数控程序编制基础

数控加工程序的编制根底7/20/20231一、根本概念

二、编程方法

三、手工编程的内容和步骤

四、数控程序的结构与格式

五、数控系统的坐标系内容安排7/20/20232数控加工程序编制概念：数控编程的含义从零件图纸到数控加工指令的有序排列〔制成控制介质〕的全过程。将零件加工的工艺分析、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。一、程序编制的根本概念7/20/20233从数控系统的根本思想分析数控程序中包含的信息数控装置vfapFxFyxyttFxFy数控程序插补运算进给伺服系统伺服电路伺服装置机械传动执行部件7/20/20234数控程序中包含的信息因此，无论哪种格式：数控程序是用规定格式表达的加工工艺信息：如设定vf和其它机床动作零件形状信息：用ap代表的零件外形就是对加工过程和加工结果的准确描述各种格式只是不同的表达形式程序格式：3B、4B、G代码存储介质：纸带、磁带、网络7/20/20235认识数控编程的意义关键环节操纵数控机床的关键发挥数控机床性能的关键工艺分析数控加工程序工序卡传统加工数控加工传统加工与数控加工的比较图7/20/20236手工编程定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高〔熟悉数控代码功能、编程规那么，具备机械加工工艺知识和数值计算能力〕适用：①几何形状不太复杂的零件 〔无长程序和复杂计算〕②三坐标联动以下加工程序二、编程方法：手工编程和自动编程7/20/20237自动编程：编程人员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，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。适用：形状复杂的零件虽不复杂但编程工作量很大的零件〔如有数千个孔的零件〕虽不复杂但计算工作量大的零件〔如非圆曲线轮廓的计算〕自动编程7/20/20238比较用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的编程自动化是当今的趋势！但手工编程是学习自动编程根底！两种方法的比较7/20/20239图纸工艺分析在对图纸工艺分析〔与普通加工的图纸分析相似〕的根底上：确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺方案、对刀点、坐标系、加工轨迹；切削用量〔f、s、t〕等工艺参数。手工编程的内容和步骤如下图计算运动轨迹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三、手工编程的内容和步骤7/20/202310根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；将坐标值按NC机床规定编程单位〔脉冲当量〕换算为相应的编程尺寸。错误计算运动轨迹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2、计算运动轨迹7/20/202311根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误计算运动轨迹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3、

编制程序及初步校验7/20/202312将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上〔如存储在磁盘上〕，作为数控系统的输入信息，假设程序较简单，也可直接通过键盘输入。计算运动轨迹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4、制备控制介质7/20/202313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。计算运动轨迹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7/20/202314阅读法：要有丰富的经验和上好的眼力模拟法:检查程序的正确性平面轮廓：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作工件→试切用静态〔机床不动〕或动态〔空运行〕的模拟方法.计算机仿真：用专门软件和上好的计算机系统常用的校验和试切方法观察车削加工的模拟运行7/20/202315试切法：检查运动轨迹正确性和加工精度上述方法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。

当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止常用的校验和试切方法7/20/202316经过多年的开展，程序用代码已标准化，现在有两种：ISO〔InternationalStandardizationOrganization〕EIA(ElectronicIndustriesAssociation)代码：数控系统操作命令的总称，又称代码或编程指令。它由文字、数字、符号以及它们的组合组成，它是程序的最小功能单元。四、数控程序的结构与格式7/20/202317程序的组成一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三局部组成O0001；程序名N01G92X50.0Y20.0；N02………………；N03………………；程序体N04………………；N05…;M30；程序结束数控加工程序的结构7/20/202318定义：程序段中指令的排列顺序和书写规那么，不同的数控系统往往有不同的程序段格式。

目前广泛采用地址符可变程序段格式〔字地址程序段格式〕N03G91G01X50Y60F200S400M03M08；程序段号G指令尺寸指令进给速度指令主轴转速指令M指令程序段结束符程序段的格式7/20/202319NGXYZABCUVWPQRIJKDE.FSTM段号准备功能坐标地址字进给功能主轴转速刀具编号辅助功能数控程序:=程序头+Σ程序段+程序尾程序段:=Σ〔地址符+值〕地址符:={大写英文字母}值:={+-.0123456789}地址符可变的数控程序格式7/20/202320地址符功能地址意义程序号O、P程序编号，子程序号的指定顺序号N程序编号（程序段号）准备功能G指令动作方式（直线圆弧等）坐标字X、Y、Z基本直线坐标轴的移动指令U、V、W第一组附加直线坐标轴的移动指令P、Q、R第二组附加直线坐标轴的移动指令A、B、C基本旋转坐标轴的旋转指令I、J、K圆弧中心坐标或螺距指定进给速度F进给速度的指令主轴功能S主轴旋转速度的指令刀具功能T刀具编号的指令辅助功能M机床开/关指令，指定工作台分度等B补偿号H、D补偿号指定暂停P、X暂停时间指定重复次数L子程序及固定循环的重复次数圆弧半径R实际上是坐标字的一种7/20/202321程序段中的每个指令均以字母〔地址符〕开始，其后再跟数字或无符号的数字。指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。上段相同的模态指令〔包括G、M、F、S及尺寸指令等〕可以省略不写。地址符可变程序段格式的特点7/20/202322代码〔指令〕分类G指令——准备功能功能：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作。组成：G后带2～3位数字组成，有100~1000种。有模态〔续效〕指令与非模态〔非续效〕指令之分。模态指令是分组有效的〔表中有示意〕例如：G01，G03，G41，G91，G04，G18，G54等常见指令分类－G7/20/202323看看G指令的用法G指令是模态的观察下面的指令N0200G90G01G17G53G40G99G11X10N0210X30

N0210行的G指令是什么呢？7/20/202324关于分组模态指令的含义G90G91G40G41G42G00G01G02G03G17G18G197/20/202325M指令——辅助功能功能：控制机床及其辅助装置的通断的指令。如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等组成：M后带2~3位数字组成，共有100~1000种。有模态〔续效〕指令与非模态〔非续效〕指令之分。例如：M02，M03，M08等 常见指令分类－M7/20/202326数控系统的准备功能与辅助功能读表2－3和表2－4：G代码的ISO和国家标准了解代码含义、分组模态、不指定、永不指定必须熟悉的G功能G00/01/02/03/螺纹加工指令G17/18/19G40/41/42G53/54-59G90/91/92必须熟悉的M功能M00/01/02/03/04/05/06/08/09/30数控车床和数控铣床的指令略有不同，会增加简化手工编程的指令的讲解7/20/202327F、S、T、D指令F指令——指定〔合成〕进给速度指令组成：F后带假设干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际的合成速度值。它是模态指令。单位：mm/min〔公制〕或inch/min〔英制〕。视用户选定的编程单位而定，假设为公制单位，那么上述两个指令分别表示：150mm/min；3500mm/min。还可以间接指定：F00~F99〔几何/算术级数〕常见指令分类－F、S、T7/20/202328S指令〔切削速度〕——指定主轴转速指令组成：S后带假设干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令。单位：r/min。上述两个指令分别表示主轴转速：500r/min；3500r/min。还可以：指定恒线速度〔主运动速度恒定〕常见指令分类－F、S、T7/20/202329T、D指令指定刀具号和刀具长度、半径存放存放器号指令。组成：T、D后跟两位数字，如T11、D02等。其中数字分别表示存放的在库中的刀具号和刀具长度、半径补偿存放器号。上述两个指令分别表示后续加工将选择刀库中11号刀具和采用D02存放器中的数值进行补偿。常见指令分类－F、S、T7/20/202330尺寸指令指定的刀具沿坐标轴移动方向和目标位置的指令X、Y、Z、U、V、W指令指定沿直线坐标轴移动方向和目标位置指令组成：后带符号的数字组成。如X100、Y-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,符号表示运动的方向。单位：mm、μm〔公制〕或inch〔英制〕。视用户选定的编程单位而定.

常见指令分类－座标〔尺寸〕7/20/202331

A、B、C

指令指定沿回转坐标轴移动方向和目标位置指令

组成：后带符号的数字组成。如A100、C-340等，其中数字表示沿由字母指定的坐标轴运动的目标位置值,

符号表示运动的方向。

单位：

度°、弧度。视用户选定的编程单位而定.常见指令分类－座标〔尺寸〕7/20/202332I、J、K、R指令圆弧插补圆心位置和半径指定指令组成：后带符号的数字组成。如I10、J-34、R30等，其中带符号数字表示圆心位置和半径值。单位：mm、μm〔公制〕或inch〔英制〕。视用户选定的编程单位而定.常见指令分类－座标〔尺寸〕7/20/202333程序段标号，程序段结束字符以及变量组成：①程序段标号指令地址符N后带假设干数字组成；②程序段结束指令每一个程序段都应有结束符，它是数控系统编译程序的标志。常用的有：“*〞、“；〞、“LF〞、“NL〞、“CR〞等视具体数控系统而定。③变量为简化编程有些系统还允许采用变量编程，从而可简化编程。它由地址符〔字母或符号，如#、R等〕后带假设干数字组成；常见指令分类－其它指令7/20/202334程序名程序名是一个程序必需的标识符。组成：由地址符后带假设干位数字组成。地址符常见的有：“%〞、“O〞、“P〞等，视具体数控系统而定。例如：德国MAHO系统“%〞，日本FANUC系统“O〞。后面所带的数字一般为4～8位。如：%2000、O0100常见指令分类－其它指令7/20/202335程序体

它表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。组成：它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成。程序结束

它是以程序结束指令M02或M30，结束整个程序的运行。常见指令分类－其它指令7/20/202336其它指令子程序名和子程序调用指令用于给子程序命名和在主程序中调用该子程序，该指令的标准化程度不高，不同系统有不同的规定。组成：①子程序名指令地址符〔字母或符号，如O、%等〕后带假设干数字组成；②子程序调用指令地址符+调用子程序名局部+调用次数局部。例如：M98P08L12〔FANUC、华中数控系统〕常见指令分类－子程序7/20/202337主程序、子程序在一个零件的加工程序中，假设有一定量的连续的程序段在几处完全重复出现，那么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；主程序、子程序7/20/202338子程序的嵌套调用

嵌套：一个子程序还可以调用另一个子程序。嵌套次数不能太多，每个数控系统对允许的嵌套次数都有规定。子程序代码为L，编号为1～99。子程序结束的代码为M99，有的为M22，由各数控系统自行定义。

7/20/202339例如：在某工件上要铣出10个几何形状完全相同的台阶，如以下图所示，可采用子程序编程：180050160R2550190957010160×10=1600主程序、子程序例如7/20/202340O0200N01G91G00G41D01X-50Y35S400M03M08；N02M98P2001L10；N03M02；O2001N01G00Z-25；N02G01Y-60F100；N03X50；N04G03Y50J-25；N05G01X-55；N06G00Z25；N07X165Y10；N08M99；180050160R25501907010160×10=1600对刀点主程序、子程序例如7/20/202341由上面的程序可知，子程序是子程序名(#01)开始，以M99指令结束，并返回主程序，其余局部的编写与主程序完全相同。由于采用子程序，使编程大大地简化了，因此，在我们的编程中要学会善于运用子程序来简化编程工作。主程序、子程序例如7/20/202342五、数控系统坐标系1.坐标轴的运动方向及其命名

统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给

维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。7/20/202343进给运动坐标系ISO和中国标准规定：坐标轴：数控装备的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控装备坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统坐标系的方向两条根本规定假设刀具相对于静止工件运动以远离工件方向为正7/20/202344假设刀具相对于静止工件运动假设只有刀具在移动，移动方向的正负定义与坐标轴方向的正负是相同的。7/20/202345实际上有些机床工件运动如果机床实际上是工件在移动，那么移动方向的正负与坐标轴方向的正负定义是相反的。7/20/202346根本坐标系根本坐标系：直线进给运动的坐标系〔〕。坐标轴相互关系：由右手定那么决定。回转坐标：绕轴转动的圆进给坐标轴分别用表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法那么而定。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A7/20/202347右手直角笛卡尔坐标系+X+Y+Z+X、＋Y或＋Z+A、＋B或＋C7/20/202348坐标方向的规定

坐标轴方向：定义为刀具相对于静止工件运动的方向，编程时不必知道机床运动的具体配置，就能正确地进行编程。附加坐标轴：平行于根本坐标系中坐标轴的进给轴，用U、V、W表示。7/20/202349Z轴及其方向的规定Z坐标〔轴〕方位Z坐标平行主轴轴线的进给轴。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。主轴能摆动：在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，那么该坐标便是Z坐标；假设在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，那么取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。7/20/202350立式5轴数控铣床的坐标系Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向。Z轴+Z+Z7/20/202351+ZZ轴7/20/202352X轴X坐标的选择

在X、Y轴中，主要进给方向是X轴。X轴是定位面的主轴，与工件装卡面平行，主要作水平运动。7/20/202353X轴：在刀具旋转的机床上+Z+X/刀具旋转的机床上，如铣床、钻床、镗床等Z轴水平〔卧式〕，那么从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。7/20/202354Z轴垂直〔立式〕：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；+ZX轴：在刀具旋转的机床上+X/立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X/7/20/202355X轴：在刀具旋转的机床上+ZZ轴垂直〔立式〕：双立柱机床(龙门机床)，从刀具向左立柱看时，X轴的正方向指向右边。+X/7/20/202356三种情况7/20/202357在工件旋转的机床上〔车床、磨床等〕，X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。X轴：在工件旋转的机床上+Z+X7/20/202358X轴：在工件旋转的机床上7/20/202359无工作轴的机床X轴平行于加工方向X轴的正向是主加工方向7/20/202360Y轴Y坐标利用已确定的X、Z坐标的正方向，用右手定那么或右手螺旋法那么，确定Y坐标的正方向。右手定那么：大姆指指向+X，中指指向+Z，那么+Y方向为食指指向。右手螺旋法那么：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。7/20/202361立、卧式数控铣床Y轴+Z+X/+Z+X+Y+Y7/20/202362Y轴+Z+X/+Y立式5轴联动数控铣床+Z+X/+Y/龙门数控铣床7/20/202363回转坐标A、B、C+Z+X/+Y+Z+X/+Y/+C/+A+C/7/20/202364辅助坐标U、V、W立式5轴数控铣床的坐标系+Z+X/+Y/+A+C/+W7/20/202365数控机床的坐标系

卧式车床立式升降台铣床7/20/202366数控机床的坐标系卧式5轴数控铣床卧式铣床7/20/202367数控机床的坐标系7/20/202368数控机床的坐标系7/20/202369机床坐标系与工件坐标系2.机床坐标系与工件坐标系编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。7/20/202370机床原点与机床坐标系机床原点与机床坐标系机床原点〔零点〕机床坐标系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。7/20/202371机床坐标系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