数控编程基础

内容提要

第一节数控编程概述第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节数控程序编制过程中的数值计算2024/3/11一.数控编程的基本概念数控编程：从零件图纸到制成控制介质的全过程。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。

第一节数控编程概述2024/3/12二、数控编程方法数控编程分为：手工编程和自动编程两种。

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）

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。第一节数控编程概述

2024/3/13工艺处理数学处理加工程序单程序校验穿孔磁盘

工艺处理磁盘计算机直接传输手工编程自动编程

2024/3/14手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。自动编程适用于：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（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）第一节数控编程概述

2024/3/15据国外统计：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！

第一节数控编程概述

2024/3/16产品图样分析：通过对工件材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理的分析，确定工件在数控机床上进行加工的可行性。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。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、数控编制加工程序的内容及步骤

第一节数控编程概述

2024/3/17计算运动轨迹

根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，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。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第一节数控编程概述

2024/3/18

编制程序及初步校验

根据制定的加工路线、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第一节数控编程概述

2024/3/19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。第一节数控编程概述

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2024/3/110

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。第一节数控编程概述

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2024/3/111常用的校验和试切方法：对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。第一节数控编程概述

2024/3/112在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。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。第一节数控编程概述

2024/3/113第二节数控机床的坐标系

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。2024/3/114第二节数控机床的坐标系

进给运动坐标系

ISO和中国标准规定：数控机床的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系；2024/3/115第二节数控机床的坐标系

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。回转座标：绕X.Y.Z

轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。2024/3/116第二节数控机床的坐标系

坐标轴方向：刀具相对工件运动的方向。这样便可以使编程人员在不知是刀具移近工

，还是相反的情况下，就能正确地进行编程。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。

2024/3/117Z坐标方位标准规定：Z坐标∥主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。若主轴能摆动：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，则取垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。第三节数控机床的坐标系

二、机床坐标轴的的确定

2024/3/118X坐标标准规定：在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。Z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；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。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。第二节数控机床的坐标系

2024/3/119Y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。第二节数控机床的坐标系

2024/3/120第二节数控机床的坐标系

2024/3/121第二节数控机床的坐标系

2024/3/122三、机床坐标系、机床零点和机床参考点第二节数控机床的坐标系

机床坐标系是机床固有的坐标系。机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，目的是建立机床坐标系。机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过机床参数指定参考点到机床零点的距离。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。2024/3/123四、工件坐标系、程序原点和对刀点

第二节数控机床的坐标系

工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，编程人员选择工件上的某一已知点为原点（也称程序原点），建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立，在该工件的加工过程中便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。对刀点是零件程序加工的起始点，对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。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。现代数控机床均可设置多个工件座标系，在加工时通过G指令进行换。2024/3/124

绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机床或工件）零点计量的编程方式。

相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程）。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：在机床坐标系和工件坐标系中均可用绝对坐标编程；而在使用相对坐标编程时，上述两个坐标系是无意义的。第二节数控机床的坐标系

五、绝对坐标编程和相对坐标编程.2024/3/125分辨率：两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔。分辨率对控制系统而言，它是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（步进电机））是指数控机床的最小移动单位，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。）脉冲发量——对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量。第二节数控机床的坐标系

六、分辨率（Resolution）2024/3/126第三节程序编制的代码及格式经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（InternationalStandardizationOrganization）和EIA(ElectronicIndustriesAssociation)两种。●.代码代码（指令字）：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指令。它是程序的最小单元。如G00、X-20.6指令字。数控系统指令字符一览表。

.编程指令——系统操作代码的总称.G指令——准备功能作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。组成：G后带二位数字组成。100种模态（续效）指令与非模态指令见表。2024/3/127第三节程序编制的代码及格式

M指令——辅助功能作用：控制机床及其辅助装置的通断的指令。组成：M后跟两位数字组成。100种。见表

F.S.T指令

F指令——指定进给速度指令（续效指令）组成：编码法：F带两位数字，如F05,F36等。后面所带的娄只是一个代码，它与某个（系统规定的速度值）速度值相对应，换而言之，这种指令所指定的进给速度是有级的，速度值序既可等差数列，也可能是等比数列直接法：F后带若干位数字，如F150,F3500等。后面所带的数字表示实际的速度值，上述两个指令分别表示F=150mm/min；F=3500mm/min。

2024/3/128第三节程序编制的代码及格式S指令（切削速度）——指定主轴转速指令（续效指令）组成：同F，如S05,S36等单位：r/min，S

T指令——指定加工刀具号的指令。组成：T后跟两位数字，如T11,T28等。

T11表示选择11号刀具

T28表示选择28号刀具。其他

尺寸指令——指定的刀具沿坐标轴移动的方向和目标位置的指令组成：由在X,Y,Z,(i,j,k,r)A,B,C后带符号的数字组成。如X1000,Y2000等

单位：数控系统规定的单位,如mm2024/3/129第三节程序编制的代码及格式子程序标号和调用指令

作用：用于指定子程序名和在主程序中调用子程序指令。组成：子程序名字符Q后带两位数字，如Q01,Q21，因此子程序在一个程序最多只100个。子程序调用字符<后带四位数字。其中，前两位数字被调用和子程序名后两位数字为调用次数。

L0108调用8次调用01号程序调用子程序地址符程序段标号，程序段结束字符以及变量等。N*(LF),R0~R9等

。

2024/3/130第三节程序编制的代码及格式●.数控加工程序的结构

程序的组成：对刀点选为,刀具半（D01）=5mm程序名：O2000

程序段N01G91G17G00G42D01X85Y-25*N02Z-15S400M03M08*N03G01X85F300*N04G03Y50I25*N05G01X-75*N06Y-60*N07G00Z15M05M09*N08G40X75Y35M02*2024/3/131第三节程序编制的代码及格式上面是一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段组成。程序名是该加工程序的标识；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头，或LF指令结尾；

M02(M30)作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如%、EM等。2024/3/132由上面的程序可知：加工程序——由程序名和若干程序段有序组成的指令集。程序是由若干程序段组成程序段是由干指令字组成。指令字是由文字（地址符）或与其后所带的数字一起组成。一个程序的最大长度取决于数控系统中零件存贮区的容量或外存的容量。另外，有些数控系统还规定了一个程序段的字符数，如7M系统规定字符数90个。因此，这些在编程前必须了解清楚，否则数控系统便会认为你的程序有语法错误第三节程序编制的代码及格式2024/3/133第三节程序编制的代码及格式

●.程序段的格式程序段的格式，是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。目前广泛采用的是，地址符可变程序段格式（或者称字地址程序段格式），这种格式的特点是：

.程序段中的每个指令字均以字母（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。.不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。

2024/3/134第三节程序编制的代码及格式●主程序和子程序有时被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在几处完全重复的出现，则可以将这些重复的程序串，单独地担出来按一定格式做成子程序，程序中子程序以外的部分便称为主程序。子程序可以被多次重复调用。而且有些数控系统中可以进行子程序的“多层嵌套”，子程序可以调用其它子程序，从而可以大大地简化编程工作，缩短程序长度，节约程序存贮器的容量。

2024/3/135第三节程序编制的代码及格式在上图中的钢板上要铣出10个几何形状完全相同的台阶，若采用子程序的方法编程如下：

N01G91G00G41D01X50Y60S01M03M08*N02L0110*N03M02*Q01N01G00Z-25*N02G01Y60F100N03X75*N04G02Y-50J-25*N05G01X-80*N06G00Z25*N07X165Y-10*N08M17*2024/3/136第三节程序编制的代码及格式由上面的程序可知，子程序是子程序名(Q01)开始，以M17指令结束，并返回主程序，其余部分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。

2024/3/137

根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出编程时所需要的有关各点的坐标值，称为数值计算。手工编程时，在完成工艺分析和确定进给路线以后，数值计算就成为程序编制中一个关键性的环节。作为一名编程人员，应做到对于一些由圆弧、直线组成的平面零件，能够通过数学方法(如三角几何、解析几何等)手工计算出有关各点的坐标值；对于复杂零件能借助于计算机完成数值计算或直接采用计算机自动编程。第四节

数控程序编制过程中的数值计算

2024/3/138第四节数控程序编制过程中的数值计算

一、基点坐标计算

构成零件轮廓的不同几何素线的交点和切点称为基点。如直线和直线的交点、直线和圆弧的交点或切点、圆弧和圆弧的交点或切点等。数控机床一般只有平面直线和圆弧插补功能，因此，对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。

现以图所示的零件为例，说明平面轮廓中只有直线和圆弧两种几何元素的数值计算方法。图示零件轮廓由四段直线和一段圆弧组成，其中的A、B、C、D、E即为基点，它们的坐标值从图样尺寸可以很容易找出。C点是过B点的直线与中心为、半径为30mm的圆弧的切点。这个尺寸，图样上并未标注，所以要用解联立方程的方法，来找出切点C的坐标。2024/3/139第四节数控程序编制过程中的数值计算

二、节点坐标计算当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制时，常常需要用多个直