数控编程基础

第二章数控编程基础§2.1程序编制的基础

一、程序编制的基本概念

从零件图纸到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程，称为程序编制。

程序编制分为手工和自动编程两种。

手工编程的步骤：

零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和尺寸

编制程序单

制作控制介质程序校检和试切校核校核检验YYYNNN图2-1手工编程过程的框图完成1、分析零件图分析零件图，以确定零件是否合适在数控机床上加工，或适宜在何种数控机床上加工，或确定零件的哪几道工序在数控机床加工。

2、确定工艺过程选定机床、刀具与夹具，确定零件加工的工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数。3、计算加工轨迹和加工尺寸（数值计算）根据零件图纸、加工路线和零件加工允许的误差，计算零件轮廓的坐标植。对无刀具补偿功能的机床，还要计算刀具中心的轨迹。4、编写加工程序单和校核根据加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿量、机床辅助动作以及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单。5、制作控制介质将零件程序清单上的内容记录在控制机床的控制介质上，作为数控系统的输入信息。控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘等。6、程序校验和试切削二、数控加工工艺基础（一）数控加工工序的划分工序的划分原则：先面后孔的原则；刀具集中的原则；粗、精分开的原则；按部位分序的原则。（二）对刀点与换刀点对刀点：刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。机床零点对刀点工作零点y0x0x1y1换刀点x2y2图2-2对刀点的坐标值xy

换刀点：一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。对刀点的选择原则：①对刀点应便于数学处理和程序编制；②对刀点在机床上容易校准；③在加工过程中便于检查；④引起的加工误差小。对刀点可以设置在零件、夹具上面或机床上面。换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。（三）走刀路线的选择走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。刀心运动轨迹刀心运动轨迹刀心运动轨迹(a)(b)(c)接刀痕铣刀铣刀铣刀图2-3走刀的轨迹

走刀路线的选择原则：①保证零件的加工精度和表面租糙度；②方便数值计算，减少编程工作量；③缩短走刀路线，减少空行程。（四）刀具的选择、切削用量的确定加工刀具的选择，应尽可能选用硬质合金刀具或性能更好的更耐磨的带涂层的刀具。铣平面轮廓用平头立铣刀，铣空间轮廓时选球头立铣刀。切削用量的选择，数控机械加工的切削深度、切削速度和进给量的确定原则与普通机械加工相似，也可根据实际经验或查问有关手册。数控机床的使用说明书上一般都会给出切削参数的推荐值。选择刀具时要规定刀具的结构尺寸，供刀具组装预调使用；还要保证有可调用的刀具文件；对选定的新刀具应建立刀具文件供编程用。（五）数控机床的选择

1.平面孔系零件的加工

这类零件或孔数较多，或孔位置精度要求较高，宜用点位直线控制的数控钻床与镗床加工。2.旋转体类零件的加工此类零件多选用数控车床或数控磨床加工。3.平面轮廓的加工

此类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般选两坐标联动的数控铣床加工。（六）程编中的误差控制

误差源：

１．逼近误差；4.立体轮廓表面的加工

一般选用具有三轴或三轴以上联动功能的数控铣床加工此类零件。２．插补误差；３．圆整误差；程编中的误差应控制在总误差的10%~20%之内。三、数控编程系统

数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。四、利用CAM系统进行自动编程的基本步骤

1．加工工艺确定（1）校准加工零件的尺寸、公差和精度要求；

（2）确定装卡位置；（3）选择刀具；（4）确定加工路线；

（5）选定工艺参数。

2．加工模型建立利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制在计算机屏幕上，作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。

3．刀具轨迹生成

建立了加工模型后，即可利用CAM系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。

4．后置代码生成

后置处理的目的是形成数控指令文件，利用CAM系统提供的后置处理器可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。

5．加工代码输出

§2.2数控加工的编程基础

程序字按其功能的不同可分为：顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴转速功能字、刀具功能字和辅助功能字7种类型。一、数字控制的标准代码常用的穿孔纸带有五单位和八单位两种。八单位穿孔纸带的代码有EIA美国电子工业协会标准和ISO国际标准组织标准。

共同特点：代码每行有八列，其中第三列与第四列之间的连续小孔称同步孔，用来产生读带的同步控制信号。其余的列，有孔表示“1”，无孔表示“0”，分别代表数字码、字母码和其他符号码；在每一行的第一列至第四列形成二进制代码，构成数字符，不同类型的字符由第五列至第七列的不同组合来区分。

ISO代码：第五、六列有孔，而第七列无孔，为数字字符；仅第七列有孔，为字母A~Z；仅第六列有孔，则为各类符号。每行代码的个数为偶数；若为奇数个，则将第八列补一个孔使之成为偶数个，第八列为补偶列。ISO代码最多可表示27（128）个字符。

EIA代码：每行代码的个数为奇数；若为偶数个，则将第五列补一个孔使之成为奇数个，第八列为补奇列，第八列基本上不用，故EIA代码最多可表示26（64）个字符。二、编制数控程序常用的指令代码

（一）准备功能代码（G代码）准备功能代码用于指定一些动作或选择一种操作方式，它使用G字编程。从G00~G99模态代码是指某些G代码在一个程序段被指定后，直到以后程序段出现同组的另一个代码时才失效的G代码。非模态代码是指只有书写了该代码时才有效的代码。1．与坐标设定有关的指令

代码功能代码功能G11坐标轴的平移和旋转G17选择XY平面G10取消G11G18选择ZX平面G15工件坐标系选择(模态)G19选择YZ平面G16工件坐标系选择(非模态)表2-1与坐标设定有关的指令

G52局部坐标系设定G53机床坐标系选择G54直线偏移XG55直线偏移YG56直线偏移ZG57直线偏移XYG58直线偏移XZG59直线偏移YZ2．与坐标轴移动有关的指令

代码功能代码功能G00定位（快速直线插补）G03逆圆或螺旋线插补G01直线插补G30回零G02顺圆或螺旋线插补

表2-2与坐标轴移动有关的指令

3．刀具补偿指令代码功能G40刀具半径补偿取消G41刀具半径左补偿G42刀具半径右补偿表2-3与刀具补偿有关的指令

G43刀具长度正补偿G44刀具长度负补偿G49刀具长度补偿取消4．与指令确定的数值有关的指令

代码功能代码功能G90绝对值编程G95进给量（每转）G91增量值编程G20输入值为英制G94进给速度（每分钟）G21输入值为米制表2-4与指令确定的数值有关的指令

5．可简化编程的指令

代码功能代码功能G50几何缩放取消G83深孔钻孔固定循环G51几何缩放G84旋攻螺纹固定循环G62镜象加工G85镗孔固定循环(切速退刀G73高速深孔钻孔固定循环G86镗孔固定循环(快退刀)G74左旋攻螺纹固定循环G87背镗固定循环(快退刀)G76精镗固定循环G89背镗固定循环(同G85)G80固定循环功能取消G274左旋同步攻螺纹G81钻孔固定循环G284右旋同步攻螺纹G82固定循环（同G81）

表2-5可简化编程的指令

6．宏指令

G100～120各代码可供建立用户指令，以简化程序编制。7．其他功能G代码

代码功能代码功能G04进给暂停G61急停检查（非模态）G09急停检查（非模态）G64取消急停检查G22程序行程极限有效G175圆简周边切削G23程序行程极限无效G186公差控制无效G31跳步G187公差控制有效G174圆简周边切削无效

表2-6其他功能G代码

（1）快速直线插补(G00)

G00快速直线插补控制机床各轴以最大速率从现在位置移动到指令位置。G00是模态代码。

其编程格式为：G00XYZ。XYZ起点(x0,y0,z0)终点(x,y,z)图2-4G00

（2）直线插补(G01)

直线插补G01程序段控制各轴以指定的进给速率沿直线方向从现在位置移动到指令位置。G01是模态代码

其编程格式为：G01XYZF(进给速率)。XYZ起点(x0,y0,z0)终点(x,y,z)图2-5G01（3）顺圆弧插补（G02）圆弧插补G02程序段可以使机床从现在位置沿圆顺时针弧轨迹运动到指令位置，进给速率沿圆弧的切线方向，大小等于编程的进给率F。G02表示刀具沿顺圆运动(CW)。XYZ起点(x0,y0,z0)终点(x,y,z)图2-6G02（4）逆圆弧插补（G03）圆弧插补G03程序段可以使机床从现在位置沿逆时针圆弧轨迹运动到指令位置，进给速率沿圆弧的切线方向，大小等于编程的进给率F。G03表示刀具沿逆圆运动(CCW)。XYZ终点(x0,y0,z0)起点(x,y,z)图2-7G03圆弧插补可以用两种方式编程：①编程G02或G03及I、J、K字定义圆弧中心点，称为中心编程，当圆弧的中心是关键尺寸时，选用该编程方法；XYZ起点(x0,y0,z0)终点(x,y,z)

其编程格式为：G2XYZIJKF(进给速率)。O(I,J,K)图2-8圆心坐标

②半径编程当圆弧的半径R或终点坐标为关键尺寸时，选用该编程方法。XYZ起点(x0,y0,z0)终点(x,y,z)

其编程格式为：G2XYZRF(进给速率)。O(I,J,K)R当圆心角180º时，R以正值表示；当圆心角>180º时，R以负值表示。但整圆不能用此编程方法。图2.9

（二）辅助功能代码（M代码）

辅助功能代码（M代码）用于指令控制功能和机床功能，多与程序执行和机械控制有关。1．M00程序停止。执行M00后程序停止，可按机床上的起动按钮使机床重新起动，继续执行以后的程序。

2．M01可选择的程序停止。当按下机床操作面板上的“选择开机”按钮时，执行M0l以后程序停止，重新起动则继续执行下段。

3．M02和M30程序结束。4．M03、M04和M05主轴正转、反转和停转。

5．M06换刀。

6．M15、M16第四旋转轴正转、反转。

7．Ml9主轴定位。执行M19后可使主轴正转后停在规定的角度上。8．M118主轴定位(反转)。执行M118后可使主轴反向旋转后停在规定的角度上。

9．M119主轴定位(以较短的路径转)。10．M52、M53和M54与G指令固定循环配合使用。11．M132、M133决定机床上的“单段执行”开关(程序逐段执行)有效、无效。12．M134、M135决定机床上的“主轴转速倍率”开关有效、无效。13．M136、M137决定机床上的“进给速度倍率”开关有效、无效。

14．Ml38、M139决定机床上的“空运转”开关有效、无效。

l5．M140、M14l决定机床上的“进给保持”开关有效、无效。

16．M201～M210与G100～G120各代码一样可供建立用户宏指令，以简化程序的编制。（三）F、S、T指令—都是续效代码（1）F指令为进给速度指令，该表示方法有：

a．代码法：F后跟两位数，这两位数字表示该进给速度的序号。

b．直接指定法：F后所跟的数字就是实际进给速度。如F50表示进给速度为50mm/min。（2）S指令—主轴转速指令，也有两种表示方法：

a．代码法：S后跟两位数，表示主轴转速的序号。

b．直接指定法：S后所跟的数字就是实际主轴转速。如S1000表示主轴转速为1000r/min。（3）T指令—刀号指令，T后跟两位数字，这两位数字表示刀具的编号。三、数控加工程序的结构1．程序的组成一个完整的零件加工程序由程序段组成；一个程序段由若干个代码字组成；每个代码字由字符（字母、数字、符号）组成。N01G91G00X50Y60LFN02G01X1000Y5000F150S300T12M03LF．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．N10G00X-50Y-60M02LF每个程序段以序号“N”开头，以LF(LineFinish)结束，M02=END作为整个程序的结束。2．程序段格式（1）地址符可编程序段格式

这种格式称字-地址程序格式，其特点是程序简单，可读性强，易于检查，因此，现代数控机床广泛采用这种格式。（2）分隔符固定顺序程序段格式该种格式是用分隔符“HT”代替地址符，而且预先规定了所有可能出现的代码的固定排列顺序，根据分隔符出现的顺序，就可判断其功能。由于该格式不直观，编程不便，现在已很少使用。3．主程序和子程序

（1）子程序：将重复出现的程序串单独抽出来，按一定的格式写成子程序，供主程序调用。

（2）子程序的格式：除有子程序名或子程序开头代码字外，还要有子程序结束代码字。其余部分与主程序相同。

（3）主程序：程序中字子程序以外的部分便称为主程序。1.定义机床坐标系是指用于确定机床的运动方向和移动距离的坐标系。四、机床坐标系标准的数控机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。图2-10右手笛卡尔直角坐标系+X´、+Y´、+Z´表示工件的正移动方向。2.各坐标轴的确定（1）Z轴的确定Z轴是传递切削力的主轴所规定的主轴轴向。对于铣床、镗床、钻床等是带动刀具旋转的轴；对于车床、磨床等是带动工件旋转的轴。其方向是平行于主轴轴线，远离工件方向为正方向。（2）X轴的确定X轴一般是水平的，平行于工件的装夹平面。它平行于主要的切削方向，且以此方向为主方向。1）对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标是工件的径向且平行于横向拖板，刀具远离回转中心是正向；图2-11卧式数控车床①当Z轴水平时，沿刀具主轴向工件看，X轴的正方向指向右边。

图2-12卧式升降台铣床2）对于刀具旋转的机床（如铣、钻、镗床）图2-13卧式镗床a．对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边。②当Z轴为铅垂方向（立式主轴）时图2-14数控铣床图2-15龙门式轮廓铣床b．对于双立柱机床（如龙门机床），当站在操作台一侧从主轴向左侧立柱看时，X轴的正方向指向右边。（3）Y轴的确定Y轴的运动方向则根据X轴和Z轴按右手法则确定。

（4）转动方向的确定围绕X、Y、Z轴的转动分别用A、B、C表示，它们的正方向为右旋螺纹前进的方向。3．机床原点机床原点是指机床坐标系的原点，即X=0,Y=0,Z=0的点，一般在机床上是固定的。五、工件坐标系和工件原点

工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一固定点位原点（也称工件原点）所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件坐标系的各坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴平行。工件原点选择的原则：（1）工件原点选在工件图样的尺寸基础上。（2）能使工件方便地装卡、测量和检验。（3）工件原点尽量选在尺寸精度高、粗糙度较细的工件表面上。（4）对于有对称形状的几何零件，工件零件最好选在对称中心上。机床原点工件原点机床参考点编程原点图2-16数控车床坐标系及相关点的关系六、绝对坐标系与相对坐标系1．绝对坐标系所有的坐标值均从同一固定坐标点计量的坐标系。2．相对坐标系运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系（或增量坐标系）。ABXXYYO18121520

图2-17绝对与相对坐标系以绝对坐标计算：XA=12,YA=15,XB=30,YB=35

以相对坐标计算：XA=0,YA=0,XB=18,YB=20§2.3自动数控编程一、概述数控自动编程主要由硬件和软件组成。硬件由计算机、穿孔机、绘图机、磁盘等外设组成；软件包括编程语言和程序系统（编译程序）。编程语言是一套规定的基本符号、字母、数字和用它们描述零件加工的语法、词法规则。这些符号和规则描述被加工零件的几何形状、几何元素间的相互关系、刀具运动轨迹以及一些必要的工艺参数。自动编程是由编程人员根据零件图进行工艺分析，用编程语言编写源程序，经计算机处理后自动输出零件数控加工程序单。编译程序：对零件源程序进行主信息处理和后置处理，将零件的源程序翻译成计算机能够接受的机器语言。二、数控编程语言APT用APT语言编写的零件源程序由APT处理系统能够识别的语句和数据组成。（一）APT语言的主要语句1、刀具形状语句：CUTTER/1，0.2512、

几何定义语句作用：说明零件的几何形状、进刀点位置和进刀方向等。