第二章 数控加工程序的编制(测试专业)

第二章数控加工程序的编制唐山学院机电系卜匀数控编程知识简介数控编程定义根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件。常用编程方法：手工编程自动编程（图形交互式）手工编程利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成编程的内容与步骤1.确定加工方案分析图纸，根据零件的材料、形状、尺寸、精度、毛坯和热处理状态等确定加工方案，选择机床、刀具、夹具和装夹方法。2、工艺处理确定加工路线和切削用量3.数学处理零件图上给出的一般是零件的几何尺寸如长、宽、高、直径等，而编程所需的是每个程序段的起点终点和轮廓线型等，数学处理的主要任务就是根据图纸数据求出编程所需的数据。4.编写程序清单5.制备介质和程序检验检验方法：空走刀、显示器上模拟加工、用易切材料试切。坐标系及坐标方向

(以数控车床为例)

数控车床的坐标系是以径向为Ｘ轴方向，纵向为Ｚ轴方向。指向主轴箱的方向为Ｚ轴的负方向，而指向尾座的方向为Ｚ轴的正方向。Ｘ轴是以操作者面向的方向为Ｘ轴正方向。（数控车床编程中不涉及Y轴坐标）。

（1）机床原点机床原点又称为机械原点，它是机床坐标系的原点。该点是机床上设置的一个固定的点，其位置在机床装配、调试时由机床设计和制造单位确定，通常不允许用户改变。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。数控车床上，一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z三个直线坐标轴正方向的极限位置上。

（2）编程原点编程原点是指根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点，即编程坐标系的原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，并考虑到编程的方便性，编程坐标系中各轴的方向应与所使用数控机床的坐标轴方向一致。1.3绝对坐标与增量坐标

绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。图中A、B两点的编程值在绝对坐标编程中为：A（10，20）、B（25，50），在相对坐标编程中：A（0，0）、B（15，30）

数控加工工艺分析

加工方法的选择

1、数控车床加工内容形状较复杂轴，复杂曲线回转形成模具内型腔。

2、立式数控铣镗床或立式加工中心的加工内容箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面、立体零件。

3、卧式数控铣镗床或卧式加工中心的加工内容复杂箱体类零件、泵体、阀体、壳体。数控加工程序的格式及编程方法1、程序的结构加工程序分:主程序和子程序程序号、程序内容和程序结束三部分组成程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。(讲解程序的结构及六大功能字)

在编制数控机床程序时，首先要根据机床的脉冲当量确定坐标值，然后根据其程序段格式编制数控程序。程序段：完成某一动作要求所需的功能“字”的组合。由“功能字＋数字”组成准备功能字G

坐标功能字X、Y、Z、A、B、C

进给功能字F（4种表示方法）主轴速度功能字S（4种表示方法）刀具功能字T

辅助功能字

M1.准备功能（G00～G99功能）用来指示机床的动作方式，包括移动功能，暂停（G04）、平面选择、坐标设定、返回参考点、固定循环、刀具补偿、公英制转换等。准备功能越多，数控系统的功能越强见课本G功能代码当设计一个机床数控系统时，要在标准规定的G功能中选择一部分与本系统相适应的准备功能，作为硬件设计及程序编制的依据。标准中那些“不指定”的准备功能，必要时可用来规定为本系统特殊的准备功能。2.坐标功能字又称为尺寸字，用来设定机床各坐标之位移量。它一般使用X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R，A，B，C，D，E等地址符为首，在地址符后紧跟着“+”(正)或“－”(负)及一串数字，该数字一般以系统脉冲当量为单位，不使用小数点。一个程序段中有多个尺寸字时，一般按上述地址符顺序排列。3.进给功能字

用来指定刀具相对工件运动的速度。其单位一般mm/min。当进给速度与主轴转速有关时，如车螺纹、攻丝等，使用的单位为mm/r。进给功能字以地址符“F”为首，其后跟一串数字代码。有4种指定方法：三位数代码法：FXXX，1728mm/min——F717指定；（幻3代码法）二位数代码法：FXX，规定了与00-99相对应的速度表，速度是按等比关系上升的。比例系数为10的20次方根(≈1.12)，即相邻的后一速度比前一速度增加约12%。如F20为10mm/min，F21为11.2mm/min。一位数代码法：对于速度挡较少的数控机床可用F后跟一位数字，即0-9来对应10种预定的速度。直接指定法：像尺寸字中的坐标位移量一样，在F后面按照预定的单位直接写上要求的进给速度。

4.主轴速度功能字主轴速度功能字用来指定主轴速度，单位为r/min，它以地址符S为首，后跟一串数字。它与F为首的进给功能字一样可采用三位、二位、一位数字代码法或直接指定法。数字的意义、分挡办法及对照表与进给功能字通用。只是单位改为r/min。

5.刀具功能字当系统具有换刀功能时，刀具功能字用以选择替换的刀具。刀具功能字以地址符T为首，其后一般跟二位数字，代表刀具的编号。6.辅助功能（M功能）用于执行主轴的起停、方向变换、切削液的开关、刀库的起停，指定工作台等的固定直线与角位移；说明程序停止或纸带结束等。标准中一些不指定的辅助功能可选作特殊用途。当设计一个机床数控系统时，要在标准规定的M代码中选择一部分本系统所需要的辅助功能代码，作为有关部分线路设计及将来程序编制的依据。对于字地址格式的程序段常常可以用一般形式来表示。如：

N134G01X－32000Y+47000F1020S1250T16程序段格式在某数控机床上铣切半圆的零件，编制的加工程序如下：

讲解指令（G00，G01；G90；G91；G02；G41；G42；G40；M02；M03；M05）

工件坐标系选择指令

工件坐标系选择指令有G54、G55、G56、G57、G58、G59。均为模态指令。加工之前，通过MDI(手动键盘输入)方式设定这6个坐标系原点在机床坐标系中的位置，系统则将它们分别存储在6个寄存器中。程序中出现G54～G59中某一指令时，就相应地选择了这6个坐标系中的一个。

程序段格式为：G54

数控编程常用指令1.1与坐标和坐标系有关的指令

G17、G18、G19指令功能为指定坐标平面，都是模态指令，相互之间可以注销。G17、G18、G19分别指定空间坐标系中的XY平面、ZX平面和YZ平面

数控编程常用指令

坐标平面选择指令

绝对值编程指令与增量值编程指令绝对值编程指令是G90，增量值编程指令是G91，它们是一对模态指令。G90出现后，其后的所有坐标值都是绝对坐标，当G91出现以后，G91以后的坐标值则为相对坐标

1、尺寸单位设定指令

数控编程常用指令单位设定指令

运动路径控制指令

尺寸单位设定指令有G20、G21。其中G20表示英制尺寸，G21表示公制尺寸。G21为缺省值。

SIMENS和FAGOR系统采用G71/G70代码。

2、进给速度单位的设定指令

G94、G95，均为模态指令，G94为缺省值。程序段格式为：G94F；或G95FG94设定每分钟进给量，G20－－in/min、G21－－mm/min。

G95设定每转进给量，G20－－in/r、G21－－mm/r。

3、半径和直径编程

数控编程常用指令

单位设定指令

运动路径控制指令

半径和直径编程指令分别为G22和G23。注意，华中数控世纪星HNC-21/22T系统的直径/半径编程采用G36/G37代码。如图，刀尖从A到B时，以绝对值编程为例，程序段为：直径编程

G90G23G01X36Z8半径编程

G90G22G01X18Z8

数控编程常用指令

快速定位指令运动路径控制指令

G00为快速定位指令，刀具以点位控制方式从刀具所在位置以各轴设定的最高允许速度移动到指定位置，属于模态指令。程序段格式为：G00

X

Y

Z，XYZ为目标点坐标。

指令F对G00程序段无效

G60与G00的功能相似，它们都是快速地进行定位。只不过G60定位的方式不同，它先快速到达一个中间点，然后再以一固定速度移到定位点。为非模态指令，仅在本程序段中有效。程序段格式为：G60XYZ，其中X、Y、Z为定位终点。

方向定位指令

第4章数控编程常用指令线性进给指令

运动路径控制指令

G01指令即直线插补指令，按程序段中规定的进给速度F，由某坐标点移动到另一坐标点，插补加工出任意斜率的直线。

机床在执行G01指令时，在该程序段中必须具有或在该程序段前已经有F指令，如无F指令则认为进给速度为零。G01和F均为模态代码。程序段格式为：G01XYZFX

Y

Z为目标点坐标。

数控编程常用指令线性进给指令运动路径控制指令

例如图4.6所示路径，要求用G01，坐标系原点O是程序起始点，要求刀具由O点快速移动到A点，然后沿AB、BC、CD、DA实现直线切削，再由A点快速返回程序起始点O，其程序如下：

OXYADCB12281042图4.6

G01编程图例%0001

N10G90G00X10Y12S600T01M03N20

G01

Y28

F100N30

X42N40

Y12N50

X10N60

G00

X0

Y0N70

MO5N80

M02直线加工例子1、2

数控编程常用指令圆弧进给及螺旋线进给指令

运动路径控制指令

G02、G03为圆弧插补指令，该指令的功能是使机床在给定的坐标平面内进行圆弧插补运动。圆弧插补指令首先要指定圆弧插补的平面，插补平面由G17、G18、G19选定。圆弧插补有两种方式，一是顺时针圆弧插补Ｇ02，一是逆时针插补Ｇ03。编程格式有两种，一是I、J、K格式，另一种是R格式。1、圆弧插补指令

数控编程常用指令圆弧进给及螺旋线进给指令运动路径控制指令

1、圆弧插补指令

G02G02G02G03G03G03ZXYO图4.7圆弧插补方向判别程序段格式：G02

X

Y

I

J

F或G02

X

Y

R

FG03

X

Y

I

J

F或G03

X

Y

R

F

数控编程常用指令圆弧进给及螺旋线进给指令

运动路径控制指令

1、圆弧插补指令

如图4.9所示图例，设刀具由坐标原点O相对工件快速进给到A点，从A点开始沿着A、B、C、D、E、F、A的线路切削，最终回到原点O。

OXY153878R2048R23301025图4.9

G02、G03编程图例ABCDE58F%0001N10

G92

X0

Y0N20

G91

G17M03N30

GOO

X15

Y10N40

G01

X43

F180S400N50

G02

X20

Y20

I20

F80

N60

G01

X0Y18F180

N70

X-40

N80

G03

X-23Y-23

J-23

F80

N90

G01

Y-15

F180

N100

G00

X-15Y-10N110

M02

使用R格式编程

N50

G02

X78

Y30

R20

F80N80

G03

X15

Y25

R23

F80R表示圆心角小于180º的圆弧用R-表示圆心角大于180º的圆弧

＊整圆只能用圆心坐标编程

圆弧编程例子

数控编程常用指令暂停指令运动路径控制指令

G04为暂停指令，该指令的功能是使刀具作短暂的无进给加工(主轴仍然在转动)，经过指令的暂停时间后再继续执行下一程序段，以获得平整而光滑的表面。G04指令为非模态指令。其程序段格式为：G04

X（或P或F或S）

N05

G90

G1

F120

Z-50

S300

M03

N10

G04

X2.5；暂停2.5秒N15

Z70N20

G04

S30；主轴暂停30转N30

G00

XO

Y0；进给率和主轴转速继续有效N40

……

数控编程常用指令辅助功能指令辅助功能及其它功能指令

M00指令实际上是一个暂停指令。功能是执行此指令后，机床停止一切操作。按下控制面板上的启动指令后，机床重新启动，继续执行后面的程序。

1、M00——程序停止指令

2、M01——计划停止指令

M01指令的功能与M00相似，不同的是，M01只有在预先按下控制面板上“选择停止开关”按钮的情况下，程序才会停止。3、M02——程序结束指令

M02指令的功能是程序全部结束。此时主轴停转、切削液关闭，数控装置和机床复位。该指令写在程序的最后一段。

数控编程常用指令辅助功能指令辅助功能及其它功能指令

M03表示主轴正转，M04表示主轴反转。所谓主轴正转，是从主轴向Z轴正向看，主轴顺时针转动；反之，则为反转。M05表示主轴停止转动。4、M03、M04、M05——主轴正转、反转、停止指令

5、M06——自动换刀指令

M06为手动或自动换刀指令。当执行M06指令时，进给停止，但主轴、切削液不停。6、M07、M08、M09——冷却液开关指令

M07表示2号冷却液或雾状冷却液开。M08表示1号冷却液或液状冷却液开。M09表示关闭冷却液开关。

数控编程常用指令辅助功能指令辅助功能及其它功能指令

M30指令与M02指令的功能基本相同，不同的是，M30能自动返回程序起始位置，为加工下一个工件作好准备。7、M30——程序结束指令

8、M98、M99——子程序调用与返回指令

M98为调用子程序指令，M99为子程序结束并返回到主程序的指令。

数控编程常用指令刀具功能指令辅助功能及其它功能指令刀具功能用地址符T加4位数字表示，前两位是刀具号，后两位是刀补号。如果后两位数为00，则表示刀具补偿取消。

1、Ｔ指令编程

2、Ｔ、Ｄ指令编程

T后接两位数字，表示刀号，选择刀具；D后面也是接两位数，表示刀补号。如果选用了D0，则表示取消刀具补偿。

数控编程常用指令进给功能指令辅助功能及其它功能指令也称F