一个简单零件的程序设计举例

1.3.1　数控编程概念

　　数控机床通过采集各种工艺参数后，选择合理的参数编写程序指令，从而进行数控加工。同一张零件图纸，用 普通机床加工，操作者的生产经验就起着重要作用；而使用数控机床加工，针对该零件的加工程序必不可少。由于程序设计时要考虑到加工过程中遇到的许多工艺问 题，所以编程人员要掌握所有的加工方法和工艺参数。首先，要确定零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具位移轨迹、主轴转速、切削用量等，以及一些辅助功能， 如换刀、主轴正反转、切削液控制等按照不同数控机床系统的指令代码和格式写成程序清单，然后，直接或用文本格式通过计算机输入到机床的数控装置中，数控机 床会自动地对被加工零件进行加工。

　　一个合格零件与编程等其他方面的关系。

　　同时，编程人员还要掌握不同型号数控机床编程中的不同要求，如机床性能、代码符号规定、面板按钮功能等。这些内容在以后章节中再做详细描述。

　　1.3.2　工件坐标系与机床坐标系

　 　数控机床通常以直线和旋转的形式执行加工操作，不同的机床制造厂家生产的数控机床的实际运动形式是不一样的。如数控车床主要是对回转体零件进行加工，X 轴、Z轴方向的运动是在水平面内运动实现的。M是机床坐标系的原点，它是在机床生产时就已经确定了的。图中Z轴沿着主轴轴线，正方向为离开工件向右；X轴 垂直Z轴向外，从俯视图看，X轴和Z轴都在水平面内。

　　W是被加工零件程序设计的坐标系原点（或称工件坐标系原点），它是根据被加工零 件的形状确定的。一般情况下，在数控车床上加工零件时，程序设计的坐标系原点设在工件右端面的中心。数控车床原点在M点，即卡盘中心，工件原点在W点，即 工件右端面中心点。是数控铣床加工，其中，M是数控铣床坐标系的原点，它也是在机床生产时就已经确定了的。W是被加工零件程序设计的坐标系原点，一般情况 下，在数控铣床上加工时，工件原点设在工件面的中心。

　　对于数控铣床或加工中心，其机床原点和工件原点（或称为编程原点）也往往不在同 一点上。一般而言，机床原点是固定的，是在机床设计制造时确定下来的，而工件原点要根据工件不同的形状而有所不同。工件在这些机床上的坐标通常用X、Y、 Z三个方向表示。可用右手法则表示之。

　　按照相关国标，X、Y、Z各直线坐标及其正方向内容有：

　　①机床直线坐标系可按右手法则判定，即机床某一运动部件的正方向，规定为增大工件与刀具之间距离的方向。

　　②Z轴方向为传递切削动力的主轴的运动方向，与主轴轴线平行的标准坐标轴即Z轴。

　　③X轴是水平的，平行于工件装夹面，是刀具或工件定位平行面内运动的主要坐标。如车床、磨床等，X轴垂直轴线，沿着径向朝着操作者是正方向；对于数控铣床或加工中心，X轴正方向确定为在操作者面前向右。

　　④Y坐标的方向根据X和Z的运动方向，按照右手标准直角坐标系确定。

　　数控机床坐标系要根据数控机床的形式确定。对于多轴联动的数控机床，还要考虑旋转坐标系，旋转运动A、B、C对应X、Y、Z轴，A、B、C各旋转轴的正向按右手旋螺纹判定。

　　1.3.3　一个简单零件的程序设计举例

　 　一个完整的加工程序通常由一个主程序和若干子程序组成。每一个程序又都是由若干条程序段组成，每一个程序分为三个部分，即程序开始部分、程序内容部分和 程序结束部分。程序名首字符必须使用字母。SIEMENS系统（德国西门子公司开发，中国代理在南京）和FANUC系统（日本富士通公司开发，中国代理在 北京）规定，首字符为O或P；有些系统使用%作为首字符。首字符后是4～16位表示程序号的数值。

　　程序内容是整个程序的核心部分。其 中的程序段由顺序号和若干程序字组成。顺序号为大写字母N加若干数字，顺序号也可以不写。程序字由地址字和数值字组成。如程序段 N0010T0101：N0010是顺序号；T0101是程序字，其中T为地址字，0101是数值字。再如另一程序段 N0150G0X100Z150：N0150是顺序号；G0X100Z150中G、X、Z是不同的地址字，而G0、X100、Z150分别是代表不同含义 的程序字。

　　地址字是大写英文字母，分为尺寸地址字和非尺寸地址字。表示尺寸地址字的有X、Y、Z、U、V、W、I、J、K、R等共18个字母；非尺寸地址字有N、G、F、S、T、M、L、O等8个字母。

　　不同的系统对地址字的描述稍有不同，国际标准化组织有相应的规定。

　　下面通过一个简单零件的加工实例来对数控加工程序设计做一个简要概述。

　　例　是数控车床上一个待加工的零件。其程序设计的坐标系原点在工件右端面的中心。试分别用SIEMENS数控系统和FANUC数控系统编制其加工程序，设数控机床为前置刀架。

　　从以上加工同一个零件而使用的不同加工程序可以看出，无论什么系统的数控机床，其程序结构总是由三部分组成。

　　①程序名：如SIEMENS系统的主程序名为EX001.MPF，子程序名为EX001.SPF；FANUC数控系统加工程序名为O0001。

　　②程序主体：这是加工程序的主要部分。

　　③程序结束语句：如SIEMENS系统的M2和FANUC数控系统的N130　M05、N140　M30。

　　程序名由字符和数字组成，其中第一位应是字符而不能使用数字，如EX001.MPF、EX001.SPF和O0001等。使用什么字符要视不同的数控系统而定。例如在SIEMENS系统中，“.MPF”表示主程序，“.SPF”表示子程序。

　　程序主体由许多语句组成，有的数控系统要求每条语句前有语句序号，如FANUC系统中的N010、N020、N030……。语句序号有利于子程序的调用，使程序结构清晰，也有利于修改和编辑。

　　程序结束语句对于不同的数控系统有不同的要求。例如，SIEMENS系统用M02（M2），FANUC系统用M30。

　　程序由若干条语句组成，语句又由数条指令组成，一个指令也称作字。字分为准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴转速功能字、刀具功能字、辅助功能字等。

　　例如上例中的语句：N020　G0　X41.Z0.5　S500　M3。

　　其中，N020是程序中的语句序号或程序序号，也叫一个字。N是地址码，020是语句号。

　　G0是准备功能字。G是地址码，后面可跟00～99中不同数字构成共100种不同的准备功能指令。

　　X41.和Z0.5是尺寸字。X、Z是地址码。后跟目的坐标值，要考虑“+”“-”之分和数字后加小数点（FANUC数控系统）。

　　S500是主轴转速功能字。S是地址码，后跟主轴转速值，单位是r/min。

　　M3是辅助功能字。M是地址码，后面可跟00～99中不同数字构成共100种不同的辅助功能指令。

　 　G和M是两个重要的地址码，它们和其后的数字构成许多不同的准备功能字指令和辅助功能字指令。X、Y、Z和其后的数字构成的尺寸字直接与被加工零件的尺 寸形状、精度指标、表面粗糙度等有关。F和S及其后数字构成的刀架进给功能字和主轴转速功能字以及刀具功能字都和加工时的工艺参数有关。