第二章数控加工编程基础1

第二章数控加工程序的编制第二节编程的基础知识第一节概述思考题和习题第四节数控编程工艺处理第三节

常用准备功能指令的编程方法第五节程序编制中的数值计算2/6/20231数控技术第一节概述一.数控编程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。指将零件的加工信息：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。

2/6/20232数控技术

1、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。数值计算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二、数控编程的内容和步骤第一节概述2/6/20233数控技术2、数值计算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。数值计算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2/6/20234数控技术

3、编制程序

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，按照数控系统规定的指令代码及程序格式，编写零件加工程序。

第一节概述数值计算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2/6/20235数控技术

4、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。第一节概述数值计算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2/6/20236数控技术第一节概述数值计算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5、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。2/6/20237数控技术第一节概述常用的校验和试切方法1、阅读法2、模拟法:检查程序的正确性（1）静态（机床不动）:“程序校验”（2）动态显示（空运行）的方法平面轮廓：用笔代刀具坐标纸代工件→空运转绘图。空间曲面：用蜡块、塑料、木料或价格低的材料→试切3、首件试切法：检查运动轨迹正确性和加工精度

1、2只能检查运动轨迹的正确性，不能判别加工误差。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。2/6/20238数控技术三、数控编程的方法

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），适于几何形状简单的零件。

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2/6/20239数控技术第二节编程的基础知识一.零件加工程序的结构1．程序的构成

程序号(名)+程序段（若干）；

其中：程序段=若干个指令字/程序字指令字=字母/地址码+数字+符号2/6/202310数控技术第二节编程的基础知识O0600N01G91G00X50Y60；N02

G01X10Y50

F150S300T12M03；．．．．．．．．．．．．．．．．N10

G00X-50Y-60；N11

M02；2/6/202311数控技术表2-1常用地址码及其含义2/6/202312数控技术2．程序段格式定义:一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则。目前广泛采用的是:地址符可变程序段格式。特点：程序段的长短(≤90)、字数和字长都是可变的，字的排列顺序没有严格要求。不需要的字以及与上一个程序段相同的续效字可以不写。这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查、修改等优点。第二节编程的基础知识格式：N—G—X—Y—Z—F—S—T—M—；2/6/202313数控技术字地址程序段的一般格式（ISO6983-1-1982）N—G—X—Y—Z—F—S—T—M—；程序段号G指令尺寸指令进给速度指令主轴转速指令辅助功能字程序段结束符刀具功能字第二节编程的基础知识如：N02G01X10Y50F150S300T12M03；常用地址码及其含义参表2-1（P13）2/6/202314数控技术3、主程序、子程序在一个零件的加工程序中，若有一定量的连续的程序段在几处完全重复出现，则可将这些重复的程序串单独抽出来，按一定的格式做成子程序。

主程序：N01……；N02……；N11调用子程序1；N28调用子程序8；N××……M02；……子程序1：N01……；N××……M99；子程序8：N01……LFN××……M99；第二节编程的基础知识2/6/202315数控技术二、数控机床坐标系

1、坐标轴及运动方向的规定：规定：坐标系是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的坐标系。否则，工件运动坐标系加’表示；并以增大工件与刀具之间的距离的方向为坐标轴的正方向。第二节编程的基础知识数控机床的坐标系按国际标准化组织标准规定为右手直角笛卡尔坐标系2/6/202316数控技术XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A（1）坐标系的规定：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。回转坐标系：绕X.Y.Z轴转动的进给坐标轴分别用A.B.C表示；坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。第二节编程的基础知识附加坐标轴：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U.V.W表示。2/6/202317数控技术(2)机床坐标轴的确定方法1）Z坐标（轴）Z坐标：平行于机床主轴的刀具运动坐标。Z坐标正方向：刀具远离工件的方向。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，则取垂直工件装夹面的方向为Z坐标。第二节编程的基础知识2/6/202318数控技术+Z第二节编程的基础知识2/6/202319数控技术+Z2/6/202320数控技术+Z+X第二节编程的基础知识a、在工件旋转的机床上（车床、磨床等）：X坐标：工件的径向并平行于横向拖板X坐标正方向：刀具离开工件旋转中心的方向2）X坐标：水平方向，垂直于Z轴并平行于装夹面的方向。2/6/202321数控技术+Z+X/第二节编程的基础知识b、在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床）。Z轴水平（卧式）：从刀具(主轴)后端向工件方向看时，向右方向为X坐标的正方向。+X2/6/202322数控技术+Z+X/第二节编程的基础知识Z轴垂直（立式）：单立柱：面对刀具主轴向立柱方向看，向右方向为X轴正方向。+X2/6/202323数控技术+Z+X/第二节编程的基础知识Z轴垂直（立式）：双立柱：(龙门机床)，面对刀具向左立柱放心方向看，向右方向为X轴正方向。+X2/6/202324数控技术第二节编程的基础知识3）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，从Z至X，姆指所指的方向为+y。2/6/202325数控技术+Z+X/+Z+X/+Y/+Y第二节编程的基础知识立、卧式数控铣床2/6/202326数控技术+Z+X/+Y龙门数控铣床第二节编程的基础知识2/6/202327数控技术+Z+X/+Y+C/回转坐标A、B、C第二节编程的基础知识2/6/202328数控技术第二节编程的基础知识2、机床坐标系与工件（编程）坐标系（1）机床原点（机械原点）与机床坐标系机床原点：机床坐标系的零点。这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床原点的建立：用回零方式建立。机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程2/6/202329数控技术第二节编程的基础知识

机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中建立工件坐标系的参考坐标系。

注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。

2/6/202330数控技术第二节编程的基础知识（2）工件坐标系与工件原点工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可与对刀点重合。工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。

注意：在一个零件的全部加工程序中，现代数控机床均可设置多个工件坐标系，可以一次或多次通过G指令设定和更改工件原点。2/6/202331数控技术第二节编程的基础知识（3）机床坐标系与工件坐标系的关系相对坐标轴平行，且方向相同，但原点不同。工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。2/6/202332数控技术Y轴偏置量X轴偏置量工件原点Z轴偏置量Y轴机床原点X轴Z轴卧式数控机床的坐标系X轴Z轴偏置量Y轴Y轴偏置量X轴偏置量机床原点工件原点立式数控机床的坐标系Z轴第二节编程的基础知识2/6/202333数控技术第二节编程的基础知识3、绝对坐标系和相对坐标系绝对坐标编程：工件所有点的坐标值均以固定的起点确定坐标值。相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点开始计算，也称增量坐标编程。a)绝对坐标b)增量坐标2/6/202334数控技术第二节编程的基础知识表达方式：G90/G91；X.Y.Z绝对，U.V.W相对选用原则：主要根据具体机床的坐标系，考虑编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精度的要求，选用坐标的类型。注意：同一程序，同一个程序段中均可用决定坐标、相对坐标编程；在使用相对坐标编程时，上述两个坐标系是无意义的。2/6/202335数控技术第二节编程的基础知识4、最小设定单位与编程尺寸的表示法分辨率(对控制系统)，可以控制的最小位移量。数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，脉冲当量δ（步进电机））是指对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）数控机床位移部件的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为0.0001～0.01mm，视具体机床而定。2/6/202336数控技术第二节编程的基础知识编程尺寸表示法：1、以最小设定单位表示。2、以mm为单位，以有效位小数表示如：X100.05Z85.00或X10005Z8500(假设δ=0.01mm)

2/6/202337数控技术三、穿孔带及代码1、穿孔纸带数控机床多用八单位穿孔纸带，穿孔带的每行可穿九个小孔，其中一个小孔成为“同步孔”或“中导孔”，用来产生读带的同步控制信号，其余八个大孔为“信息孔”，用来记录有关信息，有孔表示二进制的“1”，无孔表示二进制的“0”，根据穿孔带上孔的有无状态的不同，便可以得到不同的二进制代码。第二节编程的基础知识2/6/202338数控技术第二节编程的基础知识同步孔2/6/202339数控技术三、穿孔带及代码2、代码：数控系统中常用的代码有ISO代码和EIA代码。ISO代码：由7位二进制数和一位偶校验位组成。EIA代码：由6位二进制数和一位奇校验位组成。补奇、补偶的作用是可以检验纸带的孔是否少穿、孔道是否被弄脏、堵塞、断裂以及阅读装置线路元件是否完好。第二节编程的基础知识2/6/202340数控技术偶数校验位奇数校验位2/6/202341数控技术四、功能代码简介常用功能代码：G、M、F、S、T代码

1.准备功能代码G代码（G00-G99）模态指令（续效指令）：是指该指令一旦在某程序段中被使用，将一直保持有效到被同组的其它指令取代（或注销）、或整个程序结束为止。由此可知，①同组指令在一个程序段中只能出现一个，否则将产生语法错误。②模态指令只需在使用时指定一次即可，而不必在后续的程序段中重复指定，这样可简化编程。非模态指令（非续效指令）：是指该指令仅在使用它的某程序段中有效，若需继续使用该功能则必须在后续的程序段中重新指定。第二节编程的基础知识2/6/202342数控技术表2-3准功能G代码（JB3208-32）P222/6/202343数控技术常用的G指令：G00：G01：G02、G03：G04：G41、G42、G40：G90、G91：G92：工件坐标系设定2/6/202344数控技术2.辅助功能代码M代码（M00-M99）控制机床辅助动作的指令，机加工时工艺性指令，与G指令配合使用。常用的M指令：（1）M00——程序停止（暂停）。执行手动操作后按“启动”键继续执行下一个程序段。（2）M01——计划停止

同M00，但只有在操作面板上“任选停止”有效时，执行M01指令才有效。（3）M02、M30——程序结束

使程序全部结束，使主轴停转，进给、冷却全部停止，数控系统复位。M02一般出现在程序最后。M30还使运行程序返回起始点。第二节编程的基础知识2/6/202345数控技术（4）M03、M04、M05——分别为主轴顺、逆时针旋转、主轴停转。（5）M06——换刀指令。（6）M07、M08、M09——分别为1号（液状）冷却液开、2号（雾状）冷却液开、冷却液关。（7）M10，M11——运动部件的夹紧或松开。（8）M19——主轴定向停止

该指令使主轴停止在预定的角度位置上。它主要用于镗孔时，镗刀穿过小孔镗大孔，反镗孔和该精镗孔退刀不划伤已加工表面。（9）M98，M99——子程序调用、返回指令

第二节编程的基础知识2/6/202346数控技术3.F、S、T代码（续效代码）F代码：进给速度代码，用来指定进给速度的大小。

组成：F后带若干位数字表示法：编码法：数字表示机床进给速度数列的序号，具体的速度值需查表。直接指定法：F150、F3500，其中数字表示实际的合成速度值，mm/min。S代码为主轴转速功能代码。该代码为续效代码，用来指定主轴的转速。

组成：S后带若干位数字。第二节编程的基础知识2/6/202347数控技术表示法：编码法：直接指定法：S300、S600，其中数字表示实际的主轴转速值，r/min。与操作面板上主轴速度倍率开关位置（50%-200%）有关。T代码：刀具功能代码。用来选择所需的刀具号和刀补号。如：T0101,T11第二节编程的基础知识2/6/202348数控技术一、与坐标系有关的指令1.绝对坐标与增量坐标指令——G90/G91G90指令：表示程序中的编程尺寸值是在某个坐标系下按其绝对坐标给定的。G91指令：表示程序中编程尺寸值是相对于本段的起点，即编程尺寸值是本程序段各轴的移动增量，故G91又称增量坐标指令。注意:(1)这两个指令是同组续效指令，也就是说在同一程序段中只允许用其中之一，而不能同时使用。(2)在缺省的情况下（即无G90又无G91）,默认是在G90状态。(3)某些机床不用G91指令，直接用U、V、W表示。第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202349数控技术ABC30403050XY例：AB和BC两个直线插补程序段的运动方向及坐标系。假设AB段已加工完，要加工BC段，刀具在B点，则该加工程序段为：绝对坐标：G90G01X30Y40;增量坐标：G91G01X-50Y-30;或G01U-50V-30;

第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202350数控技术Φ252.坐标系设定指令——G92

确定工件坐标系的原点在距刀具刀位点起始位置多远的地方。

编程格式：G92XaYbZc；

（a、b、c为当前刀位点在所设工件坐标系中的坐标值）第三节常用准备功能指令的编程方法XOZ30例：数控车的坐标系设定；G92X25Z30；p注：执行G92前刀具必须在起刀点上，否则用刀具补偿误差值，执行G92后刀具并不动。2/6/202351数控技术

3.坐标平面选择指令——G17,G18,G19G17，G18，G19分别表示当前工作平面为XY,ZX,YZ平面。程序段中的尺寸指令必须按平面指令的规定书写。若数控系统只有一个平面的加工能力，可不必书写。缺省值为G17。这类指令为续效指令，

第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202352数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

1、快速点定位指令——G00编程格式：G00X__Y__Z__；功能：指令刀具从当前点，以数控系统预先设定的快进速度，快速移动到程序段所指令的目标点。注意:(1)不需指定速度，即无F指令。(2)一般为空行程运动。(3)运动轨迹视具体系统而定编程者需提前了解数控系统的运动规律，避免刀具与工件或夹具碰撞。2/6/202353数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法2、直线插补指令——G01编程格式：G01X__Y__Z__F__；功能：直线运动控制指令。使刀具从当前位置以多坐标联动的方式，按程序段指定的合成进给速度f作任意斜率的直线运动到达程序段中的目标点。注意:(1)必须含有F指令，否则机床不动作。(2)G01和F指令均为续效指令。2/6/202354数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法3.圆弧插补指令——G02,G03G02：顺时针圆弧插补。G03：逆时针圆弧插补。

顺、逆方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的标轴由正方向向负方向观察，刀具相对于工件的旋转方向。2/6/202355数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法G02顺、逆方向判别规则：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴由正方向向负方向观察。数控车床数控铣床G03G03G02×Ｙ⊙Ｚ2/6/202356数控技术G17X-Y-G18X-Z-G19Y-Z-G02G03第三节常用准备功能指令的编程方法编程格式：其中，程序段中的圆心坐标I,J,K，一般用从圆弧起点指向圆心的向量在X,Y,Z轴上的分量表示。I-J-I-K-J-K-或RF-；2/6/202357数控技术起点XYIJXXYIJ起点第三节常用准备功能指令的编程方法圆弧的终点坐标，由X、Y、Z后的数值指定。圆心的位置通常有以下几种方法：(1)由圆心指向起点的向量在X,Y,Z轴上的分量用I,J,K表示

(2)由起点指向圆心的向量在X,Y,Z轴上的分量用I,J,K表示(3)半径R法：：

θ≤180o：R取＋

θ＞180o：R取－θABΘ′ABABR1002/6/202358数控技术说明：1.具体采用哪种方法，视具体的数控系统而定。2.G00,G01,G02,G03是同组续效指令，缺省值G01。3.本段终点若与上一段终点位置相同，即起点与终点最终没有相对位移，则可省略不写。

第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202359数控技术4.暂停指令——G04功能：可使刀具作短时的无进给运动，非续效指令。编程格式：G04βΔΔ；或G04ＸΔΔ；等其中：β后的数值表示暂停的时间，单位为ms;或者是刀具、工件的转数，视具体数控系统而定。用途：用车削环槽、锪平面、倒角、孔加工等光整加工用作时间匹配：对于那些动作较长的，或者为了使某一操作有足够的时间可靠的完成，可在程序中插入该指令。第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202360数控技术例：图为唿空加工，孔底有粗燥度要求，根据图示条件，试编制加工程序。N0010G91G01Z-7F600；N0020G04β5；（刀具停留5s）N0030G00Z7;N0040M02;第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202361数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法XZ1438482028OBCDEFP例：车削加工如图零件，设A点为起刀点，刀具由P点快进到B点，然后沿B-C-D-E-F方向切削，再快退至P点。１、建立编程坐标系，确定起刀点。２、工艺分析：确定加工路线，选定刀具和切削用量３、计算相关点坐标值。４、编写代码：参考数控系统编程格式。编程步骤：返回第76页2/6/202362数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法O020N0010G92X50Z10;N0020G90G00X20Z2S600T11M03;N0030G01X20Z-14F100;N0040(G01)X28Z-38;N0050(G01X28)Z-48;N0060G01X42Z-48;N0070G00X50Z10M05;N0080M02;代码2/6/202363数控技术第三节常用准备功能指令的编程方法例：铣削加工如图零件，设P点为起刀点，刀具由P点快进到A点，然后沿A-B-O-A方向铣削，再快退至P点。XAPBOY1510151010O030N10G92X25Y25;N20G90G00X15S600T01M03;(P-A)N30G01X-10Y-10F100;(A-B)N40X0Y0;(B-O)N50X15Y25;(O-A)N60G00X25Y25;(A-P)N70M02;代码2/6/202364数控技术绝对坐标方式：N0010G92X0Y0;N0020G90G00X20S300T01M03;(0-A)N0030G03X20Y0I-20J0

F100;(逆圆插补)N0040G00X0Y0M02;(A-0)相对坐标方式：

G91X0Y0

I-20J0

X-20YXR20OA例：铣削如图所示的圆孔。起刀点在坐标原点O，加工时刀具快进至A，沿逆时针方向以100mm/min速度切削整圆至A，再快速返回原点。第三节常用准备功能指令的编程方法决定坐标编程相对坐标编程2/6/202365数控技术例2-4：在车床上加工如图所示的曲线轮廓，试写出刀尖从编程坐标原点出发，精车凸凹球面的程序段。假设已知Ａ(22,-45.32)、Ｂ(22,-75)、Ｃ(38.44,-60.16)、Ｆ(0,-28)第三节常用准备功能指令的编程方法决对值方式：N0030G03X44Z-45.32I0K-28F50;N0040G02X44Z-75I16.44K-14.84;增量值方式：N0030G03U44W-45.32I0K-28F50;N0040G02U0W-29.86I16.44K-14.84;决定坐标编程相对坐标编程2/6/202366数控技术例2-5：铣削加工如图所示的曲线轮廓，设A点为起刀点，从点A沿圆C1、C2、C3到D点停止，方向如图中所示，进给速度为100mm/min。第三节常用准备功能指令的编程方法2/6/202367数控技术ABCDYXG41G41G41P第三节常用准备功能指令的编程方法刀具补偿:数控系统控制刀位点的轨迹,但实际切削时是刀刃边缘完成,这就需要在刀位点与切削点之