数控加工-第1章 数控加工基础知识

1.1数控机床相关知识本章概要①数控机床的组成;②数控机床的工作原理与工作过程;③数控机床的特点;④数控机床的分类;⑤数控编程的内容与步骤，数控编程的方法;⑥数控程序的结构与格式;⑦典型数控系统与数控指令代码;⑧数控加工的特点与数控加工的适用范围;⑨数控加工工艺过程。下一页返回1.1数控机床相关知识1.1.1数控机床的组成数控机床一般由输入/输出(I/0)设备、计算机数控装置(CNC装置或称CNC单元)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程序控制器(PLC)及电气回路、辅助装置、机床本体及测量装置组成，如图1-1。1.计算机数控装置计算机数控装置是计算机数控系统的核心，其主要作用是根据输入的工件加工程序或操作指令进行相应的处理，然后输出控制指令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)完成工件加工程序或操作指令所要求的工作。所有这些都是在CNC装置的协调控制及合理组织下使整个系统有条理地工作。CNC装置主要由计算机系统、位置控制面板、PLC接口板、通信接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等组成。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识2.伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置、主轴电动机、进给伺服驱动装置及进给电动机。测量装置是指位置和速度测量装置，是实现主轴控制、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统的作用是实现工件加工中的切削运动，其控制量为速度。进给伺服系统的作用是实现工件加工中所需要的成形运动，灵活、准确地执行CNC装置的位置和速度指令，其控制量为速度和位置。3.操作面板。操作面板是操作人员与数控机床进行信息交换的工具。操作人员可以通过它对机床进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解和查询数控机床的运行状态。它是数控机床的一个输入/输出设备，主要由按钮、状态灯和显示器等部分组成。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识4.控制介质与程序输入/输出设备控制介质是记录工件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。程序输入/输出设备是CNC装置与外部设备进行信息交换的装置，其作用是将记录在控制介质上的工件加工程序输入CNC装置，或将调试好的工件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床的控制介质和程序输入/输出设备是磁盘和磁盘驱动器。此外，现代数控系统一般可利用通信方式进行信息交换。通信技术是实现CAD/CAM的集成和柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)的基本技术。目前在数控机床上常用的通信方式有:①串行通信;②自动控制专用接口;③网络技术下一页返回上一页1.1数控机床相关知识5.可编程序控制器可编程序控制器(PLC)是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下的应用而设计。PLC已成为数控机床上不可缺少的控制装置。CNC装置和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。机床I/O电路和装置是实现I/O控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路，其作用是:①接收CNC装置的M,S,T指令，对其进行译码并转换成为对应的控制信号，控制装置完成机床相应的开关动作。②接收操作面板和机床传送来的I/O信号，经处理后输出指令给CNC装置，控制CNC系统的工作状态和机床的动作。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识6.机床本体。它是数控系统的控制对象，是实现工件加工的执行部件，主要由主运动部件(主轴、主运动传动机构)、进给运动部件(工作台、拖板及相应的传动机构)、支承件(立柱、床身)，以及特殊装置、自动工作台交换(APC)系统、自动刀具交换(ATC)系统和辅助装置(如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置)等组成。数控机床的组成相对普通机床有以下几个优点:①由于采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，因此数控机床的机械传动装置得到了简化，传动链较短；②数控机床的机械结构具有较高的动态特性、动态刚性、阻尼精度、耐磨性及抗热变形等性能；③较多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠、直线导轨等，大大提高了传动效率和传动精度。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识1.1.2数控机床的工作原理与工作过程1.数控机床的工作原理数控机床是用数字信息进行控制，机床的所有运动包括主运动、进给运动及各种辅助运动，都是用输入数控装置的数字信号来控制的。它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度的信息记录在程序介质上，然后送入数控系统经过译码和运算，控制刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制，加工出所需要的零件。2.数控机床的工作过程①根据被加工零件图样中所规定的零件尺寸、形状、材料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程，刀具相对于工件的运动轨迹、切削参数以及辅助动作顺序等，进行工件加下的程序设计。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识②将上述工艺安排和数据按数控装置所规定的程序格式编制出加工程序。③将加工程序的内容以代码形式完整地记录在信息介质(如穿孔带或磁带)上。④通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输入给数控装置。如是人工输入，则可通过微型计算机键盘，将加工程序的内容直接输送给数控装置。⑤数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号的形式向伺服系统发出执行的命令。⑥伺服系统接收到执行的指令信息后，立即驱动机床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使机床自动完成相应工件的加工。具体工作过程如图1-2所示。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识1.1.3数控机床的特点与分类1.数控机床的特点数控机床的产生改变了传统的机械加工工艺，给机械制造行业注入了新的生机和活力。与普通机床相比，数控机床具有以下特点:①自动化程度高，劳动强度低。数控机床能够在程序的控制下自动实现工件的加工，加工过程一般不需要人工干预，可大大降低工人的劳动强度。②加工精度高。数控机床一般采用闭环(半闭环)控制，并且可以利用软件进行间隙补偿和螺距补偿，因此可以获得比机床本身精度还高的加工精度。此外像加工中心一类的数控机床还配有刀库，具有多工序加工能力，可实现工件在一次装夹后多道工序连续加工，从而消除了多次装夹引起的定位误差。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识③产品一致性好。由于数控机床按照预定的加工程序自动进行加工，在加工过程中消除了操作者人为的操作误差，因而零件加工的一致性好。④能够实现复杂零件的加工。由于数控机床能够实现多轴联动，可加工出普通机床无法完成的空间曲线和曲面，因而在航空、航天领域和对复杂型面的模具加工中得到了广泛应用。⑤生产效率高。数控机床的刚性好，功率大，主轴转速高，进给速度范围宽，平滑无级变速，容易选择较大及合理的切削用量，可减少许多调整时间。此外，数控机床加工可免去划线工序，节省加工过程的中间检验时间。由于空行程速度远高于普通机床，因此也能节省很多时间。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识⑥机械传动链短，结构简单。数控机床的主传动多采用分段无级变速，主轴箱结构简单;进给采用伺服电动机驱动，省去了庞杂的进给变速箱。因此传动链短，机械结构简单。2.数控机床的分类数控机床可从不同的角度进行分类，通常的分类方法有:按控制系统的特点分类、按控制联动的坐标轴分类、按伺服系统控制的方式分类、按工艺用途分类、按数控装置类型分类以及按数控系统的功能水平分类。

(1)按控制系统的特点分类

下一页返回上一页1.1数控机床相关知识①点位控制数控机床。这类数控机床的主要特点是，只控制刀具(或工作台)从一点移动到另一点的准确定位，数控机床移动部件在移动中不进行加工，只要求以最快的速度从一点移动到另一点。至于点与点之间的移动轨迹(路径与方向)并无严格要求，各坐标轴之间的运动并不相关，如图1-3。如数控钻床、数控镗床和数控冲床等；②直线控制数控机床。这类机床是在定位控制基础上，除控制点与点之间的准确定位外，还要求从一点到另一点之间按直线移动、按指定的进给速度做直线切削，如图1-4所示。例如平面铣削的数控铣床、阶梯车削的数控车床、磨削加工的数控磨床等都按指定的进给速度做直线切削。③轮廓控制数控机床。轮廓控制数控机床也称为连续控制数控机床，下一页返回上一页1.1数控机床相关知识

其特点是能够同时对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度进行连接相关控制。它不仅要控制起点、终点坐标的准确性，而且对每瞬时的位移和速度也要进行严格的、不间断的控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件加工轮廓的表面要求。在这类控制方式中，要求数控装置具有插补运算的功能。即根据加工程序输入的基本数据(如直线的起点、终点坐标，圆弧的起点、终点坐标和圆心坐标或半径)，通过数控系统的插补运算器的数学处理，把直线或曲线形状的相关坐标点计算出来，并边计算、边根据计算结果控制运动部件沿两个或两个以上坐标轴协调运动，如图1-5所示。这类数控机床可以加工曲线和曲面。例如，具有两坐标或两坐标以上联动的数控铣床、数控车床、数控磨床和数控加工中心等。目前大多数金属切削机床的数控系统都是轮廓控制系统。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识(2)按控制联动的坐标轴分类①Z轴联动。2轴联动同时控制两个坐标轴联动，即数控装置控制同时运动部件沿X,Y和Z三个坐标轴中的两个坐标方向运动，以实现对二维直线、斜线和圆弧等曲线的轨迹控制。2轴联动数控机床用于加工如图1-6(a)所示的零件沟槽②3轴联动。3轴联动同时控制X,Y,Z三个直线坐标轴联动，或控制X,Y,Z中的两个直线坐标轴和绕其中某一直线坐标轴旋转运动的坐标轴。例如，车削加工中心除了控制纵向(Z轴)、横向(X轴)两个直线坐标轴外，还同时控制绕Z轴旋转的主轴联动。3坐标数控铣床可用于加工曲面，如图1-6(b)所示。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识③2轴半联动。数控机床本身有三个坐标，能做三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标只能做等距周期移动，可加工出零件的空间曲面如图1-6(c)所示。④多轴联动。4轴或5轴联动的数控铣床或加工中心，在某些复杂曲面的加工中，为保证加工精度或提高加工效率，铣刀的侧面或端面应始终与曲面贴合，这就需要铣刀轴线位于曲线或曲面的切线或法线方向。为此，除需要X,Y,Z三个直线坐标轴联动外，还需要同时控制三个旋转坐标轴A,B,C中的一个或两个，使铣刀轴线围绕直线坐标轴摆动，形成4轴或5轴联动。图1-6(d)所示为5轴联动铣床加工曲面。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识(3)按伺服系统控制的方式分类数控机床是由数控装置发出脉冲或电压信号，通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按伺服系统的控制方式分类可分为三种形式:开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。①开环控制数控机床。这类机床的伺服进给系统中没有位移检测反馈装置，数控装置将工件加工程序处理后，输出数字指令信号给伺服驱动系统，驱动机床运动，但不检测运动部件的实际位置，即没有位置反馈信号。开环控制的伺服系统主要使用步进电动机。插补器进行插补运算后，发出脉冲指令(又称进给脉冲)，经驱动电路放大后，驱动步进电动机转动。一个进给脉冲使步进电动机转动一个角度，通过齿轮丝杠传动使工作台移动一定距离。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识

因此，工作台的位移量与步进电动机转动的角位移成正比，即与进给脉冲的数目成正比。改变进给脉冲的数目和频率，就可以控制工作台的位移量和速度。在这类机床中指令信息单方向传送，并且指令发出后不再反馈回来，故称为开环控制，如图1-7所示。开环控制数控机床由于受步进电动机的步距精度和工作频率及传动精度的影响，系统速度和精度都较低。但由于开环控制结构简单、调试方便、容易维修、成本较低，仍被广泛应用于经济型数控机床上。②闭环控制数控机床。开环控制数控机床的控制精度不高，主要是没有检测工作台移动的实际位置，即没有纠正偏差的能力。图1-8为闭环控制系统框图，安装在工作台上的检测装置将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所求的位置指令进行比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识

可见闭环控制系统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影响，从而使加工精度大大提高。速度检测装置的作用是将伺服电动机的实际转速变换成电信号送到速度控制电路中，进行反馈校正，保证电动机转速恒定不变。常采用的速度检测装置是位移传感器闭环控制的特点是加工精度高，移动速度快。这类数控机床采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动装置，电动机的控制电路较复杂，检测装置价格昂贵，因此调试和维修比较复杂，成本高。③半闭环控制数控机床。半闭环控制系统框图如图1-9所示，它不是直接检测工作台的位移量，而是采用转角位移检测装置，如采用光电编码器，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，并反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值进行控制。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识

由于反馈环内没有包含工作台，故称为半闭环控制。半闭环控制系统的精度较闭环控制差，但稳定性好，成本较低，调试维修也较容易，兼顾了开环控制和闭环控制两者的特点，因此应用比较普遍。

(4)按工艺用途分类按工艺用途的不同，可将数控机床分为以下几类:①单工序的数控机床。这类数控机床一般只能完成某一工序的加工过程，如数控车床、数控钻床、数控铣床、数控磨床等。②加工中心。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，它将数控铣床、数控锁床、数控钻床的功能结合在一起，工件一次装夹后可实现多工序加工，如图1-10所示。加工中心的类型很多，一般分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和车削中心等。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识③特种加工数控机床。特种加工数控机床包括数控线切割机、数控火焰切割机床、数控电火花成形机床、数控激光加工机床、数控冲床和数控剪切机床等。④其他类型的数控设备。例如三坐标测量机等也属于数控机床的范畴

(5)按数控装置的类型分类①硬件数控。早期的数控装置基本上都属于硬件数控(NC)类型，主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息，数控机床的功能基本上是靠此控制。硬件数控系统于20世纪60年代投入使用，结构如图1-11所示，其工作原理是先根据应用程序制备穿孔带，磁带阅读机将穿孔带上的信息读入数控装置，由数控装置控制机床加工出合格的零件。由于功能少、线路复杂和可靠性低等缺点，硬件数控系统已经基本上被淘汰。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识②计算机数控。它是用计算机处理数字信息的计算机系统。数控机床的功能基本上是靠软件控制的，系统软件与应用程序放在ROM中，关机后不会丢失;也有少数老式的CNC机床的应用程序存放在RAM中，这样关机后就会丢失。当然，应用程序也可以存放在磁盘、磁带等程序载体上。随着微电子技术的迅速发展，微处理器功能越来越强，价格越来越便宜，现在数控系统的主流是微机控制(MNC)。根据数控系统微处理器的多少，可分为单微处理器数控系统和多微处理器数控系统，如图1-12所示。

(6)按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平可分为经济型数控机床、中档数控机床、高档数控机床三类。下一页返回上一页1.1数控机床相关知识①经济型数控机床。这类机床的伺服进给驱动，一般是由步进电动机实现的开环驱动，控制轴数为3轴或3轴以下，脉冲当量或进给分辨率为2~10um，快速进给速度可达10m/min。数控系统的微机系统多为8位单板机或单片机，用数码管显示，一般不具备通信功能。这类机床结构一般比较简单，精度中等，能满足加工形状比较复杂的直线、斜线、圆弧及螺纹加工，价格比较便宜。②中档数控机床。这类数控机床进给采用交流或直流伺服电动机实现半闭环控制，能实现4轴和4轴以下的联动控制，进给分辨率为1um，快速进给速度可达10~20m/min,一般采用16位或32位处理器，具有RS-232C通信接口，具有图像显示功能及面向用户的宏程序功能。此类数控机床的品种很多，几乎覆盖了各种机床类型，下一页返回上一页1.1数控机床相关知识

其发展趋势是趋向于简单、实用，不追求过多的功能，保持价格适当且不断有所降低。③高档数控机床。高档数控机床是用于加工形状复杂的多轴联动数控铣床或加工中心，其功能强，工序集中，自动化程度高，具有高柔性。一般采用32位以上的处理器，形成多CPU结构。采用数字化交流伺服电动机形成闭环控制，并开始使用直流伺服电动机，具有主轴伺服功能，能实现5轴以上联动，最高分辨率可达0.1um，最大快速驱动速度可达100m/min以上;具有三维动画功能进行加工仿真检验，同时还具有多功能智能。监控系统和面向用户的宏程序功能，有很强的智能诊断功能和丰富的工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现计算机联网和通信。各档次的数控机床的功能和指标如表1-1所示。返回上一页1.2数控编程概述1.2.1数控编程的内容与步骤1.数控编程的内容数控机床程序编制是指编程者根据零件图样和工艺文件的要求，编制出可以在数控机床上运行，以完成规定加工任务的一系列指令的过程。具体地说，数控编程是由分析图样和工艺要求开始到程序检验合格为止的全部过程。数控编程的主要内容有:分析零件图样，确定加工工艺过程;计算数值;编写零件加工程序;制作控制介质;校验程序及首件试切.2.数控编程的步骤数控编程的步骤一般如图1-13所示。下一页返回1.2数控编程概述(1)分析零件图样和工艺要求分析零件图样和工艺要求的目的，是为了确定加工方法、制定加工计划，以及确认与生产有关的问题，其内容包括:①根据零件选用数控机床，选择合理的装夹方法和工装夹具。②确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工。③确定加工路线，即选择对刀点、程序原点、走刀路线、程序终点④确定切削用量等切削参数。⑤确定加工过程中机床的辅助动作等。

下一页返回上一页1.2数控编程概述(2)数值计算根据零件图样的几何尺寸确定工艺路线并设定工件坐标系，计算零件粗、精加工运动轨迹，得到刀位的运动数据。对于点定位控制的数控机床(如数控冲床)，一般不需要计算只有当工件坐标系与编程坐标系不一致时，才需要进行坐标换算。对于形状比较简单的零件(如直线和圆弧组成的零件)的轮廓加工，需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，有的还要计算刀具中心的运算轨迹坐标值。对于形状比较复杂的零件(如非圆曲线、曲面组成的零件)，需要用直线段或圆弧段逼近，按要求的精度计算其节点坐标值。下一页返回上一页1.2数控编程概述(3)编制零件数控加工工艺文件零件的加工路线、工艺参数及刀位数据确定后，编程人员根据数控系统规定的功能指令的代码及程序段格式，逐段编制和填写加工程序单。此外，还应填制有关的工艺文件，如编程任务书、工件安装和零点设定卡片、数控加工工程卡片、数控刀具卡片、数控刀具明细表以及数控加工轨迹运行图等，并编制数控加工程序单。

(4)制作控制介质，输入程序信息程序单完成后，编程者或机床操作者可通过CNC机床的操作面板，在编辑方式下将程序信息直接输入到CNC系统程序存储器中;也可以根据CNC系统输入、输出装置的不同，先将程序单的程序制作成穿孔带或转移至某种控制介质中。下一页返回上一页1.2数控编程概述

控制介质大多采用穿孔带，也可以用磁带、磁盘等信息载体。利用光电阅读机、磁盘驱动器等输入装置，可将控制介质中的程序信息输入到CNC系统程序存储器中。

(5)程序校验与首件试切程序必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是用输入的程序使机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否正确。在有CRT图形显示屏的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验。但这些方法只能检验出运动是否正确，而不能查出被加工零件的加工精度。因此还要进行零件的首件试切。当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，找出问题所在并加以修正。下一页返回上一页1.2数控编程概述1.2.2数控编程的种类数控编程的种类有手工编程和自动编程。1.手工编程手工编程是指从分析零件图样、确定工艺过程、计算数值、编写零件加工程序单、制备控制介质到校验程序都由人工完成。对于形状简单的零件的加工，其计算比较简单，程序较短，采用手工编程可以完成。这是从事数控应用的技术人员必须掌握的。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，用手工编程就相当困难，可采用自动编程的方法编制程序。2.自动编程自动编程即用计算机自动编制数控加工程序。下一页返回上一页1.2数控编程概述

编程人员根据加工零件的图样要求，进行参数选择和设置，由计算机自动进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，直至将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，控制机床进行加工。随着自动编程软件的不断发展和丰富，还可以采用图形输入自动编程系统。这种编程方法的特点是以零件图形为输入方式，采用人机对话方式，而不需要使用数控语言编制源程序。从加工图形再现、进给轨迹生成、加工过程的动态模拟，直到生成数控加工程序，都是通过屏幕驱动的。这种编程方式具有形象直观、高效及容易掌握等优点。自动编程应用在航空航天、船舶、汽车、模具等制造业中，可用于一些复杂形面的加工或加工程序很长的零件加工。下一页返回上一页1.2数控编程概述1.2.3数控加工程序的结构及格式加工程序是数控加工中的核心部分不同的数控系统，其加工程序的结构与程序段格式之间可能有些差别。掌握了常用数控系统所规定的有关结构和格式，就可以顺利地编写出所需要的加工程序。1.程序的组成。一个完整的数控加工程序由若干个程序段组成，一个程序段又由若干个字组成，每个字又由字母(地址符)和数字(有些数字还带有符号)组成。而字母、数字、符号统称为字符。例如:O1000N01G91G00X50.Y60.;N05G01X10.Y50.F150.S300T12M03;N10X20.YO;…下一页返回上一页1.2数控编程概述N50G00X-50.Y-60.M02;

上例为一完整的零件加工程序。它由程序号和若干个程序段组成，每个程序段都包括了开始、内容及结束部分。程序段以序号“N”开头，以“;”结束，M02作为整个程序结束的字符。每个程序段有若干个字，如第二程序段有9个字。每个程序段都表示一个完整的加工工步或动作。大多数系统都规定一个程序段的字符数蒸90个，90个字符对于一个程序段来说基本够用。一个数控系统所允许的加工程序的最大长度取决于该系统中的零件程序存储区的容量。如日本的FANUC-7M系统，零件主程序存储区的最大容量为4KB，另外还可以根据用户要求扩大存储区的容量，所以该系统可适应大型程序的编制。下一页返回上一页1.2数控编程概述2.程序段格式程序段格式是程序段中的字、字符和数据的安排形式，即排列书写方式和顺序。不同的数控系统往往有不同的程序段格式，若格式不符合规定，则数控系统将不能接受。常用的程序段格式有两类:(1)地址符可变程序段格式这种格式又称字一地址程序段格式，前面举例介绍的就是这种格式。程序段中每个字都以地址符开始，其后再跟有符号和数字，代码字的排列顺序没有严格的要求，不需要的代码字以及与上段相同的续效字可以不写。这种格式的特点是:程序简单，可读性强，易于检查，因此，现代数控机床广泛采用这种格式。下一页返回上一页1.2数控编程概述

可变程序段格式如下:

每个程序段的开头都是程序的序号，以字母N和几位(位数由数控系统决定)数字表示;接着是准备功能指令，由G和两位数字组成;再接着是坐标运动尺寸，进给速度指令、主轴转速指令和辅助功能指令等工艺指令;最后是程序段结束指令。在程序段中，不用的字可省略不写，上一个程序段中已有的续效指令而本段又不必改变的字仍然有效，可不必重写。例如上例中N10程序段中的准备功能与N05中的相同，虽然不写，但是仍为G01。下一页返回上一页1.2数控编程概述(2)分隔符固定程序段格式每个字的第一个字符都为“HT”分隔符，而且每个字都是按规定的顺序出现的程序段格式，称为分隔符固定程序段格式。这种格式用分隔符“HT"(在ELA中用“TAB")代替地址符，而且预先规定了所有可能出现的字的固定排列顺序，根据分隔符出现的顺序，就可判定其功能。例如，上例中的N02程序段写成分隔符固定程序段格式为

02HTHT01HT10HT50HTHTHT150HT300HT12HT03LF

用这种格式书写的程序不太直观，现在只用于功能不多的数控机床中。下一页返回上一页1.2数控编程概述3.加工程序格式加工程序是由程序号、程序段和相应的符号组成。

(1)程序号在计算机数控装置中，一般来说，每个加工程序都需要进行编号。这是因为在计算机的存储器中可以事先存入多个加工程序，给每个加工程序进行编号，便于数控系统对这些加工程序进行管理。如上例中的“O1000”就是程序号，它表示:执行到该程序指令码“O”及其后边的号码时，就从数控装置的存储器中自动调出编号为1000的加工程序，以便执行有的程序号以“O”指定，也有以“%”指定的，它们都由机床的数控系统确定。下一页返回上一页1.2数控编程概述(2)程序段格式关于程序段格式前面已作说明。这里要特别指出的是:一个程序段的字符数一般都有限制(大多为90)，一旦字符数大于限制的字符数，应把它分成两个或多个程序段。

(3)主程序和子程序在一个零件的加工程序中，若有一定量连续的程序段在几处完全重复出现(如在一块较大的材料上加工多个形状和尺寸相同的零件的加工程序)，可将这些重复的程序串单独抽出，按一定的格式作为子程序，并存入子程序存储器中。在加工程序中除子程序以外的部分称为主程序。在执行主程序的过程中，如果需要，可调用子程序，并可以重复调用。下一页返回上一页1.2数控编程概述

某些数控系统，子程序在执行的过程中还可以调用其他的子程序，即所谓“多层嵌套”。从而大大简化了编程工作，缩短了程序长度，节约了程序存储器的容量。子程序与主程序的关系举例如下。主程序:N01…N05…

…N30(调用子程序1)

…N50(调用子程序8)…N…M02；下一页返回上一页1.2数控编程概述

子程序1：

N01…

…N…M99…

子程序8:N01…

…N…M99;

子程序的格式除有子程序名外，还要有子程序结束代码(如上例中的M99)作为子程序结束并返回主程序的指令。子程序其余部分的编写与主程序完全相同，其具体编程方法按所选用的具体机床的规定去操作。下一页返回上一页1.2数控编程概述1.2.4典型的数控系统与指令代码1.典型的数控系统简介数控系统是数控机床的核心。数控机床根据其功能和性能要求，可以配置不同的数控系统。数控系统不同，其指令代码也有差别，因此编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程常用的典型数控系统有FANUC(日本)、SIEMENS(德国)、FAGOR(西班牙)、HEIDENHAIN(德国)、MITSUBISHI(日本)等公司生产的数控系统及相关产品，它们在数控机床行业中占据主导地位。我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。下面介绍常用的典型数控系统。下一页返回上一页1.2数控编程概述(1)FANUC公司的主要数控系统①高可靠性的PowerMateO系列。用于控制2轴的小型车床，取代步进电动机的伺服系统;可配画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDA，也可配性能/价格比好的DPL/MDA。②普及型的CNCO-D系列。O-TD用于车床;O-MD用于铣床及小型加工中心;O-GCD用于圆柱磨床;O-GSD用于平面磨床;O-PD用于冲床。③全功能型的O-C系列。O-TC用于通用车床、自动车床;0-MC用于铣床、钻床、加工中心;O-GGC用于内、外圆磨床;O-GSC用于平面磨床;O-TTC用于双刀架4轴车床。④高性能/价格比的Oi系列。下一页返回上一页1.2数控编程概述

整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能Oi-mateMA用于铣床，3轴3联动;Oi-mateTA用于车床，2轴2联动。⑤具有网络功能，超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列。控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通信。其中FS16i-MB的插补、位置检测和伺服控制以mm为单位。16i最多可控制8轴，6轴联动;18i最多可控制6轴，4轴联动;21i最多可控制4轴，4轴联动。除此之外，还有实现机床个性化的CNC16/18/160/180系列

(2)SIEMENS公司的主要数控系统

①SINUMERIK802S/C。用于车床、铣床等，可控制3个进给轴和1个主轴。SINU-MERIK802S适于步进电动机驱动，SINUMERIK802C适于伺服电动机驱动，具有数字I/O接口。下一页返回上一页1.2数控编程概述②SINUMERIK802D。控制4个数字进给轴和1个主轴。PLCI/O模块，具有图形式循环编程，车削、铣削、钻削工艺循环，FRAME(包括移动、旋转和缩放)等功能，为复杂加工任务提供智能控制。③SINUMERIK810D。用于数字闭环驱动控制，最多可控制6个坐标轴(包括1个主轴和1个辅助主轴)，具有紧凑型可编程I/O系统。

④SINUMERIK840D。全数字模块化数控设计，用于复杂机床、模块化旋转加工机床和传送机，可控制31个坐标轴。

(3)FAGOR公司的主要数控系统

①CUC8070。CUC8070是目前FAGOR公司最高档的数控系统，代表FAGOR公司的顶级水平，是CNC技术与PC技术的结晶。它是与PC兼容的数控系统，采用PentiumCPU,可运行Windows和MS-DOS。下一页返回上一页1.2数控编程概述

可控制16轴+3电子手轮+2主轴，可运行VisualBasic,VisualC++，其程序段处理时间<1ms,PLC可达1024输入点/1024输出点，具有以太网、CAN,SERCOS通信接口，可选用±10V模拟量接口。②8055系列数控系统。FAGOR的高档数控系统，可实现7轴7联动+主轴+手轮控制。按其处理速度不同可分为8055/A,8055/B,8055/C三种档次。适用于车床、车削中心、铣床、加工中心及其他数控设备，具有连续数字化仿形、RTCP补偿内部逻辑分析仪、SERCOS接口、远程诊断等高级功能。③8040/8055-I标准系列。8040/8055-I标准系列属中高档数控系统，采用中央单位与显示单位合为一体的结晶，8040可控制4轴4联动+主轴+2个手轮。8055-I可实现7轴7联动+主轴+2个手轮，下一页返回上一页1.2数控编程概述

两者用户内存均可达到1MB且具有±10V的模拟量接口及数字化SERCOS光缆接口，可配置带CAM接口的分布式PLC。

④

8040/8055-i,8055TCO/MC系列。8040/8055-i,8055TCO/MC系列是一种开放式的数控系统，可供OEM再开发，为专用数控系统，适用于任何机床设备。⑤8040/8055-i,8055TC/MC系列。8040/8055-i,8055TC/MC系列是一种人机对话式数控系统，其主要特点是无须采用代码编程，可将零件图样中的数据通过人机交互图形界面直接输入系统，从而实现编程，俗称傻瓜式数控系统。

⑥

8025/8035系列。8025是FAGOR公司的中档数控系统，适用于铣床、加工中心、车床及其他数控设备，可控制2~5轴。下一页返回上一页1.2数控编程概述

该数控系统是操作面板、显示器、中央单元合一的紧凑结构。8035是8040/8055-i,8055的简化型，采用32位CPU，同时也是8025的更新换代产品。

(4)华中数控系统华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC-21T为车削系统，最多联动轴为4轴;HNC-21/22M为铣削系统，最多联动轴为4轴，采用开放式体系结构，内置嵌入式工业PC。伺服系统的主要产品包括HSV-11系列交流伺服驱动装置、HSV-16系列全数字交流伺服驱动装置、步进电动机驱动装置、交流伺服主轴驱动装置与电动机、永磁同步交流伺服电动机等。下一页返回上一页1.2数控编程概述(5)大津大学数控系统天大精益数控公司推出的TDNC系列数控系统包括经济型(L)和中档型(M)两个系列，TDNC-LT/M2000经济型车削/铣削系统，为最新推出的经济型车床/铣床控制系统;TDNC-M4为天大精益数控公司最新推出的中档高性能多功能4轴运动控制系统，具备智能化、网络化和开放结构三大重要特征，是加工和控制过程中的平台级装备产品，可广泛用于数控机床、工业机器人、自动化生产线等工业自动化领域。

(6)北京航天数控系统北京航天数控的主要产品为CASNUC-2100数控系统，是以PC为硬件基础的模块化、开放式的数控系统，可用于车床、铣床、加工中心等8轴以下机械设备的控制，具有2轴、3轴、4轴联动功能。下一页返回上一页1.2数控编程概述2.数控编程的代码标准关于编程代码，我国机械工业部制定了有关G指令和M指令的JB/T3208-1999标准，它与国际上使用的ISO1056:1975标准基本一致.(1)准备功能G指令准备功能G指令用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作的准备工作。在JB/T3208-1999标准中规定:G指令由字母G及其后面的两位数字组成，从G00到G99共有100种代码，如表1-2所示。模态指令(又称续效指令)是表示这种指令一经在一个程序段中指定，便保持有效，直到在以后的程序段中出现同组的另一指令时才失效。下一页返回上一页1.2数控编程概述

在某一程序段中一经应用某一模态G指令，如果其后续的程序段中还有相同功能的操作，且没有出现过同组的G指令，则在后续的程序段中不再指定和书写这一功能指令，且同组的任意两个指令不能同时出现在同一个程序段中。“不指定”代码用作将来修订标准时指定新功能之用。“永不指定”代码，说明即使将来修订标准时，也不指定新的功能。但这两类代码均可由数控系统设计者根据需要自行定义表中所列功能以外的新功能，但必须在机床使用说明书中予以说明，以便用户使用。

(2)辅助功能M指令辅助功能指令，简称辅助功能，也叫M功能。JB/T3208-1999标准中规定:M指令由字母M及其后面的两位数字组成，从M00到M99共有100种代码，如表1-3所示。下一页返回上一页1.2数控编程概述M指令也有续效指令与非续效指令之分。这类指令与CNC系统的插补运算无关，而是根据加工时机床操作的需要予以规定。例如主轴的正反转与停止、切削液的开关等。因为M指令与插补运算无直接关系，所以一般书写在程序段的后部。但这类指令在加工中是必不可少的。

(3)F、S、T指令①F功能。该指令是进给速度指令，为续效指令。通常指定进给速度有两种方法:

代码法:即F后跟二位数字，这些数字不直接表示进给速度的大小，而是进给速度数列的序号。指定序号在具体机床的数控系统中有对应的实际进给速度，可查表确定。下一页返回上一页1.2数控编程概述

直接指定法:F后跟的数字就是进给速度的大小，单位由数控系统设定。一般常用单位为mm/min。例如F100表示进给的速度是100mm/min。这种方法较为直观，因此现在大多数数控系统采用这一指定方法。②S功能。该指令是主轴转速指令，为续效指令。其指定方法与F指令的指定方法基本相同，只是单位不同，常用的主轴转速单位为:/min③T功能。该指令是刀具序号指令。在可以自动换刀的数控系统中，用来选择所需的刀具。指令以T为首，后跟两位数字，以表示刀具的编号。有时T后跟有四位数字，后两位数字表示刀具补偿的序号。返回上一页1.3数控加工的特点1.3.1数控机床的加工特点1.适用性强，适合加工单件或中小批量复杂零件在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制程序就能完成新工件的加工。数控机床上工件的装夹只需要简单的夹具。当加工工件改变后，也不需要制作特别的工装夹具和重新调整机床，这就为复杂结构的单件、小批量生产及试制产品提供了极大的方便。2.加工精度高，产品质量稳定数控机床是按程序指令进行加工的。由于数控机床的脉冲当量普遍达到了0.001mm,而且传动系统和机床结构都具有很高的刚度和热稳定性，工件加工精度高，进给采用消除间隙措施，反向间隙与丝杠螺距误差等可由数控装置进行自动补偿，所以数控机床能达到很高的加工精度。下一页返回1.3数控加工的特点

对于中、小型数控机床，定位精度普遍为0.02mm,重复定位精度为0.01mm,特别是数控机床加工完全是自动进行的，消除了操作者人为产生的误差，使同一批零件尺寸的一致性好，加工质量十分稳定。3.自动化程度高，劳动强度降低数控机床对于工件的加工是按事先编制好的程序自动完成的，工件加工过程中不需要人工的干预，加工完毕后自动停车，使操作者的劳动强度与紧张程度减轻。加上数控机床一般都是自动排屑、自动冷却和自动润滑，安全防护也较好，因此使得操作者的劳动条件大大改善。4.生产效率高工件加工所需要的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床有效地减少了这两部分时间。下一页返回上一页1.3数控加工的特点

数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通的机床大，能选用较有利的切削用量;数控机床的结构刚性好，能够使用大切削用量的强切削力切削，从而提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间;数控机床的移动部件空行程速度快，工件装夹时间短，辅助时间比一般机床少。5.良好的经济效益数控机床虽然设备昂贵，分摊到每一个工件的设备费用较高，但用数控机床加工工件可节省许多其他费用。数控机床加工工件可以节省划线工时，减少调整、加工和检验的时间，节省了直接生产的费用;数控机床加工不需要设计制造专门的工装夹具，因此节省了工艺装备费用;数控机床加工精度稳定，废品率低使生产成本下降。下一页返回上一页1.3数控加工的特点

另外，数控机床可以一机多用，节省厂房面积，减少建厂投资。因此，使用数控机床加工可以获得良好的经