CNC操机编程宝典

1、cnc 铣床基本介绍cnc 铣床如图 1 所示。因无自动刀具交换装置( atc , automatic toos changer ) 及刀具库，故必须用手动方式换刀。所示为立式综合切削中心机。图3 所示为卧式综合切削中心机。综合切削中心机( mc , machine center ) 因具备 atc 及刀具库，故可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时再下指令，由atc 自动换刀。所以 综合切削中心机即cnc 铣床加上 atc 及刀具库。图卧式综合切削中心机刀具库有二种：圆盘型，如图4 所示。链条型，如图5 所示。圆盘型刀具库用于刀具数目较少者，且换刀方式大都采用无臂式的换刀，换刀速度较慢

2、，但故障率较少。键条型刀具库用于刀具数目较多者， 且换刀方式大都采用有臂式的换刀，换刀速度较快。 有臂式的换刀臂如图6所示。综合切削中心机为了减少装置工件的时间，大型工件常使用自动梭台交换装置（apc，automatic pallete changer ） ；如图 7 所示；小型工件可用机械手(robot) 上下工件。如图 8 所示。图链条型刀具库图有臂式的换刀臂图卧式综合切削中心机附自动梭台交换装置图立式综合切削中心机附机械手综合切削中心机为了增加加工复杂性，常在床台上加装第四轴旋转轴，如图9所示，甚至增加两旋转轴成为5 轴加工机，如图 10 所示。 5 轴加工机主要应用于几何外形复杂的航天

3、零件加工及模具加工。图加装轴的四轴加工机图五轴加工机cnc 铣床（或加工中心机）程序制作计算机数值控制工具机是经由程序中的指令操控计算机数值控制系统去执行以往必须由人工操作的所有加工动作。故学习程序制作必须完全了解程序中指令的功能及格式，这样才能将传统人工操作工具机的加工经验及相关知识，很正常的用指令来描述加工顺序。简而言之，cnc 铣床（或 mc）的程序就是依据您已具有的加工知识和加工顺序，用正确的指令依序描述组合而成。故制作 cnc 铣床（或 mc）程序时必须考虑下列几点：1.依工件形状及尺寸标示决定程序原点位置及加工顺序。2.工件的夹持方法。用虎钳夹持或用t 槽螺栓、压板、梯枕或制作特殊

4、夹具。3.刀具的选择：包括铣刀的直径、刀刃长度、材质及其它刀具的选用并决定各把刀具的刀号及刀长补正号码、刀径补正号码。4.切削条件：包括各把刀具的主轴转速、切削深度、进给速率、精铣预留量等。2-1程序制作cnc 程序是由指令组成，而指令是由英文字母与数值组成（如n10 ，g28 ，g90 ，g91 ，m03 ，f100，s2500 ，t01 等）或特殊符号（如 / 选择性单节删除指令， ； 单节结束指令）。例子：g28 g91 z0；g28 x0 y0；g54 ；m06 t01；m03 s1000 ；g90 g00 g43 z5. h01 ；g00 g41 x25. y30. d11 ；g01

5、 z -5. f50；m30 ；上面例子程序中每一列即称为一个单节 ( block ) ，每一单节是由至少一个字语 ( word ) 所组成，字语是由一个地址 ( address ) 和数值 ( number ) 组成。每一单节后面加一单节结束符号 ； ，以界定单节的范围。如此cnc 控制器即依照程序中的单节指令，依序执行程序。地址用英文字母表示，其意义如表1 所示，地址依照已设定的程序机能而有不同的意义，其目的在限定其后数值的意义。表各地址之意义机 能位 址意 义程序号码： (iso)，o (eia)程序号码顺序号码n顺序号码准备机能g动作模式（直线、圆孤等）坐标轴字语x、y、z坐标轴移动指

6、令a、b、c、u、v、w附加轴移动指令r圆弧半径i、j、k圆弧中心坐标进给机能f进给速率主轴转速机能s主轴转速刀具机能t刀具号码、刀具补正号码辅助机能m机械侧 onoff 控制b床台位置补正号码h、d补正号码指令暂 停p、x暂停时间子程序号码指定p子程序号码指定重复次数l子程序重复次数参 数p、q、r固定循环2-1.1数据输入格式cnc 程序中的每一指定皆有一定的固定格式，使用不同的控制器其格式亦不同，故必须依据该控制器的指令格式书写指令，若其格式有错误，则程序将不被执行而出现警示讯息。其中尤以数值数据输入时应特别小心。 一般 cnc 铣床或 mc 皆可选择用公制单位 mm 或英制单位 英吋

7、为坐标数值的单位。公制可精确到0.001mm，英制可精确到 0.0001英吋， 此也是一般 cnc 机械的最小移动量。若输入x1.23456 时，实际输入值是x1.234mm 或 x1.2345英吋，多余的数值即被忽略不计。且字数也不能太多，一般以7 个字为限，如输入 x1.2345678，因超过 7 个字，会出现警示讯息，表1 是地址和指令数值范围。表 1 中所列是计算机能接受之指令范围，而cnc 工具机实际使用范围受到其机械本身的限制，故应参考 cnc 工具机的操作手册而定。例如表1 中 x 轴可移动 99999.999mm，但实际上 cnc 工具机 x 轴的行程可能只有650mm，进给速

8、率 f 最大可输入 100000.0mmmin，但实际上 cnc 工具机可能限制在3000mmmin 以下。故在程序制作时， 要确定不超过 cnc 工具机规格 的实际限制，所以一定要参照cnc 工具机制造厂发行的说明书。表地址与指令范围（ fanuc 0m）机能位址公制单位英制单位程序号码： (iso) o (eia)1999919999顺序号码n1999919999准备机能g099099坐标轴字语x、y、z、q、r、 i、j、k 99999.999mm 9999.9999incha、b、c 99999.999deg 9999.9999deg进给机能f1100000.0mmmin0.01400

9、.0inchmin主轴转速机能s0999909999刀具机能t099099辅助机能m099099暂 留x、p099999.999sec099999.999sec子程序号码指定p1999919999重复次数l1999919999补正号码d、h0320322-1.2cnc 工具机坐标系统cnc 铣床或 mc 是依据坐标系统来确定其刀具运动的路径，因此坐标系统对cnc 程序设计极为重要。cnc 工具机各轴的标注， cns 是采用右手直角坐标系统。 如图 1 所示，大姆指表示 x 轴 ，食指表示 y 轴，中指表示 z 轴，且手指头所指的方向为正方向。x、y、z 轴向是用于标注线性移动轴；另外定义三个旋

10、转轴，绕x 轴旋转者称为 a 轴，绕 y 轴旋转者称为 b 轴，绕 z 轴旋转者称为 c 轴。三旋转轴的正方向皆定义为顺着移动轴正方向看，顺时针回转为正，逆时针回转为负，如图 2 所示。(a)右手直角坐标系统(b)x、y、z 移动轴a、旋转轴图图cnc 工具机先定义 z轴， 以工具机的主轴线为z轴， 再以刀具远离工件的方向为正， 故以 立式 cnc 铣床为例，主轴向上为 z方向，向下为 z 方向，如图 3 所示。接着定义 x轴，以操作者面向床柱，其刀具沿左右方向移动者为x轴，且规定向右为正方向；最后依右手直角坐标系统决定 y轴，故其刀具沿前后方向移动者为y轴，向前为正 y方向，向后为负 y方向

11、。以上定义者称为程序坐标系（或称为工件坐标系），其三轴的交点即14 节所述的程序原点。图 3 的右侧所示即为程序坐标系。程序设计人员是依据程序坐标系来指述刀具动路，且必须假设工件固定不动，刀具沿着工件轮廓移动加工。图 3 所示，标示于 cnc 工具机上的坐标轴所形成的坐标系称为机械坐标系，一般 cnc 铣床或 mc 在机械上会贴上机械坐标系的轴向。机械的移动是根据机械坐标系，因为cnc 铣床 或 mc在 x、y轴上实际是工件移动而非刀具移动，所以为了符合程序设计人员假设工件固定不动，其机械坐标系的 x、y轴正、负方向与程序坐标系相反。故程序设计人员指令刀具向程序坐标系的 x轴正方向移动，而实际

12、上是工件向机械坐标系的x轴正方向移动，使两者一致。图程序坐标系与机械坐标系2-1.3坐标位置的表示方式：绝对值和增量值cnc 程序除了一些基本设定，如程序原点，刀具号码，主轴转速，进给速率等外，最主要的是命令刀具移动或切削至某一坐标位置。而坐标位置的表示有绝对值和增量值两种。绝对值是以 程序原点 为依据来表示坐标位置。 增量值是以 前一点为依据来表示两点间实际的向量值（包括距离和方向） 。cnc 铣床或 mc 大都以 g90 指令设定 x、y、z 数值为绝对值；用g91指令设定 x、y、z 数值为增量值。在同一程序中可以增量值与绝对值混合使用。使用原则是依据工件图上尺寸的标示，用何种方式表示较

13、方便，则使用之。兹以图1、图 2 及图 3 说明之。绝对值指令格式： g90 x_y_z_；增量值指令格式： g91 x_y_z_；在使用上，大都以绝对值和增量值混合使用较多。 简而言之，不用加减计算即可得到坐标位置，则以那种方式表示之，因比较方便也。兹以图3 所示之工件图说明之。假设铣刀已定位至h 点，接着沿 abcdefg程序原点 a 点，完成轮廓切削的程序如下：g90 g01 x18. f100；h b，用绝对值表示较方便。g91 x35. y -20.；b c，用增量值表示较方便。g90 x92.；c d，用绝对值表示较方便。y15.；d e，用绝对值表示较方便。g91 x -60.；

14、e f，用增量值表示较方便。y -15.；f g，增量值或绝对值皆方便，但沿用上单节增量指令，可不必再用 g90设定为绝对值，故用增量值表示之。x -32.；g程序原点，理由同上。y60.；程序原点 a，理由同上。：2-1.4 坐标位置数值的表示方式cnc 程序即控制刀具移动到某坐标位置，其坐标位置数值的表示方式有2 种：1.用小数点表示法： 即数值的表示用小数点 .明确的标示个位在那里。如x25.36，其中 5 为个数值大小很明确。2.不用小数点表示法：即数值中无小数点者。则cnc 控制器会将此数值乘以最小移动量（公0.001mm， 英制 0.0001英吋）做为输入数值。如x25， 则 cn

15、c 控制器会将25 0.001mm 0.0做为输入数值。所以要表示 贰拾伍公厘 ，可用25.或25000表示，一般用小数点表示法较方便，并可节省系统之故常被使用。以下之地址均可选择使用小数点表示法或不使用小数点表示法：x、y、z、i、j、k、f、 r 等。但也有一些地址不允许使用小数点表示法，如p、q、d 等。例如暂停指令，如指令程序暂停 5 秒，书写：g04 x5.；或 g04 x5000；或 g04 u5.；或 g04 u5000；或 g04 p4000；皆可。一般皆采用小数点表示方式来描述坐标位置数值，故在键入cnc 程序，尤其是坐标数值是整数时，漏小数点。如欲输入 贰拾伍公厘 ，但键入

16、 z25，其实际的数值是 0.025mm，相差 1000 倍，可能会撞机或不可不谨慎。程序中用小数点表示与不用小数点表示的数值，可以混合使用。如下面例 1：例 1. g00 x25. y3000g01 z -5. f100.；x36000 y50.；某些专用的 g 机能指令必须置于特定的数值之前。例 2. g20；设定英制单位。x2.0 g04；其暂停时间是20sec 。因为现处于英制单位(g20) 故 x2.0先被以 距离译码为 20000 吋，接着执行 g04 暂停指令，则20000会被转换成 20sec 。故例 2 若写成如例 3，则暂停时间为2sec 。例 3. g20；g04 x2.

17、0；其暂停时间为 2sec 。因为 x2.0 在 g04 之后，直接被解读为时间，以sec 为 单位，故 x2.0 是 2sec 。例 4. f100. g98；（错误）g98 f100.；（正确） ，表示进给速率是100 mm min。1.5 程序号码： o 早期的数值控制( nc ) 机械，因无内存，故程序是储存在纸带上，执行时，常以光学式读带机将纸带上的程序读入控制器内，再依指令控制机械运作。图1 是 eia 编码的 nc 纸带 。目前计算机数值控制( cnc , comput number contral ) 机械，都具有记忆程序的功能。将cnc 程序储存在内存内，为了区别不同的程序，

18、故在程序的最前端用程序号码以区分之，方便日后欲执行那一程序时，只需呼叫出来，即可进行编辑或执行程序。图 1 目前 cnc 程序的编码有二种： eia 编码或 iso 编码，在台湾大多使用eia 编码。在 cnc控制器内，一般皆可接受这二种编码， 故为了区别起见， 程序号码以地址o 表示者是 eia 编码；以地址 ：表示者是 iso 编码，如表所示。地址与指令范围（ fanuc 0m ）机能位址公制单位英制单位程序号码： (iso) o (eia)1999919999顺序号码n1999919999准备机能g099099坐标轴字语x、y、z、q、r、 i、j、k 99999.999mm 9999.

19、9999incha、b、c 99999.999deg 9999.9999deg进给机能f1100000.0mmmin0.01400.0inchmin主轴转速机能s0999909999刀具机能t099099辅助机能m099099暂 留x、p099999.999sec099999.999sec子程序号码指定p1999919999重复次数l1999919999补正号码d、h032032程序号码以地址 o及 4 位数字组成，一般控制器大多从19999之范内任意选择使用。例如：o3838表示程序号码为3838的 cnc 程序。 （eia ）：4949表示程序号码为4949的 cnc 程序。 （iso）2

20、-1.6 顺序号码： n cnc 程序的每一单节之前可以加一顺序号码，以地址n 后面加上 19999数字表示之。顺序号码与 cnc 程序的加工顺序无关，它只是那一单节的代号，故可任意的编号。但最好以由小到大的顺序编号，较符合人类的一般思路。为了节省内存空间， 故一般 cnc 程序常不使用顺序号码于每一单节前面。但常用于标示加工种类如下列例子：n1；粗铣外形：n2；粗铣凹槽：n3；精铣外形及凹槽：n4；钻中心孔：n5；钻 7.8 钻头：n6；钻 6.8 钻头：n7；铰孔 8h7：n8；攻螺纹 m8 1.252-1.7 选择性单节删除：”在单节的最前端加一斜线 （选择性单节删除指令）时，该单节是否

21、被执行，是由执行操作面板上的选择性单节删除开关来决定。当此开关处于 on（灯亮） ，则该单节会被忽略而不被执行；当此开关处于off （灯熄），则该单节会被执行。 所以程序中有 指令 之单节可由操作者视情况选择该单节是否被执行。例子：n1；粗铣外形：m00；n2；粗铣凹槽：m00；n3；精铣外形：m00；n4；精铣凹槽以上例子，当单节删除开关处于on 时，则所有的 m00（程序停止指令）皆不被执行。反之设于 off ，则全部执行。指令常置于单节的最前端，若是置于单节中的任何位置，则从 至；（单 节结束）间之所有指令皆被忽略不执行。若含有 指令的单节被读入缓冲暂存区后，再将单节删除开关on ，则此

22、单节因已被辨认正确无误，故会被执行。2-1.8 主轴转速机能： s 主轴转速机能又称为s 机能，系用于指令主轴的回转速数值(rpm) 。s 机能以地址 s 后面接 4 位数字组成。 如其指令的数值大于或小于制造厂商所设定之最高或最低转速时，将以厂商所 设定的最高或最低转速为实际转速。一般mc 的转速 06000rpm。在操作中为了实际加工条件之需要，亦可由执行操作面板之主轴转速调整率 旋钮来调整主轴实际转速。s指令只是设定主轴转数大小， 并不会使主轴回转， 需待有 m03（主轴正转）或 m04 （主 轴逆转）指令时，主轴才开始旋转。例子：s1000 m03；主轴以顺时针方向转1000rpm。主

23、转转速可由下列公式计算而得s1000 v ds：主轴转速rpm v：切削速度m min d：刀具直径mm ：圆周率3.14 例题： 已知用 10 mm 高速钢端铣刀， v22 m min，求 s。解答： s 1000 22 3.14 10 700 rpm。2-1.9 进给速率机能：又称为f 机能f 机能用于控制刀具移动时的速率，如图1 所示。 f 后面所接数值代表每分钟刀具进给量，单位为 mm min。f 机能指令值如超过制造厂商所设定之范围时，则以厂商所设定之最高或最低进给率为实际进给率。在操作中为了实际加工条件之需要，亦可由执行操作面板上之切削进给率 旋钮来调整实际进给率。f 机能一经设定

24、后如未被重新指定，则表示先前所设定之进给率继续有效。f 机能的数值可由下列公式计算而得。f f t t s f t：铣刀每刃的进给量mm tooth t ：铣刀的刀刃数s ：刀具的转数rpm 例题：使用 75mm ，6 刃的面铣刀，铣削碳钢表面，v100mmin，ft0.08mm刃，求 s及 f。解答：s 1000 1000 * 100 425 rpm f f t t s 0.08 6 425 204 mm min 刀具材质及被切削材料不同，则切削速度，每刃的进给量亦不相同。2-1.10 刀具机能： t 刀具机能又称为t 机能，cnc 铣床无 atc，必须用手换刀， 所以 t 机能是用于 mc

25、。t 机能 以地址 t 后面接 2 位数字组成。mc 的刀具库有二种：一种是圆盘型（如第1章图 4 所示） ，另一种为键条型（如第1 章图5 所示） 。换刀的方式分无臂式（如第1 章图 4所示）及有臂式（如第1 章图 6 所示）两种。无臂式换刀方式是刀具库靠向主轴， 先卸下主轴上的刀具， 再旋转至欲换的刀具， 上升装上主轴。此种刀具库大都用于圆盘型较多，且是固定刀号式（即1 号刀必须插回 1 号刀具库内），故换刀指令的书写方式如下：m06 t02；m06（换刀指令），执行时，主轴上的刀具先装回刀具库，再旋转至2 号刀，将 2 号刀装上主轴孔内。有臂式换刀大都配合链条型刀具库且是无固定刀号式【即

26、 1 号刀不一定插回 1 号刀具库内，其刀具库上的刀号与设定的刀号由控制器的plc（可程控器）管理】。此种换刀方式的t 指 令后面所接数字代表欲呼叫刀具的号码。当 t 机能被执行时， 被呼叫的刀具会转至准备换刀位置，但无换刀动作，因此t 指令可在换刀指令m06 之前即以设定，以节省换刀时等待刀具之时间。故有换刀臂式的换刀程序指令书写如下t01；1 号刀就换刀位置。：m06 t03；m06 换刀指令，将 1 号刀换到主轴孔内， 3 号刀就换刀位置。：m06 t04；m06 换刀指令，将 3 号刀换到主轴孔内， 4 号刀就换刀位置。：m06 t05；m06 换刀指令，将 4 号刀换到主轴孔内， 5

27、 号刀就换刀位置。执行刀具交换时，并非刀具在任何位置均可交换，各制造厂商依其设计不同，均在一安全位置，实施刀具交换动作，以避免与床台、工件发生碰撞。z 轴的机械原点位置是远离工件最远的安全位置，故一般以z 轴先回归机械原点后，才能执行换刀指令。（但有些制造厂商，如台中精机的 mc 除了 z 轴先回归 home 点外，也必须做第二参考点复归，即g30 指令） 。故 mc 的换刀程序应如下书写：1. 只需 z 轴回 home 点， （无臂式的换刀）g91 g28 z0； z 轴回归 home 点。m06 t03； 主轴更换为 3 号刀。：g91 g28 z0；m06 t04； 主轴更换为 4 号刀

28、。：g91 g28 z0；m06 t05； 主轴更换为 5 号刀。：2.z 轴先回归 home 点且必须 y 轴做第二参考点复归g30 y0； （有臂式的换刀）t01； 1 号刀就换刀位置。g91 g28 z0； z 轴回归 home 点。g30 y0； y 轴第二参考点复归。m06 t03； 将 1 号刀换到主轴孔内， 3 号刀就换刀位置。：g91 g28 z0；g30 y0；m06 t04；将 3 号刀换到主轴孔内， 4 号刀就换刀位置。：g91 g28 z0；g30 y0；m06 t05；将 4 号刀换到主轴孔内， 5 号刀就换刀位置。：2-1.11 辅助机能（又称为m 机能） m 在数

29、值控制机械上，有些单纯的开（on）或关（ off）的动作，如主轴正转、主轴停止、切削剂开、切削剂关等，用地址m 后面接 2 位数字组成指令，称为辅助机能。通常 m 机能除某些有通用性的标准码外（如m03，m05，m08，m09，m30 等） ，亦可由制 造厂商依其机械之动作要求，设计出不同的m 指令，以为控制不同之开关动作，或预留io（输入输出）接点，作为操作者自行联结其它外围设备使用。在同一单节中若有两个m 机能出现时，虽其动作不相冲突，但以排列在最后面的m 机能有效，前面的 m 机能皆被忽略而不执行。例如： s600 m03 m08；执行此单节时，主轴不会正转，只有喷出切削剂。一般 cnc 机械 m 机能的前导零可省略，如m01 可用 m1 表示， m03 可用 m3 来表示，余者类推，如此可节省内存空间及键入的字数。m 机能的范围由 m00 至 m99，不同的 m 机能代表不同的动作，较