项目5 数控编程基础

数控加工工艺与编程技术基础模块一数控加工基础知识黄冬英江苏省江阴中等专业学校【项目目标】1.了解数控加工程序编制的过程及方法；2.了解数控机床的坐标系；3.了解程序的结构，掌握常用的代码（指令）含义；4.了解数控机床系统面板各按键的功能，会正确创建、输入、编辑文件和程序5.了解数控仿真软件操作方法。

项目5：数控编程基础

通过学习程序结构及数控机床操作面板、仿真软件的学习，具备对数控编程的认知能力，养成良好的职业行为规范和职业道德。【素养目标】【项目描述】

掌握数控机床的坐标系是学会数控编程的最基本条件，要想学会数控编程，第一步就是要知道程序的结构，数控程序是由若干个程序段组成的，程序段由各种不同功能的指令组成，因此在这个项目中，必须对指令有一定的了解。斯沃数控仿真软件提供了多种数控系统，涉及的机床不仅有数控车，还有数控铣和加工中心。同时还提供了不同厂家的多种操作面板，与真实的数控机床的操作方法是一模一样的。每个学生只需在电脑上学会操作，就可以到机床上进行加工，大大提高学习效率。这将有助于避免实训车间由于机床少人多，人均操作机床的时间短的矛盾，帮助其掌握数控编程及机床操作的能力。项目5：数控编程基础【项目链接】一、分析零件图样

首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机床上加工。同时要明确加工的内容和要求。二、确定加工工艺过程

进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等）、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（如主轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数。三、数值计算

根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。对于形状比较简单的零件（如由直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，如果数控装置无刀具补偿功能，还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。对于形状比较复杂的零件（如由非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完成。根据加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿量、机床辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单，并校核上述两个步骤的内容，纠正其中的错误。数控加工程序的编制方式主要有两种：手工编程和自动编程。

（1）手工编程

手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。四、编写数控加工程序1.数控编程的方式（2）自动编程

即计算机自动编程，是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。目前在国内，比较流行的自动编程软件主要是Mastercam、Pro/E、UG等。自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。适用于复杂零件的程序编制，可提高编程效率。2.数控机床的坐标系(a)笛卡尔坐标系(b)右手螺旋法则（2）机床坐标系中的规定

1）确定机床坐标系的方向时规定：永远假定刀具相对于静止的工件而运动。

2）对于机床坐标系的方向，统一规定增大工件与刀具间距离的方向为正方向。

3）数控机床的坐标系采用符合右手定则规定的笛卡儿坐标系。（1）机床坐标系的定义为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫机床坐标系，又称标准坐标系。（3）机床坐标系的方向1）Z坐标方向Z坐标的运动由主要传递切削动力的主轴所决定。2）X坐标方向X坐标一般为水平方向并垂直于Z轴。

3）Y坐标方向Y坐标垂直于X、Z坐标轴。

4）旋转轴方向旋转坐标A、B、C对应表示其轴线分别平行于X、Y、Z坐标轴的旋转坐标。数控车床的坐标系

a）前置刀架式数控车床的坐标系b）后置刀架式数控车床的坐标系

（4）机床原点与机床参考点

1）机床原点机床原点（又称为机床零点）是机床上设置的一个固定的点，即机床坐标系的原点。它是一个固定的点。机床原点是数控机床进行加工或位移的基准点。机床原点的位置

a）机床原点位于卡盘中心b）机床原点位于刀架正向运动极限点2）机床参考点数控车床的第一参考点一般位于刀架正向移动的极限点位置，并由机械挡块来确定其具体的位置。

机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定，其值可以是零，如果其值为零则表示机床参考点和机床零点重合。机床原点与参考点O—机床原点O1—机床参考点3．工件坐标系（1）工件坐标系的定义为了便于尺寸计算与检查，加工程序的坐标原点一般都尽量与零件图样的尺寸基准相一致。这种针对某一工件并根据零件图样建立的坐标系称为工件坐标系（又称编程坐标系）。工件坐标系原点（2）工件坐标系原点

工件坐标系原点又称编程原点，指工件装夹完成后，选择工件上的某一点作为编程或工件加工的基准点。工件坐标系原点在图中以符号“

”表示。工件坐标系原点绝对坐标：目标点的坐标是以编程原点来计算的坐标。相对坐标：目标点的坐标是以前一点来计算的坐标。二、数控加工程序的格式与组成1．程序的组成

（1）程序号

:字母O加4位数字组成。每一个存储在系统存储器中的程序都需要指定一个程序号以相互区别，这种用于区别零件加工程序的代号称为程序号。O0001；程序号

N10G99G40G21；

N20T0101；

N30G00X100.0Z100.0；程序内容

N40M03S800；

……N200G00X100.0Z100.0；

N210M30；程序结束例：O2000;程序段N01G91G17G00G42T01X85Y-25;N02Z-15S400M03M08;N03G01X85F300;N04G03Y50I25;N05G01X-75;N06Y-60;N07G00Z15M05M09;N08G40X75Y35M02;......N80M30;

%程序结束符号（1）程序的结构一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段及程序结束符组成。程序名：（2）程序段的格式程序段的格式，是指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。目前广泛采用的是地址符可变程序段格式（或者称字地址程序段格式）如下：

格式：N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_LF功能地址字意义程序号

顺序号

准备功能O

N

G程序编号

顺序号

机床动作方式指令坐标指令X.Y.Z

A.B.C.U.V.W

R

I.J.K坐标轴移动指令

附加轴移动指令

圆弧半径

圆弧中心坐标进给功能

主轴功能

刀具功能辅助功能F

S

TM进给速度指令

主轴转速指令

刀具编号指令辅助功能指令常用地址码的含义辅助机能M

B接通、断开、启动、停止指令

工作台分度指令补偿

暂停

子程序调用

重复

参数H.D

P.XCALL

I

P.Q.R刀具补偿指令

暂停时间指令

子程序号指令

固定循环重复次数

固定循环参数1）暂停功能。M00、M01、M02和G04的区别2）程序结束指令。M02、M30的区别一、准备功能

准备功能也称G功能或G指令，是用于数控机床做好某些准备动作的指令。它由地址G和后面的两位数字组成，从G00到G99共100种，如G01、G41等。目前，随着数控系统功能的不断提高，有的系统已采用三位数的功能指令，如SIEMENS系统中的G450、G451等。二、辅助功能

辅助功能也称M功能或M指令。它由地址M和后面的两位数字组成，从M00到M99共100种。辅助功能主要控制机床或系统的开、关等辅助动作，如开、停冷却泵，主轴正反转，程序的结束等。三、其他功能

1．坐标功能

坐标功能字（又称尺寸功能字）用来设定机床各坐标的位移量。它一般以X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R（用于指定直线坐标）和A、B、C、D、E（用于指定角度坐标）及I、J、K（用于指定圆心坐标）等地址为首，在地址符后紧跟“+”或“－”号及一串数字。

例T0101；表示选用1号刀具及选用1号刀具补偿存储器号中的补偿值；T0102；表示选用1号刀具及选用2号刀具补偿存储器号中的补偿值。

（1）T4位数法

T4位数法可以同时指定刀具和选择刀具补偿，目前大多数数控车床采用T4位数法。（2）T2位数法

T2位数法仅能指定刀具号，目前绝大多数的加工中心采用T2位数法。例T05D01；表示选用5号刀具及选用1号刀具补偿存储器号中的补偿值。

2．刀具功能

刀具功能是指系统进行选刀或换刀的功能指令，也称为T功能。刀具功能用地址T及后缀的数字来表示，常用刀具功能指定方法有T4位数法和T2位数法。3．进给功能用来指定刀具相对于工件运动的速度功能称为进给功能，由地址F和其后缀的数字组成。

（1）每分钟进给

例G98G01X20.0F100；表示进给速度为100mm/min。

（2）每转进给

例G99G01X20.0F0.2；表示进给速度为0.2mm/r。在编程时，进给速度不允许用负值来表示，一般也不允许用F0来控制进给停止。（4）主轴功能S指令——主轴速度功能指令S代码后的数值为主轴转速或速度，要求为整数，单位为r/min或m/min。在零件加工之前一定要启动主轴运转（M03或M04）。恒线速度控制（G96）：G96是恒速切削控制有效指令。系统执行G96指令后，S后面的数值表示切削速度。例如：G96S100表示切削速度是100m/min。主轴转速控制（G97）：G97是恒速切削控制取消指令。系统执行G97后，S后面的数值表示主轴每分钟的转数。例如：G97S800表示主轴转速为800r/min。系统开机状态为G97状态。四、常用功能指令的属性

1．指令分组所谓指令分组，就是将系统中不能同时执行的指令分为一组，并以编程号区别。在编程过程中要避免将同组指令编入同一程序段内，以免引起混淆。对于不同组的指令，在同一程序段内可以进行不同的组合。例1G98G40G21；该程序段是规范的程序段，所有指令均为不同组指令。

例2G01G02X30.0Z30.0R30.0F100；该程序段是不规范的程序段，其中G01与G02是同组指令。

2．模态指令

模态指令（又称为续效指令）表示该指令一经在一个程序段中指定，在接下来的程序段中一直持续有效，直到出现同组的另一个指令时，该指令才失效。与其对应的仅在编入的