第二章數控編程基礎§2.1程序編制的基礎

一、程序編制的基本概念

從零件圖紙到編制零件加工程序和制作控制介質的全部過程，稱為程序編制。

程序編制分為手工和自動編程兩種。

手工編程的步驟：

零件圖紙確定工藝過程計算加工軌跡和尺寸

編制程序單

制作控制介質程序校檢和試切校核校核檢驗YYYNNN圖2-1手工編程過程的框圖完成1、分析零件圖分析零件圖，以確定零件是否合適在數控機床上加工，或適宜在何種數控機床上加工，或確定零件的哪幾道工序在數控機床加工。

2、確定工藝過程選定機床、刀具與夾具，確定零件加工的工藝路線、工步順序以及切削用量等工藝參數。3、計算加工軌跡和加工尺寸（數值計算）根據零件圖紙、加工路線和零件加工允許的誤差，計算零件輪廓的坐標植。對無刀具補償功能的機床，還要計算刀具中心的軌跡。4、編寫加工程序單和校核根據加工路線、切削用量、刀具號碼、刀具補償量、機床輔助動作以及刀具運動軌跡，按照數控系統使用的指令代碼和程序段的格式編寫零件加工的程序單。5、制作控制介質將零件程序清單上的內容記錄在控制機床的控制介質上，作為數控系統的輸入信息。控制介質有穿孔紙帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等。6、程序校驗和試切削二、數控加工工藝基礎（一）數控加工工序的劃分工序的劃分原則：先面后孔的原則；刀具集中的原則；粗、精分開的原則；按部位分序的原則。（二）對刀點與換刀點對刀點：刀具相對于工件運動的起點，又稱起刀點，也就是程序運行的起點。機床零點對刀點工作零點y0x0x1y1換刀點x2y2圖2-2對刀點的坐標值xy

換刀點：一把刀具用完后，為防止刀具與工件相碰，刀具要先到工件之外，再進行換刀這個位置就叫換刀點。對刀點的選擇原則：①對刀點應便于數學處理和程序編制；②對刀點在機床上容易校準；③在加工過程中便于檢查；④引起的加工誤差小。對刀點可以設置在零件、夾具上面或機床上面。換刀點應根據工序內容的安排。為了防止換刀時刀具碰傷工件，換刀點往往設在零件的外面。（三）走刀路線的選擇走刀路線是指數控加工過程中刀位點相對于被加工工件的運動軌跡。刀心運動軌跡刀心運動軌跡刀心運動軌跡(a)(b)(c)接刀痕銑刀銑刀銑刀圖2-3走刀的軌跡

走刀路線的選擇原則：①保證零件的加工精度和表面租糙度；②方便數值計算，減少編程工作量；③縮短走刀路線，減少空行程。（四）刀具的選擇、切削用量的確定加工刀具的選擇，應盡可能選用硬質合金刀具或性能更好的更耐磨的帶涂層的刀具。銑平面輪廓用平頭立銑刀，銑空間輪廓時選球頭立銑刀。切削用量的選擇，數控機械加工的切削深度、切削速度和進給量的確定原則與普通機械加工相似，也可根據實際經驗或查問有關手冊。數控機床的使用說明書上一般都會給出切削參數的推薦值。選擇刀具時要規定刀具的結構尺寸，供刀具組裝預調使用；還要保證有可調用的刀具文件；對選定的新刀具應建立刀具文件供編程用。（五）數控機床的選擇

1.平面孔系零件的加工

這類零件或孔數較多，或孔位置精度要求較高，宜用點位直線控制的數控鉆床與鏜床加工。2.旋轉體類零件的加工此類零件多選用數控車床或數控磨床加工。3.平面輪廓的加工

此類零件的輪廓多由直線和圓弧組成，一般選兩坐標聯動的數控銑床加工。（六）程編中的誤差控制

誤差源：

１．逼近誤差；4.立體輪廓表面的加工

一般選用具有三軸或三軸以上聯動功能的數控銑床加工此類零件。２．插補誤差；３．圓整誤差；程編中的誤差應控制在總誤差的10%~20%之內。三、數控編程系統

數控編程可分為機內編程和機外編程。機內編程指利用數控機床本身提供的交互功能進行編程，機外編程則是脫離數控機床本身在其他設備上進行編程。四、利用CAM系統進行自動編程的基本步驟

1．加工工藝確定（1）校準加工零件的尺寸、公差和精度要求；

（2）確定裝卡位置；（3）選擇刀具；（4）確定加工路線；

（5）選定工藝參數。

2．加工模型建立利用CAM系統提供的圖形生成和編輯功能將零件的被加工部位繪制在計算機屏幕上，作為計算機自動生成刀具軌跡的依據。

3．刀具軌跡生成

建立了加工模型后，即可利用CAM系統提供的多種形式的刀具軌跡生成功能進行數控編程。

4．后置代碼生成

后置處理的目的是形成數控指令文件，利用CAM系統提供的后置處理器可方便地生成和特定機床相匹配的加工代碼。

5．加工代碼輸出

§2.2數控加工的編程基礎

程序字按其功能的不同可分為：順序號字、準備功能字、尺寸字、進給功能字、主軸轉速功能字、刀具功能字和輔助功能字7種類型。一、數字控制的標準代碼常用的穿孔紙帶有五單位和八單位兩種。八單位穿孔紙帶的代碼有EIA美國電子工業協會標準和ISO國際標準組織標準。

共同特點：代碼每行有八列，其中第三列與第四列之間的連續小孔稱同步孔，用來產生讀帶的同步控制信號。其余的列，有孔表示“1”，無孔表示“0”，分別代表數字碼、字母碼和其他符號碼；在每一行的第一列至第四列形成二進制代碼，構成數字符，不同類型的字符由第五列至第七列的不同組合來區分。

ISO代碼：第五、六列有孔，而第七列無孔，為數字字符；僅第七列有孔，為字母A~Z；僅第六列有孔，則為各類符號。每行代碼的個數為偶數；若為奇數個，則將第八列補一個孔使之成為偶數個，第八列為補偶列。ISO代碼最多可表示27（128）個字符。

EIA代碼：每行代碼的個數為奇數；若為偶數個，則將第五列補一個孔使之成為奇數個，第八列為補奇列，第八列基本上不用，故EIA代碼最多可表示26（64）個字符。二、編制數控程序常用的指令代碼

（一）準備功能代碼（G代碼）準備功能代碼用于指定一些動作或選擇一種操作方式，它使用G字編程。從G00~G99模態代碼是指某些G代碼在一個程序段被指定后，直到以后程序段出現同組的另一個代碼時才失效的G代碼。非模態代碼是指只有書寫了該代碼時才有效的代碼。1．與坐標設定有關的指令

代碼功能代碼功能G11坐標軸的平移和旋轉G17選擇XY平面G10取消G11G18選擇ZX平面G15工件坐標系選擇(模態)G19選擇YZ平面G16工件坐標系選擇(非模態)表2-1與坐標設定有關的指令

G52局部坐標系設定G53機床坐標系選擇G54直線偏移XG55直線偏移YG56直線偏移ZG57直線偏移XYG58直線偏移XZG59直線偏移YZ2．與坐標軸移動有關的指令

代碼功能代碼功能G00定位（快速直線插補）G03逆圓或螺旋線插補G01直線插補G30回零G02順圓或螺旋線插補

表2-2與坐標軸移動有關的指令

3．刀具補償指令代碼功能G40刀具半徑補償取消G41刀具半徑左補償G42刀具半徑右補償表2-3與刀具補償有關的指令

G43刀具長度正補償G44刀具長度負補償G49刀具長度補償取消4．與指令確定的數值有關的指令

代碼功能代碼功能G90絕對值編程G95進給量（每轉）G91增量值編程G20輸入值為英制G94進給速度（每分鐘）G21輸入值為米制表2-4與指令確定的數值有關的指令

5．可簡化編程的指令

代碼功能代碼功能G50幾何縮放取消G83深孔鉆孔固定循環G51幾何縮放G84旋攻螺紋固定循環G62鏡象加工G85鏜孔固定循環(切速退刀G73高速深孔鉆孔固定循環G86鏜孔固定循環(快退刀)G74左旋攻螺紋固定循環G87背鏜固定循環(快退刀)G76精鏜固定循環G89背鏜固定循環(同G85)G80固定循環功能取消G274左旋同步攻螺紋G81鉆孔固定循環G284右旋同步攻螺紋G82固定循環（同G81）

表2-5可簡化編程的指令

6．宏指令

G100～120各代碼可供建立用戶指令，以簡化程序編制。7．其他功能G代碼

代碼功能代碼功能G04進給暫停G61急停檢查（非模態）G09急停檢查（非模態）G64取消急停檢查G22程序行程極限有效G175圓簡周邊切削G23程序行程極限無效G186公差控制無效G31跳步G187公差控制有效G174圓簡周邊切削無效

表2-6其他功能G代碼

（1）快速直線插補(G00)

G00快速直線插補控制機床各軸以最大速率從現在位置移動到指令位置。G00是模態代碼。

其編程格式為：G00XYZ。XYZ起點(x0,y0,z0)終點(x,y,z)圖2-4G00

（2）直線插補(G01)

直線插補G01程序段控制各軸以指定的進給速率沿直線方向從現在位置移動到指令位置。G01是模態代碼

其編程格式為：G01XYZF(進給速率)。XYZ起點(x0,y0,z0)終點(x,y,z)圖2-5G01（3）順圓弧插補（G02）圓弧插補G02程序段可以使機床從現在位置沿圓順時針弧軌跡運動到指令位置，進給速率沿圓弧的切線方向，大小等于編程的進給率F。G02表示刀具沿順圓運動(CW)。XYZ起點(x0,y0,z0)終點(x,y,z)圖2-6G02（4）逆圓弧插補（G03）圓弧插補G03程序段可以使機床從現在位置沿逆時針圓弧軌跡運動到指令位置，進給速率沿圓弧的切線方向，大小等于編程的進給率F。G03表示刀具沿逆圓運動(CCW)。XYZ終點(x0,y0,z0)起點(x,y,z)圖2-7G03圓弧插補可以用兩種方式編程：①編程G02或G03及I、J、K字定義圓弧中心點，稱為中心編程，當圓弧的中心是關鍵尺寸時，選用該編程方法；XYZ起點(x0,y0,z0)終點(x,y,z)

其編程格式為：G2XYZIJKF(進給速率)。O(I,J,K)圖2-8圓心坐標

②半徑編程當圓弧的半徑R或終點坐標為關鍵尺寸時，選用該編程方法。XYZ起點(x0,y0,z0)終點(x,y,z)

其編程格式為：G2XYZRF(進給速率)。O(I,J,K)R當圓心角180o時，R以正值表示；當圓心角>180o時，R以負值表示。但整圓不能用此編程方法。圖2.9

（二）輔助功能代碼（M代碼）

輔助功能代碼（M代碼）用于指令控制功能和機床功能，多與程序執行和機械控制有關。1．M00程序停止。執行M00后程序停止，可按機床上的起動按鈕使機床重新起動，繼續執行以后的程序。

2．M01可選擇的程序停止。當按下機床操作面板上的“選擇開機”按鈕時，執行M0l以后程序停止，重新起動則繼續執行下段。

3．M02和M30程序結束。4．M03、M04和M05主軸正轉、反轉和停轉。

5．M06換刀。

6．M15、M16第四旋轉軸正轉、反轉。

7．Ml9主軸定位。執行M19后可使主軸正轉后停在規定的角度上。8．M118主軸定位(反轉)。執行M118后可使主軸反向旋轉后停在規定的角度上。

9．M119主軸定位(以較短的路徑轉)。10．M52、M53和M54與G指令固定循環配合使用。11．M132、M133決定機床上的“單段執行”開關(程序逐段執行)有效、無效。12．M134、M135決定機床上的“主軸轉速倍率”開關有效、無效。13．M136、M137決定機床上的“進給速度倍率”開關有效、無效。

14．Ml38、M139決定機床上的“空運轉”開關有效、無效。

l5．M140、M14l決定機床上的“進給保持”開關有效、無效。

16．M201～M210與G100～G120各代碼一樣可供建立用戶宏指令，以簡化程序的編制。（三）F、S、T指令—都是續效代碼（1）F指令為進給速度指令，該表示方法有：

a．代碼法：F后跟兩位數，這兩位數字表示該進給速度的序號。

b．直接指定法：F后所跟的數字就是實際進給速度。如F50表示進給速度為50mm/min。（2）S指令—主軸轉速指令，也有兩種表示方法：

a．代碼法：S后跟兩位數，表示主軸轉速的序號。

b．直接指定法：S后所跟的數字就是實際主軸轉速。如S1000表示主軸轉速為1000r/min。（3）T指令—刀號指令，T后跟兩位數字，這兩位數字表示刀具的編號。三、數控加工程序的結構1．程序的組成一個完整的零件加工程序由程序段組成；一個程序段由若干個代碼字組成；每個代碼字由字符（字母、數字、符號）組成。N01G91G00X50Y60LFN02G01X1000Y5000F150S300T12M03LF．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．N10G00X-50Y-60M02LF每個程序段以序號“N”開頭，以LF(LineFinish)結束，M02=END作為整個程序的結束。2．程序段格式（1）地址符可編程序段格式

這種格式稱字-地址程序格式，其特點是程序簡單，可讀性強，易于檢查，因此，現代數控機床廣泛采用這種格式。（2）分隔符固定順序程序段格式該種格式是用分隔符“HT”代替地址符，而且預先規定了所有可能出現的代碼的固定排列順序，根據分隔符出現的順序，就可判斷其功能。由于該格式不直觀，編程不便，現在已很少使用。3．主程序和子程序

（1）子程序：將重復出現的程序串單獨抽出來，按一定的格式寫成子程序，供主程序調用。

（2）子程序的格式：除有子程序名或子程序開頭代碼字外，還要有子程序結束代碼字。其余部分與主程序相同。

（3）主程序：程序中字子程序以外的部分便稱為主程序。1.定義機床坐標系是指用于確定機床的運動方向和移動距離的坐標系。四、機床坐標系標準的數控機床坐標系是一個右手笛卡爾直角坐標系，其基本坐標軸為X、Y、Z直角坐標，相對于每個坐標軸的旋轉運動坐標為A、B、C。圖2-10右手笛卡爾直角坐標系+X′、+Y′、+Z′表示工件的正移動方向。2.各坐標軸的確定（1）Z軸的確定Z軸是傳遞切削力的主軸所規定的主軸軸向。對于銑床、鏜床、鉆床等是帶動刀具旋轉的軸；對于車床、磨床等是帶動工件旋轉的軸。其方向是平行于主軸軸線，遠離工件方向為正方向。（2）X軸的確定X軸一般是水平的，平行于工件的裝夾平面。它平行于主要的切削方向，且以此方向為主方向。1）對于工件旋轉的機床（如車床、磨床等），X坐標是工件的徑向且平行于橫向拖板，刀具遠離回轉中心是正向；圖2-11臥式數控車床①當Z軸水平時，沿刀具主軸向工件看，X軸的正方向指向右邊。

圖2-12臥式升降臺銑床2）對于刀具旋轉的機床（如銑、鉆、鏜床）圖2-13臥式鏜床a．對于單立柱機床，X軸的正方向指向右邊。②當Z軸為鉛垂方向（立式主軸）時圖2-14數控銑床圖2-15龍門式輪廓銑床b．對于雙立柱機床（如龍門機床），當站在操作臺一側從主軸向左側立柱看時，X軸的正方向指向右邊。（3）Y軸的確定Y軸的運動方向則根據X軸和Z軸按右手法則確定。

（4）轉動方向的確定圍繞X、Y、Z軸的轉動分別用A、B、C表示，它們的正方向為右旋螺紋前進的方向。3．機床原點機床原點是指機床坐標系的原點，即X=0,Y=0,Z=0的點，一般在機床上是固定的。五、工件坐標系和工件原點

工件坐標系是編程人員在編程時使用的，由編程人員以工件圖紙上的某一固定點位原點（也稱工件原點）所建立的坐標系，編程尺寸都按工件坐標系中的尺寸確定。工件坐標系的各坐標軸與機床坐標系相應的坐標軸平行。工件原點選擇的原則：（1）工件原點選在工件圖樣的尺寸基礎上。（2）能使工件方便地裝卡、測量和檢驗。（3）工件原點盡量選在尺寸精度高、粗糙度較細的工件表面上。（4）對于有對稱形狀的幾何零件，工件零件最好選在對稱中心上。機床原點工件原點機床參考點編程原點圖2-16數控車床坐標系及相關點的關系六、絕對坐標系與相對坐標系1．絕對坐標系所有的坐標值均從同一固定坐標點計量的坐標系。2．相對坐標系運動軌跡的終點坐標是相對于起點計量的坐標系（或增量坐標系）。ABXXYYO18121520

圖2-17絕對與相對坐標系以絕對坐標計算：XA=12,YA=15,XB=30,YB=35

以相對坐標計算：XA=0,YA=0,XB=18,YB=20§2.3自動數控編程一、概述數控自動編程主要由硬件和軟件組成。硬件由計算機、穿孔機、繪圖機、磁盤等外設組成；軟件包括編程語言和程序系統（編譯程序）。編程語言是一套規定的基本符號、字母、數字和用它們描述零件加工的語法、詞法規則。這些符號和規則描述被加工零件的幾何形狀、幾何元素間的相互關系、刀具運動軌跡以及一些必要的工藝參數。自動編程是由編程人員根據零件圖進行工藝分析，用編程語言編寫源程序，經計算機處理后自動輸出零件數控加工程序單。編譯程序：對零件源程序進行主信息處理和后置處理，將零件的源程序翻譯成計算機能夠接受的機器語言。二、數控編程語言APT用APT語言編寫的零件源程序由APT處理系統能夠識別的語句和數據組成。（一）APT語言的主要語句1、刀具形狀語句：CUTTER/1，0.2512、

幾何定義語句作用：說明零件的幾何形狀、進刀點位置和進刀方向等。