数控编程与加工技术.ppt

数控编程与加工技术数控编程与加工技术 CNC hobbing machine CNC Longmen milling machine东北石油大学 杨松山 第第1章章 概概 述述 数控机床：数控机床：数控机床是数字控制机床数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码。用代码化的数字表示，通过信息载体输入码。用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置经运算处理后，由数控装置发出各种数控装置经运算处理后，由数控装置发出各种控制信号控制机床动作，按图纸要求的形状和控制信号控制机床动作，按图纸要求的形状和尺寸自动地将零件加工出来。尺寸自动地将零件加工出来。l数控机床有如下特点：数控机床有如下特点：l对加工对象的适应性强。如适应模具等产品单件生产的特点，对加工对象的适应性强。如适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；为模具的制造提供了合适的加工方法；l加工精度高，具有稳定的加工质量；加工精度高，具有稳定的加工质量；l可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；l加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；备时间；l机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的率高（一般为普通机床的35倍）；倍）；l机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；l有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；设计、制造及管理一体化奠定了基础；l对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；l可靠性高。可靠性高。l1.1 数控技术发展数控技术发展l1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，进行直年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，进行直升飞机螺旋桨样板的研制。由于样板形状复杂多样，升飞机螺旋桨样板的研制。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。数字脉冲控制机床的设想。l1949年，该公司与美国麻省理工学院年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同开始共同研究，并于研究，并于1952年试制成功世界年试制成功世界第一台三坐标数控铣第一台三坐标数控铣床床，当时的数控装置采用电子管元件（，当时的数控装置采用电子管元件（第一代第一代数控机数控机床）。床）。l1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现了带自动换刀装置的数控机床，称为数控出现了带自动换刀装置的数控机床，称为数控加工中心加工中心（MC Machining Center），使数控装置进入了），使数控装置进入了第二代第二代。1965年，出现了年，出现了第三代第三代集成电路数控装置，不仅体积集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称床的直接数控系统（简称 DNC），又称群控系统；而采），又称群控系统；而采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称用小型计算机控制的计算机数控系统（简称 CNC），使），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代第四代。1974年，研制成功了使用微处理器和半导体存贮器的年，研制成功了使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称微型计算机数控装置（简称 MNC），这是），这是第五代第五代数控数控系统。系统。l 20世纪世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式的自动编制程序的数控装置。出现了能进行人机对话式的自动编制程序的数控装置。数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上。数控机数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上。数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。自动检测工件等功能。l20世纪世纪90年代后期，出现了年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，智能数控系统，即以即以PC机为控制系统的硬件部分（通过机为控制系统的硬件部分（通过PCI扩展槽），扩展槽），在在PC机上安装机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。易于实现网络化制造。l现在，数控技术也叫计算机数控技术（现在，数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：简称：CNC），这种技术是用计算），这种技术是用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。l由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。l目前，在我国数控技术与装备的发展亦得到了高度重目前，在我国数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新，核心发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新，核心部件及材料（微处理器部件及材料（微处理器CPU、机械材质、精度、动态、机械材质、精度、动态响应、联动轴数等）、商品化进程、市场等诸方面情响应、联动轴数等）、商品化进程、市场等诸方面情况尤为突出。进入新世纪后，如何有效解决这些问题，况尤为突出。进入新世纪后，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路前进，从整体使我国数控领域沿着可持续发展的道路前进，从整体上全面迈入世界先进行列上全面迈入世界先进行列（中国设计研发制造，而不（中国设计研发制造，而不是中国外包加工制造），是中国外包加工制造），使我国在国际竞争中能够具使我国在国际竞争中能够具有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门、高等学有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门、高等学校和生产厂家所面临的重要课题。校和生产厂家所面临的重要课题。l1.2 1.2 数控机床组成结构数控机床组成结构l数控机床一般由输入/输出装置、数控装置、步进或伺服系统、PLC强电辅助控制装置、信号检测反馈装置和机床本体等6个部分组成。图1-1和图1-2所示数控铣床的组成结构。l1）输入）输入/输出装置输出装置 l输入装置可将不同的加工信息传递给计算机，一般使用键盘、U盘等，大大方便了信息输入工作。l输出装置可将加工结果显示出来，同时也包括机床内部参数、和故障诊断信息等。l2）数控装置）数控装置CNC l数控装置是数控机床的核心与主导，它完成所有加工数据的处理、计算和数控机床各功能的指挥工作。它主要由计算机主板、CNC控制卡、各种接口以及CRT显示器等硬件及相应的软件组成。l3）步进或伺服驱动系统）步进或伺服驱动系统l步进或伺服伺服驱动系统主要由步进电机驱动控制电路和步进电机两部分组成，驱动控制电路接收来自数控机床控制系统的进给脉冲信号(指令信号)，并把此信号转换为控制步进电机各相定子绕组依此通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子与机床滚珠丝杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠再带动工作台移动。l4）PLC强电辅助控制装置强电辅助控制装置lPLC主要对主轴单元进行起停、转速、转向控制；刀库管理、刀具交换控制；切削液开关、卡盘夹紧松开控制；以及对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）的控制。l5）检测反馈装置）检测反馈装置 l由检测元件（旋转变压器、脉冲编码器、直线光栅尺、磁栅尺等）和相应的电路组成，主要是检测各轴旋转转速、拖板移动速度和位移等，并将信息反馈给数控装置，实现闭环或半闭环控制以保证数控机床加工精度。l6）机床主机或本体）机床主机或本体 l机床主机是数控机床的主体，它包括床身、主轴、工作台等机械部件。数控机床组成及原理框图加工程序输入输出装置C CN NC C数控系统机床本体步进或伺服系统PLC强电辅助控制装置检测反馈系统 图1-1 数控机床组成原理框图图1-2 数控铣床1 1）开环驱动系统开环驱动系统 开环驱动系统没有反馈环节，系统的输出对系统的开环驱动系统没有反馈环节，系统的输出对系统的控制不会产生影响。控制不会产生影响。CNC每发出一个脉冲信号步进每发出一个脉冲信号步进电机就带动同步齿形带电机就带动同步齿形带-滚珠丝杠螺母副转过一个滚珠丝杠螺母副转过一个角度，滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动，致使角度，滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动，致使工作台走过一个相应工作台走过一个相应脉冲当量脉冲当量的距离。的距离。CNC通过指通过指定脉冲信号数量定脉冲信号数量、脉冲频率或周期来控制工作台运、脉冲频率或周期来控制工作台运动的位移、速度和方向。动的位移、速度和方向。如图如图1-3所示。所示。1.3 1.3 数控机床驱动系统数控机床驱动系统图1-3 开环驱动系统组成2 2）闭环驱动系统闭环驱动系统l闭环驱动系统具有反馈环节，它是将直线同闭环驱动系统具有反馈环节，它是将直线同步感应器或直线光栅尺直接安装在移动工作步感应器或直线光栅尺直接安装在移动工作台上台上，将工作台的实际位置或实际偏差全部，将工作台的实际位置或实际偏差全部检测出来，并反馈到检测出来，并反馈到CNC系统中与给定值相系统中与给定值相比较，比较，CNC根据比较后的结果，实时发出使根据比较后的结果，实时发出使偏差减小的控制指令，即控制电机向着偏差偏差减小的控制指令，即控制电机向着偏差减小的方向转动，一直到工作台的实际位移减小的方向转动，一直到工作台的实际位移与希望位移相等即偏差为零时止。与希望位移相等即偏差为零时止。如图如图1-4所所示。示。图1-4 闭环驱动系统组成3 3）半闭环驱动系统半闭环驱动系统l半闭环驱动系统同样具有反馈环节半闭环驱动系统同样具有反馈环节，但它但它是是将光电脉冲编码器或圆形同步感应器安装在将光电脉冲编码器或圆形同步感应器安装在滚珠丝杠或电机轴的端部，通过电机实际转滚珠丝杠或电机轴的端部，通过电机实际转角或滚珠丝杠回转角度角或滚珠丝杠回转角度的变化，间接测量出的变化，间接测量出机床工作台的位移或速度，将此值反馈到机床工作台的位移或速度，将此值反馈到CNC并与给定的指令值相比较，如果二者存并与给定的指令值相比较，如果二者存在偏差，在偏差，CNC将发出减小偏差的指令，即控将发出减小偏差的指令，即控制电机向着偏差减小的方向转动，直至偏差制电机向着偏差减小的方向转动，直至偏差为零为零。如图。如图1-5所示。所示。图1-5 半闭环驱动系统组成角位移测量装置1.4 串联机床与并联机床串联机床与并联机床l机床联动：机床各轴之间具有一定的函数关系。机床联动：机床各轴之间具有一定的函数关系。l串联机床：串联机床是采用固定的工作台导轨串联机床：串联机床是采用固定的工作台导轨对刀具的导向方式进行约束，其机构比较复杂，对刀具的导向方式进行约束，其机构比较复杂，但所用数学运算较为简单。但所用数学运算较为简单。l并联机床：并联机床抛弃了固定导轨，取而代并联机床：并联机床抛弃了固定导轨，取而代之的是多杆并联机构，其机构简单，但所用数之的是多杆并联机构，其机构简单，但所用数学运算相对复杂。并联机床克服了串联机床加学运算相对复杂。并联机床克服了串联机床加工自由度偏低、灵活性较差的缺陷，它可较容工自由度偏低、灵活性较差的缺陷，它可较容易的实现多坐标联动，能够满足更加复杂零件易的实现多坐标联动，能够满足更加复杂零件的加工。典型数控机床如图的加工。典型数控机床如图1-6至至1-16所示。所示。图1-7 串联机床图1-8 串联机床图1-9串联机床图1-10 并联机床图1-11 并联机床图1-12 并联机床图1-13串联机床图1-14 串联机床图1-15 串联机床图1-16 机床联动1.5 1.5 典型数控系统典型数控系统lSIEMENS公司的主要数控系统公司的主要数控系统 1SINUMERIK 802S；2SINUMERIK802D；3SINUMERIK 810D；4SINUMERIK 840D。lFANUC公司的主要数控系统公司的主要数控系统 1高可靠性的power Mate 0系列；2普及型CNC 0-D系列；3全功能型的0-C系列；4高性价比的0i系列；5具有网络功能CNC16i/18i/21i系列；6.个性化CNC16/18/160/180系列。lFAGOR公司的数控系统公司的数控系统1CNC8070系列；28055系列；38040/8055-i标准系列；38040/8055-i标准系列；48040/8055-i/8055TCO/MCO系列；58040/8055-i/8055TC/MC系列；68025/8035系列。l国产数控系统国产数控系统 1、广州数控(GSK)；2、华中世纪星(HNC)；3、北京凯恩帝(KND)；4、大连大森(DASEN)；5、南京华兴(WA)；6、江苏仁和(RENHE)；7、南京四开；8、天津三英；9、成都广泰（GREAT）。上海维宏上海维宏PCIMC-63AC-NC板卡板卡 轴信息：可控轴数 3旋转轴；伺服驱动器接口信息：位置信号类型为脉冲控制信号，脉冲频率160KHz；主轴信息：主轴最大数量 1主轴，转速信号为模拟信号(0 10V)加工文件格式：G 指令，支持2D和3D格式；附加软件包（可选）镭射切割软件系统、水切割软件系统，外部接口采用24V直流电压供电。1.6 数控机床加工典型零件数控插补就是CNC在拟给定曲线曲线的起点、终点之间，按照一定的算法实时地计算出各个中间点的坐标，对数据点进行密化，并将其分解成相关坐标轴的移动量的过程。1.7 数控插补数控插补插补轨迹零件轮廓放大XYO插插补补算算法法分分类类脉冲增量法脉冲增量法（用于开环系统）逐点比较法、数字积分法、比较积分法数据采样法数据采样法（用于闭环系统）时间分割法、扩展DDA法。1）逐点比较法 CNC命令刀具每进给一步都将加工点与给定轨迹进行比较，以确定下一步的进给方向。XYO逐逐点点比比较较法法插插补补步步骤骤开始偏差判别坐标进给偏差计算到终点？结束YN脉冲当量脉冲当量 CNC在插补计算过程中会不断地向各坐标轴发出在插补计算过程中会不断地向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，脉冲经放大后驱动步相互协调的进给脉冲，脉冲经放大后驱动步进或伺进或伺服电动机带动滚珠丝杠及坐标轴和工服电动机带动滚珠丝杠及坐标轴和工作台运动，作台运动，而而一个脉冲所驱动坐标轴工作台运动的位一个脉冲所驱动坐标轴工作台运动的位移量就叫做移量就叫做脉冲当量。脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，脉冲脉冲当量是脉冲分配的基本单位，脉冲当量会直接影响数控机床的加工精度，它的值取得当量会直接影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。越小，加工精度越高。（1）直线插补）直线插补l根据直线上任意点斜率相等的原理可以导出偏差判别式。假设OA线段是拟加工直线轨线段是拟加工直线轨迹迹，也就是程序给定的直线加工轨迹。也就是程序给定的直线加工轨迹。其中：lO点是坐标原点；点是坐标原点；lFM点（点（Xm，Ym）是动点坐标；）是动点坐标；lA点（点（Xe，Ye）是终点坐标；）是终点坐标；l动点坐标动点坐标FM的斜率为的斜率为YmXm；l终点坐标终点坐标A的斜率为的斜率为YeXe。直线斜率直线斜率 线段斜率直线插补判别式 Fm 直线斜率：直线斜率：YmXm=YeXe，等式两边相乘经整理并令其等于Fm：Fm YmXe-YeXm 上式定义为上式定义为直线插补判别式直线插补判别式。对对Fm直线插补判直线插补判别式进行讨论：别式进行讨论：Fm0 0 动点在直线上方，动点应向+X方向方向进给一步；Fm0 0 动点在正好直线上，动点应向+X方向方向进给一步；Fm0 动点在直线下方，动点应向+Y方向进给一步。OA(6,4)3215432164YX直线插补直线插补Fm YmXe-YeXm（2）圆弧插补）圆弧插补l圆弧插补的基本原理是将刀具动点圆弧（Y Y2 2m mXX2 2m m）与程序或图纸中给出的拟加工圆弧R R2 2 相比较，根据偏差值同样可得出圆弧插补判别式：lF Fm m =Y Y2 2m m+X X2 2m m-R R2 2逐点比较法圆弧插补Fm=0，动点在圆弧上；，动点在圆弧上；Fm0，动点在圆弧外，动点在圆弧外；Fm0，则沿则沿-X方向进给一步方向进给一步 当当Fm0，则沿则沿+Y方向进给一步方向进给一步YOXA(X0,Y0)R B(Xe,Ye)Fm0Fm=0 lFm=Y2 2m+X2 2m-R2 22）数字积分法 数字积分器数字积分器(又称又称DDA)积分器。数字积分器的插补积分器。数字积分器的插补方法可以实现一次、二次方法可以实现一次、二次插补插补，甚至高次曲线的插，甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制，它只要输入不多补，也可以实现多坐标联动控制，它只要输入不多的几个数据，就能加工出圆孤等形状较为复杂的轮的几个数据，就能加工出圆孤等形状较为复杂的轮廓曲线。作直线插补时，脉冲分布也较均匀。廓曲线。作直线插补时，脉冲分布也较均匀。积分器的基本原理积分器的基本原理 从几何概念上说，函数的积分从几何概念上说，函数的积分运算就是求此函数曲线所包围运算就是求此函数曲线所包围的面积的面积S S ab xyo第第1章章 作业作业l1、开环控制系统是指没有（）的控制系统；l2、直线插补判别式为（）；l3、圆弧插补判别式为（）；l4、数控工作台的最小进给为一个（）当量；l5、滚珠丝杆螺母副是（）运动与直线运动相互转换的传动装置；l6、加工时欲获得较佳的表面粗糙度，常采用较小的（）量与较高的主轴转速；第第1章章 作业（续）作业（续）l7、数控机床的核心是 ()系统；l8、数控机床的运动系统主要由（）运动与进 l 给运动组成；l9、根据数控机床有无反馈装置，数控系统可分为开环、闭环、和（）控制系统；l10、数控机床具有较高的加工效率和较高的（）精度与较高的重复精度。l11、数控插补就是CNC根据给定的数学函数或模型，在已知轮廓轨迹上的起点坐标和终点坐标之间，确定（）坐标的一种方法，或称作“数据点的密化”法。l12、数控系统不能直接执行NC（G、M）代码或数控指令，需要代码翻译模块将其转换成计算机能够处理的数据信息。（）就是完成数控代码或数控指令翻译工作的专用程序。l13、编译过程就是用某一种高级语言针对一个具体加工、控制过程而编写的应用程序，转换为计算机可接受并执行的二进制代码的过程。14、数控装置可将数控程序转化为机器代码，通过驱动系统驱动（机床 ）运动。2.1 数控机床工作原理数控机床工作原理 数数控控机机床床是是基基于于数数控控程程序序而而工工作作的的，数数控控程程序序是是由由零零件件图图纸纸的的几几何何信信息息和和工工艺艺参参数数用用规规定定的的指指令令代代码码及及数数据据按按一一定定格格式式编编写写的的。数数控控程程序序可可从从计计算算机机键键盘盘或或DNC接接口口输输入入到到CNC数数控控装装置置中中，CNC按按照照数数控控程程序序的的要要求求，对对其其进进行行适适当当的的处处理理，并并按按照照处处理理结结果果驱驱动动各各坐坐标标轴轴工工作作台台移移动动相相应应的的脉脉冲冲当当量量，实实现现刀刀具具与与工工件件的的相相对对运运动动，完完成成零零件件的的加加工工。可可知知，数数控控机机床床及及坐坐标标系系的的组组成成与与相相关关动动作作都都要要用用指指令令代代码码或或数数字字数数据据表表示示，CNC才才能接受指令信息进行工作。能接受指令信息进行工作。第第2章章 数控铣床指令代码与坐标系数控铣床指令代码与坐标系2.2 数控代码转换数控代码转换l数控程序数控程序（源程序）就是将零件的加工过程用（源程序）就是将零件的加工过程用指令代码和数字符号进行表示指令代码和数字符号进行表示，这些指令代码和这些指令代码和数字符号要通过系统编译后才能使机床工作，完数字符号要通过系统编译后才能使机床工作，完成零件的加工。即成零件的加工。即源程序源程序-编译编译-机器代码机器代码-机机床动作。具体过程如下：床动作。具体过程如下：l计算机键盘与计算机键盘与CNC存储器电路具有固定的物理连存储器电路具有固定的物理连接，接，即键盘的每一个按键都一一对应于即键盘的每一个按键都一一对应于CNC存储存储器的每一位，器的每一位，这些由硬件电路构成的存储器可根这些由硬件电路构成的存储器可根据程序指令所表示的不同含义而呈现出具有一定据程序指令所表示的不同含义而呈现出具有一定逻辑形式的高低电平（逻辑形式的高低电平（0和和1），CPU根据数字根据数字0和和1的具体逻辑关系进行运算和判断，的具体逻辑关系进行运算和判断，并根据处并根据处理结果驱动电路以及机床工作。理结果驱动电路以及机床工作。l数控系统不能直接执行数控系统不能直接执行NC（G、M）代码或数控程）代码或数控程序，需要代码翻译程序或模块将其转换成计算机能序，需要代码翻译程序或模块将其转换成计算机能够执行的数据信息。够执行的数据信息。l编译器就是能够将一种语言翻译为另一种语言的计编译器就是能够将一种语言翻译为另一种语言的计算机程序。编译器将源程序（算机程序。编译器将源程序（source language）编写的程序作为输入，将编译后产生的目标编写的程序作为输入，将编译后产生的目标程序程序（target language）作为输出。通常，）作为输出。通常，源程序一源程序一般为高级语言，如般为高级语言，如Delphi、C以及以及C+、C#等，等，而目标而目标程序程序则是二进制的机器代码则是二进制的机器代码，也就是计算，也就是计算机和机床用于运行的代码。机和机床用于运行的代码。2.3 准备功能准备功能G 代码定义代码定义准备功能G 指令由G 后一或二位数字组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置、子程序调用、暂停等多种加工操作。G 功能有非模态非模态G 功能功能和模态模态G功能功能之分。非模态G 功能只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销；模态G 能是一组可相互注销的G 功能(续效代码)，这些功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的G功能注销为止。指令：指令：指令是计算机执行操作的命令，它由两个部分组成：操作码操作码+地址码地址码。操作码：操作码：指明该指令要完成的操作类型或性质，如取数、做加法或输出数据等；地址码：地址码：指明操作对象的内容或所在的存储单元地址。指令字定义表指令字定义表准备功能G代码定义表l2.4 辅助功能M 代码定义l辅助功能由M和其后的一或二位数字组成，主要用于控制零件程序的走向以及机床各种辅助功能的开关动作。lM 功能有非模态M 功能和模态M 功能二种形式；l非模态M 功能(当段有效代码)，只在书写了该代码的程序段中有效。l模态M 功能(续效代码)，是一组可相互注销的M 功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。辅助功能M代码定义表 l2.5 机床坐标系l 在数控机床上，机床的动作是由CNC数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移位移和运动的方向方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。机床坐标系。l机床右手定则：机床右手定则：l 伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90，则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。l 大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。l机床右手螺旋定则：机床右手螺旋定则：l 围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正方向。如图2-1和图2-2所示。X XZ ZY YOO图2-1右手定则 (a)(a)右手直角坐标系统右手直角坐标系统 (b)X (b)X、Y Y、Z Z移动轴移动轴 A、旋转轴、旋转轴图2-2右手螺旋定则 坐标轴确定坐标轴确定 一、一、Z Z坐标轴坐标轴 1 1）规规定定平平行行于于主主轴轴轴轴线线（若若没没有有主主轴轴，则则规规定定垂垂直直于工件装夹表面）的坐标为于工件装夹表面）的坐标为Z Z坐标；坐标；2 2）若若有有几几根根主主轴轴，则则Z Z坐坐标标是是垂垂直直于于工工件件装装夹夹表表面面的的一根主轴；一根主轴；3 3）若若主主轴轴能能摆摆动动（在在摆摆动动范范围围内内），Z Z坐坐标标就就是是只只与与标标准准坐坐标标系系的的一一个个坐坐标标平平行行的的坐坐标标或或是是能能与与标标准准坐坐标标系的多个坐标平行，但垂直于工件装夹表面的坐标；系的多个坐标平行，但垂直于工件装夹表面的坐标；4 4）Z Z轴的正方向是使刀具远离工件的方向。轴的正方向是使刀具远离工件的方向。l二、二、X X坐标轴坐标轴l 1）在刀具旋转的机床上）在刀具旋转的机床上l 若若Z轴是水平的，则从主轴向工件看（从机轴是水平的，则从主轴向工件看（从机床后面向前看），床后面向前看），X轴的正向指向右边；轴的正向指向右边；l 若若Z轴是垂直的，从主轴向立柱看（从机床轴是垂直的，从主轴向立柱看（从机床正面看），对于单立柱机床，正面看），对于单立柱机床，X轴的正向指向轴的正向指向右边；右边；l 对于双立柱机床，从主轴向左侧立柱看时，对于双立柱机床，从主轴向左侧立柱看时，X轴的正向指向右边；轴的正向指向右边；2）在工件旋转的机床上）在工件旋转的机床上 X轴轴的的运运动动方方向向是是在在工工件件的的径径向向并并平平行行于于横横向向拖拖板板，刀刀具具离离开开工工件件旋旋转转中中心心的的方方向向为为X轴轴的的正向；正向；l三、三、Y坐标坐标l 1）在确定）在确定XZ坐标的正方向后，坐标的正方向后，就可以用右就可以用右手定则确定手定则确定Y坐标的方向。坐标的方向。四、机床原点四、机床原点四、机床原点四、机床原点在数控铣床上，机床原点一般取在在数控铣床上，机床原点一般取在在数控铣床上，机床原点一般取在在数控铣床上，机床原点一般取在X X X X、Y Y Y Y、Z Z Z Z坐标的正方向极限位置上。坐标的正方向极限位置上。坐标的正方向极限位置上。坐标的正方向极限位置上。l五、机床参考点五、机床参考点l （1）机床参考点是用于对机床运动进行检测）机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。和控制的固定位置点。l （2）机床参考点的位置是由机床制造厂家在）机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。的坐标是一个已知数。l l l六、机床回零点六、机床回零点l数控机床开机时，必须先回零，即确定机床原点，数控机床开机时，必须先回零，即确定机床原点，确定机床原点就是刀架返回参考点的操作，这样通确定机床原点就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）的移动才有基准。点被确认后，刀具（或工作台）的移动才有基准。为什么机床要返回零点？为什么机床要返回零点？l 机床通电后，要在机床上建立唯一的机床坐标系，机床通电后，要在机床上建立唯一的机床坐标系，而大多数数控机床的位置反馈系统都使用增量式而大多数数控机床的位置反馈系统都使用增量式（相对式）旋转编码器或者光栅尺作为反馈元件，（相对式）旋转编码器或者光栅尺作为反馈元件，因而机床在通电开机后，因而机床在通电开机后，刀具无法确定当前在机床刀具无法确定当前在机床坐标系中的真实位置，所以都必须首先返回参考点，坐标系中的真实位置，所以都必须首先返回参考点，从而确定机床的坐标系原点。从而确定机床的坐标系原点。2.2.6 6 工件坐标系工件坐标系(编程坐标系）编程坐标系）1 1）编程坐标系是编程人员根据零件图样及加）编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。工工艺等建立的坐标系。2 2）编程坐标系一般供编程人员使用，确定编）编程坐标系一般供编程人员使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。夹位置。3 3）编程原点（工件原点）是根据加工零件图）编程原点（工件原点）是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。4 4 4 4）编程原点应尽量选择在零件的设计基准或编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。5 5）编程原点一定要与机床原点有确切的位置）编程原点一定要与机床原点有确切的位置关系（用对刀实现）。关系（用对刀实现）。编程坐标系（工件坐标系）编程坐标系（工件坐标系）2.7 G54G59 工件坐标系建立工件坐标系建立lG54G59 是系统预定的6 个工件坐标系，可根据需要任意选用。这6 个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值即工件零点偏置值，要用MDI方式输入给系统（通过机床坐标系指令）。工件坐标系一但选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。l程序段格式：G54lG54 指令不需要后续地址字。2.8 2.8 G92G92工件坐标系工件坐标系建立建立lG92G92指令是通过设定刀具当前点相对于工件指令是通过设定刀具当前点相对于工件坐标系原点的位置定义的。坐标系原点的位置定义的。刀具现在的位置刀具现在的位置即为刀具当前点位置即为刀具当前点位置。l用用G92G92建立工件坐标系的程序段格式为：建立工件坐标系的程序段格式为：l程序段格式：程序段格式：G92 XG92 XY YZ Z 其中，其中，X X、Y Y、Z Z为工件坐标原点至刀尖当前为工件坐标原点至刀尖当前点的有向距离。可以看出，点的有向距离。可以看出，G92G92具有后续地具有后续地址字，址字，其工件原点会随着刀尖点位置的变化其工件原点会随着刀尖点位置的变化而变化而变化，所以说它是个浮动坐标系。，所以说它是个浮动坐标系。G92工件坐标系建立方法工件坐标系建立方法程序段格式：程序段格式：G92 X50 Y50 Z10程序段格式：程序段格式：G92 X30 Y30 Z20第第3章章 数控铣床程序段格式数控铣床程序段格式l一个程序段定义一个将由数控装置执行的指令行，程序段的格式定义了每个程序段中功能字的句法。3.1 3.1 直线定位及插补指令程序段格式直线定位及插补指令程序段格式 1 1）快速点定位指令（）快速点定位指令（G00G00）（模态指令）（模态指令）G00G00快快速速点点定定位位刀刀具具，不不对对工工件件进进行行加加工工。可可以以在在几几个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。程序段格式：程序段格式：G00 XG00 X Y Y Z Z ；其中：其中：1 1、格式中可三轴联动或两轴联动或一轴联动；、格式中可三轴联动或两轴联动或一轴联动；2 2、X X、Y Y、Z Z的值为点定位后的终点坐标值；的值为点定位后的终点坐标值；3 3、只要是非切削的移动，通常都使用、只要是非切削的移动，通常都使用G00G00指令；指令；4 4、以以数数控控系系统统预预先先调调定定的的最最大大进进给给速速度度移移动动，可可以以通过控制面板上的通过控制面板上的“快速进给率快速进给率”修调旋钮调整；修调旋钮调整；5 5、为模态指令，具有续效性。、为模态指令，具有续效性。2 2）直线插补指令（）直线插补指令（G01G01）（模态指令）（模态指令）G01以给定的进给速度进行线性插补到给定点，刀具以直线从起始点移动到目标点，所有的坐标轴可以同时运行。G01一直有效，直到被G功能同组中其它指令（G00，G02，G03）取代为止。程序段格式：程序段格式：G01 XG01 X Y Y Z Z F F ；其中：1）G01是续效指令，功能可继续到下一程序段，这时G01可省略；2）X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值；3）F为进给速度（F是持续有效的指令，故切削速率相同时，下一程序段可省略），单位是mm/min；4）可三轴联动或二轴联动或单轴移动。3）绝对尺寸编程指令（）绝对尺寸编程指令（G90）G90：所所有有运运动动轨轨迹迹坐坐标标点点的的坐坐标标值值都都从从工工件件坐坐标标系原点起算计量，系统上电默认或缺省时为系原点起算计量，系统上电默认或缺省时为G90。4）相对尺寸编程指令（）相对尺寸编程指令（G91）（增量尺寸）（增量尺寸）G91：运运动动轨轨迹迹的的终终点点坐坐标标是是相相对对于于该该段段轨轨迹迹的的起起点坐标计量的，即终点坐标减去始点坐标。点坐标计量的，即终点坐标减去始点坐标。注意：注意：在同一个程序中，可单独使用，也可混合使用；在同一个程序中，可单独使用，也可混合使用；在同一条程序段中，只能使用一种，不能混用；在同一条程序段中，只能使用一种，不能混用；如如果果加加工工精精度度要要求求比比较较高高，就就选选用用G90，因因为为使使用用G91会产生累计误差。会产生累计误差。l5）进给速度）进给速度FlF 指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，毫米/分；l借助操作面板上的进给倍率旋钮，F 可在0%120%进行倍率修调；lG01、G02、G03指定进给速度，对当前加工程序是模态的。A绝对编程 G90l快速定位：lG90 G00 X40 Y20直线插补：G90 G01 X40 Y20 F50相对编程 G91l快速定位：lG91 G00 x20 Y25直线插补：G91 G01 X20 Y25 F100G90 G91编程 l快速定位：lG90 G00 X30 Y37lG90 G01 X30 Y37 F100直线插补：G91 G00 X20 Y25G91 G01 X20 Y25 F100G90 G91编程lG90编程：lG90 G00 X20 Y30lG90 G01 X20 Y30 F50G91编程：G91 G00 X-10 Y-20G91 G01 X-10 Y-20 F100G90 G91编程 l快速定位：l lN01 G90 G00 X20 Y40N01 G90 G00 X20 Y40l lN02 G90 G0N02 G90 G00 0 X20 Y30 X20 Y30l直线插补：l lN01 G90 G0N01 G90 G01 1 X20 Y40 F100 X20 Y40 F100l lN02 G9