《数控机床及加工技术》第三章　 数控加工程序

第三章数控加工程序３.１加工程序基本规定３.２刀具补偿指令及其应用返回３.１加工程序基本规定３.１.１加工程序概述编制加工程序过程是：先通过分析工件图样，明确加工内容、加工要求。然后进行工艺设计，确定加工方法，确定机床、刀具、夹具等加工条件，确定进给加工路线及数据，确定工艺参数及补偿数据。最后将上述加工意图和数据结果按ＣＮＣ系统所规定的程序格式填写成加工程序，

如图３－２所示。加工程序输入到数控机床，成为数控机床自动控制工件加工的基本依据。下一页返回３.１加工程序基本规定在学习和理解数控加工程序描述格式时，应注意到数控加工程序的描述格式具有下面几个特点：①加工程序指令应可以清楚、方便地表达机床一系列的加工运动。它是人的加工意图的描述形式，能被方便地理解和接受。②它是ＣＮＣ系统自动控制加工的基本依据和信息处理的素材，应能容易地被计算机所接受处理，加工程序的表达的格式应是具体机床数控系统所能接受处理的、规定的表达格式。③为了方便交流和应用，加工程序的指令格式、程序编写格式应符合国际通用标准规定。３.１.２加工程序指令字格式１.组成加工程序指令的字符上一页下一页返回３.１加工程序基本规定构成加工程序的指令的字符是加工程序的最小组成单位，数控标准规定选用Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ……２６个字母，０、１、２、３、４、５…１０个数字字符，标点符号和数学运算符号等作为表达加工程序的最基本的组成符号。在加工程序的描述中，字符用来组织成为表示某种控制功能的指令字或表示数据。２.字符的二进制数字代码加工程序的指令一般由计算机键盘上的字符组成，加工程序的字符如：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ……２６个字母、０、１、２、３、４、５…１０个数字字符、标点符号和数学运算符号等，计算机并不能直接接受处理这些字符形式。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定人们把加工程序指令的每个字符对应一个二进制数字码代号，如指令“Ｇ０１”中：字符“Ｇ”对应的二进制ＩＳＯ代码字码是“１０００１１１”，字符“０”对应的二进制ＩＳＯ代码字码是“０１１００００”，字符“１”对应的二进制ＩＳＯ代码字码是“０１１０００１”。每个字符的二进制数字码代号称为该字符的数字码，二进制数字码是能作为数控装置传递信息的语言，也是字符的数字化信息的形式。我们通过计算机键盘键入这些字符时，这些字符就转变成二进制数字化电信号，成为计算机集成电路能接受、传输、存储、处理的形式。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定３.加工程序的指令字结构加工程序的指令字简称“字”。它是一套有规定次序的字符，对编程员而言，它是指挥机床动作的指令；对计算机而言，它可以作为一个信息单元进行存储、传递和操作，如Ｘ２３０.５６就是由７个字符组成的一个字。加工程序的指令字一般有两种组成形式：（１）数据字———由地址字符与其后的具体的数据组成（２）指令字———由地址字符与其后数字代号组成数控加工程序指令中，位于字头的字符或字符组，用以识别其后的数据，称为地址字符，在传递信息时，它表示其在计算机存储单元的出处或目的地。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定在加工程序中常用的地址有Ｎ、Ｇ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｆ、Ｓ、Ｔ和Ｍ等字符，都有标准所规定的含义。地址符含义参见表３－１。３.１.３加工程序指令字的种类根据指令的地址符和指令功能的不同，加工程序指令字可分为如下种类：①顺序号字。顺序号字又称程序段号，用地址符Ｎ和后面的若干位数字来表示。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定②准备功能字。准备功能字地址符是Ｇ，故又称Ｇ功能或Ｇ指令，它指令数控机床做好某种控制方式的准备，或ＣＮＣ系统准备处于某种工作状态的指令。ＦＡＮＵＣ数控铣削系统Ｇ指令参见表３－２。③辅助功能字。辅助功能字又称Ｍ功能，主要用于数控机床开关量的控制，表示一些机床辅助动作的指令。用地址码Ｍ和后面的两位数字表示。④坐标尺寸字。尺寸字给定机床在各种坐标轴上的移动方向、目标位置或位移量，由尺寸地址符和带正、负号的数字组成。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定⑤进给速率指令。由地址符Ｆ和若干位数字组成，称Ｆ功能指令，指定进给速率。⑥主轴旋转速率指令。由地址码Ｓ和若干位数字组成，故又称Ｓ功能或Ｓ指令。⑦刀具功能字。由地址符Ｔ和若干位数字组成，故又称Ｔ功能或Ｔ指令，主要用来指定加工所用的刀具。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定３.１.４ＦＡＮＵＣ系统常用Ｇ指令格式及应用Ｇ指令用于指令ＣＮＣ系统准备处于某种工作状态的指令，如表３－２所示ＦＡＮＵＣ铣削系统Ｇ代码指令，Ｇ代码指令是数控系统最多且最重要的指令，下面主要介绍ＦＡＮＵＣ系统描述进给轨迹的Ｇ指令。数控加工前必须用程序指令准确描述进给运动轨迹，进给运动轨迹一般由若干直线段、圆弧线段连接而成，描述进给运动轨迹程序指令主要包括如下要素：上一页下一页返回３.１加工程序基本规定①指令工件坐标系位置指令。ＣＮＣ应先确切知道工件坐标系原点位置，因为表示进给运动轨迹的数据是在工件坐标系中得到。②表达各线段起点、终点的尺寸坐标指令。尺寸的坐标值形式有绝对尺寸和相对尺寸模之分，尺寸的坐标值的单位又有公、英制之分。③连接线段端点的线型指令。最基本的轨迹线型插补指令是直线插补指令、圆弧插补指令、快速点定位指令。④刀具补偿指令。刀具相对工件的进给运动轨迹位置，还可能因为刀具几何形状的变化而偏离，因此，程序中还应给出刀具几何形状变化的补偿指令。如长度补偿、半径补偿指令。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定

１.坐标系零点偏置对于ＣＮＣ系统，通过回零操作，确定了机床坐标系及原点，但人设定的工件坐标系原点在何处ＣＮＣ系统事先不知道。加工程序应首先向ＣＮＣ系统指令工件坐标系原点的位置，以便ＣＮＣ确立工作坐标系。向ＣＮＣ指令工件坐标系位置的指令，可用零点偏置指令Ｇ５４～Ｇ５９。大多类似ＦＡＮＵＣ的数控系统，都使用工件坐标系偏置功能，坐标系零点偏置指令采用Ｇ５４、Ｇ５５、Ｇ５６、Ｇ５７、Ｇ５８、Ｇ５９等。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定首先编程时选用Ｇ５４～Ｇ５９中的一个（或几个）作为零点偏置值的存贮地址。然后操作工测量工件零点相对机床零点的偏置值，如图３－３（ａ）所示工件Ｘ、Ｙ向零点偏移。再通过零点偏置画面，存入零点偏置值到相应地址的存储器，如图３－３（ｂ）所示。当计算机执行程序时，根据指令地址调用零点偏置值实现零点偏置。１.坐标尺寸指令字坐标、尺寸指令字与数学坐标表达习惯相似。数控铣削系统各基点坐标，由Ｘ、Ｙ、Ｚ为地址符的坐标指令字表示点的空间位置。例如，用“Ｘ３０Ｙ３０”表示图３－４中ＸＹ坐标平面Ａ点位置。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定由Ｉ、Ｊ、Ｋ为地址符的坐标指令字表示圆心位置。Ｉ、Ｊ、Ｋ轴方向与Ｘ、Ｙ、Ｚ轴方向一一对应。Ｉ、Ｊ、Ｋ地址符后数值一般是相圆弧对起点的增量值。如图３－４中，圆弧ＡＢ圆心Ｏ相对圆弧线段起点Ａ位置在Ｘ正向３０；Ｙ正向４０，则圆心的坐标可写成“Ｉ３０Ｊ４０”。由Ｒ为地址符的尺寸指令字表示圆弧半径。例如，用“Ｒ５０”指定图３－４圆弧ＡＢ的半径大小。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定２.坐标尺寸字尺寸单位Ｇ指令在程序中，应明确程序每个坐标尺寸字的尺寸数值的单位，“Ｇ２１”设定程序中坐标尺寸字尺寸数值的单位是公制，如“ｍｍ”；“Ｇ２０”设定程序中坐标尺寸字尺寸数值的单位是英制单位，如：“ｉｎ”。Ｇ２０、Ｇ２１为同组Ｇ代码，都是模态的。同一程序中，不应让Ｇ２０、Ｇ２１指令任意“切换”。同一程序中混合使用公制和英制单位指令将导致数控系统数据处理的混乱，引起错误结果。应注意尺寸字的数值有米制或英制的区分。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定３.尺寸坐标模式（绝对或增量）尺寸必须有一指定的基准测量点。例如，尺寸Ｘ３０.０可能从选择的程序原点开始测量。Ｘ３０.０的值也可能是从线段起始点位置开始测量。应注意尺寸字的数值有绝对坐标值和增量坐标值的区分。控制系统需要更多的信息来表达尺寸值的测量起点。编程中有两种测量起点。①以工件上同一个基准点，如工件坐标系零点，作为测量起点———称为绝对输入的零点。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定②以线段起始点作为测量起点———称为增量输入零点。图３－５（ａ）中，ＣＮＣ程序中从工件零点（公共原点）开始测量Ａ、Ｂ的尺寸得到的是绝对尺寸：Ａ点（Ｘ３０，Ｙ３０）；Ｂ点（Ｘ１１０，Ｙ７０）图３－５（ｂ）中，在程序中表达ＡＢ线段轨迹，Ｂ点坐标如果从起始点Ａ开始测量得到的是增量尺寸。Ｂ点增量坐标写成：（Ｘ８０，Ｙ４０）由于坐标数值有两种测量方式，并且坐标尺寸指令字的地址符相同，数控程序中必须加以区分。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定ＦＡＮＵＣ数控铣削系统中，尺寸测量模式由同组的两种模态Ｇ指令区分。准备功能Ｇ９０设定绝对尺寸模式；准备功能“Ｇ９１”设定增量尺寸模式。使用格式为：如图３－５中，Ａ→Ｂ点的运动，分别用绝对尺寸与增量尺寸表示Ｂ点坐标位置。当数控系统当前处于Ｇ９０绝对值编程方式时，Ｂ点的坐标是（Ｘ１１０，Ｙ７０），表示为：G90X110Y70；上一页下一页返回３.１加工程序基本规定当数控系统当前处于Ｇ９１增量值编程方式时，Ｂ点的坐标是（Ｘ８０，Ｙ４０），表示为：G91X80Y40；一般开机后，Ｇ９０作为默认状态被设置。在同一程序中，允许绝对值和增量值交替使用，正确交替使用，能给编程带来很大方便。４.快速定位指令Ｇ００程序中，切削刀具的进给运动的轨迹一般包括两种运动一种是生产性的切削进给运动，另一种则是非生产性的快速定位运动。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定快速运动定位的目的就是缩短非切削操作时间，指令刀具从起点按机床提供的最快速度移到规定的目标位置，此时刀具跟工件要确定没有接触。快速定位Ｇ００程序指令格式为：其中，Ｘ～、Ｙ～、Ｚ～为目标点在工件坐标系中的绝对坐标值或增量坐标值。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定如图３－６所示，若刀具开始位置点Ａ，指令刀具快速进给到点Ｂ，Ｂ绝对值坐标（Ｘ１１０，Ｙ７０），相对起点的增量值是（Ｘ８０，Ｙ４０），其程序为：G90G00X110Y70；（绝对值方式）或：G91G00X80Y40；（增量值方式）如图３－６所示，在执行Ｇ００指令的过程中，刀具的运动轨迹若不是平行于坐标轴直线轨迹时，ＣＮＣ控制的点定位轨迹为一折线。刀具先以双轴联动的方式（Ｘ、Ｙ向的速度相同）快速移动，然后再单轴向运动到终点。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定５.直线插补Ｇ０１指令在编程中，使用直线插补使刀具从起点到终点做直线切削运动，以精确加工连接起点和终点的直线轮廓。如图３－６所示，Ｇ０１模式与Ｇ００模式相比，多轴运动时的轨迹并不一样。直线插补Ｇ０１指令应用格式：其中：Ｘ～Ｙ～Ｚ～是目标点的坐标值，可以用绝对坐标，也可以用增量坐标。Ｆ代码指令刀具沿直线运动的进给速度。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定处于Ｇ０１进给模式时，进给速率必须指令，否则，视进给速度为零。指令进给速率用“Ｆ～”指令（Ｆ指令在下文将有论述）。如图３－６所示，若刀具开始位置点Ａ，指令刀具快速进给到点Ｂ，Ｂ绝对值坐标（Ｘ１１０，Ｙ７０），相对起点的增量值是（Ｘ８０，Ｙ４０），其程序为：G90

G01

X110

Y70

F100；（绝对值方式）G91

G01

X80Y40F100；（增量值方式）６.圆弧插补Ｇ０２、Ｇ０３指令（１）圆弧插补指令格式上一页下一页返回３.１加工程序基本规定圆弧插补指令Ｇ０２、Ｇ０３用来命令刀具在指定的平面内，以给定的Ｆ进给速度进行圆弧进给，切削出圆弧轮廓。Ｇ０２用于顺时针圆弧进给，Ｇ０３用于逆时针圆弧进给。如图３－７所示。圆弧插补进给指令的程序格式分别为：或上一页下一页返回３.１加工程序基本规定（２）圆弧所在平面设定指令Ｇ１７、Ｇ１８、Ｇ１９如果只规定圆弧的起点、终点，半径、顺逆方向，在三维空间，这样的圆弧应该有无穷个，而我们表达给ＣＮＣ系统的圆弧应该是唯一确定的。数控铣削规定圆弧所在的平面应该是笛卡儿直角坐标系的ＸＹ平面、ＸＺ平面和ＹＺ平面三个平面之一。假如指定了圆弧的插补平面，如ＸＹ平面，并规定圆弧的起点、终点、半径、顺逆方向，则圆弧便唯一确定了。一般数控系统规定用指令Ｇ１７选择ＸＹ平面；用Ｇ１８选择ＸＺ平面；用Ｇ１９选择ＹＺ平面内加工。如果程序中没有选择平面，那么铣床或加工中心控制器会自动默认为Ｇ１７（ＸＹ）平面。图３－８所示为３个选择平面的指令与所选择的平面。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定对于三坐标运动的数控铣床，在使用圆弧插补指令Ｇ０２或Ｇ０３、刀具半径补偿指令Ｇ４１或Ｇ４２、固定循环等指令应用时，需要进行平面选择。数控铣削系统往往把ＸＹ平面设成默认的平面。在编程时，我们应尽量编写平面选择指令，选择平面的Ｇ代码应位于需要设定坐标平面的加工指令的前面，以确定机床在哪一个平面内进行圆弧插补进给运动、刀具半径补偿等。３）圆弧顺时针、逆时针方向判断如图３－７，如果选择了插补平面，并确定了圆弧的起点、终点，半径，连接两点的圆弧仍有顺时针、逆时针方向的区分。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定直角坐标系中，圆弧的顺时针、逆时针回转方向的判断方法是：从垂直于圆弧所在平面的坐标轴由正到负的方向看平面内圆弧的顺逆方向。如当从Ｚ轴的由正到负的方向看ＸＹ坐标平面内圆弧的顺、逆方向。（４）圆弧半径的正、负如图３－９所示，在已知圆弧起点和终点的情况下，如果半径Ｒ为５０，几何作图会出现两段逆时针圆弧，如何区分它们呢？首先这两个圆弧圆心不同，圆心为Ｏ１的圆弧１，圆心为Ｏ２的圆弧２。圆弧插补编程时指令圆心即可。比如，圆心为Ｏ１的圆弧１插补程序：上一页下一页返回３.１加工程序基本规定G90G00X30Y30；（刀具快速点定位到Ａ点）G03X110Y70I30J40F100；（逆时针圆弧插补到Ｂ点，圆心为Ｏ１，相对Ａ点增量Ｉ３０Ｊ４０）圆心为Ｏ２的圆弧２插补程序：G90G00X30Y30；（刀具快速点定位到Ａ点）G03

X110Y70I50J0F100；（逆时针圆弧插补到Ｂ点，圆心为Ｏ２，相对Ａ点增量Ｉ５０Ｊ０）上一页下一页返回３.１加工程序基本规定上述编程方法虽然能区别两个圆弧，但必须指定圆心，编程时，圆心坐标往往难以从图样中直接得到，有时还要通过计算得到，但半径是比较容易从工件图中得到。ＦＡＮＵＣ数控系统为区别两种不同的圆弧，规定圆心角小于等于１８０°的圆弧半径用正值表示，圆心角大于１８０°的圆弧半径用负值表示。因此圆心为Ｏ１的圆弧１插补程序又可写成：G90G00X30Y30；（刀具快速点定位到Ａ点）G03X110Y70R50F100；（逆时针圆弧插补到Ｂ点，圆心为Ｏ１，圆心角小于１８０°）圆心为Ｏ２的圆弧２插补程序：上一页下一页返回３.１加工程序基本规定G90G00X30Y30；（刀具快速点定位到Ａ点）G03X110Y70R-50F100；（逆时针圆弧插补到Ｂ点，圆心为Ｏ２，圆心角大于１８０°）显然，指令半径值的编程简单多了。（４）整圆编程格式加工整圆时，应该用Ｉ、Ｊ、Ｋ指令圆心来编程，整圆不能用圆弧半径Ｒ编程。如图３－１０所示。从Ａ点顺时针一周时整圆编程：G54G90G01X25Y0；（到达整圆起点Ａ）G02I-25.0F100；（整圆周进给回到起点Ａ）上一页下一页返回３.１加工程序基本规定从Ｂ点逆时针一周时整圆编程：G54G90G01X0Y-25；（到达整圆起点Ｂ）G03J25.0

F100；（整圆周进给回到起点Ｂ）７.进给暂停（延迟）指令Ｇ０４暂停指令应用在程序中，是有目的的进给运动时间延迟。在程序指定的延迟时间内，轴的进给运动将停止，主轴却仍在运转，所以仍应看作是一个加工的动作。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定进给暂停的常见准备功能指令是Ｇ０４，并指定暂停时间，暂停时间指令的常用的地址是Ｘ、Ｐ。Ｘ地址字指令的数值单位一般是秒，Ｐ地址字指令的数值单位是毫秒，１秒＝１０００毫秒，暂停时间往往只是几毫秒或几秒。暂停指令格式如下：G04X～；（除固定循环外，所有机床都适用）G04P～；上一页下一页返回３.１加工程序基本规定８.自动返回参考点—Ｇ２８Ｇ２８指令能使受控的坐标轴从任何位置以快速定位方式经中间点自动返回参考点，到达参考点时，相应坐标轴的指示灯亮。格式：Ｇ２８Ｘ～Ｙ～Ｚ～；参数说明：Ｘ～Ｙ～Ｚ～为返回运动中间点的坐标值。选择返回运动过程中的中间点，其目的的为了避免刀具与工件、机床和夹具相碰撞。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定３.１.５ＦＡＮＵＣ铣削系统常用Ｍ指令数控机床的一些开关动作由Ｍ指令控制，ＦＡＮＵＣ铣削系统的Ｍ指令见表３－３所示。分析表３－３中的Ｍ指令，可以看出Ｍ功能常常有两种状态的选择模式，比如“开”和“关”，“进”和“出”，“向前”和“向后”“进”和“退”，“调用”和“结束”，“夹紧”和“松开”等相对立的辅助功能。下面对常用的辅助功能指令加以说明。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定１.Ｍ００、Ｍ０１、Ｍ０２、Ｍ３０指令在ＦＡＮＵＣ数控系统中，执行Ｍ００、Ｍ０１、Ｍ０２、Ｍ３０指令加工程序将停止，而启动执行程序则要求操作人员按下操作面板“循环启动”键。（１）Ｍ００表示程序停。当执行了Ｍ００之后，完成编有Ｍ００指令的程序段中的其他指令后，主轴停止、进给停止、冷却液关断、程序停止，此时可执行某一手动操作，重新按“循环启动”按钮，机床将继续执行下一程序段。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定（２）Ｍ０１表示计划停止。当执行到这一条程序时，以后还执行下一条程序与否，取决于操作人员事先是否按了面板上计划停止按钮，如果没按，那么这一代码就无效，继续执行下一段程序。所以采用这种方法是给操作者一个机会，可以对关键尺寸或项目进行检查，这样在程序编制过程中就留下这样一个环节，如果不需要的话，只要不按计划停止按钮即可。（３）Ｍ０２表示加工程序结束。Ｍ０２是程序中最后一段，它使主轴、进给、冷却液都停下来，并使数控系统处于复位状态。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定（４）Ｍ３０表示指令程序结束并返回。Ｍ３０指令与Ｍ０２有类似的作用，但Ｍ３０可以使程序返回到开始状态，即光标回到程序头，如按“循环启动”，程序又始执行。常用于批量生产情境。２.Ｍ０３、Ｍ０４和Ｍ０５Ｍ０３、Ｍ０４分别表示主轴正转、反转。Ｍ０５表示主轴停，指令表示在执行完所在程序段的其他指令之后停止主轴。３.Ｍ０７、Ｍ０８和Ｍ０９Ｍ０８、Ｍ０７表示冷却液开。Ｍ０９表示冷却液关。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定Ｍ０９表示冷却液关。４.Ｍ９８和Ｍ９９Ｍ９８表示调用子程序。Ｍ９９表示子程序结束，返回主程序。３.１.６其他指令应用说明１.进给速率指令进给功能字：由地址符Ｆ和若干位数字组成，故又称Ｆ功能或Ｆ指令。它的功能是指定切削的进给速率，具体的进给速率由Ｆ后的数字给出，如：Ｆ２００。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定Ｆ进给速率的单位有每转进给量（ｍｍ／ｒ）和每分钟进给速度（ｍｍ／ｍｉｎ）两种。在ＦＡＮＵＣ数控铣削系统用Ｇ９４、Ｇ９５来区分单位是每分钟进给速度还是每转进给量。进给速率指令应用如下例：

G94F200；（“Ｆ２００”单位是ｍｍ／ｍｉｎ）或：G95F02；（“Ｆ０.２”单位是ｍｍ／ｒ）有时Ｆ还可用来指定螺纹导程，如Ｆ１.５在螺纹加工程序段中表示螺纹导程为１.５ｍｍ。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定２.主轴旋转速率指令主轴转速功能字，由地址码Ｓ和若干位数字组成，故又称Ｓ功能或Ｓ指令，后面的数字直接指定主轴的转速，单位为转／分钟（ｒ／ｍｉｎ）。例如：Ｓ６００表示主轴转速为６００ｒ／ｍｉｎ。Ｓ后面的数字还可指定切削线速度，单位为ｍ／ｍｉｎ。用Ｇ９７、Ｇ９６来选择是指定每分钟转速还是线速度。例如：

G96S200；（“Ｓ２００”单位是ｍ／ｍｉｎ）或：G97S1000；（“Ｓ１０００”单位是ｒ／ｍｉｎ）线速度和转速之间的关系为：ｖ＝πＤｎ／１０００上一页下一页返回３.１加工程序基本规定或：ｎ＝１０００ｖ／πＤ式中：Ｄ—切削部位的直径（ｍｍ）；ｖ—切削线速度（ｍ／ｍｉｎ）；ｎ—主轴转速（ｒ／ｍｉｎ）。３.顺序号字顺序号字又称程序段号。位于程序段之首，用地址符Ｎ和后面的若干位数字（常用２～４位）来表示。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定一般都将第一程序段冠以Ｎ１０，后面以１０为间隔设置，这主要是便于调试时插入新的程序段。如在Ｎ１０和Ｎ２０之间可插入Ｎ１１～Ｎ１９。顺序号相当于程序段的名字，作用主要是便于程序编辑时的校对和检索修改，还可用于程序转移。程序执行的顺序和程序输入的顺序有关，而与顺序号的大小无关。４.刀具功能字刀具功能字：由地址符Ｔ和若干位数字组成，故又称Ｔ功能或Ｔ指令，主要用来指定加工所用的刀具。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定（１）数控车床的刀具功能。数控车床的Ｔ指令一般有两个功能，一是用来指令转塔上的刀具转换到工作位置；二是指令刀具的补偿号。ＦＡＮＵＣ数控车床的刀具功能字Ｔ字符后常用４位，一般前面２位表示刀具号，后面２位表示刀具补偿号。（２）数控铣床的刀具功能数控铣床系统的刀具功能只表示刀具号，而刀补号由地址符Ｄ或Ｈ指定。由于是手动换刀，所以Ｔ指令没有用来指令刀具自动换刀的功能。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定（３）数控加工中心的刀具功能数控加工中心用字符Ｔ及随后的号码表示指定加工时选用的该号刀具，在加工中心上使用Ｔ××指令刀库选刀，用Ｍ０６指令主轴上刀具与刀库所选刀实现交换，即新刀具被装到工作位置。３.１.７加工程序格式数控加工中，工件一次装夹的自动加工过程，一般用由若干个顺序排列的程序段组成的一个加工程序来表示，程序中的各个程序段分别用来指令机床某时刻的加工运动或和状态，每个程序段由若干个程序指令字组成。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定１.程序段及指令字格式ＣＮＣ系统将若干个指令字组成的程序段是作为一个整体单位来处理。指令字格式由特定的数控系统规定，表明该ＣＮＣ系统能接受处理的数据格式。２.数控程序结构数控程序一般的结构形式包括程序起始符，程序名，程序头，程序主体。（１）程序起始符。一般为“％”程序起始符单列一行，可省略。（２）程序名。单列一行，以规定的英文字母（通常为Ｏ）为首，后面接若干位（通常为４位）的数字，例如“Ｏ０６００”。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定（３）程序头。注释或程序编写的一些说明，放在由圆括号内，对程序员和操作人员有用。（４）程序主体。由多个程序段组成，表示加工过程顺序。（５）程序结束符。程序结束的标记符，一般与程序起始符相同，可省略。３.１.８编制数控加工程序举例设要在厚度３０ｍｍ板上铣削如图３－１１（ａ）所示宽１０、深５的环槽，槽中线轨迹由图３－１１（ｂ）中尺寸确定，选择直径１０ｍｍ的键槽铣刀沿槽中线轨迹铣削完成槽加工，试编写刀具沿环槽中线轨迹进给的程序。上一页下一页返回３.１加工程序基本规定如图３－１１（ｃ），设环槽中心线轨迹左下角Ｏ点为Ｘ、Ｙ向零点，上表面为Ｚ向零点高度位置平面，槽中线轨迹由直线段ＯＡ，直线段ＡＢ，直线段ＢＣ，圆弧段ＣＤ，直线段ＤＯ组成。Ｏ为刀具路线的起始点，又是终止点。以Ｏ点建立ＸＯＹ直角坐标系，依据图３－１１（ｂ）中尺寸，得到各点坐标如表３－４所示：刀具沿槽中心轨迹进给加工程序如下：O3101；（设定程序名Ｏ３１０１）N10G54G90G21G17G97G94；（Ｇ５４零点偏置，程序初始设定）上一页下一页返回３.１加工程序基本规定N20S300M03；（主轴正转，３００ｒ／ｍｉｎ）N30G00X0Y0；（Ｘ、Ｙ向快速定位到点Ｏ上方）N40G00Z2；（Ｚ向移动刀具距上表面２ｍｍ的高度）N50G01Z-50F50；（刀具Ｚ向下钻入工件，到达表面下５ｍｍ，进给速度５０ｍｍ／ｍｉｎ）N60G01Y40F100；（直线铣削至Ａ，进给速度１００ｍｍ／ｍｉｎ）N70X110Y6947；（直线铣削至Ｂ，进给速度１００ｍｍ／ｍｉｎ）N80Y20；（直线进给至Ｃ，进给速度１００ｍｍ／ｍｉｎ）上一页下一页返回３.１加工程序基本规定N90G02X90Y0R20；（顺圆铣削至Ｄ，进给速度１００ｍｍ／ｍｉｎ）N100G01X0；（直线铣削至Ｏ，进给速度１００ｍｍ／ｍｉｎ）N120G00Z500；（快速抬刀至工件表面上方５０ｍｍ高度）N130G28M05；（回参考点，主轴停）N140M30；（程序结束）上一页返回３.２刀具补偿指令及应用３.２.１刀具半径补偿１.刀具半径补偿的概念设要在厚度３０ｍｍ板上加工如图３－１２（ａ）工件轮廓，工件轮廓由图中尺寸确定。如图３－１２（ｂ），工件轮廓由直线段ＯＡ，直线段ＡＢ，直线段ＢＣ，圆弧段ＣＤ，直线段ＤＯ组成，设定如图坐标系（Ｚ向零点高度设在上表面），依据尺寸标注，得到轮廓上相应基点Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ的坐标。如果把图３－１２（ａ）的轮廓与图３－１１（ａ）所示的槽中线比较，各基点坐标是一样的，但是具有一定直径的刀具，下一页返回３.２刀具补偿指令及应用如果让刀具的端面中心代表刀具，以轮廓为进给轨迹铣削轮廓，将是一个错误，因为会出现如图３－１２（ｃ）过切，过切量是一个刀具半径。除非刀具的半径为零，显然这样是不可能的。要成功切削出ＯＡＢＣＤ轮廓，必须让刀具的走刀路线偏离零件轮廓一个半径。如图３－１３，设刀具的半径１２ｍｍ，设计Ｏ１Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１走刀路线偏离工件轮廓一个刀具半径。但这样的设计还是有问题，因为刀具从Ｏ１下刀到切削深度时，刀具将碰撞上工件。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用因此还应完善路线设计，延长Ａ１Ｏ１到Ｐ１，延长Ｄ１Ｏ１到Ｑ１，Ｐ１、Ｑ１在工件之外，与工件间有一定的安全间隙，刀具从Ｐ１下刀到轮廓台阶面深度，然后从Ｐ１点出发，沿Ｐ１Ａ１，Ａ１Ｂ１，Ｂ１Ｃ１，Ｃ１Ｄ１进给，然后沿Ｄ１Ｑ１切出零件轮廓。编写程序Ｏ３２０１如下：O3201（主程序号）N1G54G90G21G17；（零点偏置程序初始设定）N2S500M03；（旋转主轴）N3G00X-12Y-29；（快进到点Ｐ１）N4Z-50；（Ｚ向下刀到Ｚ－５）上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用N5G01Y4921F100；（直线插补至Ａ１）N6X122Y8511；（直线插补至Ｂ１）N7Y20；（直线插补至Ｃ１）N8G02X90Y-12R32；（顺圆插补至Ｄ１）N9G01X-29；（直线插补至Ｑ１）N10G00Z500；（快速抬刀至Ｚ５０高度平面）N11G28M05；（回参考点，主轴停）N12M30；（程序结束，复位）上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用半径１２ｍｍ的刀具用上述程序加工似乎可以成功切削轮廓，但因为刀具轨迹与工件轮廓不重合，因此偏移轮廓一个半径的进给轨迹需要重新计算，其计算常常比较复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，并修改程序。这样的方法既复杂繁锁，又不易保证加工精度。现代数控系统具备刀具半径补偿功能，数控程序只需按工件轮廓编写，当机床操作工向数控系统的一个寄存器存入实际使用的刀具半径值，当数控系统读入刀具半径补偿值，会自动计算偏移轮廓一个半径的刀路轨迹，即进行刀具半径补偿计算，这样会降低了编程工作量。下面学习如何应用半径补偿。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用２.刀具半径补偿量的存入数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具轨迹的过程交由数控系统执行。编程员假设刀具的半径为零，直接根据工件的轮廓形状进行编程，提供轮廓数据信息；操作工人负责将刀具半径则存放刀具半径偏置寄存器中，ＦＡＮＵＣ系统半径补偿值寄存器如图３－１４。数控系统执行程序时，根据轮廓数据和刀具半径自动计算刀具中心轨迹。当刀具半径发生变化时，不需要修改加工程序，只需修改放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用在执行程序加工前，操作工按下ＭＤＩ键盘的ＯＦＦＳＥＴ键，打开如图３－１４ＦＡＮＵＣ系统刀具长度、半径补偿值寄存器画面，把半径补偿存入到程序指定的存储器地址。通过键盘存入刀具半径“１２”到Ｄ１位置（Ｄ列的００１行）。２.刀具半径补偿调用指令Ｇ４１、Ｇ４２加工程序如何调用存入的半径补偿？ＦＡＮＵＣ系统半径补偿指令是Ｇ４１、Ｇ４２刀具半径补偿指令格式如下：G17/G18/G19

G00/G01

G41/G42

X～Y～D～；上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用其中：Ｇ４１为左偏置刀具半径补偿指令，Ｇ４２为右偏置刀具半径补偿指令。如图３－１５所示，当沿着刀具前进方向看，刀具中心在工件轮廓左边时为左偏置，刀具中心在工件轮廓右边时为右偏置。刀具半径补偿指令格式中，“Ｄ～”指令半径补偿的存入地址，如“Ｄ０１”指令调用存在寄存器Ｄ列的００１行的半径补偿值。当不需要进行刀具半径补偿时，则用Ｇ４０取消刀具半径补偿。指令格式：G00/G01

G40

X～Y～；上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用Ｇ４１和Ｇ４２均为模态指令，Ｇ４０指令取消模态，Ｇ４０必须与Ｇ４１或Ｇ４２成对使用。刀具半径补偿应在规定的平面内进行，此平面称为补偿平面，使用平面选择指令Ｇ１７、Ｇ１８和Ｇ１９，可以分别选择ＸＹ、ＸＺ或ＹＺ作为补偿平面，数控铣床一般默认在ＸＹ平面内进行半径补偿，Ｇ１７可以省略不写。３.半径补偿程序的编写半径补偿程序编写前，先要做一些准备工作，最重要的是确定刀具轨迹，刀具轨迹由一些点连接而成，除了工件轮廓上的点，我们还要选择快速接近工件的点Ｓ，切入轮廓的点Ｐ，切出轮廓的点Ｑ。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用如图３－１６所示，Ｓ、Ｐ、Ｑ都设在工件之外，其位置选择保证了刀具与工件坯料之间有一定的安全间隙。半径补偿程序一般分为刀具半径补偿的建立、刀具半径补偿执行、刀具补偿撤销三阶段。图３－１７中，通过ＳＰ运动建立补偿；在ＰＡＤＣＤＱ轨迹运动中，刀具处于半径补偿加工状态。如图３－１８，通过ＱＳ运动取消补偿。（１）刀具半径补偿的建立刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点，用Ｇ０１或Ｇ００进给方式接近工件时，刀具中心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的过程。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用刀具半径补偿偏置方向由Ｇ４１（左补偿）或Ｇ４２（右补偿）确定。设ϕ２４立铣刀编号为Ｔ０１，半径补偿号为Ｄ０１，在图３－１４所示存储器的Ｄ０１中存放半径补偿值Ｄ０１＝１２。图３－１７中，当刀具Ｔ０１下刀至切削深度，刀具从起点Ｓ用一个快速Ｓ→Ｐ运动建立半径补偿，程序段的终点是Ｐ，但经半径补偿后到达的点是Ｐ１点，Ｐ１点相对要加工轮廓的延长线向左偏移了一个半径。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用（２）刀具补偿撤销当最后一段刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤离工件，回到起刀点，在这个过程中应取消刀具半径补偿，其指令用Ｇ４０。如图３－１８所示，刀具从Ｑ点有用一个快速ＱＳ运动取消半径补偿，程序段的起点是Ｑ，但取消半径补偿前的实际刀具中心起点却是Ｑ１，经取消半径补偿程序段执行后，刀具中心实际从Ｑ１到达的终点是Ｓ。编写图３－１２（ａ）轮廓半径补偿加工程序Ｏ３２０２：上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用O3202；（主程序号）N1G21G54G17G90；（Ｘ、Ｙ、Ｚ向零点偏置）N2G00X-45Y-45；（快进到起刀点Ｓ）N3Z-50S500M03；（Ｚ轴下刀到Ｚ－５，主轴旋转）N4G41G01X0Y-29F100D1；（在ＳＰ直线运动中建立半径补偿）N5G01Y40F100；（直线插补至Ａ）N6X110Y6947；（直线插补至Ｂ）N7Y20；（直线插补至Ｃ）上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用N8G02X90Y0R20；（顺圆插补至Ｄ）N9G01X-29；（直线插补至Ｑ）N10G00G40X-45Y-45；（在ＱＳ点定位运动中取消半径补偿）N11Z500；（快速抬刀至Ｚ５０高度）N12G28M05；（回参考点，主轴停）N13M30；（程序结束，复位）Ｏ３２０２加工程序中，建立半径补偿的程序段为Ｎ４。在半径补偿状态下切削加工的程序段为Ｎ５、Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８、Ｎ９，在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离程序轨迹一个刀具半径值的距离。取消半径补偿的程序段为Ｎ１０。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用４.刀具半径补偿功能的应用现代数控系统具有刀具半径补偿功能，是数控加工技术的一个重要发展，给数控加工带来了很多的方便。刀具半径补偿功能一般有以下两种应用。（１）当刀具因磨损、重磨、换新而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后刀具直径。如图３－１９（ａ）所示，１为较大直径的刀具，２为较小直径的刀具，两者直径不同，只需将刀具参数表中的刀具半径ｒ１改为ｒ２，即可适用同一程序。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用（２）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿的变化，可进行粗、精加工。如图３－１９（ｂ）所示，刀具半径为ｒ，精加工余量为Δ。粗加工时，输入刀具半径补偿值Ｄ＝ｒ＋Δ，则加工出虚线轮廓。精加工时，用同一程序、同一刀具，但输入刀具半径补偿值Ｄ＝ｒ，则加工出实线轮廓。３.２.２刀具长度补偿１.刀具长度补偿的概念及指令格式上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用刀具长度补偿是用来补偿指定的刀具长度（位置）与实际的刀具长度（位置）之间的差值。数控铣床通常在Ｚ轴向使用刀具长度补偿，来调整机床坐标与工件坐标在Ｚ方向上差别。刀具长度补偿指令格式：G43

Z～H01；（刀具长度正补偿）G44

Z～H01；（刀具长度负补偿）G49或H00；（取消刀具长度补偿）上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用格式中，Ｈ为刀长补偿号，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址号，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。刀长补偿号可用Ｈ００～Ｈ９９来指定。执行程序前，需在与地址Ｈ所对应的偏置量存储器中，存入相应的偏置值，如图３－１４。执行G43时，Z实际值＝Z指令值+（Hxx）执行G44时，Z实际值＝Z指令值-（Hxx）Ｈｘｘ值可以是正值或者是负值。当刀长补偿量取负值时，Ｇ４３和Ｇ４４的功效将互换。上一页下一页返回３.２刀具补偿指令及应用刀具长度补偿指令通常用在下刀及提刀的直线段程序Ｇ００或Ｇ０１中，使用多把刀具时，通常是每一把刀具对应一个刀长补偿号，下刀时使用Ｇ４３或Ｇ４４。以Ｚ轴补偿为例，如程序段Ｎ２０指令：N20G91G00G43Z100.0H01；如果已经在“形状（Ｈ）”第一行存入“－２００.０”，指令“Ｈ０１”调用长度补偿“－２００.０”，执行Ｎ２０程序段，将用Ｚ坐标值１００.０与Ｈ０１中所存“－２００.０”进行“加”运算，即１００.０＋（