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的整個過程。

第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM1數(shù)控技術程序編制分為：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，由計算機自動進行程序的編制，編程系統(tǒng)能自動打印出程序單和制備控制介質。第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM2數(shù)控技術手工編程適用于：幾何形狀不太復雜的零件。自動編程適用于：形狀復雜的零件，雖不復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)控技術據(jù)國外統(tǒng)計：用手工編程時，一個零件的編程時間與機床實際加工時間之比，平均約為30：1。數(shù)控機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

編程自動化是當今的趨勢！

第一節(jié)概述

2/1/20234:11PM4數(shù)控技術圖紙工藝分析這一步與普通機床加工零件時的工藝分析相同，即在對圖紙進行工藝分析的基礎上，選定機床、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、手工編程的內容和步驟第一節(jié)概述

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

根據(jù)零件圖紙上尺寸及工藝線路的要求，在選定的坐標系內計算零件輪廓和刀具運動軌跡的坐標值，并且按NC機床的規(guī)定編程單位（脈沖當量）換算為相應的數(shù)字量，以這些坐標值作為編程尺寸。錯誤計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質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

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、刀具補償、輔助動作及刀具運動軌跡，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，并進行校核、檢查上述兩個步驟的錯誤。

計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質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)控技術制備控制介質

將程序單上的內容，經(jīng)轉換記錄在控制介質上，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

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

程序的校驗和試切所制備的控制介質，必須經(jīng)過進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，應分析錯誤產(chǎn)生的原因，進行相應的修改。第一節(jié)概述

計算運動軌跡圖紙工藝分析程序編制制備控制介質校驗和試切零件圖紙錯誤修改2/1/20234:11PM9數(shù)控技術常用的校驗和試切方法：對于平面輪廓零件可在機床上用筆代替刀具、坐標紙代替工件進行空運轉空運行繪圖。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)控技術在具有圖形顯示功能的機床上，用靜態(tài)顯示（機床不動）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是否有錯，還可知道加工精度是否符合要求。

當發(fā)現(xiàn)錯誤時，應分析錯誤的性質，或修改程序單，或調整刀具補償尺寸，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O2000lN010G91M03S650;N020G00X100.Y80.;N030Z—33.;N040Z—26.F100;N050G00Z26.;N060X50.Y30.;N070Z—17.;N080G04F2;N090G00Z50.;N100X—150.Y—110.;N110M02;一、程序結構與格式數(shù)控機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束指令構成。程序段是由序號、若干字和結束符號組成。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，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存中的首地址標識符。2/1/20234:11PM13數(shù)控技術序標號字（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號為008。在大部分數(shù)控系統(tǒng)中，對所有的程序段標標號，也可以對一些特定的程序段標號。而不是所有的程序段都要標號。但是，程序段標號對程序查找提供了方便的條件，另外對于進行程序跳轉來說，程序段標號就是必要的。程序段標號與程序的執(zhí)行順序無關，不管有無標號，程序都是按排列的先后次序執(zhí)行。通常標號是按程序的排列次序給出。2/1/20234:11PM14數(shù)控技術程序段的結束符號這里使用“；”號作程序段的結束符號，有些系統(tǒng)使用“*”號或“LF’作結束符號。任何一個程序段都必須有結束符號，沒有結束符號的語句是錯誤語句。計算機不執(zhí)行含有錯誤的程序段。2/1/20234:11PM15數(shù)控技術程序段的主體部分一段程序中除序號和結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，主要的功能字有準備功能字、坐標字、輔助功能字、進給功能字、主軸功能字和刀具功能字等。2/1/20234:11PM16數(shù)控技術二、功能字(1)準備功能字(G功能字)(2)坐標字(3)進給功能字(F字)(4)主軸轉速功能字(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G功能是使數(shù)控機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準時，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，允許機床設計者根據(jù)需要自行定義新的功能。G功能2/1/20234:11PM18數(shù)控技術坐標字由坐標名、帶＋、—符號的絕對坐標值(或增量坐標值)構成。坐標名有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J、K等。表示坐標名的英文字母的含義如下所示：X、Y、Z：X、Y、Z方向的主運動U、V、W：分別對應平行X、Y、Z坐標的第二坐標P、Q、R：分別對應平行X、Y、Z坐標的第三坐標A、B、C：分別對應繞X、Y、Z坐標的轉動坐標I、J、K：圓弧中心坐標，永遠是圓弧的起點對圓心的增量坐標，分別對應于X、Y、Z坐標。坐標字2/1/20234:11PM19數(shù)控技術進給功能字(F字)它由地址碼F和后面表示進給速度值的若干位數(shù)字構成。用它規(guī)定直線插補G01和圓弧插補G02／G03方式下刀具中心的進給運動速度。進給速度是指沿各坐標軸方向速度的矢量和；進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就是表示進給速度為每分鐘220mm。2/1/20234:11PM20數(shù)控技術主軸轉速功能字(S字)

S字用來規(guī)定主軸轉速，它由S字母后面的若干位數(shù)字組成，這個數(shù)值就是主軸的轉速值，單位是r/min。例如：S300表示主軸的轉速為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)國際標準化。當在同一程序段中，既有輔助功能代碼，又有坐標運動指令時，控制系統(tǒng)將根據(jù)機床參數(shù)來決定以下幾種執(zhí)行順序：

1)輔助功能代碼與坐標移動指令同時執(zhí)行。

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

3)在坐標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)控機床制造商定義的。輔助功能字(M功能)2/1/20234:11PM22數(shù)控技術輔助功能字(M功能)（1）M00：程序暫停指令當程序執(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，開關處于關的位置，控制系統(tǒng)就忽略該程序段中的M0l。2/1/20234:11PM24數(shù)控技術輔助功能字(M功能)3)M02：程序結束指令現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)，零件加工程序都先輸入到計算機內存中，執(zhí)行程序時從內存中調出，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，程序從紙帶上輸入，這時M02功能只是程序結束。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)控技術輔助功能字(M功能)（4）M30程序結束并倒帶

M30和M02不同之處。當使用紙帶閱讀機輸入執(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出，當使用刀具補償激活時(G41，G42)，這個值就是刀具直徑的補償值。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償值調出，當編程Z軸坐標運動時，這個值就是刀具長度的偏置值。2/1/20234:11PM27數(shù)控技術第三節(jié)

數(shù)控機床的坐標系

坐標軸的運動方向及其命名

統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機床坐標軸及其運動的方向，可使編程方便，并使編出的程序對同類型機床有通用性。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準。2/1/20234:11PM28數(shù)控技術第三節(jié)數(shù)控機床的坐標系進給運動坐標系

ISO和中國標準規(guī)定：數(shù)控機床的每個進給軸(直線進給、圓進給)定義為坐標系中的一個坐標軸。數(shù)控機床坐標系統(tǒng)標準：右手笛卡兒坐標系統(tǒng)；2/1/20234:11PM29數(shù)控技術基本坐標系：直線進給運動的坐標系（X.Y.Z）。坐標軸相互關系：由右手定則決定。回轉坐標：繞X.Y.Z

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

2/1/20234:11PM31數(shù)控技術Z坐標（軸）方位Z坐標平行主軸軸線的進給軸。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。主軸能擺動：在擺動的范圍內只與標準坐標系中的某一坐標平行時，則這個坐標便是Z坐標；若在擺動的范圍內與多個坐標平行，則取垂直于工件裝夾面的方向為Z坐標。2/1/20234:11PM32數(shù)控技術立式5軸數(shù)控銑床的坐標系Z坐標正方向規(guī)定：刀具遠離工件的方向。+Z+Z2/1/20234:11PM33數(shù)控技術+Z2/1/20234:11PM34數(shù)控技術X坐標

在刀具旋轉的機床上（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坐標的正方向指向右邊。+Z+X2/1/20234:11PM35數(shù)控技術Z軸鉛直（立式）：單立柱機床，從刀具向立柱看時，X的正方向指向右邊；+Z立式5軸數(shù)控銑床的坐標系+Z+X+X2/1/20234:11PM36數(shù)控技術+Z

Z軸鉛直（立式）：雙立柱機床(龍門機床)，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)控技術在工件旋轉的機床上（車床、磨床等），X軸的運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中心的方向是X軸的正方向。+Z+X2/1/20234:11PM38數(shù)控技術Y坐標利用已確定的X、Z坐標的正方向，用右手定則或右手螺旋法則，確定Y坐標的正方向。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)控技術立、臥式數(shù)控銑床+Z+X+Z+X+Y+Y2/1/20234:11PM40數(shù)控技術+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+Z+Y+Z+Y/+C+A+C5.回轉坐標A、B、C+X