1、第2章數(shù)控加工編程基礎(chǔ)2.1 概述2.2 字符與代碼2.4 程序段與程序格式本章小結(jié)2.3 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 本章是數(shù)控編程的基礎(chǔ)，主要講述了數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識(shí)，常用G代碼及M代碼功能指令，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系，數(shù)控程序段與程序格式等。本章要求熟悉數(shù)控加工程序格式以及編程步驟，熟記數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定方法和右手笛卡爾直角坐標(biāo)系的應(yīng)用。 2.1 概 述 目的：程序編制是數(shù)控加工的一項(xiàng)重要工作，理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖紙要求的合格工件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，以使數(shù)控機(jī)床安全可靠及高效地工作。 內(nèi)容與步驟：分析被加工零件的零件圖，確定加工工藝過程；

2、進(jìn)行刀具運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)計(jì)算；編寫程序單；制備控制介質(zhì)；程序校驗(yàn)和首件試切等。2.1.1 數(shù)控機(jī)床編程的目的與步驟 1分析零件圖紙 分析工件材料、形狀、尺寸精度及毛坯形狀和熱處理等，確定工件在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工的可行性。 2工藝處理 制定數(shù)控加工工藝除考慮一般工藝原則外，還應(yīng)考慮充分發(fā)揮所有數(shù)控機(jī)床的指令功能，走刀路線要短，換刀次數(shù)盡可能少等。 （1）確定加工方案； （2）刀具、工夾具的設(shè)計(jì)和選擇； （3）選擇對刀點(diǎn) ：對刀點(diǎn)是指刀具相對零件運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)。對刀點(diǎn)也稱作程序起 始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。對刀點(diǎn)的選擇原則是：所選對刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡單、工件容 易找正，并在加工過程中便于檢查和減小加工誤差的位置。

3、（4）確定加工路線：盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產(chǎn)率；保證加工 零件的精度和表面粗糙度的要求；有利于簡化數(shù)值計(jì)算，減少程序段的數(shù)目和 編程的工作量。 （5）確定切削用量：包括背吃刀量、側(cè)吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）及進(jìn)給速度。 3進(jìn)行刀具運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)計(jì)算 根據(jù)零件圖的幾何尺寸、進(jìn)給路線及設(shè)定的工件坐標(biāo)系，計(jì)算工件粗、精加工各種運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)值。4編寫程序單 編程人員要了解數(shù)控機(jī)床的性能、程序指令代碼以及數(shù)控機(jī)床加工零件的過程，才能編寫出正確的加工程序。 5制備控制介質(zhì) 控制介質(zhì)有穿孔帶、磁帶、磁盤和U盤等。 6程序校驗(yàn)和首件試切 程序的驗(yàn)證可采用仿真軟件（如：德國的Dialo

4、g；國產(chǎn)的宇龍、斯沃、金銀花數(shù)控仿真軟件等）在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，也可利用數(shù)控機(jī)床的空運(yùn)行功能進(jìn)行檢驗(yàn)，以檢查機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性。為了檢查出由于編程計(jì)算不準(zhǔn)確或刀具調(diào)整不當(dāng)造成的加工誤差的大小，還需經(jīng)過試切進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)試切情況對程序進(jìn)行修改。2.1.2 數(shù)控機(jī)床程序的編制方法 1手工編程 從工件的圖樣分析、工藝過程的確定、數(shù)值計(jì)算到編寫加工程序單、制作控制介質(zhì)等都是人手工完成。對形狀簡單的工件，可以使用手工編程。手工編程既經(jīng)濟(jì)又及時(shí)。但對于幾何形狀復(fù)雜的零件，特別是具有列表曲線、非圓曲線及曲面的零件（如葉片、復(fù)雜模具），或者表面的幾何元素并不復(fù)雜而程序量很大的零件（如復(fù)雜的箱體），或

5、者工步復(fù)雜的零件，手工編程就難以勝任，因此必須用自動(dòng)編程的方法。為了縮短生產(chǎn)周期，提高數(shù)控機(jī)床的利用率，有效解決復(fù)雜零件的加工問題，應(yīng)當(dāng)使手工編程向自動(dòng)編程方向發(fā)展，但也要看到，手工編程是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，自動(dòng)編程中許多核心的經(jīng)驗(yàn)都來源于手工編程，二者是相輔相成的。 2自動(dòng)編程 自動(dòng)編程也稱計(jì)算機(jī)輔助編程，即程序編制工作的大部分或全部由計(jì)算機(jī)完成。典型的自動(dòng)編程有人機(jī)對話式自動(dòng)編程及圖形交互式自動(dòng)編程。UGCATIAPRO/ECimatronMaster CAMDELCAMCAXA制造工程師常用的CAD/CAM軟件CAD-Computer Aided Design 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAM- Com

6、puter Aided Manufacturing 計(jì)算機(jī)輔助制造（1）UG： Unigraphics 是美國Unigraphics Solution公司開發(fā)的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一體的三維參數(shù)化軟件，現(xiàn)被西門子公司收購，是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造的軟件，用于航空、航天、汽車、輪船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG軟件在CAM領(lǐng)域處于領(lǐng)先的地位，產(chǎn)生于美國麥道飛機(jī)公司，是飛機(jī)零件數(shù)控加工首選編程工具。（2） CATIA： Catia是法國達(dá)索（Dassault）公司推出的產(chǎn)品，法制幻影系列戰(zhàn)斗機(jī)、波音737、777的開發(fā)設(shè)計(jì)均采用Catia。 CATIA據(jù)有強(qiáng)大的曲

7、面造型功能，在所有的CAD三維軟件位居前列，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的航空航天企業(yè)、研究所，以逐步取代UG成為復(fù)雜型面設(shè)計(jì)的首選。CATIA具有較強(qiáng)的編程能力，可滿足復(fù)雜零件的數(shù)控加工要求。目前一些領(lǐng)域采取CATIA設(shè)計(jì)建模，UG編程加工，二者結(jié)合，搭配使用。（3）Pro/E ：是美國PTC （參數(shù)技術(shù)有限公司）開發(fā)的開發(fā)的軟件，是全世界最普及的三維 CAD/CAM （計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）系統(tǒng)。廣泛用于電子、機(jī)械、模具、工 業(yè)設(shè)計(jì)和玩具等民用行業(yè)。具有零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、造型設(shè)計(jì)等多種功能。Pro/E在我國南方地區(qū)企業(yè)中被大量使用，設(shè)計(jì)建模采用PRO/E ，編程加工采用MASTER

8、CAM 和CIMATRON 是目前通行的做法。（3）Cimatron：Cimatron系統(tǒng)是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三維CAD/CAM全功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型、工程繪圖，全面的數(shù)控加工，各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。Cimatron CAD/CAM系統(tǒng)在國際上的模具制造業(yè)備受歡迎，國內(nèi)模局制造行業(yè)也在廣泛使用。（4） Master CAM : Master CAM是美國CNC公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件，它具有方便直觀的幾何造型，Master

9、cam提供了設(shè)計(jì)零件外形所需的理想環(huán)境，其強(qiáng)大穩(wěn)定的造型功能可設(shè)計(jì)出復(fù)雜的曲線、曲面零件。Master Cam 具有較強(qiáng)的曲面粗加工及曲面精加工的功能，曲面精加工有多種選擇方式，可以滿足復(fù)雜零件的曲面加工要求，同時(shí)具備多軸加工功能。由于價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，成為國內(nèi)民用行業(yè)數(shù)控編程軟件的首選。（）DELCAM：FeatureCAM是美國DELCAM公司開發(fā)的基于特征的全功能CAMCAM軟件，全新的特征概念，超強(qiáng)的特征識(shí)別，基于工藝知識(shí)庫的材料庫，刀具庫，圖標(biāo)導(dǎo)航識(shí)別，基于工藝卡片的編程模式。全模塊的軟件，從25軸銑削，到車銑復(fù)合加工，從曲面加工到線切割加工，為車間編程提供全面解決方案。DELCA

10、M軟件后編輯功能相對來說是比較好的。近年來國內(nèi)一些制造企業(yè)正在逐步引進(jìn)，以滿足行業(yè)發(fā)展的需求，屬新興產(chǎn)品。（）CAXA制造工程師：CAXA制造工程師是北京北航海爾軟件有限公司推出一款全國產(chǎn)化的CADCAM產(chǎn)品，為國產(chǎn)CADCAM軟件在國內(nèi)CAM市場中占據(jù)了一席之地。作為我國制造業(yè)信息化領(lǐng)域自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件優(yōu)秀代表和知名品牌，CAXA已經(jīng)成為我國CAD/CAM/PDM業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者和主要供應(yīng)商。CAXA制造工程師是一款面向二至五軸數(shù)控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的銑削/鉆削數(shù)控加工編程軟件。該軟件性能優(yōu)越，價(jià)格適中，在國內(nèi)市場頗受歡迎。2.2 字符與代碼 2.2.1 字符與代碼 字符（Char

11、acter）：用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號(hào)，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。字符是機(jī)器能進(jìn)行存儲(chǔ)或傳送的記號(hào)。字符也是我們所要研究的加工程序的最小組成單位。 加工程序用的字符分四類。一類是字母，它由大寫26個(gè)英文字母組成。第二類是數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，它由09共10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字及一個(gè)小數(shù)點(diǎn)組成。第三類是符號(hào)，由正（+）號(hào)和負(fù)（-）號(hào)組成。第四類是功能字符，它由程序開始（結(jié)束）符（如“%”）、程序段結(jié)束符（如“；”）、跳過任選程序段符（如“/”）等組成。 2.2.1 字符與代碼 字符（Character）：用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號(hào)，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。字符是機(jī)器能

12、進(jìn)行存儲(chǔ)或傳送的記號(hào)。字符也是我們所要研究的加工程序的最小組成單位。 加工程序用的字符分四類。一類是字母，它由大寫26個(gè)英文字母組成。第二類是數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，它由09共10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字及一個(gè)小數(shù)點(diǎn)組成。第三類是符號(hào)，由正（+）號(hào)和負(fù)（-）號(hào)組成。第四類是功能字符，它由程序開始（結(jié)束）符（如“%”）、程序段結(jié)束符（如“；”）、跳過任選程序段符（如“/”）等組成。 2.2.2 數(shù)控機(jī)床功能代碼 1準(zhǔn)備功能 準(zhǔn)備功能（G功能）是使數(shù)控機(jī)床建立起某種加工方式的指令，如插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等。G功能由地址符G和其后的兩位數(shù)字組成，從G00G99共100種功能。 2輔助功能 輔助功能（M功能）是用于指定

13、主軸的旋轉(zhuǎn)方向、啟動(dòng)、停止、冷卻液的開關(guān)，工件或刀具的夾緊和松開，刀具的更換等功能。輔助功能字由地址符M和其后的兩位數(shù)字組成。從M00M99共100種功能。 2.3 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系 2.3.1 坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定 目前，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系。我國已制訂了JB3051-82數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)，它與ISO841等效。 標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系采用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系，如圖2-2所示。這個(gè)坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸與機(jī)床的主要導(dǎo)軌相平行。直角坐標(biāo)系X、Y、Z三者的關(guān)系及其方向用右手定則判定；圍繞X、Y、Z各軸回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則確定。 在坐標(biāo)軸命

14、名或編程時(shí)，不論機(jī)床在加工中是刀具移動(dòng)，還是被加工工件移動(dòng)，都一律假定被加工工件相對靜止不動(dòng)，而刀具在移動(dòng)，即刀具相對運(yùn)動(dòng)的原則，并同時(shí)規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)楦髯鴺?biāo)的正方向。 標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系采用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系，如圖2-2所示。這個(gè)坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸與機(jī)床的主要導(dǎo)軌相平行。直角坐標(biāo)系X、Y、Z三者的關(guān)系及其方向用右手定則判定；圍繞X、Y、Z各軸回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則確定。 2.3.2 機(jī)床坐標(biāo)軸的確定 確定機(jī)床坐標(biāo)軸時(shí)，一般是先確定Z軸，然后再確定X軸和Y軸。 1Z軸的確定 Z軸的方向是由傳遞切削力的主軸確定的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：與主軸軸線平行的坐標(biāo)軸為Z軸，并且刀

15、具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正方向。 圖2-3 臥式車床 圖2-5 立式銑床 對于沒有主軸的機(jī)床，如牛頭刨床等，則以與裝夾工件的工作臺(tái)面相垂直的直線作為Z軸方向。如果機(jī)床有幾根主軸，則選擇其中一個(gè)與工作臺(tái)面相垂直的主軸，并以它來確定Z軸方向（如圖2-4立式車床）。 圖2-4 立式車床 2X軸的確定 平行于導(dǎo)軌面，且垂直于Z軸的坐標(biāo)軸為X軸。X軸是在刀具或工件定位平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的主要坐標(biāo)。對于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床（如車床、磨床等），X坐標(biāo)的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座導(dǎo)軌面，刀具遠(yuǎn)離工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向。如圖2-3所示。注意：對于刀架在工件前側(cè)時(shí)，數(shù)控車床的X軸正方向與圖2-3方向相反。數(shù)控

16、車床（刀具后置） 數(shù)控車床（刀具前置） 2X軸的確定 對于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床（如銑床、鏜床、鉆床等），如果Z軸是垂直的，則面對主軸看立柱時(shí)，右手所指的水平方向?yàn)閄軸的正方向。如圖2-5所示如果Z軸是水平的，則面對主軸看立柱時(shí)，左手所指的水平方向?yàn)閄軸的正方向，如圖2-6所示。 圖2-5 立式銑床 圖2-6 臥式銑床 3Y軸的確定 Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸。Y運(yùn)動(dòng)的正方向根據(jù)X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標(biāo)系來判斷。圖2-5 立式銑床 圖2-3 數(shù)控車床 4旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的確定 圍繞坐標(biāo)軸X、Y、Z旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，分別用A、B、C表示。它們的正方向用右手螺旋法則判定，如2-2圖所示。 5附加軸

17、 如果在X、Y、Z主要坐標(biāo)以外，還有平行于它們的坐標(biāo)，則用U、V、W軸分別表示平行于X、Y、Z軸的第二組直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，用P、Q、R分別表示平行于X、Y、Z軸的第三組直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸。如圖2-4立式車床。 6工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的相反方向 對于刀具旋轉(zhuǎn)而工件移動(dòng)的機(jī)床，如數(shù)控銑床、加工中心等，則用帶“”的字母來表示工件相對移動(dòng)的方向，如+X、+Y等表示工件相對于刀具正的運(yùn)動(dòng)方向，而+X 、+Y等表示刀具相對于工件正的運(yùn)動(dòng)方向，二者表示的運(yùn)動(dòng)方向正好相反。對于編程人員只考慮刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)方向，即不帶“”的運(yùn)動(dòng)方向。 圖2-5 立式銑床 圖2-6 臥式銑床 2.3.3 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)與參考點(diǎn) 1數(shù)

18、控機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn) 機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱機(jī)械原點(diǎn)或零點(diǎn)（M），這個(gè)零點(diǎn)是機(jī)床固有的點(diǎn)，由生產(chǎn)廠家事先確定，不能隨意改變，它是其他坐標(biāo)系和機(jī)床內(nèi)部參考點(diǎn)的出發(fā)點(diǎn)。不同數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的零點(diǎn)也不同。數(shù)控車床的機(jī)械零點(diǎn)在主軸前端面的中心上，如圖2-7所示M點(diǎn)。數(shù)控銑床和立式加工中心的機(jī)床原點(diǎn)，一般在機(jī)床的左前下方。如圖2-8、圖2-9所示M點(diǎn)。 圖2-7 數(shù)控車床原點(diǎn) 1數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn) 數(shù)控車床的機(jī)械零點(diǎn)在主軸前端面的中心上，如圖2-7所示M點(diǎn)。數(shù)控銑床和立式加工中心的機(jī)床原點(diǎn)，一般在機(jī)床的左前下方。如圖2-8、圖2-9所示M點(diǎn)。 圖2-8 數(shù)控銑床原點(diǎn) 圖2-7 數(shù)控車床原點(diǎn) 圖2-9 加工中

19、心原點(diǎn) 2數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn) 參考點(diǎn)R也稱基準(zhǔn)點(diǎn)，是大多數(shù)具有增量位置測量系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床所必須具有的。它是數(shù)控機(jī)床工作區(qū)確定的一個(gè)點(diǎn)，與機(jī)床零點(diǎn)有確定的尺寸聯(lián)系。參考點(diǎn)在各軸以硬件方式用固定的凸塊或限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)。機(jī)床每次通電后，移動(dòng)件（刀架或工作臺(tái)）都要進(jìn)行返回參考點(diǎn)的操作，數(shù)控裝置通過移動(dòng)件（刀架或工作臺(tái)）返回參考點(diǎn)后確認(rèn)出機(jī)床原點(diǎn)的位置，數(shù)控機(jī)床也就建立了機(jī)床坐標(biāo)系。圖2-8 數(shù)控銑床原點(diǎn) 圖2-7 數(shù)控車床原點(diǎn) 圖2-9 加工中心原點(diǎn) 2.4 程序段與程序格式 2.4.1 程序段 把程序中出現(xiàn)的英文字母及其字符稱為“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；數(shù)字09（包含小數(shù)點(diǎn)、“+”、“-

20、”號(hào)）稱為“數(shù)字”。“地址”和“數(shù)字”的組合稱為“程序字”，程序字（亦稱代碼指令）是組成數(shù)控加工程序的最基本單位。如N010、G01、X-100、Z200、F0.1等。 程序由若干個(gè)程序段組成，程序段是由若干程序字和程序段結(jié)束指令構(gòu)成。如N010 G01 X-100 Z200 F0.1；就是一個(gè)程序段。在書寫和打印程序段時(shí)，每個(gè)程序段一般占一行，在屏幕顯示程序時(shí)也是如此。 2.4.2 程序段格式 1可變程序段格式2固定程序段格式3使用分隔符的固定程序段格式 O1000； 程序名或稱程序號(hào)N01 G50 X280 Z150；N02 M04 S500 T0100；N03 G00 X45 Z0；N0

21、4 G01 X0 F0.08；N05 G00 X40 Z2；N06 G01 Z-50 F0.15；N07 G28 U2 W2；N08 M30； 程序結(jié)束 程序段結(jié)束符，如 CR或LF或“；” 順序號(hào)或程序段號(hào) 程序內(nèi)容 2.4.3 常規(guī)加工程序的格式 模態(tài)代碼、單段有效代碼 在某一程序段中指令之后，可以一直保持有效狀態(tài)，直到撤消這些指令；這些代碼指令，稱為“模態(tài)代碼”或“模態(tài)指令”。如G00、G01、F0.1、S500等。而僅在編入的程序段生效的代碼指令，稱為“單段有效或非模態(tài)代碼”或“單段有效或非模態(tài)指令”。如G04、M98等。 代碼分組、開機(jī)默認(rèn)代碼 利用模態(tài)代碼可以大大簡化加工程序，但是，由于它的“連續(xù)有效”性，使得其撤消必須由相應(yīng)的指令進(jìn)行，“代碼分組”的主要作用就是為了撤消“模態(tài)代碼”。所謂代碼分組，就是將系統(tǒng)不可能同時(shí)執(zhí)行的代碼指令歸為一組，并予以編號(hào)區(qū)別。同一組的代碼有相互取代的作用，由此來撤消“模態(tài)代碼”。 代碼分組、開機(jī)默認(rèn)代碼 利用模態(tài)代碼可以大大簡化加工程序，但是，由于它的“連續(xù)有效”性，使得其撤消必須由相應(yīng)的指令進(jìn)行，“代碼分組”的主要作用就是為了撤消“