控銑床沒(méi)有刀具庫(kù)，不具有自動(dòng)換刀功能，所以其加工程序的編制比較簡(jiǎn)單：通常數(shù)值計(jì)算量不大的平面輪廓加工或孔加工可直接手工編程；本章主要介紹數(shù)控銑床的功能、分類(lèi)和基本結(jié)構(gòu)等知識(shí)，并介紹FANUC-0i系統(tǒng)簡(jiǎn)單加工程序的手工編程編制方法。4.1數(shù)控銑床概述

數(shù)控銑床是由普通銑床發(fā)展而來(lái)，是發(fā)展較早的一種數(shù)控機(jī)床。4.1.1數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象 1.數(shù)控銑床的主要功能

點(diǎn)位控制功能；連續(xù)輪廓控制功能；刀具半徑補(bǔ)償功能；刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能；比例及鏡像加工功能；旋轉(zhuǎn)功能；子程序調(diào)用功能；宏程序功能。2.數(shù)控銑床的工藝裝備1)夾具

數(shù)控機(jī)床主要用于加工形狀復(fù)雜的零件，但所使用夾具的結(jié)構(gòu)往往并不復(fù)雜，數(shù)控銑床夾具的選用可首先根據(jù)生產(chǎn)零件的批量來(lái)確定。 2)刀具

數(shù)控銑床上所采用的刀具要根據(jù)被加工零件的材料、幾何形狀、表面質(zhì)量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具。 3.數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象 1)平面類(lèi)零件 2)變斜角類(lèi)零件 3)曲面類(lèi)零件4.1.2數(shù)控銑床的分類(lèi)

數(shù)控銑床通常分為立式數(shù)控銑床、臥式數(shù)控銑床和復(fù)合式數(shù)控銑床。1.立式數(shù)控銑床

立式數(shù)控銑床的主軸垂直于工作臺(tái)所在的水平面，最適合加工高度相對(duì)較小的零件，如板材類(lèi)、殼體類(lèi)零件。分為工作臺(tái)升降式、主軸頭升降式和龍門(mén)式三種。 2.臥式數(shù)控銑床

臥式數(shù)控銑床的主軸平行與工作臺(tái)所在的水平面，它的工作臺(tái)大多是回轉(zhuǎn)式的，工件經(jīng)過(guò)一次裝夾后，通過(guò)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)改變工位，可實(shí)現(xiàn)除安裝面和頂面以外的四個(gè)面的加工。適合箱體類(lèi)零件的加工。

與立式數(shù)控銑床相比，臥式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，價(jià)格也較高，且試切時(shí)不易觀(guān)察，生產(chǎn)時(shí)不易監(jiān)視，裝夾及測(cè)量不方便；但加工時(shí)排屑容易，對(duì)加工有利。 3.復(fù)合式數(shù)控銑床

這類(lèi)數(shù)控銑床的主軸方向可任意轉(zhuǎn)換，能做到在一臺(tái)機(jī)床上既可以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，由于具備了上述兩種機(jī)床的功能，其使用范圍更廣、功能更強(qiáng)。若采用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，還能對(duì)工件進(jìn)行除定位面外的五面加工。4.2數(shù)控銑床常用編程指令

數(shù)控銑床的編程指令隨控制系統(tǒng)的不同而不同，但一些常用的指令，如某些準(zhǔn)備功能、輔助功能，還是符合IS0標(biāo)準(zhǔn)的。 4.2.1快速定位和直線(xiàn)插補(bǔ)

以配置FANUC0i-MA系統(tǒng)為例，介紹數(shù)控銑床的常用編程指令和編程方法。 1.快速定位（G00）

快速定位指令的一般格式為： G00X＿Y＿Z＿

執(zhí)行該指令時(shí)，機(jī)床以自身設(shè)定的最大移動(dòng)速度移向指定位置。 2.直線(xiàn)插補(bǔ)（G01）

直線(xiàn)插補(bǔ)指令的一般格式為： G01X＿Y＿Z＿F＿

【例4.1】編制加工如圖4.1所示的輪廓加工程序，工件的厚度為5mm。設(shè)起刀具點(diǎn)相對(duì)工件的坐標(biāo)為(-10,-10,300)。按A－B－C－D順序編程。 N01G90G92X-10Y-10Z300

設(shè)定起刀點(diǎn)的位置 N02G00X8Y8Z2

快速移動(dòng)至A點(diǎn)的上方 N03S1000M03

起動(dòng)主軸 N04G01Z-6F50

下刀至切削厚度 N05G17X40

銑AB段 N06X32Y28

銑BC段 N07X16

銑CD段 N08X8Y8

銑DA段 N09G00Z20M05

抬刀且主軸停 N010X-10Y-10Z300

返回起刀點(diǎn) N011M02程序結(jié)束

4.2.2圓弧插補(bǔ) 1.插補(bǔ)指令（G02/G03） 1）圓弧在XY面上 G17G02(G03)G90(G91)X＿Y＿I＿J＿或R＿F＿ 2）圓弧在XZ面上 G18G02(G03)G90(G91)X＿Z＿I＿K＿或R＿F＿ 3）圓弧在YZ面上 G19G02(G03)G90(G91)Y＿Z＿J＿K＿或R＿F＿

其中G17指令表示XY平面，G18指令表示XZ平面，G19指令表示YZ平面。 G02、G03分別表示順時(shí)針、逆時(shí)針螺旋線(xiàn)插補(bǔ)。I,J,K為圓心坐標(biāo)，圓弧半徑R。 X＿Y＿Z＿表示圓弧終點(diǎn)位置，在G90絕對(duì)輸入方式下為圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的實(shí)際坐標(biāo)值，在G91增量輸入方式下為圓弧終點(diǎn)相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的增量值；I＿J＿K＿為圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的增量值，不論是在G90下還是在G91下都是如此。另外，圓心的位置也可以用圓弧的半徑R表示。當(dāng)圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角超過(guò)1800時(shí)，半徑R用負(fù)值表示；正好為1800時(shí)，正負(fù)均可。但用R時(shí)不能用I＿J＿K＿，程序中R與I、J、K二不能混用。還應(yīng)該注意的是，整圓編程時(shí)不能使用R，。而只能用I、J、K。2.說(shuō)明 I指圓弧起點(diǎn)指向圓心的連線(xiàn)在X軸上的投影矢量與X軸方向一致為正，相反為負(fù)。 J指圓弧起點(diǎn)指向圓心的連線(xiàn)在Y軸上的投影矢量與Y軸方向一致為正，相反為負(fù)。 K指圓弧起點(diǎn)指向圓心的連線(xiàn)在Z軸上的投影矢量與Z軸方向一致為正，相反為負(fù)。 【例4.3】用數(shù)控銑床加工圖4.3所示的輪廓ABCDEA。分別用絕對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)方式編寫(xiě)加工程序。 1.絕對(duì)坐標(biāo)程序 G92X-10Y-10 N01G90G17G00X10Y10LF N02G01X30F100LF N03G03X40Y20I0J10LF N04G02X30Y30I0J10LF N05G01X10Y20LF N06Y10LF N07G00X-10Y-10M02LF G92X-10Y-10：設(shè)定機(jī)床坐標(biāo)系與工件編程坐標(biāo)系的關(guān)系，給出機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)O機(jī)相對(duì)編程原點(diǎn)O工的坐標(biāo)值。 N01G90G17G00X10Y10LF G90絕對(duì)坐標(biāo)指令，G17XY平面內(nèi)的加工指令，G00快速定位指定，X10Y10指A點(diǎn)在工件坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值。

該段程序的含義是指令刀具相對(duì)于工件由起刀點(diǎn)O機(jī)快速移動(dòng)到A點(diǎn)。N02G01X30F100LF G01直線(xiàn)插補(bǔ)指令，F(xiàn)100進(jìn)給速度為100mm/min

該程序段的含義是以直線(xiàn)插補(bǔ)和進(jìn)給速度100mm/min的方式從點(diǎn)A向點(diǎn)B加工直線(xiàn)AB段。 N03G03X40Y20I0J10LFG03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令；X40Y20圓弧的終點(diǎn)相對(duì)于工件坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)值；I0J10為圓弧的圓心相對(duì)于的起點(diǎn)坐標(biāo)。

該段程序的含義是以逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)的方式從點(diǎn)B到點(diǎn)C加工BC圓弧段。 N04G02X30Y30I0J10LFG02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令；X30Y30圓弧的終點(diǎn)相對(duì)

于工件坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)值；I0J10為圓弧的圓心相對(duì)于起點(diǎn)的坐標(biāo)。

該段程序的含義是以順時(shí)針圓弧插補(bǔ)的方式從點(diǎn)C到點(diǎn)D加工CD圓弧段。 N05G01X10Y20LF

該程序段的含義是以直線(xiàn)插補(bǔ)的方式從點(diǎn)D向點(diǎn)E加工直線(xiàn)DE段。 N06Y10LF

該程序段的含義是以直線(xiàn)插補(bǔ)的方式從點(diǎn)E向點(diǎn)A加工直線(xiàn)EA段。 N07G00X-10Y-10M02LF G00快速定位指定，X-10Y-10指O機(jī)點(diǎn)在工件坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值，M02程序結(jié)束指令。 2.相對(duì)坐標(biāo)程序 N01G91G17G00X20 Y20LF N02G01X20F100LF N03G03X10Y10I0J10LF N04G02X-10Y10I010LF N05G01X-20Y-10LF N06Y-10LF N07G00X-20Y-20M02LF4.2.3刀具半徑補(bǔ)償（G40，G41，G42）1.刀具半徑補(bǔ)償指令格式刀補(bǔ)指令的程序段格式：1）G00／G01G41／G42DXYF2）G00／G01G40XY G40：取消刀具半徑補(bǔ)償； G41：左刀補(bǔ)(在刀具前進(jìn)方向左側(cè)補(bǔ)償)，如圖4.4(a)； G42：右刀補(bǔ)(在刀具前進(jìn)方向右側(cè)補(bǔ)償)，如圖4.4(b)；

1）中的D為刀具半徑補(bǔ)償?shù)刂罚刂分写娣诺氖堑毒甙霃降难a(bǔ)償量；XY為由非刀補(bǔ)狀態(tài)進(jìn)入刀具半徑補(bǔ)償狀態(tài)的起始位置。2）中的XY為由刀補(bǔ)狀態(tài)過(guò)渡到非刀補(bǔ)狀態(tài)的終點(diǎn)位置，這里的XY即為刀具中心的位置。 1）只能在G00或G01指令下建立刀具半徑補(bǔ)償狀態(tài)及取消刀具半徑補(bǔ)償狀態(tài)。注意： 2）在建立刀補(bǔ)時(shí)，必須有連續(xù)兩段的平面位移指令。這是因?yàn)?，在建立刀補(bǔ)時(shí)，控制系統(tǒng)要連續(xù)讀人兩段平面位移指令，才能正確計(jì)算出進(jìn)入刀補(bǔ)狀態(tài)時(shí)刀具中心的偏置位置。否則，將無(wú)法正確建立刀補(bǔ)狀態(tài)。 2.刀具半徑補(bǔ)償編程舉例 1）【例4.4】如圖4.5所示：按增量方式編程： O0001 N10G54G91G17G00M03G17指定刀補(bǔ)平面（XOY平面） N20G41X20.0Y10.0D01建立刀補(bǔ)（刀補(bǔ)號(hào)為01） N30G01Y40.0F200 N40X30.0 N50Y-30.0 N60X-40.0 N70G00G40X-10.0Y-20.0M05解除刀補(bǔ) N80M02 2）【例4.5】某零件的外形輪廓如圖4.6所示，厚度為6mm。刀具：直徑為12mm的立銑刀進(jìn)刀、退刀方式：安全平面距離零件上表面10mm，輪廓外形的延長(zhǎng)線(xiàn)切入切出。要求：用刀具半徑補(bǔ)償功能手工編制精加工程序。

參考程序如下(程序段2中D01指令調(diào)用的0l號(hào)刀的半徑值為6mm，該值應(yīng)在運(yùn)行程序前設(shè)置在刀具表中)。％1000N01G92X20Y-20Z10N02G90G00G41D0lX0N03G01Z-6F200M03S600N04Y50N05G02X-50Y100R50N06G0lX-100N07X-110Y40N08X-130N09G03X-130Y0R20N10G0lX20NllZ10N12G40G00X20Y-20M05N13M304.2.4刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償（G43，G44，G49） 1.刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令格式

刀具縣長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)慕ⅰ?zhí)行與撤消使用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能，在編程時(shí)可以不考慮刀具在機(jī)床主軸上裝夾的實(shí)際長(zhǎng)度，而只需在程序中給出刀具端刃的Z坐標(biāo)，具體的刀具長(zhǎng)度由Z向?qū)Φ秮?lái)協(xié)調(diào)。 G00或G01G43Z_H_ G00或G01G44Z_H_ G00或G01G49Z_ G43：刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償正補(bǔ)償

及H代碼； G44：刀具長(zhǎng)度負(fù)補(bǔ)償及 H代碼； G49：取消刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償用。 H后跟兩位數(shù)指定偏置號(hào)，

在每個(gè)偏置號(hào)輸入需要偏置

的量。

如圖4.7刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。 a情況：設(shè)定H01=2，

則G44H01； c情況：設(shè)定H01=-2，

則G43H02。

【例4.6】應(yīng)用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令編程的實(shí)例，如圖4.8中A點(diǎn)為程序的起點(diǎn)，加工路線(xiàn)為1-2-…9。

相對(duì)坐標(biāo)程序：

刀具以順時(shí)針100r/min旋轉(zhuǎn)，并快速奔向點(diǎn)(70,35) N02G43D01Z-22LF

刀具正向補(bǔ)償D01=e，并向下進(jìn)給22mm N03G01Z-18F500LF

刀具直線(xiàn)插補(bǔ)以500mm/min的速度向下進(jìn)給18mm N04G04P20LF

刀具暫停進(jìn)給20ms，以達(dá)到修光孔壁的目的 N05G00Z18LF

刀具快速上移18mm N06X30Y-20LF

刀具在XY平面上向點(diǎn)(30,-20)快速移動(dòng) N07G01Z-33F500LF

刀具以直線(xiàn)插補(bǔ)和進(jìn)給速度500mm/min的方式向下鉆孔

N08G00D00Z55

刀具快速向上移動(dòng)55mm，并撤消刀長(zhǎng)補(bǔ)償指令 N09X-100Y-15M05M02LF

刀具在XY平面上向點(diǎn)(-100,15)快速移動(dòng)，到位后程序運(yùn)行結(jié)束 4.2.5子程序 1.子程序指令格式

編程時(shí)，為了簡(jiǎn)化程序的編制，當(dāng)一個(gè)工件上有相同的加工內(nèi)容時(shí)，常用調(diào)子程序的方法進(jìn)行編程。調(diào)用子程序的程序叫做主程序。子程序的編號(hào)與一般程序基本相同，只是程序結(jié)束字為M99表示子程序結(jié)束，并返回到調(diào)用子程序的主程序中。

調(diào)用子程序的編程格式： M98P程序號(hào)L調(diào)用次數(shù) O10子程序程序號(hào) N01子程序體 N0nM99子程序結(jié)束并返回主程序

使用子程序時(shí)應(yīng)注意： 1）主程序可以調(diào)用子程序，子程序也可以調(diào)用其他子程序，但子程序不能調(diào)用主程序和自身。2）主程序中模態(tài)代碼可被子程序中同一組的其他代碼所更改。3）最好不要在刀具補(bǔ)償狀態(tài)下的主程序中調(diào)用子程序。 2.子程序編程舉例

【例4.7】編制如圖4.9所示零件的程序，零件上4個(gè)方槽的尺寸、形狀相同，槽深2mm，槽寬102mm，未注圓角半徑為R5，設(shè)起刀點(diǎn)為(0,0,200)。

O1(MAIN_PROGRAMM) N01G90G92X0Y0Z200設(shè)置起刀點(diǎn)的位置 N02G00X30.Y15.Z5.快速移至第一切削點(diǎn)上方 N03G91S600M03相對(duì)坐標(biāo)，主軸正轉(zhuǎn)600r/min N004M98P10調(diào)用子程序10 O10(SUB_PROGRAMM) N1G01Z-7.F50 N2X50.F150 N3Y30. N4X-50. N5Y-30. N6G00Z7

N07G00X-70.Y50. N08M98P10 N09G00X70. N010M98P10. N011M05 N012G90G00X0Y0Z200 N013M02

4.2.6比例縮放指令 1.比例縮放指令格式 1）各軸按相同比例編程 G51X_Y_Z_P_ X_Y_Z_為縮放中心標(biāo)； P_縮放比例系數(shù)(千分之幾) G50取消比例縮放 2）各軸以不同比例編程 G51X_Y_Z_I_J_K_ I、J、K對(duì)應(yīng)X、Y、Z的比例系數(shù)。

如圖4.10所示。 2.比例縮放編程舉例

【例4.8】如圖4.11所示的三角形ABC，頂點(diǎn)為A(30，40)，B(70，40)，C(50，80)，若D(50，50)為中心，放大2倍，則縮放程序?yàn)椋?G51X50Y50P2

執(zhí)行該程序，將自動(dòng)計(jì)算出A＇、B＇、C＇三點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)為A＇（10，30），B＇（90，30），C＇（50，110）從而獲得放大一倍的A＇B＇C＇。

縮放不能用于補(bǔ)償量，并且對(duì)