数控技术 数控编程基础

数控编程基础

§1程序编制的基础

一、程序编制的基本概念

从零件图纸到编制零件加工程序和制作控制介

质的全部过程，称为程序编制。

程序编制分为手工和自动编程两种。

手工编程的步骤：

图1手工编程过程的框图

二、数控加工工艺基础

（一）数控加工工序的划分

工序的划分原则：

先面后孔的原则；

刀具集中的原则；

粗、精分开的原则；

按部位分序的原则。

（二）对刀点与换刀点

对刀点：刀具相对于工件运动的起点，又称

起刀点，也就是程序运行的起点。

对刀点的选择原则：

①对刀点应便于数学处理和程序编制；

②对刀点在机床上容易校准；

③在加工过程中便于检查；

④引起的加工误差小。

对刀点可以设置在零件、夹具上面或机床上面。

换刀点：一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，

刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。

换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰

伤工件，换刀点往往设在零件的外面。

（三）走刀路线的选择

走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工

件的运动轨迹。

刀心运动轨迹刀心运动轨迹刀心运动轨迹

(a)(b)(c)

图3走刀的轨迹

走刀路线的选择原则：

①保证零件的加工精度和表面租糙度；

②方便数值计算，减少编程工作量；

③缩短走刀路线，减少空行程。

（四）刀具的选择、切削用量的确定

加工刀具的选择，应尽可能选用硬质合金刀具或性能

更好的更耐磨的带涂层的刀具。铳平面轮廓用平头立铳

刀，铳空间轮廓时选球头立铳刀。

选择刀具时要规定刀具的结构尺寸，供刀具组装预

调使用；还要保证有可调用的刀具文件；对选定的新刀

具应建立刀具文件供编程用。

切削用量的选择，数控机械加工的切削深度、切削

速度和进给量的确定原则与普通机械加工相似，也可根

据实际经验或查问有关手册。数控机床的使用说明书上

般都会给出切削参数的推荐值O

（五）数控机床的选择

1.平面孔系零件的加工

这类零件或孔数较多，或孔位置精度要求较高，宜

用点位直线控制的数控钻床与镜床加工。

旋转体类零件的加工

此类零件多选用数控车床或数控磨床加工。

3.平面轮廓的加工

此类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般选两坐标

联动的数控铳床加工。

>4.立体轮廓表面的加工

一般选用具有三轴或三轴以上联动功能的数控铳床加

>工此类零件。

A（六）程编中的误差控制

误差源：

’1.逼近误差；

插补误差；

"3.圆整误差；

程编中的误差应控制在总误差的10%~20%之内。

A三、数控编程系统

数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用

数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱

离数控机床本身在其他设备上进行编程。

四、利用CAM系统进行自动编程的基本步骤

1.加工工艺确定

(1)校准加工零件的尺寸、公差和精度要求；

»(2)确定装卡位置；

>(3)选择刀具；

(4)确定加工路线；

(5)选定工艺参数。

加工模型建立

利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被

加工部位绘制在计算机屏幕上，作为计算机自动生成刀具

轨迹的依据。

3.刀具轨迹生成

建立了加工模型后，即可利用CAM系统提供的多种

形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。

4.后置代码生成

后置处理的目的是形成数控指令文件，利用CAM系

统提供的后置处理器可方便地生成和特定机床相匹配的

加工代码。

5.加工代码输出

A§2数控加工的编程基础

程序字按其功能的不同可分为：顺序号字、准备功能

＞字、尺寸字、进给功能字、主轴转速功能字、刀具功能字

和辅助功能字7种类型。

■一、编制数控程序常用的指令代码

(-)准备功能代码(G代码)

准备功能代码用于指定一些动作或选择一种操作方

式，它使用G字编程。G字可接3位整数，也可以带一位小

数。模态代码是指某些G代码在一个程序段被指定后，直

到以后程序段出现同组的另一个代码时才失效的G代码。

A非模态代码是指只有书写了该代码时才有效的代码。

1.与坐标设定有关的指令

表1与坐标设定有关的指令

代码功能代码功能

G11坐标轴的平移和旋转G17选择XY平面

G10取消GUG18选择ZX平面

G15工件坐标系选择（模态）G19选择YZ平回

G16工件坐标系选择（非模态）G58直线偏移XZ

G52局部坐标系设定G59直线偏移YZ

G53机床坐标系选择

G54直线偏移X

G55直线偏移Y

G56直线偏移Z

G57直线偏移XY

与坐标轴移动有关的指令

表2与坐标轴移动有关的指令

代码功能代码功能

G00定位（快速直线揄卜）G03逆圆或螺旋线插补

G01直线插补G30回零

G02顺圆或螺旋线插补

3.刀具补偿指令

表3与刀具补偿有关的指令

代码功能

G40刀具半径补偿取消

G41刀具半径左补偿

G42刀具半径右补偿

G43刀具长度正补偿

G44刀具长度负补偿

G49刀具长度补偿取消

4.与指令确定的数值有关的指令

表4与指令确定的数值有关的指令

代码功能代码功能

G90绝对值编程G95进给量（每转）

G91增量值编程G20输入值为英制

G94进给速度（每分钟）G21输入值为米制

5.可简化编程的指令

表5可简化编程的指令

代码功能代码功能

G50几何缩放取消G83深孔钻孔固定循环

G51几何缩放G84旋攻螺纹固定循环

G62镜象加工G85链孔固定循环（切速退刀

G73高速深孔钻孔固定循环G86链孔固定循环（快退刀）

G74左旋攻螺纹固定循环G87背键固定循环（快退刀）

G76精链固定循环G89背链固定循环（同G85）

G80固定循环功能取消G274左旋同步攻螺纹

G81钻孔固定循环G284右旋同步攻螺纹

G82固定循环（同G81）

6.宏指令

G100〜120各代码可供建立用户指令，以简化程序编

制。7.其他功能G代码

表6其他功能G代码

代码功能代码功能

G04进给暂停G61急停检查（非模态）

G09急停检查（非模态）G64取消急停检查

G22程序行程极限有效G175圆简周边切削

G23程序行程极限无效G186公差控制无效

G31跳步G187公差控制有效

G174圆简周边切削无效

(1)快速直线插补(GO)

GO快速直线插补控制机床各轴以最大速率从现在位置

移动到指令位置。GO是模态代码。

其编程格式为：GOXYZo

(2)直线插补(Gl)

直线插补G1程序段控制各轴以指定的进给速率沿直线

方向从现在位置移动到指令位置。G1是模态代码

其编程格式为：G1XYZF(进给速率)。

(3)顺圆弧插补(G2)

圆弧插补G2程序段可以使机床从现在位置沿圆顺时针

弧轨迹运动到指令位置，进给速率沿圆弧的切线方向，大

小等于编程的进给率F。G2表示刀具沿顺圆运动(CW)o

Z

终点(x,y,z)

X

Y起点(X。,yo,z0)

(4)逆圆弧插补(G3)

圆弧插补G3程序段可以使机床从现在位置沿逆时针园

弧轨迹运动到指令位置，进给速率沿圆弧的切线方向，大

小等于编程的进给率F。G3表示刀具沿逆圆运动(CCW)。

圆弧插补可以用两种方式编程：

①编程G2或G3及I、J、K字定义圆弧中心点，称为

中心编程，当圆弧的中心是关键尺寸时，选用该编程方

其编程格式为：G2XYZIJKF（进给速率）。

②半径编程当圆弧的半径R或终点坐标为关键尺寸

时，选用该编程方法。

其编程格式为：G2XYZRF（进给速率）0

当心角4180。时，R以正值表示；当圆心角＞180。时,

R以负值表示。但整圆不能用此编程方法。

（二）辅助功能代码（M代码）

辅助功能代码（M代码）用于指令控制功能和机床功

能，多与程序执行和机械控制有关。

1.M00程序停止。执行M00后程序停止，可按机床上

的起动按钮使机床重新起动，继续执行以后的程序。

M01可选择的程序停止。当按下机床操作面板上的

“选择开机''按钮时，执行M01以后程序停止，重新起动则

继续执行下段。

3.M02和M30程序结束。

4.M03、M04和M05主轴正转、反转和停转。

5.M06换刀。

6.M15、M16第四旋转轴正转、反转。

7.M19主轴定位。执行M19后可使主轴正转后停在

规定的角度上。

8.M118主轴定位（反转）。执行MU8后可使主轴反向

旋转后停在规定的角度上。

9.M119主轴定位（以较短的路径转）。

10.M52、M53和M54与G指令固定循环配合使用。

11.M132、M133决定机床上的“单段执行”开关（程序

逐段执行）有效、无效。

1M134、M135决定机床上的“主轴转速倍率”开关有效

、无效。

13.M136、M137决定机床上的“进给速度倍率”开关

有效、无效。

14.M138、M139决定机床上的“空运转”开关有效、

无效。

15.M140.M141决定机床上的“进给保持”开关有

效、无效。

16.M201—M210与G100〜G120各代码一样可供建

立用户宏指令，以简化程序的编制。

(三)F、S、T指令一都是续效代码

(1)F指令为进给速度指令，该表示方法有：

a.代码法：F后跟两位数，这两位数字表示该进给速

度的序号。

b.直接指定法：F后所跟的数字就是实际进给速度。

如F50表示进给速度为50mm/min。

（2）S指令一主轴转速指令，也有两种表示方法：

a.代码法：S后跟两位数，表示主轴转速的序号。

b.直接指定法：S后所跟的数字就是实际主轴转速。

如S1000表示主轴转速为1000r/min。

（3）T指令一刀号指令，T后跟两位数字，这两位数字

表示刀具的编号。

二、数控加工程序的结构

1.程序的组成

一个完整的零件加工程序由程序段组成；一个程序段

由若干个代码字组成；每个代码字由字符（字母、数字、

符号）组成。

N01G91GOOX50Y60

N02GO1X1OOOY5000F150S300T12M03

N1OGOOX-50Y-60

NilM02

每个程序段以序号“N”开头，M02二END作为整个程序

的结束。

程序段格式

(1)地址符可编程序段格式

这种格式称字-地址程序格式，其特点是程序简单，

可读性强，易于检查，因此，现代数控机床广泛采用这

种格式。

A(2)分隔符固定顺序程序段格式

该种格式是用分隔符“HT”代替地址符，而且预先规

*定了所有可能出现的代码的固定排列顺序，根据分隔符

出现的顺序，就可判断其功能。由于该格式不直观，编

＞程不便，现在已很少使用。

3.主程序和子程序

A(1)子程序：将重复出现的程序串单独抽出来，按

一定的格式写成子程序，供主程序调用。

►(2)子程序的格式：除有子程序名或子程序开头代

码字外，还要有子程序结束代码字。其余部分与主程序

相同。

(3)主程序：程序中字子程序以外的部分便称为主

、程序。

三、机床坐标系

1.定义

机床坐标系是指用于确定机床的运动方向和移动距

离的坐标系。

标准的数控机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标

系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐

标轴的旋转运动坐标为A、B、Co

+y'

图10右手笛卡尔直角坐标系

各坐标轴的确定

(1)z轴的确定

Z轴是传递切削力的主轴所规定的主轴轴向。对于铳

床、链床、钻床等是带动刀具旋转的轴；对于车床、2

床等是带动工件旋转的轴。其方向是平行于主轴轴线,

远离工件方向为正方向。

(2)X轴的确定

X轴一般是水平的，平行于工件的装夹平面。它平

行于主要的切削方向，且以此方向为主方向。

1)对于工件旋转的机床(如车床、磨床等)，X坐

标是工件的径向且平行于横向拖板，刀具远离回转中心

是正向；

,>

2）对于刀具旋转的机床

（如铳、钻、镇床）.

①当Z轴水平+x

时，沿刀具主轴向

工件看，X轴的正

方向指向右边。

图・12卧式升降台铳床

②当Z轴为铅垂方向

（立式主轴）时

a.对于单立柱机床，X

轴的正方向指向右边。

图13数控铳床

b.对于双立柱机床+Z

A（如龙门机床），当站