数控技术-第三章

3.1数控编程的基本概念3.1.1数控编程内容和步骤数控机床内容过程一般相同，如图3-1所示。1)分析零件图样根据零件图样和企业实际的数控装备情况选择适合数控加工的内容，在此基础上根据零件的特征(毛坯的形状、材料，工件的形状、尺寸、技术要求)确定合适的加工方法和加工方案。2)工艺处理工艺处理主要包括工艺路线的设计(工序的划分与内容确定、加工顺序的安排，各工序的衔接等)、工序的设计(包括工步的划分、装夹方案、选择刀具及合适的对刀点、换刀点及切削参数等)及数控加工工艺规程文件的填写。下一页返回3.1数控编程的基本概念3)数学处理根据零件图样几何尺寸，计算零件轮廓数据，或根据零件图样和走刀路线，计算刀具中心(或刀尖)运行轨迹数据。数值计算的最终目的是通过基点和节点坐标的计算获得编程所需要的所有相关位置坐标数据。所谓基点，是指轮廓各几何元素间的连接点，如直线与直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点等。一般数控机床只具有直线和圆弧插补功能。若工件表面的轮廓是其他线形，例如抛物线、螺旋线等，则应该用一系列直线段或圆弧段去拟合。用来逼近复杂曲线的小直线段和小圆弧段与轮廓曲线的交点或切点称为节点。这种情况一般要用计算机来完成数值计算的工作。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念4)编写程序清单根据所用数控系统的指令及程序段格式，沿轮廓段逐段编写加工程序清单。一段轮廓一句程序，故有时称一句程序为一程序段。编程者不仅应熟悉所用数控机床及系统的功能，如机床性能、指令功能、程序段格式等，还应具备机械加工相关的工艺知识，才能编制出正确、实用的加工程序。5)输入数控系统程序单完成后，编程者或机床操作者可以通过CNC机床的操作面板直接将程序信息输入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功或转移至某种控制介质上。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念控制介质最早使用穿孔纸带，后来是磁盘、磁带等，现在数控加工大多数利用数控装置的通信功能来传输程序，即利用数控装置的RS一232接口与计算机通信;有些数控装置还有DNC接口，上位机与下位机数控机床直接连网，进行分布式数控加工。6)程序校验所编制的程序必须经过进一步的校验(语法错误、刀具路径正确与否、刀具与工件干涉情况等)，通过校验，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。常用的程序校验方法如下。(1)对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转、空运行绘图。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念(2)对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料、术料或价格低的材料作为工件，进行试切，以此检查程序的正确性。(3)在具有图形显示功能的机床上，用静态显示(机床不动)或动态显示(模拟工件的加工过程)的方法，则更为方便。7)首件试切上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念正式加工前一般都要进行首件试切，以检验加工精度。为安全起见，首件试切一般都采用单段运行方式，逐段运行来检查机床的每次动作。当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图样规定的精度要求为止。以上介绍的数控程序编制的一般过程主要是针对手工编程而言的。3.1.2数控编程方法简介数控编程的方法主要分为两类，即手工编程和自动编程。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念1.手工编程手工编程是指利用一般的计算工具包括计算机，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行程序编制。这种方式比较简单，容易掌握，适应性较强。适用于中等复杂程度、计算量不大的零件编程，是机床操作人员必须掌握的一种编程方法。2.自动编程自动编程是指编程人员只需根据零件图样的要求，按照某个自动编程系统的规定，编写一个零件源程序，输入编程计算机，再由计算机自动进行程序编制，并打印程序清单和制备控制介质。自动编程既可以减轻劳动强度，缩短编程时间，降低成本，又可减少差错，使编程工作更简便。

上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念目前，实际生产中应用较广泛的自动编程方法有数控语言编程和图形编程两种。1)数控语言编程数控语言编程系统中应用最多的是美国的APT(AutomaticallyProgrammedTools，自动化编程工具)，它是一种发展最早、容量最大、功能全面又成熟的数控编程语言，能用于点位、连续控制系统以及2一5坐标数控机床，可以加工极为复杂的空间曲面。APT语言编程是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的接近于英语的符号语言。在编程时编程人员依据零件图样，人为地确定好加工方案后，以APT语言的形式表达出加工的全部内容。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念APT语言编制好的源程序不能直接被数控系统所接受，必须把用APT语言书写的零件源程序输入计算机，经过编译生成刀位文件(CLDATAFILE，再通过后置处理后，生成数控系统能接受的数控加工程序。APT语言接近自然语言，为曲面、曲线的加工提供了有效的方法，编程效率比手工编程高，但是太复杂的几何图形难于描述，缺乏直观性，缺乏对零件及刀具运动轨迹的直观显示。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念2)交互式图形编程将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件(或直接调用由CAD系统完成的零件图形文件)，然后调用计算机内相应的数控编程模块进行刀具轨迹处理。有的软件能在三维造型的基础上通过交互式对话自动生成数控程序，并能够在计算机上模拟刀具的加工轨迹。数控图形编程系统是利用图形输入装置直接向计算机输入被加工零件的图形，无需再对图形信息进行转换，大大减少了人为错误，比语言编程系统具有更多的优越性和更I’一泛的适应性，提高了编程的效率和质量，使编程连续化，便于计算机辅助设计和计算机辅助制造的一体化。因此，现在乃至将来一段时间内，它主导着自动编程的发展方向。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念目前，生产实际中应用较多的商品化的CAD/CAM系统主要有国外引进的Unigraphics、Pro/Engineer,CATIA,MasterCAM,DELCAM等;国产的技术较为成熟CAD/CAM系统有北京航空航天大学海尔软件有限公司研制的制造工程师CAXA、开日公司的开日CAD等。综上所述，对于几何形状不太复杂的零件和点位加工，所需的加工程序不多，计算也较简单，出错的机会较少，这时用手工编程还是经济省时的，因此，至今仍广泛地应用手工编程方法来编制这类零件的加工程序。上一页下一页返回3.1数控编程的基本概念但是对于复杂曲面零件;几何元素并不复杂，但程序量很大的零件(如一个零件上有数千个孔);以及铣削轮廓时，数控装置不具备刀具半径自动偏移功能，而只能按刀具中心轨迹进行编程等情况，由于计算相当烦琐及程序数量大，手工编程就很难胜任，即使能够编出来，也耗时长，效率低，易出错，这时宜采用自动编程。据国外统计，用手工编程时，一个零件的编程时间与在机床上实际加工时间之比，平均为30:1。数控机床不能开动的原因中有20%~30%是由于加工程序不能及时编制出来而造成的，因此编程自动化是当今的发展趋势。上一页返回3.2数控编程基础3.2.1机床坐标系机床坐标系是机床固有的基本坐标系，是数控系统进行位置及尺寸计算的基准坐标系。机床坐标系的原点也称机床原点或零点，这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点，由机床厂家决定。机床坐标系的坐标轴及方向视机床的种类和结构而定。统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性，同时也给维修和使用带来极大方便。国际标准化组织ISO对数控机床的坐标及其方向制定了统一的标准。我国根据国际标准也制定了《数控机床坐标和运动方向的命名》(JB/T3051-1999)标准。下一页返回3.2数控编程基础1.机床相对运动的规定机床加工过程中，有的是刀具相对于工件运动，有的是工件相对于刀具运动。国家标准规定:无论是刀具相对于工件运动还是工件相对于刀具运动，都假定工件静止，刀具是相对于静止的工件而运动，并且以刀具远离工件的方向为正方向。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。对于工件相对于静止的刀具而运动的机床，其坐标系命名时，在坐标轴的相应符号上应加注标记“”’，如X'等。加“”’字母表示的工件运动正方向与不加“”’的表示的刀具运动正方向相反。对于编程人员来说应该只考虑不带“”’的运动方向，对于机床制造人员来说应只考虑带“”’的运动方向。

上一页下一页返回3.2数控编程基础2.机床坐标系坐标轴的命名国家标准规定:(1)数控机床的每个进给轴定义为坐标系中的一个坐标轴。(2)数控机床使用右手笛卡儿直角坐标系，如图3一2所示。3.轴及方向的规定机床坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。确定坐标轴时，一般先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。如图3-3、图3-4、图3-5、图3-6所示为几种常见的机床坐标系。上一页下一页返回3.2数控编程基础4.机床坐标系的建立机床原点就是机床坐标系的原点(一般用M或

表示)，它是数控系统进行位置计算的基准点。机床原点位置因生产厂家而异，可由机床用户手册中查到。数控车床的机床原点多定在主轴旋转中心线和夹盘左端面的交点处。数控铣床、加工中心的机床原点一般设在机床参考点处，还有的设置在机床工作台中心。机床原点一般不能直接测量，所以在设计机床时就设定一个与机床原点有固定位置关系的点，这个点叫机床参考点(一般用R或

表示)·通过让机床返回参考点来建立起数控机床的坐标系。所以，数控机床开机起动时，通常都要进行一次返回参考点操作，即回零，进行一次位置校准，以正确地在机床工作时建立机床坐标系。上一页下一页返回3.2数控编程基础参考点一般地都设定在各轴正向行程极限点的位置上。该位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先调整好的，它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值，系统通电后，只要工作台接触到该挡块和限位开关，系统就能识别该点(机床参考点)的位置，同时也知道了工作台、刀具等相对于机床参考点的相对距离等位置关系。参考点与机床原点的位置可以重合，也可以不重合，二者之间的位置关系可通过机床参数设定。通常在数控车床上，机床参考点和机床原点不重合，而设置在X坐标和Z坐标的正极限位置;数控铣床上机床原点和机床参考点一般是重合的。上一页下一页返回3.2数控编程基础3.2.2工件坐标系由于机床坐标系的原点在机床的固定位置，对于编程时的位置计算极不方便，人们习惯根据零件图样及加工工艺等建立坐标系进行位置计算，该坐标系就是工件坐标系也称为编程坐标系。工件坐标系的各轴应与使用的数控机床相应的坐标轴平行，且正方向一致。工件坐标系的原点称为工件原点以称编程原点，用

或份表示)机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。工件坐标系可以有多个，编程时用G代码去设定或选择。工件坐标系原点一般按如下原则选取。(1)尽量选在工件图样的尺寸基准上，便于计算，简化编程。上一页下一页返回3.2数控编程基础(2)尽量选在方便装夹、测量和检验工件的位置上。(3)尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上(4)对于有对称几何形状的零件，工件原点最好选在对称中心点上。车床的编程原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的编程原点一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心或轴心线处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面。3.2.3绝对、增量坐标编程绝对坐标编程即刀具运动轨迹上的每一个位置点的坐标值点均以固定的工件坐标原点为基准来计算，因此绝对坐标编程不会引起累积误差。上一页下一页返回3.2数控编程基础增量坐标编程即刀具运动轨迹的每一个点的位置坐标值是相对于上一位置点坐标值来计算的，也称为相对坐标编程。增量坐标编程会引起误差的累积。如图3-7所示，量坐标编程会引起误差的累积。如图3-7所示，如果加工直线由A到B，绝对坐标编程时则A,B两点的坐标值分别为Xa=40,Ya=40,Xb=20,Yb=10;相对坐标编程时，B点的增量坐标为Ub=-20,Vb=-30。现代一般数控系统都具有这两种编程功能，编程人员可根据需要合理选用。3.2.4编程尺寸的表示方法数控系统所能够实现的最小位移量称为脉冲当量，又称最小设定单位或最小指令增量。上一页下一页返回3.2数控编程基础它是机床加工精度的重要技术指标，一般为0.01~0.0001mm编程时，所有的坐标值最终都要转化成与脉冲当量相对应的数量。所以编程尺寸有两种表示方法:①以脉冲当量为最小单位来表示;②以毫米为单位，以有效位小数来表示。目前两种方法都有应用，但是第二种应用较多。例如，某点坐标尺寸为X=124.228mm,Y=35.56mm，脉冲当量为0.01mm。则第一种表示方法为X=12423,Y=3556;第二种表示方法为X124.23,Y35.56。3.2.5数控程序结构与格式1.程序的地址、数字和指令字数控程序的最小单元是字符，包括字母(A~Z)、数字(0~9)、符号(+、-、%等)三大类。上一页下一页返回3.2数控编程基础通常情况下，用字母(A~Z)用作程序功能指令的识别地址，每一个不同的地址都代表着一类指令代码，同类指令通过后缀的数字加以区别;符号(+、-、%等):主要用于数学运算及程序格式的要求;数字(0~9):可以组成十进制数或者与字母组成一个代码。程序字即地址和数字及符号的组合，又称为字或指令字或指令代码，如G00,X-20,F100等。程序字是组成程序的最基本的单位。对于不同的数控系统或同一系统的不同地址，程序字都有规定的格式和要求，详细规定可以查阅数控系统生产厂家提供的编程说明书。本书后续章节均以FANUC数控系统为例进行程序编制的讲解。上一页下一页返回3.2数控编程基础2.数控程序的组成数控加工程序，以程序字作为最基本的单位，程序字的集合构成了程序段。完整的数控加工程序由程序开始标记、程序号、若干程序段和程序结束标记四部分组成，称为程序的四要素。下面以一完整程序为例进行说明。1)程序号程序号即程序的名字，由程序号地址码和其后的若干位(不超过4位)数字组成不同的数控系统采用不同的字符作为地址码，FUNAC系统用0,AB系统用P。地址码后面的数字是程序编号，用于区别数控系统中存储的程序。如上述例子中00024为程序号，0是程序号地址码，0024是程序编号。上一页下一页返回3.2数控编程基础2)程序段每个程序段由一个或多个指令字构成，若干个程序段构成了整个程序的核心，规定了机床要执行的全部动作，如上述例子中N10程序段至N95程序段。最后一个程序段以指令字M30或M02或M99(子程序结束指令字)宣告加工程序结束。程序段的具体格式会在后面讲述。(3)程序开始标记与结束标记FUNAC系统用%作为程序开始和结束的标记。3.程序段格式程序段即数控程序中多个程序字组合而成的一行。不同的数控系统往往有不同的程序段格式。目前国内外广泛采用地址符可变程序段格式(字一地址可变程序段格式)。上一页下一页返回3.2数控编程基础这种程序段格式的特点如下:指令字的顺序没有严格要求，指令字的位数可多可少(但不得超过最大允许位数)，不需要的字以及与上一程序段相同的续效字可以不写。因此，这种格式具有程序简单，可读性强，易于检查等优点。一般格式如表3一1所示。一个完整的程序段由程序段号、若干指令字和程序段结束标志三部分组成，例如“N40G02X一45Y50F80S04T02;”为一完整程序段。1)程序段号地址N为程序段号地址，和其后的若干位(一般不超过4位)数字组成程序段号，用于识别不同的程序段。程序段号的书写需要注意以下几点。上一页下一页返回3.2数控编程基础(1)数控系统不是按顺序号的次序来执行程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。与上一程序段相同的模态指令可以省略不写。(2)一般不用N0，建议以N10开始，以间隔10递增，以便在程序调试时插入新的程序段。2)指令字数控系统常用的基本指令有准备功能G指令、辅助功能M指令、进给功能F指令、主轴转速功能S指令、刀具功能T指令及坐标尺寸指令等。上一页下一页返回3.2数控编程基础3)程序段结束标记不同的数控系统程序段结束标记不同，常用的有LF、CR、NL等，现在多采用“;”。有些数控系统还规定了一个程序段的字符数，如7M系统规定字符数不超过90个。因此，这些在编程前必须了解清楚，否则数控系统便会认为编制的程序有语法错误。4)模态指令与非模态指令数控程序指令可分为模态指令(又称续效指令)和非模态指令(又称非续效指令)两类。模态指令:一经在一个程序段中指定，便保持有效到被以后的程序段中出现同组类的另一代码所替代的代码。上一页下一页返回3.2数控编程基础4.主程序和子程序有时被加工零件上，有多个形状和尺寸都相同的部位，或者顺次加工相同的工件，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段重复出现，为了简化编程，则可以将这些重复的程序段，按规定的格式独立地编制成子程序，存储在子程序的存储器中。程序中子程序以外的部分便称为主程序。主程序执行时可以调用子程序，子程序结束时返回主程序调用位置，并继续执行后续主程序。子程序可以被多次重复调用，而且有些数控系统中子程序可以调用其他子程序，即“多层嵌套”(但不可以嵌套过深)，从而可以大大地简化编程工作，缩短程序长度，节约程序存储器的容量。上一页返回3.3数控系统的基本指令3.3.1准备功能G指令准备功能G指令为准备性工艺指令，规定机床运动线形、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等动作来建立某种工作方式。现将常用准备功能c}指令分类介绍如下。1.与运动有关的指令G00,G01,G02，G03,G041)快速点定位指令G00指令功能:指令刀具从当前点，以数控系统预先设定的快进速度，快速移动到程序所指定的下一个定位点。指令格式:N

G00

X

Y

Z;其中X,Y，Z是终点坐标。下一页返回3.3数控系统的基本指令2)直线插补指令G01指令功能:指令刀具以多坐标(2或3坐标)联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度F，从刀具当前点插补加工出至终点的任意斜率的直线，到达指定位置。程序的起点是刀具的当前位置，为已知点，程序段中无须指定，而程序段中指定的坐标值为终点坐标。但是G01的进给速度必须指定，或者前一程序段指定，本程序段续效指令格式:N

G01X

Y

Z

F;其中X,Y，Z是直线插补的终点坐标，F为进给速度。3)

圆弧插补指令G02/G03上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令指令功能:圆弧插补指令用以控制两坐标以联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度F，从当前位置插补加工出任意形状的圆弧，到达指定位置。G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补。顺圆、逆圆方向判别规则:沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向往负方向看，刀具相对于工件轮廓顺时针转动的就是顺圆插补G02，刀具相对于工件轮廓逆时针转动的就是逆圆插补G03，如图3一8所示。圆弧插补只能在某平面内进行，所以通过G17,G18,G19三个平面选择指令确定圆弧所在平面。G17代码指定XOY平面，G18代码指定ZOX平面，G19代码指定YOZ平面，省略时就被默认为是G17。当刀具进行半径补偿时也要通过这三个指令选择补偿平面。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令指令格式:圆弧插补的指令格式有很多种，最常用的有两种:半径指定法和圆心指定法。2.与尺寸单位和坐标值有关的指令G21,G221)尺寸输入制式选择指令G20,G21指令功能:选择尺寸输入制式指令格式:N

G20;英制尺寸，线性轴时，单位为英寸;旋转轴时，单位为度

N

G21;公制尺寸，线性轴时，单位为毫米;旋转轴时，单位为度上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令2)绝对值尺寸指令G90与相对(增量)尺寸指令G91指令功能:选择绝对值尺寸或相对尺寸编程。指令格式:NG90GXYZFST;NG91GXYZFST;3.与参考点有关的指令G27,G28,G29,G30机床参考点是为了建立机床坐标系而设定的，除机床参考点外，一般数控机床还可根据实际需要通过参数设置第2至第4参考点，这三个参考点是设置在机床参考点基础之上的，是虚拟的。1)返回参考点指今G28/G30(非模态指今)上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令指令格式:其中，X,Y,Z指定中间点的坐标，P指定第2、3、4参考点。2)从参考点返回指令G29指令格式:N

G29X

Y

Z;其中，X,Y,Z为指令的定位终点位置，增量尺寸时为终点相对于中间点的增量值中间点的坐标由G28/G30指令确定，所以G29必须在G28/G30后的程序段中使用。指令功能:使刀具(工作台)从参考点经由中间点快速定位到指令位置。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令3)返回参考点检查指令G27指令功能:检查机床是否能准确返回参考点。指令格式:G27XYZ其中，X,Y,Z为参考点在工件坐标系中的坐标值。执行动作:刀具(工作台)快速定位到XYZ位置，然后检查该点是否为参考点，如果是，参考点灯亮;如果不是，则发出一个报警，并中断程序运行。使用时必须先取消刀具补偿4.与坐标系有关的指令1)机床坐标系选择指令G53指令格式:N

G90G53XYZ;式中，X,Y,Z后的值为机床坐标系中的绝对坐标值。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令指令功能:使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上。2)工件坐标系选择指令G54—G59选择1一6号工件坐标系。加工前，一般通过对刀将所设工件原点相对于机床原点的偏置值，以MDI方式输入原点偏置寄存器中，加工中，通过G54—G59指令从相应的存储器中读取偏置数值，(将偏置值自动加到工件坐标系上)使刀具按照工件坐标系的坐标值运动。3)工件坐标系设定指令(G50,G92)指令功能:车床及铣锁类机床工件坐标系设定。指令通过设定刀具起点相对于要建立的工件坐标原点的位置建立坐标系。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令指令格式:其中，X,Y,Z为当前刀位点在工件坐标系中的坐标值，即刀具当前位置点相对于欲建立的工件坐标系原点的增量坐标值。4)局部坐标系设定指令G52(应用较少)指令功能:为了编程方便在原来的坐标系中临时建立新的编程坐标系。指令格式:G52XYZ;式中，X,Y,Z后的值为局部原点相对原工件原点的坐标值。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令3.3.2辅助功能M指令辅助功能M指令由地址码M及其后的两位数字组成(共100种)，是控制机床辅助动作的指令。FANUC数控系统M指令见附录C。常见的M指令如下。1)程序停止指令M00执行M00后，机床的所有动作(主轴、切削液、进给)均被切断，机床处于暂停状态，系统现场保护，以进行必要的手动操作(进行尺寸检验、清理切屑或插入必要的手工动作)。手动操作完成后，按起动按钮，系统将继续执行后面的程序段。对于铣床来说，不像加工中心可以自动换刀，如果同一工件需要多把刀具时，需要手工换刀，这时也需要使用此指令。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令指令M00需单独设一程序段。在M00状态下，按复位键，则程序将回到开始位置。2)选择停止指令M01在机床的操作面板上有一“任选停止”开关，当该开关处于ON位置时，程序中如遇到M01代码时，其执行过程与M00相同;当该开关处于OFF位置时，数控系统对M01不予理睬。此功能通常是用来进行关键尺寸抽样检查或者临时暂停，而且M01应作为一个程序段单独设定。3)程序结束指令M02/M30完成程序段的所有指令后，使主轴、进给和切削液停止，一般用在最后一个程序段，表示加工结束，并使程序复位。M02指令不能返回程序起始位置，M30能够返回程序起始位置，工件批量生产时一般用该指令。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令4)主轴正转、反转和停转指令M03/M04/M05M03为起动主轴正转指令(主轴转向和C轴的正方向一致，即相对于Z轴符合右手螺旋定则)。M04为起动主轴反转指令(主轴转向和C轴的正方向相反，则称为反转)。对于铣床来说，只有攻螺纹时主轴反转，不过此时由攻螺纹复合(攻螺纹循环)指令控制，所以一般不用M04主轴反转指令。M05为主轴停转指令。一般的情况下，主轴停转的同时也进行制动，并关闭切削液。M03,M04指令需与S指令配合使用，才能起动主轴。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令5)换刀指令M06换刀指令M06可以配合T指令完成自动换刀动作，加工中心常用。该指令不包括刀具和刀补的选择，可以自动关闭切削液和主轴。6)切削液开、关指令M07/M08/M09M07为2号切削液开指令。一般是雾状切削液。M08为1号切削液开指令。一般是液状切削液M09为切削液关指令，用来注销M07,M08。另外M00,M01和M02也可以将切削液关掉。7)机床滑座、工件、主轴、夹具等运动部件的夹紧、松开指令M10/M11上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令8)主轴准停指令M19指令主轴定向停止在预定的角度位置上。9)程序调用和子程序返回指令M98,M99子程序以M99结束，不能用M02和M30结束。在子程序中，如果数控系统在读到M99以前读到M02或M30，则程序停止程序调用指令M98的指令格式有如下两种。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令3.3.3其他指令1.进给功能F指令F指令用来指定各坐标轴及其任意组合的进给速度(合成速度)或螺纹导程(车削螺纹时用到)。F是模态指令，现常用直接指定法，地址码F后面的数值直接就是进给速度的大小。根据与之配合使用的G指令的不同，有两种表示法，如表3-4所示。第一种方法:对直线坐标G94F200;，表示铣床进给速度为200mm/min;对于回转坐标G94F20;，表示铣床每分钟进给速度为200/min。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令第二种方法:对于直线坐标G95F2.5;，表示铣床的进给速度为2.5mm/r;对于回转坐标G95F2.5;，则表示铣床的进给速度为2.50/r指令说明:G98/G94和G99/G95是同一组模态指令，可以互为取消。其中G98/G94为初始化指令(上电后系统的默认值)。实际进给速度为操作面板倍率开关的倍率值与编程速度的乘积，倍率开关通常在0%-200%之间设有多个挡位。2.主轴转速功能S指令S指令用来指定主轴的转速，现代机床也多采用直接指定法，指令字由地址码S及其后的若干位数字组成。根据与之配合使用的G指令不同，有两种表示方法，如表3一5所示。上一页下一页返回3.3数控系统的基本指令3.刀具功能T指令指令功能:用于指令加工中所用刀具号及刀补号。其刀具自动补偿内容为刀具的位置补偿、长度补偿或半径补偿。指令字由地址码T和后面的两位或四位数字组成，由不同的系统有不同的规定。指令格式:TXX或TXXXX上一页返回3.4数控车床的程序编制3.4.1数控车床的编程特点(1)数控车床编程时既可按绝对坐标(用X,Z)编程，也可按相对坐标(用U,W)编程，还可采用混合坐标(X,W或U,Z)编程(2)工件坐标系的确定及原点的设置:数控车床的工件坐标系原点指定通过G50指令进行，通常设置在加工工件精切后的右端面上，或在精切后的夹紧定位面上。(3)数控车床编程时，X方向的编程分为直径编程和半径编程两种编程方式，通过机床参数设置予以选择，设定后在程序中不能再进行改变。由于零件图样的标注和测量常以直径值表示，故一般绝对编程时X值都以直径值表示;增量编程时，U以径向实际位移量的两倍值表示，有正、负之分。下一页返回3.4数控车床的程序编制(4)进退刀方式的确定:进刀时采用快速走刀，接近工件切削起点，切削起点的确定以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。(5)由于车削加工常用棒料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程数控系统常设有不同形式的固定循环指令，可自动进行多次重复循环切削。(6)数控车床在实际应用时，为了提高车削表面的加工精度，一般都采用恒线速度控制(G96)，进给速度常使用每转进给量指令(G99)。(7)数控车床的刀具位置偏置、刀尖半径补偿是通过T指令在选择刀具的同时直接选择刀具补偿号，另外刀具位置补偿号一经指定，刀具补偿即自动生效，无需其他指令。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制3.4.2数控车床的刀具补偿数控车床的刀具补偿可分为两类:刀具位置和刀尖圆弧半径补偿.1.刀具位置补偿功能与原理:刀具位置补偿(又称刀具长度补偿)是对不同刀具几何位置偏移及磨损进行的补偿。在实际的编程与加工中，一般以一把刀具为标准刀具，并以该刀具的刀尖位置A为依据来建立工件坐标系。当转换加工刀具时，由于刀具几何尺寸差异及安装误差，刀尖的位置相对于标准刀具的刀尖位置就有(轴向、径向的)偏移量△x,△z，刀具位置补偿功能就是通过对偏移量△x,△z进行修正，使所有的刀尖位置都移到标准刀具的刀尖位置A处。其原理如图3-19所示。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制每把刀具的偏移值(补偿值)是事先用手工对刀和测量的方式得到的，输入到数控系统的相应存储器中。另外，对于同一把刀具的磨损或重新安装造成的刀尖位置偏移时，可以通过修改刀具的补偿值来进行修正，而无须更改程序。2.刀尖圆弧半径补偿功能与原理:为提高刀具强度和降低加工表面的粗糙度，车刀刀尖常常刃磨成半径较小的圆弧，而编程时常以刀位点(理想刀尖)进行。如果直接按零件轮廓进行编程，当加工圆弧或圆锥时就会产生过切或欠切的现象如图3-20所示。所以必须对车刀圆弧半径。现代数控系统一般都具备刀尖圆弧半径补偿功能，这样通过在控制面板上手工输入刀尖圆弧补偿值，数控系统就会自动计算刀尖的运动轨迹，编程人员就可以直接按照零件的实际轮廓进行编程。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制刀尖圆弧半径是否进行补偿及采用何种补偿方式通过G40,G41,G42指令设定。左右补偿的判断:沿垂直于加工平面的第三轴的正方向往负方向看去，再延刀具运动方向看，若刀具偏在工件轮廓的左侧，就称之为刀尖圆弧半径左补偿，用指令G41;若刀具偏在工件轮廓的右侧，就称之为刀尖圆弧半径右补偿，用指令G42，如图3-21所示。G41,G42指令的取消均用G40指令。指令格式:上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制其中，X(U)、Z(W)为终点坐标值，即建立或撤销刀补的位置点坐标刀尖圆弧半径补偿的执行过程如图3-22所示，分为以下三步。(1)刀具补偿建立:刀尖圆弧中心从编程与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径的过程。(2)刀具补偿进行:执行G42,G41指令后，刀尖圆弧中心始终与编程轨迹相距一个刀具半径的偏移量。(3)刀具补偿取消:刀具离开工件，刀尖圆弧中心又过渡到与编程轨迹重合的过程。3.刀具补偿值的设定上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制刀具补偿可分为刀具位置和刀尖圆弧半径补偿。刀具位置补偿用以补偿不同刀具之间刀尖的X向、Z向的位置偏移有;刀尖圆弧半径补偿包括刀尖圆弧半径值和刀尖位置方向所造成的误差，即半径补偿量R和刀尖方位号T。加工之前，可用操作面板上的功能键OFFSET分别设定、修改每把刀具的补中X,Z,R,T参数。4.刀具补偿的实现通过T指令指定加工中所用刀具号及刀补号，通过G指令确定如何进行补偿。T指令字由地址码T及其后的四位数字组成，格式:T上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制前两位数字是刀具号，后两位为刀具补偿号。刀具补偿号其实是刀具补偿寄存器的地址号，为00—32中的任意一个数，对应于每一个刀具补偿号都有X,Z,R,T参数，00表示不进行刀补或取消刀补。例如:N50T0203;表示数控系统自动按照03号补偿存储器中的刀具补偿值修正02号刀具的位置偏移和刀尖圆弧半径，并根据程序段中的G41/G42指令来决定刀尖圆弧半径补偿的方向。3.4.3数控车床的循环指令固定循环指令实质上是数控系统生产厂家针对数控机床的常见加工动作过程按规定的动作次序以子程序形式设计的指令集合，用G代码直接调用，这样可以减少编程工作量，简化程序。常见的数控车床循环指令主要分为两类，即简单固定循环指令和复合固定循环指令。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制1.简单循环指令(G90,G94,G92)在数控机床上，有些加工虽然动作简单，但由于动作典型、使用次数频繁，这样的动作也常常以循环指令的的形式出现。1)内、外径车削循环指令G90该指令用于内、外圆柱、锥面的车削加工动作过程:刀具从循环起点先沿X轴快进刀，再沿圆锥面进给切削，后沿X轴工进退刀，最后沿Z轴快速返回循环起点。如图3-23所示。指令格式:NG90X(U)

Z(W)

I

F

;(内外圆锥面)

NG90X(U)

Z(W)

F

;(内外圆柱面)上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制X,Z为柱面或锥面的切削终点;U,W为柱面或锥面的切削终点相对于循环起点的增量值，循环起点需要在执行固定循环前进行定位;I为锥面车削始点相对于车削终点的半径增量值，可以将柱面切削看作是锥面切削的特例(I=0)。F指定进给速度。2)端面车削固定循环指令G94使用指令G94对平、锥端面进行车削加工。动作过程:先从循环起点沿Z轴快速进刀，再沿X轴或锥形端面进给切削，后沿Z向工进退刀，最后沿X轴快速返回循环起点。如图3-25所示。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制指令格式:NG94X(U)Z(W)KF;(锥形端面车削)

NG94X(U)Z(W)F

;(垂直端面车削)其中，X(U),Z(W),F的含义与G90相同;K为端面车削始点相对于端面车削终点在Z方向的坐标增量。垂直端面车削是锥形端面车削的特例(K=0)。F为进给速度。3)简单螺纹切削循环指令G92该指令用于等螺距的圆柱、圆锥螺纹的车削加工。动作过程:刀具从循环起点出发先沿X轴快速进刀到切入点，然后以工进速度切削螺纹，沿X轴快速退刀，最后快速返回循环起点。如图3-26所示。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制指令格式:N

G92

X(U)

Z(W)

R

F(L);(圆锥螺纹)N

G92

X(U)

Z(W)

F(L)

;(圆柱螺纹)X(U),Z(W)为螺纹切削的终点值;R为锥螺纹切削起点与切削终点的半径差值;F(L)为螺纹导程给出的每转进给率，如果是单线螺纹即为螺距值，单位为mm/r。螺纹车削到螺尾处，如果没有退刀槽，收尾处的形状和数控系统有关，一般以接近450退刀收尾。2.复合循环指令(G71,G72,G73,G70,G76)在车削加工时，往往加工余量较大，需要多次切削，且每次加工的刀具运动轨迹相差不大，为进一步简化程序，可以使用复合车削固定循环指令。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制数控系统会根据设置的粗车时每次的被吃刀量、精车余量、进给量等参数，根据编制好的精加工路线自动计算出粗加工走刀路线，控制机床自动重复切削，直至完成工件的全部加工。1)内、外径粗车复合循环指令G71适合于圆柱毛坯料粗车外径和圆筒毛坯料粗车内径，特别是切除余量较大的情况。指令格式:NG71

U(△d)R(e);

NG71

P(ns)Q(nf)U(△u)

W

(△w)F

S

T;上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制△d:为粗加工每次切深(半径值编程)。e:为退刀量;。ns:为精加工程序组的第一个程序段号。nf:为精加工程序组的最后一个程序段号。△u:为X轴方向精加工余量(直径值)。△w:为Z轴方向精加工余量。F,S,T:分别为进给功能、主轴功能、刀具功能指令代码。2)端面粗车复合循环G72G72指令适用于切除余量较大的棒料毛坯端面方向上的粗车加工。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制指令格式:NG72

W(△d)

R(e);

NG72

P(ns)Q(nf)U(△u)

W

(△w)F

S

T;其地址码含义与内、外径粗车复合循环指令G71相同，不同之处是G71平行于Z轴为主要加工方向，而G72是沿着平行于X轴进行切削循环加工的。其加工路线如图3-30所示。3)固定形状粗车复合循环指令G73指令G73适用于毛坯轮廓与零件轮廓形状基本接近时的粗车加工。这种方式对于铸造或锻造毛坯的切削是一种效率很高的方法。G73循环方式如图3-31所示。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制指令格式:NG73U(Di)W(Dk)R(d);

N

G73P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F

S

T;△i:粗车时X轴上的总的切除余量(或称总退刀量)，半径值。△k:粗车时Z轴上的总的切除余量(或称总退刀量)。d:重复加工次数其他参数同G71,G72执行G73功能时，每一刀的加工路线的轨迹是相同的，只是位置不同，每走完一刀就把加工轨迹向工件方向移动一个位置。4)精加工循环指令G70由G71,G72,G73完成粗加工后，可以用G70进行精加工。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制指令格式:G70P(ns)Q(nf);ns和nf与前述含义相同。在这里G71,G72,G73程序段中的F,S,T指令都无效，只有ns和nf在程序段中F,S,T才有效，以下面的程序为例，在N130程序段之后再加上:N140G70P70Q130;就完成从粗加工到精加工的全过程。5)螺纹切削复合循环指令G76指令功能:一般用于大螺距低精度的螺纹的加工。指令格式:NG76P

(m)(r)(a)Q

(△drain)R

(d);NG76X

(U)

Z

(W)

R

(i)

P

(k)

Q

(△d)

F

(f);上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制图3-33所示，指令参数说明如下。m:为最后精加工的重复次数，输入范围1—99r:为螺纹倒角量。如果L为导程的话，该值范围在0.1一9.9L之间，以0.1L为一挡，用01一99代码去指定.a:为刀尖的角度(螺纹牙的角度)，可选择800,600,550等;m、r、a用同一地址P一次指定。当m=2,r=1.2L,a=600，则P指令为P021260。△dmin:为最小切入量。d:为精加工余量。上一页下一页返回3.4数控车床的程序编制i:为螺纹部分的半径差，i=0为切削直螺纹。k:为螺纹牙高(X轴方向的距离用半径值指令)。△d:为第一次切入量。F:为螺纹导程值。X(U)Z(W):为螺纹终点坐标。上一页返回3.5数控铣床的程序编制3.5.1数控铣床编程的特点(1)数控铣床上没有刀库和自动换刀装置，如需换刀，由人工手动完成。(2)数控铣床具有多种特殊插补功能，如圆柱插补、螺旋线插补等。(3)数控铣床常具有简化编程功能指令，如镜像、比例缩放等图形变换功能指令和孔加工的固定循环指令等。编程时要充分利用这些功能，提高加工精度和编程效率。(4)数控铣床编程时，工件坐标系的设定通过G92指令实现。另外锁铣类数控机床通过G90或G91指令选择绝对坐标或增量坐标编程，不能用混合坐标编程，因在数控锁铣床上U,V,W为与X,Y,Z平行的附加坐标地址，是基本坐标轴。

下一页返回3.5数控铣床的程序编制(5)为了适应圆周分布孔系加工(如法、冬类零件)、圆周锁等加工需要，锁铣类数控机床都具有极坐标编程功能。3.5.2数控铣床刀具功能的实现刀具补偿的数值与数控车床一样是通过对刀得到的，在编程前输入到数控系统中，编程时直接通过指令调用就可以实现对刀具的补偿。数控铣床的刀具补偿可分为两类:刀具长度补偿(偏置)和刀具半径补偿。1.刀具长度补偿(G43,G44,G49)数控铣床或者加工中心上，刀具长度偏置指令一般用于刀具轴向(Z向)的补偿。上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制它可以使刀具在Z方向上的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏置量，重新换刀或者磨损后刀尖的长度(刀尖到主轴端面距离)不可能一致，这时可以不改变程序，通过修改刀具长度偏置值，即可加工出所要求的零件尺寸。刀具偏置值在加工前通过MDI方式存放在“刀具偏置值寄存器中”，编程时通过指令调用，编程时就可以不用考虑刀具实际长度变化而直接按照编程尺寸进行计算。刀具长度补偿的建立与撤销都是在刀具的运动过程中，所以必须与运动指令一起使用。指令格式:上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制2.刀具半径补偿指令(G41,G42,G40)根据已知的零件轮廓，数控系统自动计算刀具中心轨迹称为刀具半径补偿。具有刀具半径补偿功能的数控系统，可按被加工工件轮廓曲线编程，在程序中利用刀具补偿指令，就可以加工出零件的实际轮廓。操作时还可以用同一个加工程序，通过改变刀具半径的偏移量，对零件轮廓进行粗、精加工。刀具半径补偿根据方向分为左刀补和右刀补两种情况。左、右刀补的判断方法与车床相同。指令格式:NG41/G42G00/GO1XYD;NG40G00/GOlXY;上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制3.5.3简化编程功能指令数控铣削加工中，常遇到一些加工结构相似或对称，还有一些加工动作顺序固定，这时可以使用简化编程指令。主要有两类:图形变换功能指令和孔加工固定循环指令。1.图形变换功能指令1)比例缩放功能指令(G51,G50)G51可使原编程尺寸按指定比例缩放，也可使图形按指定规律进行镜像变换;G50用来取消比例缩放。(1)各轴以相同比例进行缩放。上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制指令格式:NG51XYZP;(被缩放的图形加工程序)

NG50;(取消比例缩放)其中以X,Y,Z为中心进行缩放，省略时默认刀具当前位置，P为缩放比例，输入范围为0.001~999.999。该程序段后紧跟被缩放前的图形加工程序，G51指令只对其后面程序所加工的形状进行缩放加工，对刀具补偿无影响。G50为取消比例缩放指令，需要单独设置程序段。(2)各轴以不同比例进行缩放指令格式:NG51XYZIJK;(被缩放前的图形程序);

N

G50;(取消比例缩放)上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制2)标旋转指令(G68、G69)指令功能:G68可使图形按指定中心及方向旋转一定角度。G69用来撤销旋转指令。指令格式:上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制2.孔加工固定循环指令数控铣床、加工中心和车削中心上一般都具有孔加工固定循环功能:钻孔、惚孔、锁孔、铰孔、攻螺纹等。1)固定循环指令的基本动作孔加工固定循环指令即用一个G代码代替多个有序的简单指令的组合。一般包括如图3-37所示6个动作，三个作用平面。(1)固定循环的动作包括以下几种。①X轴及Y轴快速定位于初始点B。②快进到参考点R。③以切削进给方式执行孔加工动作。上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制④孔底动作，如暂停、主轴准停、刀具偏移、光整加工等。⑤返回参考平面。⑥快速返回初始点。(2)孔加工中的三个作用平面。①初始平面:初始点B所在的与Z轴垂直平面。初始平面是为了安全操作而设定的一个平面。初始平面到工件表面的距离可以任意设定。当使用同一把刀具加工若干个孔时，孔间存在障碍需要跳跃或全部加工完成之后才使刀具返回初始平面的初始点。②参考平面:参考点R所在的与Z轴垂直的平面。它是刀具下刀时从快进转为工进的高度平面，与工件的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，一般为2一5mm。上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制③孔底平面:孔底点所在的与Z轴垂直的平面。加工盲孔时，孔底平面就是孔底部Z轴高度;加工通孔时，一般刀具要伸出工件一定距离，保证全部孔深加工到尺寸;钻孔时还要考虑钻尖对孔深的影响。2)固定循环指令基本格式XY为孔的位置(与G90,G91有关)Z:为孔底坐标值，使用指令G90时为Z的绝对坐标值;使用指令G91时是孔底相对于参考平面的增量坐标值。R:为参考面的Z坐标值，使用指令G90时为Z的绝对坐标值;使用指令G91时是R平面相对于B平面的增量坐标值。上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制P:为刀具在孔底的暂停时间，为整数，单位为ms。Q:为每次加工的深度(与G90,G91无关，G73/G83)，或规定刀具孔底偏移量的(G76或G87)。K:为循环次数。G90模态下，可对原来的孔重复进行加工;G91模态下能够依次加工出分布均匀的孔系。加工一次可省略。G98加工完成返回初始点B平面，G99加工完成返回参考点R平面。3)指令介绍下面主要主要介绍三类孔加工固定循环指令:钻孔循环、锁孔循环、攻螺纹循环。(1)钻孔固定循环指令上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制①高速深孔往复排屑钻循环指令G73指令格式:NG73XYZRQFK;G73指令是在钻孔时间段进给，有利于断屑和排屑，适于深孔加工，如图3一38所示。其中U为分步切深，最后一次进给深度毛口，退刀距离为d，由系统内部设定。②定点钻孔循环指令G81指令格式:G81XYZRFK;用于一般孔钻削，动作过程如图3一39所示。③带暂停的钻孔循环指令G82指令格式:G82XYZRPFK;上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制G82与G81的区别在于，G82指令使刀具在孔底暂停，如图3-40所示。暂停时间用P来指定。④深孔往复排屑钻循环指令G83指令格式:G83XYZRQFK;其中Q、d与G73相同;G83与G73的区别在于，G83指令在每次进刀口距离后返回R点，这样对深孔钻削时排屑有利，其动作如图3-41所示。(2)孔固定循环指令。①锁孔循环指令G85。指令格式:G85XYZRFK;上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制执行G85指令，起动主轴正转，刀具以进给速度锁孔至孔底后以进给速度退出，无孔底动作。动作过程如图3-42所示。②精锁固定循环指令G76指令功能:G76指令用于精密锁孔加工，精锁至孔底后，有三个孔底动作:进给暂停(P)、主轴定向准停(OSS)匀及刀具偏移口距离，然后刀具退出，从而消除退刀痕。其动作循环如图3-43所示。指令格式:G76XYZRQPFK;③锁孔循环指令G86指令格式:G86XYZRPFK;G86与G85的区别在于，执行G86指令刀具到达孔底位置后，主轴停转，并快速退回。动作过程如图3-44所示。上一页下一页返回3.5数控铣床的程序编制④反锁孔固定循环指令G87。指令功能:G87指令用于精密锁孔加工，它可以通过主轴定向准停动作，让刀进入孔内实现反锁。其动作过程如图3一45所示。指令格式:G98G87XYZRQFK;执行(G87指令，动作步骤如下:①主轴正转，刀具快速定位到B点，主轴准停且刀具沿刀尖的反方向偏移U值;②快速运动到孔底位置;③刀具沿刀尖正方向偏移U，恢复让刀量，起动主轴正转;④沿Z轴正向进给运动至R点，主轴准停，刀具沿刀尖的反方向偏移U并快退;⑤沿刀尖正方向偏移到B点，再次起动主