数控编程初学者必备

小河HH

数控加工程序编制就是将加工零件的工艺过程、工艺参数、工件尺寸、刀具位移的方向及其它辅助动作（如换刀、冷却、工件的装卸等）按运动顺序依照编程格式用指令代码编写程序单的过程。所编写的程序单即加工程序单。

数控加工的坐标系与指令系统：

数控加工程序的编写方法有两种，手工编程和自动编程，手工编程是由用户根据加工要求，使用该机床的指令代码手工书写数控程序。自动编程是由用户运行编程软件，输入零件图纸和加工参数(如进给量、背吃刀量、切削速度，工件材料、毛坯尺寸等)，由编程软件自动生成数控程序。两种编程方法各有所长。

一、坐标系

为了确定机床的运动方向和运动距离，必须在机床上建立坐标系，以描述刀具和工件的相对位置及其变化关系。

数控机床的坐标轴的指定方法已经标准化，我国在JB3051—1982中规定了各种数控机床的坐标轴和运动方向，它按照右手法则规定了直角坐标系中X、Y、Z三个直线坐标轴和A、B、C三个回转坐标轴的关系。如图13-4所示。

图13-5(a)为车床的坐标系，装夹车刀的溜板可沿两个方向运动，溜板的纵向运动平行于主轴，定为Z轴，而溜板垂直于Z轴方向的水平运动，定为X轴，由于车刀刀尖安装于工件中心平面上，不需要作竖直方向的运动，所以不需要规定Y轴。

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图13-5(b)为三轴联动立式铣床的坐标系，图中安装刀具的主轴方向定为Z轴，主轴可以上下移动，机床工作台纵向移动方向定为X轴。与X、Z轴垂直的方向定为Y轴。

二、坐标原点

机床原点：由机床生产厂家在设计机床时确定，由于数控机床的各坐标轴的正方向是定义好的，所以原点一旦确定，坐标系就确定了，机床原点也称机械原点或零点，是机床坐标系的原点。机床原点不能由用户设定，一般位于机床行程的极限位置。机床原点的具体位置须参考具体型号的机床随机附带的手册，如数控车的机床原点一般位于主轴装夹卡盘的端面中心点上。

1、机床参考点：机床参考点是相对于机床原点的一个特定点，它由机床厂家在硬件上设定，厂家测量出位置后输入至NC中，用户不能随意改动，机床参考点的坐标值小于机床的行程极限。为了让NC系统识别机床坐标系，就必须执行回参考点的操作，通常称为回零操作。或者叫返参操作，但并非所有的NC机床都设有机床参考点。

2、工件原点：也叫编程原点，它是编程人员在编程前任意设定的，为了编程方便，选择工件原点时，应尽可能将工件原点选择在工艺定位基准上，这样对保证加工精度有利，如数控车一般将工件原点选择在工件右端面的中心点。工件原点一旦确立，工件坐标系就确定了。编写程序时，用户使用的是工件坐标系，所以在启动机床加工零件之前，必须对机床进行设定工件原点的操作，以便让NC确定工件原点的位置，这个操作通常称为对刀。对刀是加工零件前一个非常重要且不可缺少的步骤，否则不但不可能加工出合格的零件还会导致事故的发生，在高档数控系统中，工件原点甚至在一个程序中还可以进行变换，由相应的选择工件原点指令完成。工件原点与机床原点之间的距离叫原点偏置。

三、坐标指令

在加工过程中，工件和刀具的位置变化关系由坐标指令来指定，坐标指令的值的大小是与工件原点带符号的距离值。坐标指令包括：X、Y、Z、U、V、W、I、J、K、R等。其中，通常来说X、Y、Z是绝对坐标方式；U、V、W相对坐标方式，但在三坐标以上系统中，有相应的G指令来表示是绝对坐标方式还是相对坐标方式，不使用U、V、W来表示相对坐标方式；I、J、K或R是表示圆弧的参数的两种方法，I、J、K表示圆心与圆弧起点的相对坐标值，R表示圆弧的半径。

Ｇ指令：

也称准备功能(prepare

function)指令，简称G功能指令或G代码，C指令确定的功能，可分为坐标系设定类型、插补功能类型、刀具补偿功能类型、固定循环类型等。

G指令由字母G和其后两位数字组成，从GOO到G99共100种；其中GOO至G09可简写为G0至G9

一下是一些常用的G指令：

1、G00与G01

G00运动轨迹有直线和折线两种，该指令只是用于点定位，不能用于切削加工 G01按指定进给速度以直线运动方式运动到指令指定的目标点，一般用于切削加工

2、G02与G03 G02:顺时针圆弧插补G03:逆时针圆弧插补

3、G04(延时或暂停指令）

一般用于正反转切换、加工盲孔、阶梯孔、车削切槽

4、G40、G41、G42 半径补偿 G40：取消刀具半径补偿

5、G32、G92、G76，G32：螺纹切削 G92：螺纹切削固定循环

G76：螺纹切削复合循环

6、车削加工：G70、G71、72、G73，G71：轴向粗车复合循环指令G70：精加工复合循环 G72：端面车削，径向粗车循环

G73：仿形粗车循环 7、主轴设定指令G50：主轴最高转速的设定 G96：恒线速度控制 G97：主轴转速控制（取消恒线速度控制指令）

M指令：

1、主轴正反转停止指令 M03、M04、M05

M03：主轴正传

M04：主轴反转 M05：主轴停止

2、切削液开关 M08、M09

M08：液状切削液开 M09：切削液关

3、运动停止

M00、M01、M02、M30

M00：程序暂停 M01：计划停止 M02：机床复位M30:程序结束，指针返回到开头

4、M98：调用子程 序

5、M99：返回主程序

F指令

F代码用于指定插补进给速度。

F代码编程有两种，每分钟进给量编程和每转进给量编程。在每分钟进给量编程中，F后的数值表示的是主轴每分钟内刀具的进给量，比如：F50，表示每分钟进给量为50mm．值得注意的是，F代码是模态指令，但一个程序中至少应该在第一个插补指令后有一个F指令，例：

G1X30 F60

Ｓ指令

Ｓ指令用于指定主轴的旋转速度，一个程序段内只能含有一个Ｓ代码，由字母Ｓ加数字表示，例如：

1.指定主轴的转速是400r／min，则相应的指令为S400。

2.在数控车系统中，根据加工工艺要求，零件端面要求恒线速度加工，因此，数控车系统中，对Ｓ指令有特殊规定：端面恒线速度切削：如Ｎ1

Ｇ96 Ｓ1000　*其中1000是端面的线速度，为1000m／min。速度单位因机床而异，参见机床说明书3.端面恒线速度删除：如Ｎ2 Ｇ97

Ｓ1000。

Ｔ指令

T指令用于指定所选用的刀具，它由字母T和后接数字组成，在同一程序中，若同时指令坐标移动指令和刀具T指令，执行顺序一般为先执行T指令，但具体由机床厂家确定，参见机床说明书。

需要指出的是：有的数控系统如发那科(FANUC

O—TD)系统，刀具指令采用字母T加四位数字表示，四位数字的高2位表示刀具选择号，低两位表示刀具偏置号。具体表示方法见机床说明书。如：T0102表示一号刀，二号刀补。

程序名：

程序名是数控程序必不可少的第一行，由一个地址符加上后接四位数字组成，第一个字符或字母是具体的数控系统规定的，后接的四位数字是用户任意取的。可以小于四位，但不能大于四位，根据具体数控系统要求，打头的字符或字母一般为％、或字母Ｏ。

例：％123，％7788，(CJK6236A2数控车床)是合法的程序名。

01111，08888，(MV—5数控铣床)是合法的程序名.

子程序也有程序名，其程序名是主程序调用的入口。子程序的命名规则与主程序一样，视不同的数控系统有不同的规则。

数控加工程序编制的步骤

一、工艺方案分析

1.确定加工对象是否适合于数控加工（形状较复杂、精度一致性要求高）。

2.毛坯的选择（对同一批量的毛坯和质量应有一定的要求）。

3.工序的划分（尽可能采用一次装夹、集中工序的加工方法）。

4.选用适合的数控机床。

二、工序详细设计

1.工件的定位与夹紧。

2.工序划分（先粗后精、先面后孔、先主后次、尽量减少换刀）。

3.刀具选择（应符合标准刀具系列、较高的刚性和耐用度、易换易调）。

4.切削参数（尽可能取高一点）.

5.走刀分配（走刀路线要短、次数要少、尽量避免法向切入、零件轮廓的最终加工应尽

可能一次连续完成）。

6.工艺文件编制（工序卡、工具卡、走刀路线示意图）。

7.工序卡包括：工步与走刀的序号、加工部位与尺寸、刀号及补偿号刀具型式与规格、

主轴转速、进给量及工时等。

三、运动轨迹的坐标值计算

1.基点：两个几何元素（线、弧及样条曲线）的交点。

2.节点：对非圆曲线用圆弧段来逼近，节点数的多少取决于逼近误差、逼近方法及曲线

本身的性质。

3.辅助计算：刀具的引入与退出路线的坐标值计算，坐标系的计算（绝对值、增量值）。

四、编写数控加工程序

1.用数控机床规定的指令代码（G、S、M）与程序格式，编写加工程序。

2.编制机床调整卡，供操作者调整机床用。

3.输入程序。

4.校验与试切。

数控加工生产流程

使用数控机床进行零件加工，一般包括如下过程

一、审图并确定加工要求；

二、决定使用何种刀具；

三、确定工件的装夹方法和夹具；

四、编写加工程序；

五、打开机床电源；

六、输入程序到机床的NC中；

七、装刀、装工件；

八、测量刀具长度和直径偏置量；

九、对齐工件和设置工件原点；

十、检查程序(试空车，修正程序错误)；

十一、通过试切来检查切削状态(如有必要,

修正错误、修正刀具偏置)；

十二、机床自动运行切削工件；

十三、产品完成。

数控机床坐标系采用的是右手笛卡尔直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，如下图所示，规定了X、Y、Z三个直角坐标轴的方向，这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。根据右手螺旋法则，我们可以确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。

z轴坐标的确定：

(1)与主轴轴线平行的标准坐标轴即为Z坐标。

(2)若无主轴则Z坐标垂直于工件装夹面。

(3)若有几个主轴，可选一个垂直于装夹面的轴作为主轴并确定为Z坐标。

Z轴的正方向-----增加刀具和工件之间距离的方向。

X轴坐标的确定：

(1)没有回转刀具或工件的机床上，X轴平行于主要切削方向且以该方向为正方向。

(2)在回转工件的机床上，X方向是径向的且平行于横向滑座，正方向为刀具离开工件回转中心的方向。

3)在回转刀具的机床上：若Z坐标水平，由刀具主轴向工件看，X坐标正方向指向右方；若Z坐标垂直，由刀具主轴向立柱看，X坐标正向指向右方。

Y轴坐标方向由右手笛卡尔坐标确定。

机床坐标系原点

机床原点为机床上的一个固定点，也称机床零点或机床零位。是机床制造厂家设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。并用M表示。该点是确定机床参考点的基准。

机床参考点

用R表示，它是机床制造厂在机床上用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂前由机床厂精密测量确定的。

机床坐标系原点或机床零点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点是机床上的一个固定点，其与机床零点间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的X、Z正向最大极限位置。在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回机床零点操作，使刀具运动到机床参考点，其位置由机械档块确定。这样，通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，一般情况下，机床坐标系在机床出厂前已经调整好，不允许用户随意变动。

浮动原点

当机床参考点不能或不便满足编程要求时，可根据工件位置而自行设定的一个相对固定的而又不需永久存储其位置的原点。具有浮动原点指令功能的机床，允许将其测量系统的基准点或程序原点设在相对于机床参考点的任何位置上。

刀架相关点

从机械意义上说，所谓寻找机床参考点，就使刀架相关点与机床参考点重合，从而使数控系统得知刀架相关点在机床坐标系中的坐标位置。所谓刀具的长度补偿即刀尖相对于该点的长度尺寸即刀长。实际上数控机床往往使用刀库中的某把刀作为基准刀具，其他刀具的长度补偿均是刀尖相对该刀具刀尖的长度尺寸，对刀则由基准刀具完成。

工件坐标系

工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件原点的位置是人为设定的，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的，所以也称编程原点。

数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面、左端面或卡爪的前端面与Z轴的交点上。是以工件右端面与Z轴的交点作为工件原点的工件坐标系。

同一工件，由于工件原点变了，程序段中的坐标尺寸也随之改变。因此，数控编程时，应该首先确定编程原点，确定工件坐标系。编程原点的确定是在工件装夹完毕后，通过对刀确定。

对刀

在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置。即常说的对刀问题。数控机床上，目前，常用的对刀方法为手动试切对刀。

在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置。即常说的对刀问题。数控机床上，目前，常用的对刀方法为手动试切对刀。

数控车床对刀方法基本相同，首先将工件在三爪卡盘上装夹好之后，用手动方法操作机床，具体步骤如下：

1）回参考点操作 采用ZERO或HOME（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时数控系统显示器上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置的坐标值。

2）试切对刀 先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，然后，停止主轴，测量工件外圆直径D,根据不同的数控系统输入刀具的X向刀具长度补偿。如图1-22所示。再将工件端面车一刀，z向尺寸不变，X向退刀 ，根据不同的数控系统输入刀具的z向刀具长度补偿。

3）建立工件坐标系 程序运行时刀具添加相应对刀时的补偿值,刀具即处于编程的坐标系,工件坐标系即建立。

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