第三章 數(shù)控加工程序的基本概念

一.程序編制的基本概念數(shù)控加工程序編制：從零件圖紙到制成控制介質(zhì)的全過程。將零件的加工信息：加工順序、零件輪廓軌跡尺寸、工藝參數(shù)(F、S、T)及輔助動作（變速、換刀、冷卻液啟停、工件夾緊松開等）等，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼按一定的格式編寫加工程序單，并將程序單的信息變成控制介質(zhì)的整個過程。

第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM1數(shù)控技術(shù)程序編制分為：手工編程和自動編程兩種。

手動編程：整個編程過程由人工完成。對編程人員的要求高（不僅要熟悉數(shù)控代碼和編程規(guī)則，而且還必須具備機(jī)械加工工藝知識和數(shù)值計算能力）

自動編程：編程人員只要根據(jù)零件圖紙的要求，按照某個自動編程系統(tǒng)的規(guī)定，將零件的加工信息用較簡便的方式送入計算機(jī)，由計算機(jī)自動進(jìn)行程序的編制，編程系統(tǒng)能自動打印出程序單和制備控制介質(zhì)。第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM2數(shù)控技術(shù)手工編程適用于：幾何形狀不太復(fù)雜的零件。自動編程適用于：形狀復(fù)雜的零件，雖不復(fù)雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個孔的零件）雖不復(fù)雜但計算工作量大的零件（如輪廓加工時，非圓曲線的計算）第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM3數(shù)控技術(shù)據(jù)國外統(tǒng)計：用手工編程時，一個零件的編程時間與機(jī)床實際加工時間之比，平均約為30：1。數(shù)控機(jī)床不能開動的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及時編制出造成的

編程自動化是當(dāng)今的趨勢！

第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM4數(shù)控技術(shù)圖紙工藝分析這一步與普通機(jī)床加工零件時的工藝分析相同，即在對圖紙進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，選定機(jī)床、刀具與夾具；確定零件加工的工藝線路、工步順序及切削用量等工藝參數(shù)等。

二、手工編程的內(nèi)容和步驟第一節(jié)概述

計算運(yùn)動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改2/1/20234:11PM5數(shù)控技術(shù)計算運(yùn)動軌跡

根據(jù)零件圖紙上尺寸及工藝線路的要求，在選定的坐標(biāo)系內(nèi)計算零件輪廓和刀具運(yùn)動軌跡的坐標(biāo)值，并且按NC機(jī)床的規(guī)定編程單位（脈沖當(dāng)量）換算為相應(yīng)的數(shù)字量，以這些坐標(biāo)值作為編程尺寸。錯誤計算運(yùn)動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙修改第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM6數(shù)控技術(shù)

編制程序及初步校驗

根據(jù)制定的加工路線、切削用量、刀具號碼、刀具補(bǔ)償、輔助動作及刀具運(yùn)動軌跡，按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定指令代碼及程序格式，編寫零件加工程序，并進(jìn)行校核、檢查上述兩個步驟的錯誤。

計算運(yùn)動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM7數(shù)控技術(shù)制備控制介質(zhì)

將程序單上的內(nèi)容，經(jīng)轉(zhuǎn)換記錄在控制介質(zhì)上，作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入信息，若程序較簡單，也可直接通過鍵盤輸入。第一節(jié)概述

計算運(yùn)動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改2/1/20234:11PM8數(shù)控技術(shù)

程序的校驗和試切所制備的控制介質(zhì)，必須經(jīng)過進(jìn)一步的校驗和試切削，證明是正確無誤，才能用于正式加工。如有錯誤，應(yīng)分析錯誤產(chǎn)生的原因，進(jìn)行相應(yīng)的修改。第一節(jié)概述

計算運(yùn)動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質(zhì)校驗和試切零件圖紙錯誤修改2/1/20234:11PM9數(shù)控技術(shù)常用的校驗和試切方法：對于平面輪廓零件可在機(jī)床上用筆代替刀具、坐標(biāo)紙代替工件進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)空運(yùn)行繪圖。對于空間曲面零件，可用蠟塊、塑料或木料或價格低的材料作工件，進(jìn)行試切，以此檢查程序的正確性。第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM10數(shù)控技術(shù)在具有圖形顯示功能的機(jī)床上，用靜態(tài)顯示（機(jī)床不動）或動態(tài)顯示（模擬工件的加工過程）的方法，則更為方便。上述方法只能檢查運(yùn)動軌跡的正確性，不能判別工件的加工誤差。首件試切(在允許的條件下)方法不僅可查出程序單和控制介質(zhì)是否有錯，還可知道加工精度是否符合要求。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯誤時，應(yīng)分析錯誤的性質(zhì)，或修改程序單，或調(diào)整刀具補(bǔ)償尺寸，直到符合圖紙規(guī)定的精度要求為止。第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM11數(shù)控技術(shù)O2000lN010G91M03S650;N020G00X100.Y80.;N030Z—33.;N040Z—26.F100;N050G00Z26.;N060X50.Y30.;N070Z—17.;N080G04F2;N090G00Z50.;N100X—150.Y—110.;N110M02;一、程序結(jié)構(gòu)與格式數(shù)控機(jī)床一個完整的的加工程序由程序名（或程序號），若干程序段和程序結(jié)束指令構(gòu)成。程序段是由序號、若干字和結(jié)束符號組成。每個字又由字母和數(shù)字組成。有些字母也叫代碼，它表示某種功能，如G代碼、M代碼。有些字母表示坐標(biāo)，如X、Y、Z。還有一些表示其它功能的符號，2/1/20234:11PM12數(shù)控技術(shù)程序名O2001是程序名，放在程序的開頭。為了能在存儲器中找到該程序，每個程序都要有一個程序名。不同的數(shù)控系統(tǒng)有不同規(guī)定。FANUC系統(tǒng)一般都采用英文字母O作為程序名首字母。ALLEN-BREDLY的數(shù)控系統(tǒng)則把英文字母O作為子程序的地址標(biāo)識，主程序則可以用任何字符數(shù)字來命名。西門子的數(shù)控系統(tǒng)大部分是以％作為程序名的首字母，程序名是一個完整程序存放在內(nèi)存中的首地址標(biāo)識符。2/1/20234:11PM13數(shù)控技術(shù)序標(biāo)號字（N字）也稱之為程序段號。用以識別和區(qū)分程序段的標(biāo)號。用地址碼N和后面的若干位數(shù)字來表示。例如：N008就表示該程序段的標(biāo)號為008。在大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)中，對所有的程序段標(biāo)標(biāo)號，也可以對一些特定的程序段標(biāo)號。而不是所有的程序段都要標(biāo)號。但是，程序段標(biāo)號對程序查找提供了方便的條件，另外對于進(jìn)行程序跳轉(zhuǎn)來說，程序段標(biāo)號就是必要的。程序段標(biāo)號與程序的執(zhí)行順序無關(guān)，不管有無標(biāo)號，程序都是按排列的先后次序執(zhí)行。通常標(biāo)號是按程序的排列次序給出。2/1/20234:11PM14數(shù)控技術(shù)程序段的結(jié)束符號這里使用“；”號作程序段的結(jié)束符號，有些系統(tǒng)使用“*”號或“LF’作結(jié)束符號。任何一個程序段都必須有結(jié)束符號，沒有結(jié)束符號的語句是錯誤語句。計算機(jī)不執(zhí)行含有錯誤的程序段。2/1/20234:11PM15數(shù)控技術(shù)程序段的主體部分一段程序中除序號和結(jié)束符號外的其余部分是程序主體部分。主體部分規(guī)定了一段完整的加工過程。它包含了各種控制信息和數(shù)據(jù)。它由一個以上功能字組成，主要的功能字有準(zhǔn)備功能字、坐標(biāo)字、輔助功能字、進(jìn)給功能字、主軸功能字和刀具功能字等。2/1/20234:11PM16數(shù)控技術(shù)二、功能字(1)準(zhǔn)備功能字(G功能字)(2)坐標(biāo)字(3)進(jìn)給功能字(F字)(4)主軸轉(zhuǎn)速功能字(S字)(5)刀具功能字(T字)(6)輔助功能字(M功能)2/1/20234:11PM17數(shù)控技術(shù)G功能是使數(shù)控機(jī)床做某種操作的指令，用地址G和兩位數(shù)字來表示，從G00到G99共100種G代碼有模態(tài)和非模態(tài)之分。模態(tài)G代碼：一旦執(zhí)行就一直保持有效，直到同一模態(tài)組的另一個G代碼替代為止。非模態(tài)G代碼：只有在它所在的程序段內(nèi)有效。同一種字母表示的是同一組的模態(tài)代碼。同一程序段出現(xiàn)非同組的幾個代碼，并不影響G代碼的續(xù)效性。同組代碼不能同時出現(xiàn)在一個程序段中。表中的不指定代碼用作將來修訂標(biāo)準(zhǔn)時，有可能指定新的功能定義；永不指定的代碼即使將來修訂時也不指定新的定義。對于前者在未指定新的定義之前以及永不指定代碼，允許機(jī)床設(shè)計者根據(jù)需要自行定義新的功能。G功能2/1/20234:11PM18數(shù)控技術(shù)坐標(biāo)字由坐標(biāo)名、帶＋、—符號的絕對坐標(biāo)值(或增量坐標(biāo)值)構(gòu)成。坐標(biāo)名有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J、K等。表示坐標(biāo)名的英文字母的含義如下所示：X、Y、Z：X、Y、Z方向的主運(yùn)動U、V、W：分別對應(yīng)平行X、Y、Z坐標(biāo)的第二坐標(biāo)P、Q、R：分別對應(yīng)平行X、Y、Z坐標(biāo)的第三坐標(biāo)A、B、C：分別對應(yīng)繞X、Y、Z坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動坐標(biāo)I、J、K：圓弧中心坐標(biāo)，永遠(yuǎn)是圓弧的起點對圓心的增量坐標(biāo)，分別對應(yīng)于X、Y、Z坐標(biāo)。坐標(biāo)字2/1/20234:11PM19數(shù)控技術(shù)進(jìn)給功能字(F字)它由地址碼F和后面表示進(jìn)給速度值的若干位數(shù)字構(gòu)成。用它規(guī)定直線插補(bǔ)G01和圓弧插補(bǔ)G02／G03方式下刀具中心的進(jìn)給運(yùn)動速度。進(jìn)給速度是指沿各坐標(biāo)軸方向速度的矢量和；進(jìn)給速度的單位取決于數(shù)控系統(tǒng)的工作方式和用戶的規(guī)定。它可以是mm/min、in/min、r／min、mm/r。例如在米制編程的零件程序中F220就是表示進(jìn)給速度為每分鐘220mm。2/1/20234:11PM20數(shù)控技術(shù)主軸轉(zhuǎn)速功能字(S字)

S字用來規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速，它由S字母后面的若干位數(shù)字組成，這個數(shù)值就是主軸的轉(zhuǎn)速值，單位是r/min。例如：S300表示主軸的轉(zhuǎn)速為300r／min。

T地址字后接若干位數(shù)字值，數(shù)值是刀具編號。例如選3號刀具，刀具功能字為T3。2/1/20234:11PM21數(shù)控技術(shù)M地址字后接2位數(shù)值，共有M00～M99一百個字，有一部分已經(jīng)國際標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)在同一程序段中，既有輔助功能代碼，又有坐標(biāo)運(yùn)動指令時，控制系統(tǒng)將根據(jù)機(jī)床參數(shù)來決定以下幾種執(zhí)行順序：

1)輔助功能代碼與坐標(biāo)移動指令同時執(zhí)行。

2)在執(zhí)行坐標(biāo)移動指令之前執(zhí)行輔助功能，通常稱之為“前置”。

3)在坐標(biāo)移動指令完成以后執(zhí)行輔助功能，稱為“后置”。每一個輔助功能(M代碼)的執(zhí)行順序在數(shù)控機(jī)床的編程手冊中都有明確的規(guī)定。M代碼也分成模態(tài)和非模態(tài)兩種。M代碼可以分成兩大類，一是基本M代碼，另一類是用戶M代碼。基本M代碼是由數(shù)控系統(tǒng)定義的。用戶M代碼則是由數(shù)控機(jī)床制造商定義的。輔助功能字(M功能)2/1/20234:11PM22數(shù)控技術(shù)輔助功能字(M功能)（1）M00：程序暫停指令當(dāng)程序執(zhí)行到含有M00程序段時，先執(zhí)行該程序段的其它指令，最后執(zhí)行M00指令，但不返回程序開始處，再啟動后，接著執(zhí)行后面的程序。2/1/20234:11PM23數(shù)控技術(shù)輔助功能字(M功能)（2）M01：可選擇程序停止指令

M01和M00相同，只不過M0l要求外部有一個控制開關(guān)，開關(guān)處于關(guān)的位置，控制系統(tǒng)就忽略該程序段中的M0l。2/1/20234:11PM24數(shù)控技術(shù)輔助功能字(M功能)3)M02：程序結(jié)束指令現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)，零件加工程序都先輸入到計算機(jī)內(nèi)存中，執(zhí)行程序時從內(nèi)存中調(diào)出，按先后順序執(zhí)行，這時，M02和M30代碼的功能就是一樣的。執(zhí)行到M02(或M30)時程序執(zhí)行停止，指針重新設(shè)置到第一個程序段。再啟動時，從第一句再次執(zhí)行該零件程序。早期的數(shù)控系統(tǒng)帶有紙帶閱讀機(jī)，程序從紙帶上輸入，這時M02功能只是程序結(jié)束。但不倒帶。要想重新執(zhí)行程序，必須倒帶后再啟動。2/1/20234:11PM25數(shù)控技術(shù)輔助功能字(M功能)（4）M30程序結(jié)束并倒帶

M30和M02不同之處。當(dāng)使用紙帶閱讀機(jī)輸入執(zhí)行零件程序時，遇到M30時，不但停止零件程序的執(zhí)行，紙帶會自動倒帶到程序的開始，再次啟動。該零件程序就再次從頭執(zhí)行。2/1/20234:11PM26數(shù)控技術(shù)刀具偏置字(D字和H字)在程序中，D字后接一個數(shù)值是將規(guī)定在刀具偏置表中的刀具直徑值調(diào)出，當(dāng)使用刀具補(bǔ)償激活時(G41，G42)，這個值就是刀具直徑的補(bǔ)償值。H字后接一個數(shù)值是將規(guī)定在刀具偏置表中的刀具長度補(bǔ)償值調(diào)出，當(dāng)編程Z軸坐標(biāo)運(yùn)動時，這個值就是刀具長度的偏置值。2/1/20234:11PM27數(shù)控技術(shù)第三節(jié)

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系

坐標(biāo)軸的運(yùn)動方向及其命名

統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸及其運(yùn)動的方向，可使編程方便，并使編出的程序?qū)ν愋蜋C(jī)床有通用性。同時也給

維修和使用帶來極大的方便。ISO和我國都擬定了命名的標(biāo)準(zhǔn)。2/1/20234:11PM28數(shù)控技術(shù)第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系進(jìn)給運(yùn)動坐標(biāo)系

ISO和中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：數(shù)控機(jī)床的每個進(jìn)給軸(直線進(jìn)給、圓進(jìn)給)定義為坐標(biāo)系中的一個坐標(biāo)軸。數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：右手笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)；2/1/20234:11PM29數(shù)控技術(shù)基本坐標(biāo)系：直線進(jìn)給運(yùn)動的坐標(biāo)系（X.Y.Z）。坐標(biāo)軸相互關(guān)系：由右手定則決定?；剞D(zhuǎn)坐標(biāo)：繞X.Y.Z

軸轉(zhuǎn)動的圓進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用A.B.C表示，坐標(biāo)軸相互關(guān)系由右手螺旋法則而定。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A2/1/20234:11PM30數(shù)控技術(shù)坐標(biāo)軸方向：定義為刀具相對工件運(yùn)動的方向。編程時不必知道機(jī)床運(yùn)動的具體配置，就能正確地進(jìn)行編程。附加坐標(biāo)軸：平行于基本坐標(biāo)系中坐標(biāo)軸的進(jìn)給軸，用U.V.W表示。

2/1/20234:11PM31數(shù)控技術(shù)Z坐標(biāo)（軸）方位Z坐標(biāo)平行主軸軸線的進(jìn)給軸。沒有主軸或有多個主軸：垂直于工件裝夾面的方向為Z坐標(biāo)。主軸能擺動：在擺動的范圍內(nèi)只與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中的某一坐標(biāo)平行時，則這個坐標(biāo)便是Z坐標(biāo)；若在擺動的范圍內(nèi)與多個坐標(biāo)平行，則取垂直于工件裝夾面的方向為Z坐標(biāo)。2/1/20234:11PM32數(shù)控技術(shù)立式5軸數(shù)控銑床的坐標(biāo)系Z坐標(biāo)正方向規(guī)定：刀具遠(yuǎn)離工件的方向。+Z+Z2/1/20234:11PM33數(shù)控技術(shù)+Z2/1/20234:11PM34數(shù)控技術(shù)X坐標(biāo)

在刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（銑床、鉆床、鏜床等）。Z軸水平（臥式），則從刀具(主軸)向工件看時，X坐標(biāo)的正方向指向右邊。+Z+X2/1/20234:11PM35數(shù)控技術(shù)Z軸鉛直（立式）：單立柱機(jī)床，從刀具向立柱看時，X的正方向指向右邊；+Z立式5軸數(shù)控銑床的坐標(biāo)系+Z+X+X2/1/20234:11PM36數(shù)控技術(shù)+Z

Z軸鉛直（立式）：雙立柱機(jī)床(龍門機(jī)床)，從刀具向左立柱看時，

X軸的正方向指向右邊。+X2/1/20234:11PM37數(shù)控技術(shù)在工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上（車床、磨床等），X軸的運(yùn)動方向是工件的徑向并平行于橫向溜板，且刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是X軸的正方向。+Z+X2/1/20234:11PM38數(shù)控技術(shù)Y坐標(biāo)利用已確定的X、Z坐標(biāo)的正方向，用右手定則或右手螺旋法則，確定Y坐標(biāo)的正方向。右手定則：大姆指指向+X，中指指向+Z，則+Y方向為食指指向。右手螺旋法則：在XZ平面，姆指之外四指從Z抓向X，姆指所指的方向為+y。2/1/20234:11PM39數(shù)控技術(shù)立、臥式數(shù)控銑床+Z+X+Z+X+Y+Y2/1/20234:11PM40數(shù)控技術(shù)+Z+X+Y立式5軸聯(lián)動數(shù)控銑床+Z+X+Y龍門數(shù)控銑床2/1/20234:11PM41數(shù)控技術(shù)+Z+Y+Z+Y/+C+A+C5.回轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C+X