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1、数 控 编 程 主要内容 数控编程的内容、步骤和意 义 座标系和座标原点 数控程序的格式 数控加工技术基础 数控加工不需手工进行直接操作，而是通过给定一 系列的指令，形成数控加工程序，经数控系统处理 后，使机床自动完成零件加工。改变加工程序便可 以很方便地在一台数控机床上完成多种零件的加工 。 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。 显然，在加工前要编制零件加工程序，而编程又要 先确定工件的加工工艺。所以我们首先介绍数控加 工的基础知识及数控加工工艺。 手工编程的步骤 零件图 纸 确定工艺过程 计算加工轨迹和尺 寸 编制程序单
2、制作控制介 质 程序校检和试切 校 核 校 核 检 验 Y Y Y N N N 图 2- 1 手 工 编 程 过 程 的 框 图 完 成 利用CAM系统进行自动编程的基本步骤 1 加工工艺确定 2加工模型建立 3刀具轨迹生成 4后置代码生成 5加工代码输出 坐标系 坐标系：机床中使用顺时针方向的直角坐标系（ 右手直角坐标系），机床中的运动是指刀具和工 件之间的相对运动，是刀具相对于静止的工件的 运动。 机床坐标系 机床坐标系（MCS）：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。机床坐标系 如何建立取决于机床的类型。坐标系的原点定在 机床零点，它也是所有坐标轴的零点位置。该点 由
3、机床生产厂家确定，机床开机后不需回原点运 行。 机床坐标系 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、C。 （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 于铣床、镗床、钻床等是带动刀具旋转的轴；对于 车床、磨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 2）X X轴的确定轴的确定 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
4、心是正向； （3）Y轴的确定 Y轴的运动方向则根据X轴和Z轴按右手法则确定。 （4）转动方向的确定 围绕X、Y、Z轴的转动分别用A、B、C表示，它 们的正方向为右旋螺纹前进的方向 卧式数控车床 图2-10 右手笛卡尔直角坐标系 工件坐标系 工件坐标系（ WCS ）：工件坐标系用于工件编 程时对工件几何位置的描述。对于车床工件零点 在Z轴的位置由编程人员自由选取，在X轴的位 置始终位于旋转轴中心线上。 工件坐标系 对于铣床，工件零点可以自由选择，无需考虑机床工作 时的具体运动情况。 工件的装夹 工件的装夹：当工件装夹到机床上后，工件坐标 系原点相对于机床坐标系原点的座标值偏移量可 以作为可设定的
5、零点偏移输入到给定的数据区， 当NC程序运行时，此值可以用一个编程指令（ G54G57）来选择。 工件的装夹 机 床 原 点 工 件 原 点 机床 参考 点 编程 原点 图2-16 数控车床坐标系及相关点的关系 零件的数控加工工艺 数控加工的中的所有工步、切削用量、走刀路线 、加工余量和刀具选择都要预先确定好并编入程 序。 因此要求编程人员对机床的性能、特点、应用、 切削规范和刀具等要非常熟悉，否则就无法做到 全面、周到地考虑加工的全过程，无法合理地编 制零件的加工程序。 零件数控加工工艺性分析1 1）机床的合理选用： 既要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产 品，又要有利于提高生产率，还要
6、尽可能降低生产 成本。 2）选择合适的零件安装方式： 应尽量使工件 能够一次安装完成所有的待加工面 的加工。合理选择基准和夹紧方式，以减少误差环 节。 3）选择合适的刀具： 选择刀具时应考虑以下要求：工件材质、加工轮 廓类型、机床允许的切削用量以及刚性和耐用度等 。编程时要规定刀具的结构尺寸和调整尺寸。 零件数控加工工艺性分析2 4）确定加工路线： 加工路线是指数控加工中刀具相对于工件的运动 轨迹。确定加工路线应在保证零件加工精度和表面 粗糙度的前提下，充分发挥机床的效能。 对于点位控制的机床应尽可能缩短走刀路线，减 少空行程时间，提高生产效率。 铣平面时，不要在垂至于工件表面的方向上下抬 刀
7、，一面划伤零件表面。铣销外轮廓时尽量避免法 向切入和切出。铣销封闭轮廓时，刀具的切入和切 出步允许外延，最好选在两面的交界处。 旋转体类零件应用数控车床或数控磨床加工，由 于车销的零件的毛坯多为棒料或锻件，加工余量大 且不均匀，因此合理的制定促加工路线是编程的关 键所在。 程序结构 NC程序由各个程序段组成，每个程序段执行一 个加工步骤，程序段由若干个字组成，最后一个程 序段包含程序结束符M2。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。 程序名 每个程序均有一个程序名，程序名可 以按以下规则确定： 开始的两个符号
8、必须是字母。 其后的符号可以是字母、符号和下划 线。 最多为8个字符。 不得使用分隔符。 程序段结构 一个程序段中包含执行一个工序所需的全部数据 ，程序段由若干个字和段结束符组成。 程序段中有多个指令时建议按如下顺序： NGXYZFSTDM 以5或10为间隔选择程序段号，以便以后插入程 序段时不会改变程序段号的位置。 在不需要每次都要执行的程序段号前面可以加上 斜线符“/”，当程序段跳跃功能生效时，该段被 跳过不执行。 可以在程序段后面加上注释对程序段进行说明。 主程序和子程序 （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
9、名外，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。 编程举例 编制数控程序常用的指令代码 1.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。 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。 非模态代码是指只有书写了该代码时才有效的 代码。 2.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。 3. F、S、T指令 F指令进给速度指令 S指令主轴转速指令 T指令刀号指令 平面选择：G1
10、7G19 平面选择对刀具半径补偿和长度补偿及圆弧插补 等均有影响。 绝对和增量位置数据:G90,G91 G90：绝对尺寸，输入的数据取决于当前坐标系 的零点位置。程序启动后G90有效知道被后面的 G91取代(模态有效)。 G91：增量尺寸，输入的数据表示待运行轴的位 移。 以绝对坐标计算：XA=12, YA=15, XB=30, YB=35 A B X X Y Y O1812 15 2 0 绝对与相对坐标系 以相对坐标计算：XA=0, YA=0, XB=18, YB=20 在一个程序段中，可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程 或二者混合编程。 公制尺寸/英制尺寸：G71，G70 G70：英制尺寸
11、 G71：公制尺寸 系统根据所设定的状态把所有的几何值转换为公制 或英制尺寸，包括刀具补偿值、可设定的零点偏置 、进给率等，基本状态可以通过机床数据来确定。 用G70和G71编程所有直接与工件相关的几何数据 ，例如位置数据X、Y、Z，圆弧插补参数I、J、K、 CR。其他与工件没有直接几何关系的数据与 G70/G71无关。 半径/直径数据尺寸：G22，G23 G22：半径数据尺寸 G23：直径数据尺寸（常用） 可编程的零点偏置：G158 当工件上在不同的位置有重复出现的位置 或结构，或者选用了一个新的参考点，就 可以使用可编程的零点偏置G158产生当 前工件坐标系。 可编程的零点偏置：G158
12、G158指令要求一个独立的程序段，后面 的G158指令取代前面的G158指令。 如果仅输入G158，而没有坐标轴名称时 表示取消当前的可编程零点偏置。 N10 N20 G158 X 3 Z 5 ；可编程零点 偏置 N30 L10 ；子程序调用 N70 G158 ;取消偏移 可设定的零点偏置：G54G57，G500， G53 可设定的零点偏置给出工件零点在机床坐标系中的 位置。工件装夹到机床后，求出偏移量，并通过操 作面板输入到规定的数据区，程序可以通过选择相 应的G功能来激活这些数据。 G54 第一可设定的零点偏置 G55 第二可设定的零点偏置 G56 第三可设定的零点偏置 G57 第四可设定
13、的零点偏置 G500 取消可设定的零点偏置（模态有效） G53 取消可设定的零点偏置（程序段有效 ） 可设定的零点偏置：G54G57，G500， G53 N10 G54 ；调用第一可设定的零点偏置 N20 X Z ；加工工件 N90 G500 G0 X ；取消可设定的零点偏置 快速移动：G0 G0用于快速定位刀具，不对工件进行加 工，可以几个坐标轴同时运行产生一个线 性轨迹。 快速移动的最大速度值在机床数据中规定 。 用G0快速移动时，F地址下编程的进给率 无效。 G0为模态代码，一直有效直到被同组中 其他的G指令取代。 例如： N10 G0 X100 Z60 ;快速定到X100 Z60处。
14、O G0指令运用 40 6 Z X 绝对坐标编程为：G0 X40 Z6 相对坐标编程为：G0 X-40 Z-84 带进给率的线性插补：G1 刀具以地址F下编程的进给速度沿直线从起始点 移动到目标位置。G1为模态代码。 G1 XYZF O G1指令运用 40 Z X 80 绝对坐标编程为：G1 X40 Z-80 F0.4 相对坐标编程为：G1 X0 Z-80 F0.4 编程练习 6 1216 12 20 32 6 N10 G54 G90 M03 S800 T1 N20 G0 X6 Z2 N30 G1 Z-6 F0.5 N40 X12 Z-12 N50 Z-20 N60 X16 N70 Z-32
15、N80 G0 X50 N90 Z100 N100 M02 编制加工右图所示的轮廓加工程序，工件的厚度为 5mm。设起刀具点相对工件的坐标为(-10, -10, 300) 。 Y X Y X O刀 O工 10 10 8 8 1632 40 28 B A CD N01 G90 G92 X-10 Y-10 Z300; 设定起刀点的位 置 N02 G00 X8 Y8 Z2; 快速移动至A点的上 方 N03 S1000 M03; 起动主轴 N04 G01 Z-6 F50;下刀至切削厚 度 N05 G17 X40; 铣AB段 N06 X32 Y28; 铣BC段 N07 X16; 铣CD段 N08 X8 Y8; 铣DA段 N09 G00 Z20 M05;抬刀且主轴停 N010 X-10 Y-10 Z300;返回起刀点 N011 M02 ; 程序结束 圆弧插补：G2，G3 刀具以地址F下编程的进给速度沿圆弧轨迹从起 始点运动到终点，方向由G指令确定。两者均为 模态代码。 G2 顺时针 G3 逆时针 圆弧可以按以下四种方式表示： 圆心座标和终点座标 半径和终点座标 圆心和张角 张角和终点座标 圆弧编程的四种方式 圆心坐标和终点座标 N5 G90 Z30 X40 N10 G2 Z50 X40 K10
