数控加工编程基础

数控加工编程基础概述编程的基础知识常用准备功能指令的编程方法数控编程的工艺处理程序编制中的数值计算1、数控编程的基本概念数控加工程序的编制：从零件图样到制成控制介质的全过程。2、内容和步骤一、概述确定加工方案工艺处理数学处理编写程序清单制备控制介质程序检验数控编程过程（1）确定工艺过程分析零件图样工艺→选择加工方案、加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具、工装及切削用量等工艺参数认识普通机床工艺规程和数控机床工艺规程的区别特别是数控指令。（2）数值计算按确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需输入数控装置的数据，陈数值计算。主要内容：在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动的轨迹的坐标值，零件的复杂程度和数控装置功能的强弱→数值计算的复杂程度。包括坐标换算、基点、节点计算、刀心运动轨迹坐标计算等（3）编写零件的加工程序清单用功能指令代码及程序段格式编写程序，依据加工路线、工艺参数及刀具运动轨迹坐标。工艺文件：工序卡、数控刀具卡、刀具明细表等（4）制备控制介质纸带、磁带、光盘等。（5）程序校验和试切空刀试切；空运转画轨迹图校验；用图形模拟校验；首件试切。3编程方法

编程方法有手工编程、数控语言编程和图形编程三种

1.

手工编程

用人工完成程序编制的全部工作（含数值计算）称手工编程几何形状简单、点位加工或由直线和圆弧构成的零件轮廓加工2自动编程（1）

数控语言自动编程（APT）

（2）

图形交互自动编程1、零件程序的结构（1）程序的构成

程序号、程序段和程序结束程序号（程序名）：O0600，O为地址码，0600为编号。不同系统地址码符号不同，如FANUC用O，AB8400用P.

程序段：N****(开始段号)，结束用Lf、CR、EOB等。字符数<90个。程序结束：用M02/M30程序段格式的相关概念

1程序由若干个“程序段（block）”组成，每个程序段由一定的顺序和规定排列的“字”（word）组成——程序段

2字：表示地址的英文字母、特殊文字和数字集合，表示某一功能的一组代码符号，是控制带或程序的信息单位

3格式：指一个程序段中各个字的排列顺序及其表达形式；常用的有三种：固定顺序程序段格式；分隔符固定顺序程序段格式；字地址程序段格式。广为应用的是：字地址程序段格式二、编程的基础知识（2）程序段的格式（字的排列顺序和表达方式）不同的数控系统有不同的格式，一般采用字地址程序段格式。特点：程序段的长短（字数和字长均可变），字的排列顺序没有严格的要求。采用ISO6983-J-1982GB/T8870-1988标准

N-(段号)G-（准备字）X-Y-Z-…

（坐标）F-（进给字）S-（主轴字）T-（刀具字）M-（准备功能字）如:N100G01X3200Y2500Z-150F180S300T12M03;

可见每个程序段由：顺序号字；准备功能字；尺寸字；进给功能字；主轴功能字；刀具功能字；辅助功能字和程序结束符组成1、各字的意义1）程序段序号（sequencemuber）N加数字2)准备功能G代码（preparatoryfunctionorG-function）,

数控系统准备进行某种操作G00---G99二、编程的基础知识（2）程序段的格式（字的排列顺序和表达方式）3）尺寸字（dimensionword）,

给定机床各坐标轴位移的方向和数据，进给尺寸地址字有

X,Y,Z,U,V,W,P,Q,R,A,B,C,I,J,K4)进给速度字（feedfunctionorF-function）

F后加若干位数字，数字取决于每个数控系统所采取的进给速度指定方式5）主轴速度字（spindlespeedfunctionorS-function）

S后加若干位数字，数字取决于每个数控系统所采取的主轴速度指定方式6）刀具功能字（toolfunctionorT-function）7)辅助功能字（miscellaneousfunctionorM-function）指定通断控制功能M00-M99,8)程序段结束符；*CRLF空格回车二、编程的基础知识（2）程序段的格式（字的排列顺序和表达方式）几点说明：准备功能：G指令机床动作辅助功能：M辅助动作指令补偿值：H或D补偿值地址切削用量：S、F主轴转速、进给速度刀具号：T刀库中的刀具编号主程序、子程序：几个程序段多次重复出现可独立编写成子程序，子程序还可以嵌套。二、编程的基础知识2、坐标系（1）坐标轴及运动方向的规定

1）直线进给和圆周进行运动的坐标系

X、Y、Z（直线进给）A、B、C（旋转）两原则：工件静止、刀具运动原则，否则方向为负增大刀具与工件之间距离的方向（远离工件）为坐标正向。坐标系：符合右手笛卡尔坐标系和右手螺旋法则

2）坐标系的确定方法

二、编程的基础知识

数控机床是按照坐标控制刀具位置的。为了使编出的程序在不同厂家生产的同类机床上有互换性，必须统一规定数控机床的坐标方向。确定坐标系的原则为：右手坐标系，X,Y,Z,A,B,C；X’,Y’,Z’,A’,B’,C’Z为平行与机床主轴（传递切削动力）的刀具运动坐标，离开工件为正；

a）刀具旋转机床（铣、钻、镗），平行于旋转刀具轴线的坐标

b）工件旋转机床（车、磨），平行于工件轴线的坐标

c）无主轴机床（刨），垂直于工件装夹面的坐标

d）多主轴机床：选垂直于工件装夹面的主轴

e）主轴摆动机床，在摆动范围内与坐标系平行的位置，被平行的坐标轴为Z轴。

X为水平，平行工件装夹面（水平面），平行主切削方向，垂直于主轴；

a）工件旋转：工件的径向，平行于滑座，刀具远离工件为正。

二、编程的基础知识

2）刀具旋转：Z轴水平，沿刀具主轴向后段工件看，右方向为X轴的正向；Y轴：符合右手笛卡尔坐标系

a对于工件旋转的机床，X为工件径向，平行于横滑座，刀具离开工件旋转中心向为正

b对于刀具旋转的立式机床，当从刀具的主轴向立柱看时，向右的方向为正

c对于刀具旋转的卧式机床，当从刀具（主轴）尾端向工件看时，向右的方向为正附加运动坐标：U、V、W、P、Q、R二、编程的基础知识二、编程的基础知识2、坐标系

（2）机床坐标系与工件坐标系

1）机床坐标系与机床原点数控机床出厂时，由生产厂家按照国家标准设定的坐标系。机床坐标系一经设定，就不再改变。每次开机时由数控装置自动设置一次机床坐标系机床坐标系的原点称机床原点、机械原点是固定点

2）工件坐标系与工件原点为了编程方便而设定的坐标系，零件加工程序中的坐标值均为编程坐标系中的坐标。编写零件加工程序前必须确定所在的坐标系。编程坐标系可以同时设定6个（G54-G59）。工件坐标系的原点：编程原点、工件原点，可用指令改变，在加工程序中可多次改变。局部坐标系在编程坐标系中建立的坐标系G52,在所在的编程坐标系里有效。二、编程的基础知识编程坐标系G54编程坐标系G59G54中的局部坐标系G59中的局部坐标系机床坐标系机床坐标系、编程坐标系和局部坐标系的关系车床的坐标系：CK3263(b)CK0630(c)CK6140XOZ—机床坐标系XpOpZp—工件坐标系

1.工件2.工作台

图2铣床的坐标系

2、坐标系

（3）绝对坐标系和增量（相对）坐标系

1）绝对坐标系坐标点以固定坐标原点为起点确定坐标值常用X、Y、Z表示

2）增量（相对）坐标系运动轨迹（直线或者圆弧）的终点坐标值是以起点开始计算的。坐标原点是移动的。常用U、V、W表示在编程时视具体方便情况进行选择。

3）最小设定单位与编程尺寸的表示方法最小设定单位：数控系统能实现的最小位移量。又称最小指令单位。数值上等于脉冲单量。脉冲单量：数控系统向伺服系统发送一个脉冲，工作台与刀具相对运动的最小单位距离。表示法：X12530、X125.30Z40525、Z405.25二、编程的基础知识3．对刀点（起刀点）的确定在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具的起刀点在工件坐标系中的位置。即常说的对刀问题。对刀点也称起刀点是数控加工中刀具相对工件运动的起点。数控机床上，目前，常用的对刀方法为手动试切对刀。a）对称零件的对刀点选择b）钻孔加工时的对刀点选择图2-4对刀点的选择参考内容：数控车床与铣床的对刀

(一)．数控车床的回参考点和对刀操作

数控车床对刀方法基本相同，首先，将工件在三爪卡盘上装夹好之后，用手动方法操作机床，具体步骤如下：

1）回参考点操作采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时CRT上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系的坐标值。

2）试切对刀先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0）；然后，停止主轴，测量工件外圆直径D。如图所示。再将工件端面车一刀，当CRT上显示的X坐标值为-（D/2）时，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零（即X0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。

(二)．数控铣床的回参考点和对刀操作

假设零件为对称零件，并且毛坯已测量好长为L1、宽为L2，平底立铣刀的直径也已测量好。如图所示，将工件在铣床工作台上装夹好后，在手动方式操纵机床，具体步骤如下：

1）回参考点操作

采用ZERO（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时CRT上将显示铣刀中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。2）手工对刀

先使刀具靠拢工件的左侧面（采用点动操作，以开始有微量切削为准），刀具如图A位置，按设置编程零点键，CRT上显示X0、Y0、Z0，则完成X方向的编程零点设置。再使刀具靠拢工件的前侧面，刀具如图B位置，保持刀具Y方向不动，使刀具X向退回，当CRT上X坐标值0时，按编程零点设置键，就完成X、Y两个方向的编程零点设置。最后抬高Z轴，移动刀具，考虑到存在铣刀半径，当CRT上显示X坐标值为（L1/2+铣刀半径），Y的坐标值为（L2/2+铣刀半径）时，使铣刀底部靠拢工件上表面，按编程零点设置键，CRT屏幕上显示X、Y、Z坐标值都清成零（即X0，Y0，Z0），系统内部完成了编程零点的设置功能。就把铣刀的刀位点设置在工件对称中心上，即工件坐标系的工件原点上。

3）建立工件坐标系

此时，刀具（铣刀的刀位点）当前位置就在编程零点（即工件原点）上。由于手动试切对刀方法，调整简单、可靠，且经济，所以得到广泛的应用。3、功能代码简介

常用的功能代码：G、M、F、S、T

（1）准备功能代码（G代码）：G00-G99共100种G代码：模态代码（续效代码）；非模态代码（非续效代码）。模态代码：在一个程序段中被使用后一直有效，直到出现同组其它任何一G代码。同组G代码不可以在同一程序段中出现，非同组G代码可在同一程序段中出现。非模态代码：仅在该代码段出现时才有效。二、编程的基础知识下面是一段简单的零件加工程序，通过这段程序体会一下零件加工程序的编制方法二、编程的基础知识10O机O编B2040XYDAC10EN01G92X-10Y-10;

N02G90G17G00X10Y10;

N03G01X30F100;

N04G03X40Y20I0J10;

N05G02X30Y30I0J10;

N06G01X10Y20;

N07Y10;

N08G00X-10Y-10M02;3、功能代码简介（2）辅助功能代码（M代码、M指令）：M00-M99机床加工时的工艺性指令：主轴开、停、正反转、切削液开关、运动部件的夹紧/松开等M00：程序停止（可用于完成手动变速、换刀、工件掉头等），按“启动”重新执行程序;M01：计划（任选）停止，与M00相似，仅需加按“任意停止”有效；M02：程序结束，程序结束并使系统处于复位状态；M03、M04、M05：主轴正传、主轴反转、主轴停止；M06：换刀；M07、M08:切削液开，M09：切削液关；M10、M11：运动部件的夹紧和松开；M30:程序结束。并使程序返回开始状态（一边更换工件）。多见加工时使用二、编程的基础知识3、功能代码简介（3）F、S、T代码1）F代码：单位一般mm/min，实际转速则与主轴倍率开关有关50%-200%。如F100→100mm/min说明：早切削螺纹指令时。指的是mm/r（毫米/转）2）S代码：制定主轴转速，单位一般r/minS1000→1000r/min，实际主轴转速也与倍率有关，50%-200%;

说明：在恒线速度切削时，要指定最高转速3）T代码：T04→4号刀

T0101→1号刀，1号刀补值；说明：刀补号和刀号可以不同。二、编程的基础知识1、与坐标相关指令（1）绝对与增量坐标指令——G90、G91假设刀具的当前位置在A点，以下两段代码的功能是一样的：

G00G54G90X60.0Y40.0；

G00G91X40.0Y30.0；三、常用准备功能指令的编程方法y40B302010AO204060x1、与坐标相关指令（1）绝对与增量坐标指令——G90、G911）绝对坐标的终点坐标按统一原点计算2）某系系统不用G91，用U、V、W表示如G91G01…→G01U-V-说明：G90、G91是模态指令；绝对和增量可以在一个程序里混合使用，同时也可以在一个程序段内使用，但仅可以用U、V、W来表示增量坐标。不可以在一个程序段里用G90、G91三、常用准备功能指令的编程方法1、与坐标相关指令（2）坐标系的设定G92建立工件坐标系（编程用），规定工件坐标系的坐标原点。确切说是确定工件坐标系原点距离刀具位置起始位置（起刀点）的距离。或者说确定起刀点在工件坐标系中的坐标值。工件坐标系的原点：工件基准、工艺基准、卡盘断面中心、工件右断面中心等。注（1）：G92并不使机床运动，因此在G92之前需使刀具位于起刀点位置。若刀位点与设定值有误差，可用刀补指令补偿其差值。注（2）：在车床中X值用直径值。G92指令，X、Y、Z必须齐全。可在程序中多次修改编程原点。三、常用准备功能指令的编程方法1、与坐标相关指令（3）坐标平面的选择指令：G17、G18、G19进行圆弧插补和刀具补偿时必须使用G17：XY平面；G18：ZX平面；G19：YZ平面其中G17可以省略，而车仅有XZ坐标，也不需要设。平面位置图三、常用准备功能指令的编程方法ZYXG19G18G172、运动控制指令（1）G001）快速点定位指令G00

格式为：G00X—Y—；三种可能的路径：。三、常用准备功能指令的编程方法AA

A

BBBXXXYYYa）方案1b）方案2c）方案32、运动控制指令（1）G001）快速点定位2）不需要指定F，系统事先设定；3）不同系统运动轨迹有所不同，需要实现了解轨迹避免碰撞干涉。注：不可以进行切削，只能作为消除空行程使用。不标点坐标可以是绝对和增量两种方式。。三、常用准备功能指令的编程方法2、运动控制指令（2）直线插补指令G01格式：G01X—Y—Z—F—；F为进给速度，X、Y、Z为终点（目标点）坐标。1）G01直线插补指令，控制工作台或者刀具作直线切削运动。2）无F，机床不动（但要注意有些系统乱动）；3）G01和F均为模态（续效）代码。例4-2。

用直线插补指令编制图4-3所示工件的加工程序。。三、常用准备功能指令的编程方法2、运动控制指令（2）直线插补指令G01三、常用准备功能指令的编程方法2023/2/336％0002；

程序名N10G92X100Z10；

建立工件坐标系，定义起刀点的位置N20G00X16Z2S600M03；

移到倒角延长线，Z轴2mm处，主轴正转，转速600r/minN30G01U10W-5F300；

倒C3角N40Z-48；

车削Ø26外圆N50U34W-10；

车削第一段圆锥N60U20Z-73；

车削第二段圆锥N70X90；

退刀N80G00X100Z10；

快退回起刀点N90M05；

主轴停转N100M30；

主程序结束并复位

⑵倒直角指令的程序段格式为：G01X（U）____Z（W）____C____。⑶倒圆角指令的程序段格式为：G01X（U）____Z（W）____R____。直线倒角G01，指令刀具从A点到B点，然后到C点，如图4-4所示。X、Z为绝对编程时，未倒角前两相邻轨迹程序段的交点G的坐标值；U、W为增量编程时，G点相对于起始直线轨迹的始点A的移动距离。C为相邻两直线的交点G相对于倒角始点B的距离。R为倒角圆弧的半径值。注意:①在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指令。②见图4-4，X、Z轴指定的移动量比指定的R或C小时，系统将报警，即GA长度必须大于GB长度。2023/2/3372023/2/338倒角参数说明用倒角指令编制图4-5所示工件加工程序2023/2/339倒角编程实例2023/2/340％0003；

程序名N10G92X70Z10；

建立工件坐标系，定义起刀点的位置N20G00U-70W-10S600M03；从起刀点，移到工件前端面中心处,主轴正转N30G01U26C3F100；

倒C3直角N40W-22R3；

车Ø26外圆，并倒R3圆角N50U39W-14C3；

车圆锥并倒边长为3等腰直角N60W-34；

车削Ø65外圆N70G00U5W80；

回到起刀点N80M05；

主轴停转N90M30；

主程序结束并复位2、运动控制指令（3）圆弧插补指令G02、G03格式：G02（G03）X—Y—I—J—F—；

G02（G03）X—Y—R—F—；三、常用准备功能指令的编程方法逆圆指令G03b）顺圆指令G022、运动控制指令（3）圆弧插补指令G02、G03关于圆弧插补指令的说明：顺逆判定:沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，来确定顺逆方向。如车床。

I,J,K为圆弧圆心相对起点的坐标。对于运用R地址表达的圆弧插补,如图左，

R为圆弧半径，R后跟负数，表示的是>180度的弧

R后跟正数，表示的是<180度的弧三、常用准备功能指令的编程方法2、运动控制指令（3）圆弧插补指令G02、G03三、常用准备功能指令的编程方法XYABR+R+R-R-XYAB30-30O2023/2/344

9．圆弧插补指令G02／G03

G02／G03指令的程序段格式为：X（U）____Z（W）____⑴用绝对尺寸编程时，X、Z为圆弧终点坐标；用增量尺寸编程时，U、W为圆弧终点相对起点的增量值。⑵R是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角小于等于180°时，R取正值，当所对应的圆心角大于180°时，R取负值。⑶不论是用绝对尺寸编程还是用增量尺寸编程，I、K都为圆心在X、Z轴方向上相对起始点的坐标增量（等于圆心坐标减去圆弧起点的坐标），在直径、半径编程时I都是半径值，如图4-6所示。⑷若程序段中同时出现I、K和R，以R为优先，I、K无效。2023/2/345G02/G03参数说明a）上手刀，刀架在操作者的外侧

b）下手刀，刀架在操作者的内侧2023/2/346

⑸圆弧插补的顺逆是从垂直于圆弧所在平面（如XZ平面）的坐标轴的正方向看到的回转方向（见图a上手刀），即观察者站在Y轴的正向（正向指向自己）沿Y轴的负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。反之，如果观察者站在Y轴的负向，沿Y轴的正向看去（见图b下手刀），顺时针方向为G03，逆时针方向为G02。该法则同样适合数控铣床。2023/2/347图G02/G03插补方向a）上手刀，刀架在操作者的外侧

b）下手刀，刀架在操作者的内侧2023/2/348例用圆弧插补指令编制图4-8所示工件的精加工程序图4-8圆弧插补编程实例2023/2/349％0004；

程序名N10G92X40Z5；建立工件坐标系，定义起刀点的位置N20M03S1000；

主轴正转，转速1000r/minN30G96S80；

恒线速度有效，线速度为80m/minN40G00X0；刀到中心，转速升高，直到主轴最大限速N50G95G01Z0F0.1；

工进接触工件，每转进给2023/2/350N60G03U24W-24R15；

加工R15圆弧段N70G02X26Z-31R5；

加工R5圆弧段N80G01Z-40；

加工φ26外圆N9G00X40Z5；

快退回起刀点N10G97S300；

取消恒线速度功能，设定主轴按300r/min旋转N11M30；

主轴停转、主程序结束并复位2、运动控制指令（4）暂停指令G04格式：G04P—

（也有用K、U、X,要根据系统定）其中P后面为暂停时间，单位是毫秒。常出现在孔加工孔底、槽底停留时间注：1）有时表示工件的转数

2）深孔底部的无进给切削

3）镗孔退刀时停主轴，暂停→退刀

4）车槽：进刀→暂停→退刀

5）车倒角、顶尖孔：进刀→暂停（光整）→退刀例：G91G01Z-7；G04X5；G00Z7；M02三、常用准备功能指令的编程方法3、刀补指令（1）半径补偿G41、G42、G401）概念：A、可按照零件轮廓编程

B、刀具磨损、重磨或者换新刀时方便编程刀具半径补偿功能的作用：要求数控系统能根据工件轮廓和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，编程时可按照零件轮廓的坐标数据编制加工程序，加工时控制刀具加工出工件轮廓。2）指令

G41—左补偿，G42—右补偿，G40—取消刀具补偿

G40与G41、G42配合使用。

G00/G01G41/G42X-Y-D-

三、常用准备功能指令的编程方法y

ABA编程轮廓B

G41编程轮廓G40G42G40oxoxa）左刀补G41b）右刀补G42

图2-7刀补功能的定义a）左刀补G41b）右刀补G42y3、刀补指令（1）半径补偿G41、G42、G40

数控程序一般是针对刀具上的某一点即刀位点，按工件轮廓尺寸编制的。车刀的刀位点一般为理想状态下的假想刀尖点或刀尖圆弧圆心点。但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一理想点，而是一段圆弧。切削加工时，刀具切削点在刀尖圆弧上变动，在切削内孔、外圆及端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但在切削锥面和圆弧时，会造成过切或少切现象（见图）。此时，可以用刀尖半径补偿功能来消除误差。刀尖圆弧半径补偿是通过G41/G42/G40代码及T代码指定的刀尖圆弧半径补偿号来加入或取消半径补偿的三、常用准备功能指令的编程方法3、刀补指令（1）半径补偿G41、G42、G40

三、常用准备功能指令的编程方法3、刀补指令（1）半径补偿G41、G42、G40

例：铣轮廓

N0040G90G41XAYAD01F400N0050XBYBN0060XCYCN0070G42XDYDN0080G41XAYAN0090G40XPYPM02其它作用：1）刀具磨损半径变小

2）粗、精余量分配

3）加工误差补偿

4）凸凹模加工：G41凸模、G42凹模三、常用准备功能指令的编程方法3、刀补指令（1）刀具长度补偿G43、G44、G40

用于刀具轴向（Z）补偿，使刀具在Z方向的实际位移大于或小于程序给定值。实际位移量=程序给定值±补偿值相加为正偏置→G43，相减为负偏置→G44注：程序坐标值和输入补偿值本身均可正负格式：G43/G44Z-H-其中：Z为坐标，H为刀具长度补偿的地址号

G43Z实际=Z指令+（H值）；G44Z实际=Z指令-（H值）

G40取消刀补

三、常用准备功能指令的编程方法2）刀具长度补偿指令G40、G43、G44长度短

e为负

正偏置G43长度长

e为正

负偏置G44标准长度3、刀补指令（1）刀具长度补偿G43、G44、G404、固定循环指令一个动作编写一个加工程序。钻孔：快进→慢钻→快退车螺纹：切入→车螺纹→刀具径向/斜向退出→返回镗深孔：快进→镗孔→孔底刀具准停→让刀→返回退刀