《机床数控技术 第4版》课件 第2章 数控加工程序编制

机床数控技术2024/10/712:00数控2本章内容编程的基础知识数控铣床的程序编制数控车床的程序编制自动加工技术主要内容第一节编程的基础知识第一节编程的基础知识4数控加工程序的编制：我们将从零件图样到制作数控机床的程序代码并校核的全部过程称为数控加工的程序编制。编程的基础知识一、程序编制的内容和步骤1.分析零件图样2.确定加工工艺过程3.计算走刀轨迹4.编写数控加工程序5.程序校验和首件试加工5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数控机床编程的基础知识用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转绘图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）的方法首件试切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2024/10/712:00数控6常用的校验和试切方法：程序编制的方法：手工编程和自动编程两种2024/10/712:00数控7UG;Pro/E;SolidCAM;MasterCAM手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高。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。二、程序编制的方法手工编程：适用场合，几何形状不太复杂的零件自动编程：适用于场合形状复杂的零件，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）8二、程序编制的方法9三、程序的结构和格式数控程序由程序编号、程序内容和程序结束段组成。数控10三、程序的结构和格式N10

GＸＸX30.0Z20.0ＦＸＸＳＸＸＸＴＸＸＸＸＭＸＸＬＦ程序段序号准备功能字坐标功能字进给功能字主轴转速度刀具功能字辅助功能字程序段结束字程序格式字2024/10/712:00数控111.机床坐标系

机械坐标系，它用以确定工件、刀具等在机床中的位置，是机床运动部件的进给运动坐标系，其坐标轴及运动方向按标准规定，是机床上的固有坐标系。机床坐标系原点又称机床零点，它是其他所有坐标系，如工件坐标系以及机床参考点的基准点。四、数控机床坐标系和运动方向规定

进给运动坐标系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；数控机床坐标系标准：右手直角笛卡尔坐标系。2024/10/712:00数控12四、数控机床坐标系和运动方向规定基本坐标系：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。2024/10/712:00数控13XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A四、数控机床坐标系和运动方向规定2024/10/712:00数控14坐标轴正方向：定义为刀具相对工件运动的方向

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：平行于基本坐标系中坐标轴的进给轴，用U.V.W表示。四、数控机床坐标系和运动方向规定

Z坐标（轴）方位Z坐标平行主轴轴线的进给轴。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；2024/10/712:00数控152024/10/712:00数控16各坐标轴及正方向？2024/10/712:00数控17

数控装置上电时并不知道机床零点，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，以建立机床坐标系。机床参考点

2.工件坐标系工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称为编程坐标2024/10/712:00数控18四、数控机床坐标系和运动方向规定第二节数控铣床的程序编制一数控铣床的功能概述一数控铣床的功能概述

数控铣床主要功能包括：1）点位控制功能

实现对相互位置精度要求较高的孔系加工。2）连续轮廓控制功能

实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3）刀具半径补偿功能

可以根据零件的标注尺寸来编程，不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，减少编程时的复杂数值计算。4）刀具长度补偿功能

可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。

二

数控铣床编程基础1）G：准备功能码(G功能字)2）X、Y、Z：坐标字3）F：进给功能字(F字)4）S：主轴转速功能字(S字)5）M：辅助功能码(M功能字)6）D：刀具功能字(D字)

准备功能G代码是使数控机床建立起做某种加工方式的指令。1准备功能G代码它用G和两位数字来表示，从G00到G99共100种G代码有模态和非模态之分。模态G代码：一旦执行就一直保持有效，直到同一模态组的另一个G代码替代为止。非模态G代码：只有在它所在的程序段内有效。同一程序段出现非同组的几个代码，并不影响G代码的续效性。同组代码不能同时出现在一个程序段中。

坐标字由坐标名、带＋、-符号的绝对坐标值(或增量坐标值)构成。2坐标字X、Y、Z：X、Y、Z方向的主运动U、V、W：分别对应平行X、Y、Z坐标的第二坐标A、B、C：分别对应绕X、Y、Z坐标的转动坐标I、J、K：圆弧中心坐标，圆弧的起点相对于圆心的增量坐标，分别对应于X、Y、Z坐标方向。表示坐标名的英文字母的含义如下所示：3进给功能字(F字)它由地址码F和后面表示进给速度值的若干位数字构成。用它规定直线插补G01和圆弧插补G02／G03方式下，刀具中心的进给运动速度。进给速度是指沿各坐标轴方向速度的矢量和；进给速度的单位取决于数控系统的工作方式和用户的规定。它可以是mm/min、in/min、r／min。例如在米制编程的零件程序中F220就是表示进给速度为220mm/min。4主轴转速功能字(S字)

S字用来规定主轴转速，它由S字母后面的若干位数字组成，这个数值就是主轴的转速值，单位是r/min。例如：S300表示主轴的转速为300r／min。5辅助功能字(M功能)M辅助码：是控制机床开关功能的指令，如切削液打开，主轴正转、反转等。M地址字后接2位数值，M00～M99，部分已国际标准化。在同一程序段中，既有M代码，又有G代码时，系统将根据设定的参数来决定执行先后顺序：1)辅助功能代码与坐标移动指令同时执行。2)在执行坐标移动指令之前执行辅助功能，通常称之为“前置”。3)在坐标移动指令完成以后执行辅助功能，称为“后置”。M代码也分成模态和非模态两种。如：M03,M04M代码可以分成两大类，一是基本M代码，另一类是用户M代码。基本M代码是由数控系统定义的；用户M代码则是由数控机床制造商定义的。辅助功能字(M功能)（1）M00程序暂停指令当程序执行到含有M00程序段时，先执行该程序段的其它指令，最后执行M00指令，但不返回程序开始处，再启动后，接着执行后面的程序。辅助功能字(M功能)(2)M02：程序结束指令现代的数控系统，零件加工程序都先输入到计算机内存中，执行程序时从内存中调出，按先后顺序执行，这时，M02和M30代码的功能就是一样的。执行到M02(或M30)时程序执行停止，指针重新设置到第一个程序段。再启动时，从第一句再次执行该零件程序。（3）M03/M04主轴正反转该辅助代码与S功能字联合使用，用来启动主轴旋转如：M03S1000辅助功能字(M功能)6刀具偏置字(D字和H字)在程序中，D字（或H）后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具直径值调出，当使用刀具补偿被G41，G42（或G43）调用时，这个值就是刀具直径（或长度）的补偿值。(1)G54建立工件坐标系如何返回机床坐标系？与G55、G56、G57、G58、G59可选择6个坐标系7一些准备G代码指令G54：X-50

Y-50

Z-10建立了原点在O′加工坐标系G55：X-100

Y-100

Z-20建立了原点在O″的加工坐标系2）坐标平面设定指令（G17，G18，G19）

G17表示选择

XY平面；G18表示选择

ZX平面；G19表示选择

YZ平面。一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工

3）

绝对坐标及增量坐标编程指令

G90表示程序段的坐标字为绝对坐标；

G91表示程序段的坐标字为增量坐标。4）G00快速点定位命令刀具以点位控制方式移动到下一个目标位置（点）格式：G00X—Y—Z—其中：X、Y、Z为目标点增量或绝对坐标。

G00的定位过程：从程序段执行开始，加速到指定的速度，然后按此速度移动，最后减速到达终点。速度值由具体数控系统和机床决定，程序段中不能用F功能字指定。AB速度时间运动的几种方式：（1）按机床设定速度先令某轴移动到位后再令另一轴移动到位；（2）各轴按相同速度一齐移动，此时若X、Y、Z坐标要求行程不相等，各轴到达目标点的时间不同，刀具运动轨迹为一空间折线；（3）令各铀以不同的速度(各轴移动速度比等于各轴移动距离比)移动，同时到达目标点，刀具运动轨迹为一直线。

编程前应了解机床数控系统的G00指令各坐标轴运动的情况，避免刀具与工件或夹具碰撞。直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现空间直线运动。程序格式：G01X～Y～Z～F～其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。例：实现图中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90G01X10Y10F100增量方式编程：G91G01X-10Y-20F100（1）直线插补指令G018轮廓插补命令(2)圆弧插补指令顺时针圆弧插补指令（G02）逆时针圆弧插补指令（G03）方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往负向观察XYG17G03G02ZXG18G03G02YZG19G03G02格式：G03XxYyIiJjFf或G03XxYyRrFfx,y----终点坐标(与G90和G91有关)I,j----圆心坐标(增量值，与G90和G91无关)r------圆弧半径(负值表示大于180度圆弧)f------切向速度例：G03X100.Y100.I50.J50.F100.

或

G03X100.Y100.R50.F100.圆弧插补示例，加工轨迹如图指定圆心、绝对编程方式：

G01X200.0Y40.0；

G90G03X140.0Y100.0I-60.0F300；

G02X120.0Y60.0I-50.0；90120140200R60R501006040OYXCBA编程基础圆弧插补示例，加工轨迹如图指定圆心的，增量编程方式：

G91G03X-60.0Y60.0I-60.0F300；

G02X-20.0Y-40.0I-50.0；90120140200R60R501006040OYXCBA圆弧插补示例，加工轨迹如图指定半径、绝对编程方式：G01X200.0Y40.0；G90G03X140.0Y100.0R60.0F300G02X120.0Y60.0R50.0；90120140200R60R501006040OYXCBA圆弧插补示例，加工轨迹如图指定半径的，增量编程方式：

G91G03X-60.0Y60.0R60.0F300；

G02X-20.0Y-40.0R50.0；

90120140200R60R501006040OYXCBA

刀具具有一定的半径，刀具中心点的运动轨迹与被加工零件的轮廓轨迹不重合，必须使刀具中心的运动轨迹偏离轮廓一个刀具半径值，这种偏移叫做刀具半径补偿。(2)刀具半径补偿指令(G41/G42/G40)G41为刀具半径左补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿。（刀具绕工件顺时针运动）

G42为刀具半径右补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿。（刀具绕工件逆时针运动）G40为补偿撤消指令。G41/G42G00/G01X～Y～D～//建立补偿程序段

…………

…………G40G00/G01X～Y～

//补偿撤消程序段

//轮廓切削程序段程序格式：

G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标；D为刀具半径补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与刀具半径值一一对应。编程基础▢

刀补建立▢刀补进行▢刀补撤销编程基础（1）建立和取消刀补只能由G00、G01切线进入或切出,不能使用圆弧指令。（2）必须在切入工件前完成刀具半径补偿，建立补偿可在工件外或废料中进行，不能在切入工件的同时进行刀具补偿，这样会产生过切现象。（3）刀具半径补偿结束用G40撤销，撤销时也要防止过切。（4）刀具半径补偿只能在平面内补偿，不要在刀具补偿状态下，连续出现第三轴的移动指令。注意事项编程基础设定加工坐标系为（X0，Y0，Z0）；主轴转速度800r/min进给速度150mm/min；采用T01号刀具XYP1(250,550)P2(250,900)P3(450,900)P4(500,1150)P5(900,1150)C1(700,1300)R250C2(1550,1550)R650R650C3(-150,1150)P6(950,900)P7(1150,900)P8(1150,550)P9(700,650)综合实例N00G92X0Y0Z0；N10G90G17M03S800；N20G01G41X250.0Y550.0D01；N30G01Y900.0F150；N40X450.0；N50G03X500.0Y1150.0R650.0；N60G02X900.0Y1150.0R-250.0；N70G03X950.0Y900.0R650.0；N80G01X1150.0；N90Y550.0；N100X700.0Y650.0；N110X250.0Y550.0；N120G01G40X0Y0；N130M30XYP1(250,550)P2(250,900)P3(450,900)P4(500,1150)P5(900,1150)C1(700,1300)R250C2(1550,1550)R650R650C3(-150,1150)P6(950,900)P7(1150,900)P8(1150,550)P9(700,650)综合实例第三节数控车削加工程序编制1.数控车削加工的主要对象：1）精度要求高的回转零件2）表面质量要求高的零件3）表面形状复杂的回转体零件2.数控车床的主要功能能加工回转类零件的端面、轴肩、内外圆柱面和圆锥面、曲面、沟槽、螺纹等形状。

一、数控车床编程基础3.数控车床程序编制的特点：1）可以绝对值编程和增量值编程2）径向尺寸编程（直径编程或半径编程）3）具备不同形式的回定循环，可过行多次循环切削4）具有刀具半径自动补偿功能4.数控车床机床的坐标系机床原点与机床坐标系机床原点：机床坐标系的零点机床原点的建立：用回参考点方式建立数控车床的机床原点多定在卡盘后端面的中心。机床参考点是用来确立机床坐标系的参照点是各坐标轴测量的起点是机床上固有的点

数控机床开机启动时，通常都要进行返回参考点操作，进行一次位置校准，以正确地在机床工作时建立机床坐标系。设置加工坐标系（2）

直接设置工件坐标系

编程格式G50X～Z～

式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。例：如图所示设置加工坐标的程序段如下：

G50X128.7Z375.1坐标系设定指令（1）

编程格式G54～G595

常用功能字

1）F功能F指定的两种方式：每分钟进给量编程格式G98F**每分钟进给量，单位为mm/min。

例：G98F100表示进给量为100mm/min。每转进给量编程格式G99F**

主轴每转进给量，单位为mm/r。

例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r。2）S功能缺省格式：编程格式

S～

S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。恒线速格式：编程格式

G96S～

S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。

例：G96S150

对图中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000×150÷(π×40)=1193r/min

B：n=1000×150÷(π×60)=795r/min

C：n=1000×150÷(π×70)=682r/min

恒线速取消

编程格式

G97S～

S后面的数字表示恒线速度取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。

例：G97S3000表示恒线速取消后主轴转速3000r/min。3）T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式T～T后面有两位数表示所选择的刀具号码。若有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。

例：T0302表示选用3号刀及2号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300表示取消刀具补偿。4）M功能M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLESTART）使程序继续运行；

M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；

M03：主轴顺时针旋转；

M04：主轴逆时针旋转；

M05：主轴旋转停止；

M08：冷却液开；

M09：冷却液关；

M30：程序停止，程序复位到起始位置。二、基本编程指令1.G指令部分1)直线插补指令（G01）

直线插补指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿x轴、z轴方向执行单轴运动。输入格式：

G01X(U)

Z(W)

F

；相对编程绝对编程绝对方式编程：相对方式编程：A->B->C?N010G01X75Z50F0.2A->BN020G01X100F0.2B->CN010G01U0W-75F0.2A->BN020G01U25F0.2B->C2)圆弧插补指令（G02/G03）

输入格式：顺圆

G02X

Z

I

K

F

；或G02X

Z

R

F

；逆圆

G03X

Z

I

K

F

；或G03X

Z

R

F

；（1）用增量坐标U、W也可以；

X、Z–

指定的终点U、W–

起点与终点之间的距离I－圆心相对圆弧起点之X轴的坐标增量K－圆心相对圆弧起点之Z轴的坐标增量R–

圆弧半径(最大180度)。圆弧编程实例A->B

练习：B->AABOG02X50.0Z30.0I25.0F0.3；G02U20.0W-20.0I25.0F0.3；G02X50.0Z30.0R25.0F0.3；G02U20.0W-20.0R25.0F0.3；绝对圆心绝对半径相对半径相对圆心3)暂停指令（G04）

G04X(U)(P)

；指令暂停进刀的时间。停留1.5秒：G04X1.5G04U1.5G04P1500G04X

；秒G04U

；秒G04P

；毫秒

可用于切槽、台阶端面等需要刀具在加工表面作短暂停留的场合4）螺纹车削指令（G32）

(1)圆柱螺纹编程格式G33Z___K___G33Z___K___SF___

顺时针运行使用M03生成右旋螺纹逆时针运行使用M04生成左旋螺纹

(2)圆锥螺纹编程格式G33X___Z___K___G33X___Z___K___SF___G33X___Z___I___G33X___Z___I___SF___

编程示例

如图所示，带有小于45角的圆锥螺纹车削编程

程序代码：N10G01X50Z0S500F100M03;回到起点，激活主轴N20G33X110Z-60K4;圆锥螺纹：X和Z上的终点，使用K在Z方向上给定的螺纹，（锥角小于45︒）N30G00Z0M30;退刀，程序结束5）车削循环指令（CYCLE95）

编程格式：CYCLE95(NPP,MID,FALZ,FALX,FAL,FF1,FF2,FF3,VARI,DT,DAM,__VRT)NPP：轮廓子程序名MID：进刀深度FALZ：纵向轴中精加工余量FALX：平面轴中精加工余量FAL：与轮廓相符的精加工余量FF1：粗加工进给，无底切FF2：在底切时插入进给FF3：精加工进给VARI：加工方式DT：精加工断屑停留时间DAM：位移长度，__VRT：精加工时从轮廓退刀位移，增量

MID：进刀深度FF1：粗加工进给，无底切FF2：在底切时插入进给FF3：精加工进给进刀深度这个参数用来定义粗加工循环时最大允许的进给深度。该参数给出了最大可能的进刀深度，但当前粗加工中所有实际进刀深度由循环自动计算得到。所需的粗加工步数由总深度和将总深度平均分配的切削深度来决定加工示例：试编制程序加工如下图零件工艺分析：用三爪卡盘一次装夹，分2次走刀工艺步骤：车端面-各外圆粗车加工-各外圆精车加工-切断工艺过程程序代码：NO010G94G00X100Z150；换刀参考点N0020T1D1；换1号刀N0030M03S800；启动主轴N0040G00X38Z0.1；快速定位至(38，0.1)点