课题七数控加工程序的编制基础4.docx

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课题七数控加工程序的编制基础4

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课题：

课题七数控加工程序的编制基础

教学目的要求：

1.理解各个坐标系。

2.掌握程序格式。

3.熟练各指令的使用。

教学重点、难点：

重点是各个指令的使用，难点G代码综合使用。

授课方法：

讲授法

教学参考及教具（含电教设备）：

黑板、粉笔

授课执行情况及分析：

讲授理论知识，让学生做好笔记，让学生多参与到课堂，练就学生的动脑能力，让他们熟悉数控车削，了解编程基础，在讲课过程中充分与实际结合，打好理论编程基础。

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上节回顾：

上节课主要对数控车削加工工艺进行了讲解，我们对工艺了解了一些，但还需在今后的学习过程中善于积累，才能更深刻的理解工艺。

新课导入：

这节课我们开始学习数控车削程序的编制基础。

讲授新课：

课题七数控加工程序的编制基础

1、数控车床机床坐标系

1、机床坐标系的确定

（1）机床相对运动的规定

在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。

这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。

（2）机床坐标系的规定

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。

在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，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。

例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动，如图1.4所示。

在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。

图1.4　立式数控铣床

　标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：

图1.5　直角坐标系

1）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。

2）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。

3）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的正向,见图1.5。

（3）运动方向的规定

增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图1.6所示为数控车床上两个运动的正方向。

图1.6　机床运动的方向

２、坐标轴方向的确定

（1）Z坐标

Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。

如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。

图1.7所示为数控车床的Z坐标。

图1.7　数控车床的坐标系

（2）X坐标

X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。

确定X轴的方向时，要考虑两种情况：

1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。

2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：

Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。

图1.7所示为数控车床的X坐标。

（3）Y坐标

在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

图1.7所示为数控车床的Y坐标。

　图1.8　数控立式铣床的坐标系

例：

根据图1.8所示的数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标。

（1）Z坐标：

平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。

（2）X坐标：

Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。

（3）Y坐标：

在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。

３、附加坐标系　

为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。

对于直线运动，通常建立的附加坐标系有：

（1）指定平行于X、Y、Z的坐标轴

可以采用的附加坐标系：

第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。

（2）指定不平行于X、Y、Z的坐标轴

也可以采用的附加坐标系：

第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。

４、机床原点的设置

　　机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。

它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。

（1）数控车床的原点

在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见图1.9。

同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。

图1.9车床的机床原点

５、机床参考点

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。

图1.11数控车床的参考点

　　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。

　　通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。

图1.11所示为数控车床的参考点与机床原点。

　　数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动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。

只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。

1.2.2编程坐标系

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。

编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。

如图1.12所示，其中O2即为编程坐标系原点。

图1.12编程坐标系

编程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。

　　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使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如图1.13所示为车削零件的编程原点。

图1.13确定编程原点

2、编程指令

数控加工程序是由各种功能字按照规定的格式组成的。

正确地理解各个功能字的含义，恰当的使用各种功能字，按规定的程序指令编写程序，是编好数控加工程序的关键。

程序编制的规则，首先是由所采用的数控系统来决定的，所以应详细阅读数控系统编程、操作说明书，以下按常用数控系统的共性概念进行说明。

1.3.1绝对尺寸指令和增量尺寸指令

在加工程序中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表达方法。

　　绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出,如图1.20所示。

增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出，如图1.21所示。

图1.20　绝对尺寸

图1.21　增量尺寸

1、G功能字指定

G90指定尺寸值为绝对尺寸。

G91指定尺寸值为增量尺寸。

这种表达方式的特点是同一条程序段中只能用一种，不能混用；同一坐标轴方向的尺寸字的地址符是相同的。

2、用尺寸字的地址符指定（本课程中车床部分使用）

绝对尺寸的尺寸字的地址符用X、Y、Z

增量尺寸的尺寸字的地址符用U、V、W

　　这种表达方式的特点是同一程序段中绝对尺寸和增量尺寸可以混用，这给编程带来很大方便。

1.3.2预置寄存指令G92

　　预置寄存指令是按照程序规定的尺寸字值，通过当前刀具所在位置来设定加工坐标系的原点。

这一指令不产生机床运动。

　编程格式：

G92X～Y～Z～

式中X、Y、Z的值是当前刀具位置相对于加工原点位置的值。

　例：

建立图1.21所示的加工坐标系：

当前的刀具位置点在A点时：

G92X10Y12

当前的刀具位置点在B点时：

G92X30Y37

注意：

这种方式设置的加工原点是随刀具当前位置（起始位置）的变化而变化的。

1.3.3坐标平面选择指令

图1.22　坐标平面选择

坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。

G17表示选择XY平面，G18表示选择ZX平面，G19表示选择YZ平面。

　　各坐标平面如图1.22所示。

一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工。

1.3.4快速点定位指令

a）同时到达终点

b）单向移动至终点

图1.23　快速点定位

　　快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置，其移动速度由参数来设定。

指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后减速到达终点，如图1.23a所示。

注意：

在各坐标方向上有可能不是同时到达终点。

刀具移动轨迹是几条线段的组合，不是一条直线。

例如，在FANUC系统中，运动总是先沿45°角的直线移动，最后再在某一轴单向移动至目标点位置，如图1.23b所示。

编程人员应了解所使用的数控系统的刀具移动轨迹情况，以避免加工中可能出现的碰撞。

编程格式：

G00X～Y～Z～

式中X、Y、Z的值是快速点定位的终点坐标值

例：

从A点到B点快速移动的程序段为：

G90G00X20Y30

1.3.5直线插补指令

图1.24　直线插补运动

直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。

程序格式：

G01X～Y～Z～F～

其中：

X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。

例：

实现图1.24中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：

绝对方式编程：

G90G01X10Y10F100

增量方式编程：

G91G01X-10Y-20F100

1.3.6圆弧插补指令

　　G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。

G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。

　　圆弧顺逆方向的判别：

沿着不在圆弧平面内的坐标轴，由正方向向负方向看，顺时针方向G02，逆时针方向G03，如图1.25所示。

图1.25　圆弧方向判别

各平面内圆弧情况见图1.26，图1.26a表示XY平面的圆弧插补，图1.26b表示ZX平面圆弧插补，图1.26c表示YZ平面的圆弧插补。

程序格式：

XY平面：

G17G02X～Y～I～J～（R～）F～

G17G03X～Y～I～J～（R～）F～

ZX平面：

G18G02X～Z～I～K～（R～）F～

G18G03X～Z～I～K～（R～）F～

YZ平面：

G19G02Z～Y～J～K～（R～）F～

G19G03Z～Y～J～K～（R～）F～

a）　XY平面圆弧

b）　ZX平面圆弧

c）　YZ平面圆弧

图1.26各平面内圆弧情况

其中：

X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值；

I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与G90,G91无关；

R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角¡Ü180o时，R值为正，

当圆弧的圆心角＞1800时，R值为负。

图1.27　圆弧插补应用

例：

在图1.27中，当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：

G02X321.65Y280I40J140F50

或：

G02X321.65Y280R-145.6F50

当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为：

G03X160Y60I-121.65J-80F50

或：

G03X160Y60R-145.6F50

 1.3.7刀具半径补偿指令

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，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，数控系统提供了刀具半径补偿功能，见图1.28。

图1.28　刀具半径补偿

1、编程格式

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，见图1.29。

图1.29　左偏刀具半径补偿

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，见图1.30。

G40为补偿撤消指令。

图1.30　右偏刀具半径补偿

程序格式：

G00/G01G41/G42X～Y～H～　//建立补偿程序段

¡¡　　　　　　　　　　　　//轮廓切削程序段

¡¡

G00/G01G40X～Y～　　　　　//补偿撤消程序段

其中：

G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；

G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标；

H为刀具半径补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与刀具半径值一一对应。

刀具半径值可用CRT/MDI方式输入，即在设置时，H～=R。

如果用H00也可取消刀具半径补偿。

（4）注意：

图1.34　刀具半径补偿量的改变

1）建立补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动。

2）建立补偿的程序段，一般应在切入工件之前完成。

3）撤销补偿的程序段，一般应在切出工件之后完成。

3、刀具半径补偿量的改变

　　一般刀具半径补偿量的改变，是在补偿撤销的状态下重新设定刀具半径补偿量。

如果在已补偿的状态下改变补偿量，则程序段的终点是按该程序段所设定的补偿量来计算的。

如图1.34所示。

4、刀具半径补偿量的符号

　　一般刀具半径补偿量的符号为正，若取为负值时，会引起刀具半径补偿指令G41与G42的相互转化。

5、过切

通常过切有以下两种情况：

（1）刀具半径大于所加工工件内轮廓转角时产生的过切，如图1.35所示。

（2）刀具直径大于所加工沟槽时产生的过切，如图1.36所示。

图1.35　加工内轮廓转角

图1.36　加工沟槽

6、刀具半径补偿的其它应用

　　应用刀具半径补偿指令加工时，刀具的中心始终与工件轮廓相距一个刀具半径距离。

当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，只需在刀具补偿值中输入改变后的刀具半径，而不必修改程序。

在采用同一把半径为R的刀具，并用同一个程序进行粗、精加工时，设精加工余量为¡÷，则粗加工时设置的刀具半径补偿量为R+△，精加工时设置的刀具半径补偿量为R，就能在粗加工后留下精加工余量¡÷，然后，在精加工时完成切削。

运动情况见图1.37。

图1.37　刀具半径补偿的应用实例

三、辅助功能指令

辅助功能又称M功能，主要用来表示机床操作时各种辅助动作及状态，M代码在一个程序段内，只允许一个有效，M01M00M03M08M09……M99

课后小结：

本节课主要讲了G代码指令和坐标系，课下必须认真复习，对各个指令达到理解。

作业布置：

1、什么叫做机床参考点？

有哪些作用？

2、右手笛卡尔规则规定了哪些坐标系？

3、什么叫准备功能、辅助功能？