第5章 数控铣床的编程

第5章数控铣床的编程5.1数控铣床概述5.2数控铣床编程基础5.3基本编程方法5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例练习与思考题5.1数控铣床概述数控铣床是目前广泛采用的数控机床，有立式和卧式两种。这种数控机床功能齐全，主要用于各类较复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各类模具、样板、叶片、凸轮、连杆和箱体等。并能进行铣槽、钻、扩、铰、镗孔的工作，特别适合于加工各种具有复杂曲线轮廓及截面的零件，尤其是进行模具加工。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：1．主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统2．进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成3．控制系统4．辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统等装置。5．机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等。5.1.1数控铣床的用途和组成华中XKA71402数控立式铣床华中XKA714数控立式铣床5.1

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概

述华中ZJK7532-A铣钻床定梁龙门铣5.1

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述数控铣床的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、定位精度、重复定位精度等，其具体内容及作用详见表5-1。5.1.2机床的主要技术参数5.1

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概

述类别主要内容作用尺寸参数工作台面积（长×宽）、承量影响加工工件的尺寸范围（重量）、编程范围及刀具、工件、机床之间干涉各坐标最大行程主轴套筒移动距离主轴端面到工作台距离接口参数工作台T形槽数、槽宽、槽间距影响工件及刀具安装主轴孔锥度、直径运动参数主轴转速范围影响加工性能及编程参数工作台快进速度、切削进给速度范围动力参数主轴电机功率影响切削负荷伺服电机额定转矩精度参数定位精度、重复定位精度影响加工精度及其一致性分度精度（回转工作台）表5-1数控铣床主要技术参数

1．主传动系统

机床铣头为一整体的刚性结构。主传动采用专用的无级调速主电动机（3.7kW/5.5kW），由带轮将运动传至主轴。

2．进给传动系统

工作台的纵向（X轴）和横向（Y轴）进给运动、主轴套筒的垂直方向（Z轴）进给运动，都是由各自的交流伺服电动机驱动，分别通过同步齿形带带动带轮传给滚珠丝杠，实现进给。5.1.3机床的传动系统5.1

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述各种类型数控铣床所配置的数控系统，虽然功能各有不同有较大的差别，但除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。1．点位控制功能2．连续轮廓控制功能3．刀具半径补偿功能4．刀具长度补偿功能5．比例及镜像加工功能6．旋转功能7．公制、英制单位转换8．子程序调用功能9．宏程序功能10．数据输入输出及DNC功能11．数据采集功能12．自诊断功能5.2.1数控铣床的主要功能5.2数控铣床编程基础铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，主要用来平面铣削和轮廓铣削（按加工时工件所处的位置分为水平面、垂直面、斜面）、台阶面、沟槽（键槽、燕尾槽、T形槽等），也可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、锪孔及螺纹加工。常见的铣削加工范围见图5-1。5.2.2数控铣床的加工工艺范围图5-1铣削主要加工范围5.2

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础适于采用数控铣削的零件有箱体类零件、变斜角类零件和曲面类零件。1．平面类零件平面类零件的特点是各个加工表面是平面，或可以展开为平面。目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。2．变斜角类零件加工面与水平面的夹角成连续变化的零件称为变斜角类零件。加工变斜角类零件最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工。3．曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。常用的加工方法主要有下列两种：（1）采用两轴半坐标行切法加工。行切法是在加工时只有两个坐标联动，另一个坐标按一定行距周期行进给。这种方法常用于不太复杂的空间曲面的加工。（2）采用三轴联动方法加工。所用的铣床必须具有X、Y、Z三坐标联动加工功能，可进行空间直线插补。这种方法常用于发动机及模具等较复杂空间曲面的加工。5.2

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础数控铣床的工艺装备主要包括夹具和刀具两类。1．夹具（1）在选用夹具时应综合考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性等问题。（2）零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。（3）夹紧力应力求通过靠近主要支撑点或在支撑点所组成的三角形内。（4）零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性。5.2.3数控铣床工艺装备5.2

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础2．刀具一般说来，数控机床所用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具材料抗脆性好，有良好的断屑性能和可调、易更换等特点。（1）平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。（2）立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。（3）铣削平面零件的周边轮廓一般采用立铣刀。（4）加工型面零件和变斜角轮廓外形时常采用球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等，如图5-2所示。另外，对于一些成型面还常使用各种成型铣刀。图5-2轮廓加工常用刀具5.2

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础由于数控代码在不同系统中个别含义除了少数应用不同外，大部分相似，因而本节将以常用的FANUC数控系统为例介绍数控铣床的系统功能。常用功能地址码及其含义见表5-2：5.3.1数控系统功能5.3基本编程方法功

能文字码含义程序号O：ISO/EIA表示程序代号(1-9999)程序段号N表示程序段代号(1-9999)准备机能G确定移动方式等准备功能坐标字X、Y、Z、A、B、C坐标轴移动指令(±99999.999mm)R圆弧半径(±99999.999mm)I、J、K圆弧圆心坐标(±99999.999mm)进给功能F表示进给速度(1-1000mm/min)主轴功能S表示主轴转速(0-9999r/min)刀具功能T表示刀具号(0-99)辅助功能M冷却液开、关控制等辅助功能(0-99)偏移号H表示偏移代号(0-99)暂停P、X表示暂停时间(0-99999.999s)子程序号及子程序调用次数P子程序的标定及子程序重复调用次数设定(1-9999)宏变量P、Q、R变量代号表5-2常用功能地址码及其含义5.3

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方

法1．准备功能（G功能）准备功能G代码是建立坐标平面、坐标系偏置、刀具与工件相对运动轨迹（插补功能）、以及刀具补偿等多种加工操作方式的指令。准备功能代码是用地址字G和后面的二位数字来表示的，范围由G00～G99。它规定了该程序段指令的功能。常用G代码指令的功能如书上表5-3所示。下面章节会具体介绍。5.3

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法表5-4M辅助功能代码2．辅助功能代码辅助功能由地址字M和其后的两位数字组成，主要用于控制机床的各种辅助功能的开关动作，以及零件程序的走向，如主轴的启停、切削液的开关等。如表5-4。M功能也有非模态功能和模态功能两种形式。

——非模态M功能（当段有效代码），它只在当前程序段中有效。

——模态M功能（续效代码）是一组可相互注销的M功能。这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。代码模态功能说明代码模态功能说明M00非模态程序停止M03模态主轴正转起动M01非模态选择停止M04模态主轴反转起动M02非模态程序结束M05*模态主轴停止转动M30非模态程序结束并返回程序起始点M06非模态换刀M98非模态调用子程序M07模态切削液打开M99非模态子程序结束M09*模态切削液停止5.3

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方

法3．F、S、T、H代码（1）进给功能代码F表示进给速度，用字母F及其后面的若干位数字来表示，单位为mm/min(米制)或in/min(英制)。例如，米制Fl5表示进给速度为15mm/min。（2）主轴功能代码S表示主轴转速，用字母S及其后面的若干位数字来表示，单位为r/min。例如，S250表示主轴转速为250r/min。（3）刀具功能代码T表示选刀功能。在进行多道工序加工时，必须选取合适的刀具。每把刀具应安排一个刀号，刀号在程序中指定。刀具功能用字母T及其后面的数字（最多8位）来表示，即T00～T99，因此，最多可换100把刀。如T06表示第6号刀具。（4）刀具补偿功能代码H表示刀具补偿号。它由字母H及其后面的两位数字表示。该两位数字为存放刀具补偿量的寄存器地址字。如H18表示刀具补偿量用第18号。1．绝对值编程/相对值编程（G90/G91）

格式：

G

X

Y

Z

；5.3.2数控铣床加工坐标系5.3

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方

法G90为绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的。G91为相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置始点而言的。例如图5-3中给出了刀具由原点→1→2→3点移动时两种不同指令的区别。图5-3绝对值编程与相对值编程G90编程N01G90G01X20Y15F0.3；N02X40Y45；N03X60Y25；G91编程N01G91G01X20Y15F0.3；N02X20Y30；N03X20Y-20；5.3

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方

法2．设定工件坐标系（G92）格式：G92X

Y

Z

A

B

C

；其中X、Y、Z、A、B、C为坐标原点(程序原点)到刀具起点(对刀点)的有向距离。G92并不驱使机床刀具或工作台运动，数控系统通过G92命令确定刀具当前机床坐标位置相对于加工原点（编程起点）的距离关系，以求建立起工件坐标系。格式中的尺寸字X、Y、Z指定起刀点相对于工件原定的位置。注意：①执行此段程序只是建立在工件坐标系中刀具起点相对于程序原点的位置，刀具并不产生运动。②执行此程序段之前必须保证刀位点与程序起点（对刀点）符合。③G92指令需要后续坐标值指定刀具当前点（对刀点）在工件坐标系中的位置，因此必须单独一个程序段指定。G92指令段一般放在一个零件程序的首段。5.3

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方

法要建立如图5-4所示工件的坐标系，使用G92设定坐标系的程序，图5-4a，G92X20Y10Z10；图5-4b，G92X150.Y180；其确立的加工原点在距离刀具起始点X=150，Y=180的位置上。（a）（b）图5-4G92设置加工坐标系基准点xy1501805.3

基

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方

法3．直接机床坐标系选择（G53）格式为：G53Xα

Z

β

（如图5-5所示）G53是机床坐标系编程，该指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上。在含有G53的程序段中，应采用绝对值编程。且X、Y、Z均为负值。例如G53G90X-100Y-100Z-20；则执行后刀具在机床坐标系中的位置如图5-6所示。图5-5G53指令含义机床原点参考点βα图5-6G53选择机床坐标系5.3

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方

法

4．工件坐标系选择（G54～G59）图5-7工件坐标系选择(G54～G59)

格式：除了使用G92建立工件坐标系外，还可用G54～G59在6个预定的工件坐标系中选择当前工件坐标系，这6个预定工件坐标系的坐标原点在机床坐标系中的值(工件零点偏置值)可用MDI方式输入，系统自动记忆。见图5-7，其中：G54——工件坐标系1；G55——工件坐标系2；G56——工件坐标系3；G57——工件坐标系4；G58——工件坐标系5；G59——工件坐标系6。参考点机床坐标系原点加工坐标系1G54加工坐标系2G55加工坐标系3G56加工坐标系4G57加工坐标系5G58加工坐标系6G595.3

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方

法

例如图5-8所示的使用工件坐标系的程序：

图5-8工件坐标系的使用N01G54G00G90X30Y40；刀具从当前点移动到A点

N02G59；建立新的工件坐标系N03G00X30Y30；刀具从A点移动到B点5.3

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方

法在使用G54~G59加工坐标系时，就不再用G92指令；若再用G92指令时，原来的坐标系统和加工坐标系将平移，产生一个新的工件坐标系。例如图5-9。图5-9

加工坐标系选择指令示例N10G54G00X200.0Y160.0；刀具在A点定位N20G92X100.0Y100.0；零点O移至O′点5.3

基

本

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程

方

法5．局部坐标系设定（G52）格式：G52XYZ其中X、Y、Z为局部坐标系原点在工件坐标系中的坐标值。G52指令能在所有的工件坐标系（G54～G59）内形成子坐标系，即设定局部坐标系。6．平面选择功能（G17、G18、G19）图5-10

平面选择指令平面选择G17、G18、G19指令分别用来指定程序段中刀具的插补和半径补偿平面。G17：选择XY平面；G18：选择ZX平面；G19：选择YZ平面（如图5-10所示）。5.3.3一般通用功能指令5.3

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方

法数控系统中有的指令和其它数控系统中也大致相同的，属于一般通用的指令，在第2章有较为详细的介绍，本节只做简要介绍。1．运动及插补功能（1）快速定位指令（G00）格式：G00X__Y__Z__；式中：X、Y、Z的值是快速点定位的终点坐标值。G00指令用于命令刀具以点位控制方式从刀具当前所在位置以最快速度移动到下一个目标位置。如图5-11所示，刀具快速移动到B点（20，30）的指令格式为：G00X20.0Y30.0。（a）同时到达终点（b）单向移动至终点图5-11快速点定位5.3

基

本

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方

法（2）直线插补（G01）格式：G01X__Y__Z__；式中：X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值；G01命令刀具以指定的速度直线运动到指定的坐标位置，是进行切削运动的两种主要方式之一。如图5-12所示，刀具以250mm/min的速度直线插补运动到B点（10，10）的指令格式为：G90G01X10Y10F250图5-12直线插补运动当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：G02X321.65Y280I40J140F50或：G02X321.65Y280R-145.6F50当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为：G03X160Y60I-121.65J-80F50或：G03X160Y60R-145.6F505.3

基

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编

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方

法（3）顺时针、逆时针圆弧插补（G02、G03）命令刀具以指定的速度以圆弧运动到指定的位置。G02/G03有两种表达格式：一种为半径格式，使用参数值R。另一种为向量格式，使用相对于起始点坐标增量表示的参数I、J、K给出圆心坐标。如图5-13所示，刀具以50mm/min的速度切削圆弧。图5-13

圆弧插补应用1）绝对值指令G90时G90G28X130.0Y70.0

当前点A→B→RM06

换刀G29X180.0Y30.0

参考点R→B→C2）增量值指令G91时G91G28X100.0Y20.0M06G29X50.0Y-40.05.3

基

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程

方

法2．返回指令（G27～G30）（1）返回参考点校验G27指令

G27X___Y___Z___（2）自动返回参考点G28指令G28X___Y___Z___（3）从参考点返回G29指令G29X___Y___Z___例如图5-14所示：图5-14自动返回参考点5.3

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方

法3．暂停指令（G04）G04暂停G04指令刀具暂时停止进给，直到经过指令的暂停时间，再继续执行下一程序段。4．英制、米制输入指令（G20、G21）G21、G20分别指令程序中输入数据为米制或英制。5.3.4刀具半径补偿功能5.3

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法为了简化零件的数控加工编程，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，CNC系统一般都具有刀具长度和刀具半径补偿功能。在现代CNC系统中，有的已具备三维刀具半径补偿功能。对于四、五坐标联动数控加工，还不具备刀具半径补偿功能，必须在刀位计算时考虑刀具半径。刀具长度补偿也要视情况而定，一般而言，刀具长度补偿对于二坐标和三坐标联动数控加工是有效的，但对于刀具摆动的四、五坐标联动数控加工，刀具长度补偿则无效，在进行刀位计算时可以不考虑刀具长度，但后置处理计算过程中必须考虑刀具长度。5.3

基

本

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方

法1．刀具长度补偿在现代CNC系统中，用MDI方式进行刀具长度补偿的过程是：机床操作者在完成零件装夹、程序原点设置之后，根据刀具长度测量基准采用对刀仪测量刀具长度L(如图5-15所示)，然后在相应的刀具长度偏置寄存器中，写入相应的刀具长度参数值。当程序运行时，数控系统根据刀具长度基准使刀具自动离开工件一个刀具长度的距离，从而完成刀具长度补于工件运动，面刀具长度补偿有效之前，刀具相对于工件的坐标是机床上刀具长度基准点相对于工件的坐标。

（a）（b)图5-15刀具长度（a）棒铣刀刀具长度（b）球形刀刀具长度5.3

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程

方

法程序命令方式由刀具长度补偿指令实现（如图5-16）：

G43为刀具长度正补偿或离开工件补偿，G44为刀具长度负补偿或趋向工件补偿。G49为刀具长度补偿撤消使用非零的Hnn代码选择正确的刀具长度偏置寄存器号，正补偿将刀具长度值加到指令的Z轴坐标位置，，负补偿则将刀具长度值从指令的轴坐标位置减去，。G49为撤消补偿。图5-18刀具长度补偿5.3

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法

例如，刀具长度偏置寄存器H01中存放的刀具长度值为11，对于数控铣床，执行以下语句：G90G01G43Z-15.0H01后，刀具实际运动到Z（-15.0+11）=Z-4.0的位置，如图5-19a所示；如果该语句改为：G90G01G44Z-15.0H01，则执行该语句后，刀具实际运动到Z（-15.0-11）=Z-26.0的位置，如图5-19b所示。

（a）（b）图5-19刀具长度补偿

从这两个例子可以看出，在程序命令方式下，可以通过修改刀具长度偏置寄存器中的值达到控制切削深度的目的，而无需修改零件加工程序。5.3

基

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方

法2．二维刀具半径补偿

在二维轮廓数控铣削加工过程中，由于旋转刀具具有一定的刀具半径，刀具中心的运动规迹并不等于所需加工零件的实际轮廓。

数控系统妁刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由CNC系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，因此这种编程方法也称为对零件的编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中。在加工过程中，CNC系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值或者选用存放在另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。

铣削加工刀具半径补偿分为：

刀具半径左补偿，用G41定义；

刀具半径右补偿，用G42定义；

刀具半径补偿撤消，用G432定义。5.3

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方

法

使用非零的Dnn代码选择正确的刀具半径偏置寄存器号。根据ISO标准，当刀具中心轨迹沿前进方面位于零件轮廓右边时称为刀具半径右补偿；反之称为刀具半径左补偿，如图5-20所示：当不需要进行刀具半径补偿时，则用G40取消刀具半径补偿。

a）左刀补

b）右刀补图5-20左右刀补的确定

在实际轮廓加工过程中，刀具半径补偿执行过程一般分为三步：

（1）刀具半径补偿建立

（2）刀具半径补偿进行

（3）刀具半径补偿取消5.3

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编

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方

法

使用半径为R5mm的刀具加工如图5-21所示的零件，加工深度为5mm，加工程序编制如下：图5-21刀补编程实例O10N01G55G90G01Z40F2000；（进入2号加工坐标系)N02M03S500；（主轴启动）N03G01X-50Y0；（到达X，Y坐标起始点）N04G01Z-5F100；（到达Z坐标起始点）N05G01G42X-10Y0H01；（建立右偏刀具半径补偿）N06G01X60Y0；（切入轮廓）N07G03X80Y20R20；（切削轮廓）N08G03X40Y60R40；（切削轮廓）N09G01X0Y40；（切削轮廓）N10G01X0Y-10；（切出轮廓）N11G01G40X0Y-40；（撤消刀具半径补偿）N12G01Z40F2000；（Z坐标退刀）N13M05；（主轴停）N14M30；（程序停）5.3

基

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法

3．刀具半径B补偿（G39~G42)

（1）刀具半径补偿功能

给出刀具半径值，使其对刀具进行半径值的补偿，尤其是对于尖角用圆弧过渡。该偏置指令用自动输入或手动数据输入的G功能进行。与该偏置有关的G功能见表5-5。表5-5关于B功能的刀具半径补偿

（2）拐角偏置圆弧插补（G39)

用G01，G02或者G03的状态指定，根据以下指令，可以把拐角中的刀具半径作为半径偏置进行圆弧插补。

G39X_____Y_____；或G39I_____J_____；G代码组功能G39G40G41G4200070707拐角偏置圆弧插补取消刀具半径补偿刀具半径左补偿刀具半径右补偿

如图5-23所示，从终点看（X，Y）的方向与（X，Y）成直角，在左侧（G41）或右侧（G42）作成新的矢量。刀具从旧矢量的始点沿圆弧移向新的矢量的始点。（X，Y)为适应G90或G91，用绝对值或增量值表示；（I，J）始终用增量值表示；图5-23是拐角圆弧插补实例：5.3

基

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编

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方

法a）直角过渡b）任意夹角过渡5-23拐角偏置圆弧插补N01Y10.0；N02G39；N03X-10；N1偏移矢量（0，10）N2编程轨迹N3刀具中心轨迹（-10，10）XYYXN1（0，10）N2偏移矢量N3刀具中心轨迹I=-1，J=2编程轨迹（-10，20）N01Y10.0;N02G39I-1.0J2.0；N03X-10.0Y20.0；

4．刀具半径C补偿（G40~G42）

根据参数的设定，可指令刀具半径补偿C，使得尖角用折线过渡。G40、G41、G42后边一般只能跟G00、G01，而不能跟G03、G02等。偏置方向由力具半径偏置的G代码（G41、G42）和偏置量的符号决定，见表5-6。5.3

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方

法表5-6偏置量符号G代码+—G41偏置左侧偏置右侧G42偏置右侧偏置左侧符号

以下的程序称为无移动程序段，在其程序段中，虽然进行偏置但不能移动。

（1）M05；

M代码输出

（2）S21；

S代码输出

（3）G04X1000；

（4）Gl0P0lRl00；

设定偏置量

（5）（G17）Z2000；偏置平面外的移动

（6）G90；

仅G代码

（7）G91X0；

移动量为零5.3.5主子程序调用5.3

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法有时被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在几处完全重复的出现，则可以将这些重复的程序串，单独地担出来按一定格式做成子程序，程序中子程序以处的部分便称为主程序。格式：M98P□□□□L□□□□子程序号调用次数主子程序调用方法：O0002主程序N01……；………N06M98P2005L0002；N07……；………N10M30；主程序结束O2005子程序………………M99；子程序结束、返回主程序指令2．调用1次时，L可省略；3．子程序中，如果控制系统在读到M99以前读到M02或M30，则程序停止；主程序主体子程序主体

主子程序编程举例：如图5-24所示。立铣刀直径为Ø20mm，程序见表5-7。5.3

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法图5-255.3

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程

方

法程序注释O1000程序代号N010G90G54G00X-50Y-50；G54加工坐标系，快速进给到X-50Y-50N020S800M03；主轴正转，转速800r/minN030G43G00H12；刀具长度补偿H12=20N040G01Z-20F300；Z轴工进至Z=-20N050M98P1010；调用子程序O1010N060Z-45F300；Z轴工进至Z=-45N070M98P1010；调用子程序O1010N080G49G00Z300；Z轴快移至Z=300mmN090G28Z300；Z轴返回参考点N100G28X0Y0；X、Y轴返回参考点N110M30；主程序结束表5-7加工程序5.3

基

本

编

程

方

法续表5-7加工程序程序注释O1010子程序代号N010G42G01X-30Y0F300H22M08；直线插补，并刀具半径右补偿H22=10mmN020X100；直线插补至X=100Y=0N030G02X300R100；圆弧插补至X=300Y=0N040G01X400；直线插补至X=400Y=0N050Y300；直线插补至X=400Y=300N060G03X0R200；逆圆插补至X=0Y=300N070G01Y-30；直线插补至X=0Y=-30N080G40G01X-50Y-50；直线插补，取消刀具半径右补偿N090M09；切削液关N100M99；子程序结束并返回主程序5.3.6固定循环在前面章节介绍的常用加工指令中，每一个G指令一般都对应机床的一个动作，它需要用一个程序段来实现。由于数控加工中，某些孔加工动作循环已经典型化；同时为了发挥一次装卡多工序加工的优势，加工中心的系统设计有固定循环功能。例如，钻孔、镗孔的动作是孔位平面定位、快速引进、工作进给、快速退回等一系列典型的加工动作，这样就可以预先编好程序，存储在内存中，并可用一个G代码程序段调用，称为固定循环。1．固定循环的动作组成如图6-7所示，固定循环一般由下述6个基本操作动作组成：①A→B刀具快速定位到孔加工循环起始点B(X，Y)；②B→R刀具沿Z方向快速运动到参考平面R；③R→E孔加工过程(如钻孔、镗孔、攻螺纹等)；④E点，孔底动作(如进给暂停、主轴停止、主轴准停、刀具偏移等)；⑤E→R刀具快速退回到参考平面R；⑥R→B刀具快速退回到初始平面B。R点A①B(X，Y)E②③⑤⑥④图6-7固定循环动作

3个面：（1）初始平面：是为安全下刀而设定的平面。当使用同一把刀具加工若干个孔时，空间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完成后，应使用G98功能使刀具返回到初始平面的初始点。（2）R参考平面：刀具下刀时自快进转为工进的高度平面，距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，一般可取2~5mm。使用G99时，刀具将返回到该平面上的R点。（3）孔底平面：加工盲孔时孔底平面就是孔底，加工通孔时一般刀具还要伸出工件底平面一段距离，钻削加工时还应考虑钻头钻尖对孔深的影响。说明：（1）图中实线表示切削进给，虚线表示快速运动。R平面为在孔口时，快速运动与进给运动的转换位置；（2）固定循环一般只能使用在XY平面上，Z坐标仅作孔加工的进给；（3）上述动作③的程序段中进给率由F决定，动作⑤的进给率按固定循环规定决定；（4）在固定循环中，刀具长度补偿（G43、G44、G49）有效，它们在上述动作②中执行。（1）FANCU系统中，组成一个固定循环，要用到以下三组G代码：①数据格式代码：G90、G91；②返回代码：G98（返回初始平面）、G99（返回R点）如图6-8所示；③孔加工方式代码：G73～G89。（a）G90（b）G91图6-8固定循环的数据格式R平面Z点Z=0ZRR平面Z点RZ（2）固定循环指令组的格式格式：G□□X___Y___Z___R___Q___P___F___L___①G□□是指孔加工方式，对应于表6-2固定循环指令；G代码加工行程孔底动作返回行程用途G73继续进给快速进给高速深孔G74切削进给主轴正转切削进给攻左螺纹G76切削进给主轴定向、刀具移位快速进给精镗G80------取消操作G81切削进给快速进给钻孔G82切削进给暂停快速进给钻孔G83继续进给快速进给深孔排屑钻G84切削进给主轴反转切削进给攻右螺纹G85切削进给切削进给镗削G86切削进给主轴停止切削进给镗削G87切削进给刀具移位、主轴启动快速进给背镗G88切削进给暂停、主轴停止手动操作后快速返回镗削G89切削进给暂停切削进给镗削表6-2固定循环指令②X、Y为孔位数据，指定孔在X-Y平面的坐标位置（增量或绝对值）；刀具以快速进给的方式到达该位置。③返回点平面选择，G98指令返回到初始平面B点，G99指令返回到R点平面（见图6-7）。④孔加工数据Z——指定孔底的坐标值。在增量方式时，是R平面到孔底的距离（见图6-7）；在绝对值方式时，是孔底的Z坐标值；R——在增量方式中，R值为从初始平面（B）到R点的增量。在绝对值方式中R值为绝对值（见图6-7）。此段动作是快速进给；Q——在G73、G83方式中，用来指定每次加工的深度，以及在G76、G87方式中，用来指定刀具的位移量；P——规定在孔底的暂停时间，用整数表示，以ms为单位；F——给速度，以mm/min为单位；L——重复次数，用L的值来规定固定循环的重复次数，执行一次可不写L1，如果是L0，则系统存贮加工数据，但不执行加工。上述孔加工数据，不一定全部都写，根据需要可省去若干地址和数据。⑤G73～G89是模态指令，因此，多孔加工时该指令只需指定一次，以后的程序段只给出孔的位置即可。⑥固定循环的中间过程中如果各有G80，则参数均被取消。此外，G00、G01、G02、G03也起撤销固定循环指令的作用。例如，要钻出孔位在（50，30）、（60，10）、（-10，10）的孔，孔深为Z=-20.0mm，程序如下：N1G90G99G81X50.0Y30.0Z-20.0R5.0F80；N2X60.0Y10.0；N3X-10.0；N4G80；（3）各种加工方式说明1）高速深孔钻削循环（G73）对于孔深大于5倍直径孔的加工由于是深孔加工，不利于断屑、排屑，故采用G73高速深孔钻削循环，实现间断进给（如图6-9所示）。每次进给深度为Q（用增量表示，根据具体情况由编程者给值），到达E点的最后一次进给深度是进刀若干个Q之后的剩余量，小于或等于Q；退刀距离为为d，d是NC系统内部设定的。初始平面参考平面工件表面RQQQZddG99G98图6-9深孔加工循环G73例如图6-10所示，加工4个直径为5mm通孔图6-10G73深孔加工1207540XY程序：N01G90G00X0.Y0.Z100.；N02G98G73X120.Y-75.Z-46.R2.Q8.F60；N03Y75.；N04X-120.；N05Y-75.；N06G80G00Z200.；

2）左旋螺纹攻丝循环（G74）

G74指令用于切削左旋螺纹孔，加工循环工作过程见图6-11。

3）精密镗孔循环（G76）

G76指令用于精镗孔加工。图6-12所示为G76精镗循环的工作过程示意图，图中P表示暂停；

表示刀具移动。图6-11G74左旋螺纹循环初始平面参考平面工件表面主轴逆时针转动主轴顺时针转动RZG99G98主轴顺时针初始平面R参考平面工件上表面PZQ图6-12G76精密镗孔加工循环

4）钻削循环（G81）

G81钻孔动作循环，G81也称为定位钻，指令动作循环如图6-13所示。

5）钻、镗阶梯孔循环（G82）

G82指令除了要在孔底暂停外，其他动作与G81相同，如图6-14所示。暂停时间由地址P给出。G82指令主要用于加工盲孔，以提高孔深精度。图6-13G81钻孔循环图6-14G82钻、镗孔循环工件上表面参考平面ZRG99G98初始平面工件上表面参考平面ZRG99G98初始平面P

6）深孔加工循环（G83）

G83加工示意图见图6-15。其中Q和d与G73相同，G83与G73的区别是：G83指令在每次进刀Q距离后返回R点，这样对深孔钻削时排屑有利。

7）右旋螺纹攻丝循环（G84）

G84指令用于切削左旋螺纹孔。主轴正转转进刀，反转退刀，正好与G74指令中的主轴转向相反，其它运动均与G74指令相同，也称为正攻丝循环，如图6-16所示。图6-15G83深孔加工循环图6-16G84右旋螺纹循环QQQ参考平面工件平面初始平面G98G99ddRZ初始平面参考平面工件表面主轴逆时针转动主轴顺时针转动RZG99G98

8）镗孔循环（G85）

G85与G81类似，但返回行程中，从Z→R段移动速度与切削进给段相同，如图6-17所示。

9）镗孔循环（G86）

G86指令进给到孔底后,在E点使主轴停止，然后返回到R点（G99）或初始点（G98）后主轴再重新启动，如图6-18所示。图6-17G85镗孔循环图6-18G86镗孔循环初始平面参考平面G99G98Z工件平面R主轴停转Z点R点G99→主轴正转自动启动参考平面初始平面G98→主轴正转自动启动工件表面

10）镗孔/反镗循环（G87）

根据参数设定值的不同，可有固定循环1和2两种不同的动作

固定循环1见图6-19。图6-19G87循环1镗孔循环工件上表面参考平面ZRG99→主轴启动G98→主轴启动初始平面主轴停止手动返回

G87固定循环2见图6-20。图6-20G87循环2反镗循环主轴定向停刀具qR点E点Q主轴正转P主轴正转

11）镗孔循环（G88）如图6-21所示。

12）镗孔循环（G89）如图6-22所示。图6-21G88镗孔循环图6-22G89镗孔循环Z点P→主轴停转G99→主轴正转R点G98→主轴正转初始平面参考平面工件平面PZ点R点初始平面G99G98参考平面工件平面

13）取消固定循环指令（G80）

该指令能取消固定循环，同时R点和Z点也被取消。

（4）使用固定循环时应注意以下几点：

1）在固定循环指令前应使用M03或M04指令使主轴回转。

2）在固定循环程序段中，X、Y、Z、R数据应至少指令一个才能进行孔加工。

3）在使用控制主轴回转的固定循环(G74、G84、G86)中，如果连续加工一些孔间距比较小，或者初始平面到R点平面的距离比较短的孔时，会出现在进入孔的切削动作前，主轴还没有达到正常转速的情况。遇到这种情况时，应在各孔的加工动作之间插入G04指令，以获得时间。

4）当用G00～G03指令注销固定循环时，若G00～G03指令和固定循环出现在同一程序段，则按后出现的指令运行图6-23重复次数的使用

5）固定循环中重复次数的使用方法。

在固定循环指令最后，用L地址指定重复次数。在增量方式（G91）中，如果有孔间距相同的若干个相同孔，采用重复次数来编程是很方便的。

6）在固定循环程序段中，如果指定了M，则在最初定位时送出M信号，等待M信号完成后，才能进行孔加工循环。

采用重复次数来编程时，要采用G91、G99方式。

当指令为G81X50.0Z-20.0R-10.0L6F200时，其运动轨迹如图6-23所示。如果是在绝对值方式中，则不能钻出6个孔，仅仅在第一个孔处往复钻6次，结果还是一个孔。图6-24固定循环指令应用举例

（5）固定循环应用举例，如图6-24所示。参考点350100100100100400150250250150321781112139106542505050302033T11T15T31返回位置初始平面200190150钻孔1～6：Ø10mm；钻孔7～10：Ø20mm；镗孔11～13：Ø95mm；表6-3固定循环加工程序程序说明O1003程序号N01G92X0Y0Z0；设定工件坐标系N02G90G00Z250.0T11M06换刀N03G43Z0H11；初始平面，刀具补偿N04S30M03；主轴正转N05G99G81X400.0Y-350.0Z-153.0R-97.0F120；钻#1孔，返回R平面N06Y-550.0；钻#2，返回R平面N07G98Y-750.0；钻#3，返回初始平面N08G99X1200.0；钻#4，返回R平面N09Y-550.0；钻#5，返回R平面N10G98Y-350.0钻#6，返回初始平面N11G00X0Y0M05；回起刀点，主轴停N12G49Z250.0T15M06；刀具补偿取消，换刀N13G43Z0H15；初始平面，刀具补偿N14S20M03；主轴正转32178111213910654续表6-3固定循环加工程序程序说明N15G99G82X550.0Y-450.0Z-130.0R-97.0P300F70；钻#7，返回R平面N16G98Y-650.0；钻#8，返回初始平面N17G99X1050.0；钻#9，返回R平面N18G98Y-450.0；钻#10，返回初始平面N19G00X0Y0M05；返回起刀点。主轴停N20G49Z250.0T31M06；刀具补偿取消，换刀N21G43Z0H31；初始平面，刀具补偿N22S10M03；主轴正转N23G85G99X800.0Y-350.0Z-153.0R-47.0F50；钻#11，返回R平面N24G91Y-200.0L2钻#12、#13，返回R平面N25G28X0Y0M05；返回参考点，主轴停N26G49Z0；刀具长度补偿取消N27M02；程序停32178111213910654练习：试采用固定循环方式加工图示各孔，工件材料为HT300，使用刀具T01为镗孔刀，T02为直径13mm钻头，T03为锪钻。工件坐标系设置：Z0在工件上表面，X0、Y0零件的对称中心位置。O0057N10T01M06N15G90G00G54X0Y0T02N20G43H01Z10.0S400M03F40N25G98G85X0Y0R3.0Z-45.0N30G80G28G49Z0M06N35G00X-60Y50T03N40G43H02G00Z10.0S600M03N45G98G73X-60.0Y0R-15.0Z-48.0Q4.0F40N50X60.0N55G80G28G49Z0M06N60G00X-60.0Y0N65G43H04Z10.0S350M03N70G98G82X-60.0Y0R-15.0Z-32.0P200F25N75X60.0N80G80G28G49Z0M05N85G91G28X0Y0M305.4A类宏功能应用在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器，用一个总指令来代表他们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能。所存入的一系列指令称作用户宏功能主体，这个总指令称作用户宏功能指令。在编程时，不必记住用户宏功能主体所含的具体指令，只要记住用户宏功能指令即可。用户宏功能的最大特点是在用户宏功能主体中能够使用变量；变量之间还能够进行运算；用户宏功能指令可以把实际值设定为变量，使用户宏功能更具通用性。可见，用户宏功能是提高数控机床性能的一种特殊功能。宏功能主体既可由机床生产厂提供，也可由机床用户厂自己编制。使用时，先将用户宏主体像子程序一样存放到内存里，然后用指令调用。用户宏程序功能可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数的混合运算，此外还可以使用循环语句、分支语句和子程序调用语句等功能，以利于编制各种复杂的零件加工程序，减少乃至免除手工编程时进行繁琐的数值计算，精简程序量。1．A类宏功能应用用户宏功能有A、B两类。本节主要介绍A类宏功能，B类宏功能请参见第六章。宏指令G65宏指令G65可以实现丰富的宏功能，包括算术运算、逻辑运算等处理功能。格式：G65HmP#iQ#jR#k式中：m——宏程序功能，数值范围01～99；#i——运算结果存放处的变量名；#j——被操作的第一个变量，也可以是一个常数；#k——被操作的第二个变量，也可以是一个常数。7．为保证宏程序的正常运行，在使用用户宏程序的过程中，应注意以下几点：（1）由G65规定的H码不影响偏移量的任何选择；（2）如果用于各算术运算的Q或R未被指定，则作为0处理；（3）在分支转移目标地址中，如果序号为正值，则检索过程是先向大程序号查找，如果序号为负值，则检索过程是先向小程序号查找。（4）转移目标序号可以是变量。8．用户宏程序编制举例用宏程序和子程序功能顺序加工圆周等分孔。设圆心在O点，它在机床坐标系中的坐标为（X0,Y0），在半径为r的圆周上均匀地钻几个等分孔，起始角度为α，孔数为n。以零件上表面为Z向零点，见图5-29。程序见表5-11。基准点X0,Y0rαXY第3孔第2孔第1孔第n孔图5-29等分孔加工方法使用以下保持型变量：＃500，＃501：基准点的坐标（X,Y）#502：半径r；#503：起始角度α；#504：孔数n，当n>0时，按逆时针方向加工，当n<0时，按顺时针方向加工；#505：孔底Z坐标值；#506：R平面Z坐标值；#507：F进给量。使用以下变量进行操作运算：#100：表示第i步钻第i孔的记数器；#101：记数器的最终值(为n的绝对值)；#102：第i个孔的角度位置θi的值；#103：第i个孔的X坐标值；#104：第i个孔的Y坐标值；表5-11用户宏程序编制加工程序基准点X0,Y0rαXY第3孔第2孔第1孔第n孔#102=#503+#102当前孔角度位置程序说明O0010主程序N10G54G90G00X0Y0Z20进入加工坐标系N20M98P9010调用钻孔子程序，加工圆周等分孔N30Z20抬刀N40G00G90X0Y0返回加工坐标系零点N50M30程序结束O9010用户宏程序编制的钻孔子程序N110G65H01P#100Q0#100=0N120G65H22P#101Q#504#101=│#504│N130G65H04P#102Q#100R360#102=#100×360oN140G65H05P#102Q#102R#504#102=#102/#504N150G65H02P#102Q#503R#102#102=#503+#102当前孔角度位置N160G65H32P#103Q#502R#102#103=#502×COS(#102)当前孔的X坐标N170G65H31P#104Q#502R#102#104=#502×SIN(#102)当前孔的Y坐标N180G90G00X#103Y#104定位到当前孔（返回开始平面）N190G00Z#506快速进到R平面N200G01Z#505F#507加工当前孔N210G00Z#506快速退到R平面N220G65H02P#100Q#100R1#100=#100+1孔计数N230G65H84P-130Q#100R#101当#100<#101时，向上返回到130程序段N240M99子程序结束设置G54：X=-400，Y=-100，Z=-50。变量#500～#507可在程序中赋值，也可由MDI方式设定。1．切削条件选择切削条件选择是编程人员必须考虑的重要问题之一。影响切削条件的因素有：工艺系统的刚性，工件的尺寸精度、形位精度及表面质量、刀具耐用度及工件生产纲领、切削液，切削用量（见书上表5-18、表5-19、表5-20）。2．工艺分析与刀具切削路径工艺分析是决定工艺路线的重要根据。良好的工艺分析会简化工艺路线，节省切削时间。工艺分析首先要了解所有的切削加工方法，如钻削、车削、镗削……等，然后结合实际加工经验，并能正确使用刀具、夹具、量具等。工艺分析的顺序如下：（1）分析零件图；（2）将同一刀具的加工部位分类；（3）按零件结构特点选择程序零点；（4）列出使用的刀具表、程序分析表；（5）模拟或试车并修正；5.5典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例3．编程要点（1）了解数控系统功能及机床规格；（2）熟悉加工顺序；（3）合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液；（4）编程尽量使用子程序及宏指令；（5）注意小数点的使用；（6）程序零点要选择在易计算的确定位置；（7）换刀点选择在无换刀干涉的位置；5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例5.4.1简单轮廓加工5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例如图5-30所示。立铣刀直径Ø20mm，程序见表5-12。图5-30程序注释O0001程序代号N01G00G90X120Y60Z50；绝对值输入，快速进给到X120Y60Z50N02X100Y40M13S500；快速进给到X100Y40切削液开，主轴正转。N03Z-11；快速向下进给到Z-11N04G01G41X70Y10H012F100；直线插补到X70Y10，刀具半径左补偿H012=10mm,进给速度100mm/sN05Y-10；直线插补到X70Y-10N06G02X40Y-40R30；顺圆插补到X40Y-40，半径为30mmN07G01X-70；直线插补到X-70Y-40N08Y40；直线插补到X-70Y40N09X40；直线插补到X40Y40N10G03X70Y10R30；逆圆插补到X70Y10,半径为30mmN11G01X85；直线插补到X85Y10N12G00G40X100Y40；快速进给到X100Y40，取消刀具半径补偿N13X120Y60Z50；快速进给到X120Y60Z50N14M30；程序结束，系统复位表5-12加工程序5.4.2连杆的数控铣削加工及编程5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例1．已知某连杆的零件图如图5-31所示，要求在数控机床上对该连杆的轮廓进行精铣数控加工2．选择Φ16mm的立铣刀进行加工。3．设安全平面高度为30mm。4．进刀/退刀方式圆弧切向进刀/退刀，考虑刀具半径补偿。5．编程计算连杆轮廓的特征点计算结果如下：位置1：X=-82，Y=0；位置2：X=0，Y=0；位置3：X=-94，Y=0；位置4：X=-83.165，Y=-11.943；位置5：X=-1.951，Y=-19.905；位置6：X=-1.951，Y=19.905；位置7：X=-83.165，Y=11.943；位置8：X=20，Y=0；图5-31

连杆零件图5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例6．数控加工程序如表5-22所示。表5-22加工程序程

序

说明

O0009；第0009号程序，铣削连杆N10G54G90G00X0Y0；设置程序原点N15Z30.；进刀至安全面高度N20X36.Y0.S1000M03；将刀具移出工件右端面一个刀具直径，启动主轴N30M08；打开冷却液N40G01Z8.F20；进刀至8mm高度处，铣第一个圆N50G42D1G02X20.I-8.J0Fl00；刀具半径右补偿，圆弧引入切向进刀点8N60G03X-20.Y0.I-20.J0.；圆弧插补铣半圆N70G03X20.Y0.I20.J0.；圆弧插补铣半圆N80G40G02X36.I8.J0.；圆弧引出切向退刀N90G00Z30.；抬刀至安全面高度N100X-110.Y0.；将刀具移出工件左端面一个刀具直径N110G01Z8.F20；进刀至8mm高度处，铣第二个圆N120G42D1G02X-94.Y0.18.J0F100；刀具半径右补偿，圆弧引入切向进刀点3N130G03X-70.I12.J0.；圆弧插补铣半圆N140G03X-94.I-12.J0.；圆弧插补铣半圆5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例续表5-22加工程序程序

说明

N150G40G02X-110.I-8.J0.；圆弧引出切向退刀N160G00Z30.；抬刀至安全面高度N170X36.Y0.；将刀具移出工件右端面一个刀具直径N180G01Z-1.F20；进刀至工件底面下的-1mm处，铣整个轮廓N190G42D1G02X20.I-8.J0.Fl00；刀具半径右补偿，圆弧引入切向进刀点8N200G03X-1.951Y19.905I-10.J0.；圆弧插补至点6N210G01X-83.165Y11.