数控技术应用——数控程序编制教学教案

第二章数控程序编制内容提要本章将讲述数控加工的工艺分析和典型的加工方法；加工程序的编制、结构及常用算法；简要介绍自动编程。

第一节概述一.程序编制的基本概念数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。

将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。

程序编制分为：手工编程和自动编程两种。

手动编程：整个编程过程由人工完成。

对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。

❑手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。

❑自动编程适用于：➢形状复杂的零件，➢虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）➢ 虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）❑ 据国外统计：➢ 用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为 30：1。

➢ 数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的编程自动化是当今的趋势！ 二、手工编程的内容和步骤❑ 图纸工艺分析这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。

❑ 计算运动轨迹根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC 机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。

❑ 编制程序及初步校验根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。

❑ 制备控制介质将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。

❑ 程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。

如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。

修改常用的校验和试切方法：❑ 对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。

❑ 对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。

❑ 在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。

❑ 上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。

首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。

当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。

三、数控加工的工艺分析和数控加工方法1. 数控加工的工艺分析数控机床加工零件和工艺除按一般方式对零件进行分析外，还 必须注意以下几点：❑ 选择合适的对刀点➢ 对刀点：确定刀具与工件相对位置的点（起刀点）。

➢ 对刀点 可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。

➢ 对刀点 确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。

➢ 刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。

Z镗刀 钻头立铣刀、面铣刀球头铣刀车刀➢ 对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。

选择对刀点的原则：❑ 选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。

❑ 选在对刀方便，便于测量的地方。

❑ 选在便于坐标计算的地方❑ 加工线路的确定加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。

➢ 孔类加工（钻孔、镗孔）原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程：➢ 车削或铣削：原则： 尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于 切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。

加工线路的选择应遵从的原则：❑ 尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。

❑ 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。

❑ 保证零件的工艺要求。

❑ 利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。

2. 数控加工方法❑ 平面孔系零件的加工方法对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。

❑ 旋转体类零件的加工方法这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别是在车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路是主要要考虑))(1)1(2b a n a n b +-=-+=（黄线长 红线长+切入/出段 +切入/出段切入YXZX∆的问题。

图(c)所示的零件为陀罗转子的示意图，其加工顺序为先加工左边部分，然后加工右边。

若采用图(c ′)的方法，当处在轴向进刀时，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。

图(c ″)的方法，切削截面由大逐渐减小，排屑流畅，切削条件大为改善；由于没有单独的轴向进刀，程序段数可减少一半，实践证明，此法行之有效。

❑ 平面轮廓零件的加工方法这类零件常用NC 铣床加工。

在编程时则应注意，为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段，若平面轮廓为数控机床所不具备插补功能的曲线时，则应先采用NC 机床所具备的插补线型（直线、圆弧）去逼近该零件的轮廓。

❑ 空间轮廓表面的加工方法空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法。

➢ 三轴两联动加工-----“行切法”。

以X 、Y 、Z 轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。

这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。

方法加工的表面光洁度较差。

4 3 2 1先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工可先按图中的方法进行1~4次粗加工，再精加工成形。

cC ′χ C ″χ χ➢三轴联动加工下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。

其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。

➢四轴联动加工方法如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三座标联动加工，则只能用球头刀。

不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。

由于计算较复杂，故一般采用自动编程。

➢五轴联动加工船用螺旋桨是五座标联动加工的典型零件之一。

由于其曲率半径较大，一般采用端铣刀进行加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作螺旋角（与R有关），与后倾角（与有关）的摆动运动。

并且还要作相应的附加补偿运动（摆动中民与铣刀的刀位点不重合）。

综上所述，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能利用自动编程系统。

第二节程序编制的代码及格式经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（International Standardization Organization）和EIA(Electronic Industries Association)两种。

●.代码代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令。

它是程序的最小单元。

❑. 编程指令——系统操作代码的总称➢. G指令——准备功能作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。

组成：G后带二位数字组成。

100种模态（续效）指令与非模态指令见P26 表2-4 ➢M指令——辅助功能作用：控制机床及其辅助装置的通断的指令。

组成：M后跟两位数字组成。

100种。

见P27表2-5➢ F.S.T指令1)F指令——指定进给速度指令（续效指令）组成：▪编码法：F带两位数字，如F05,F36等。

后面所带的娄只是一个代码，它与某个（系统规定的速度值）速度值相对应，换而言之，这种指令所指定的进给速度是有级的，速度值序既可等差数列，也可能是等比数列▪直接法：F后带若干位数字，如F150,F3500等。

后面所带的数字表示实际的速度值，上述两个指令分别表示F=150mm/min；F=3500mm/min。

2)S指令（切削速度）——指定主轴转速指令（续效指令）组成：同F ，如S05,S36等单位：r/min ，S3)T指令——指定加工刀具号的指令。

组成：T后跟两位数字，如T11,T28等。

T11表示选择11号刀具T28表示选择28号刀具。

➢其他1)尺寸指令——指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指令组成：由在X,Y,Z,(i,j,k,r)A,B,C后带符号的数字组成。

如X1000,Y2000等单位：数控系统规定的单位,如mm2)子程序标号和调用指令作用：用于指定子程序名和在主程序中调用子程序指令。

组成：▪子程序名字符Q后带两位数字，如Q01,Q21，因此子程序在一个程序最多只100个。

▪子程序调用字符<后带四位数字。

其中，前两位数字被调用和子程序名后两位数字为调用次数。

3)程序段标号，程序段结束字符以及变量等。

N *(LF), R0~R9等。

数控加工程序的结构程序的组成：对刀点选为,刀具半（D01）=5mm程序名：O2000程序段N01 G91 G17 G00 G42 D01 X85 Y-25*N02 Z-15 S400 M03 M08 *N03 G01 X85 F300 *N04 G03 Y50 I25 *N05 G01 X-75 *N06 Y-60 *N07 G00 Z15 M05 M09 *N08 G40 X75 Y35 M02 *上面是一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段组成。

程序名是该加工程序的标识；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头，或LF指令结尾；M02(M30)作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如% 、EM等。

由上面的程序可知：加工程序——由程序名和若干程序段有序组成的指令集。

程序是由若干程序段组成程序段是由干指令字组成。

指令字是由文字（地址符）或与其后所带的数字一起组成。

一个程序的最大长度取决于数控系统中零件存贮区的容量或外存的容量。

另外，有些数控系统还规定了一个程序段的字符数，如7M系统规定字符数90个。

因此，这些在编程前必须了解清楚，否则数控系统便会认为你的程序有语法错误程序段的格式程序段的格式，是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。