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1、 第2章数控加工编程基础数控加工编程基础 教学时数：教学时数：6学时 教学目的与要求教学目的与要求：要求学生了解数控机床程序的组成、结构，坐标系建立的原则，方法，插补的原理，方法等。教学重点：教学重点：数控编程概述 数控加工工艺分析 数控加工的程序格式及编程方式 教学难点：教学难点：如何讲清插补的基本知识；数控编程几何基础；刀具补偿的概念等。第2章数控加工编程基础数控编程概述插补的基本知识数控编程几何基础 刀具补偿的概念 数控加工工艺分析 数控加工的程序格式及编程方式 数控编程概述 程序编制的内容和步骤程序编制的内容和步骤 数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控机床程序编制
2、过程的主要内容包括：零件图的分析、数控机床的选择、工件装夹方法的确定、加工工艺的确定、刀具的选择、程序的编制、程序的调试。从零件图的分析开始到零件加工完毕。1零件图的分析零件图的分析2数控机床的选择数控机床的选择 3工件装夹方法的确定工件装夹方法的确定4加工工艺的确定加工工艺的确定5刀具的选择刀具的选择6程序的编制程序的编制7程序的调试程序的调试 程序编制的方法 1手工编程手工编程 利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。2自动编程自动编程（
3、1）自动编程软件编程 利用通用的微型计算机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件自动进行运算和生成指令。专用软件多为在开放式操作系统环境下，在微型计算机上开发的，成本低、通用性强。（2）CAD/CAM集成数控编程系统自动编程 利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。该种方法适用于制造业中的CAD/CAM集成编程数控系统，目前正被广泛应用。该方式适应面广、效率高、程序质量好适用于各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS），但投资大，掌握起来需要一定时间。什么是数控加工编程什么是数控加工编程这是一个钻孔程序的实例，程序如下：P0001；程序名N10 T0
4、1 M06 S1000 M03；选择刀具，启动主轴N20 G54 G90 G00 Z10；建立工件原点，快移N30 G81 G99 X20 Y40 Z2 I-15 F80；钻孔循环N40 X40 Y60；钻第二孔 N50 X60 Y40；钻第三孔N60 X40 Y20；钻第四孔N70 G80 G00 Z50 M05 M30；结束钻孔，程序结束图2.1钻孔实例 程序格式：P N 10 T M 06 S F M03N 20 G54 G90 G00 X-Y-Z-M08N30 N100 M09N110 M30/M02注：程序段由若干个指令字组成，如M03，X10等每个指令字由地址符和数字组成如G54，
5、G地址符 程序内容：程序内容：程序的编号；如：P0001 工件的原点（编程原点）；如：G54 FST指令，即：进给速度、主轴转速、刀具指令 主轴启动、换刀；如：M03，M06 刀具的引进、退出（快进、快退）；如：G00 Z10 刀具的运动轨迹；如：G01，G02 冷却液的开停；如：M08，M09 程序结束；如M02，M30编程步骤编程步骤确定加工工艺节点位置计算熟悉零件图用机床识别的代码编程图形模拟首件试切修改，完成工艺分析与数值计算工艺分析与数值计算分析零件加工工艺：分析零件加工工艺：确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序；切削用量（f、s、t）等工艺参数；数值计算：数值
6、计算：根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。2.1.1 插补的基本概念 2.1 2.1 插补的基本知识插补的基本知识 第2章数控加工编程基础 2.1.2 常用的插补方法图2.2 直线插补和圆弧插补b圆弧插补a直线插补(b)(a)插插插插补补.ppt 2.22.2数控编程几何基础数控编程几何基础 数控机床坐标系建立的原则：数控机床坐标系建立的原则：第2章数控加工编程基础 刀具相对于静止的工件而运动的原则 标准右手直角坐标系，用X、Y、Z表示直线运动的三个方向，右手定则 Z轴正方向为刀具远离工
7、件的方向 用A、B、C表示分别绕X、Y、Z坐标轴的旋转运动，符合右手螺旋定则 平行于X、Y、Z坐标轴的符加轴为U、V、W及P、Q、R 2.2 2.2 数控机床坐标系数控机床坐标系 2.2.1 2.2.1 机床坐标系及运动方向机床坐标系及运动方向第2章数控加工编程基础图2.3右手笛卡尔坐标系 如何确定数控机床的坐标系如何确定数控机床的坐标系 第2章数控加工编程基础1.先确定先确定Z轴：轴：.主运动轴为Z轴 .多个主轴时，垂直于工件装夹平面的为主要主轴，平行于该轴方向的为Z轴 .无主轴时，垂直于工件装夹平面的方向为Z轴 .刀具远离工件的方向为Z轴正方向2.再确定再确定X轴轴：主轴（Z轴）带工件旋转
8、的机床，如车床 1.X轴分布在径向，平行于横向滑座 2.刀具远离主轴中心线的方向为正向主轴（Z轴）带刀具旋转的机床，如铣、钻、镗床 1.X轴是水平的，平行于工件的装夹平面 2.立式：主轴垂直布置,由主轴向立柱看，X轴的正方向指向右 3.卧式：主轴水平布置,由主轴向工件看，X轴的正方向指向右3.最后按右手定则确定最后按右手定则确定Y轴轴铣床坐标轴的分布铣床坐标轴的分布车床坐标轴的分布车床坐标轴的分布双立柱龙门铣床的坐标系双立柱龙门铣床的坐标系 对Z轴轴线在竖直方向且为双立柱的数控机床(如：龙门机床)，规定由刀具向左立柱看时，X 坐标的正方向指向右边。参见右图。2.2 2.2 数控机床坐标系数控机
9、床坐标系 2.2.2 2.2.2 绝对坐标与增量坐标绝对坐标与增量坐标 第2章数控加工编程基础 所有坐标值均以机床或工件原点计量的坐标系称为绝对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为绝对坐标，也叫绝对尺寸，所用的编程指令称为绝对坐标指令。运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为增量坐标系，也叫相对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为增量坐标，也叫增量尺寸，所用的编程指令称为增量坐标指令 2.2 2.2 数控机床坐标系数控机床坐标系 2.2.3 2.2.3 机床原点与机床参考点机床原点与机床参考点 第2章数控加工编程基础 机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定的点
10、，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。机床参考点是采用增量式测量的数控机床所特有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。机床参考点是一个硬件点 2.2 2.2 数控机床坐标系数控机床坐标系 2.2.4 2.2.4 工件坐标系工件坐标系 第2章数控加工编程基础 工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是：1尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。2尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提
11、高被加工件的加工精度。3要便于测量和检验。4对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。5对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。6Z轴方向的原点，一般设在工件表面。2.3 2.3 刀具补偿的概念刀具补偿的概念 2.3.1 2.3.1 刀位点刀位点 第2章数控加工编程基础刀位点是在编制加工程序时用以表示刀具位置的特征点。2.3.2 2.3.2 刀具补偿刀具补偿 刀具补偿包括刀具半径和刀具长度补偿以及刀具位置补偿。图2.4 加工内外轮廓表面的刀具半径补偿 刀具半径补偿刀具半径补偿 在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图
12、样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能。刀具半径补偿的使用见右图，半径补偿所涉及的问题有：a.左偏刀具半径补偿b.右偏刀具半径补偿c.工作过程 a a、左偏刀具半径补偿、左偏刀具半径补偿 G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿，见下图。b、右偏刀具半径补偿、右偏刀具半径补偿 G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿，见下图。c、工作过程、工作过程 刀具半径补偿建立时，一般是直线且为空行程，以防过切。以G42为例，图2.5表示建立刀具半径补偿的过程。图2.6表示的刀具半径
13、补偿的工作过程。刀具半径补偿结束用G40撤销，撤销时同样要防止过切，图2.7表示撤消刀具半径补偿的过程。上述各图中，实线表示编程轨迹；点划线表示刀具中心轨迹；r等于刀具半径，表示偏移向量。建立刀具半径补偿的过程建立刀具半径补偿的过程图2.5刀补建立过程刀具半径补偿的过程刀具半径补偿的过程图2.6刀补工作过程撤消撤消刀具半径补偿的过程刀具半径补偿的过程图2.7刀补取消过程 2.4 2.4 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 2.4.1 2.4.1 加工方法的选择加工方法的选择 第2章数控加工编程基础 1、数控车床的加工内容 2、立式数控铣镗床或立式加工中心的加工内容 3、卧式数控铣镗床或卧式加工中
14、心的加工内容2.4.2 2.4.2 加工工序加工工序(划分划分)的编排原则的编排原则 1、按工序集中划分工序的原则2、按粗、精加工划分工序的原则 3、按刀具划分工序的原则 4、按加工部位划分工序的原则 2.4 2.4 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 2.4.3 2.4.3 工件的装夹工件的装夹 第2章数控加工编程基础 在决定零件的装夹方式时，应力求使设计基准、工艺基准和编程计算基准统一，同时还应力求装夹次数最少。2.4.4 2.4.4 对刀点和换刀点位置的确定对刀点和换刀点位置的确定 选择对刀点的原则是：1、便于数学处理（基点和节点的计算）和使程序编制简单。2、在机床上容易找正。3、加工过程
15、中便于测量检查。4、引起的加工误差小。2.4 2.4 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 2.4.5 2.4.5 加工路线的确定加工路线的确定 第2章数控加工编程基础确定加工路线的原则：1、应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。2、能够使数值计算简单，程序段数量少，简化程序，减少编程工作量。3、使被加工工件具有良好的加工精度和表面质量（如表面粗糙度）。4、确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。a、寻求最短走刀路线、寻求最短走刀路线 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。如加工图2.8所示零件上的
16、孔系。图2.9的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用图2.10的走刀路线，可减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。图2.8图2.9图2.10b、最终轮廓一次走刀完成、最终轮廓一次走刀完成 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。如图2.11为用行切方式加工内腔的走刀路线，将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用图2.12的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图2.13也是一种较好的走刀路线方式。图2.11图2.12图2.13c、钻孔循环加工路线、钻孔循环加工路线图2.14钻孔循环加工路线 d、选择切入切出方向、选择切入切出方向 考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。通常的情况如下图所示。图2.15切入切出方向 2.4 2.4 数控加工工艺分析数控加工工艺分
