数控加工工艺设计

模具数控加工1.1 模具数控加工的基础知识1.1.1 数控加工的基本概念1.数控与数控机床数字控制（Numerical Control，NC）是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。是一种自动控制技术。数控机床就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。只需编写好数控程序，机床就能够把零件加工出来。2.数控加工数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控加工与普通加工方法的区别在于控制方式。在普通机床上进行加工时，机床动作的先后顺序和各运动部件的位移都是由人工直接控制。在数控机床上加工时，所有这些都由预先按规定形式编排井输人到数控机床控制系统的数控程序来控制。因此，实现数控加工的关键是数控编程。 编制的程序不同就能加工出不同的产品，因此它非常适合于多品种，小批量生产方式。3.数控加工研究的主要内容（1）数控加工工艺设计 工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，因为只有工艺设计方案确定以后，程序编制工作才有依据。工艺设计是否优化，往往是造成数控加工成本多少和数控加工差错的主要原因之一，所以编程人员一定要先做好工艺设计，再考虑编程。工艺设计主要有以下内容：1）选择并决定零件的数控加工内容；2）零件图纸的数控加工艺性分析；3）数控加工的工艺路线设计；4）数控加工的工序设计；5）数控加工专用技术文件的编写。（2）对零件图形的数学处理。（3）编写数控加工程序单。（4）按程序单制作控制介质。（5）程序的校验与修改。（6）首件试切加工与现场问题处理。（7）数控加工工艺技术文件的定型与归档。1.1.2 数控机床的工作原理与分类1.数控机床的工作原理数控机床加工零件时，首先要根据加工零件的图样与工艺方案，按规定的代码和程序格式编写零件的加工程序单，这是数控机床的工作指令。通过控制介质将加工程序输入到数控装置，由数控装置将其译码、寄存和运算之后，向机床各个被控量发出信号，控制机床主运动的变速、起停、进给运动及方向、速度和位移量，以及刀具选择交换，工件夹紧松开和冷却润滑液的开、关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。2.数控机床的组成数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成，如图 1.1.1所示。图 1.1.1 数控机床的组成（1）控制介质 控制介质是用于记载各种加工信息（如零件加工工艺过程、工艺参数和位移数据等）的媒体，经输入装置将加工信息送给数控装置。常用的控制介质有标准的纸带、磁带和磁盘，还可以用手动方式（MDI 方式）或者用与上一级计算机通信方式将加工程序输入 CNC 装置。（2）数控装置 数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理之后，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。（3）伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给伺服系统和主轴伺服系统，根据数控装置的指令，前者控制机床各轴的切削进给运动，后者控制机床主轴的旋转运动。伺服系统有开环、闭环和半闭环之分，图 1.1.2。在闭环和半闭环伺服系统中，还需配有检测装置，用于进行位置检测和速度检测。图 1.1.2 开环、闭环和半闭环（4）机床本体 数控机床的本体包括：主运动部件，进给运动部件如工作台，刀架及传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位、夹紧等辅助装置。对加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。3.数控机床的分类国内外数控机床的种类有数千种，如何分类尚无统一规定。常见的分类方法有：按机械运动的轨迹可分为点位控制系统、直线控制系统和轮廓控制系统。按伺服系统的类型可分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。按控制坐标轴数可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床和多坐标数控机床。按数控功能水平可分为高档数控机床、中档数控机床和低档数控机床。但从用户角度考虑，按机床加工方式或能完成的主要加工工序来分类更为合适。按照数控机床的加工方式，可以分成以下几类：（1）金属切削类数控机床 有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床和加工中心等。（2）金属成形类数控机床 有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控旋压机等。（3）特种加工类数控机床 有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床及数控激光切割焊接机等。1.1.3 数控加工的特点与应用1.数控加工的特点（1）加工精度高 数控机床是精密机械和自动化技术的综合，所以机床的传动精度与机床的结构设计都考虑到要有很高的刚度和热稳定性，它的传动机构采用了减小误差的措施，并由数控装置补偿，所以数控机床有较高的加工精度。数控机床的定位精度可达0.005mm，重复定位精度为0.002mm。而且数控机床的自动加工方式还可以避免人为的操作误差，使零件尺寸一致，质量稳定，加工零件形状愈复杂，这种特点就愈显著。（2）自动化程度高和生产率高 数控加工是按事先编好的程序自动完成零件加工任务的，操作者除了安放控制介质及操作键盘、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运动情况外，不需要进行繁重的重复性手工操作，因此自动化程度很高，管理方便。同时,由于数控加工能有效减少加工零件所需的机动时间和辅助时间，因而加工生产率比普通机床高很多。（3）适应性强 当改变加工零件时，只需更换加工程序，就可改变加工工件的品种，这就为复杂结构的单件，小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是普通机床很难加工或无法加工的精密复杂型面。（4）有利于生产管理现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作，这些都有利于使生产管理现代化。 （5）减轻劳动强度,改善劳动条件 操作者不需繁重而又重复的手工操作，劳动强度和紧张程度大大改善，另外工作环境整洁，劳动条件也相应改善。（6）成本高 数控加工不仅初始投入资金大（数控设备及计算机系统） ，而且复杂零件的编程工作量也大，从而增加了它的生产成本。2.数控加工的应用从数控加工的一系列特点可以看出，数控加工有一般机械加工所不具备的许多优点，所以其应用范围也在不断地扩大。他特别适合加工多品种、中小批量以及结构形状复杂、加工精度要求高的零件；特别是加工需频繁变化的模具零件，越来越多地倚重于数控加工技术。数控加工目前它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。 3.数控加工技术的发展数控加工技术是综合运用了微电子、计算机、自动控制、自动检测和精密机械等多学科的最新技术成果而发展起来的，它的诞生和发展标志着机械制造业进人了一个数字化的新时代，为了满足社会经济发展和科技发展的需要，它正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。1.2 数控机床加工的编程基础1.2.1 程序编制的基本方法1.程序编制的基本步骤与方法程序编制是指从零件图样到制成控制介质的过程。程序编制的步骤如图 1.2.1 所示。图 1.2.1 程序编制的一般过程（1）确定工艺过程选择适合数控加工的工件和合理的加工工艺是提高数控加工技术经济效果的首要因素。在制订零件加工工艺时，应根据图样对工件的形状、技术条件、毛坯及工艺方案等进行详细分析，从而确定加工方法、定位夹紧方法及工步顺序，并合理选用机床设备、刀具及切削条件等。（2）运动轨迹的坐标值计算根据零件图样的几何尺寸、进给路径以及坐标系计算粗加工和精加工时的各个运动轨迹坐标值。如运动轨迹的起点和终点、圆弧的圆心等坐标尺寸；对圆形刀具，还要注意计算刀心运动轨迹的坐标，对非圆曲线，必须计算逼近线段的交点坐标值，并限制在允许误差范围以内。（3）编写加工程序单根据计算出的运动轨迹坐标值和已确定的加工顺序、刀号、切割参数以及辅助动作，按照数控装置规定使用的功能指令代码及程序格式，逐段编写加工程序单。在程序段之前加上程序的顺序号，在其后加上程序段结束符号。此外，还应附上必要的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡以及必要说明(如零件名称与图号、零件程序号、机床型号以及日期等等)。（4）制备控制介质程序单只是程序设计完成后的文字记录，还必须将程序单的内容制成穿孔纸带或磁盘等，作为数控装置的输入信息。（5）程序校验和首件试切程序单和所制备的控制介质必须经过校验和试切削才能正式使用。一般的方法是将控制介质上的内容输入到 CNC 装置进行机床的空转检查，在有 CRT 屏幕图形显示的数控机床上用图形模拟刀具相对工件的运动则更为方便。为了确保加工零件的质量，必要时要用首件试切的方法进行实际切削检查。根据零件几何形状的复杂程度、程序的长短以及编程精度要求的不同，可采用不同的编程方法，主要有手工编程和计算机零件编程。手工编程是指整个编程过程均由人工完成，而计算机零件编程是利用计算机来编制数控加工程序，自动地输出零件加工程序单及自动地制作控制介质，所以也称自动编程。2.数控机床的坐标系统一规定数控机床坐标轴名称及其运动的正负方向，是为了使所编程序对同类型机床有互换性，同时也使程序编制简便。目前，国际标准化组织已经统一了标准的坐标系。我国也已颁布了 JB30511999数控机床坐标和运动方向的命名标准。（1）坐标轴的命名标准的坐标系（又称基本坐标系）采用右手直角笛卡尔坐标系，如图 1.3.2 所示。图 1.2.2 右手直角笛卡儿坐标系这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标 x、 y、 z 三者的关系及其正方向用右手定则判定，围绕 x、 y、 z 各轴（或与 x、 y、 z 各轴相平行的直线）回转的运动及其正方向+A, +B. +C 分别用右手螺旋定则确定。通常在坐标命名或编程时，不论机床在加工中是刀具移动还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向为坐标的正方向。在坐标轴命名时，如果把刀具看作相对静止不动，工件运动，那么在坐标轴的符号上应加注标记“” ，如 x 、 y 、 z 、 A 、 B 、 C 等。其运动方向与不带“”的方向正好相反。（2）机床坐标轴的确定确定机床坐标轴时，一般是先确定 z 轴，再确定 x 轴和 y 轴。 z 轴 对于有主轴的机床，如卧式车床、立式升降台铣床等，则以主轴轴线方向作为 z 轴方向。对于没有主轴的机床，如龙门铣床等，则以与装夹工件的工作台面相垂直的直线作为 z 轴方向。如果机床有几根主轴，则选择其中一个与工作台面相垂直的主轴为主要主轴，并以它来确定 z 轴方向（如龙门铣床） 。同时标准规定，刀具远离工件的方向为 z轴的正方向。x 轴 x 轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。对于由主轴带动工件旋转的机床，如车床、磨床等，则在水平面选定垂直于工件旋转轴线的方向为 x 轴，且刀具远离主轴轴线的方向为 x 轴正方向。对于由主轴带动刀具旋转的机床，若主轴是水平的，如卧式升降台铣床等，由主要刀具主轴向工件看，选定主轴右侧方向为 x 正方向；若主轴是竖直的，如立式铣床、立式钻床等,由主要刀具主轴向立柱看，选定主轴右侧方向为 x 轴正方向；对于无主轴的机床，则选定主要切削方向为 x 轴正方向。 y 轴 y 轴方向可根据已选定的 z、 x 轴按右手直角笛卡尔坐标系来确定。附加坐标轴 如果机床除有 x、 y、 z 主要坐标轴以外，还有平行于它们的坐标轴，可分别指定为 U、 V、 W。如果还有第三组运动，则分别指定为 P、 Q、 R。旋转运动 A、 B、 C 相应表示围绕 x、 y、 z 三轴轴线的旋转运动，其正方向分别按x、 y、 z 轴右螺旋法则判定。主轴回转运动方向 主轴顺时针回转运动的方向是按右螺旋进入工件的方向。（3）机床原点与机床坐标系机床原点（M）又称机床零点，是机床上的一个固定点，由机床生产厂在设计机床时确定，原则上是不可改变的。以机床原点为坐标原点的坐标系就称为机床坐标系（图2.3.3图 2.3.4） 。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考点的基准点。也就是说只有确定了机床坐标系，才能建立工件坐标系，才能进行其他操作。（4）机床参考点机床参考点（R）是机床坐标系中一个固定不变的位置点, 是由机床制造厂人为定义的点，是用于对机床工作台、滑板与刀具之间相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点相对于机床原点的坐标是一个已知定值。数控机床通电后，在准备进行加工之前，要进行返回参考点的操作，使刀具或工作台退回到机床参考点，此时，机床显示器上将显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，就相当于在数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系。图 2.3.3 数控车床坐标系 图 2.3.4 卧式加工中心坐标系（5）工件原点与工件坐标系数控编程时，首先应该确定工件坐标系和工件原点。编程人员以工件图样上的某一点为原点建立工件坐标系，编程尺寸就按工件坐标系中的尺寸来确定。工件随夹具安装在机床上后，这时测得的工件原点与机床原点间的距离称为工件原点偏置，操作者要把测得的工件原点偏置量存储到数控系统中。加工时，工件原点偏置量自动加到工件坐标系上。因此，编程人员可以不考虑工件在机床上的安装位置，直接按图样尺寸进行编程。（6）编程原点编程原点是程序中人为采用的原点。一般取工件坐标系原点为编程原点。对于形状复杂的零件，有时需要编制几个程序或子程序，为了编程方便，编程原点就不一定设在工件原点上了。如图 2.3.5 所示，M 为机床原点，W 为工件原点，P 为编程原点。（7）刀位点、对刀点和换刀点数控机床中使用的刀具类型很多，为了更准确地描述刀具运动，需要引入刀位点的概念。对于立铣刀来说，刀位点是刀具的轴线与刀具底平面的交点；对球头铣刀来说是球头部分的球心；对车刀来说是刀尖；对钻头来说是钻尖。对刀点是数控加工时刀具（刀位点）运动的起点。对刀点确定后，刀具相对编程原点的位置就确定了。为了提高工件的加工精度，对刀点应尽量选在工件的设计基准或工艺基准上。同时，对刀点找正的准确度直接影响到工件的加工精度。 当用夹具时常用与工件零点有固定联系尺寸的圆柱销等进行对刀，则用对刀点作为起刀点。如图 1.2.6 所示，对刀元件在夹具上，X1、Y 1 为固定尺寸，X 0、Y 0 为零点偏置，可用 MDI 方式以对刀点相对于机床零点间的显示值确定偏置值并予以记忆，由补偿号调用。换刀点是在为数控车床、数控钻镗床、加工中心等多刀加工的机床编制程序时设定的，用以实现在加工中途换刀。换刀点的位置应根据工序内容和数控机床的要求而定，为了防止换刀时刀具碰伤工件或夹具等，换刀点常常设在被加工工件的外面，并要远离工件。图 1.2.5 数控机床的圆点偏置 图 1.2.6 夹具上的对刀点1.2.2 数控程序的指令和代码在数控编程中，是用 G 指令代码、 M 指令代码及 F、S、T 等指令来描述加工工艺过程、数控系统的运动特征、数控机床的起动与停止、冷却液的开关等辅助功能，以及给出进给速度、主轴转速等。目前国际上几乎所有的数控机床都支持 ISO 标准。我国根据 ISO 标准制定的 JB320883 标准的 G 代码和 M 代码与 ISO 标准完全等效。但也有些国家或集团公司所制定的 G 代码和 M 代码的含义与此完全不同，操作时务必根据使用说明书进行编程。1.准备功能“G”指令它是由字母“G”和其后的二位数字组成，从 G00 至 G99 共有 100 条指令，见表1.2.1。这些指令主要是命令数控机床进行何种运动，为控制系统的插补运算作好准备。所以，一般它们都位于程序段中坐标数字指令的前面。常用的 G 指令有：G01直线插补指令。使机床进行二坐标（或三坐标）联动的运动，在各个平面内切削出任意斜率的直线；G02、G03圆弧插补指令。G02 为顺时针圆弧插补指令，G03 为逆时针圆弧插补指令。使用圆弧插补指令之前必须应用平面选择指令，指定圆弧插补的平面；G00快速点定位指令。它命令刀具以定位控制方向从刀具所在点以最快速度移动到下一个目标位置。它只是快速定位，而无运动轨迹要求；Gl7、Gl8、Gl9坐标平面选择指令。Gl7 指定零件进行 xy 平面上的加工，Gl8 和Gl9 分别为 zx, yz 平面上的加工。这些指令在进行圆弧插补、刀具补偿时必须使用；G40、G41、G42刀具半径补偿指令。利用该指令之后，可以按零件轮廓尺寸编程，由数控装置自动地计算出刀具中心轨迹。其中 G41 为左偏刀具半径补偿指令，G42 为右偏刀具半径补偿指令，G40 为刀具半径补偿撤消指令；G90、 G91绝对坐标尺寸及增量坐标尺寸编程指令。其中 G90 表示程序输人的坐标值按绝对坐标值取，G91 表示程序段的坐标值按增量坐标值取。2.辅助功能“M”指令辅助功能 M 指令是由字母“M”和其后的二位数字组成，从 M00 至 M99 共 100 条指令，见表 1.2.2。这些指令与数控系统的插补运算无关，主要是为了数控加工、机床操作而设定的工艺性指令及辅助功能。常用的辅助功能指令有。M00程序停止。完成该程序段的其他功能后，主轴、进给、冷却液送进都停止；M01计划停止。该指令与 M00 类似。所不同的是，必须在操作面板上预先按下“任选停止”按钮，才能使程序停止，否则 M01 不起作用。当零件加工时间较长或在加工过程中需要停机检查、测量关键部位以及交接班等情况时使用该指令很方便；M02程序结束。当全部程序结束时使用该指令，它使主轴、进给、冷却液送进停止，并使机床复位；M03、M04、M05 分别命令主轴正转、反转和停转；M06换刀指令。常用于加工中心机床刀具库换刀前的准备动作；M07、M08分别命令 2 号切削液和 1 号切削液开(冷却泵起动) ；M09切削液停；M10、M11运动部件的夹紧及松开；M30程序结束并倒带。该指令与 M02 类似。所不同的是，可使程序返回到开始状态，即使纸带倒回起始位置；M98子程序调用指令；M99子程序返回到主程序指令。表 1.2.1 准备功能 G 指令代码 （1）功能保持到被取消或被同样字母表示的程序指令所代替（2）功能仅在所出出现的程序段有作 用（3）功能(4)代码 (1)功能保持到被取消或被同样字母表示的程序指令所代替（2） 功能仅在所出出现的程序段有作 用（3） 功能(4)G00 a 点定位 G51 #（d） 刀具偏置/0G01 a 直线插补 G52 #（d） 刀具偏置/0G02 a 顺时针方向圆弧插补 G53 f 直线偏移，注销G03 a 逆时针方向圆弧插补 G54 f 直线偏移 XG04 * 暂停 G55 f 直线偏移 YG05 # # 不指定 G56 f 直线偏移 ZG06 a 抛物线插补 G57 f 直线偏移 XYG07 # # 不指定 G58 f 直线偏移 XZG08 * 加速 G59 f 直线偏移 YZG09 * 减速 G60 h 准确定位 1（精）G10G1# # 不指定 G61 h 准确定位 2（中）6G17 c XY 平面选择 G62 h 快速定位（粗）G18 c ZX 平面选择 G63 * 攻螺纹 G19 c YZ 平面选择 G64G67# # 不指定G20G32# # 不指定 G68 #（d） # 刀具偏置，内角G33 a 螺纹切削，等螺距 G69 #（d） # 刀具偏置，外角G34 a 螺纹切削，增螺距 G70G79# # 不指定G35 a 螺纹切削，减螺距 G80 e 固定循环注销G36G39# # 永不指定 G81G89e 固定循环G40 d 刀具补偿/刀具偏置注销G90 j 绝对尺寸G41 d 刀具补偿左 G91 j 增量尺寸G42 d 刀具补偿右 G92 * 预置寄存G43 #（d） 刀具偏置正 G93 k 时间倒数，进给率G44 #（d） 刀具偏置负 G94 k 每分钟进给G45 #（d） 刀具偏置/ G95 k 主轴每转进给G46 #（d） 刀具偏置/ G96 I 恒线速度G47 #（d） 刀具偏置/ G97 I 每分钟转数G48 #（d） 刀具偏置/ G98G99# # 不指定G49 #（d） 刀具偏置 0/G50 #（d） 刀具偏置 0/注：1.#号表示如选作特殊用途，必须在程序格式说明中说明。2.如在直线切割控制中没有刀具补偿，则 G43 到 G52 可指定作其他用途。3.在表中左栏括号中的字母（d）表示可以被同栏中没有括号的字母 d 所注销或代替，亦可被有括号的字母（d）所注销或代替。4.G45G52 的功能可用于机床上任意两个预定的坐标。5.控制机上没有 G53 到 G59 和 G63 功能时，可以指定作其他用途。表 1.2.2 辅助功能 M 指令功能开始时间代码（1）与程序段指令运动同时开始（2）在程序段指令运动完成后开始（3）功能保持到注销或被适当程序指令代替（4）功能仅在所出现的程序段内有作用（5）功能（6）M00 * * 程序停止M01 * * 计划停止M02 * * 程序结束M03 * * 主轴顺时针方向M04 * * 主轴逆时针方向M05 * * 主轴停止M06 # # * 换刀M07 * * 2 号切削液开M08 * * 1 号切削液开M09 * * 切削液关M10 # # * 夹紧M11 # # * 松开M12 # # # # 不指定M13 * * 主轴顺时针方向，切削液开M14 * * 主轴逆时针方向，切削液开M15 * * 正运动M16 * * 负运动M17M18# # # # 不指定M19 * * 主轴定向停止M20M29# # # # 永不指定M30 * * 纸带结束M31 # # 互锁旁路M32M35# # # # 不指定M36 * # 进给范围 1M37 * # 进给范围 2M38 * # 主轴速度范围 1M39 * # 主轴速度范围 2M40 M45# # # # 如有需要作为齿轮换档，此外不指定M46M47# # # # 不指定M48 * * 注销 M49M49 * # 进给率修正旁路M50 * # 3 号切削液开M51 * # 4 号切削液开M52M54# # # # 不指定M55 * # 刀具直线位移，位置 1M56 * # 刀具直线位移，位置 2M57M59# # # # 不指定M60 * * 更换工件M61 * 工件直线位移，位置 1M62 * * 工件直线位移，位置 2M63M70# # # # 不指定M71 * * 工件角度位移，位置 1M72 * * 工件角度位移，位置 2M73M89# # # # 不指定M90M99# # # # 永不指定3.其他功能指令（1）进给功能指令 F 该指令用来指定切削进给速度，其单位为（mm/min)或(mm/r)。F 地址后跟的数值有直接指定法和代码指定法。现在一般都使用直接指定方式，即 F 后的数字直接指定进给速度，如“Fl20”即为进给量 120mm/min， “F0.2”即为 O.2mm/r，进给速度的数值按有关数控切削用量手册的数据或经验数据直接选用。（2）主轴转速功能指令 S 该指令用以指定主轴转速，其单位为 r/min。S 地址后跟的数值有直接指定法和代码指定法之分。现在数控机床的主轴都用高性能的伺服驱动，可以用直接法指定任何一种转速，如“S2000”即为主轴转速 2000r/min。代码法用于异步电动机与齿轮传动的有级变速，现已很少运用。(3)刀具功能指令 T 该指令用以指定刀号及其补偿号。T 地址后跟的数字有二位(如 Tll)和四位(如 T0lOl)之分。对于四位，前二位为刀号，后二位为刀补寄存器号。如TO202,O2 为 2 号刀，02 为从 02 号刀补寄存器取出事先存入的补偿数据进行刀具补偿。若后二位为 00,则无补偿或注销补偿。编程时常取刀号与补偿号的数字相同(T0lOl)，显得直观。（4）坐标功能指令 坐标功能指令(又称为尺寸功能指令)用来设定机床各坐标的位移量。它一般使用 X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C 等地址符为首，在地址后紧跟着“”或“”及一串数字。该数字以系统脉冲当量为单位(如 O.01mm/脉冲或以 mm 为单位),数字前的正负号代表移动方向。（5）程序段号功能指令 N 该指令用以指定程序段名,由 N 地址及其后的数字组成。其数字大小的顺序不表示加工或控制顺序，只是程序段的识别标记，用作程序段检索、人工查找或宏程序中的无条件转移。因此，在编程时，数字大、小的排列可以不连续，也可颠倒，甚至可以部分或全部省略。但习惯上还是按顺序并以 5 的倍数编程，以备插人新的程序段。如“NlO”表示第一条程序段,“N20”表示第二条程序段等。1.2.3 数控加工程序的结构与格式1.程序结构一个完整的加工程序由程序号、若干程序段及程序结束指令组成。程序号又称程序名，置于程序的开头，用作一个具体加工程序存储、调用的标记。程序号一般由字母、或符号“%” 、 “:”后加 24 位数组成，也有机床用零件名称、零件号及其工序号等内容表示，具体情况视数控系统而定。程序段是由一个或若干字组成，每个字又由字母和它后面的数字数据组成（有时还包括代数符号）,每个字母、数字、符号都称为字符。例如加工程序:O020N010 G92 X200 Z200 ；NO20 G00 X80 Z3 S300 T0101 M03 M08； N030 G01 Z-60 F0.2； NO40 X100；N550 G00 X200 Z200 T0100 M09； N560 M02 这表示一个完整的加工程序，由 6 条程序段按操作顺序排列而成。整个程序的开始用O020,它表示从数控装置的存储器中调出程序编号为 “O020”的加工程序。以 MO2(或 M30)作为该加工程序的结束。每个程序段用“N”开头，结束用分号“；”(或星号“*” ，或根据具体机床选用；纸带穿孔时，ISO 标准用 LF 或 NL(换行)，EIA 标准用(CR)。每条程序段表示一种操作过程，除程序段结束字符“；”外，一般都由 8 个字组成。例如，N020 表示运行的第 2 条程序段；GOO 定义为快速点定位；X80 表示 x 轴正向位移至80(此处为 80mm，也有用脉冲数表示的)；Z3 表示刀具位移至 Z 轴正方向 3mm 处；S300 表示主轴转速为 300r/mim；T0101 为一号刀具用一号刀补；MO3 表示主轴正转；MO8 表示 1 号切削液开。该程序段表示一个完整的操作，即命令机床用一号刀具一号刀补以快速点定位方式位移到 X80 和 Z3 处，主轴的正向转速为 300r/min，同时开启 1 号切削液。一个程序段的字符数有一定限制，字符数大于限度时，可分成两条程序段。2.程序段格式程序段格式就是一条程序段中字、字符及数据的排列形式。不同的数控系统往往有截然不同或大同小异的程序格式。若程序格式不合规定,数控装置会报警出错。目前广泛应用字地址程序格式，也有少数数控系统采用分隔符的固定顺序格式(如我国生产的快速走丝数控电火花线切割机床)。字地址程序格式如上例所示：每个字前有地址(G，X，Z，F，)；各字的先后排列并不严格；数据的位数可多可少，但不得大于规定的最大允许位数；不需要的字以及与上一程序段相同的续效字可以不写（如上例 NO40）程序段中，G01、Z-60、F0.2、S300、T0101、MO3, MO8 这些续效字继续有效） 。现在的数控系统绝大多数对程序段中各类字的排列不要求有固定的顺序，即在同一程序段中各个指令字的位置可以任意排列。上例 NO20 程序段也可以写成:N020 M08 M03 T0101 S300 Z3 X08 G00； 当然还有很多排列形式，它们对数控系统是等效的。在大多数场合，为了书写、输入、检查和校对的方便，程序字在程序段中习惯按一定的顺序排列:N G X Y Z R F S T M 这种程序段格式的优点是程序简短、直观、不易出错，故应用广泛。国际标准化组织已对这种可变程序段字一地址格式制定了 ISO69831 一 1982 标准，这为数控系统的设计，特别是程序编制带来很大方便。分隔符固定顺序程序格式的特点是：所有字的地址用分隔符“HT”或“B”表示，但各字的顺序固定，不可打乱；不需要的或与上一程序段相同的续效字可以省略，但必须补上分隔符。这种程序格式不需要判别地址的电路、系统简化，主要用于功能不多且较固定的数控系统，但程序不直观，易错。3.主程序与子程序在一个加工过程中，如果有几个一连串的程序段完全相同（如一个零件中有几何形状和尺寸相同，为缩短程序，可将这些重复的程序段单独抽出，按规定的程序格式编成子程序，并事先存储在子程序存储器中。子程序以外的程序为主程序，主程序在执行过程中如需要执行该子程序即可调用，并可多次重复调用，从而可大大简化编程工作。主程序与子程序的内容各有不同，但两者的程序格式应该相同。编程方法应按具体机床的规定进行。主程序调用子程序及子程序调用另一子程序如图 3.2.7、图 3.2.8 所示。图 3.2.7 零件加工程序的执行 图 3.2.8 子程序的嵌套1.2.4 数控加工基本指令的应用1.设定工件坐标系指令 G92G92X_Y Z G92 指令是规定工件坐标系坐标原点的指令。工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值 X、Y、Z 为刀具刀位点在工件坐标系中（相对于程序零点）的初始位置。执行 G92指令后，也就确定了刀具刀位点的初始位置（也称为程序起点或起刀点）与工件坐标系坐标原点的相对距离，并在 CRT 上显示出刀具刀位点在工件坐标系中的当前位置坐标值（即建立了工件坐标系） ，例如图 1.2.9。G92X40.0 Y30.0 Z25.0图 1.2.9 设定工件坐标系 图 1.2.10 G90 与 G91G 92 指令执行前的刀具位置必须放在程序所要求的位置上，因刀具在不同的位置，所设定出的工件坐标系的坐标原点位置也不同。2.绝对值输入指令 G90 和增量值输入指令 G91G90X_ Y Z ； G91X_ Y Z G90 指令按绝对值方式设定输入坐标，即移动指令终点的坐标值 X、Y、Z 都是以工件坐标系坐标原点（程序零点）为基准来计算。G91 指令按增量值方式设定输人坐标，即移动指令终点的坐标值 X、Y、Z 都是以始点为基准来计算，再根据终点相对于始点的方向判断正负，与坐标轴同向取正，反向取负。例如，图 1.2.10 所示情形。使用绝对值与增量值方式设定输人坐标的程序分别如下。使用绝对值指令 G90 时G92 X0 Y0 Z0 程序零点设在参考点 OG90 G00 X30.0 Y-80.0 刀具快移至 O点定位G92 X0 Y0 程序零点再设定在 OG90 G00 Xl00.0 Y30.0 刀具快移至始点 A 定位G01 X40.0 Y60.0 始点 A 至终点 B使用增量值指令 G91 时 (程序功能与上面相同)G92 X0 Y0 Z0G91 G00 X30.0 Y-80.0G92 X0 Y0G91 G00 X100.0 Y30.0G01 X-60.0 Y30.03.点定位指令 G00G00 X_Y_Z_G00 指令为刀具相对于工件分别以各轴快速移动速度由始点（当前点）快速移动到终点定位。当使用绝对值指令 G90 时，刀具分别以各轴快速移动速度移至工件坐标系中坐标值为 X、Y、Z 的点上；当使用增量值指令 G91 时，刀具则移至距始点（当前点）为X、Y、Z 值的点上。各轴快速移动速度可分别用参数设定；在执行加工时，还可以在操作面板上用快速进给速率修调旋钮来调整控制。 例如，若 X 轴和 Y 轴的快速移动速度均为 4000mm/min，刀具的始点位于工件坐标系的 A 点(见图 1.2.11)，当程序为 G90 G00 X60.0 Y30.0 或 G91 G00 X40.0 Y20.0则刀具的进给路线为一折线，即刀具从始点 A 先沿 X 轴、 Y 轴同时移动至 B 点，然后再沿 X 轴移至终点 C。图 1.2.11 点定位 图 1.2.11 直线插补4.直线插补指令 G01G01 X Y_ Z _ F G01 指令为刀具相对于工件以 F 指令的进给速度，从当前点(始点) 向终点进行直线插补。当执行绝对值指令 G90 时，刀具以 F 指令的进给速度进行直线插补，移至工件坐标系中坐标值为 X、Y、Z 的点上；当执行指令 G91 时，刀具则移至距当前点距离为X、Y、Z 值的点上。F 是进给速度指令代码，在没有新的 F 指令以前一直有效，不必在每个程序段中都写人 F 指令。F 指令的进给速度是刀具沿加工轨迹(路径)的运动速度，沿各坐标轴方向的进给速度分量可能不相同，三坐标轴能否同时运动(联动) 取决于机床功能。例如图 1.2.11：G90 G01 X60.0 Y30.0 F200 始点 A终点 B或 G91 G01 X40.0 Y20.0 F200F200 是指从始点 A 向终点 B 进行直线插补的进给速度为 200mm/min。5.平面选择指令 Gl7、Gl8、Gl9Gl7、Gl8、Gl9 指令分别用来指定程序段中刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿平面（参见图 1.2.12） 。a) G17 选择 XY 平面 b)G18 选择 ZX 平面 c)G19 选择 YZ 平面图 1.2.12 圆弧插补6.顺时针圆弧插补指令 G02 和逆时针圆弧插补指令 G03（1）XY 平面圈弧 FJIRYXG0327（2）ZX 平面圆弧 KI18（3）YZ 平面圆弧 FJRYXG029G02、C03 指令使刀具相对于工件在指定的坐标平面(Gl7, Gl8, Gl9)内，以 F 指令的进给速度从当前点(始点)向终点进行圆弧插补(见图 1.2.13)，X、Y 、Z 是圆弧终点坐标值。R是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角小于或等于 180时，R 取正值；当圆心角大于 180，并且小于 360时，R 取负值。 I、J、K 分别为圆心相对于圆弧始点在 X、Y 、Z 轴方向的坐标增量。图 1.2.13 圆弧插补 注意：I、J、K 为零时可以省略；当圆弧是封闭的整圆时，不能使用 R 编程，只能用I、J 、K 编程；在同一程序段中，如 I、J、K 与 R 同时出瑞时， R 有效，而其他字被忽略。例图 1.2.13 所示，当使用绝对值指令 G90 时：G92 X0 Y0 Z0 程序零点为 OG90 G00 X200.0 Y40.0 点行定位 OAG03 Xl40.0 Yl00.0 I-60.0（或 R60.0）F300 ABG02 Xl20.0 Y60.0 I-50.0（或 R50. 0） BC当使用增量值指令 G91 时：G92 X0 Y0 Z0G91 G00 X200.0 Y40.0G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0（或 R60.0）F300G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0（或 R50.0）7.暂停指令 G04PXG04G04 指令使刀具暂时停止进给，直到经过指令的暂停时间，再继续执行下一程序段。地址 P 或 X 指令指定暂停的时间；其中地址 X 后可以是带小数点的数，单位为 s，如暂停ls 可写为 G04 Xl.0；地址 P 不允许用小数点输入，只能用整数，单位为 ms，如暂停 ls 可写为 G04 P1000。此功能常用于切槽或钻到孔底时。8.米制输入指令 G21 和英制输入指令 G20G21、G20 指令分别指定程序中输入数据为米制或英制。 G21、G20 是两个互相取代的G 代码，一般机床出厂时，将米制输入 G21 设定为参数缺省状态。用 米制输人程序时，可不再指定 G21；但用英制输入程序时，在程序开始设定工件坐标系之前，必须指定 G20。在一个程序中也可以米制、英制输入混合使用，在 G20 以下、G21 未出现前的各程序段为英制输入；在 G21 以下、G20 未出现前的各程序段为米制输入。例如 :N10 G20N20： （以上为英制输入）N50 G21N60： （以上为米制输入）9.返回指令 G27G30（1）参考点返回校验指令 G27G27 X_Y_Z_根据 G27 指令，刀具以参数所设定的速度快速进给，并在指令规定的参考点上定位（坐标值为 X、Y、Z 点)。若所到达的位置是机床零点，则返回参考点的各轴指示灯亮。如果指示灯不亮，则说明程序中所给的指令有错误或机床定位误差过大。（2）自动返回参考点指令 G28G28 X_Y_Z 执行 G28 指令时，使各轴快速移动，分别经过指定的 (坐标值为 X、Y、Z)中间点返回到由 G27 指令确定的参考点定位。在使用 G28 指令时，必须先取消刀具半径补偿，而不必先取消刀具长度补偿，因为 G28 指令包含刀具长度补偿取消、主轴停止、切削液关闭等功能。故 G28 指令一般用于自动换刀。（3）从参考点返回指令 G29G29 X_Y_Z_执行 G29 指令时，首先使被指令的各轴快速移动到前面 G28 所指令的中间点，然后再移到被指令的(坐标值为 X、Y 、Z 的返回点) 位置上定位。如 G29 指令的前面未指令中间点,则执行 G29 指令时，被指令的各轴经程序零点，再移到 G29 指令的返回点上定位。一般用于自动换刀后返回加工点。（4）第二参考点返回指令 G30G30 X_Y_Z_G30 为第二参考点返回指令，该功能与 G28 指令相似。不同之处是刀具自动返回第二参考点，而第二参考点的位置是由参数来设定的，G30 指令必须在执行返回第参考点后才有效。如 G30 指令后面直接跟 G29 指令，则刀具将经由 G30 指定的（坐标值为X、Y、Z ）中间点移到 G29 指令的返回点定位，类似于 G28 后跟 G29 指令。通常 G30 指令用于自动换刀位置与参考点不同的场合，而且在使用 G30 前，同 G28 一样应先取消刀具补偿。10.刀具长度正补偿指令 G43、刀县长度负补偿指令 G44 和取消刀具长度补偿指令 G49HZG43当刀具磨损时，可在程序中使用刀具补偿指令补偿刀具尺寸的变化，而不必重新调整刀具和重新对刀。在 Gl7 的情况下，刀具补偿指令 G43 和 G44 只用于 Z 轴的补偿，而对X 轴和 Y 轴无效。格式中的 Z 值是指程序中的指令值，H 为补偿功能代号，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址字，如 H01 是指 01 号寄存器，在该寄存器中存放刀具长度的补偿值。该值范围为：米制 0999. 99mm；英制 099. 999in。图 3.2.14 刀具长度补偿 图 3.2.15 刀具长度补偿例一如 1.2.14 所示，在执行 G43 指令时Z 实际值 =Z 指令值 （H）执行 G44 时Z 实际值 =Z 指令值 （H）式中，(H )是指编号为 寄存器中的补偿量。采用取消刀具长度补偿 G49 指令或用 G43 H00 和 G44 H00 可以撤销补偿指令。例如图 3.2.15， （H05）=200mm ，程序为：N10 G92 X0 Y0 Z0 设定 O 点为程序零点N20 G90 G00 G44 Z30.0 H05 指令点 A，到达点 B如（H05）= 200mm，则程序为N10 G92 X0 Y0 Z0 设定 O 点为程序零点 N20 G90 G43 Z30.0 H05 指令点 A，到达点 B，其效果一样刀具补偿例二，图 3.2.16（H01 ）= -8mm， （H02）=8mm，则程序为N1 G91 G00 X120.0 Y80.0 定位N2 G43 Z-32.0 H01 （或 N20 G44 Z-32.0 H02) 刀具长度补偿N3 G01 Z21.0 F120 钻孔#1N4 G04 P2000 孔底暂停 2sN5 G00 Z21.0 退刀N6 X30.0 Y50.0 定位N7 G01 Z-41.0 F120 钻通孔#2N8 G00 Z41.0 退刀N9 X60.0 Y30.0 定位N10 G01 Z23.0 Fl20 钻孔#3N11 G04 P2000 孔底暂停 2sN12 G49 G00 Z55.0 退刀，取消刀具长度补偿N13 X210.0 Y6