第6章數控編程的基礎知識§6-1數控程序的基礎一、數控加工程序所謂數控加工程序，就是一個零件在NC機床上的加工順序、刀具移動的軌跡以及加工工藝參數和輔助功能等信息，用字母代碼和數字以一定的格式編寫出來。某零件FANUC系統程序%;O100;N001G50X150.Z200.;N002M04S600;N003G00X76.Z46.;N004G01X74.9F0.2;N005Z38.58;N006G02X90.844Z12.263R23.15;N007X118.44Z12.263R43.399;N008G01X119.34;N009G00X150.Z200.;N010M05;N011M30;% 二、加工程序的結構和程序段格式1.程序段的結構一個完整的程序是由若干程序段組成的。程序段是一個完整的機床控制信息，表示機床的一種操作。2.程序段的格式程序段格式是指程序段中字母、數字和符號的規定排列形式。目前國內外廣泛采用字地址程序段格式。字地址格式：特點：每個程序段都由若干個字組成。每個字都由英文字母和隨后的數字組成，它代表數控系統的一個具體指令。字地址格式又稱為可變程序段格式。除地址格式外還有固定程序段格式，但較為少見。3.字地址的分類按功能分類：（1）加工順序字：N（2）準備功能字：G（3）坐標位置字：XYZ（4）工藝參數字：F、S、T（5）輔助功能字：M按作用范圍分類：（1）續效字：指令在被同組的其它指令取代或被注銷以前，共功能一直有效，也稱為模態指令。如F、S、G01等。（2）非續效字：僅在出現的程序段中起作用，也稱為非模態指令。如G04、M00。

+Y

+B+C+X+Z+A三、NC加工中的坐標系１．坐標軸與運動方向標準坐標系采用右手直角笛卡爾坐標系。它規定直角坐標X、Y、Z三者關系及其正方向用右手定則判定，繞X、Y、Z軸的回轉運動及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋法則判定。通常有如下的規定:Z軸:與機床主軸平行或重合。Z軸正方向為遠離工件的方向。X軸:主要進給方向。X軸正方向為遠離工件的方向。Y軸：由右手法則判定。數控車床數控銑床2.坐標數與多坐標加工坐標數是指數控機床有幾個方向采用了數字控制。如一臺數控車床，其X和Z方向采用了數字控制，則它是一臺兩坐標數控車床。如圖其X、Y、Z三個方向都采用了數字控制，則它是一臺三坐標數控銑床。多坐標加工是指數控系統能同時控制幾個坐標聯動。四、程序編制的指令代碼不論何種數控機床的加工，都是將代表著各種不同功能的指令代碼輸入至數控裝置，經過轉換與處理來控制機床的各種操作。因此，編程人員必須熟悉有關指令代碼的基本知識。下面介紹的指令是常用的重要的指令，掌握這些指令代碼的使用是程序編制的前提。在數控機床上加工零件是自動實現的，它是由程序中的兩類功能指令來實現的。這就是：１．準備功能G指令２．輔助功能M指令1.準備功能指令—G指令（1）與刀具運動有關的G代碼

G00—快速定位指令格式：G00X__Y__Z__執行這段程序，命令刀具快速移到該位置。速度的大小由系統預先設定。

G01—直線插補指令格式：G01X__Y__Z__F__執行這段程序，命令刀具以指定的進給速度值進行直線插補運動。

G02、G03—圓弧插補指令G02：順時針方向G03：逆時針方向格式Ⅰ:G02（G03）X__Y__Z__I__J__K__F__格式Ⅱ：G02（G03）X__Y__Z__R__F__說明：I、J、K分別為圓弧的起點到圓心的矢量在X、Y、Z軸上的投影。R為圓弧半徑：圓心角≤180°，R值為正號；180°<圓心角<360°，R值為負號。使用圓弧插補指令應注意：（1）G02、G03插補指令只能在坐標平面內進行。（2）順、逆方向規定：沿與圓弧所在平面相垂直坐標軸的負方向看去，刀具相對于工件的轉動方向是順時針方向為G02，否則為G03。車床加工銑床加工G04—暫停指令命令刀具暫停進給。格式：G04X__或G04F__（不同系統選用不同的字地址）G04X4—刀具停止送進，暫停4秒后繼續；G04P4—刀具停止送進，暫停0.004秒后繼續；（2）與坐標字有關的G代碼G90—絕對尺寸指令（系統缺省時默認為絕對尺寸狀態）所有點的坐標均以原點為基準計量的坐標系稱為絕對坐標系。絕對坐標值是相對編程零點的坐標值。G90表示程序段的坐標字按絕對坐標編程G91—增量尺寸指令運動軌跡終點坐標以其起點為基準計量的坐標系稱為增量坐標系（亦稱相對坐標系）。增量坐標值是刀具運動的終點相對于起始點的坐標值增量。G91表示程序段的坐標字是按增量坐標編程。坐標平面指令G17—指定X-Y平面（系統缺省時默認為X-Y平面）G18—指定Z-X平面G19—指定Y-Z平面該指令是在作直線與圓弧插補及刀具補償時指定的。公英制選擇指令（缺省時默認為公制）G21—公制G20—英制對一些系統，10與10.代表不同的含義。10.=10mm10=10個脈沖當量=0.1mm（若脈沖當量為0.01mm/脈沖）

因此，有時須注意采用小數點編程。編程舉例——直線插補絕對坐標編程N002G90G00X10Y25N003G01X50Y30F150增量坐標編程N002G91G00X10Y25N003G01X40Y5F150G01G00XY0AB10502530——圓弧插補絕對坐標編程：G90G02X58Y50I18J8F150;增量坐標編程：G91G02X26Y18I18J8F150;絕對坐標編程：G90G02(G03)X45Y24I-17J0F300;增量坐標編程：G91G02(G03)X0Y0I-17J0F300;２．輔助功能指令代碼—M代碼M00—程序暫停以便手動換刀，測量等工作，重新按下“啟動按鈕”，程序繼續執行。M01—計劃中停與M00相似,但需要接通“任選開關”，此命令才有效。M02—程序結束放在最后一個程序段中，以表示加工結束，并使數控系統處于復位狀態。M30—程序結束與M02功能相似，但返回程序的開始狀態。M03、M04、M05—分別為主軸正轉、反轉、停轉所謂主軸正轉：即沿正Z方向看去，主軸順時針方向旋轉。所謂主軸反轉：即沿正Z方向看去，主軸逆時針方向旋轉。M07、M08、M09—分別命令冷卻液霧開、液狀開、冷卻液關。M06—換刀指令3.工藝參數字F－進給功能字FANUC系統的F表示為：F200（進給量為200mm/min）S－主軸轉速功能字無級變速的數控機床，可將要求的轉速值直接編入程序中。如S95表示主軸轉速為95r/min。對于帶有變速齒輪主傳動的數控機床，應參照說明書使用。T－刀具功能字用來選擇刀具和刀補值。§6-2機床坐標系與工件坐標系一、機床零點與機床坐標系機床零點或稱機床原點是制造廠商設置在機床上的一個物理位置，是機床運動坐標計數的起始點。機床坐標系建立在機床原點之上，是機床上固有的坐標系。機床參考點是制造廠商在機床上設置的一個物理位置。“參考點”與“機床原點”可以重合，也可以不重合。通常在這個位置進行換刀。二、工件零點與工件坐標系工件坐標系（或叫編程坐標系）是編程人員在編程時建立的一個新坐標系。在這個坐標系內編程可以簡化坐標計算，便于數學處理。編程原點的選擇原則：盡量與設計基準重合，而且便于測量其在機床坐標系上的坐標值。在數控機床的程序編制中，為了方便編程，一律假定工件不動，全部用刀具運動的坐標編制程序，即用X、Y、Z、A、B、C在圖紙上編程。編程坐標系，也稱為加工坐標系。它與前面介紹的機床坐標系（即笛卡爾確定的坐標系）其方向是一致的。三、工件坐標系設定指令（用以確定工件零點的位置）G92—確定刀具當前點在工件坐標系下的坐標值。格式：G92X__Y__Z__例1：N001G92X30Y30Z25；例2：N001G92X300Z400；G54～G59—零偏指令含義：用以確定工件零點與機床原點之間的距離。零偏指令需通過操作面板或紙帶輸入。例1.已知程序開始時，刀具處于機床原點“O”（如圖），要求對FANUC—6M系統編程：(O為機床原點A為編程零點)ZYXA10英寸5英寸Ｏ①寫出程序段表示，先以A點為參考點建立加工坐標系，然后快移至A點。②寫出程序段表示，先快移至A點，再以A點為參考點建立加工坐標系。③若使用固定偏置01，其中存數X、Y、Z應何值。第一種方法：用G92編程：NxxG20G90；（建立英制，絕對坐標）NxxG92X10Y5Z0；NxxG00X0Y0Z0；第二種方法：NxxG20G90；NxxG00X-10Y-5Z0；NxxG92X0Y0Z0；第三種方法：用G54編程：NxxG20G90；NxxG54G00X0Y0Z0；這時固定偏置01內存值為：x=-10，Y=-5，Z=0?！?-3刀具半徑補償與長度補償刀具補償是使數控系統的控制對象由指令點變換到刀尖或刀刃邊緣。為方便編程和不改變已制備好的程序，只需將刀具尺寸值或變化值輸入數控系統，系統就可自動地對刀具尺寸變化進行補償，自動生成指令點的運動軌跡。刀具補償可分為半徑補償和長度補償。不同刀具補償示意圖一、刀具半徑補償加工內輪廓加工外輪廓刀具半徑補償1.與刀具補償有關的G指令刀具半徑補償指令—G41、G42、G40刀具左偏G41—刀具左偏指令沿著刀具運動方向看去，刀具中心向零件輪廓的左側偏移。G42—刀具右偏指令沿著刀具運動方向看去，刀具中心向零件輪廓的右側偏移。G40—刀具半徑補償注銷指令（使G41或G42無效）刀具右偏刀具半徑補償的執行過程可分為建立刀補、執行刀補和撤銷刀補三個步驟。（1）建立刀補G00（G01）G41（G42）D--X--Y--（F--）；刀補啟動程序段不能用G02或G03，也不能用在非運動功能程序段中。其中“D--”表示刀具半徑補償值存貯地址，一般為00～99。

當啟動后是圓弧插補時，則用坐標點處圓弧的切線來確定刀位點的位置。要正確設計啟刀路線，避免干涉。刀補啟動時刀具運動軌跡示意圖

（2）執行刀補刀具中心按照要求偏離編程軌跡一個刀具半徑，即沿編程軌跡的等距線做切削運動。在編程中注意不要使用非插補運動功能程序段。若某一程序段中無軌跡運動功能，有些數控系統就會引起運行錯誤。（3）撤銷刀補G00（G01）G40X--Y--（F--）；設計退刀軌跡時，也要避免干涉。

撤銷刀補時刀具中心軌跡示意圖

2.刀具半徑補償功能的應用（1）當刀具半徑改變時，可通過修改補償值來避免修改程序。（2）用同一程序，同一尺寸的刀具，利用刀具半徑補償，可進行粗、精加工。3.拐角處理拐角可以分為直線與直線、直線與圓弧、圓弧與直線、圓弧與圓弧四種形式。當指定G62時，在拐角處自動執行進給倍率功能。根據交點處工件兩側輪廓線段的夾角α可分為下列三種類型：（1）縮短型當360°＞α＞180°時，刀具中心軌跡比編程軌跡短，并且在尖角處有切不到的地方。（2）伸長型當180°＞α＞90°時，刀具中心軌跡比編程軌跡長。（3）插入型當90°＞α＞0°時，刀具中心軌跡不但比編程軌跡長，而且又附加了一段直線。二、刀具長度補償當刀具的實際長度尺寸與編程設定長度尺寸不一致時，刀具沿軸向的位移量就應增加或減少一定量。刀具長度補償指令—G43、G44、G49G43—軸向正補償指令刀具在+Z方向進行補償，即輸入的補償量與程序的給定值相加。G44—軸向負補償指令刀具在-Z方向進行補償，即輸入的補償量與程序的給定值相減。G49—刀具長度補償注銷指令

（使G43或G44無效）刀具長度補償執行過程也分為建立刀補、執行刀補和撤銷刀補三個步驟。（1）建立長度補償G00（G01）G43（G44）H--Z--（F--）；（2）執行長度補償Z坐標值即為刀位點坐標值。（3）撤銷長度補償G00（G01）G49Z--（F--）；例2.已知機床為FANUC6M系統，加工位置如圖。加工步驟如下：（1）機床主軸端面在A點，主軸內沒有刀具；（2）由A上升到B換刀（刀號11，刀具長200，寄存器H11）；（3）刀尖快速下降到A點。（4）主軸啟動，正轉，轉速300轉/min；（5）刀尖快速下降至R平面。（6）鉆孔到孔深（送進量120mm/min），孔底暫停2秒；（7）刀尖快退到A點，主軸停轉。（8）主軸端面上升到B點，換刀取下刀具；（9）主軸端面返回到A點，停機。試編寫NC程序。N10G92X0Y0Z0;N15G90G00Z250T11M06;N20G43Z0H11;N25M03S300;N30Z-97;N35G01Z-153F120;N40G04X2;N45G00Z0M05;N50G49Z250T00M06;N55Z0;N60M02;N10G92X0Y0Z0;N15G91G00Z250T11M06;N20G43Z-250H11;N25M03S300;N30Z-97;N35G01Z-56F120;N40G04X2.0;N45G00Z153M05;N50G49Z250T00M06;N55Z-250;N60M02;§6-4固定循環和子程序在數控加工中，有些操作的工藝順序是不變的，變化的只是一些加工參數。將這些操作編寫成固定循環和子程序的形式，能簡化編程工作，縮短程序，節省存儲器，又能提高編程質量。一、孔加工固定循環1.孔加工一般包括下列五個動作：（1）X軸和Y軸的定位（G00）；（2）快速移動到R點（G00）；（3）孔加工（G01）；（4）孔底動作（G04）；（5）返回到R點或初始點（G00或G01到R）。2.命令格式說明G90（G91）G98（G99）GxxX--Y--Z--R--Q--P--F--K--；其中X--Y--為孔位數據；在絕對坐標編程（G90）情況下，Z--R--為Z點與R點的絕對坐標值在相對坐標編程（G91）情況下，Z--R--為Z點對R點的相對坐標值、R點對初始點的相對坐標值Q--間歇進給時每次加工深度（增量值）。K--孔加工重復次數。G98為循環中動作5快速回到初始點G99為循環中動作5快速回R點P--孔底停止進給時間，單位為0.001秒。F--切削進給（動作3）速度。G98回到初始點G99回到R點孔的固定循環加工指令很多，如Ｇ81～G89等，使用G80或G指令（G00，G01……）可以取消固定循環。當在固定循環中指定刀具長度補償（G43，G44或G49）時，在定位到R點的同時加偏置。固定循環舉例：%O003N01G92X0Y0Z30.0;N02S300M03;N03G91G00X10.0Y10.0;N04G99G81Z-18.0R-27.0F60;N05X40.0;N06X-40.0Y20.0;N07X20.0K2N08G00X-50Y-30Z27.0M05;N09M30;二、子程序及其應用1.子程序的概念若一組程序段在一個程序段中出現多次；或在幾個程序中都要使用它，為了縮短程序，可以把這段程序段抽出來，按一定的格式寫成一個新的程序單獨存儲，以供另外的程序調用。這個供另外的程序調用的程序，就是子程序。2.子程序的構成與調用調用指令格式：M98P--L--；P--子程序號，L--調用次數，缺省為1；子程序要以M99結尾，回調用處。子程序可以嵌套，可以嵌套的級數由系統決定。子程序結構示意圖

固定循環及子程序功能綜合舉例：%O0004N1G92G90X-175.0Y120.0Z300.0;N5G00X0.0Y50.0S1000M03;N10G43Z128.0H01M08;N15G81Z98.0R126.0F225;N20P0005M98;N25G80;...§6-5編程中的工藝處理一、NC程序編制的內容和階段1.什么是NC加工程序編制簡單地說，從分析零件圖紙到獲得NC機床所需的控制介質的全過程，叫做程序編制。具體地說，就是對零件進行工藝分析，制訂零件機械加工工藝規程，編制零件NC加工程序單，再將程序單上的全部內容記錄在控制介質上，然后輸送給NC裝置，從而指揮機床進行加工。2.程序編制的內容和階段概括起來，程序編制應包括以下幾方面內容。工藝處理階段：a.分析被加工零件圖b.零件NC加工工藝過程設計c.NC加工工序設計數學處理階段：d.計算CNC裝置所需的輸入數據程序制定階段：e.編寫零件加工程序單f.制備控制介質g.校對、檢查控制介質h.首件試加工二、數控工藝特點1.工藝詳細數控機床加工工藝制訂的步驟和內容與普通機床加工工藝大致相同，但工藝內容十分具體、完整。2.工序集中在零件一次裝夾中完成多種加工方法和由粗到精的過程，甚至可加工幾個相同或相似的工件。3.加工方法的特點用多坐標聯動自動控制刀具運動軌跡，其加工質量與生產效率是傳統方法無法相比的。三、工序劃分與機床選用1.工序集中的原則根據零件加工表面形狀與所用數控機床的功能，在一次裝夾中盡可能集中完成多種加工內容，以減少工序。對于大型零件更應盡可能在一次裝夾中完成全部或主要表面的加工，以減少工序間的儲存與運輸。2.零件數控加工與普通加工工序的劃分下列情況應考慮插入普通機床加工工序：（1）鑄、鍛件毛坯的預加工。（2）粗定位基準的預加工。（3）數控加工難以完成的個別或次要部位。（4）大型、復雜零件中的簡單表面。3.數控加工的工序劃分下列情況可考慮將數控加工劃分為幾個工序：（1）現有數控機床的功能不能滿足一個零件的全部加工要求。（2）當粗加工會影響零件加工精度時，必須將粗、精加工分開。（3）如加工程序過長，應按刀具或加工表面劃分工序。4.機床的選用根據零件的表面加工方法、精度與粗糙度、工件形狀與尺寸、需要機床的坐標軸數等要求，并考慮現有數控機床條件與負荷、加工成本等因素正確選用機床。5.曲面加工與坐標軸數的選用（1）兩坐標聯動的三坐標行切法加工

曲面行切法2.5坐標（二軸半）加工（2）三坐標聯動加工（三軸加工）三坐標（三軸）加工（3）四坐標加工四坐標加工（4）五坐標加工五坐標加工四、工序設計數控加工的工序設計是指一個工件在一次裝夾中連續自動加工直至加工結束那部分的工藝內容。它包括工件的裝夾方法與夾具選用、刀具選擇與工步劃分、工件原點選擇及走刀路線的確定、切削用量選擇等內容。1.工件的裝夾與夾具（1）工件在夾具上的定位基準應與零件的設計基準或工序基準一致。（2）夾具結構應具有足夠的剛性，避免振動與夾壓變形，還應能方便排屑。（3）確保刀具的運動空間，避免刀具組件與夾具碰撞。（4）盡可能采用組合夾具與可調夾具，以滿足準備周期短、成本低的要求。（5）對批量較大的中、小零件，也可在夾具上裝夾幾個相同的工件或相似的工件加工。2.刀具的選用在數控加工過程中，通常采用大的切削用量，對刀具要求主要有以下幾方面：（1）足夠的強度與剛度；（2）高的刀具耐用度；（3）高的可靠性；（4）較高的精度；（5）可靠的斷屑。刀位點P（或稱指令點）由刀具結構和對刀方法決定，是徑向基準和軸向基準的相交點，加工過程中指令的坐標值就是指刀位點的坐標值。各種刀具刀位點示意圖3.確定程序零點、對刀點和換刀點（1）程序零點程序零點即是工件坐標系的原點，由它確定工作坐標在機床坐標系中的位置。程序中所給出的坐標值是指刀位點在工件坐標系中的數值。程序零點盡量與設計基準重合，便于數值計算。（2）對刀點對刀的目的是確定程序零點在機床坐標系上的位置。對刀時，讓刀位點與對刀點重合。對刀點可以選在零件上，也可以選擇在夾具上