数控编程
数控编程基础
数控编程主要内容：
- 数控编程的概念
- 数控加工程序的结构
- 数控机床的坐标系
- 数控相关点的概念
- 程序编制中的数学处理
数控编程基础
01.数控编程的概念
数控编程：吧零件的全部加工工艺过程用数字指令表示
编程方法：
手工编程：编程的过程全部或大部分有人工完成。
适用：形状简单（点位、直线、圆弧）、坐标计算方便、程序不多的零件。
要求：编程人员熟悉数控加工工艺、编程指令。
自动编程：
由计算机完成工艺参数设置、数值处理、程序编写、程序验证等；
适用：非圆形曲线轮廓、三维曲面、复杂形面、数字计算量大；
要求：熟悉CAD/CAM软件的应用。
02.数控加工程序的结构
一个完整的程序包括三部分。
程序结构：
- 程序名（O/P/%）:由大写大写字母O、P、%开头，以四位数字组成
- 程序主体（程序段；、LF/CR）：由多个程序段组成；程序段—程序字/代码指令（字母+数字）；
程序段的一般格式：N_G_X_Y_Z_F_M_S_T_;
不同的程序，程序的结束符号不同。
- 程序结束指令（M02/M30）
程序的结束一般用M02/M30表示，一般放在最后，代表整个程序的结束 。
03.数控机床的坐标系
数控机床在加工工件的时候，刀具与工件的相对位置关系是以数字形式体现的，所以只有确定了坐标系，才能明确刀具与工件的性对位置。
坐标系的命名：在标准中规定了以右手直角笛卡尔坐标系作为标准坐标系。
机床坐标轴的确定方法：
- 先确定直线再去顶会装；
- 先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴；
Z轴的确定：
- 有主轴的机床——平行主轴轴线；
- 没有主轴或有多个主轴的机床——垂直于工件装夹面；
- 主轴能摆动的，一般取垂直于工件装夹面；
Z轴的正向确定：
在一般的加工过程中，假定刀具相对于工件运动，并且规定刀具远离工件的方向为坐标轴的正方向。
X轴的确定方法
X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直。
卧式车床不存在Y轴
车床辅助轴的判断
先进行判断车床的ZXY轴然后依据ZXY轴进行判断CAB辅助轴的方向。
04.数控相关点的概念
数控机床原点：机床上一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。
数控机床开机后不能自动识别到机床的原点位置只有回零操作才能建立坐标系。
回零操作也就是让机床回到机床的参考点。
参考点的坐标可以体现一个机床的最大极限位置。
机床回零操作是通过限位开关进行判断机床位置。
工件坐标系与工件原点
-
工件坐标系：
1） 有编程人员根据零件图样及加工工艺，某一固定点 建立的坐标系，又称为编程坐标系。
2）工件坐标系的各轴与坐标系的各轴方向一致。 -
工件原点的选择
1）数控车削零件，一般选在零件右端面的中心。
2）数控铣削零件，一般选在零件的设计基准、对称中心或上表面中心位置。 -
刀位点
刀位点就是定位的基准点。也就是编程时用于定位刀具坐标的点。
在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀位点在工件坐标系中的位置 ，或者说是刀具与工件的相对位置、机床坐标系与工件坐标系的相对位置。
1）对刀点
对刀操作是使刀位点与对刀点重合的过程；
通过对刀确定刀具与工件性对位置的基准点。可以与工件原点重合或与零件定位基准有固定联系的夹具或机床上的某一位置。
2）换刀点
换刀点是刀具换刀是刀具所处的位置。
换刀是应保证机床的安全性和减少空刀时间。
加工中心的换刀点通常在参考点的位置 。
数控铣床需要人工换刀，只要刀具原理工件一定的安全距离即可。
总结换刀点：为避免换刀是碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在鄂弼加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。
05.程序编制中的数学处理
进行 数学处理的目的：
根据零件图样要求、按照已确定的加工路线和允许的加工误差，计算出数控系统所需要的输入的数据。这些数据实际上就是程序中用来控制刀具和工件相对位置的坐标点。
被加工轮廓主要有直线、圆弧、非圆曲线、 列表曲线。
两个点：基点和节点：
一般数控系统都具有直线和圆弧插补功能，一般我们只需要计算出 交点 和 切点 即可。
其中交点和切点我们称为基点。
基点 也就是指零件轮廓上各几何要素之间的连接点。
一般非圆曲线通常使用圆弧和直线进行***近似加工*** ，在加工是逼近线段的连接点就成为 节点 。
程序编制中的计算：
-
基点的坐标计算
基点是指直线和圆弧的交点或切点，用 代数法 (辅助软件算出坐标位置)和 集合法 都可以计算（三角坐标）。 -
非圆曲线节点坐标的计算
非圆曲线可以通过***直线进行逼近***也可以通过***圆弧段***进行逼近。
直线段逼近：等间距法、等弦长、等误差法。
圆弧段逼近：曲率圆法、三点圆法、相切圆法和双圆弧法。
刀位点轨迹的计算。
-
刀位点轨迹的计算
一般数控系统都具有刀具补偿功能，我们只需要按照工件轮廓编写加工程序，合理利用补偿指令，再把补偿值输入数控系统就可以得到刀具中心轨迹的坐标，也就是刀位点的坐标。 -
辅助计算
1）增量坐标
2）辅助程序段的数值计算
数控车床加工程序的编制
1.数控车削的对象及编程特点
数控车床不仅可与加工轴类、盘类的回转体零件的内外圆柱面、圆锥面，还可以完成复杂回转体的内外曲面、圆柱圆锥螺纹、切槽、钻孔、扩孔及铰孔等孔加工方面。
数控车削的特点：
- 加工精度高（尺寸精度、形状精度、位置精度）；
- 表面质量要求高（表面粗糙度小、一致性好）；
- 形状复杂（任何直线和曲线组成的回转体）；
- 可带特殊螺纹（导程效率高）；
数控车削编程特点：
- 编程方式。数控车床可以用绝对坐标（X、Z）也可以使用增量坐标（U、W）还可以使用混合编程（X、Z、U、W）。
- X轴坐标的特殊性
- 固定循环功能。可实现循环切削，简化程序的编写量，提高编程效率。
- 刀具补偿功能。通过刀尖圆弧半径功能可以提高加工精度。
2.数控车削的五大功能指令
以下以FANUC车床为例
五大功能指令：
- G - 准备功能
- M - 辅助功能
- S - 主轴功能
- F - 进给功能
- T - 刀具功能
1. G - 准备功能
准备功能指令有大写字母 G 和其后的1位或两位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、坐标系、做表面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。例如 G01 G02
在常用的及代码中分为：模态代码（续效）和 非模态代码（单段有效）
模态代码
模态代码特点是一旦执行则一直有效 ，在编程时如果连续几个程序段执行的相同的功能，则只需要在执行该功能的第一个程序段中写下该G代码，在之后的程序段中，如果要执行同一组的其他功能指令，当下一个代码出现的时候，上一个代码功能取消。
若果在同一个程序段中出现不同组的G代码，他们的功是和互补影响的，而且这些功能实现与出现的顺序无关。
非模态代码
00组 的非模态代码，它们只在所在该代码段中有效，是单段有效代码。
初态代码
在机床处于初始化状态时会自带一些功能，带有 “ * ” 号的代码称为初态代码。
2. M - 辅助功能
M代码是有大写字母 M 和其后的一位或两位数值组成，控制零件程序的轴向，以及机床各种辅助功能的开关动作。
M00 暂停指令
暂停执行当前程序同时机床主轴、进给及冷却液停止，而现存的模态信息保持不变。若执行后续程序须按控制面板上的循环启动键即可。
一般用需更换刀具、工件尺寸、工件掉头、或者手动变速的时候。
M00 选择停
M01 是选择停止，必须在控制面板中按下“选择停按键”并在程序中使用M01指令程序才能停止。
若程序中执行到M01指令，但没有按下“选择停按钮”程序也不会停止。
M02 程序结束
M02指令用在主程序的最后一个程序段，表示程序的结束，机床主轴、进给及冷却液停止，若重新执行该程序，必须重新调用。
M30 程序结束
M30指令功能基本等同于M02指令，但程序结束时光标返回开头，若果需要重新执行该程序，选下“循环启动”即可。
3. S - 主轴功能
S代码用来指定机床的主轴速度，主轴速度可以用切削速度Vc或主轴转速 n 表示，两者可以相互准换。 单位： m/min
在车端面、车圆弧、车锥面时为了保证粗糙度的一致性，使切削速度不随工件的直径变化可以使用 G96 S_ 恒线Vc m/min
4. F - 进给功能
F代码用来指定刀具的进给速度，刀具的进给速度可以车刀相对于工件的每分钟进给量来表示，也可以用工件旋转一周，刀具的每转进给量来表示。两者可以相互准换。
5. T - 刀具功能
T指令用来表示刀具及刀具补偿功能指令。在指指令数值中前两位表示刀具号，后两位表示刀补号。 取消补偿功能可以使用T0200指令。
3.数控车床的坐标认知
坐标认知：
绝对坐标编程方式：
相对坐标编程：
在一个程序端中绝对坐标和相对坐标也是可以混合使用的。
4.数控车削基本移动指令
基本移动指令
G00 应用 ———— 快速定位
快速定位指令使用过程中是不参与切削加工的。
G00快速定位指令举例：
在使用G00的时候有几个注意事项：
- G00指令的快读移动速度是由机床参数快移进给速度对各轴分贝设定的，所有规定 G00指令中不能使用F，可以通过控制面板上的修调按钮修正。
- 在使用G00指令的时候个坐标轴是按照个轴的移动速度进行移动的，不能保证各轴同时到达终点 ，因此联动合成轴的运动轨迹不一定是直线，如果想走直线可以是各轴单独运动 。
- 执行G00指令，移动过程中不能对工件进行切削加工，目标点不能选在零件上，一般要离开工件表面2~5mm。
G00指令使用注意事项：
G01 应用 ———— 直线插补
直线插补指令G01是控制刀具走直线， 从而切削圆柱面、圆锥面、倒角、槽等方可均可以使用G01指令。
应用举例：
车台阶轴
代码说明：左端指令编码有助于理解但比较繁琐，右面代码使用模态代码进行简化左边的指令。
- 右边的指令省略了G01，只要要第一段使用G01指令，后面的还是直线指令，可以省略G01指令，这种方法叫做模态指令。G01的速度是由F来指定的，如果后面的进给速度不变的话，后面的F也可以省略。
- 坐标重复的命令，对于平行于轴向还是平行于径向的运动，在运动过程中一次只变化一个坐标，可以只写变化的坐标就可以了。不变的坐标可以省略不写。
G02/G03 应用 ———— 圆弧插补
在零件加工是有圆弧出现可以使用圆弧插补指令。
圆弧的顺逆不同所使用的的指令不同，因而加工圆弧的时候需要先判断圆弧的顺逆。
圆弧顺逆的判断：
G02/G03指令的使用：
G02/G03指令格式使用：
直线与圆弧共同使用指令：
综合应用实例：
G04 应用 ———— 暂停
G04指令指的是，刀具停止，主轴状态不变，提高表面质量。
例如在车槽时，在车刀切削到槽底时可以暂停几秒以保证槽的表面指令。
5.数控车削固定循环指令
对于零件的加工余量比较大，不能一次切削达到要求尺寸要求，需要多次切削才能完成尺寸要求，对于多次重复切削需要的代码量也会增加，为简化这种多次切削才能完成动作代码的长度，可以使用代码段减少代码段使刀具做反复切削任务。
固定循环指令的应用场合
固定循环指令主要用于内外圆粗精加工、螺纹加工、内外沟槽加工等。
固定循环指令的分类
固定循环指令又分为 单一固定循环指令 和 复合固定循环指令。
对单个要素循环加工的指令称为单一固定循环指令。
对过个要素循环加工的指令称为复合固定循环指令。
单一固定循环指令有：G90、G92、G94
复合固定循环指令有：G70、G71、G72、G73、G74、G75、G76
固定循环指令的应用形式
G90应用 ———— 内外圆切削循环
G90主要应用于轴向切削余量较大的场合。
G90指令格式
外圆柱面循环指令加工
外圆锥面循环加工
内圆柱面循环加工
固态循环指令练习
圆柱面循环
圆锥面循环切削
G94应用 ———— 端面切削循环
G94主要应用于径向切削余量较大的场合。
G94指令格式
G71 应用 ———— 内、外径粗车循环
对于加工形状复杂加工余量较大的零件可以使用复合固定循环指令，只需要编写刀具的最终运动轨迹，也是精加工程序，并且每次给出被吃刀量等加工参数，系统就会自动控制机床自动的完成切削加工。
G72 应用 ———— 端面粗车循环
指令格式
应用示例
G73 应用 ———— 仿形粗车循环
指令格式
指令解释
应用举例
G75 应用 ———— 切槽循环
指令格式
指令解释
6.数控车削螺纹切削指令
车螺纹必须要保证工件每旋转一周，车刀沿轴向进给一个导程。
相关计算
一般情况下，螺纹的公称直径M为螺纹的大径。
（1）在加工外螺纹的时候为了避免牙顶过尖，通常要先将螺纹外径加工至 d=M-0.13P，当螺距p=1.5 ~ 3.4时为了计算方便，通常将外圆直径比M小0.15 ~ 0.25mm。
（2）在车内螺纹时候因受到车刀的挤压作用，内控直径通常会缩小，通常加工内螺纹时的底孔D=M-P(螺距)
（3）螺纹牙深(牙型高度)：h=0.6495P
螺纹进刀与退刀距离
常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量
G32应用 ———— 单行程螺纹切削指令
指令格式与解释
应用举例
G92应用 ———— 单一循环螺纹切削指令
指令格式与解释
应用举例
G76应用 ———— 复合循环螺纹切削指令
适用于大导程螺纹。
G76运动轨迹
指令格式
应用举例
特点
素材来源于中国大学MOOC
