数控技术（第4版）课件：数控加工编程基础

数控技术

数控加工编程基础本章主要内容2.1概述2.2编程的基础知识2.3常用准备功能指令的编程方法2.4数控编程的工艺处理2.5程序编制中的数值计算2.1概述数控加工：程序编制加工控制机床加工零件图纸程序代码加工指令成品零件本章内容指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法2.1概述

这种从零件图纸到制成控制介质的全过程称为数控机床加工程序的编制。数控编程：根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件。程序编制加工的工艺条件加工的工艺要求程序代码零件图纸或模型编程的模型描述2.1概述数控编程的步骤：零件图分析图样确定加工工艺过程数值计算编写程序清单制备控制介质程序校验首件试切数控机床修改分析图样，确定加工工艺过程(1)

确定加工机床、刀具与夹具。(2)确定零件加工的工艺路线、工步顺序。(3)确定切削用量(主轴转速、进给速度、进给量、切削深度)。(4)确定辅助功能(换刀，主轴正转、反转，冷却液开、关等)。根据零件图纸和工艺分析，主要完成下述任务：2.1概述数控编程的步骤：零件图分析图样确定加工工艺过程数值计算编写程序清单制备控制介质程序校验首件试切数控机床修改数值计算按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需的输入数控装置的数据。(2)

计算非圆曲线轮廓的离散逼近点坐标值(当数控系统没有相应曲线的差补功能时，一般要将此曲线在满足精度的前提下，用直线段或圆弧段逼近)。(1)计算直线和圆弧轮廓的终点(实际上转化为求直线与圆弧间的交点、切点)坐标值，以及圆弧轮廓的圆心、半径等。2.1概述数控编程的步骤：零件图分析图样确定加工工艺过程数值计算编写零件加工程序单制备控制介质程序校验首件试切数控机床修改编写零件加工程序单根据制订的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作和计算的坐标值，按照数控系统规定的指令代码及程序格式，编写零件程序。2.1概述数控编程的步骤：零件图分析图样确定加工工艺过程数值计算编写程序清单制备控制介质程序校验首件试切数控机床修改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(如存储在磁盘上)，作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过MDI键盘输入。2.1概述数控编程的步骤：零件图分析图样确定加工工艺过程数值计算编写程序清单制备控制介质程序校验首件试切数控机床修改程序校验和试切削(1)程序的校验检查程序的正确性和合理性，但不能检查加工精度。利用数控系统的相关功能，在数控机床上运行程序，通过刀具运动轨迹检查程序。这种检查方法较为直观简单，现被广泛采用。

(2)试切通过程序的试切，在数控机床上加工实际零件以检查程序的正确性和合理性。试切法不仅可检验程序的正确性，还可检查加工精度是否符合要求。通常只有试切零件经检验合格后，加工程序才算编制完毕。图形显示动态模拟功能2.1概述数控编程的方法2.1概述数控编程的方法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。语言式自动编程和图形交互式自动编程2.2编程的基础知识一、零件加工程序的结构一个完整的零件加工程序由程序号（名）和程序段组成；每个程序段由若干个指令字组成；每个指令字由字符（字母、数字、符号）组成。程序的构成O2001

N10

G54

X85

Y120

N20

G90

G00

X30

Y45N30

G01

X54

Y58

F150

S250

M03…N110

M98

P1001

L2……N200

M02LF（CR、EOB）O1001

N10

G41

G00X10Y15

N20

G01X35Y45…N100

M99起始行（程序号）程序内容（程序段）结束行（程序结束）起始行（程序号）程序内容（程序段）结束行（程序结束）主程序子程序2.2编程的基础知识一、零件加工程序的结构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）。地址符可变程序段格式：程序段的长短、字数和字长（位数）都是可变的，字的排列顺序没有严格要求。程序段是由若干个程序字（指令字）组成，程序字由地址码和数字及代数符号组成。常用地址码及其含义（P11表2-1）程序段格式N30G01X88.1Y－30.2F500S3000T02M08；

N40X90；N－G－X－Y－Z－…F－S－M－；

2.2编程的基础知识一、零件加工程序的结构主程序和子程序2.2编程的基础知识二、数控机床的坐标系坐标轴及运动方向的规定在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一的标准。2.2编程的基础知识二、数控机床的坐标系坐标轴及运动方向的规定直线进给和圆周进给运动坐标系机床的一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴规定采用右手直角笛卡尔坐标系直角坐标系（基本坐标系）：X、Y、Z；回转坐标系：A、B、C，正向：右手螺旋法则附加坐标系：U、V、W2.2编程的基础知识二、数控机床的坐标系坐标轴及运动方向的规定直线进给和圆周进给运动坐标系正向规定：一般都假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。2.2编程的基础知识机床坐标轴的确定方法（1）Z坐标

Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标；对于刀具旋转的机床，平行于旋转刀具轴线的坐标为Z坐标对于工件旋转的机床，平行于旋转工件轴线的坐标为Z坐标

Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。2.2编程的基础知识机床坐标轴的确定方法（2）X坐标X轴一般是水平的，垂直于Z轴，平行于工件的装夹平面。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标是工件的径向且平行于横向拖板，刀具远离工件是正向；卧式数控车床2.2编程的基础知识机床坐标轴的确定方法对于刀具旋转的机床（铣床等），当Z轴水平时，沿刀具主轴后端向工件看，X轴的正方向指向右边。卧式升降台铣床（2）X坐标2.2编程的基础知识机床坐标轴的确定方法对于刀具旋转的机床（铣床等），当Z轴水平时，沿刀具主轴后端向工件看，X轴的正方向指向右边。（2）X坐标卧式镗床2.2编程的基础知识机床坐标轴的确定方法

图2-14数控铣床对于刀具旋转的机床（铣床等），当Z轴垂直时，面对刀具主轴向立柱方向看，向右边就是X轴的正方向。（2）X坐标2.2编程的基础知识机床坐标轴的确定方法（3）Y坐标在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。2.2编程的基础知识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。机床坐标系的零点。这个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机床原点2.2编程的基础知识机床坐标系与工件坐标系机床坐标系以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的座标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系，的参考坐标系。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。2.2编程的基础知识机床坐标系与工件坐标系工件坐标系与工件原点（编程坐标系与编程原点）由编程人员确定,在编程时以工件图样上的某一点为原点所建立的坐标系；编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定；工件坐标系的原点称为工件原点或工件零点，可用程序指令来设置和改变;根据编程需要，在一个加工程序中可一次或多次设定或改变工件原点。

2.2编程的基础知识机床坐标系与工件坐标系两者的关系工件原点偏置：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。2.2编程的基础知识绝对坐标系和增量（相对）坐标系绝对坐标系所有的坐标点均以固定的坐标原点为七点确定坐标值的坐标系。增量（相对）坐标系运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系（或增量坐标系）。2.2编程的基础知识绝对坐标系和增量（相对）坐标系ABUXVYO18121520绝对与相对坐标系

以绝对坐标计算：XA=12,YA=15,XB=30,YB=35

以相对坐标计算：UA=0,VA=0,UB=18,VB=202.2编程的基础知识最小设定单位与编程尺寸的表示方法最小设定单位即数控系统能实现的最小位移量，又称最小指令增量或脉冲当量。一般是0.0001～0.01mm。编程尺寸表示以最小设定单位表示。X12530Z40525以毫米为单位，以有效位小数来表示。X125.30Z405.252.2编程的基础知识三、功能代码简介准备功能G代码使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令由地址码G后跟两位数字组成，从G00到G99。(见p17表2-2)可分为模态代码（续效代码）和非模态代码（非续效代码）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。2.2编程的基础知识三、功能代码简介准备功能G代码N001G00G17X－Y－M03M08；N002G01G42X－Y－F－；N003X－Y－；N004G02X－Y－；……2.2编程的基础知识三、功能代码简介辅助功能M代码用于控制机床辅助工作的指令，主要用作机床加工时的工艺性指令，多与程序执行和机械控制有关。如，主轴的开、停、正反转；切削液的开、关等。分续效代码和非续效代码（p19，表2-3）2.2编程的基础知识三、功能代码简介辅助功能M代码程序暂停M00

功能：暂停执行当前程序作用：方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作特点：暂停时，机床的主轴、进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变，欲继续执行后续程序，重按操作面板上的“启动”键性质：非模态后作用M功能

2.2编程的基础知识三、功能代码简介辅助功能M代码程序计划（任选）停止M01

特点：与M00类似，只有在操作面板上的“任意停止”按键被按下后，M01才有效。2.2编程的基础知识三、功能代码简介辅助功能M代码程序结束M02

功能：结束机床的一切动作。主轴、进给、冷却液全部停止作用：结束加工过程特点：使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序，就得重新调用该程序，或在自动加工子菜单下，按F4键（请参考HNC-21T操作说明书），然后再按操作面板上的“启动”键性质：非模态后作用M功能2.2编程的基础知识三、功能代码简介辅助功能M代码M03、M04、M05

功能：主轴控制作用：

M03启动主轴以程序中编制的主轴速度顺时针方向（从Z轴正向朝Z轴负向看）旋转；

M04启动主轴以程序中编制的主轴速度逆时针方向旋转

M05使主轴停止旋转特点：

M03、M04、M05可相互注销性质：

M03、M04为模态前作用M功能；M05为模态后作用M功能，M05为缺省功能2.2编程的基础知识三、功能代码简介辅助功能M代码常用M代码M06换刀。M07、M08切屑液开M09切削液停M10、M11运动部件的夹紧与松开2.2编程的基础知识三、功能代码简介F、S、T代码－都是续效代码F代码为进给速度代码，该表示方法有：编码法：F后跟两位数，这两位数字表示该进给速度的序号。直接指定法：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。S代码—主轴转速代码，也有两种表示方法：编码法：S后跟两位数，表示主轴转速的序号。直接指定法：

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。2.2编程的基础知识三、功能代码简介F、S、T代码－都是续效代码T代码—刀具功能代码，T后跟两位～四位数字。T0101表示1号刀选用1号刀补值刀具号刀补号2.3常用准备功能指令的编程方法一、与坐标系相关的指令绝对坐标与增量坐标指令G90、G91用G90编程时，程序段中的坐标尺寸为绝对值，即在工件坐标系中的坐标值。用G91编程时，程序段中的尺寸为增量坐标值，即刀具运动的终点相对于前一位置的坐标增量。特定的，不用G91，用U、V、W增量坐标系表示2.3常用准备功能指令的编程方法一、与坐标系相关的指令坐标系设定指令G92G92用来建立工件坐标系，规定了工作坐标系原点的位置。G92确定了工作坐标系的原点（工件原点）在距起刀点的相对位置。G92只是设定位置，执行后，不产生任何运动，只是显示屏的坐标值发生了变化G92模态代码格式：G92X_Y_Z_；式中，X、Y、Z为刀具起始点相对于工件原点的坐标值。2.3常用准备功能指令的编程方法一、与坐标系相关的指令坐标系设定指令G92主要内容G92X160.0Y-20.0；（X200，Y

20）工件刀具起始点工件坐标系机床坐标系200160120804012010080604020OO′X′Y′YX铣床：2.3常用准备功能指令的编程方法一、与坐标系相关的指令坐标系设定指令G92主要内容数控车床：G92X120Z90；直径值2.3常用准备功能指令的编程方法一、与坐标系相关的指令坐标平面选择指令G17、G18、G19主要内容在数控车床上一般默认为在ZX平面内加工；在数控铣床上一般默认为在XY平面内加工。若要在其它平面上加工则应使用坐标平面选择指令。2.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令快速点到位指令G00主要内容它命令刀具以点位控制方式从刀具所在点以各轴预先设定好的最快进给速度移动到坐标系的另一点。它只是快速定位，不进行切削加工，一般作空行程运动。G00不需要指定速度，即F指令无效。G00模态指令G00指令程序段格式为

G00X_Y_Z_；式中，X、Y、Z为目标位置的坐标值。G90G00X100Y10Z150G91G00X10Y-100Z-1302.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令直线插补指令G01主要内容该指令使机床各坐标轴以插补联动方式在各坐标平面内，按指定的进给速度F切削任意斜率的直线轮廓和用直线段逼近的曲线轮廓。必须给定F指令。指令格式为：

G01

X_Y_Z_F_；其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。G90G01X100Y100Z100F200G91G01X-100Y130Z110F2002.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令直线插补指令G01主要内容N0010G92X50Z10；N0020G90G00X20Z2S600T11M03；N0030G01X20Z-14F100；N0040G01X28Z-38；N0040G01X28Z-48；N0040G01X42Z-48；N0040G00X50Z10M02；A2.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令直线插补指令G01课堂练习：试用G01完成下图轨迹O点为起刀点，A点为第一点2.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

圆弧插补指令G02、G03主要内容G02为顺时针圆弧插补，

G03为逆时针圆弧插补。模态指令判断顺、逆方向的方法为：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正向往负方向看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03，如图所示。2.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

圆弧插补指令G02、G03主要内容程序段格式加工圆弧时，不仅要用G02、G03指出圆弧的顺时针或逆时针方向，用X、Y、Z指定圆弧的终点坐标，而且还要指定圆弧的圆心位置。圆心位置的指定方式有两种。用I、J、K指定圆心位置用圆弧半径R指定圆心位置2.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

圆弧插补指令G02、G03主要内容说明采用绝对值编程时,X、Y、Z为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值；当采用增量值编程时，X、Y、Z（U、V、W）为为圆弧终点相对于圆弧起点的坐标增量值。无论是绝对坐标编程还是增量坐标编程，I、J、K都为圆心坐标相对圆弧起点坐标的坐标增量值，不受G90控制。圆弧所对的圆心角

<180

时，用“+R”表示；当

180

时，用“–R”表示，2.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

圆弧插补指令G02、G032.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

圆弧插补指令G02、G032.3常用准备功能指令的编程方法二、运动控制指令

暂停（延迟）指令G04（非模态）主要内容有Ｘ、Ｕ、Ｐ等N05

G90

G1

F120

Z-50

S300

M03

N10

G04

P2.5；暂停2.5秒N15

Z70作用：使刀具作短暂的无进给加工。格式：说明：ΔΔ的数据表示暂停的时间，各系统的规定有所不同，其单位可以是秒或者毫秒。

主要用途：保证得到光滑的加工面，如在进行清根、倒角、孔底等加工时。示例：2.3常用准备功能指令的编程方法三、刀具补偿指令

刀具半径自动补偿指令Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４0为什么要进行刀具补偿对刀→刀位点指状铣刀球头铣刀立铣刀、端铣刀xy2002002.3常用准备功能指令的编程方法三、刀具补偿指令

刀具半径自动补偿指令Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４0什么是刀具半径自动补偿根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。2.3常用准备功能指令的编程方法三、刀具补偿指令

刀具半径自动补偿指令Ｇ４1、Ｇ４2、Ｇ４0刀具半径自动补偿格式说明：G40：取消刀具半径补偿；Ｄ：指定刀具半径补偿值寄存器的地址号。G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)，（相对于顺铣）G42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)，（相对于逆铣）X_Y_Z_D_2.3常用准备功能指令的编程方法

在前进方向

右侧补偿

补偿量

刀具旋转方向

刀

具

前

进

方

向

补偿量

刀具旋

转方向

刀

具

前

进

方

向

(b)

(a)

左刀补右刀补

在前进方向

左侧补偿

2.3常用准备功能指令的编程方法

顺铣与逆铣比较当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣方式安排进给路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。精铣时，尤其是零件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切人，不会崩刃；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。2.3常用准备功能指令的编程方法G00/G01G41/G42X～Y～D～建立补偿程序段

……轮廓切削程序段

G00/G01G40X～Y～补偿撤消程序段

其中：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。刀具半径值可用CRT/MDI方式输入，即在设置时，D～=R。2.3常用准备功能指令的编程方法注意：G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。刀具半径补偿一般包括三个过程：刀补建立、刀补进行和刀补撤销；2.3常用准备功能指令的编程方法三、刀具补偿指令

刀具半径自动补偿指令Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ40刀具补偿的作用1）简化程编工作2）实现粗、精加工3）实现内外型面的加工2.3常用准备功能指令的编程方法三、刀具补偿指令

刀具长度补偿指令G43、G44、G40格式：G17/G18/G19G43/G44X_Y_Z_H_说明：G40：取消刀具长度补偿；G43：正向偏置(补偿轴终点加上偏置值)；G44：负向偏置(补偿轴终点减去偏置值)；G43、G44、G40都是模态代码，可相互注销。H：刀具长度补偿偏置号(H00-H99)，它代表了刀补表中对应的长度补偿值。2.3常用准备功能指令的编程方法四、固定循环指令

固定循环指令G80～G89（第三章中详解）2.４数控编程的工艺处理一、合理确定零件的加工路线零件的加工路线的含义：是指数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。确定加工路线的原则主要有：

（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；（2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程移动时间；（3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

2.４数控编程的工艺处理一、合理确定零件的加工路线2.４数控编程的工艺处理二、合理选择对刀点、换刀点选择对刀点的原则要便于数学处理和简化程序编制在机床上找正容易，加工中检查方便引起的加工误差小指状铣刀球头铣刀立铣刀、端铣刀2.４数控编程的工艺处理三、合理选择工件的装夹方法、刀具和