數控編程初學者必備

小河HH

數控加工程序編制就是將加工零件的工藝過程、工藝參數、工件尺寸、刀具位移的方向及其它輔助動作（如換刀、冷卻、工件的裝卸等）按運動順序依照編程格式用指令代碼編寫程序單的過程。所編寫的程序單即加工程序單。

數控加工的坐標系與指令系統：

數控加工程序的編寫方法有兩種，手工編程和自動編程，手工編程是由用戶根據加工要求，使用該機床的指令代碼手工書寫數控程序。自動編程是由用戶運行編程軟件，輸入零件圖紙和加工參數(如進給量、背吃刀量、切削速度，工件材料、毛坯尺寸等)，由編程軟件自動生成數控程序。兩種編程方法各有所長。

一、坐標系

為了確定機床的運動方向和運動距離，必須在機床上建立坐標系，以描述刀具和工件的相對位置及其變化關系。

數控機床的坐標軸的指定方法已經標準化，我國在JB3051—1982中規定了各種數控機床的坐標軸和運動方向，它按照右手法則規定了直角坐標系中X、Y、Z三個直線坐標軸和A、B、C三個回轉坐標軸的關系。如圖13-4所示。

圖13-5(a)為車床的坐標系，裝夾車刀的溜板可沿兩個方向運動，溜板的縱向運動平行于主軸，定為Z軸，而溜板垂直于Z軸方向的水平運動，定為X軸，由于車刀刀尖安裝于工件中心平面上，不需要作豎直方向的運動，所以不需要規定Y軸。

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圖13-5(b)為三軸聯動立式銑床的坐標系，圖中安裝刀具的主軸方向定為Z軸，主軸可以上下移動，機床工作臺縱向移動方向定為X軸。與X、Z軸垂直的方向定為Y軸。

二、坐標原點

機床原點：由機床生產廠家在設計機床時確定，由于數控機床的各坐標軸的正方向是定義好的，所以原點一旦確定，坐標系就確定了，機床原點也稱機械原點或零點，是機床坐標系的原點。機床原點不能由用戶設定，一般位于機床行程的極限位置。機床原點的具體位置須參考具體型號的機床隨機附帶的手冊，如數控車的機床原點一般位于主軸裝夾卡盤的端面中心點上。

1、機床參考點：機床參考點是相對于機床原點的一個特定點，它由機床廠家在硬件上設定，廠家測量出位置后輸入至NC中，用戶不能隨意改動，機床參考點的坐標值小于機床的行程極限。為了讓NC系統識別機床坐標系，就必須執行回參考點的操作，通常稱為回零操作。或者叫返參操作，但并非所有的NC機床都設有機床參考點。

2、工件原點：也叫編程原點，它是編程人員在編程前任意設定的，為了編程方便，選擇工件原點時，應盡可能將工件原點選擇在工藝定位基準上，這樣對保證加工精度有利，如數控車一般將工件原點選擇在工件右端面的中心點。工件原點一旦確立，工件坐標系就確定了。編寫程序時，用戶使用的是工件坐標系，所以在啟動機床加工零件之前，必須對機床進行設定工件原點的操作，以便讓NC確定工件原點的位置，這個操作通常稱為對刀。對刀是加工零件前一個非常重要且不可缺少的步驟，否則不但不可能加工出合格的零件還會導致事故的發生，在高檔數控系統中，工件原點甚至在一個程序中還可以進行變換，由相應的選擇工件原點指令完成。工件原點與機床原點之間的距離叫原點偏置。

三、坐標指令

在加工過程中，工件和刀具的位置變化關系由坐標指令來指定，坐標指令的值的大小是與工件原點帶符號的距離值。坐標指令包括：X、Y、Z、U、V、W、I、J、K、R等。其中，通常來說X、Y、Z是絕對坐標方式；U、V、W相對坐標方式，但在三坐標以上系統中，有相應的G指令來表示是絕對坐標方式還是相對坐標方式，不使用U、V、W來表示相對坐標方式；I、J、K或R是表示圓弧的參數的兩種方法，I、J、K表示圓心與圓弧起點的相對坐標值，R表示圓弧的半徑。

Ｇ指令：

也稱準備功能(prepare

function)指令，簡稱G功能指令或G代碼，C指令確定的功能，可分為坐標系設定類型、插補功能類型、刀具補償功能類型、固定循環類型等。

G指令由字母G和其后兩位數字組成，從GOO到G99共100種；其中GOO至G09可簡寫為G0至G9

一下是一些常用的G指令：

1、G00與G01

G00運動軌跡有直線和折線兩種，該指令只是用于點定位，不能用于切削加工 G01按指定進給速度以直線運動方式運動到指令指定的目標點，一般用于切削加工

2、G02與G03 G02:順時針圓弧插補G03:逆時針圓弧插補

3、G04(延時或暫停指令）

一般用于正反轉切換、加工盲孔、階梯孔、車削切槽

4、G40、G41、G42 半徑補償 G40：取消刀具半徑補償

5、G32、G92、G76，G32：螺紋切削 G92：螺紋切削固定循環

G76：螺紋切削復合循環

6、車削加工：G70、G71、72、G73，G71：軸向粗車復合循環指令G70：精加工復合循環 G72：端面車削，徑向粗車循環

G73：仿形粗車循環 7、主軸設定指令G50：主軸最高轉速的設定 G96：恒線速度控制 G97：主軸轉速控制（取消恒線速度控制指令）

M指令：

1、主軸正反轉停止指令 M03、M04、M05

M03：主軸正傳

M04：主軸反轉 M05：主軸停止

2、切削液開關 M08、M09

M08：液狀切削液開 M09：切削液關

3、運動停止

M00、M01、M02、M30

M00：程序暫停 M01：計劃停止 M02：機床復位M30:程序結束，指針返回到開頭

4、M98：調用子程 序

5、M99：返回主程序

F指令

F代碼用于指定插補進給速度。

F代碼編程有兩種，每分鐘進給量編程和每轉進給量編程。在每分鐘進給量編程中，F后的數值表示的是主軸每分鐘內刀具的進給量，比如：F50，表示每分鐘進給量為50mm．值得注意的是，F代碼是模態指令，但一個程序中至少應該在第一個插補指令后有一個F指令，例：

G1X30 F60

Ｓ指令

Ｓ指令用于指定主軸的旋轉速度，一個程序段內只能含有一個Ｓ代碼，由字母Ｓ加數字表示，例如：

1.指定主軸的轉速是400r／min，則相應的指令為S400。

2.在數控車系統中，根據加工工藝要求，零件端面要求恒線速度加工，因此，數控車系統中，對Ｓ指令有特殊規定：端面恒線速度切削：如Ｎ1

Ｇ96 Ｓ1000　*其中1000是端面的線速度，為1000m／min。速度單位因機床而異，參見機床說明書3.端面恒線速度刪除：如Ｎ2 Ｇ97

Ｓ1000。

Ｔ指令

T指令用于指定所選用的刀具，它由字母T和后接數字組成，在同一程序中，若同時指令坐標移動指令和刀具T指令，執行順序一般為先執行T指令，但具體由機床廠家確定，參見機床說明書。

需要指出的是：有的數控系統如發那科(FANUC

O—TD)系統，刀具指令采用字母T加四位數字表示，四位數字的高2位表示刀具選擇號，低兩位表示刀具偏置號。具體表示方法見機床說明書。如：T0102表示一號刀，二號刀補。

程序名：

程序名是數控程序必不可少的第一行，由一個地址符加上后接四位數字組成，第一個字符或字母是具體的數控系統規定的，后接的四位數字是用戶任意取的�？梢孕∮谒奈唬�但不能大于四位，根據具體數控系統要求，打頭的字符或字母一般為％、或字母Ｏ。

例：％123，％7788，(CJK6236A2數控車床)是合法的程序名。

01111，08888，(MV—5數控銑床)是合法的程序名.

子程序也有程序名，其程序名是主程序調用的入口。子程序的命名規則與主程序一樣，視不同的數控系統有不同的規則。

數控加工程序編制的步驟

一、工藝方案分析

1.確定加工對象是否適合于數控加工（形狀較復雜、精度一致性要求高）。

2.毛坯的選擇（對同一批量的毛坯和質量應有一定的要求）。

3.工序的劃分（盡可能采用一次裝夾、集中工序的加工方法）。

4.選用適合的數控機床。

二、工序詳細設計

1.工件的定位與夾緊。

2.工序劃分（先粗后精、先面后孔、先主后次、盡量減少換刀）。

3.刀具選擇（應符合標準刀具系列、較高的剛性和耐用度、易換易調）。

4.切削參數（盡可能取高一點）.

5.走刀分配（走刀路線要短、次數要少、盡量避免法向切入、零件輪廓的最終加工應盡

可能一次連續完成）。

6.工藝文件編制（工序卡、工具卡、走刀路線示意圖）。

7.工序卡包括：工步與走刀的序號、加工部位與尺寸、刀號及補償號刀具型式與規格、

主軸轉速、進給量及工時等。

三、運動軌跡的坐標值計算

1.基點：兩個幾何元素（線、弧及樣條曲線）的交點。

2.節點：對非圓曲線用圓弧段來逼近，節點數的多少取決于逼近誤差、逼近方法及曲線

本身的性質。

3.輔助計算：刀具的引入與退出路線的坐標值計算，坐標系的計算（絕對值、增量值）。

四、編寫數控加工程序

1.用數控機床規定的指令代碼（G、S、M）與程序格式，編寫加工程序。

2.編制機床調整卡，供操作者調整機床用。

3.輸入程序。

4.校驗與試切。

數控加工生產流程

使用數控機床進行零件加工，一般包括如下過程

一、審圖并確定加工要求；

二、決定使用何種刀具；

三、確定工件的裝夾方法和夾具；

四、編寫加工程序；

五、打開機床電源；

六、輸入程序到機床的NC中；

七、裝刀、裝工件；

八、測量刀具長度和直徑偏置量；

九、對齊工件和設置工件原點；

十、檢查程序(試空車，修正程序錯誤)；

十一、通過試切來檢查切削狀態(如有必要,

修正錯誤、修正刀具偏置)；

十二、機床自動運行切削工件；

十三、產品完成。

數控機床坐標系采用的是右手笛卡爾直角坐標系，其基本坐標軸為X、Y、Z直角坐標，如下圖所示，規定了X、Y、Z三個直角坐標軸的方向，這個坐標系的各個坐標軸與機床的主要導軌相平行。根據右手螺旋法則，我們可以確定出A、B、C三個旋轉坐標的方向。

z軸坐標的確定：

(1)與主軸軸線平行的標準坐標軸即為Z坐標。

(2)若無主軸則Z坐標垂直于工件裝夾面。

(3)若有幾個主軸，可選一個垂直于裝夾面的軸作為主軸并確定為Z坐標。

Z軸的正方向-----增加刀具和工件之間距離的方向。

X軸坐標的確定：

(1)沒有回轉刀具或工件的機床上，X軸平行于主要切削方向且以該方向為正方向。

(2)在回轉工件的機床上，X方向是徑向的且平行于橫向滑座，正方向為刀具離開工件回轉中心的方向。

3)在回轉刀具的機床上：若Z坐標水平，由刀具主軸向工件看，X坐標正方向指向右方；若Z坐標垂直，由刀具主軸向立柱看，X坐標正向指向右方。

Y軸坐標方向由右手笛卡爾坐標確定。

機床坐標系原點

機床原點為機床上的一個固定點，也稱機床零點或機床零位。是機床制造廠家設置在機床上的一個物理位置，其作用是使機床與系統同步，建立測量機床運動坐標的起始點。并用M表示。該點是確定機床參考點的基準。

機床參考點

用R表示，它是機床制造廠在機床上用行程開關設置的一個物理位置，與機床原點的相對位置是固定的，機床出廠前由機床廠精密測量確定的。

機床坐標系原點或機床零點是通過機床參考點間接確定的，機床參考點是機床上的一個固定點，其與機床零點間有一確定的相對位置，一般設置在刀具運動的X、Z正向最大極限位置。在機床每次通電之后，工作之前，必須進行回機床零點操作，使刀具運動到機床參考點，其位置由機械檔塊確定。這樣，通過機床回零操作，確定了機床零點，從而準確地建立機床坐標系，即相當于數控系統內部建立一個以機床零點為坐標原點的機床坐標系。機床坐標系是機床固有的坐標系，一般情況下，機床坐標系在機床出廠前已經調整好，不允許用戶隨意變動。

浮動原點

當機床參考點不能或不便滿足編程要求時，可根據工件位置而自行設定的一個相對固定的而又不需永久存儲其位置的原點。具有浮動原點指令功能的機床，允許將其測量系統的基準點或程序原點設在相對于機床參考點的任何位置上。

刀架相關點

從機械意義上說，所謂尋找機床參考點，就使刀架相關點與機床參考點重合，從而使數控系統得知刀架相關點在機床坐標系中的坐標位置。所謂刀具的長度補償即刀尖相對于該點的長度尺寸即刀長。實際上數控機床往往使用刀庫中的某把刀作為基準刀具，其他刀具的長度補償均是刀尖相對該刀具刀尖的長度尺寸，對刀則由基準刀具完成。

工件坐標系

工件坐標系是用來確定工件幾何形體上各要素的位置而設置的坐標系，工件原點的位置是人為設定的，它是由編程人員在編制程序時根據工件的特點選定的，所以也稱編程原點。

數控車床加工零件的工件原點一般選擇在工件右端面、左端面或卡爪的前端面與Z軸的交點上。是以工件右端面與Z軸的交點作為工件原點的工件坐標系。

同一工件，由于工件原點變了，程序段中的坐標尺寸也隨之改變。因此，數控編程時，應該首先確定編程原點，確定工件坐標系。編程原點的確定是在工件裝夾完畢后，通過對刀確定。

對刀

在數控加工中，工件坐標系確定后，還要確定刀具的刀位點在工件坐標系中的位置。即常說的對刀問題。數控機床上，目前，常用的對刀方法為手動試切對刀。

在數控加工中，工件坐標系確定后，還要確定刀具的刀位點在工件坐標系中的位置。即常說的對刀問題。數控機床上，目前，常用的對刀方法為手動試切對刀。

數控車床對刀方法基本相同，首先將工件在三爪卡盤上裝夾好之后，用手動方法操作機床，具體步驟如下：

1）回參考點操作 采用ZERO或HOME（回參考點）方式進行回參考點的操作，建立機床坐標系。此時數控系統顯示器上將顯示刀架中心（對刀參考點）在機床坐標系中的當前位置的坐標值。

2）試切對刀 先用已選好的刀具將工件外圓表面車一刀，保持X向尺寸不變，Z向退刀，然后，停止主軸，測量工件外圓直徑D,根據不同的數控系統輸入刀具的X向刀具長度補償。如圖1-22所示。再將工件端面車一刀，z向尺寸不變，X向退刀 ，根據不同的數控系統輸入刀具的z向刀具長度補償。

3）建立工件坐標系 程序運行時刀具添加相應對刀時的補償值,刀具即處于編程的坐標系,工件坐標系即建立。

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