数控编程与操作

第1章数控加工概述

数控——数字化信号控制的简称，即用数字指令来控制机械执行预定的动作NC

计算机数控CNC

数控机床——高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，可以自动地对被加工工件进

行加工。

数控机床加工适用范围

1）多品种小批量零件；

2）几何形状复杂的零件：

3）需要频繁改型的零件；

4）贵重的、不同意报废的关键零件；

5）批量大、必需严格控制公差的零件；

6）最短周期的急需零件。

■1952年美国麻省理工学院研制了世界上第一台数控机床（第一代电子管NC）

MJ-860DT数控车床的结构外观图

1一床身；2—三爪卡盘；3—导轨；4—尾架；5、7—防护门；6—回转刀架；8—数控操作面

板

数控机床的分类

1、按控制系统功能分类

点位控制、直线控制、轮廓控制

2、按加工方式分类

一般数控机床、加工中心、多坐标数控机床等

3、按伺服控制方式分类

开环控制、闭环控制、半闭环控制系统

4、按功能水平分类

经济型、标准型、多功能型

第2章数控编程基础知识

以下图所示为数控车床的坐标轴。

依据数控立式铳床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标轴。

机床坐标系(MachineCoordinateSystem)是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点，

就是机床原点，又称机床零点，即X=0,Y=0,Z=0的点。

机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就

已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参照点。

数控车床的原点

在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见以下图。同时，通过

设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。

数控铳床的原点

在数控铳床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。

■工件坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。

■工件原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的工件原点在机床坐标系中

的位置。

字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号(Symbol),如数字，字母、标点符号、数学

运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号，也是组成加工程序的最小组成单位。

常规加工程序用的字符分四类：

第一类是文字，它由大写的26个英文字母组成。

第二类是数字和小数点，它由。〜9共1()个数字及一个小数点组成。

第三类是符号，它由正号(+)和负号(-)组成。

第四类是功能字符，它由程序开始〔结束)符、程序段结束符、跳过任选程序段符、机床控

制暂停符、机床控制恢复符等组成。

准备功能(TraverseFunctions)指令，又称G功能或G指令，它是建立数控机床某种加工

方式的指令。G指令大多数由地址符G和后续的两位数字组成，从G00-G99有100种。G

指令通常可以分为模态指令和非模态指令两种，模态指令(ActingModally)又称续效指令，

一旦被定义后，该指令一直有效，只有当同组的其它指令出现后该指令才失效，而非模态指

令是指只在本程序段有效的指令。

工件坐标系设定指令(G92)

■功能：将加工原点设定在相关于刀具起始点的某一空间点上。

■指令格式：G92X_Y_Z_；

■如图所示加工中心坐标系，假设将加工原点设定在。点，则程序如下：

■G92X45Y20Z10

■其确立的加工原点在距离刀具起始点X=-45,Y=-20,Z=-IO的位置上，即O点.

零点偏置指令(G54~G59)

G54~G59可设定的零点偏置给出工件零点在机床坐标系中的位置

■图示是工件零点偏置示例。

■假设编程人员使用G54设定工件坐标系编程，并要求刀具运动到工件坐标系中A

（X100,Y50,Z300）点处的位置。

■程序可以写成：

■G54G00X100Y50Z3OO

坐标平面选择指令

坐标平面选择指令是用来选择直线、圆弧插补的平面和刀具补偿平面的.

■G17表示选择XY平面

■G18表示选择ZX平面

■G19表示选择YZ平面

■G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。

■G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。

指令格式：

G17G02/G03X_Y_R_（或I_J_）F_；（XY平面圆弧）

G18G02/G03X_Z_R_（或I_K_）F_；（XZ平面圆弧）

G19G02/G03Y_Z_R_（或J_K_）F_；（YZ平面圆弧）

其中；

X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值；

I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与G90,G91无关；

R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角W180o时，R值为正，

当圆弧的圆心角＞1800时，R值为负。

例：在以下图中，当圆弧A的起点为P1,终点为P2,圆弧插补程序段为：

G02X321.65Y280140J140F50

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：

G03X160Y601-121.65J-80F50

或：G03X160Y60R-145.6F50

暂停（延迟）指令（G04J

■G04指令可以使刀具暂时停止进给（但主轴仍然在转动），经过指令的暂停时间后再

持续执行下一程序段。此指令常用于车削环槽、钻孔、钩平底孔等对表面粗糙度有

要求的场合。

■指令格式：G04X（或P）_：

■式中，X或P后面的暂停时间单位为s或ms,也可以是刀具或工件的转数，具体参

见数控系统的规定。

■G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在

零件左侧的刀具半径补偿，见右图上。

■G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具

在零件右侧的刀具半径补偿，见右图下。

■G40为补偿撤消指令

左偏刀具半径补偿

后偏刀具半径补偿

刀具长度补偿：

使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必合计刀具的实际长度及各把刀具不同的长度

尺寸。加工时，用MDI方式输入刀具的长度尺寸，即可正确加工。当由于刀具磨损、改换

刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。

■G43为正补偿，马上Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行

Z轴运动。

■G44为负补偿，马上Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴

运动。

■G49为撤消补偿。

编程指令：

G43为刀具长度正补偿，

G44为刀具长度负补偿，

G49取消刀具长度补偿。

■辅助功能(SupplementaryFunctions)指令，又称M功能或M指令，它用于指定主

轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧或松开等功能。M

指令大多数由地址符M和后续的两位数字组成，从M00-M99有100种。

1.程序停止指令(M00)

主轴停转、进给停止、切削液关、程序停止。

2.计划(选择)停止指令(MOD

该指令的作用与MOO相似，但它必需是在预先按下操作面板上的“选择停止"按钮并执

行到M01指令的状况下，才会停止执行程序。

3.程序结束指令（M02、M30）

当全部程序结束后，用M02指令可使主轴、进给及切削液全部停止，并使机床复位，

M02的功能比M00多一项复位。M30与M02基本相同，但M30能自动返回程序起始位置，

为加工下一个工件作好准备。

4.与主轴有关的指令（M03sM04、M05）

M03表示主轴正转；M04表示主轴反转；M05为主轴停止。

5.换刀指令（M06）

M06是手动或自动换刀指令。

6.与切削液有关的指令（M07、M0与M09）

M07为2号切削液（雾状）开或切屑收集器开；

M08为1号切削液（液状）开或切屑收集器开；

M09为切削液关。

7.与主轴、切削液有关的复合指令（M13、MI4）

M13为主轴正转，切削液开；M14为主轴反转，切削液开。

8.运动部件的夹紧及松开指令（MIO、Mil）

M1O为运动部件的夹紧；Mil为运动部件的松开。

9.主轴定向停止指令（M19）

MI9使主轴准确地停止在预定的角度位置上。这个指令主要用于点位控制的数控机床

和自动换刀的数控机床，如数控坐标键床、加工中心等。

10.与子程序有关的指令（M98、M99）

M98为调用子程序指令，M99为子程序结束并返回到主程序的指令。

加工程序通常由程序号、程序主体和程序结束三大部分组成。

例如：

开始符%

程序名01201

N10G91GOOX30Y50；

程序主体N20GOlX10Y40F150S500T02M03；

N90GOOX-30Y-50；

程序结束N100M02；

结束符%

由上面的举例可知：

加工程序——由程序名和假设干程序段有序组成的指令集。

程序是由假设干程序段组成

程序段是由干指令字组成，

指令字是由字母（地址符）和其后所带的数字一起组成.

程序名是该加工程序的标识；

程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号：指令开头，

M02作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的

符号，如％、EM等

第3章数控加工工艺分析

数控加工工艺内容的选择

通常优先合计数控加工的内容为：

■1.通用机床无法加工的内容；

■2.通用机床难于加工，即使通用机床能加工质量也难确保的内容；

■3.通用机床效率低、工人手工操作劳作强度大的内容。

相比之下，以下状况不宜选择数控加工：

■1.占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一精基准，要用专用的工装。

■2.加工部位分散，需要多次安装。多次设置原点，数控加工较麻烦。

■3.按某些特定的样板加工的型面轮廓。获取数据困难，增加编程难度。

■此外，还要合计生产批量、生产周期、工序间周转状况等等。

零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点

1)零件的内腔(Cavity)和外形最好采纳统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具

规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提升。

2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性

的好坏与被加工轮廓的凹凸、转接圆弧半径的大小等有关。

3)零件铳削底平面时，槽底圆角半径不应过大。

4)应采纳统一的基准定位(Positioning)(>

■切削螺纹时，增加§1(2〜5mm)的刀具引入距离和82(l~2mm)的刀具切出距离，

确保在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。

铳削轮廓的加工路线

■刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以确保工件轮廓平滑(Smooth)

■铳削封闭的内轮房表面时，因内轮廓曲线不同意外延，刀具只能沿轮廓曲线的法向

(Normal)切入和切出，此时刀具的切入和切出点应尽量选在两几何元素的交点处

■铳削曲面(CurvedSurface)时，常用球头刀采纳“行切法”进行加工。

■当采纳图(a)的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，

■当采纳图(b)的加工方案时，便于加工后检验，表面准确度高，但程序较多。

关于位置精度要求精度较高的孔系加工(HolesProcessing),特别要注意孔的加工顺序的安

排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。

如加工以下图a所示零件上的孔系。b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。

假设改用c图的走刀路线,减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提升了加工效率。

铳削内腔的走刀路线

如图(a)为用行切方式加工内腔(DieCavity)的走刀路线，这种走刀能切

除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残

留高度，而达不到要求的表面粗糙度(Roughness).

如采纳图lb)图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓

表面，能获得较好的效果，

图(c)也是一种能确保较好表面质量的走刀路线方式，但其加工时间略长。

■对刀是指使“刀位点〃与“对刀点〃重合的操作。“刀位点〃是指刀具的定位基准点。

如图所示，(a)车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；(b)钻头的刀位点是钻头顶

点；(c)圆柱铳刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点：Id)球头铳刀的刀位

点是球头的球心点。各类数控机床的对刀方法是不完全一样的。

■对•些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采纳球头铳刀、环形铳刀、鼓形刀、

锥形刀和盘形刀，如图所示。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量、进给量。

■金属切削液的作用

■(1)冷却作用

■(2)润滑作用

■(3)清洗作用

■(4)防锈作用

金属切削液通常可分为以冷却为主的水溶性金属切削液和以润滑为主的纯油性金属切削

液；水溶性金属切削液又可细分为可溶性油(乳化液)、半合成切削液(微乳化液)和合成

切削液三种。

工艺分析实例

■欲加工如图所示工件，材料为板材45钢，小批量生产，其加工工艺分析如下：

■1.外形加工图3.23加工零件三维造型图

■为了满足侧面与底面垂直度要求，表面光洁无刀痕，节省材料等要求，故外形采纳

线切割加工完成。

■2.选择切削加工设备

■依据被加工零件的外形和材料等条件，选用MIKRONVce600pro加工中心。

■3.确定工件的定位基准和装夹方式

■(1)定位基准X方向寻边器分中，Y方向平口钳定位，Z方向平口钳定位转动方

向平口钳定位，以左右对称面为工艺基准。

■(2)装夹方法平口钳夹紧。

■4.制定加工方案

■依据零件图(第三视角制图)所示要求、毛坯及前道工序加工状况，确定工艺方案

及加工路线。其加工工序为：

■第一步：正面(有槽面)加工

(1)钻中心孔(所有孔)

(2)钻孔(所有孔)

(3)粗加工(孔2一①21土；孔032F8；槽：斜面)

(4)精加工斜面

(5)精加工(孔2一①21土)

(6)镇孔①16E8

(7)镇孔①32F7

(8)去毛刺

■第二步：反面(无槽面)加工

■(1)钻中心孔

■(2)钻孔

■⑶攻丝(2-M6)

■(4)去毛刺

第5章数控车床编程

数控车床加工的特点

L机床功能全，加工质量高

数控车床的分类

•1.按主轴位置分类

立式、卧式

•2.按加工零件的基本类型分类

卡盘式、顶尖式

•3.按刀架数量分类

单刀架式、双刀架式

简易型、经济型、多功能型、车削中心

各参照点

机床坐标系：机床上固有的坐标系。(固定)

机床原点：机床坐标系的原点

机床零点：机床坐标系中固定不变的极限点。(参照点)

工件坐标系：为编程方便而建立的坐标系。(可变)

工件原点：工件坐标系的原点。

对刀点：建立机床坐标系和工件坐标系之间关系的

基准点。

换刀点：是指刀具换刀的位置点。通常应注意远离

工件避免碰伤，一般设立在机床零点处或

对刀点处。

刀位点：表示刀具特征的点。也是对刀和加工的

基准点。

数控车床上主要加工轴类、盘类等回转体零件。所以

在编制程序时，X轴坐标可以有直径编程和半径编程两种。

各点坐标如下：

直径编程：点1(20,0);点2(20,-13.5);点3(40,・48.5);点4(70,-60);

半径编程：点1(10,0);点2(10,-13.5);点3(20,-48.5);点4(35,-60);

注：机床出厂时系统参数设定为直径编程，采纳直径尺寸编程与零件图样中的标注直径尺寸

一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。

绝对坐标(X、Y、Z或G90)

刀具运动位置坐标值相对坐标系原点给出.

相对坐标（U、V、W或G91）

刀具运动位置坐标值相对前一点给出。

例：刀具当前位于A点，沿ABC软迹运动,试采纳绝对和相对方式进行编程。

方法1：

绝对编程相对编程

GOOX25.Y26.;G00U15.V1L;

G00X18.Y40.;GOOU-7.V14.;

方法2：

绝对编程相对编程

G90GOOX25.Y26.;G91G00X15.Y11.;

GOOX18.Y40.;G00X-7.Y14.;

F指令：用于控制刀具的进给速度。

每转进给量

编程格式：G99F〜

F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r

例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r

每分钟进给量

编程格式：G98F〜

F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min

例：G98F100表示进给量为100mm/min

注：当车削螺纹时，F用来指令被加工螺纹的导程。

例：螺纹加工时，F3.0表示被加工螺纹的导程为3nlm。

S指令：用于控制主轴转速。

如：S300表示主轴转速为300i7min。

*在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用：

恒线速控制

编程格式G96S〜

表示的是恒定的线速度：m/mino

例：G96S150表示切削线速度控制在150m/min。

恒线速取消

编程格式G97S〜

表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。

例：G97S3000

表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/mino

编程格式：T〜

T后面通常有两位数或四位数字，依据机床系统参数设置而定。

前两位一刀具号

后两位一刀具补偿号（长度补偿和刀尖圆弧半径补偿）

例：T0303

表示选用3号刀具，调用3刀具补偿值；

T0305

表示选用3号刀具，调用5号刀具补偿值;

T0300

表示取消刀具补偿。

・G00不可进行切削加工，否则会出现“撞刀〃的严重事故;

G01可进行切削加工，它能完成外圆、端面、内孔、锥面等。

•G00速度由系统预先设定，不可用指令设定，快速进给

速率调整旋钮调节；

G01速度是由程序中F指令设定，进给速率调整旋钮调节。

例：如图所示，试编制刀具沿轮廓轨迹加工的程序，

切削速度F=/ro

00001;

T0101；

M03S800;

GOOXOZ2.；0"—K（快速进刀）

G01Z0F100；K—O（直线插补，进给速度F100mm/min）

X24.Z-28.；0—1（同上，G01指令续效,F续效）

G02X40.Z-36.R8.；1—2（顺圆插补,F续效）

(或G02X40.Z-36.17.75K0.24；）

G01Z-49.；2—3（直线插补,F续效）

G03X50.Z-55.R8.；3—4（逆圆插补,F续效）

(或G03X50・Z・55・1-2.19K・8・41；)

G01Z-83.；4-5（直线插补,F续效）

G00X100.；5—P（快速退刀）

Z100.；P—O"（同上，G00指令续效）

G04指令

用于暂停进给。

格式：G04P或G04X(U).

其中P后面的数字为整数，单位是ms；

X（U）后面的数字为带小数点，单位为s。有些机床指刀具或工件空转的圈数。

应用：刀具作短时间无进给光整加工，在车槽、钻镇孔时使用，也可用于拐角轨迹控制。

举例：在车削环槽时，假设进给结束马上退刀，其环槽外形为螺旋面，用暂停指令G04可

以使工件空转几秒钟，即能将环形槽外形光整圆，例如欲空转2.5s时其程序段为：

G（MX2.5或G（）4U2.5或G（）4P2500；

G27、G28、G29和G30指令

参照点是CNC机床上的固定点，可以利用参照点返回指令将刀架移动到该点。可以设置最

多四个参照点，各参照点的位置利用参数事先设置。接通电源后必需先进行第一参照点返【可，

否则不能进行其它操作。

参照点返回有两种方法：

手动参照点返回自动参照点返回

G27指令（返回参照点检查）：用于检验X轴与Z轴是否正确返回参照点。

格式：G27X（U）Z（W）

X（U）、Z（W）为参照点的坐标。

执行G27指令的前提是机床通电后必需手动返I可一次参照点。

G28、G30指令（参照点返回）

G28X(U)Z(VV).

返回第一参照点，刀具快速移至中间点（X、Z一起移动）后，快速移动到参照点

G30返回第二、三、四参照点

G30P2X（U）Z（W）；返回第二参照点，P2可省略

G30P3X（U）Z（W）；返回第三参照点