1、第3章 數控車床編程基礎3.1 數控車床程序編制概述3.2 FANUC系統數控車床編程3.1 數控車床程序編制概述3.1.1 程序編制方法和步驟 數控加工是一種在數控機床上進行零件加工的工藝方法。在數控機床上加工零件時，首先要根據零件圖，按規定的代碼及程序格式將加工零件的全部工藝過程、工藝參數等以數字信息的形式，記錄在控制介質上，然后輸入到數控裝置，數控裝置再將輸入的信息進行運算處理后，轉換成驅動伺服機構的指令信號，最后由伺服機構控制機床的各種動作，自動地加工出零件來。 數控編程就是數控機床加工程序的編制。它是數控機床使用中最重要的一個環節。下一頁 返回1 程序編制的方法 目前數控程序編制的方

2、法主要有手工編程和自動編程。 手工編程 手工編程是指利用一般的計算工具，通過各種數學方法，人工進行刀具軌跡的計算，并進行指令編程的方法。當零件形狀不十分復雜或數控程序不太長時，采用手工編程方便、經濟。這種方法比較簡單，對機床操作人員來講必須掌握。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 自動編程 自動編程軟件編程 利用通用的計算機和專用的自動編程軟件。編程人員首先利用數控語言編寫一個描述零件形狀、尺寸、幾何要素間的相互關系及進給路線、工藝參數等“源程序”，相應的自動編程系統對源程序進行編譯、計算、處理得出加工程序。使用較多的是APT（Automatically Programmed T

3、ools）語言編程。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 CAD/CAM計算機輔助編程 利用CAD/CAM計算機輔助編程是以零件CAD模型為基礎的一種加工工藝規劃及數控編程為一體的自動編程方法。CAD/CAM軟件采用人機交互方式，進行零件幾何建模，對車床刀具進行定義和選擇，確定刀具相對于零件的運動方式、切削參數、自動生成刀具軌跡，再經過后置處理，最后按照數控車床的數控系統要求生成數控加工程序。目前正被廣泛應用，編程效率高，程序質量好。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述2 程序編制的步驟 數控編程中手工編程的步驟一般分為以下幾個過程，如圖3-1所示。 分析零件圖樣。首先

4、應正確分析零件圖，確定零件的加工部位，根據零件的技術要求，分析加工零件的形狀、基準面、尺寸公差和粗糙度的要求，還有加工面的種類、零件的材料、熱處理等其它技術要求。 確定加工工藝過程。在分析零件圖的基礎上，確定加工工序、加工路線、裝夾方法，選擇刀具、工裝及切削用量等工藝參數。同時充分利用數控機床的指令功能的特點，簡化程序，縮短加工路線，充分發揮機床的效能。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述圖3-1 數控編程的步驟返回分析零件圖樣確定加工工藝過程數值計算編寫程序 制作控制介質程序校驗首件試切 數值計算。根據已確定的加工路線和零件的加工公差的要求，計算編程時需要的數據。數據計算的復雜程

5、度取決于零件的復雜程度和數控系統的功能。 編寫程序。根據數控系統具有的功能指令代碼和程序段格式，編寫加工程序。必要時還應該填寫數控加工工序卡片、數控刀具卡片等有關的工藝文件。 制作控制介質。就是把編寫好的程序單上的內容記錄在控制介質上，通過數控機床的輸入裝置，將控制介質上的數控加工程序輸入到機床的數控裝置。 程序校驗和首件試切。為了保證零件加工的正確性，數控加工程序必須經過校驗和試切才能用于正式加工。一般通過圖形顯示和動態模擬功能或空進給校驗等方法檢查機床的運動軌跡與動作的正確性。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述3.1.2 常用數控系統 數控車床在配置數控系統時，可根據其功能和

6、性能要求，選用不同的數控系統。系統不同，其指令代碼也有差異。目前，常用的數控系統主要有FANUC、SIEMENS、華中數控等。1 FANUC數控系統簡介 FANUC數控系統是由日本富士通公司研制開發的。 FANUC公司創建于1956年，1959年首先推出電液步進電機。70年代，一方面從Gettes公司引進直流伺服電機制造技術，一方面與西門子合作，1976年成功開發出5系統，后與西門子聯合開發出7系統。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述FANUC公司目前生產的CNC裝置有：F0、F10、F11、F12、F15、F16、F18。F00、F100、110、120、150系列是在F0、1

7、0、11、12、15的基礎上加了MMC功能，即CNC、PMC、MMC三位一體的CNC。2 SIEMENS數控系統 SIEMENS數控系統是德國西門子公司開發研制的，SIEMENS公司是生產數控系統的著名廠家，SINUMERIK的CNC數控裝置主要有：SINUMERIK 38810820850805840系列等。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述3 國產數控系統 我國數控系統研制和生產自20世紀80年代初開始發展很快。目前常用于車床的數控系統有華中數控系統，如HNC21/22T、廣州數控系統，如GSK980T以及廣泰數控、航天數控系統等。 華中數控以“世紀星”系列數控單元為典型產品

8、，HNC21T為車削系統，最大聯動軸數為4軸，采用開放式體系結構，內置嵌入式工業PC。 除此之外，國內使用較多的數控系統還有西班牙的FAGOR、日本三菱、美國A-B數控系統等。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述3.1.3 數控系統主要功能 數控系統可以通過硬件和軟件的結合，實現許多功能，其中包括以下功能： 準備功能。準備功能也稱G功能，用來指揮機床動作方式。包括基本移動、程序暫停、平面選擇、坐標設定、刀具補償、基準點返回、固定循環、公英制轉換等。 插補功能。CNC裝置通過軟件插補，其中數據采樣插補是當前應用的主要方式。一般數控裝置都有直線插補和圓弧插補，高檔的數控系統還具有拋物線

9、插補、螺旋線插補、極坐標插補、正弦插補和樣條插補等功能。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 主軸速度功能。CNC裝置可以控制主軸的運動，也可以實現主軸速度的控制和準確定位。 進給功能。用F代碼可以直接控制各軸的進給速度。同時可以通過主軸上的位置編碼器實現同步進給。 補償功能。包括刀具長度補償、刀具半徑補償和刀尖圓弧半徑補償；坐標軸的反向間隙補償；進給傳動件的傳動誤差補償，如絲杠螺距補償。 輔助功能（M功能）。輔助功能是數控加工中不可缺少的功能。數控系統常用的輔助功能有程序結束、主軸正反轉/停止、冷卻液開/關等。 字符圖形顯示功能。CNC裝置可配置不同尺寸的單色或彩色顯示器，通過軟

10、件和接口實現字符顯示和圖形顯示。可以顯示數控程序、機床參數、各種補償量、故障信息、動態刀具軌跡等。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 輸入、輸出和通信功能。一般CNC裝置可以接多種輸入、輸出外部設備，實現程序和參數輸入、輸出和存儲。CNC還具有RS-232C、網絡功能等接口，實現通信功能。 自診斷功能。CNC中設置各種診斷程序，可以防止故障發生和擴大。在故障出現后可以提供相關信息，為迅速查明故障類型和部位提供幫助，減少故障停機時間。3.1.4 數控車床坐標系 數控加工是建立在工件輪廓點坐標計算的基礎上的。準確把握數控機床坐標軸的定義、運動方向的規定，根據不同坐標原點建立不同坐標系

11、的方法，是正確計算工件輪廓點坐標的關鍵，并會給程序編制和機床操作帶來方便。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述1 數控車床坐標系 在數控機床上加工零件，機床的動作是由數控系統發出的指令來控制的。為了確定數控機床的運動方向和移動距離，需要在機床上建立一個坐標系，這就是機床坐標系。也就是說，機床坐標系是為了確定工件在機床上的位置，機床運動部件的特殊位置以及運動范圍等而建立的幾何坐標系，是機床固有的坐標系。2 機床原點和參考點 機床原點。機床原點（亦稱機床零點）是機床上設置好的一個固定點，用于確定機床坐標系的原點。 機床原點在機床裝配、調試時就已設置好，一般不容許用戶進行更改。數控車床的

12、原點為主軸軸線與卡盤端面的交點，它是車床參考點及工件坐標系的基準點。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 機床參考點。機床參考點是機床上一個特殊位置的點，與機床原點的相對位置是固定的，在機床出廠之前由機床制造商精密測量確定。3 工件坐標系與工件原點 工件坐標系。工件坐標系（亦稱編程坐標系）是以工件設計尺寸為依據建立的坐標系。該坐標系的原點可由編程人員根據具體情況設置，其坐標軸的方向與機床坐標系一致。建立工件坐標系的目的主要是為了方便編程。 工件原點。工件原點亦稱編程原點或程序零點，可由編程人員根據具體情況設置，一般是在工件裝夾完畢后通過對刀來確定。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車

13、床程序編制概述4 絕對坐標與增量坐標 在編程時，刀具或機床運動位置的坐標值通常有兩種表達方式，即絕對坐標和增量坐標。 絕對坐標是指刀具或機床運動位置的坐標值是相對于坐標系原點給出的。 增量坐標是指刀具或機床運動位置的坐標值相對前一位置，而不是坐標系原點給出的。3.1.5 數控車床編程特點 在一個程序段中，根據圖紙上標注的尺寸編寫運動坐標值，既可采用絕對坐標，也可采用采用增量坐標，有時還可采用二者混合編程。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 為了增加程序的可讀性，X坐標采用直徑編程，即程序中X坐標采用直徑值表示。若以增量坐標編程，以徑向實際位移的2倍值表示，并附以方向符號。 為了提

14、高工件的徑向尺寸精度，X向的脈沖當量取Z向的一半。 由于車削加工常用的毛坯為棒料或鍛件，加工余量較大，為了簡化編程，數控系統常具備不同的固定循環，可進行多次重復循環切削。 編程時，常認為車刀刀尖為一個點。而實際上，為了提高刀具壽命和工件表面質量，車刀刀尖常為一個半徑不大的圓弧。因此，為提高加工精度，當用圓頭車刀加工編程時，需要對刀具半徑進行補償。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述3.1.6 數控程序編制中的數值計算 根據被加工零件圖樣，按照已經確定的加工路線和允許的編程誤差，計算編程時所需要的數據，稱為數控編程的數值計算。 手工編程時，在完成工藝分析和確定加工路線以后，數學處理是

15、程序編制中不可缺少的一個環節。數控編程的數值計算可分為基點坐標計算和節點坐標計算兩種情況。1 基點坐標計算 基點 一個零件的輪廓可能由許多不同的幾何要素所組成，各幾何要素之間的連接點稱為基點。基點坐標是編程中重要數據，可以直接作為其運動軌跡的起點和終點。上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 基點坐標的計算 基點坐標值一般根據零件圖樣給出的形狀、尺寸和公差直接通過數學方法計算出的。2 節點坐標計算1）節點 當被加工零件輪廓形狀與車床插補功能不一致時，如在只有直線和圓弧插補功能的數控車床上加工橢圓、拋物線或用一系列坐標點表示的列表曲線等時，就要用直線或圓弧去逼近被加工曲線。此時，逼近線

16、段與被加工曲線的交點稱為節點。 上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述2）節點坐標的計算 非圓曲線上的節點坐標的計算，如果純粹用手工計算既復雜又煩瑣，所以一般可以采用計算機輔助計算，甚至直接采用CAD/CAM編程。下面是用直線和圓弧逼近方法的簡單介紹。 直線逼近法。直線逼近法中用得較多的是弦線法。由于弦線法的插補點均在曲線上，容易計算，編程也簡便，所以常用弦線法逼近非圓曲線，其缺點是插補誤差較大，但只要處理得當是可以滿足加工需要的，關鍵在于插補長度及插補誤差控制。 上一頁 下一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述 圓弧逼近法。用圓弧逼近非圓曲線，常用的方法是三點圓法。三點圓法是在等誤

17、差直線逼近法求出各節點的基礎上，通過連續三點作圓弧，并求出圓心點的坐標或圓弧的半徑。上一頁 返回3.1 數控車床程序編制概述3.2.1 程序結構與格式1 程序的組成 由于數控車床控制系統不同，數控加工程序的格式存在一定差異，因此，編程人員必須嚴格按照數控車床有關說明書的規定格式進行編程。 一個完整的數控程序，一般是由程序號、程序內容和程序結束三個部分組成。 2 程序段格式 程序段格式是指程序書寫的規則。可分為字地址格式、分格順序格式。下一頁 返回3.2 FANUC系統數控車床編程 根據程序段的長度和每個字的位數是否相同，又分為固定程序段格式和可變程序段格式，其中最常用的是字地址可變程序段格式，

18、這種程序段中字的數量是變化的，程序段的長短隨所選用的字數與字長而發生變化。 程序段中每個字都以地址符開始，其后面跟上符號和數字，字的排列順序沒有嚴格要求。這種格式的特點是程序簡單，可讀性強、易于檢查。上一頁 下一頁 返回3.2 FANUC系統數控車床編程3.2.2 數控系統常用功能 數控系統常用的功能有準備功能、輔助功能和其它功能三種，這些功能是編程的基礎。1 準備功能 準備功能也稱為G功能或G代碼，它是用來指令機床動作方式的功能。準備功能使用地址G及其后面的數字來指令機床動作。2 輔助功能 輔助功能也稱M指令，主要用于指定主軸啟動/停止，程序結束等。不同機床制造商對部分M指令定義了不同的功能，但多數常用的M指令，在所有的機床上都是通用的。 上一頁 下一頁 返回3.2 FANUC系統數控車床編程3 其它功能 1）主軸功能指令(S