第2章 数控编程基础教材

第2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：

图2-1手工编程过程的框图

零件图纸确定工艺过程计算加工轨迹和尺寸

编制程序单程序校检和试切校核检验YYNN完成二、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。对刀点可以设置在零件、夹具上面或机床上面。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xyY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

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。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）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。（五）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。

§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N、准备功能字G、尺寸字XYZUVWIJKR、进给功能字F、主轴转速功能字S、刀具功能字T和辅助功能M字7种类型。N01G91G00X50Y60N02G01X1000Y5000F150S300

T12M03．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．N10G00X-50Y-60M02每个程序段以序号“N”开头，M02=END作为整个程序的结束。字的功能

（1）顺序号字N

又称程序段号或程序段序号

顺序号字N和1～4位后续数字作用：

组成：对程序的校对和检索修改

（2）准备功能字G

又称G功能或G指令

建立机床或控制系统工作方式

作用：

常见G指令见表（3）尺寸字

作用：确定机床上刀具运动终点的坐标位置

确定终点的直线坐标尺寸

：X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R确定终点的角度坐标尺寸

：A，B，C，D，E确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸

：I，J，K（4）进给功能字F

又称F功能或F指令

作用：指定切削的进给速度

（5）主轴转速功能字S

又称S功能或S指令

指定主轴转速

作用：（6）刀具功能字T

又称T功能或T指令

作用：指定加工时所用刀具的编号

（7）辅助功能字M

又称M功能或M指令

作用：指定数控机床辅助装置的开关动作

常见M指令见表程序格式

1、程序段格式

程序段中的字、字符和数据的安排形式

举例：

N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M082、加工程序的一般格式

（1）程序开始符、结束符

（2）程序名

（3）程序主体

（4）程序结束指令

一、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。

1．与坐标设定有关的指令

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。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刀具长度补偿取消刀具半径补偿指令G40、G41、G42G41G42刀具长度补偿指令G49、G43、G44－补偿刀具长度差值。指令格式：

G01G43/G44Z_H_……G01G49刀具长度补偿的建立只有在移动指令下才能生效。

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G81钻孔固定循环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G31跳步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)

（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)（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)（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)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：G02XYZIJKF(进给速率)。O(I,J,K)

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：G02XYZRF(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。

（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。（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：4．M03、M04和M05主轴正转、反转和停转。

5．M06换刀。

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

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。二、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。三、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。１、机床坐标系的确定2、机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定工件静止，刀具运动（2）机床坐标系的规定用右手笛卡尔直角坐标系决定（3）运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向3、坐标轴方向的确定

（1）Z坐标平行于主轴轴线刀具离开工件的方向为正向（2）X,Y坐标由右手笛卡尔坐标判断例：根据图中所示的数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标４、机床原点的设置

在机床上设置的一个固定点是数控机床进行加工运动的基准参考点（1）数控车床的原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处（2）数控铣床的原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上５、机床参考点

对机床运动进行检测和控制的固定位置点四、编程坐标系

编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系如图所示，其中O2即为编程坐标系原点编程原点：根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点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注：工件坐标系即是编程坐标系1、准备工作：

机床回参考点，确认机床坐标系通过夹具使零件定位，并使工件定位基准面与机床运动方向一致2、装夹工件毛坯：3、对刀测量用简易对刀法测量,方法如下:机床编程坐标系设定的实例

以数控铣床（FANUC0M）加工坐标系的设定为例零件图样：图1：X、Y向对刀方法4、计算设定值X坐标设定值：X=-437.726+5+0.1+40=-392.626mmY坐标设定值：Y=-298.160+5+0.1+46.5=-246.46mm用直径为φ10的标准测量棒、塞尺对刀，得到测量值：X=-437.726,Y=-298.160,如图1所示Z=-31.833，如图2所示图2：Z向对刀方法Z坐标设定值：Z=-31.833-0.2=-32.033mm5、设定