第1章 數(shù)控編程與操作

第1章概述【教學目標】1．了解數(shù)控的概念，認識數(shù)控機床的產(chǎn)生過程，掌握數(shù)控機床與

普通機床之間的區(qū)別和聯(lián)系。2．了解數(shù)控加工程序的編制方法，熟悉數(shù)控機床坐標系的有關規(guī)

定，掌握數(shù)控機床的坐標軸名稱及正向判別方法。3．掌握數(shù)控程序的格式及編程中的常用術(shù)語。1.1數(shù)控加工技術(shù)概況1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生1952年3月公開發(fā)布世界上第一臺數(shù)控機床試制成功。數(shù)控機床就是將加工過程所需的各種操作和步驟以及工件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼表示，通過手工輸入或傳輸?shù)确绞綄?shù)字信息送入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種控制信號，控制機床的伺服系統(tǒng)或其他驅(qū)動元件使機床自動加工出所需要的工件。著名的數(shù)控系統(tǒng)廠家有日本的法那科（FANUC）公司、德國的西門子（SIEMENS）公司、美國的Hass公司、意大利的FIDIA公司等。數(shù)控機床與普通設備的比較數(shù)控機床普通設備操作者可在較短的時間內(nèi)掌握操作和加工技能；加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，較少依賴于操作者的技能水平；編制程序花費較多時間；加工零件復雜程度高，適合多工序加工；易于加工工藝標準化和刀具管理規(guī)范化；適于長時間無人操作和加工自動化；適于計算機輔助生產(chǎn)控制；生產(chǎn)率高要求操作者有長期的實踐經(jīng)驗；高質(zhì)量，高精度的加工要求操作者具有較高的技能水平；適合加工形狀簡單，單一工序的產(chǎn)品；加工過程要求具有直覺和技巧；操作者以自己的方式完成加工，加工方式多樣，很難實現(xiàn)標準化；是實現(xiàn)自動化加工必不可少的準備環(huán)節(jié)，如材料的預去除及夾具的制作等；很難提高加工的專門技術(shù)，不利于知識的系統(tǒng)化和普及，生產(chǎn)率低，質(zhì)量不穩(wěn)定1.1.2數(shù)控機床的基本概念1．數(shù)字控制數(shù)字控制（NumericalControl，NC）簡稱數(shù)控，是指用數(shù)字指令來控制機械執(zhí)行預定的動作，通常由硬件電路發(fā)出數(shù)字化信號。

計算機數(shù)控（ComputerizedNumericalControl，CNC），是用計算機控制加工過程，實現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)，主要采用存儲程序的專用計算機來實現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能。2．數(shù)控機床

數(shù)控技術(shù)是為了滿足復雜型面零件加工的自動化需要而產(chǎn)生的。采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。

數(shù)控機床是一種高效的自動化加工設備，它可以嚴格按照加工程序，自動地對被加工工件進行加工數(shù)控加工工件流程1.2數(shù)控編程基礎知識1.2.1數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程包括以下主要內(nèi)容。1．分析零件圖樣，確定工藝方案編程人員首先要根據(jù)零件圖，分析零件的材料、形狀、尺寸、精度、毛坯形狀和熱處理等技術(shù)要求，明確加工的內(nèi)容和要求，選擇合適的數(shù)控機床、刀具及夾具，擬定零件加工方案，確定加工順序、合理的走刀路線及切削用量等。2．數(shù)值處理在確定了工藝方案后，就需要根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線等，計算刀具中心的運動軌跡，以獲得到位數(shù)據(jù)。

計算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點或切點的坐標值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓形坐標值等，滿足編程要求。3．編寫程序單按照數(shù)控裝置規(guī)定的指令和程序格式編寫工件的加工程序單。常規(guī)加工程序由開始符、程序名、程序主體和程序結(jié)束指令組成。程序名位于程序主體之前，一般獨占一行，以英文字母“O”開頭，后面緊跟0～4位數(shù)字。程序段格式如下。N___G___X___Y___Z___F___M___S___T__；4．程序輸入加工程序可以保存在存儲介質(zhì)（如磁盤、U盤）上，作為控制數(shù)控裝置的輸入信息。通常，若加工程序簡單，可直接通過機床操作面板上的鍵盤輸入；對于大型復雜的程序（如CAD/CAM系統(tǒng)生成的程序），經(jīng)過串行接口RS-232將加工程序傳送給數(shù)控裝置或計算機直接數(shù)控DNC通信接口，邊傳送邊加工。5．程序校驗和首件試切在正式加工之前，必須對程序進行校驗和首件試切。通?？梢圆捎脵C床空運行的功能，來檢查機床動作和運動軌跡的正確性，以檢驗程序。

1.2.2數(shù)控編程的方法根據(jù)零件復雜程度的不同，數(shù)控編程有手工編程和自動編程兩種。1．手工編程手工編程主要由人工來完成數(shù)控機床程序編制各個階段的工作。一般被加工零件的形狀不復雜和程序較短時，可以采用手工編程的方法。它要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控指令及編程規(guī)則，還要具備數(shù)控加工工藝知識和數(shù)值計算能力。

2．自動編程自動編程即計算機輔助編程，是利用計算機及專用自動編程軟件，以人機對話的方式確定加工對象和加工條件，自動進行運算并生成指令的編程過程。

1.3數(shù)控技術(shù)中的坐標系1.3.1數(shù)控機床的坐標系在數(shù)控機床上加工工件，刀具與工件的相對運動是以數(shù)字的形式來體現(xiàn)的，因此必須建立相應的坐標系，才能明確刀具與工件的相對位置。1．坐標系的命名

在標準中規(guī)定了以右手直角笛卡兒坐標系作為標準坐標系，

在笛卡兒坐標系中，用X、Y、Z表示3個直線坐標軸，三者之間的相互關系及正方向用右手定則判定，其正方向用+X、+Y、+Z表示；

圍繞X、Y、Z各軸的回轉(zhuǎn)坐標軸分別為A、B、C坐標軸，其正方向分別為+A、+B、+C，用右手螺旋定則判斷。2．機床坐標軸的確定方法確定機床坐標軸時，一般先確定Z軸，再確定X軸和Y軸。（1）確定Z軸。一般是選取產(chǎn)生切削力的軸線作為Z軸。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，如車床等，工件轉(zhuǎn)動的軸為Z軸；對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，如鏜床、銑床等，刀具轉(zhuǎn)動的軸為Z軸。Z坐標的正方向為刀具遠離工件的方向。（2）確定X軸。X軸一般平行于工件裝夾面且與Z軸垂直。

對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，如車床、磨床等，X坐標的方向在工件的徑向上，且平行于橫向滑座，刀具遠離工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為X軸的正向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，如銑床、鏜床、鉆床等，若主軸為垂直的，面對刀具主軸朝立柱看時，X軸正向指向右；若主軸為水平方向，當從主軸向工件看時，X軸正向指向右。（3）確定Y軸。Y軸垂直于X軸和Z軸。當X軸和Z軸及正方向確定后，按右手直角笛卡兒坐標系即可判定Y軸及正方向。1.3.2數(shù)控相關點的概念1．機床原點與機床參考點機床原點又稱為機床原點，是機床坐標系的原點。該點是機床上一個固定的點，其位置是由機床設計和制造單位確定的，通常不允許用戶改變。

機床參考點也是機床上一個固定的點，它與機床原點之間有一確定的相對位置，一般設置在刀具運動的X、Y、Z軸正向最大極限位置，其位置由機床擋塊確定。

2．工件坐標系與工件原點工件坐標系是由編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝，以零件上某一固定點為原點建立的坐標系，又稱為編程坐標系或工作坐標系。

工件坐標系是確定工件幾何形體上各要素的位置而設置的坐標系。

工件原點的位置是根據(jù)工件的特點人為設定的，所以也稱為編程原點。3．對刀點與換刀點（1）對刀點與對刀。在數(shù)控加工中，工件坐標系確定后，還要確定刀位在工件坐標系中的位置。對刀，是指使刀位點與對刀點重合的操作。刀位點是指刀具的定位基準點選擇原則：①所選的對刀點應使程序編制簡單。②對刀點應選在容易找正、便于確定零件加工原點的位置。③對刀點應選在加工過程中檢查方便、可靠的位置。④對刀點的選擇應有利于提高加工精度。（2）換刀點。

換刀點是為工中心、數(shù)控車床等采用多刀加工的機床而設置的。為避免換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點常常設置在被加工零件的輪廓之外，并留有一定的安全量。4．編程用幾何點數(shù)控加工程序中表示幾何點的坐標位置有絕對值和增量值兩種方式。絕對坐標是指點的坐標值是相對于工件原點計量的。相對坐標又叫增量坐標，是指運動終點的坐標值，是以前一點的坐標為起點來計量的。運動軌跡絕對坐標相對坐標X