第三章 数控加工程序的基本概念

一.程序编制的基本概念数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。

第一节概述

2/1/20234:11PM1数控技术程序编制分为：手工编程和自动编程两种。

手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）

自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。第一节概述

2/1/20234:11PM2数控技术手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。自动编程适用于：形状复杂的零件，虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）第一节概述

2/1/20234:11PM3数控技术据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的

编程自动化是当今的趋势！

第一节概述

2/1/20234:11PM4数控技术图纸工艺分析这一步与普通机床加工零件时的工艺分析相同，即在对图纸进行工艺分析的基础上，选定机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序及切削用量等工艺参数等。

二、手工编程的内容和步骤第一节概述

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改2/1/20234:11PM5数控技术计算运动轨迹

根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。错误计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸修改第一节概述

2/1/20234:11PM6数控技术

编制程序及初步校验

根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述

2/1/20234:11PM7数控技术制备控制介质

将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。第一节概述

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改2/1/20234:11PM8数控技术

程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。第一节概述

计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改2/1/20234:11PM9数控技术常用的校验和试切方法：对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。第一节概述

2/1/20234:11PM10数控技术在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。

当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。第一节概述

2/1/20234:11PM11数控技术O2000lN010G91M03S650;N020G00X100.Y80.;N030Z—33.;N040Z—26.F100;N050G00Z26.;N060X50.Y30.;N070Z—17.;N080G04F2;N090G00Z50.;N100X—150.Y—110.;N110M02;一、程序结构与格式数控机床一个完整的的加工程序由程序名（或程序号），若干程序段和程序结束指令构成。程序段是由序号、若干字和结束符号组成。每个字又由字母和数字组成。有些字母也叫代码，它表示某种功能，如G代码、M代码。有些字母表示坐标，如X、Y、Z。还有一些表示其它功能的符号，2/1/20234:11PM12数控技术程序名O2001是程序名，放在程序的开头。为了能在存储器中找到该程序，每个程序都要有一个程序名。不同的数控系统有不同规定。FANUC系统一般都采用英文字母O作为程序名首字母。ALLEN-BREDLY的数控系统则把英文字母O作为子程序的地址标识，主程序则可以用任何字符数字来命名。西门子的数控系统大部分是以％作为程序名的首字母，程序名是一个完整程序存放在内存中的首地址标识符。2/1/20234:11PM13数控技术序标号字（N字）也称之为程序段号。用以识别和区分程序段的标号。用地址码N和后面的若干位数字来表示。例如：N008就表示该程序段的标号为008。在大部分数控系统中，对所有的程序段标标号，也可以对一些特定的程序段标号。而不是所有的程序段都要标号。但是，程序段标号对程序查找提供了方便的条件，另外对于进行程序跳转来说，程序段标号就是必要的。程序段标号与程序的执行顺序无关，不管有无标号，程序都是按排列的先后次序执行。通常标号是按程序的排列次序给出。2/1/20234:11PM14数控技术程序段的结束符号这里使用“；”号作程序段的结束符号，有些系统使用“*”号或“LF’作结束符号。任何一个程序段都必须有结束符号，没有结束符号的语句是错误语句。计算机不执行含有错误的程序段。2/1/20234:11PM15数控技术程序段的主体部分一段程序中除序号和结束符号外的其余部分是程序主体部分。主体部分规定了一段完整的加工过程。它包含了各种控制信息和数据。它由一个以上功能字组成，主要的功能字有准备功能字、坐标字、辅助功能字、进给功能字、主轴功能字和刀具功能字等。2/1/20234:11PM16数控技术二、功能字(1)准备功能字(G功能字)(2)坐标字(3)进给功能字(F字)(4)主轴转速功能字(S字)(5)刀具功能字(T字)(6)辅助功能字(M功能)2/1/20234:11PM17数控技术G功能是使数控机床做某种操作的指令，用地址G和两位数字来表示，从G00到G99共100种G代码有模态和非模态之分。模态G代码：一旦执行就一直保持有效，直到同一模态组的另一个G代码替代为止。非模态G代码：只有在它所在的程序段内有效。同一种字母表示的是同一组的模态代码。同一程序段出现非同组的几个代码，并不影响G代码的续效性。同组代码不能同时出现在一个程序段中。表中的不指定代码用作将来修订标准时，有可能指定新的功能定义；永不指定的代码即使将来修订时也不指定新的定义。对于前者在未指定新的定义之前以及永不指定代码，允许机床设计者根据需要自行定义新的功能。G功能2/1/20234:11PM18数控技术坐标字由坐标名、带＋、—符号的绝对坐标值(或增量坐标值)构成。坐标名有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J、K等。表示坐标名的英文字母的含义如下所示：X、Y、Z：X、Y、Z方向的主运动U、V、W：分别对应平行X、Y、Z坐标的第二坐标P、Q、R：分别对应平行X、Y、Z坐标的第三坐标A、B、C：分别对应绕X、Y、Z坐标的转动坐标I、J、K：圆弧中心坐标，永远是圆弧的起点对圆心的增量坐标，分别对应于X、Y、Z坐标。坐标字2/1/20234:11PM19数控技术进给功能字(F字)它由地址码F和后面表示进给速度值的若干位数字构成。用它规定直线插补G01和圆弧插补G02／G03方式下刀具中心的进给运动速度。进给速度是指沿各坐标轴方向速度的矢量和；进给速度的单位取决于数控系统的工作方式和用户的规定。它可以是mm/min、in/min、r／min、mm/r。例如在米制编程的零件程序中F220就是表示进给速度为每分钟220mm。2/1/20234:11PM20数控技术主轴转速功能字(S字)

S字用来规定主轴转速，它由S字母后面的若干位数字组成，这个数值就是主轴的转速值，单位是r/min。例如：S300表示主轴的转速为300r／min。

T地址字后接若干位数字值，数值是刀具编号。例如选3号刀具，刀具功能字为T3。2/1/20234:11PM21数控技术M地址字后接2位数值，共有M00～M99一百个字，有一部分已经国际标准化。当在同一程序段中，既有辅助功能代码，又有坐标运动指令时，控制系统将根据机床参数来决定以下几种执行顺序：

1)辅助功能代码与坐标移动指令同时执行。

2)在执行坐标移动指令之前执行辅助功能，通常称之为“前置”。

3)在坐标移动指令完成以后执行辅助功能，称为“后置”。每一个辅助功能(M代码)的执行顺序在数控机床的编程手册中都有明确的规定。M代码也分成模态和非模态两种。M代码可以分成两大类，一是基本M代码，另一类是用户M代码。基本M代码是由数控系统定义的。用户M代码则是由数控机床制造商定义的。辅助功能字(M功能)2/1/20234:11PM22数控技术辅助功能字(M功能)（1）M00：程序暂停指令当程序执行到含有M00程序段时，先执行该程序段的其它指令，最后执行M00指令，但不返回程序开始处，再启动后，接着执行后面的程序。2/1/20234:11PM23数控技术辅助功能字(M功能)（2）M01：可选择程序停止指令

M01和M00相同，只不过M0l要求外部有一个控制开关，开关处于关的位置，控制系统就忽略该程序段中的M0l。2/1/20234:11PM24数控技术辅助功能字(M功能)3)M02：程序结束指令现代的数控系统，零件加工程序都先输入到计算机内存中，执行程序时从内存中调出，按先后顺序执行，这时，M02和M30代码的功能就是一样的。执行到M02(或M30)时程序执行停止，指针重新设置到第一个程序段。再启动时，从第一句再次执行该零件程序。早期的数控系统带有纸带阅读机，程序从纸带上输入，这时M02功能只是程序结束。但不倒带。要想重新执行程序，必须倒带后再启动。2/1/20234:11PM25数控技术辅助功能字(M功能)（4）M30程序结束并倒带

M30和M02不同之处。当使用纸带阅读机输入执行零件程序时，遇到M30时，不但停止零件程序的执行，纸带会自动倒带到程序的开始，再次启动。该零件程序就再次从头执行。2/1/20234:11PM26数控技术刀具偏置字(D字和H字)在程序中，D字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具直径值调出，当使用刀具补偿激活时(G41，G42)，这个值就是刀具直径的补偿值。H字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具长度补偿值调出，当编程Z轴坐标运动时，这个值就是刀具长度的偏置值。2/1/20234:11PM27数控技术第三节

数控机床的坐标系

坐标轴的运动方向及其命名

统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给

维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。2/1/20234:11PM28数控技术第三节数控机床的坐标系进给运动坐标系

ISO和中国标准规定：数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统；2/1/20234:11PM29数控技术基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转坐标：绕X.Y.Z

轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A2/1/20234:11PM30数控技术坐标轴方向：定义为刀具相对工件运动的方向。编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进行编程。附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U.V.W表示。

2/1/20234:11PM31数控技术Z坐标（轴）方位Z坐标平行主轴轴线的进给轴。没有主轴或有多个主轴：垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。主轴能摆动：在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则这个坐标便是Z坐标；若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。2/1/20234:11PM32数控技术立式5轴数控铣床的坐标系Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。+Z+Z2/1/20234:11PM33数控技术+Z2/1/20234:11PM34数控技术X坐标

在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。+Z+X2/1/20234:11PM35数控技术Z轴铅直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；+Z立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X+X2/1/20234:11PM36数控技术+Z

Z轴铅直（立式）：双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，

X轴的正方向指向右边。+X2/1/20234:11PM37数控技术在工件旋转的机床上（车床、磨床等），X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向溜板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。+Z+X2/1/20234:11PM38数控技术Y坐标利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在XZ平面，姆指之外四指从Z抓向X，姆指所指的方向为+y。2/1/20234:11PM39数控技术立、卧式数控铣床+Z+X+Z+X+Y+Y2/1/20234:11PM40数控技术+Z+X+Y立式5轴联动数控铣床+Z+X+Y龙门数控铣床2/1/20234:11PM41数控技术+Z+Y+Z+Y/+C+A+C5.回转坐标A、B、C+X