《數控加工編程及操作》電子教案長江師范學院應用技術學院主講教師：何仁琪第1章數控機床加工程序編制基礎1.1數控程序編制的概念1.2數控機床的坐標系1.3常用編程指令1.4程序編制中的數學處理

在編制數控加工程序前，應首先了解：數控程序編制的主要工作內容，程序編制的工作步驟，每一步應遵循的工作原則等，最終才能獲得滿足要求的數控程序。1.1數控程序編制的概念第1章數控機床加工程序編制基礎

1.1.1數控程序編制的定義編制數控加工程序是使用數控機床的一項重要技術工作，理想的數控程序不僅應該保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應該使數控機床的功能得到合理的應用與充分的發揮，使數控機床能安全、可靠、高效的工作。第1章數控機床加工程序編制基礎

1、數控程序編制的內容及步驟

數控編程是指從零件圖紙到獲得數控加工程序的全部工作過程。編程工作主要包括：（1）分析零件圖樣和制定工藝方案

（2）數學處理（3）編寫零件加工程序

（4）程序檢驗

第1章數控機床加工程序編制基礎分析零件圖樣和制定工藝方案

數

學

處

理

編

寫

程

序

程

序

校

驗修改

2、數控程序編制的方法數控加工程序的編制方法主要有兩種：手工編制程序和自動編制程序。（1）手工編程手工編程指主要由人工來完成數控編程中各個階段的工作。零件圖樣工藝人員夾具表機床表刀具表工藝規程編程人員加

工

程

序

初

稿加工程序修改編程手冊第1章數控機床加工程序編制基礎

（2）計算機自動編程自動編程是指在編程過程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成。采用計算機自動編程時，數學處理、編寫程序、檢驗程序等工作是由計算機自動完成的，由于計算機可自動繪制出刀具中心運動軌跡，使編程人員可及時檢查程序是否正確，需要時可及時修改，以獲得正確的程序。又由于計算機自動編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數值計算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍，因此解決了手工編程無法解決的許多復雜零件的編程難題。因而，自動編程的特點就在于編程工作效率高，可解決復雜形狀零件的編程難題。第1章數控機床加工程序編制基礎

1.1.2字與字的功能1、字符與代碼

字符是用來組織、控制或表示數據的一些符號，如數字、字母、標點符號、數學運算符等。2、字在數控加工程序中，字是指一系列按規定排列的字符，作為一個信息單元存儲、傳遞和操作。字是由一個英文字母與隨后的若干位十進制數字組成，這個英文字母稱為地址符。如：“X2500”是一個字，X為地址符，數字“2500”為地址中的內容。

第1章數控機床加工程序編制基礎

3、字的功能組成程序段的每一個字都有其特定的功能含義，以下是以FANUC-0M數控系統的規范為主來介紹的。（1）順序號字N

順序號又稱程序段號或程序段序號。順序號位于程序段之首，由順序號字N和后續數字組成。便于程序檢查少用（2）準備功能字G準備功能字的地址符是G，又稱為G功能或G指令，是用于建立機床或控制系統工作方式的一種指令。附表：見表1.1G功能字含義表第1章數控機床加工程序編制基礎

第1章數控機床加工程序編制基礎表1.1G功能字含義表第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎表1.1G功能字字含義義表華中數數控（3））尺寸寸字尺寸寸字字用于于確確定定機機床床上上刀刀具具運運動動終終點點的的坐坐標標位位置置。其中中，，第第一一組組X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于于確確定定終終點點的的直直線線坐坐標標尺尺寸寸；；第第二二組組A，B，C，D，E用于于確確定定終終點點的的角角度度坐坐標標尺尺寸寸；；第第三三組組I，J，K用于于確確定定圓圓弧弧輪輪廓廓的的圓圓心心坐坐標標尺尺寸寸。。在在一一些些數數控控系系統統中中，，還還可可以以用用P指令令暫暫停停時時間間、、用用R指令令圓圓弧弧的的半半徑徑等等。。（4））進進給給功功能能字字F進給給功功能能字字的的地地址址符符是是F，，又稱稱為為F功能能或或F指令令，，用于于指指定定切切削削的的進進給給速速度度。對于于車車床床，，F可分分為為每每分分鐘鐘進進給給和和主主軸軸每每轉轉進進給給兩兩種種，，對對于于其其它它數數控控機機床床，，一一般般只只用用每每分分鐘鐘進進給給。。F指令令在在螺螺紋紋切切削削程程序序段段中中常常用用來來指指令令螺螺紋紋的的導導程程。。第1章章數數控控機機床床加加工工程程序序編編制制基基礎礎（5））主主軸軸轉轉速速功功能能字字S主軸軸轉轉速速功功能能字字的的地地址址符符是是S，，又稱稱為為S功能能或或S指令令，，用于于指指定定主主軸軸轉轉速速。。單單位位為為r/min。。（6））刀刀具具功功能能字字T刀具具功功能能字字的的地地址址符符是是T，，又稱稱為為T功能能或或T指令令，，用于于指指定定加加工工時時所所用用刀刀具具的的編編號號。。對對于于數數控控車車床床，，其其后后的的數數字字還還兼兼作作指指定定刀刀具具長長度度補補償償和和刀刀尖尖半半徑徑補補償償用用。。（7））輔輔助助功功能能字字M輔助助功功能能字字的的地地址址符符是是M，，后續續數數字字一一般般為為1～～3位位正正整整數數，，又又稱稱為為M功能能或或M指令令，，用于于指指定定數數控控機機床床輔輔助助裝裝置置的的開開關關動動作作。附表表：：見表表1.2————M功能能字字含含義義表表第1章章數數控控機機床床加加工工程程序序編編制制基基礎礎第1章章數數控控機機床床加加工工程程序序編編制制基基礎礎表1.2M功能能字字含含義義表表M功能字含義M00程序停止M01計劃停止M02程序停止M03主軸順時針旋轉M04主軸逆時針旋轉M05主軸旋轉停止M06換刀M072號冷卻液開M081號冷卻液開M09冷卻液關M30程序停止并返回開始處M98調用子程序M99返回子程序1.1.3程程序序格格式式1、、程程序序段段格格式式一個個數數控控加加工工程程序序是是若若干干個個程程序序段段組組成成的的。。程序序段段格格式式是是指指程程序序段段中中的的字字、、字字符符和和數數據據的的安安排排形形式式。。程程序序段段格格式式舉舉例例：：N30G01X88.1Y30.2F500S3000T02M08N40X90（（本程程序序段段省省略略了了續續效效字字““G01，，Y30.2，，F500，，S3000，，T02，，M08””，，但它它們們的的功功能能仍仍然然有有效效））在程程序序段段中中，，必必須須明明確確組組成成程程序序段段的的各各要要素素：：移動動目目標標：：終終點點坐坐標標值值X、、Y、、Z沿怎怎樣樣的的軌軌跡跡移移動動：：準準備備功功能能字字G；；進給給速速度度：：進進給給功功能能字字F；；切削削速速度度：：主主軸軸轉轉速速功功能能字字S；；使用用刀刀具具：：刀刀具具功功能能字字T；；機床床輔輔助助動動作作：：輔輔助助功功能能字字M。。第1章章數數控控機機床床加加工工程程序序編編制制基基礎礎1.2數數控控機機床床的的坐坐標標系系1.2.1機機床床坐坐標標系系１、、機機床床坐坐標標系系的的確確定定（1））機機床床相相對對運運動動的的規規定定(運動動定定則則)在機機床床上上，，我我們們始始終終認認為為工件件靜靜止止，，而而刀刀具具是是運運動動的的。這這樣樣編編程程人人員員在在不不考考慮慮機機床床上上工工件件與與刀刀具具具具體體運運動動的的情情況況下下，，就就可可以以依依據據零零件件圖圖樣樣，，確確定定機機床床的的加加工工過過程程。。第1章章數數控控機機床床加加工工程程序序編編制制基基礎礎（2））機機床床坐坐標標系系的的規規定定標準準機機床床坐坐標標系系中中X、Y、Z坐標標軸軸的的相相互互關關系系用右右手手笛笛卡卡爾爾直直角角坐坐標標系系決決定定。。在數數控控機機床床上上，，機機床床的的動動作作是是由由數數控控裝裝置置來來控控制制的的，，為為了了確確定定數數控控機機床床上上的的成成形形運運動動和和輔輔助助運運動動，，必必須須先先確確定定機機床床上上運運動動的的位位移移和和運運動動的的方方向向，，這這就就需需要要通通過過坐坐標標系系來來實實現現，，這這個個坐坐標標系系被被稱稱之之為為機機床床坐坐標標系系。。例如如銑銑床床上上，，有有機機床床的的縱縱向向運運動動、、橫橫向向運運動動以及及垂垂向向運運動動。。在在數數控控加加工工中中就就應應該該用用機機床床坐標標系系來來描描述述。。第1章章數數控控機機床床加加工工程程序序編編制制基基礎礎標準準機機床床坐坐標標系系中中X、Y、Z坐標標軸軸的的相相互互關關系系用用右右手手笛笛卡卡爾爾直直角角坐標系決定定：1）伸出右右手的大拇拇指、食指指和中指，，并互為90°。則則大拇指代代表X坐標，食指指代表Y坐標，中指指代表Z坐標。2)大拇指指的指向為為X坐標的正方方向，食指指的指向為為Y坐標的正方方向，中指指的指向為為Z坐標的正方方向。3)圍繞X、Y、Z坐標旋轉的旋轉坐標標分別用A、B、C表示，根據據右手螺旋旋定則，大拇指指的指向為為X、Y、Z坐標中任意意軸的正向，則其余余四指的旋旋轉方向即為旋旋轉坐標A、B、C的正向。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎（3）運動動方向的規規定增大刀具與與工件距離離的方向即即為各坐標標軸的正方方向，下圖圖為數控車車床上兩個個運動的正正方向。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎２、坐標軸軸方向的確確定（1）Z坐標Z坐標的運動動方向是由由傳遞切削削動力的主主軸所決定定的，即平行于主軸軸軸線的坐坐標軸即為為Z坐標，Z坐標的正向向為刀具離離開工件的的方向。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎（2）X坐標X坐標平行于工件件的裝夾平平面，一般般在水平面面內。確定X軸的方向時時，要考慮慮兩種情況況：1）如果工工件做旋轉轉運動，則則刀具離開開工件的方方向為X坐標的正方方向。2）如果刀具具做旋轉運運動，則分為兩種種情況：Z坐標水平時時，觀察者者沿刀具主軸向工工件看時，，+X運動方向指向向右方；Z坐標垂直時，觀察察者面對刀刀具主軸向立柱看看時，+X運動方向指向右方方。右圖所示為為數控車床的的X坐標。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎（3）Y坐標在確定X、Z坐標的正方方向后，可以用根據據X和Z坐標的方向向，按照右手直角坐坐標系來確確定Y坐標的方向。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎3、機床原原點的設置置機床原點是是指在機床床上設置的的一個固定定點，即機機床坐標系系的原點。。它在機床裝配、調試試時就已確定定下來，是是數控機床床進行加工工運動的基基準參考點點。（1）數控控車床的原原點(2)數控銑床的的原點(如右下圖)在數控車床床上，機床床原點一般般取在卡盤端面與與主軸中心心線的交點點處。同時，通過過設置參數數的方法，，也可將機機床原點設設定在X、Z坐標的正方方向極限位位置上。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎4、機床參參考點機床參考點點是用于對對機床運動動進行檢測測和控制的的固定位置置點。機床參考點點的位置是是由機床制制造廠家在在每個進給給軸上用限限位開關精精確調整好好的，坐標標值已輸入入數控系統統中。因此此參考點對對機床原點點的坐標是是一個已知知數。通常在數控控銑床上機機床原點和和機床參考考點是重合合的；而在在數控車床上上機床參考考點是離機機床原點最最遠的極限限點。下圖為數控車床床的參考點點與機床原原點。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1.2.2編程坐坐標系編程坐標系系是編程人人員根據零零件圖樣及及加工工藝藝等建立的的坐標系。。編程坐標系系一般供編編程使用，確定定編程坐標標系時不必考慮工件件毛坯在機機床上的實際裝夾位位置。如下圖所示，其中O2即為編程坐坐標系原點點。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎編程原點是是根據加工工零件圖樣樣及加工工工藝要求選選定的編程程坐標系的的原點。編程原點應應盡量選擇在零件件的設計基基準或工藝基基準上，編編程坐標系中中各軸的方方向應該與所所使用的數數控機床相應應的坐標軸軸方向一致，，如下圖所示為車削零零件的編程程原點。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1.2.3加工坐坐標系1、加工坐坐標系的確確定加工坐標系系是指以確定的加加工原點為為基準所建建立的坐標標系。加工原點也也稱為程序序原點，是指零件被被裝夾好后后，相應的的編程原點點在機床坐坐標系中的的位置。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎2、加工坐坐標系的設設定在機床坐標標系中直接接設定加工工原點。例：以下圖為例，在配配置FANUC-OM系統的立式式數控銑床床上設置加加工原點03。（1）加加工坐標系系的選擇編程原點設設置在工件件軸心線與與工件底端端面的交點點上。設工工作臺工作作面尺寸為為800mm×320mm，，若工件裝夾夾在接近工工作臺中間間處，則確確定了加工工坐標系的的位置，其其加工原點點03就在距機床床原點O1為X3、Y3、Z3處。并且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。（2）設定加工坐坐標系指令令1）G54～G59為設定加工工坐標系指指令。G54對應一號工工件坐標系系，其余以以此類推。。可在MDI方式的參數數設置頁面面中，設定定加工坐標系。。如對已選選定的加工工原點O3，將其坐標值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1.3常常用編程指指令數控加工程程序是由各各種功能字字按照規定定的格式組組成的。1.3.1絕對尺寸指指令和增量量尺寸指令令在加工程序序中，絕對對尺寸指令令和增量尺尺寸指令有有兩種表達達方法。絕對尺寸指指機床運動動部件的坐坐標尺寸值值相對于坐坐標原點給給出。增量尺寸指指機床運動動部件的坐坐標尺寸值值相對于前前一位置給給出。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1、G功能字指定定G90指定尺寸值值為絕對尺尺寸。G91指定尺寸值值為增量尺尺寸。2、用尺寸寸字的地址址符指定（（本課程中中車床部分分使用）絕對尺寸的的尺寸字的的地址符用用X、Y、Z增量尺寸的的尺寸字的的地址符用用U、V、W用絕對坐標標編程為：：X12.0Y15.0；若用相對坐坐標編程則則為：X?18.0Y?20.0。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1.3.3坐標標平面選擇擇指令坐標平面選選擇指令是是用來選擇擇圓弧插補補的平面和和刀具補償償平面的。。G17表示選擇XY平面，G18表示選擇ZX平面，G19表示選擇YZ平面。各坐標平面面如圖1.22所示。一般般，數控車車床默認在ZX平面內加工工，數控銑床默認認在XY平面內加工。第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1.3.4快速速點定位指指令快速點定位位指令控制刀具以以點位控制制的方式快快速移動到到目標位置置，其移動動速度由參參數來設定定。指令執行開開始后，刀刀具沿著各各個坐標方方向同時按按參數設定定的速度移移動，最后后減速到達達終點，如如下圖所示示。程序格式：G00X～Y～～Z～式中X、Y、Z的值是快速速點定位的的終點坐標標值第1章數數控機床加加工程序編編制基礎1.3.5直線插補指指令直線插補指指令用于產生按按指定進給給速度F實現的空間間直線運動動。程序格式：G01X～Y～～Z～F～（X、Y、Z為直線插補補的終點坐坐標值；F不能為0）例：實現下圖中從A點到B點的直線插補補運動,其程序序段為：絕對方式編程程：G90G01X10Y10F100增量方式編程程：G91G01X-10Y-20F100第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎1.3.6圓弧插補指令令G02為按指定進給速速度的順時針針圓弧插補。G03為按指定進給速速度的逆時針針圓弧插補。圓弧順逆方向向的判別：沿著不在圓弧弧平面內的坐坐標軸，由正方向向負負方向看，順順時針方向G02，逆時針方向G03，如下圖所示。第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎程序格式：XY平面：G17G02X～～Y～I～J～(R～)F～G17G03X～～Y～I～J～(R～)F～ZX平面：G18G02X～Z～I～～K～(R～)F～G18G03X～Z～I～～K～(R～)F～YZ平面：G19G02Z～Y～J～K～(R～)F～G19G03Z～Y～J～K～(R～)F～其中：X、Y、Z的值是指圓弧弧插補的終點點坐標值；I、J、K是指圓弧起點點到圓心的增增量坐標，與與G90,G91無關；R為指定圓弧半半徑，當圓弧弧的圓心角≤≤180o時，R值為正，當圓弧的圓心心角＞1800時，R值為負第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎1.3.7刀具半徑補償償指令在零件輪廓銑銑削加工時，，由于刀具半半徑尺寸影響響，刀具的中中心軌跡與零零件輪廓往往往不一致。為為了避免計算算刀具中心軌軌跡，直接按按零件圖樣上上的輪廓尺寸寸編程，數控控系統提供了了刀具半徑補補償功能，見見下圖。第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎1、編程格式G41為左偏刀具半半徑補償，定義為假設設工件不動，，沿刀具運動動方向向前看看，刀具在零零件左側的刀刀具半徑補償償，見下圖。G42為右偏刀具半半徑補償，定義為假設設工件不動，，沿刀具運動動方向向前看看，刀具在零零件右側的刀刀具半徑補償。G40為補償撤消指指令。程序格式:G00/G01G41/G42X～Y～～H～//建立補償程序序段；XY為建立補償直直線終點；……//輪廓切削程程序段；H為半徑補償地地址，地址號與刀號號對應；G00/G01G40X～Y～//補償撤消程序序段；XY為撤消補償段段的終點；第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎2、工作過程（1）刀具補償過過程：下圖表表示刀具半徑徑補償的工作作過程，其中中，實線表示示編程軌跡；；點畫線表示示刀具中心軌軌跡；r等于刀具半徑徑，表示偏移移向量。第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎2、工作過程（2）注意問題：A、建立補償程程序段必須是是在補償平面面內不為零的的直線移動。。B、建立補償的的程序段一般般應在切入工工件之前完成成。即切入運運動的上段。。C、撤消補償的的程序段一般般應在切出工工件之后完成成。即切出運運動的下段。。D、刀具半徑補補償量一般取取正值。3、過切與欠切切過切：切除了了工件上不應應切除的材料料；即不該切而切切。欠切：未能切切除工件上應應切除的材料料。即該切而未切切。4、刀具補償的的應用A、減少編程數數學處理，直接按照工件件輪廓編程；；B、一個程序可可完成粗、半精、精加工工，只需改變刀具半徑補補償值。第1章數控控機床加工程程序編制基礎礎1.3.8刀具長長度補補償指指令使用刀刀具長長度補補償指指令，，在編編程時時就不不必考考慮刀刀具的的實際際長度度及各各把刀刀具不不同的的長度度尺寸寸。當當由于于刀具具磨損損、更更換刀刀具等等原因因引起起刀具具長度度尺寸寸變化化時，，只要要修正正刀具具長度度補償償量，，而不不必調調整程程序或或刀具具。G43為正補補償，，即將將Z坐標尺尺寸字字與H代碼中中長度度補償償的量量相加加，按其其結果果進行行Z軸運動動。G44為負補補償，，即將將Z坐標尺尺寸字字與H中長度度補償償的量量相減減，按其其結果果進行行Z軸運動動。G49為撤消消補償償。編程格格式為為：G01G43/G44ZH//建立補補償程程序段段……//切削加加工程程序段段G49//補償撤撤消程程序段段第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎1.4程序編編制中中的數數學處處理根據被被加工工零件件圖樣樣，按按照已已經確確定的的加工工工藝藝路線線和允允許的的編程程誤差差，計計算數數控系系統所所需要要輸入入的數數據，，稱為為數學學處理理。數數學處處理一一般包包括兩兩個內內容：：根據據零件件圖樣樣給出出的形形狀，，尺寸寸和公公差等等直接接通過過數學學方法法（如如三角角、幾幾何與與解析析幾何何法等等），，計算出出編程程時所所需要要的有有關各各點的的坐標標值。第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎1.4.1選擇編編程原原點從理論論上講講編程程原點點選在在零件件上的的任何何一點點都可可以，，但實實際上上，為為了換換算尺尺寸盡盡可能能簡便便，減減少計計算誤誤差，，應選選擇一一個合合理的的編程程原點點。車削零零件編編程原點的的X向零點點應選在零零件的的回轉轉中心。Z向零點點一般般應選在在零件件的右右端面、設設計基基準或或對稱平面面內。。車削削零件的編編程原原點選選擇見下圖圖。第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎銑削零零件的的編程程原點點，X、Y向零點點一般般可選選在設設計基基準或或工藝藝基準準的端端面或或孔的的中心心線上上，對對于有有對稱稱部分分的工工件，，可以以選在在對稱稱面上上，以以便用用鏡像像等指指令來來簡化化編程程。Z向的編編程原原點，，習慣慣選在在工件件上表表面，，這樣樣當刀刀具切切入工工件后后Z向尺寸寸字均均為負負值，，以便便于檢檢查程程序。。銑削削零件件的編編程原原點見見下圖。編程原原點選選定后后，就應把把各點點的尺尺寸換換算成以編編程原原點為為基準準的坐標值值。為為了在在加工工過程中有有效的的控制制尺寸寸公差，按按尺寸寸公差差的中中值來計算算坐標標值。。第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎1.4.2基基點點零件的的輪廓廓是由許許多不不同的的幾何何要素素所組組成，，如直直線、、圓弧弧、二二次曲曲線等等，各幾何何要素素之間間的連連接點點稱為為基點點。基點點坐標標是編編程中中必需需的重重要數數據。。A、B、C、D、E為基點點。第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎1.4.3非非圓圓曲線線數學學處理理的基基本過過程數控系系統一一般只只能作作直線線插補補和圓圓弧插插補的的切削削運動動。如如果工工件輪輪廓是是非圓圓曲線線，數數控系系統就就無法法直接接實現現插補補，而而需要要通過過一定定的數數學處處理。。數學學處理理的方方法是是，用用直線線段或或圓弧弧段去去逼近近非圓圓曲線線，逼近線線段與與被加加工曲曲線交交點稱稱為節節點。。例如，，對下下圖所示的的曲線線用直直線逼近時時，其其交點點A、B、C、D、E、F等即為節節點。。第1章章數數控機機床加加工程程序編編制基基礎1.4.4數數控控加工工誤差差的組組成數控加加工誤誤差△△數加是由編編程誤誤差△△編、機床床誤差差△機、定位位誤差差△定、對刀刀誤差差△刀等誤差差綜合合形成成。即：△△數加=f(△△編+△機+△定+△刀)其中：：（1）編程程誤差差△編由逼近近誤差差δ、圓整誤誤差組組成。。（2））機床床誤差差△機由數控控系統統誤差差、進進給系系統誤誤差等等原因因產生生。（3））定位位誤差差△定是當工工件在在夾具具上定定位、、夾具具在機機床上上定位位時產產生的的。（4））對刀刀誤差差△刀是在確確定刀刀具與