数控程序编制与数控机床的坐标系

《数控编程及操作》主讲人：宋建武12/17/2022第1章数控机床加工程序编制基础1.1数控程序编制的概念1.2数控机床的坐标系1.3常用编程指令

1.4程序编制中的数学处理

12/17/2022第1章数控机床加工程序编制基础1.1数控程序编制的概念

在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。程序样本如12/17/20221.1.1数控程序编制的定义

编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。第1章数控机床加工程序编制基础12/17/20221、数控程序编制的内容及步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工作主要包括：（1）分析零件图样和制定工艺方案（2）数学处理（3）编写零件加工程序（4）程序检验分析零件图样和制定工艺方案数

学

处

理编

写

程

序程

序

校

验修改第1章数控机床加工程序编制基础12/17/20222、数控程序编制的方法

数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加

工

程

序

初

稿加工程序修改编程手册第1章数控机床加工程序编制基础12/17/2022（2）计算机自动编程

自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。第1章数控机床加工程序编制基础12/17/2022

1.1.2字与字的功能1、字符与代码字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。国际上广泛采用两种标准代码：1）ISO国际标准化组织标准代码2）EIA美国电子工业协会标准代码2、字在数控加工程序中，字是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。字是由一个英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如：“X2500”是一个字，X为地址符，数字“2500”为地址中的内容。

第1章数控机床加工程序编制基础12/17/20223、字的功能组成程序段的每一个字都有其特定的功能含义，以下是以FANUC-0M数控系统的规范为主来介绍的。（1）顺序号字N顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。其作用为校对、条件跳转、固定循环等。使用时应间隔使用，如N10N20N30……（2）准备功能字G准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。G00～G99第1章数控机床加工程序编制基础12/17/2022

（3）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组A，B，C，D，E用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组I，J，K用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。（4）进给功能字F进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。第1章数控机床加工程序编制基础12/12/2022（5）主轴轴转速功功能字S主轴转速速功能字字的地址址符是S，又称称为S功功能或S指令，，用于指指定主轴轴转速。。单位为为r/min。。（6）刀刀具功能能字T刀具功能能字的地地址符是是T，又又称为T功能或或T指令令，用于于指定加加工时所所用刀具具的编号号,如T01。。对于数数控车床床，其后后的数字字还兼作作指定刀刀具长度度补偿和和刀尖半半径补偿偿用，如T0101。。（7）辅辅助功能能字M辅助功能能字的地地址符是是M，后后续数字字一般为为1～3位正整整数，又又称为M功能或或M指令令，用于于指定数数控机床床辅助装装置的开开关动作作，如M00～M99。。第1章章数数控控机机床床加加工工程程序序编编制制基基础础12/12/20221.1.3程程序格格式1、程程序段段格式式一个数数控加加工程程序是是若干干个程程序段段组成成的。。程序序段格格式是是指程程序段段中的的字、、字符符和数数据的的安排排形式式。程程序段段格式式举例例：N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M08；N40X90；；（本本程序序段省省略了了续效效字““G01，，Y30.2，，F500，S3000，T02，M08”，，但它它们的的功能能仍然然有效效）第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/2022在程序序段中中，必必须明明确组组成程程序段段的各各要素素：移动目目标：：终点坐坐标值值X、、Y、、Z；；沿怎样样的轨轨迹移移动：：准备功功能字字G；；进给速速度：：进给功功能字字F；；切削速速度：：主轴转转速功功能字字S；；使用刀刀具：：刀具功功能字字T；；机床辅辅助动动作：：辅助功功能字字M。。第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础2.程程序序格式式1）程程序开开始符符、结结束符符程序开开始符符、结结束符符是同同一个个字符符，ISO代码码中是是%，，EIA代代码中中是EP，，书写写时要要单列列段。。2）程序名程序名有两种种形式：一种种是英文字母母O（%或P）和1～4位正整数组组成；另一种种是由英文字字母开头，字字母数字多字字符混合组成成的程序名(如TEST1等)。。一般要求单单列一段。3）程序主体体程序主体是由由若干个程序序段组成的。。每个程序段段一般占一行行。4）程序结束束程序结束可以以用M02或或M30指令令。一般要求求单列一段。。加工程序的一一般格式举例例：%//开始始符O2000//程程序名N10G54G00X10.0Y20.0M03S1000//程序主主体N20G01X60.0Y30.0F100T02M08N30X80.0……N200M30//程序序结束%//结结束符第1章数控控机床加工程程序编制基础础12/12/20221.2数数控机床的坐坐标系1.2.1机机床坐标系１、机床坐标标系的确定（1）机床相相对运动的规规定在机床上，我我们始终认为为工件静止，，而刀具是运运动的。这样样编程人员在在不考虑机床床上工件与刀刀具具体运动动的情况下，，就可以依据据零件图样，，确定机床的的加工过程。。第1章数控控机床加工程程序编制基础础12/12/2022（2）机床坐坐标系的规定定标准机床坐标标系中X、Y、Z坐标轴轴的相互关系系用右手笛卡卡尔直角坐标标系决定。在数控机床上上，机床的动动作是由数控控装置来控制制的，为了确确定数控机床床上的成形运运动和辅助运运动，必须先先确定机床上上运动的位移移和运动的方方向，这就需需要通过坐标标系来实现，，这个坐标系系被称之为机机床坐标系。。例如铣床上，，有机床的纵纵向运动、横横向运动以及及垂向运动。。在数控加工工中就应该用用机床坐标系系来描述。第1章数控控机床加工程程序编制基础础12/12/2022标准机床床坐标系系中X、Y、Z坐标轴的的相互关关系用右右手笛卡卡尔直角角坐标标系决定定：1）伸出出右手的的大拇指指、食指指和中指指，并互互为90°。则则大拇指指代表X坐标，，食指代代表Y坐坐标，中中指代表表Z坐标标。2)大拇拇指的指指向为X坐标的的正方向向，食指指的指向向为Y坐坐标的正正方向，，中指的的指向为为Z坐标标的正方方向。3)围绕绕X、Y、Z坐坐标旋转转的旋转转坐标分分别用A、B、、C表示示，根据据右手螺螺旋定则则，大拇拇指的指指向为X、Y、、Z坐标标中任意意轴的正正向，则则其余四四指的旋旋转方向向即为旋旋转坐标标A、B、C的的正向。。第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022（3）运运动方向向的规定定增大刀具具与工件件距离的的方向即即为各坐坐标轴的的正方向向，下图图为数控控车床上上两个运运动的正正方向。第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022２、坐标标轴方向向的确定定（1）Z坐标Z坐标的的运动方方向是由由传递切切削动力力的主轴轴所决定定的，即即平行于于主轴轴轴线的坐坐标轴即即为Z坐坐标，Z坐标的的正向为为刀具离离开工件件的方向向。第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022（2）X坐坐标X坐标平行行于工件的的装夹平面面，一般在在水平面内内。确定X轴的的方向时，，要考虑两两种情况：：1）如果工工件做旋转转运动，则则刀具离开开工件的方方向为X坐坐标的正方方向。2）如果刀具具做旋转运运动，则分分为两种情情况：Z坐标水平时时，观察者者沿刀具具主轴向工工件看时，，+X运动方向指指向右方；；Z坐标垂直时时，观察者者面对刀具具主轴向立立柱看时，，+X运动方向指指向右方。。下图所示为为数控车床床的X坐标。第1章数数控机床加加工程序编编制基础12/12/2022（3）Y坐坐标在确定X、Z坐标的正方方向后，可可以用根据据X和Z坐标的方向向，按照右右手直角坐坐标系来确确定Y坐标的方向向。第1章数数控机床加加工程序编编制基础12/12/20223、机床原原点的设置置机床原点是是指在机床床上设置的的一个固定定点，即机机床坐标系系的原点。。它在机床装装配、调试试时就已确确定下来，，是数控机机床进行加加工运动的的基准参考考点。（1）数控控车床的原原点在数控车床床上，机床床原点一般般取在卡盘盘端面与主主轴中心线线的交点处处。同时，，通过设置置参数的方方法，也可可将机床原原点设定在在X、Z坐标的正方方向极限位位置上。（2）数控控铣床的原原点主轴下端面面中心，三三轴正向极极限位置。。第1章数数控机床加加工程序编编制基础12/12/20224、机床参参考点机床参考点点是用于对对机床运动动进行检测测和控制的的固定位置置点。机床参考点点的位置是是由机床制制造厂家在在每个进给给轴上用限限位开关精精确调整好好的，坐标标值已输入入数控系统统中。因此此参考点对对机床原点点的坐标是是一个已知知数。通常在数控控铣床上机机床原点和和机床参考考点是重合合的；而在在数控车床床上机床参参考点是离离机床原点点最远的极极限点。下图为数控车床床的参考点点与机床原原点。第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/2022编程坐坐标系系是编编程人人员根根据零零件图图样及及加工工工艺艺等建建立的的坐标标系。。编程坐坐标系系一般般供编编程使使用，，确定定编程程坐标标系时时不必必考虑虑工件件毛坯坯在机机床上上的实实际装装夹位位置。。如右图所示，，其中中O2即为编编程坐坐标系系原点点。1.2.2编程程坐标标系第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/2022编程原原点是是根据据加工工零件件图样样及加加工工工艺要要求选选定的的编程程坐标标系的的原点点。编程原原点应应尽量量选择择在零零件的的设计计基准准或工工艺基基准上上，编编程坐坐标系系中各各轴的的方向向应该该与所所使用用的数数控机机床相相应的的坐标标轴方方向一一致，，如下图所示为为车削削零件件的编编程原原点。。第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/20221.2.3加工工坐标系系1、加工工坐标系系的确定定加工坐标标系是指指以确定定的加工工原点为为基准所所建立的的坐标系系。加工原点点也称为为程序原原点，是是指零件件被装夹夹好后，，相应的的编程原原点在机机床坐标标系中的的位置。。实际加工坐标标系同编编程坐标标系。第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础2、加工工坐标系系的设定定在机床坐坐标系中中直接设设定加工工原点。。后续课课中将讲讲解。12/12/20221.3常常用编程指指令数控加工程程序是由各各种功能字字按照规定定的格式组组成的。1.3.1绝对尺寸寸指令和增增量尺寸指指令在加工程序序中，绝对对尺寸指令令和增量尺尺寸指令有有两种表达达方法。绝对尺寸指机床运动动部件的坐坐标尺寸值值相对于坐坐标原点给给出。增量尺寸指机床运动动部件的坐坐标尺寸值值相对于前前一位置给给出。第1章数数控机床加加工程序编编制基础12/12/20221、G功功能字指定定G90指定定尺寸值为为绝对尺寸寸。G91指定定尺寸值为为增量尺寸寸。2、用尺寸寸字的地址址符指定（（本课程中中车床部分分使用）绝对尺寸的的尺寸字的的地址符用用X、Y、Z增量尺寸的的尺寸字的的地址符用用U、V、W第1章数数控机床加加工程序编编制基础12/12/20221.3.3坐标标平面选择择指令坐标平面选选择指令是是用来选择择圆弧插补补的平面和和刀具补偿偿平面的。。G17表示选择XY平面，G18表示选择ZX平面，G19表示选择YZ平面。各坐标平面面如图1.22所示。一般般，数控车车床默认在在ZX平面内加工工，数控铣铣床默认在在XY平面内加工。。第1章数控控机床加工程程序编制基础础12/12/20221.3.4快快速点定定位指令快速点定位指指令控制刀具具以点位控制制的方式快速速移动到目标标位置，其移移动速度由参参数来设定。。指令执行开开始后，刀具具沿着各个坐坐标方向同时时按参数设定定的速度移动动，最后减速速到达终点（（同时到达、、不同时到达达），如下图图所示。程序格式：G00X～Y～Z～式中X、Y、、Z的值是快快速点定位的的终点坐标值值第1章数控控机床加工程程序编制基础础12/12/20221.3.5直直线插补指令令直线插补指令令用于产生按按指定进给速速度F实现的的空间直线运运动。程序格式：G01X～～Y～Z～F～其中：X、Y、Z的值是是直线插补的的终点坐标值值。例：实现右图中从A点到B点的直线插插补运动,其其程序段为：：绝对方式编程程：G90G01X30Y37F100增量方式编程程：G91G01X20Y25F100第1章数控控机床加工程程序编制基础础12/12/20221.3.6圆圆弧插插补指令令G02为为按指定定进给速速度的顺顺时针圆圆弧插补补。G03为为按指定定进给速速度的逆逆时针圆圆弧插补补。圆弧顺逆逆方向的的判别：：沿着不不在圆弧弧平面内内的坐标标轴，由由正方向向向负方方向看，，顺时针针方向G02，，逆时针针方向G03，，如右图所示。第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022XY平面圆弧插补补指令程程序格式式：G17G02X～Y～I～J～(R～)F～G17G03X～Y～I～J～(R～)F～（分别为为半径、、终点和和圆心、、终点格格式）其中：X、Y的的值是指指圆弧插插补的终终点坐标标值；I、J是是指圆弧弧起点到到圆心的的增量坐坐标，与与G90,G91无关；；R为指定定圆弧半半径，当当圆弧的的圆心角角≤180o时，R值值为正；；当圆弧的的圆心角角＞1800时，R值为负。。程序格式式：第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022ZX平面圆弧插补补指令程程序格式式：G18G02X～Z～I～K～(R～)F～G18G03X～Z～I～K～(R～)F～其中：X、Z的的值是指指圆弧插插补的终终点坐标标值；I、K是是指圆弧弧起点到到圆心的的增量坐坐标，与与G90,G91无关关；R同上上，为圆圆弧半径径，当圆圆弧的圆圆心角≤≤180o时，R值值为正；；当圆弧弧的圆心心角＞1800时，R值值为负。。第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022YZ平平面面圆圆弧弧插插补补指指令令程程序序格格式式：：G19G02Z～Y～J～K～(R～)F～G19G03Z～Y～J～K～(R～)F～其中中：：Y、、Z的的值值是是指指圆圆弧弧插插补补的的终终点点坐坐标标值值；；J、、K是是指指圆圆弧弧起起点点到到圆圆心心的的增增量量坐坐标标，，与与G90,G91无无关关；；R同同上上，，为为指指定定圆圆弧弧半半径径，，当当圆圆弧弧的的圆圆心心角角≤≤180o时，，R值值为为正正；；当圆圆弧弧的的圆圆心心角角＞＞1800时，，R值为为负负。。第1章章数数控控机机床床加加工工程程序序编编制制基基础础12/12/2022圆弧弧插插补补指指令令的的应应用用1、、半径径、、终终点点格格是是不不能能插插补补封封闭闭圆圆，，而而圆圆心心、、终终点点格格式式能能。。2、两两种格格式的的编程程方法法。例：在在右图中，当当圆弧弧A的的起点点为P1，终点点为P2，圆弧插插补程程序段段为G02X321.65Y280I40J140F50或：G02X321.65Y280R-145.6F50当圆弧弧A的的起点点为P2，终点点为P1时，圆圆弧插插补程程序段段为G03X160Y60I-121.65J-80F50或：G03X160Y60R-145.6F50第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/20221.3.7刀刀具具半径径补偿偿指令令在零件件轮廓廓铣削削加工工时，，由于于刀具具半径径尺寸寸影响响，刀刀具的的中心心轨迹迹与零零件轮轮廓往往往不不一致致。为为了避避免计计算刀刀具中中心轨轨迹，，直接接按零零件图图样上上的轮轮廓尺尺寸编编程，，数控控系统统提供供了刀刀具半半径补补偿功功能，，见下图。第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础1、编编程格格式G41为左左偏刀刀具半半径补补偿，，定义义为假假设工工件不不动，，沿刀刀具运运动方方向向向前看看，刀刀具在在零件件左侧侧的刀刀具半半径补补偿，，见下图。12/12/2022第1章数控控机床加工程程序编制基础础G42为右偏偏刀具半径补补偿，定义为为假设工件不不动，沿刀具具运动方向向向前看，刀具具在零件右侧侧的刀具半径补偿。G40为补偿撤消指指令。12/12/2022第1章数控控机床加工程程序编制基础础程序格式:G17G00/G01G41/G42X～Y～～H～//建立补补偿程序段……//轮轮廓切削程序序段G00/G01G40X～Y～//补偿撤消程序序段说明：1）G41、、G42、、G40是同同组模态码。。2）刀补建立立与取消必须须与运动指令令（）相结合合，在运动中中建立。3）H～存放刀补值的的寄存器号。。可取H00～H99，，其中H00也为取消半半径补偿偏置置。4）刀补半径径补偿须指定定补偿平面。。12/12/2022建立立刀具具半半径径补补偿偿第1章章数数控控机机床床加加工工程程序序编编制制基基础础12/12/2022刀具半径径补偿的的运动第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022撤消刀具半径径补偿的的过程第1章数数控机机床加工工程序编编制基础础12/12/2022过切通常过切有有以下两种种情况：（1）刀具具半径大于于所加工工工件内轮廓廓转角时产产生的过切，如左图所示。（2）刀具直径径大于所加加工沟槽时时产生的过过切，如右右图所示。。第1章数数控机床加加工程序编编制基础应用1）按零件件轮廓编程程。2）虚拟刀刀补。3）粗精加加工。4）刀具磨磨损。12/12/20221.3.8刀具具长度补偿偿指令使用刀具长长度补偿指指令，在编编程时就不不必考虑刀刀具的实际际长度及各各把刀具不不同的长度度尺寸。当当由于刀具具磨损、更更换刀具等等原因引起起刀具长度度尺寸变化化时，只要要修正刀具具长度补偿偿量，而不不必调整程程序或刀具具。G43为为正补偿，，即将Z坐坐标尺寸字字与H代码码中长度补补偿的量相相加，按其其结果进行行Z轴运动动。G44为为负补偿，，即将Z坐坐标尺寸字字与H中长长度补偿的的量相减，，按其结果果进行Z轴轴运动。G49为撤撤消补偿。。编程格式为为：G01G43/G44ZH//建立补偿程程序段……//切削加工程程序段G49//补偿撤消程程序段第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/20221.4程程序序编制制中的的数学学处理理根据被被加工工零件件图样样，按按照已已经确确定的的加工工工艺艺路线线和允允许的的编程程误差差，计计算数数控系系统所所需要要输入入的数数据，，称为为数学学处理理。数数学处处理一一般包包括两两个内内容：：根据据零件件图样样给出出的形形状，，尺寸寸和公公差等等直接接通过过数学学方法法（如如三角角、几几何与与解析析几何何法等等），，计算算出编编程时时所需需要的的有关关各点点的坐坐标值值。第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/20221.4.1选选择择编程程原点点从理论论上讲讲编程程原点点选在在零件件上的的任何何一点点都可可以，，但实实际上上，为为了换换算尺尺寸尽尽可能能简便便，减减少计计算误误差，，应选选择一一个合合理的的编程程原点点。车削零零件编编程原原点的的X向零点点应选选在零零件的的回转转中心心。Z向零点点一般般应选选在零零件的的右端端面、、设计计基准准或对对称平平面内内。车车削零零件的的编程程原点点选择择见右右图。。第1章章数数控机机床加加工程程序编编制基基础12/12/2022铣削零件的编编程原点，X、Y向零点点一般可选在在设计基准或或工艺基准的的端面或孔的的中心线上，，对于有对称称部分的工件件，可以选在在对称面上，，以便用镜像像等指令来简简化编程。Z向的编程原原点，习惯选选在工件上表表面，这样当当刀具切入工工件后Z向尺尺寸字均为负负值，以便于于检查程序。。铣削零件的的编程原点见见下图。编程原点选定定后，就应把把各点的尺寸寸换算成以编程程原点为基准准的坐标值。。为了在加