数控加工程序设计

数控加工程序设计第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2.1.1

编程的内容和步骤一般来说，程序编制过程主要包括：分析图纸、工艺处理、数学处理、编制程序清单、输入程序及程序检验。所谓数控编程是指由分析零件图样到程序检验的全部过程。2第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期三32.1.2程序编制的方法

（1）手工编程用人工完成程序编制过程中的全部工作称为手工程序编制对于点位加工或几何形状较为简单的零件,可采用手工程序编制；对于形状较复杂的零件，据统计手工编程时间与自动编程时间比近似为30:1。第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期三（2）计算机辅助编程又称自动编程是由计算机完成数控加工程序编制过程中的大部分工作。采用计算机辅助编程，由计算机系统完成大量的数字处理运算、逻辑判断与检测仿真，可以大大提高编程效率和质量。对于复杂型面的加工，若需要三、四、五个坐标轴联动加工，其坐标运动计算十分复杂，一般采用计算机辅助编程方法。数控加工的计算机辅助编程，一般有数控语言型，人机交互图像编程和数字化编程三种类型。2023/6/104第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期三1）数控语言型采用某种高级语言，对零件几何形状及走刀线路进行定义，由计算机完成复杂的几何运算，或通过工艺数据库对刀具夹具及切削用量进行选择。特点：直观性差、编程过程复杂不易掌握、不便进行阶段性检查5第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2）人机交互图形编程分为CAD/CAM类型、CAD/CAPP/CAM类型CAD/CAM编程是目前计算机辅助编程中最流行的方法CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程(系统从CAD中获取零件的几何信息，从CAPP获取的工艺信息，调用NC源程序生成器生成数控源程序，经后置处理生成数控加工程序，并进行动态仿真。如果正确无误，则将加工程序指令直接送到NC机床加工)

加工工艺参数不必由编程人员键盘手工输入2023/6/106第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期三3）数字化编程用测量机或扫描仪对零件图纸或实物的形状和尺寸进行测量或扫描，然后经计算机处理后自动生成数控加工程序。这种方法十分方便，但成本较高，仅用一些特殊场合。2023/6/107第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1082.2数控机床程序编制的有关规定2.2.1数控程序编制的国际标准和国家标准数控代码标准有美国电子工业协会制定的EIA-RS244和国际标准化协会制定的ISO-RS840两种标准。这两种代码的区别不仅仅是每种字符的二进制八位数的编码不同，而且功能代码的符号、含义和数量都有很大区别。ISO代码主要在计算机和数据通讯中使用，1965年以后才开始在数控机床中使用。ISO代码的特点是每一行的孔数必须为偶数，EIA代码的每一行孔数是奇数。第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/109由于美国在数控机床方面处于领先地位，因此EIA代码仍为世界各国的数控机床厂所接受，并得到广泛使用。我国原机械工业部根据ISO标准，制定了JB/3208-1999《数控机床穿孔带程序格式中的准备功能G和辅助功能M的代码》等标准，并规定新设计的数控机床必须采用该标准现代中国规定新一代产品全部采用ISO代码。不同的数控系统,在编程的许多细节上并不完全相同，因此编程时还应按照具体机床的编程手册中有关规定来进行。第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1010常用的数控标准有以下几方面：数控的名词术语；数控机床的坐标轴和运动方向；数控机床的字符编码（ISO代码、EIA代码）；数控编程的程序段格式；准备功能（G代码）和辅助功能（M代码）；进给功能、主轴功能和刀具功能。中国制定的许多数控标准与国际上使用的ISO标准基本一致。第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/10112.2.2数控机床的坐标轴与运动方向一、坐标系和机床运动方向的规定准由全国工业自动化系统和集成标准化技术委员会提出并归口的JB/T3051-1999的规定：（1）刀具相对于工件运动的原则。为了编程方便，一律规定为工件固定刀具运动。（2）标准的坐标系是一个右手直角坐标系，正方向为增大刀具和工件距离的方向。同时规定了分别平行于X、Y、Z的第一附加轴为U、V、W；第二附加轴为P、Q、R。（3）规定绕X、Y、Z轴的旋转轴为A、B、C轴，其方向为右手螺旋方向，旋转轴的原点一般规定在水平面上。若有附加的旋转轴时用D、E定义，其与直线轴没有固定的关系。第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1012坐标轴方向规定方法图2-1右手直角笛卡尔坐标系第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1013二、坐标轴的规定在确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴和Y轴，最后确定其它轴。JB/T3051-1999(ISO-841-2001)规定机床运动的正方向是指增大工件和刀具之间距离的方向。（1）Z轴方向规定

①规定平行于主轴轴线，对于没有主轴的机床规定垂直于工件装夹表面的坐标轴为Z坐标②如果机床有一系列主轴，则应尽可能垂直于工件装夹面为Z轴③如果机床能摆动，在摆动范围内只与标准坐标系中的一个平行时，则这个坐标就是Z坐标，如果在摆动范围内能与基本坐标中的多个坐标相平行时，则取垂直于工件装夹面的方向作为Z坐标的方向。

④Z轴的正方向是使刀具远离工件的方向

第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1014（2）X轴方向规定①在刀具旋转的机床上，如铣床、钻床、镗床等，若Z轴是水平的，则从刀具（主轴）向工件看时，X轴正方向指向右边；若Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右方；对于双立柱机床，从主轴向左侧立柱看时X轴的正方向指向右边②在工件旋转的机床上，如车床、磨床，X轴的运动方向是在工件的径向，并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的方向。第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1015（3）Y轴方向规定由Z、X确定

（4）工件固定刀具移动时的旋转坐标与X、Y、Z对应为A、B、C方向右手螺旋

（5）附加轴如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有与它们平行的坐标，可分别定义第二座标系，指定为U、V、W。如还有第三组运动，则分别指定为P、Q、R。

（6）对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，做相反的安排。刀具固定、工件移动时在X、Y、Z、A、B、C上要加“′”，X=-X′

编程坐标规定为：按照工件固定，刀具移动进行编程第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1016三、典型数控机床的坐标简图数控车床和镗床坐标系第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1017数控铣床坐标系第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1018第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1019第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1020第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1021第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/10222.2.3数控机床的坐标系统（1）机床坐标系机床上固有的坐标系主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行关键是确定数控机床坐标系的零点（原点）M。机床零点M是确定数控机床坐标系的零点以及其它坐标系和机床参考点的出发点。数控机床坐标系是由生产厂家实现确定的，可以在机床用户使用说明书中查到。车床的机床零点多在主轴法兰盘接触面的中心，即主轴前端面的中心上。第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1023数控铣床的机床零点因生产厂家的不同而不同在数控车床上，原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。在数控铣床上，机床原点一般取在三个直线坐标轴正方向的极限位置上。第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1024第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1025（2）机床参考点R（由挡铁和限位开关预先确定好的点）数控机床坐标系是机床固有的坐标系统，它是通过操作刀具或工件返回机床零点M的方法建立。在大多数情况下，当已经装好刀具和工件时，机床的零点已不能返回，因而需设机床参考点。机床参考点是由机床制造厂家定义的一个点，R和M的坐标位置关系是固定的，其位置参数存放在数控系统中。当数控系统启动时，都要执行返回参考点R，由此建立各种坐标系。参考点R用挡块和限位开关精确地预先确定好的，多位于加工区域的边缘。第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1026多数数控机床都可以自动返回参考点R。如果因断电使控制系统失去现有的座标值，则可返回参考点，并重新获得准确的位置值。（3）工件坐标系用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系。数控机床坐标系是进行设计和加工的基准，但有时利用机床坐标系编制零件的加工程序并不方便。如果选择工件上某一点作为工件零点，以工件零点为原点且平行于机床坐标轴X、Y、Z建立一个新坐标系，就称工件坐标系。（4）绝对坐标系和增量坐标系在数控系统中，移动到一个坐标系的特定点运动可以用绝对坐标系或增量坐标系。绝对与增量坐标系可通过指令G90/G91进行选择第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1027第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1028

2.3

数控加工指令代码和程序结构2.3.1程序段格式程序段格式指程序中的字、字符、数据的安排规则。不同的数控系统有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统便不能接受，则程序将不被执行而出现报警提示。程序段的格式可分为固定顺序程序段格式、分隔符程序格式和可变程序段格式。数控机床发展初期采用的固定顺序程序段格式以及后来的分隔符程序格式，现已不用或很少使用，最常用的是地址可变程序段格式，简称字地址程序格式。第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1029其形式如下：

N__GxxX__Y__Z__F__S__T__Mxx;例如：N10G01X40.0Z20.0F0.2；其中，N为程序段地址码，用于指令程序段号；G为指令动作方式的准备功能地址，G01为直线插补指令；X为坐标轴地址，后面的数字表示刀具移动的目标点坐标；F为进给量指令地址，后面的数字表示进给量。第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1030功能代码详细说明（1）字

数控机床的程序由若干“程序段”组成，每个程序段由按照一定顺序和规定排列的“字”组成。字是由表示地址的英文字母、特殊文字和数字集合而成。字表示某一功能的一组代码符号。（2）顺序号字

顺序号字也称程序段号或序号。它是数控加工程序中用得最多，但是又最不容易引起人们重视的一种程序字。顺序字一般位于程序段开头，它由地址符N和随后的1-4位数字组成。顺序号可以用于主程序、子程序和用户宏程序中。第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1031（3）准备功能字准备功能（G功能）preparatoryfunction准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，它用来指令机床或控制系统做某种功能的操作，为数控系统的插补运算做准备，所以在程序段中G功能字一般位于尺寸字的前面。准备功能字由地址符G和后缀两位整数表示，从G00-G99共100个。G指令字国际上已制定了ISO1056-1975(E)国际标准，我国依据它制定了JB/T3208-1999部颁标准。第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1032（4）尺寸字尺寸字由规定的地址符及后续的带正负的多位十进制数组成。地址符用得较多的有三组：第一组X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R，用来指令到达点坐标置或距离；第二组A、B、C、D、E，用来指令到达点的角度坐标；第三组I、J、K，用来指令圆弧轮廓的圆心点坐标。可使用国际单位制，也可以英制。FANUC系统使用G22/G21、美国A-B公司系统用G71/G70切换，也有一些系统用参数设定来选择是国际单位制或英制。小数点有无大不相同，有小数点和无小数点的数值可以混合使用。第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1033（5）进给功能(F功能)feedfunction(Ffunction)进给功能字的地址符用F，所以又称为F功能或F指令。它的功能是用来指定坐标轴移动进给的速度。。F代码为续效代码，一经设定后如未被重新指定，则先前所设定的进给速度继续有效。一般有以下两种表示方法：(1)代码法代码法后面的数字不直接表示进给速度的大小，而是机床进给速度数列的序号。(2)直接指定法F后跟的数字就是进给速度的大小，如F150，表示进给速度为150mm/min。目前大多数数控机床都采用直接指定法。第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1034（6）主轴转速功能字主轴速度功能(S功能)spindlespeedfunction(Sfunction)S指令用来指定主轴转速，用字母及后面的1～4位数字表示，有恒转速(单位为r/min)和恒线速(单位为m/min)两种指令方式。S指令只是设定主轴转速的大小，并不会使主轴回转，必须有M03(主轴正转)或M04(主轴反转)指令时，主轴才开始旋转。S指令是续效代码。在经济型数控系统中，S功能的间接指定法即代码法还在使用。第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1035（7）刀具功能字刀具功能（T功能）toolfunction(Tfunction)刀具功能字用地址符T及随后的数字代码表示，主要用来选择刀具。一般加工中心程序中的T代码后的数字直接表示所选择的刀具号码，如T12，表示12号刀；数控车床程序中的T代码后的数字既包含所选择的刀具号，也包含刀具补偿号，如T0102，表示选择01号刀，调用02号刀补参数。第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1036（8）辅助功能字辅助功能（M功能）miscellaneousfunction辅助功能字由M地址符及随后的两位数字组成，用来指令数控机床的辅助动作及其状态，也有M00~M99共100种。辅助功能指令用于指定主轴的启停、正反转、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧与松开、刀具的更换等。M指令也有续效指令与非续效指令。第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1037常用加工程序的格式常用加工程序的开始符、程序名、程序主体和程序结束指令组成。程序的最后还有一个程序结束符。程序的开始符与结束符是同一个字符：在ISO代码是％，在EIA代码中是ER。程序结束指令可用M02或M30。现在的数控机床一般都使用存储式的程序运行，此时M02与M30的共同特点是：在完成了所在程序段其它所有指令之后，用以停止主轴、冷却液和进给，并使数控系统复位。第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1038程序名位于程序主体之前、程序开始符之后，它一般独占一行。程序名有两种形式：一种是以规定的英文字（多用Ｏ）打头、后面紧跟若干位数字组成。数字的最多允许位数由说明书规定，常见的是两位和四位两种。这种形式的程序名也可称作程序号。另一种形式是，程序名由英文字、数字或英文、数字混合而称，中间还可以加入“－”。这种形式使用户命名程序比较灵活，这就给使用、存储和检索等带来很大方便。程序名用那种形式是由数控系统决定的。第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/10392.3.2子程序和用户宏程序（1）主程序和子程序一组程序段在一个程序中多次出现，或者在几个程序要使用它。可以把这组程序段摘出来，命名后单独存储，称为子程序。子程序是可由适当的机床控制指令调用的一段加工程序，它在加工中具有独立的意义。调用第一层子程序的指令所在的加工程序叫做主程序。调用子程序的指令也是一个程序段，它一般是由子程序调用指令、子程序名称和调用次数等组成。第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1040图2-3子程序的调用第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1041（2）变量参数编程与用户宏程序在常规的主程序和子程序内，几乎所有的功能字，尤其是尺寸字，都有严格的地址和随后的数字（数值）。

所谓宏程序就是含有变量的子程序，在程序中调用宏程序的指令称为用户宏指令，系统可以使用用户宏程序的功能叫做用户宏功能。执行时只需写出用户宏命令，就可以执行其用户宏功能。在用户宏程序中，可以使用运算式及转向语句，有的还可以使用多种函数。第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/10422.3.3与坐标相关的G指令准备功能是确定机床的一种工作状态，由G代码及后接2位数表示，规定其所在的程序段的意义。G代码有以下两种类型：(1)一次性代码：只在被指令的程序段有效；(2)模态G代码：在同组其它G代码指令前一直有效。所谓模态方式G指令是一旦设定其功能在后续程序段中保持有效，直到被同组中其他指令字所代替或注销。非模态方式的G指令仅在其出现的单程序段中有效。第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1043（1）G90/G91：绝对增量坐标①G90绝对坐标值编程指令表示后继程序中的所有编程尺寸是按绝对坐标值给定的，在编程时用G92指令来设定一个工件绝对坐标原点，所有编程尺寸都按这一原点来给定。一般数控系统在初态时，自动设置为G90绝对值编程状态。②G91相对坐标值编程指令该指令表示程序中的编程尺寸是按相对坐标给定的第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期三2023/6/1044③有的数控系统为了编程尺寸计算方便，可以允许采用绝对尺寸和相对尺寸混合编制，即允许在同一程序段内即可用绝对尺寸来表示，也有用相对尺寸来表示。这样就不用G90或G91来进行绝对或相对编程设定，而采用地址符X、Y、Z表示绝对尺寸，地址符U、V、W表示相对尺寸。第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期三（2）工件坐标系设定的预置寄存指令G92工件编程坐标系的预置寄存指令，用G92指令指定参考点在工件坐标系中的位置

指令格式：G92X_Y_Z_*程序编制时，使用的是工件坐标系，其编程起点即为刀具开始运动的起刀点。但是在开始运动之前，应将工件坐标系告诉系统。通过把编程中起刀点的位置在机床坐标系中设定，将两个坐标系联系起来。所谓的参考点是指机械上某一特定位置。一般情况下起刀点在参考点位置。2023/6/1045第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期三（3）机床坐标系选择指令G53格式：G90G53X_Y_Z_*当执行该指令时，刀具移动到机床坐标系中坐