導(dǎo)語：數(shù)控編程研究管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

CAM（ComputerAidedManufacturing--計算機輔助制造）是CAD/CAM及CIMS的重要組成部分。從廣義上講包括：計算機輔助生產(chǎn)計劃、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機數(shù)控編程、計算機控制加工過程設(shè)計、計算機數(shù)控編程、計算機控制加工過程等內(nèi)容。本章闡述有關(guān)數(shù)控編程的內(nèi)容。

使用數(shù)控機床加工時，必須編制零件的加工程序。理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合設(shè)計要求的合格零件，同時應(yīng)能使數(shù)控機床功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮，且能安全可靠和高效地工作。

編制程序前，程序編制者需了解所用數(shù)控機床的規(guī)格、性能，CNC系統(tǒng)所具備的功能及編程指令格式等。編制程序時，需先對零件圖紙規(guī)定的技術(shù)特性、零件的幾何開頭尺寸及工藝要求進行分析，確定加工方法、加工路線和工藝參數(shù)，再進行數(shù)值計算獲得刀位數(shù)據(jù)。然后鈄工件的尺寸、刀具運動中心軌道、位移量、切削能數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給量、切削深度等）以及輔助功能（主軸正、反轉(zhuǎn)，冷卻液開、關(guān)等），按數(shù)控機床采用的指令代碼及程序格式，編制出工件的數(shù)控加工程序。程序編制好之后，大都需要控制介質(zhì)，常見的控制介質(zhì)為穿孔紙帶，還有磁盤，磁泡存儲器等。通過控制介質(zhì)將零件加工程序送入控制系統(tǒng)，或由面板通過人機對話將零件加工程序送入CNC控制系統(tǒng)，不僅免去了制備控制介質(zhì)的繁瑣工作，而且提高了程序信息傳遞的速度及可靠性。

6.1.2數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟

數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖紙，進行工藝處理，確定工藝過程；數(shù)學(xué)處理，計算刀具中心運動軌跡，獲得刀位數(shù)據(jù)；編制零件加工程序；制備控制介質(zhì)；校核程序及首件試切。數(shù)控編程一般分為以下幾個步驟（見圖6-1）：

1.分析零件圖樣，進行工藝處理地編程人員首先需對零件的圖紙及技術(shù)要求詳細的分析，明確加工的內(nèi)容及要求。然后，需確定加工方案、加工工藝過程、加工路線、設(shè)計工夾具、選擇刀具以主合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多，數(shù)控編程人員要注意以下幾點：

（1）確定加工方案根據(jù)零件的幾何形狀特點及技術(shù)要求，選擇加工設(shè)備。此時應(yīng)考慮數(shù)控機床使用的合理性及經(jīng)濟性，并充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。

（2）正確地確定零件的裝夾方法及選擇夾具在數(shù)控加工中，應(yīng)特別注意減少輔助時間，使用夾具要加快零件的定位和夾緊過程，夾具的結(jié)構(gòu)大多比較簡單。使用組合夾具有很大的優(yōu)越性，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，標(biāo)準(zhǔn)件可以反復(fù)使用，經(jīng)濟效果好。另外，夾具本身應(yīng)該便于在機床上安裝，便于協(xié)調(diào)零件和機床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。

(3)合理地選擇走刀路線應(yīng)根據(jù)下面的要求選擇走刀路線：1）保證零件的加工精度及表面粗糙度；2）取最佳路線，即盡量縮短走刀路線，養(yǎng)活空行程，提高生產(chǎn)率，并保證安全可靠；3）有利于數(shù)值計算，減少程序段和編程工作量。下面舉例加以說明。

在精鏜孔時，孔的位置精度要求較高，安排走刀路線時，必須避免將坐標(biāo)軸的反向間隙誤差帶入，直接影響孔的位置精度。

切削輪廓零件時，刀具應(yīng)沿工件的切向切入切出，避免徑向切入切出，如果刀具徑向切入，當(dāng)切入后轉(zhuǎn)向輪廓加工時要改變運動方向，此時切削力的大小和方向也將改變并且在工件表面有停留時間，工藝系統(tǒng)將產(chǎn)生彈性變形，在工作表面產(chǎn)生刀痕。如圖6-2a，而切向切入和切出將得到良好的表面粗糙諱莫如深，如圖6-2b。切削內(nèi)、外圓時也應(yīng)按照切向方向切入切出的原則安排走刀路線。

加工空間曲面時，走刀路線如果選擇正確，可極大地提高生產(chǎn)率。例如：加工半橢圓柱面，如沿母線切削，見圖6-3a，即每次走直線，刀位點計算簡單，程序段少。而沒直于軸線方向，見6-3b，切削為一組橢圓，數(shù)控機床一般只具有直線和圓弧插補功能，因此橢圓需用小直線段逼近，刀位點計算復(fù)雜，且程序段多。

（4）正確的選擇對刀點數(shù)控編程時，正確地選擇對刀點是很重要的。"對刀點"就是在數(shù)控加工時，刀具相對工件運動的起點，其選擇也是從這一點開始執(zhí)行，對刀點稱為"程序原點"。編程時，應(yīng)首先選擇對刀點，其選擇原則如下：1）選擇對刀的位置（即程序的起點）應(yīng)使騙程簡單；2）對刀點在機床上容易找正，方便加工；3）加工過程便于檢查；4）引起的加工誤差小。

對刀點可以設(shè)在加工零件上或夾具上或機床上，但必須與零件的定位基準(zhǔn)有確定的關(guān)系。為了提高零件的加工精度，對刀點應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。對于以孔定位的零件。可以取孔的中心作為對刀點。對鼠點不僅僅是程序的起點，而且往往又是程序的終點。因此在生產(chǎn)中，要考慮對刀的重復(fù)精度。對鼠時，應(yīng)使對鼠點與鼠位點重合。所謂鼠位點，是指刀具的定位基準(zhǔn)點。對立銑刀來說是球頭刀的球心；對于車鼠是刀尖；對于鉆頭是鉆尖；為了提高對刀精度可采用千分表或?qū)κ髢x進行找正對刀。

在工藝處理中心須正確確定切削深度和寬度、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度等。切削參數(shù)具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)數(shù)控機床使用說明書、切削原理中規(guī)定的方法并結(jié)合實踐經(jīng)驗加以確定。

（5）合理選擇刀具數(shù)控編程時還需合理正確選擇刀具。根據(jù)工件的材料性能、機床的加工能力、數(shù)控加工工序的類型、切削參數(shù)以及其它與加工有關(guān)的因素來選擇刀具。對刀具的總要求是：安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用度好等。

2.數(shù)學(xué)處理根據(jù)零件的幾何形狀，確定走刀路線及數(shù)控系統(tǒng)的功能，計算出刀具運動的軌跡，得到刀位數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)一般都具有直線與圓弧插補功能。對于由直線、圓弧組成的較簡單的平面零件，只需計算出零件輪廓的相領(lǐng)幾何元素的交點或切點的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標(biāo)值。如果數(shù)控系統(tǒng)無刀補功能，還慶計算鼠具運動的中心軌跡。對于復(fù)雜的零件計算復(fù)雜，例如，對非圓曲線（如漸開線、阿基米德螺旋線等），需要用直線段或圓弧段逼近在滿足中工精度的情況下，計算出曲線各節(jié)點的坐標(biāo)值，對于自由曲線、自由曲面，組合曲面的計算更為復(fù)雜，其算法參見本書騰章節(jié)，一般需用計算楊計算，否則難以完成。

數(shù)控編程中誤差處理亦是一重要問題，數(shù)控編程誤差由三部分組面成：

（1）逼近誤差似的方法逼近零件輪廓時產(chǎn)生的誤差，又稱呈次逼近誤差，它出現(xiàn)在用直線段或圓弧段直接逼近輪廓的情況及由樣條函數(shù)擬合曲線耐，此時亦稱擬合誤差。因所擬合誤差往往難以確定。

（2）插補誤差用樣條函數(shù)擬合零件輪廓后，進行加工時，必須用直線或圓弧段作二次逼近，此時產(chǎn)生的誤差亦稱插補誤差。其誤差根據(jù)零件的加工精度要求確定。

（3）圓整誤差編程中數(shù)據(jù)處理、脈沖當(dāng)量轉(zhuǎn)換、小數(shù)圓整時產(chǎn)生的誤差對空虛誤差的處理要注意否則會產(chǎn)生較大的累積意誤差，從而導(dǎo)致編程誤差增大，應(yīng)采用合理的圓整化方法。

3.編寫零件加工程序在完成上述工藝處理及數(shù)值計算后即可編寫零件加工程序，按照規(guī)定的程序格式的編程指令，逐段寫出零件加呀程序。

4．制備控制介質(zhì)及輸入程序過去大多數(shù)控機床程序的輸入是通過穿孔紙帶控制介質(zhì)實現(xiàn)的?，F(xiàn)在也可通控制面板可直接通迅的方法將程序輸送到數(shù)控系統(tǒng)中。

5．程序檢驗及首件試切準(zhǔn)備好的程序和紙帶必須校驗和試切削，才能正式加工。一般說來，紙帶首先通過穿孔機的穿復(fù)校功能，檢查穿孔是否有誤。然后，將穿孔紙帶上的信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中進行空走刀檢驗。有數(shù)控機床上，過去試驗的方法以筆代替刀具，坐標(biāo)紙代替工件進行空運轉(zhuǎn)畫圖，檢查機床運動軌跡與動作的正確性。現(xiàn)在在具有圖形顯示屏幕的數(shù)控機床上，用顯示走刀軌跡或模擬刀具和工件的切削過程的方法進行檢查更為便。對于復(fù)雜的空間零件，則需使用石蠟、木件進行試切。首件試切不僅可查出程序是否有錯誤，還可知道加工精度是否符合要求。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯誤時，或修改程序單或采取尺寸補償?shù)却胧?。近代，隨著計算機科學(xué)的不斷發(fā)展發(fā)展，可采用先進的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，對數(shù)控序進行檢驗。

6.1.3數(shù)控編程的標(biāo)準(zhǔn)與代碼

為了數(shù)控機床的設(shè)計、制造、維護、使用以及推廣的方便，經(jīng)過多年的不斷實踐與發(fā)展，在數(shù)控編程中所使的輸入代碼、坐標(biāo)位移指令、坐標(biāo)系統(tǒng)命名、加工指令、輔助指令、主運動和進給速度指令、刀具指令及程序格式等都已制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)。但是，各生產(chǎn)廠家使用的代碼、指令等不完全相同，編程時必須遵照使用的具體的機床編程手冊中的規(guī)定。下面對數(shù)控加工中使用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及代碼加以介紹。

1.穿孔紙帶及代碼穿孔紙帶是數(shù)控機床上應(yīng)用較廣的輸入介質(zhì)。在紙帶上利用穿孔的方式記錄著零件加工程序的指令。國際上及我國廣泛使用8單位的穿孔紙帶。穿孔紙帶的編碼國際上采用ISO或EIA標(biāo)準(zhǔn)，兩種代碼的紙帶規(guī)格按照EIARS-227標(biāo)準(zhǔn)制定。我國JB3050-82與其等效，標(biāo)準(zhǔn)穿孔帶規(guī)格見圖6-4，ISO及EIA代碼見表6-1。

由代碼表及紙帶規(guī)格可知，紙帶的每行（排）共有九列孔，其中一列小孔稱為中導(dǎo)孔或同步孔，用來產(chǎn)生讀帶的同步控制信息。其余八列大孔組合來表示數(shù)字、字母或符號。有孔表示二進制的"1"無孔表示為"0"。在ISO標(biāo)準(zhǔn)中，代碼由七位二進制數(shù)和一位偶校驗位組成。每個代碼其也的個數(shù)之和必須為偶數(shù)，即為偶校驗，當(dāng)某個代碼的孔數(shù)為奇數(shù)時，就在該代碼行的第八列上穿一孔，使其總數(shù)為偶數(shù)。EIA標(biāo)準(zhǔn)中，所有的代碼的孔數(shù)必須為奇數(shù)，第五列孔用來補奇。數(shù)控機床的輸入系統(tǒng)中有專門的奇偶校驗電路。當(dāng)輸入的代碼一旦違反ISO或EIA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的奇、偶數(shù)時，控制系統(tǒng)即會發(fā)出錯信息，并命令停機。

ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼為七位編碼，而EIA為六位編碼(不包括奇偶校驗位)，因而ISO代碼數(shù)比EIA我一倍。ISO代碼規(guī)律性強，數(shù)字代碼第五、六列有孔，字第七列的均有孔，符號第七列或第六列均有孔。這些規(guī)律對讀帶及數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計都帶來方便。

2.數(shù)控機床坐標(biāo)系命名為了保證數(shù)控機床的正確運動，避免工作不一致性，簡化編程和便于培訓(xùn)編程人員，統(tǒng)一規(guī)定了數(shù)控頂床坐標(biāo)軸的代碼及其運動的正、負(fù)方向。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)及我國JB3051-82標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控機床的坐標(biāo)軸命名規(guī)定如下：機床的直線運動采用為笛卡爾直角坐標(biāo)系，其坐標(biāo)命名為X、Y、Z、，使用右手定律判定方向，如圖6-5所示。右手的大拇指、食指和中指互相垂直時，則拇指的方向為X坐標(biāo)軸的正方向，食指為Y示軸的正言向，中指為Z坐標(biāo)軸的正方向。以X、Y、Z坐標(biāo)軸線或以與X、Y、Z會標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸線為中中旋轉(zhuǎn)的運動，分別稱為A、B、C。A、B、C的正方向按右手螺旋定律確定。見圖6-7，即當(dāng)右手握緊螺絲時，拇指指向+X、+T、+Z軸正向時，則其余四指方向分別為+A、+B、+C軸的旋轉(zhuǎn)方向。

Z坐標(biāo)的運動傳遞切削力的主軸規(guī)定為Z坐標(biāo)軸。對于銑床、鏜床和攻絲機床來說，轉(zhuǎn)動刀具的軸稱為主軸。而車床、靡床等則以轉(zhuǎn)動工件的稱為主軸。如果，機床上有幾個主軸百，則選其中一個與工件裝夾基面垂直的軸為主軸。當(dāng)朵床沒有主軸時，則選垂直于工件裝卡系。

X坐標(biāo)的運動X坐標(biāo)是水平的，它平行于工件的裝卡面。在工件旋轉(zhuǎn)的機床(如車床、磨床等)，取平行于橫向滑座的方向(工件的徑向)為X坐標(biāo)。因此安裝在橫刀架(橫進給臺上的刀具離開工件旋轉(zhuǎn)軸方向為X正方向上。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機麻煩(例如銑床、鏜床)當(dāng)Z軸為水平時，沿刀具主軸向工件的方向看，向右方向為X軸正方向。

Y坐標(biāo)軸運動Y坐標(biāo)軸垂直于X及Z坐標(biāo)。按右手直角笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)判定其正方向。以上都是取增大工件和刀具遠離工件的方向為正方向。例如鉆、鏜加工，切入工件的方向為Z坐標(biāo)的負(fù)方向。

為了編程的方便，不論數(shù)控機床的具體結(jié)構(gòu)是工件固定不動刀具移動，還是刀具固定不動工件移動，確定坐標(biāo)系時，一律按照刀具相對于工件運動的情況。當(dāng)實際刀具固定不動工件稱動時，工件(相對于刀具)運動的直角坐標(biāo)相應(yīng)為X、Y、Z。但由珠二者是相對運動，盡管實際上是工件運動，仍以刀具相對運動X、Y、Z進行編程，結(jié)果是一樣的。

除了X、Y、Z主要方向的直線運動外，還有其它的與之平行的上線運動，可分別命名為U、V、W坐標(biāo)軸，稱為第二坐標(biāo)系。如果再有，可用P、Q、R表示。如果在旋轉(zhuǎn)運動A、B、C之外，還有其它旋轉(zhuǎn)運動，則可用D、E、F表示。

3.絕對坐標(biāo)與增量坐標(biāo)運動軌跡的坐標(biāo)點以固定的坐標(biāo)原點計量，稱作絕對坐標(biāo)。例如圖6-8所示，A、B點的坐標(biāo)皆以固定點。坐標(biāo)原點計量，其坐標(biāo)值為：XA=30，YA=40，XB=90，YB=95。運動軌跡的終點坐標(biāo)值，以其起點計量的坐標(biāo)稱作增量坐標(biāo)系(或相對坐相系)。常用代碼表中的第二坐標(biāo)系U、V、W分別與X、Y、Z平行且同向。圖6-8B中B點是以起點A為原點建立的U、V坐標(biāo)來計量的，終點B的增量坐標(biāo)為：UB=60，VB=55。

6.1.4數(shù)控編程的指令代碼

在數(shù)控編程中，使用G指令代碼，M指令代碼及F、S、T指令指令描述加工工藝過程和數(shù)控系統(tǒng)的運動特征。數(shù)控機床的啟停、冷卻液開關(guān)等輔助功能以及給出進給速度、主軸轉(zhuǎn)速等。國際上廣泛采用ISO-1056-1975E標(biāo)準(zhǔn)，國家機械工業(yè)部制要了與標(biāo)準(zhǔn)等效的JB3208-83標(biāo)準(zhǔn)用于數(shù)控編程中。其代碼見表6-2及表6-3。

準(zhǔn)備功能指令亦叫"G"指令。它是由勃母"G"和其后2位數(shù)字組成，從G00到G99(見表6-2)。該指令主要是命令數(shù)控機床進行何種運動，為控制系統(tǒng)的插補運算作好準(zhǔn)備。所以一般它們都位于程序段中坐標(biāo)數(shù)字指令的前面。常用的G指令有：

(1)G01-直線插補指令使機床進行兩坐標(biāo)(或三坐標(biāo))聯(lián)動的運動，在各個平面內(nèi)切削出任意余率的直線。

(2)G02、G03-圓弧插補指令G02為順時針圓弧插補指令，G03為逆時針圓站指令。圓弧的順、逆方向可按圖6-9中給出的方向進行判斷。即沿圓弧所在平面(YZ平面)的另一坐標(biāo)的負(fù)方向(即-Y)看去，順時針方向為G02，逆進針方向為G02，逆時針方向為G03。使用圓弧插補指令之前必須應(yīng)用平面選擇指令，指定圓弧插補的平面。

(3)G00--快速點定位指令它命令刀具以點位控制方式從刀具所在點快速移動到下一個目標(biāo)位置。它只是快速定位，而無運動軌跡要求。

(4)G17、G18、G19-坐標(biāo)平面選擇指令G17指定零件進行XY平面上的加工，G18、G19分別為YZ、ZX平面上的加工。這些指令在進行圓弧插補，刀具補償時必須使用。

表6-3輔助功能M代碼

(5)G40、G41、G42-刀具半徑補償指令數(shù)控裝置大都具有刀具半徑補償功能，為編程提供了方便。當(dāng)銑削零件輪廓時，不需計算刀具中心運動軌跡。而只需按零件輪廓編程，使用刀具半徑補償指令，并在控制面板上使用刀具撥碼盤或鍵盤人工輸入刀具半徑，數(shù)控裝置便以自動地計算出刀具中心軌跡，并按刀具中心軌跡運動。當(dāng)?shù)毒吣p或刀具重磨后，刀具半徑變小，只需手工輸入改變后的刀具半徑，而不修改已編好的序或紙帶。在用同一把刀具進行粗、精加工時，設(shè)精加工余量為，則粗加工的補償量為，而精加工的補償量改為r即可。

G41和G42分別輥為左(右)偏刀具襝指令，即沿刀具前進方向看(假設(shè)工件不動)，刀具位于零件的左(右)側(cè)時刀具半徑補償。

F40為刀具半徑補償撤消指令。使用該指令后使G41、G42指令無效。

(6)G90、G91--絕對坐標(biāo)尺雨及增量坐標(biāo)尺寸編程指令G90表示程序輸入的坐標(biāo)值按絕對坐標(biāo)值??；G91表示程序段的坐標(biāo)值按增量坐標(biāo)值取。

輔助功能指令亦稱"M"它是由字母"M"和其后的兩位靈敏字組成，從M00到M99共100種，見表6-3。這些指令與數(shù)控系統(tǒng)的插補運算無關(guān)，主要是為了數(shù)控加工、機床操作而設(shè)定的工藝性指令及輔助功能，是數(shù)控編程必不可少的，常用的輔助功能指令如下：

(1)M00--程序集止完成該程序段的其它功能后，主軸、進給、冷卻液送進都停止。此時可執(zhí)行某一手動操作，如工件調(diào)頭、手動變速等，如果再重新按下控制而板上的循環(huán)啟動按鈕，繼續(xù)執(zhí)行下一程序段。

(2)M01--任選停止該指令與M00相類似。所不同的是，必須在操作面板上予先撳下"任選停止"按鈕，才能使程序停止，否則M01將不起作用。當(dāng)零件加工時間較長，或在加工過程中需要停機檢查、測量關(guān)鍵部位以及交換班等情況時，使用該指令很方便。