數控加工編程的概念

一、數控編程的方法 1、手工編程 手工編程是指在編程的過程中，全部或主要由人工進行。對於加工形狀簡單、計算量小、程序不多的零件，採用手工編程較簡單、經濟、效率高。 2、自動編程（APT語言） 為了解決數控加工中的程序編製問題，50年代，MIT設計了一種專門用於機械零件數控加工程序編製的語言，稱為APT（Automatically Programmed Tool）。是編程人員根據零件圖紙要求用一種直觀易懂的編程語言（包括幾何、工藝等語句定義）手工編寫一個簡短的零件源程序，然後輸給計算機，計算機經過翻譯處理和刀具運動軌跡處理，再經過後置處理，自動生成數控系統可以識別的加工程序。由此可見，APT語言不能直接控制機床。APT幾經發展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（演算法改進，增加多坐標曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削資料庫管理系統)和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進版。 採用APT語言編製數控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優點，使數控加工編程從面向機床指令的「彙編語言」級，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：採用語言定義零件幾何形狀，難以描述複雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段；難以和CAD資料庫和CAPP系統有效連接；不容易作到高度的自動化，集成化。 針對APT語言的缺點，1978年，法國達索飛機公司開始開發集三維設計、分析、NC加工一體化的系統，稱為CATIA。隨後很快出現了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統，這些系統都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設計、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的模擬顯示、驗證等問題，推動了CAD和CAM向一體化方向發展。 APT語言格式舉例： 點的定義：P=POINT/10，20，15；直線的定義：L＝LINE/16，8，0，16，32，0。 機床主軸轉數及旋轉方向的定義：SPINDL/n，CLW 輪廓加工的外容差和內容差的定義：OUTTOL/τ INTOL/τ 刀具起始點為P：From/P； 刀具從P點以最短距離運動向L運動，直至與L相切：GO/TO，L

這裡用「語言」編寫的源程序和手工編程的加工程序有本質差別:手工編程的加工程序可直接控制數控機床進行零件加工;自動編程的源程序要經編譯處理後才可被數控機床接受.

3、CAD/CAM 採用人機交互功能的計算機圖形顯示器，在圖形顯示系統軟體和圖像 3、CAD/CAM採用人機交互功能的計算機圖形顯示器，在圖形顯示系統軟體和圖像編程應用軟體的支持下，只要給出一些必要的工藝參數，發出相應的命令或「指點」菜單，然後根據應用軟體提示的操作步驟，實時「指點」被加工零件的圖形元素，就能得到零件的各輪廓點的位置坐標值，並立即在圖像顯示屏上顯示出刀具加工軌跡，再連接適當的後置處理程序，就能輸出數控加工程序單。這種編程方法稱為計算機圖像數控編程(ComputerGraphicsAidedNCProgramming)，簡稱圖像編程。 圖像編程是目前主要的自動編程方式，國內外圖形交互自動編程軟體的很多，流行的集成CAD/CAM（ComputerAidedDesign/Computer Aided Manufacturing ）系統大都具有圖形自動編程功能。以下是目前市面上流行的幾種CAD/CAM系統軟體： （1）Pro/Engineer（簡稱Pro-E）軟體。 Pro-E是美國PTC公司開發的機械設計自動化軟體，也是最早實現參數化技術商品化的軟體，在全球擁有廣泛影響須我國也是使用最為廣泛的CAD/CAM軟體之一。 （2）UG軟體。 UG是美國EDS公司的產品，多年來，該軟體彙集了美國航空航天，以及汽車工業豐富的設計經驗，發展成為一個世界一流的集成化CAD/CAE/CAM系統，在世界和我國都佔有重要的市場份額。 （3）Solidworks軟體。Solidworks公司的CAD/CAM系統從一開始就是面向微機系統，並基於窗口風格設計的，同時它採用了著名的Parasolid為造型引擎，因此該系統的性能先進，主要功能幾乎可以和上述大型CAD/CAM系統相媲美。 （4）MasterCAM軟體。MasterCAM是美國CNCSoftwareNC 公司研製開發的一套PC級套裝軟體，可以在一般的計算機上運行。它既可以設計繪製所要加工的零件，也可以產生加工這個零件的數控程序，還可以將AutoCAD、CADKEY、SolidWorks等CAD軟體繪製的圖形調入到MasterCAM中進行數控編程。該軟體簡單實用。 （5）Catia軟體。 （5）國內市場信譽較好的CAD/CAM軟體有北航海爾軟體有限公司開發CAXA 和廣州紅地公司推出的金銀花系統。 4、語音編程語音數控自動編程是利用人的聲音作為輸入信息，並與計算機和顯示器直接對話，令計算機編出加工程序的一種方法。語音編程系統的構成，如圖2-1所示。編程時，程編員只需對著話筒講出所需的指令即可。編程前應使系統「熟悉」 編程員的「聲音」，即首次使用該系統時，編程員必須對著話筒講該系統約定的各種辭彙和數字，讓系統記錄下來並轉換成計算機可以接受的數字指令。

5、視覺系統編程採用計算機視覺系統來自動閱讀、理解圖樣，由程編員在編輯過程中實時給定起刀點、下刀點和退刀點，然後自動計算出刀位點的有關坐標值，並經後置處理，最後輸出數控加工的程序單。視覺系統編程首先由圖樣掃描器（常用的CCD感測器掃描器和掃描鼓兩種）掃描圖樣，取得一幅圖像，對該圖像進行預處理是為了校正圖像的幾何畸變和灰度畸變，並將它轉化為易處理的二值圖像，同時作斷口校正、幾何交點部分檢測、細線化處理，以消除輸入部分解析度的影響；然後分離並識別圖樣上的文字、符號、線劃等元素，並記憶它們之間的關係，對線劃還需進行矢量化處理，並用直線或曲線擬合，得到端點和分支點；將這些信息綜合處理，確定圖樣中每條線的意義及其尺寸大小，最後作編輯處理及刀位點坐標計算。再連接適當的後置處理，就能輸出數控加工程序單。視覺系統在編程時不需要零件源程序和編程員，只要事先輸入工藝參數即可，操作簡單，能直接與CAD的數據相連接，實現高度自動化。 下面主要講解手工編程方法。手工編程方法步驟:分析工件的零件圖及技術要求，確定工藝路線，計算刀具軌跡坐標，用數控代碼編程。 二、程序代碼 國際標準化組織ISO(international standard organization)美國電子工業協會EIA(electronic industries association)國際上通用的數控代碼有ISO、EIA兩種。穿孔紙帶的系統已過時。 三、程序結構 A、加工程序由若干個程序段組成。 B、程序段由一個或若干個指令字組成，字是數控程序的最小單位。 C、每個指令字由地址符和數字組成（字―地址結構），代表機床的一個位置或一個動作。地址符由字母組成，每個字母、數字、符號（正負號）稱為字元。 D、程序的起始符：%E、程序結束符：M02或M30。 F、每一行程序以分號結尾。 G、注釋符：括弧「（）」內或分號「；」後的內容為注釋文字。

表2-1 程序段結構

字

字

字

地址

數值

地址

數值

地址

數值

例如

G01

Z40

F500

注釋

直線插補

Z軸位移或終點位置40mm

進給速度 500mm/min

具體要求： 1、程序名： 格式：O _ _ _ _說明： 1) 『O』：文件名首字母，如『O001，O002』；2)O1、O01、O001、O0001等價； 3)範圍O1～O7999用戶區 O8000～O8999用戶區（加密、加鎖） O9000～O9999擴展區（廠方修改） 2、順序號 （標識作用） 格式：N _ _ _ _ (注釋)說明：

範圍：N1～N9999

N1、N01、N001、N0001等價

3、準備功能（簡稱G功能）：由地址符『G』和兩位數字組成，G01，G02等等，G功能的代號已標準化。 4、尺寸字（坐標字）：由坐標地址符和數字組成，各組數字必須有作為地址代碼的字母開 頭。

X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；

A、B、C、D、E；

I、J、K。

其中， X50.

X50.0在相對坐標編程時，都表示沿X軸移動50mm X50000 5、進給功能字：F，由進給地址符和數字組成，單位一般為『mm/min』或『mm/r』 F指令表示刀具中心運動時的進給速度。由F和其後的若干數字組成。數字的單位取決於每個系統所採用的進給速度的指定方法。具體內容見所用機床的編程說明書。 注意事項如下： 1）當編寫程序時，第一次遇到直線（G01）或圓弧（G02/G03）插補指令時，必須編寫進給率F，如果沒有編寫F功能，CNC採用F0。當工作在快速定位（G00）方式時，機床將以通過機床軸參數設定的快速進給率移動，與編寫的F指令無關。 2）F指令為模態指令，實際進給率可以通過CNC操作面板上的進給倍率旋鈕，在0～120%之間調整。 6、主軸轉速功能字：S，由主軸地址符和數字組成，單位為『r/min』 S指令表示機床主軸的轉速。由S和其後的若干數字組成，其表示方法有以下三種： ①轉速 S表示主軸轉速，單位為r/min。如S1000表示主軸轉速為1000r/min。 ②線速 在恆線速狀態下，S表示切削點的線速度，單位為m/min。如S60表示切削點的線速度恆定為60 m/min。 ③代碼 用代碼表示主軸速度時，S後面的數字不直接表示轉速或線速的數值，而只是主軸速度的代號。如某機床用S00～S99表示100種轉速，S40表示主軸轉速為1200r/min， S41表示主軸轉速為1230r/min，S00表示主軸轉速為0r/min，S99表示最高轉速。 7、刀具功能字：T, 由刀具地址符和數字組成，數字表示刀具庫中刀具號。 刀具和刀具參數的選擇是數控編程的重要內容，其編程格式因數控系統不同而異，主要格式有以下兩種： ①採用T指令編程 由T和數字組成。有T××和T××××兩種格式，數字的位數由所用數控系統決定，T後面的數字用來指定刀具號和刀具補償號。 例如：T04表示選擇4號刀；T0404表示選擇4號刀，4號偏置值；T0400表示選擇第4號刀，刀具偏置取消。 ②採用T、D指令編程 利用T功能選擇刀具，利用D功能選擇相關的刀偏。 在定義這兩個參數時，其編程的順序為T、D。T和D可以編寫在一起，也可以單獨編寫，例如：T4 D04表示選擇4號刀，採用刀具偏置表第4號的偏置尺寸；D12表示仍用4號刀，採用刀具偏置表第12號的偏置尺寸；T2表示選擇2號刀，採用與該刀具相關的刀具偏置尺寸。 8、輔助功能字：M，由輔助操作地址符和兩位數字組成。M功能的代碼已標準化。 M指令是控制數控機床「開、關」功能的指令，主要用於完成加工操作時的輔助動作。 M 功能有非模態M功能和模態M功能二種形式。 ●非模態M功能（當段有效代碼）：只在書寫了該代碼的程序段中有效； ●模態M功能（續效代碼）：一組可相互註銷的 M功能，這些功能在被同一組的另一個功能註銷前一直有效。如：M02或M30 、M03、M04、M05 等。 模態 M功能組中包含一個預設功能，系統上電時將被初始化為該功能。 M 功能還可分為前作用 M 功能和後作用 M 功能二類。 ●前作用 M 功能：在程序段編製的軸運動之前執行； ●後作用 M 功能：在程序段編製的軸運動之後執行。 M00、M02、M30、M98、M99用於控制零件程序的走向，是 CNC內定的輔助功能，不由機床製造商設計決定，也就是說，與PLC程序無關；其餘 M 代碼用於機床各種輔助功能的開關動作，其功能不由CNC內定，而是由 PLC程序指定，所以有可能因機床製造商不同而有差異（ 使用時須參考機床使用說明書）。 常用的M指令功能及其應用如下： （1）程序停止 指令：M00功能：執行完包含M00的程序段後，機床停止自動運行，此時所有存在的模態信息保持不變，用循環啟動使自動運行重新開始。 （對於Fanuc系統，M00為程序無條件暫停指令。程序執行到此進給停止，主軸停轉。重新啟動程序，必須先回到JOG狀態下，按下CW（主軸正轉）啟動主軸，接著返回AUTO狀態下，按下START鍵才能啟動程序。） （2）程序計劃停止 指令：M01功能：與M00類似，執行完包含M01的程序段後，機床停止自動運行，只是當機床操作面板上的任選停機的開關置1時，這個代碼才有效。 M00和M01常常用於加工中途工件尺寸的檢驗或排屑。（3）主軸正轉、反轉、停止 指令：M03、M04、M05功能：M03、M04指令可使主軸正、反轉。與同段程序其它指令一起開始執行。M05指令可使主軸在該程序段其它指令執行完成後停轉。 格式：M03S M04SM05說明：數控機床的主軸轉向的判斷方法是，對於銑床而言，沿－Z方向看(從主軸頭向工作台看)，順時針方向旋轉為正轉，逆時針方向旋轉為反轉。對於車床，沿著＋Z方向看（從主軸向尾座看），順時針方向旋轉為正轉，逆時針方向旋轉為反轉。 （4）換刀 指令：M06功能：自動換刀。用於具有自動換刀裝置的機床，如加工中心、數控車床。 格式：M06T 說明：當數控系統不同時，換刀的編程格式有所不同，具體編程時應參考操作說明書。 （5）程序結束 指令：M02或M30功能： 1)M02為主程序結束指令。執行到此指令，進給停止，主軸停止，冷卻液關閉。但程序游標停在程序末尾。2)M30為主程序結束指令。功能同M02，不同之處是，游標返回程序頭位置，不管M30後是否還有其他程序段。 說明：該指令必須編在最後一個程序段中。 對於BEIJING-FANUC 0i系統，一般情況下，在一個程序段中僅能指定一個M代碼。但是，設定參數No.3404#7（M3B）=1時，在一個程序段中一次最多可以指定三個M代碼。

%O0001N0001G90G54G00X0Y0Z100.0S300M03；N0002G00X0Y-50.0；N0003G01Z-50.0F100；N0004X100.0；N0005Y50.0；N0006X-100.0；N0007Y-50.0；N0008X0；N0009Z100.0；N0010Y0M05；N0011M30；