数控编程

1.定义

手动编程意味着编程的所有阶段都是手动完成的。利用通用计算工具和各种数学方法，手工计算刀具轨迹，编制指令。

这种方法简单，容易掌握，适应性强。适用于编程复杂程度适中、计算量小的零件，机床操作人员必须掌握。

2.编程步骤

手工精加工零件的数控技术

分析零件图

做出流程决策

确定加工路线

选择工艺参数

计算刀具轨迹坐标数据

编写数控加工程序单

验证程序

手工编程序

3.优势

主要用于点对点加工(如钻孔、铰孔)或加工几何形状简单的零件(如平面、方槽)，计算量小，程序段数量有限，编程直观，易于实现。

4.不足之处

对于具有自由曲面和复杂型腔的零件，刀具轨迹数据的计算相当复杂，工作量大，容易出错，校对困难，有的甚至无法完成。

自动编程(图形交互)

1.定义

对于几何形状复杂的零件，需要用规定的数控语言编写零件的源程序，加工后再生成加工程序，称为自动编程。

随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅为用户编程提供了通用的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC6M数控系统的参数编程应用灵活，形式自由。它具有表达式、逻辑运算和类似计算机高级语言的程序流程，使加工程序简洁易懂，实现了普通编程难以实现的功能。

数控编程和电脑编程一样有自己的“语言”，但有一点是不一样的。现在电脑已经发展到以微软的Windows为绝对优势占领全球市场。数控机床就不一样了，还没有发展到可以互相使用的程度。也就是说，他们的数控系统因为硬件上的差距，暂时不能互相兼容。那么，当我要加工一个毛坯的时候，在我们已经有的数控机床上，应该先用什么呢？

2.常用自动编程软件

(1)UG

Unigraphics是美国Unigraphics Solution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件。是最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，应用于航空、航天、汽车、船舶、通用机械和电子等领域。

UG软件在CAM领域处于领先地位，由美国麦道飞机公司生产，是飞机零件数控加工的首选编程工具。

UG优势

提供可靠准确的刀具轨迹。

可以直接在曲面和固体上加工。

良好的用户界面，客户也可以自定义设计界面。

多种加工方式，易于设计和组合高效的刀具路径。

完整的工具库

加工参数库的管理功能

包括二轴至五轴铣削、车床铣削和线切割。

大型刀具库的管理

实体模拟切割

通用后处理器和其他功能

高速铣削功能

CAM定制模板

(2)Catia

Catia是法国达索公司推出的产品。幻影系列战斗机、波音737和777的研制和设计都采用Catia。

CATIA凭借其强大的曲面造型功能，在所有CAD 3D软件中名列前茅，被国内航天企业和科研院所广泛使用，逐渐取代UG成为复杂曲面设计的首选。

CATIA具有很强的编程能力，可以满足复杂零件的数控加工要求。目前有些领域采用CATIA设计建模和UG编程处理，两者结合在一起使用。

(3)Pro/E是

美国PTC(参数化技术有限公司)开发的软件是世界上最流行的三维CAD/CAM系统。广泛应用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。它具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。

Pro/E在我国南方企业中应用广泛。设计建模采用PRO-E，编程加工采用MASTERCAM和CIMATRON是一种常见的做法。

(4)C(imatronCAD/CAM)系统

以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全部功能的系统。该系统提供了灵活的用户界面、优秀的三维建模、工程制图、全面的数控加工、各种通用和专用数据接口以及集成的产品数据管理。CimatronCAD/CAM系统在国际模具制造业中非常流行，在国内模具局制造业中也有广泛应用。

(5)Mastercam

美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，几何建模方便直观。Mastercam为设计零件的形状提供了理想的环境，其强大而稳定的造型功能可以设计复杂的曲线和曲面零件。Mastercam具有强大的表面粗加工和表面精加工功能。表面精加工有多种选择，能满足复杂零件的表面加工要求，具有多轴加工功能。由于价格低廉，性能优越，成为国内民用行业数控编程软件的首选。

(6)功能摄像头

美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAM软件，全新的特征概念，超强的特征识别，基于工艺知识库、刀具库和图标导航的素材库，基于工艺卡的编程模式。整个模块的软件，从2~5轴铣削到车铣复合加工，从曲面加工到线切割加工，为车间编程提供了全面的解决方案。DELCAM软件的后期编辑功能比较好。

近年来，国内一些制造企业也在逐步引进，以适应行业发展的需要，属于新兴产品。

(7)CAXA制造工程师

CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出的全国产化CAM产品，在国内CAM市场上为国产CAM软件占领了一席之地。作为中国制造业信息化领域自主知识产权软件的杰出代表和知名品牌，CAXA已成为中国CAD/CAM/PLM行业的领导者和主要供应商。CAXA制造工程师是面向二轴至五轴数控铣床和加工中心的工艺性能良好的铣/钻数控编程软件。该软件性能优良，价格适中，在国内市场很受欢迎。

(8)边缘摄像头

英国Pathtrace公司生产的具有智能的专业数控编程软件，可应用于车、铣、线切割等数控机床的编程。EdgeCAM根据复杂3D曲面的加工特点，设计了更加便捷可靠的加工方法，在欧美制造业广受欢迎。英国Path公司正在开发和运营中国市场，为国内制造业客户提供更多选择。

(9)核查核查

美国CGTECH公司生产的先进专用数控加工仿真软件。VERICUT采用先进的三维显示和虚拟现实技术，对数控加工过程的仿真达到了极其逼真的程度。彩色三维图像不仅可以显示毛坯切割成零件的全过程，还可以显示手柄和夹具，甚至可以模拟机床的运行过程和虚拟工厂环境。效果就像在屏幕上看数控机床加工零件的视频一样。

程序员将各种编程软件生成的数控加工程序导入VERICUTVERICUT，可以检查原软件编程中的计算错误，降低程序错误导致的加工事故率。目前，国内许多有实力的企业已经开始引进该软件来丰富现有的数控编程系统，并取得了良好的效果。

随着制造技术的快速发展，数控编程软件的开发和使用进入了一个快速发展的新阶段。新产品层出不穷，功能模块也越来越细化。但是，技术人员可以很容易地在微型计算机上设计出科学、合理、个性化的数控加工工艺，使数控加工编程变得更加容易和方便。

编辑此段落的基本步骤

1.分析零件图以确定工艺。

分析零件图要求的形状、尺寸、精度、材料和毛坯，明确加工内容和要求；确定加工方案、切削路线、切削参数，选择刀具和夹具。

2.数值计算

根据零件的几何尺寸和加工路线，计算出零件轮廓上几何特征的起点和终点以及圆弧的中心坐标。

3.编写加工程序

完成以上两步后，根据数控系统规定的功能指令代码和程序段格式，编写加工程序单。

4.将程序输入数控系统。

程序的输入可以通过键盘或通过计算机通讯接口直接输入到数控系统中。

5.检验程序和首件试切

利用数控系统提供的图形显示功能检查刀具轨迹的正确性。试切工件的第一片，分析产生误差的原因，及时修正，直到切割出合格的零件。

虽然每个数控系统的编程语言和指令不同，但有很多相似之处。

编辑本段功能代码

单词及其功能

1，字符和代码

字符是用来组织、控制或表示数据的符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。世界上广泛使用两种标准代码:

1)ISO标准代码

2)EIA美国电子工业协会标准代码

2、单词

在数控加工程序中，字是指按规定排列的一系列字符，作为一个信息单元进行存储、传输和操作。一个单词由一个英文字母后跟几个十进制数字组成。这个英文字母叫做地址符号。

比如“X2500”是单词，X是地址符号，数字“2500”是地址中的内容。

3、单词的功能

构成节目片段的每个词都有其特定的功能意义。以下主要是根据FANUC-0M数控系统的规格。

(1)序列号n

序列号也称为程序段号或程序段号。序列号位于程序段的开头，由序列号字n和后面的数字组成。其功能有校对、条件跳转、固定循环等。间隔使用，如N10N20N30...

(2)准备虚词g。

准备功能字的地址符号是G，也称为G功能或G指令，是用来建立机床或控制系统工作模式的指令。G00~G99

(3)大小字

尺寸字用于确定刀具运动终点在机床上的坐标位置。

其中，第一组x、y、z、u、v、w、p、q、r用于确定终点的直线坐标大小；第二组a、b、c、d、e用于确定终点的角坐标大小；第三组I，J，K用于确定圆弧轮廓中心的坐标大小。在一些数控系统中，你也可以用P来指示暂停时间，用R来指示圆弧的半径。

(4)馈送功能字f

进给功能字的地址符号是f，也称为f功能或f指令，用来指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给量和主轴每转进给量两种。对于其他数控机床，一般每分钟只进给一次。在螺纹切削程序中，f指令经常用来指示螺纹导程。

(5)主轴速度功能字S

主轴转速功能字的地址符号是S，也称为S功能或S指令，用来指定主轴转速。单位是转/分钟。

(6)工具功能字T

刀具功能字的地址符号是t，也称为t功能或t指令，用于指定加工中所用刀具的编号，如T01。对于数控车床，以下数字也用于指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿，如T0101。

(7)辅助功能词M

辅助功能字的地址符号为m，后面的数字一般为1 ~ 3位的正整数，也称为m功能或m指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，如M00~M99。

编辑此段落的程序格式

程序段格式

一个数控加工程序由几个程序段组成。程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的排列。程序段格式的示例:

n30 g 01 x 88.1y 30.2 F500 s 3000 T02 M08；N40 X90(本程序段省略了“G01，Y30.2，F500，S3000，T02，M08”等接续词，但其功能仍然有效。)

在程序段中，组成程序段的元素必须明确定义:

移动目标:终端坐标值x，y，z；

沿着什么样的轨迹前进:准备虚词g；

进给速度:进给功能字f；

切削速度:主轴速度功能字s；

使用刀具:刀具功能字t；

机床辅助动作:辅助功能词m。

程序格式

1)程序开始和结束符号

程序的开始和结束是同一个字符，ISO代码中是%, EIA代码中是EP。写作时，你应该写一个单独的段落。

2)程序名称

程序名有两种形式:一种是由英文字母O(%或P)和1 ~ 4位的正整数组成；另一种是程序名(如TEST1等。)以英文字母开头，由字母数字字符组成。通常，需要一个单独的段落。

3)项目主题

程序体由几个程序段组成。每个程序段一般占一行。

4)程序结束

程序结束时，可以使用M02或M30指令。通常，需要一个单独的段落。

加工程序通用格式的例子:

%//开始字符

O2000 //程序名称

n 10g 54g 00x 10.0y 20.0m 03s 1000//程序体

n20 g 01 x 60.0y 30.0 f 100 T02 M08

N30 X80.0

……

N200 M30 //程序结束

%//终止符

编辑此部分的机器坐标系。

机床坐标系的确定

(1)关于机床相对运动的规定

在机床上，我们总是认为工件是静止的，刀具是运动的。这样程序员就可以根据零件图确定机床的加工工艺，而不用考虑工件和刀具在机床上的具体运动。

(2)机床坐标系的规定

标准机床坐标系中X、Y和Z轴之间的关系由右侧的笛卡尔坐标系确定。

在数控机床上，机床的运动是由数控装置控制的。为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，首先必须确定运动在机床上的位移和方向，这需要通过坐标系来实现，这个坐标系称为机床坐标系。

例如，在铣床上，机床有纵向运动、横向运动和垂直运动。在数控加工中，要用机床坐标系来描述。

标准机床坐标系中x、y和z坐标轴之间的关系由右侧的笛卡尔坐标系确定:

1)伸出右手的拇指、食指和中指，相互成90度。然后拇指代表x坐标，食指代表y坐标，中指代表z坐标。

2)拇指指向X坐标的正方向，食指指向Y坐标的正方向，中指指向Z坐标的正方向。

3)围绕X、Y、Z坐标的旋转坐标分别用A、B、C表示。根据右手螺旋法则，拇指指向X、Y、Z坐标中任意一轴的正方向，那么其他四个手指的旋转方向就是旋转坐标A、B、C的正方向..

(3)运动方向的规定

刀具和工件之间的距离增加的方向是每个坐标轴的正方向。下图显示了数控车床上两个运动的正方向。

坐标轴方向的确定

(1)Z坐标

Z坐标的运动方向由传递切削动力的主轴决定，即平行于主轴轴线的坐标轴为Z坐标，Z坐标的正方向为刀具离开工件的方向。(2)X坐标

x坐标平行于工件的夹紧平面，一般在水平面内。确定X轴方向时，应考虑两种情况:

1)如果工件旋转，刀具离开工件的方向就是X坐标的正方向。

2)如果刀具旋转，可分为两种情况:Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴看工件时，+X运动方向指向右侧；当Z坐标垂直时，当观察者看向面向刀具主轴的立柱时，+X运动方向指向右侧。下图是数控车床的X坐标。

(3)Y坐标

确定X、Z坐标的正方向后，就可以根据X、Z坐标的方向和右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

机床原点设置

机床原点是指设置在机床上的一个固定点，即机床坐标系的原点。它是在机床装配和调试过程中确定的，是数控机床加工运动的基准参考点。

(1)数控车床的原点

在数控车床上，机床的原点一般取在卡盘端面和主轴中心线的交点上。同时，通过设置参数，还可以将机床原点设置在X、Z坐标的正极限位置。

(2)数控铣床的起源

主轴下端面中心，三轴正极限位置。

编辑本数控车床编程。

对于数控车床来说，使用的数控系统不同，编程方法也不同。

一、工件坐标系设定说明

它是指定工件坐标系原点的指令，也叫编程零点。

指令格式:G50 X Z

其中x和z是从工件坐标系原点沿x和z方向的刀尖起始点的尺寸。

执行G50指令时，机床不动，即X轴和Z轴不动，X轴和Z轴的值被记忆在系统中，CRT显示器上的坐标值发生了变化，相当于在系统中建立了一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系。

尺寸系统的编程方法:

1.绝对尺寸和增量尺寸

在数控编程中，刀具位置的坐标通常有两种表示方式:一种是绝对坐标，另一种是增量(相对)坐标。在数控车床编程中，可以采用绝对值编程、增量值编程或混合编程。

(1)绝对值编程:从工件坐标系原点计算所有坐标点的坐标值，称为绝对坐标，用X和Z表示..

(2)增量值编程:相对于刀具之前的位置(或起点)计算坐标系中的坐标值，称为增量(相对)坐标。x轴坐标用U表示，Z轴坐标用W表示，正负由运动方向决定。

2.直径编程和半径编程

在数控车床编程时，由于被加工回转体零件的截面是圆形的，其径向尺寸有两种表示法:直径和半径。采用哪种方法是由系统的参数决定的。数控车床出厂时一般设置为直径编程，所以程序中X轴方向的尺寸就是直径值。如果需要使用半径编程，需要改变系统中的相关参数，使系统处于半径编程状态。

3.公制尺寸和英制尺寸

G20英寸尺寸输入

G201公制尺寸输入

工程图中的尺寸标注有两种形式:公制和英制。数控系统可以根据设定的状态将所有几何值转换成公制或英制尺寸。系统开启后，机床处于公制G21状态。

公制和英制单位之间的转换关系为:

1毫米≈0.0394英寸

1英寸≈25.4毫米

二、主轴控制、进给控制和刀具选择

1.主轴功能

s函数由地址码s及其后面的几个数字组成。

(1)恒线速控制指令G96

系统执行G96指令后，S指定的数值表示切削速度。例如，G96 S150表示切削速度为150m/min。

(2)取消恒线速度控制指令G97

系统执行G97指令后，S指定的值表示主轴每分钟的转速。例如，G97 S1200表示主轴转速为1200r/min。FANUC系统开启后，一般默认G97状态。

(3)最高速度限制G50

G50不仅具有坐标系设定功能，还具有主轴最高速度设定功能。例如，G50 S2000表示将最大主轴转速设置为2000转/分钟。当以恒定线速度控制切割时，必须限制主轴速度以防止事故。

2.馈送函数f

f的作用是表示进给速度，由地址码f和后面的几个数字组成。

(1)每分钟进给G98

执行G98指令后，数控系统确定F中所指的进给速度单位为mm/min，如F200，即进给速度为200mm/min。

(2)每进给G99

执行G99指令后，数控系统确定F所指的进给速度单位为mm/r，例如F0.2表示进给速度为0.2 mm/r..

三、快速定位、直线插补、圆弧插补

(一)快速定位指令G00

G00指令通过点定位控制使刀具从刀具所在的点快速移动到下一个目标位置。只是快速定位，对运动轨迹没有要求，没有切割过程。

指令格式:

g00 X(U)Z(W)；

其中:x和z是刀具要到达的点的绝对坐标值；

u和w是刀具从现有位置到达的点的增量值；(不动的坐标可以不写)

二、线性插补指令G01

G01命令是直线运动命令，规定刀具以两坐标间插补联动的方式，以指定的进给速度f做任意直线运动。

指令格式:

g 01x(U)Z(W)F；

其中包括:

(1)X、Z或U、W的含义与G00相同。

(2)F是刀具的进给速度(进给)，应根据切削要求确定。