苏哥战地4:数控加工编程的概念+

一、数控编程的方法
1、手工编程
手工编程是指在编程的过程中，全部或主要由人工进行。对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零件，采用手工编程较简单、经济、效率高。
2、自动编程（APT语言）
为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（Automatically Programmed Tool）。是编程人员根据零件图纸要求用一种直观易懂的编程语言（包括几何、工艺等语句定义）手工编写一个简短的零件源程序，然后输给计算机，计算机经过翻译处理和刀具运动轨迹处理，再经过后置处理，自动生成数控系统可以识别的加工程序。由此可见，APT语言不能直接控制机床。APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削数据库管理系统)和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。
采用APT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。
针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为CATIA。随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。
APT语言格式举例：
点的定义：P=POINT/10，20，15；直线的定义：L＝LINE/16，8，0，16，32，0。
机床主轴转数及旋转方向的定义：SPINDL/n，CLW
轮廓加工的外容差和内容差的定义：OUTTOL/τ      INTOL/τ
刀具起始点为P：From/P；
刀具从P点以最短距离运动向L运动，直至与L相切：GO/TO，L

这里用“语言”编写的源程序和手工编程的加工程序有本质差别:手工编程的加工程序可直接控制数控机床进行零件加工;自动编程的源程序要经编译处理后才可被数控机床接受.

3、CAD/CAM 采用人机交互功能的计算机图形显示器，在图形显示系统软件和图像    3、CAD/CAM
采用人机交互功能的计算机图形显示器，在图形显示系统软件和图像编程应用软件的支持下，只要给出一些必要的工艺参数，发出相应的命令或“指点”菜单，然后根据应用软件提示的操作步骤，实时“指点”被加工零件的图形元素，就能得到零件的各轮廓点的位置坐标值，并立即在图像显示屏上显示出刀具加工轨迹，再连接适当的后置处理程序，就能输出数控加工程序单。这种编程方法称为计算机图像数控编程(Computer Graphics Aided NC Programming)，简称图像编程。
图像编程是目前主要的自动编程方式，国内外图形交互自动编程软件的很多，流行的集成CAD/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing ）系统大都具有图形自动编程功能。以下是目前市面上流行的几种CAD/CAM系统软件：
（1）Pro/Engineer（简称Pro-E）软件。 Pro-E是美国PTC公司开发的机械设计自动化软件，也是最早实现参数化技术商品化的软件，在全球拥有广泛影响须我国也是使用最为广泛的CAD/CAM软件之一。
（2）UG软件。 UG是美国EDS公司的产品，多年来，该软件汇集了美国航空航天，以及汽车工业丰富的设计经验，发展成为一个世界一流的集成化CAD/CAE/CAM系统，在世界和我国都占有重要的市场份额。
（3）Solidworks软件。 Solidworks公司的CAD/CAM系统从一开始就是面向微机系统，并基于窗口风格设计的，同时它采用了著名的Parasolid为造型引擎，因此该系统的性能先进，主要功能几乎可以和上述大型CAD/CAM系统相媲美。
（4）MasterCAM软件。 MasterCAM是美国CNC Software NC 公司研制开发的一套PC级套装软件，可以在一般的计算机上运行。它既可以设计绘制所要加工的零件，也可以产生加工这个零件的数控程序，还可以将AutoCAD、CADKEY、SolidWorks等CAD软件绘制的图形调入到MasterCAM中进行数控编程。该软件简单实用。
（5）Catia软件。
（5）国内市场信誉较好的CAD/CAM软件有北航海尔软件有限公司开发CAXA 和广州红地公司推出的金银花系统。
4、语音编程 
语音数控自动编程是利用人的声音作为输入信息，并与计算机和显示器直接对话，令计算机编出加工程序的一种方法。语音编程系统的构成，如图2-1所示。编程时，程编员只需对着话筒讲出所需的指令即可。编程前应使系统“熟悉” 编程员的“声音”，即首次使用该系统时，编程员必须对着话筒讲该系统约定的各种词汇和数字，让系统记录下来并转换成计算机可以接受的数字指令。

5、视觉系统编程 
采用计算机视觉系统来自动阅读、理解图样，由程编员在编辑过程中实时给定起刀点、下刀点和退刀点，然后自动计算出刀位点的有关坐标值，并经后置处理，最后输出数控加工的程序单。视觉系统编程首先由图样扫描器（常用的CCD传感器扫描器和扫描鼓两种）扫描图样，取得一幅图像，对该图像进行预处理是为了校正图像的几何畸变和灰度畸变，并将它转化为易处理的二值图像，同时作断口校正、几何交点部分检测、细线化处理，以消除输入部分分辨率的影响；然后分离并识别图样上的文字、符号、线划等元素，并记忆它们之间的关系，对线划还需进行矢量化处理，并用直线或曲线拟合，得到端点和分支点；将这些信息综合处理，确定图样中每条线的意义及其尺寸大小，最后作编辑处理及刀位点坐标计算。再连接适当的后置处理，就能输出数控加工程序单。视觉系统在编程时不需要零件源程序和编程员，只要事先输入工艺参数即可，操作简单，能直接与CAD的数据相连接，实现高度自动化。
下面主要讲解手工编程方法。手工编程方法步骤:分析工件的零件图及技术要求，确定工艺路线，计算刀具轨迹坐标，用数控代码编程。
二、程序代码
国际标准化组织ISO(international standard organization)
美国电子工业协会EIA(electronic industries association)
国际上通用的数控代码有ISO、EIA两种。穿孔纸带的系统已过时。
三、程序结构
A、加工程序由若干个程序段组成。
B、程序段由一个或若干个指令字组成，字是数控程序的最小单位。
C、每个指令字由地址符和数字组成（字―地址结构），代表机床的一个位置或一个动作。地址符由字母组成，每个字母、数字、符号（正负号）称为字符。
D、程序的起始符：%
E、程序结束符：M02或M30。
F、每一行程序以分号结尾。
G、注释符：括号“（）”内或分号“；”后的内容为注释文字。

表2-1 程序段结构

字

字

字

地址

数值

地址

数值

地址

数值

例如

G 01

Z 40

F 500

注释

直线插补

Z轴位移或终点位置40mm

进给速度
500mm/min

具体要求：
1、程序名：
格式：O _ _ _ _
说明：
1) ‘O’：文件名首字母，如‘O001，O002’；
2) O1、O01、O001、O0001等价；
3) 范围O1～O7999 用户区
O8000～O8999 用户区（加密、加锁）
O9000～O9999 扩展区（厂方修改）
2、顺序号 （标识作用）
格式：N _ _ _ _ (注释)
说明：

范围：N1～N9999

N1、N01、N001、N0001等价

3、准备功能（简称G功能）：由地址符‘G’和两位数字组成，G01，G02等等，G功能的代号已标准化。
4、尺寸字（坐标字）：由坐标地址符和数字组成，各组数字必须有作为地址代码的字母开
头。

X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；

A、B、C、D、E；

I、J、K。

其中， X50.

X50.0 在相对坐标编程时，都表示沿X轴移动50mm
X50000
5、进给功能字：F，由进给地址符和数字组成，单位一般为‘mm/min’或‘mm/r’
F指令表示刀具中心运动时的进给速度。由F和其后的若干数字组成。数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。具体内容见所用机床的编程说明书。
注意事项如下：
1）当编写程序时，第一次遇到直线（G01）或圆弧（G02/G03）插补指令时，必须编写进给率F，如果没有编写F功能，CNC采用F0。当工作在快速定位（G00）方式时，机床将以通过机床轴参数设定的快速进给率移动，与编写的F指令无关。
2）F指令为模态指令，实际进给率可以通过CNC操作面板上的进给倍率旋钮，在0～120%之间调整。
6、主轴转速功能字：S，由主轴地址符和数字组成，单位为‘r/min’
S指令表示机床主轴的转速。由S和其后的若干数字组成，其表示方法有以下三种：
①转速
S表示主轴转速，单位为r/min。如S1000表示主轴转速为1000r/min。
②线速
在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为m/min。如S60表示切削点的线速度恒定为60 m/min。
③代码
用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直接表示转速或线速的数值，而只是主轴速度的代号。如某机床用S00～S99表示100种转速，S40表示主轴转速为1200r/min， S41表示主轴转速为1230r/min，S00表示主轴转速为0r/min，S99表示最高转速。
7、刀具功能字：T, 由刀具地址符和数字组成，数字表示刀具库中刀具号。
刀具和刀具参数的选择是数控编程的重要内容，其编程格式因数控系统不同而异，主要格式有以下两种：
①采用T指令编程
由T和数字组成。有T××和T××××两种格式，数字的位数由所用数控系统决定，T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。
例如：T04表示选择4号刀；T0404表示选择4号刀，4号偏置值；T0400表示选择第4号刀，刀具偏置取消。
②采用T、D指令编程
利用T功能选择刀具，利用D功能选择相关的刀偏。
在定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。T和D可以编写在一起，也可以单独编写，例如：T4 D04表示选择4号刀，采用刀具偏置表第4号的偏置尺寸；D12表示仍用4号刀，采用刀具偏置表第12号的偏置尺寸；T2表示选择2号刀，采用与该刀具相关的刀具偏置尺寸。
8、辅助功能字：M，由辅助操作地址符和两位数字组成。M功能的代码已标准化。
M指令是控制数控机床“开、关”功能的指令，主要用于完成加工操作时的辅助动作。
M 功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。
● 非模态M功能（当段有效代码）：只在书写了该代码的程序段中有效；
● 模态M功能（续效代码）：一组可相互注销的 M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。如：M02或M30 、M03、M04、M05 等。
模态 M功能组中包含一个缺省功能，系统上电时将被初始化为该功能。
M 功能还可分为前作用 M 功能和后作用 M 功能二类。
● 前作用 M 功能：在程序段编制的轴运动之前执行；
● 后作用 M 功能：在程序段编制的轴运动之后执行。
M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是 CNC内定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，也就是说，与PLC程序无关；其余 M 代码用于机床各种辅助功能的开关动作，其功能不由CNC内定，而是由 PLC程序指定，所以有可能因机床制造商不同而有差异（ 使用时须参考机床使用说明书）。
常用的M指令功能及其应用如下：
（1）程序停止
指令：M00
功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行重新开始。
（对于Fanuc系统，M00为程序无条件暂停指令。程序执行到此进给停止，主轴停转。重新启动程序，必须先回到JOG状态下，按下CW（主轴正转）启动主轴，接着返回AUTO状态下，按下START键才能启动程序。）
（2）程序计划停止
指令：M01
功能：与M00类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置1时，这个代码才有效。
M00和M01常常用于加工中途工件尺寸的检验或排屑。
（3）主轴正转、反转、停止
指令：M03、M04、M05
功能：M03、M04指令可使主轴正、反转。与同段程序其它指令一起开始执行。M05指令可使主轴在该程序段其它指令执行完成后停转。
格式：M03S
M04S
M05
说明：数控机床的主轴转向的判断方法是，对于铣床而言，沿－Z方向看(从主轴头向工作台看)，顺时针方向旋转为正转，逆时针方向旋转为反转。对于车床，沿着＋Z方向看（从主轴向尾座看），顺时针方向旋转为正转，逆时针方向旋转为反转。
（4）换刀
指令：M06
功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机床，如加工中心、数控车床。
格式：M06T
说明：当数控系统不同时，换刀的编程格式有所不同，具体编程时应参考操作说明书。
（5）程序结束
指令：M02或M30
功能：
1)M02为主程序结束指令。执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关闭。但程序光标停在程序末尾。
2)M30为主程序结束指令。功能同M02，不同之处是，光标返回程序头位置，不管M30后是否还有其他程序段。
说明：该指令必须编在最后一个程序段中。
对于BEIJING-FANUC 0i系统，一般情况下，在一个程序段中仅能指定一个M代码。但是，设定参数No.3404#7（M3B）=1时，在一个程序段中一次最多可以指定三个M代码。

%
O0001
N0001G90G54G00X0Y0Z100.0S300M03；
N0002G00X0Y-50.0；
N0003G01Z-50.0F100；
N0004X100.0；
N0005Y50.0；
N0006X-100.0；
N0007Y-50.0；
N0008X0；
N0009Z100.0；
N0010Y0M05；
N0011M30；