数控技术 第二章 数控程序编制

1、12第一节第一节 概概 述述数控程序编制数控程序编制：编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。345（1）分析零件图样和制定工艺方案 这项工作的内容包括： 对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求； 确定加工方案； 选择适合的数控机床； 选择或设计刀具和夹具； 确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。 （2）数学处理 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。 直线插补、圆弧插补、抛物

2、线 插补6（3）编写零件加工程序 在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。 数控编程师（CNC编程）N0010 G91 G92 X20 Z85 N0020 G01 X20 Z-10 F100 N0030 Z-20 N0040 X20 Z-15 N0050 M027（4）程序检验 将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动

3、轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。 89手工编程手工编程 编程手册零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加工程序初稿加工程序修改特点：特点： 耗费时间较长耗费时间较长容易出现错误容易出现错误 无法胜任复杂形状零

4、件的编程无法胜任复杂形状零件的编程 1011121314先平面，后孔先简单，后复杂先精度低，后精度高15该例的外轮廓似阶梯状，球面为鼓形，故可用一把粗车刀用尽可能大的背吃刀量，以最少的走刀次数(图中为4次)完成粗加工，再用精车刀一次精车全部外表面。16铣内槽走刀路线。a用行切法，路线短，但工件轮廓周边有较大的残留余量；b为环切法，计算较复杂且路线较长；c用行切法粗铣最后精铣内轮廓一周，既保证了加工质量，又使计算简单，路线也较图b短，是较佳方案。17图a用矩形走刀路线，当轴向进刀时切削力陡增，排屑又不畅，极易崩刃；图b为斜线走刀路线，切削截面由小逐渐增大，切削力渐增，排屑也较畅，所以切削条件大为

5、改善；由于取消了轴向进刀，程序段数也减少一半。18（2） 内、外圆与曲面的铣削应考虑切入和切出的延伸程序，确保平滑过渡，避免法向或Z向切入由于弹性变形而引起刀痕。图为内、外圆柱面用立铣刀侧面铣削的走刀路线。19 （3）避免在进给中途停顿 因进给停顿时刀具仍继续运转，由于切削力逐渐减小导致刀具弹性恢复而形成刀痕。（4）避免反向间隙对尺寸精度的影响 例如孔距精度要求高时，刀具应同向进行点定位。（ 5）在确定走刀路线时应符合“少换刀”原则 即在一次换刀后尽可能完成一个零件上所有相同表面的加工(如一个零件上所有相同直径的钻孔)，以减少空行程与辅助时间。20212223242526272829如果工件做

6、旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。 如果刀具做旋转运动，Z坐标垂直时，观察坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向运动方向指向右方。指向右方。 30如果刀具做旋转运动，Z坐标水平时，观察坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指运动方向指向右方。向右方。 31 （二）、机床坐标系和工件坐标系1.机床原点的设置 机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。1）数控车床的原点 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线

7、的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。 3233 2.机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。 机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。 通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。下图为数控车床的参考点与机床原点。34 3.3.加工坐标系加工坐标系 (1)加工坐标系的确定 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。 加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的

8、编程原点在机床坐标系中的位置。工件坐标系的选择原则：要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件，一般情况下以坐标式尺寸标注的零件，编程原点应选在尺寸标注的基准点 ；对称零件或以同心圆为主的零件，编程原点应选在对称中心线或圆心上；Z 轴的程序原点通常选在工件的上表面35 (2)加工坐标系的设定 在机床坐标系中直接设定加工原点。 例：以下图为例，在配置FANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点03。1）加工坐标系的选择 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。设工作台工作面尺寸为800mm320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点03就在

9、距机床原点O1为X3、Y3、Z3处。并且X3=-345.700mm, Y3=-196.220mm, Z3=-53.165mm。2）设定加工坐标系指令 G54G59为设定加工坐标系指令。G54对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在MDI 方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点O3，将其坐标值X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm36 4.4.编程坐标系编程坐标系 编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。 编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如下图所示，其中O2即为编程坐标

10、系原点。37 编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。 编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如下图所示为车削零件的编程原点。3839 40 41N NG GX X. .Y Y. .F FS ST TM MLFLF 程序段序号程序段序号 准备机能字准备机能字 坐标字坐标字 进给功能字进给功能字 主轴转速功能字主轴转速功能字 刀具功能字刀具功能字 辅助功能字辅助功能字 结束符结束符 4243 44454647 484950 三、常用编程指令三、常用编程指令 数控加工程序是由各种功能字按照规定的格式

11、组成的。1.1.绝对尺寸指令和增量尺寸指令绝对尺寸指令和增量尺寸指令 在加工程序中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表达方法。绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。 增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。 51 （1） G功能字指定 G90指定尺寸值为绝对尺寸。 G91指定尺寸值为增量尺寸。（2） 用尺寸字的地址符指定 绝对尺寸的尺寸字的地址符用 X、Y、Z 增量尺寸的尺寸字的地址符用 U、V、W绝对绝对: G90 G01 X100.0 Z50.0; 相对相对: G91 G01 X60.0 Z-100.0； G01 U60.0 W-100.0;混用混用: G01

12、 X100.0 W-100.0; 或或 G01 U60.0 Z50.0;52 2. 2. 坐标平面选择指令坐标平面选择指令 坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。 G17表示选择 XY平面，G18表示选择 ZX平面，G19表示选择 YZ平面。各坐标平面如图1.22所示。一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工。 5354若设定工件原点若设定工件原点O1 , 则程序段为则程序段为:G92 X 100. Z 50.若设定工件原点若设定工件原点O2 , 则程序段为则程序段为:G92 X 100. Z 110.以刀具当前所在位置为起刀点以刀具当前所在位置为起

13、刀点ZX55vG92 设置的工件原点是随刀具当前位置（起始位置）设置的工件原点是随刀具当前位置（起始位置）的变化而变化的。的变化而变化的。若起刀点位置向左移动20mm,则执行上述指令时,结果怎样呢?5657GGGGGG545556575859格式格式它是先测定出欲它是先测定出欲预置的工件原点相对于机床原点的偏置预置的工件原点相对于机床原点的偏置值值，并把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数，并把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数数据库中。数据库中。58591、G54G59是系统预置的六个坐标系，可根据是系统预置的六个坐标系，可根据需要选用。需要选用。2、G54G59建立的工件坐标原点

14、是相对于机床建立的工件坐标原点是相对于机床原点而言的，原点而言的，在程序运行前已设定好在程序运行前已设定好，在程序运行，在程序运行中是无法重置的。中是无法重置的。3、G54G59预置建立的工件坐标原点在机床坐预置建立的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值可用标系中的坐标值可用 MDI 方式输入，系统自动记忆。方式输入，系统自动记忆。4、使用该组指令前，必须先、使用该组指令前，必须先回参考点回参考点。5、G54G59为为模态模态指令，可相互注销。指令，可相互注销。60机床原点机床原点G59G543030ZZZXXX304050508030AB例例:如下图所示如下图所示,使用工件坐标系编程使用工件坐

15、标系编程:要求刀具从当前点移动到要求刀具从当前点移动到A点点,再从再从A点移动到点移动到B点点.G54 G00 G90 X40.Z30.G59 G00 X30. Z30.615、快速定位、快速定位 G00n格式格式 ：G00 X_Y_Z_ n说明：说明：n X、 Y 、Z ：快速定位终点，在：快速定位终点，在 G90时为终点在工件坐标时为终点在工件坐标系中的坐标；在系中的坐标；在G91时为终点相对于起点的位移量。时为终点相对于起点的位移量。nG00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。置快速移动到程序

16、段指令的定位目标点。 nG00指令中的快移速度由机床参数指令中的快移速度由机床参数“快移进给速度快移进给速度”对各轴对各轴分别设定，不能用分别设定，不能用 F规定。规定。nG00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。n快移速度可由面板上的快速修调旋钮修正。快移速度可由面板上的快速修调旋钮修正。 nG00为模态功能，可由为模态功能，可由 G01、 G02、 G03或或 G33功能注销。功能注销。n注意：注意：n在执行在执行 G00指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点因而联动，直线轴的合成轨迹不

17、一定是直线。轴同时到达终点因而联动，直线轴的合成轨迹不一定是直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是，将法是，将 Z轴移动到安全高度，再放心地执行轴移动到安全高度，再放心地执行 G00指令。指令。 62n如图所示，使用如图所示，使用 G00编程：要求刀具从编程：要求刀具从 A点快速定位点快速定位到到 B点点 。n当当 X轴和轴和 Y轴的快进速度相同时，从轴的快进速度相同时，从 A点到点到 B点的快速点的快速定位路线为定位路线为 A =C =B，即以折线的方式到达，即以折线的方式到达 B点，而点，而不是以直线方式从不是以直

18、线方式从 A =B63 6.6.直线插补指令直线插补指令 直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。 程序格式程序格式：G01 X Y Z F 其中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。 例：实现下图中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程：G90 G01 X10 Y10 F100增量方式编程：G91 G01 X-10 Y-20 F100647、圆弧进给、圆弧进给G02/ G03n格式：格式：G17 G02 X Y I J (R) F G17 G03 X Y I J (R) Fn说明：说明：nG02：顺时针圆弧插补；：顺时针圆弧插补；nG03：逆时针圆弧插补；：逆

19、时针圆弧插补； nG17 ：XY平面的圆弧；平面的圆弧；nG18 ：ZX平面的圆弧；平面的圆弧； nG19 ：YZ平面的圆弧；平面的圆弧；nX, Y, Z圆弧终点，在圆弧终点，在 G90时为圆弧终点在时为圆弧终点在工件坐标系中的坐标；在工件坐标系中的坐标；在 G91时为圆弧终时为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量；点相对于圆弧起点的位移量；nI, J, K：圆心相对于圆弧起点的偏移值：圆心相对于圆弧起点的偏移值(等等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标如图于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标如图 3.3.9所示所示)，在，在G90/ G91时都是以增量方式时都是以增量方式指定；指定； nR：圆弧半径，当圆弧圆

20、心角小于：圆弧半径，当圆弧圆心角小于180时，时，R为正值，否则为正值，否则 R为负值为负值 ；nF：被编程的两个轴的合成进给速度：被编程的两个轴的合成进给速度65圆弧进给圆弧进给G02/ G03n例例 6 6使用使用 G02G02对图对图 3.3.103.3.10所示劣弧所示劣弧 a a和优弧和优弧 b b编程。编程。66圆弧进给圆弧进给G02/ G03n例例 7使用使用G02/ G03对图对图 3.3.11所示的整圆编程。所示的整圆编程。n注意：注意：n( 1)顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向；顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转

21、方向；n( 2)整圆编程时不可以使用整圆编程时不可以使用 R，只能用，只能用 I 、J 、K；n( 3)同时编入同时编入 R与与 I、 J、 K时，时， R有效；有效； 678、螺旋线进给、螺旋线进给G02/ G03（自学）（自学）格式： G17 G02 X Y ZI J (R) Fn说明：n X, Y, Z中由G17/G18/ G19平面选定的两个坐标为螺旋线投影圆弧的终点，意义同圆弧进给，第 3坐标是与选定平面相垂直的轴终点；n其余参数的意义同圆弧进给。n该指令对另一个不在圆弧平面上的坐标轴施加运动指令，对于任何小于 360的圆弧，可附加任一数值的单轴指令。走68螺旋线进给螺旋线进给G02

22、/ G03n例 8使用 G03对图 所示的的螺旋线编程。69刀具半径补偿 70左偏刀具半径补偿 右偏刀具半径补偿 7172刀具半径补偿建立时，一般是直线且为空行程，以防过切 7374刀具半径补偿量的改变一般刀具半径补偿量的改变，是在补偿撤销的状态下重新设定刀具半径补偿量。如果在已补偿的状态下改变补偿量，则程序段的终点是按该程序段所设定的补偿量来计算的。 如右图所示。 刀具半径补偿量的符号一般刀具半径补偿量的符号为正，若取为负值时，会引起刀具半径补偿指令G41与G42的相互转化。 75刀具半径补偿的其它应用应用刀具半径补偿指令加工时，刀具的中心始终与工件轮廓相距一个刀具半径距离。当刀具磨损或刀具

23、重磨后，刀具半径变小，只需在刀具补偿值中输入改变后的刀具半径，而不必修改程序。在采用同一把半径为R的刀具，并用同一个程序进行粗、精加工时，设精加工余量为，则粗加工时设置的刀具半径补偿量为R+，精加工时设置的刀具半径补偿量为R，就能在粗加工后留下精加工余量，然后，在精加工时完成切削。运动情况见图。 76 10.10.刀具长度补偿指令刀具长度补偿指令（自学）（自学） 使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。 G43 为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。 G44 为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。G49为撤消补偿。 编程格式为：G01 G43/G44 Z H / 建立补偿程序段 / 切削加工程序段G49 / 补偿撤消程序段 77787980818283 绝对方式： 增量方式：N1 M03 S640；主轴正转 N1 M03 S640； N2 G90； 选绝对（增量） N2 G91； N3 G00X20Z60；快进A-B N3 G00X-60Z-20； N4 G01 X30 Z40 F100； 工进B-C N4 G01 X10 Z-20 F100； N5 G01X30Z20；