数控机床-第2章数控加工程序

2.1加工程序的基本规定2.1.1加工程序概述在数控机床自动控制零件加工前，先要编制加工程序。编制加工程序的过程是:先分析工件图样，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，确定必要的加工数据和工艺参数;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。加工程序输入到数控机床，成为CNC系统自动控制数控机床加工的依据。下一页返回2.1加工程序的基本规定2.1.2加工程序指令字格式

1.加工程序的字符构成加工程序的指令字符是加工程序的最小组成单位，如同一篇作文里的各个汉字和标点符号。数控标准规定选用A,B,C,……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，如同一篇作文里的各个汉字组成的各个词汇。例如，程序中的一段指令:G01X100Y50F200;“G01”是由G,0,1三个字符按顺序组合成的指令，其含义是:进给运动的轨迹是一直线，这个指令对CNC而言，做好控制进给运动是为直线进给运动轨迹作准备。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定2.字符的二进制数字代码国际上广泛采用两种标准规定的二进制数字代码作为加工程序的字符代码，标准代码有EIA代码和ISO代码，ISO标准代码为七位二进制数，最多可得到27=128个字符;而EIA代码为六位二进制数，最多得到26=64个字符，所以IS()代码数比EIA代码数多一位。ISO代码和计算机通用信息交换代码ASC且码一致，适合与计算机作信息交换，给加工程序的输入和数控系统的设计带来方便。表2一1所示的是10个数字字符和26个字母字符的一七位二进制ISO代码。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定3.加工程序指令字的结构组成加工程序的指令字简称字(WORD)。它是一套有规定次序的字符，对编程人员而言，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就是由七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)由地址字符与其后的具体的数据组成称为数据字

(2)由地址字符与其后数字代号组成

4.加工程序的指令字格式对某一特定的CNC系统而言，每个程序中的指令字只能以特定的格式编写。字中允许使用的数字位数取决于地址和小数的最大位数，这是由CNC控制器厂家设置的。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定

认识CNC控制器对格式的限制性很重要。CNC控制器生产厂家通常以缩写形式指定程序字的字符输入格式，如"X±5.3"，为坐标尺寸字字符输入缩写格式，缩写格式说明如下:"X±5.3"-------"X"是坐标尺寸字地址符;“±”表示数值可正可负;"5.3"表示数值允许使用小数点，其小数点前面最多有五位数字，且小数点后面最多有三位数字。

"F3.2"最多为五位数字，允许使用小数点，小数点前面最多为三位数字，小数点后面最多为两位数字，但不使用正负号。如果缩写格式中没有小数点“.”，则表示不可使用小数点;缩写格式中没有正负号“±”，则表示地址值不可能是负的，即数值只能是正值。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定2.1.3加工程序指令字的功能

1.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。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，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。

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，它指令数控机床作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。G代码由地址G及其后的两位数字组成，从G00~G99共100种，有些数控系统的G代码已使用三位数。

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我国根据ISO1056-1975(E)制定了JB3208-1983标准，规定了G代码的功能定义，但世界上的各数控系统生产厂家，为了体现本身系统的特点，常不按照国际标准进行功能定义，造成G功能含义的差别。因此在具体使用时，必须根据CNC机床系统应用说明书的规定进行编程。

3.坐标尺寸字坐标尺寸字: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。尺寸地址符较多，其中X,Y,Z,U,V,W表示直线坐标，与数学坐标标注习惯相似;A,B,C,D,E表示角度坐标。回转轴的转动坐标字表达如B30.45,"30.45"是回转角度，单位“度”。

上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定I,J,K表示圆心坐标;圆弧圆心坐标用I,J,K表示，I,J,K地址符后的数值一般是相对圆弧起点的增量值，例如在XY平面内I18J33。

R指定圆弧半径。大多数CNC控制系统有半径指定功能，即已知起点、终点的情况下，用半径R指定圆弧大小位置，例如用8100指定圆弧半径。应注意尺寸字的数值有米制或英制、绝对值坐标和增量坐标的区分，坐标字的指令值最大不超过8位，如设定单位用10μm，则直线轴向指令值范围为0~999999.99。回转轴的回转角度指令范围为0~999999.99°。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定4.进给功能字进给功能字: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。

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。

5.主轴转速功能字主轴转速功能字，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r/min。例如，S600表示主轴转速为600r/min。

S后面的数字还可以指定切削线速度，单位为m/min。用G97和G96来选择是指定每分钟转速还是线速度。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定6.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。

(1)数控车床的刀具功能字数控车床的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。

(2)数控铣床的刀具功能

(3)数控加工中心的刀具功能上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定7.辅助功能字辅助功能字又称M功能或M指令，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，有M00~M99共100种。与G指令一样，M指令在实际使用中的标准化程度也不高。不同的数控系统的M代码的含义是有差别的，使用前一定要查看手册。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定

下面对常用的辅助功能指令加以说明。

(1)M00是程序停。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，如数控车床工作调头、手动变速、数控铣床的手动换刀等，重新按“循环启动”按钮，机床将继续执行下一程序段。

(2)M01是计划停止。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的计划停止按钮，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。上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定(3)M02是程序中的最后一段，表示加工程序结束。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。注意M00,M01,M02组代码在应用中的不同:M00及M01都是在程序执行的中间停下来，当然还没执行完程序，而M00是肯定要停，且要重新启动才能继续下去，M01是不一定停，看操作者是否有这方面的要求;而M02是肯定停下且让机床处于复位状态。

(4)M03,M04分别是主轴正转、反转。往主轴Z的正向看过去，主轴正转是顺时针方向转，反转是逆时针方向转。

(5)M05是主轴停，指令表示在执行完所在程序段的其他指令之后停止主轴。主轴停止时，需要进行制动。

上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定(6)M06是换刀。对加工中心，指令将处于刀库待换位置的刀具('P一)换到主轴上，主轴上原来的刀具则送回刀库。

(7)M08,M09是冷却液开、关。

(8)M98是调用子程序。

(9)M99是子程序结束，返回主程序。

(10)M30是程序结束，它与M02类似，但M30可以使程序返回到开始状态。上一页返回2.1加工程序的基本规定2.1.4程序段规定格式各个数控系统对程序段规定的格式要求都比较相似，一般来讲，程序段的基本格式如下:2.1.5加工程序格式和结构

1.数控程序总体格式如图2一2所示，表现了数控程序的一般结构形式，其中①为程序起始符;②为程序名;③为程序主体;④为程序结束符;⑤为程序段。下一页返回2.1加工程序的基本规定2.程序主体部分的结构程序主体部分的结构，一般由准备程序段、中间部分的加工程序段和结束程序段组成。程序主体部分的结构分析如下所述。

(1)准备程序段准备程序段一般包括以下一些指令:1)系统状态初始设定。

2)工件编程坐标系的建立。

3)刀具准备(包括装刀及刀具位置补偿)。

4)主运动准备。

5)刀具快速定位到加工位置附近。

上一页下一页返回2.1加工程序的基本规定(2)加工程序段加工程序段指令进给运动轨迹和切削运动量的大小。(3)结束程序段结束程序段一般包括以下一些指令:1)刀具退回到安全位置。2)主轴停转(M05)。3)取消补偿回参考点。4)程序结束并返回到程序开始(M02,M30)。上一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.1进给运动要素在加工程序中，用程序指令描述进给加工运动包括如下要素。

1)确立工件坐标系:表示进给运动的轨迹的位置数据是在确立的工件坐标系中得到的。建立工件坐标系的指令，一般由位置寄存指令G92(车G50)或工件零点偏置指令G54~G59等确定。

2)进给运动的圆弧轨迹或补偿所在的坐标平面:由G17,G18,G19指令分别指定坐标轴为XY,XZ,YZ的坐标平面。

3)运动轨迹的线型:进给运动轨迹一般是由一系列简单的线段如直线或圆弧连接而成。最基本的轨迹线型(插补)指令是直线和圆弧插补指令，由G01,G02,G03来指定。

下一页返回2.2进给运动指令及应用4)进给轨迹的位置数据和轨迹的运动方向。直线轨迹通过给出起点和终点的坐标值来描述，坐标指令的格式为X~Y~Z~。对圆弧除了给出起点和终点的坐标值外，还要给出圆弧半径或圆心位置。

5)尺寸的坐标值形式有绝对尺寸和相对尺寸模式之分;尺寸坐标值的单位分公、英制。

6)进给加工运动的速度由F指令给出，有每分钟进给速度和每转进给量之分。

7)进给方向由起点到终点的方向确定。上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.2工件坐标系设定指令1.位置寄存器指令G92(G50)FANUC的数控系统规定，G92用于数控铣床，而数控车床采用G50。格式:G92(G50)X~Y~Z。

2.工件坐标系零点偏移指令G54~G59

机床零点偏移指令设定过程为:选择工件上的编程原点，测量出工件装夹后该点在机床坐标系中的绝对位置值，将这些值通过机床面板操作输入机床偏置存储器G54~G59的某参数中，从而CNC根据相对应的G54~G59指令要求将零点偏移至该点。如图2一5所示为机床零点执行G54指令偏移的示意图。(在第8章、第9章有具体的数控车床、数控铣床零点偏移应用方法介绍)上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.3坐标平面设定指令G17~G19

笛卡尔直角坐标系的三个互相垂直的轴(X,Y,Z)构成三个平面，XY平面、YZ平面和YZ平面。一般数控系统规定用指令G17选择在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，那么铣削加工中心控制器会自动默认为G17XY平面。如图2一6所示的三个选择平面的指令与所选择的平面:G17→XY面;G18→Z面;G19→YZ面。上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.4坐标尺寸字的数值属性

1.坐标尺寸字尺寸的公制或英制单位，准备功能G21或G20G21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”。在程序中，应明确每个坐标尺寸字的尺寸数值的单位，如果没有在程序中指定准备功能G20或G21,控制系统将当前尺寸数值的单位作为缺省状态的单位。若程序中用准备功能(G20或G21)指令了新的尺寸数值的单位，那么缺省尺寸数值的单位状态将被覆盖，并且将指令的新尺寸数值的单位的模式保留下来，直到被同组的另一个G代码替代。G20和G21为同组G代码，都是模态的。同一程序中，不应让G20和G21指令任意“切换”。同一程序中混合使用公制和英制单位的指令将导致的错误结果。上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.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。控制系统需要更多的信息来表达尺寸值的测量起点。编程中有两种参考:(1)以工件上同一个基准点作为参考—称为绝对输入的零点;(2)以工件上的从线段起始点作为参考—称为增量输入零点。图2-7中，CNC程序中从公共点(原点)开始测量A和B的尺寸得到的是绝对尺寸。图2一8中，AB线段中B点坐标从起始点A开始测量得到的是增量尺寸。上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.5进给运动方式指令

1.快速定位指令G00

程序中，切削刀具进给运动的轨迹一般包括两种:一种是生产性的运动(切削运动)，另一种则是非生产性的运动(定位运动)。快速运动定位的目的就是缩短非切削操作时间，即切削刀具与工件没有接触的移动时间。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(非切削状态)。编程时只需给出定位目标点的坐标。程序格式为:G90G00X~Y~Z~;上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.直线插补在编程中，使用直线插补使刀具从起点到终点作直线切削运动，以精确加工连接起点和终点的直线轮廓。与CNC程序中的G0。运动一样，直线运动是轮廓两个端点之间的运动。它有一个开始位置和终止位置。对相同两个端点之间的运动，用G00或G01模式编程将产生相同的终点，但进给率不一样，多轴运动时的轨迹也不一样。如图2一11所示为两种运动模式的比较。格式:(G90/G91)G01X~Y~Z~F~;上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用3.圆弧插补指令G02,G03

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进给速度进行圆弧加工，切削出圆弧轮廓。G02用于顺时针圆弧加工，G03用于逆时针圆弧加工。描述圆弧插补运动，程序段应表达清楚:圆弧插补平面、圆弧回转方向、终点位置、圆心位置或半径等几个方面的信息。插补指令的程序格式分别为:上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用(1)圆弧插补平面使用圆弧插补必须指定圆弧所在平面，即插补平面。(2)圆弧的回转方向(3)圆弧终点位置(4)圆弧圆心

4.进给暂停(延迟)指令G04

暂停指令是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，但不影响其他所有的程序指令和功能。到了指定的延迟时间后，控制系统将立即重新开始处理进给运动程序指令。刀具切削材料时执行进给暂停指令，刀具与工件是接触的，主轴常常仍在运转，虽然进给停止，但主轴的旋转仍然应看做是一个加工的动作。上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用

进给暂停的常见准备功能指令是G04，并指定暂停时间，暂停指令的常用的地址是X,P或U(U仅用于CNC车床)。暂停时间往往只是几毫秒或几秒。5.进给暂停G04的应用“暂停”是从工艺要求出发提出的，在下面几种情况下，常常需要使用暂停指令。(1)对不通孔作深度控制时，在刀具进给到规定深度后，用暂停指令使刀具转一圈以然后退刀，可使孔底平整。(2)完毕后要退刀时，为避免在已加工孔壁上留下退刀螺旋状刀痕而影响孔表面质应用暂停指令，让主轴完全停止转动后再退刀。(3)横向车槽到位后，用暂停指令，让主轴转过一转以后再退刀，使槽底平整。(4)在车床上倒角或打顶尖孔时，刀具进给到位后，用暂停指令使工件转一转以上再退可使倒角表面或顶尖孔锥面平整。上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.6返回参考点指令G28,G291.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。G28指令常用于刀具自动换刀，G28指令执行前需取消刀具补偿。格式:G28X~Y~Z~2.从参考点自动返回G29

格式:G29X~Y~Z~上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用3.应用示例如图2一16所示，设计刀具运动轨迹为:从A经B返回到参考点R换刀，又从R点经B到加工点C。编写程序如下:G90G28X100.0Y20.0;(A→B→R)T02M06;(换T02刀)G29X150.0Y10.0;(R→B→C)上一页下一页返回2.2进给运动指令及应用2.2.7进给运动指令应用实例编制铣削工件轮廓(如图2一17所示)的加工程序。设加工刀具为直径Φ24的立铣刀。上一页返回2.3刀具补偿指令及其应用2.3.1刀具半径补偿

1.刀具半径补偿的概念在数控铣床上进行工件轮廓的数控铣削加工时，由于存在刀具半径，使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹，即在编程时给出刀具的中心轨迹。轨迹的各基点坐标计算相当复杂，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。这样既烦琐，又不易于保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控程序只需按工件轮廓编写，加工时数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。下一页返回2.3刀具补偿指令及其应用2.刀具半径补偿量的指定数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行，编程人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，数控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。上一页下一页返回2.3刀具补偿指令及其应用3.G40,G41,G42指令格式刀具半径补偿指令的格式如下:G00/G01G41/G42X~Y~D~;G00/G01G40X~Y~;

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。当沿着刀具前进方向看时，刀具中心在零件轮廓左边时为左偏置，刀具中心在零件轮廓右边时为右偏置。如图2-21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)上一页下一页返回2.3刀具补偿指令及其应用4.半径补偿的建立、执行和撤销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。刀具半径补偿的偏置方向由G41(左补偿)或G42(右补偿)确定。

(2)补偿加工一旦建立了刀具补偿状态，就一直维持该状态，除非撤销刀具补偿。间，在刀具补偿进行期,刀具中心轨迹始终偏离程序轨迹