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1、第1章 數(shù)控機(jī)床加工程序編制基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床是一種高效的自動(dòng)化加工設(shè)備，它嚴(yán)格按照加工程序，自動(dòng)的對(duì)被加工工件進(jìn)行加工。我們把從數(shù)控系統(tǒng)外部輸入的直接用于加工的程序稱為數(shù)控加工程序，簡(jiǎn)稱為數(shù)控程序，它是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。與數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件相對(duì)應(yīng)的是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)軟件是用于數(shù)控系統(tǒng)工作控制的，它不在本教程的研究范圍內(nèi)。數(shù)控系統(tǒng)的種類繁多，它們使用的數(shù)控程序語(yǔ)言規(guī)則和格式也不盡相同，本教程以ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為主來(lái)介紹加工程序的編制方法。當(dāng)針對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床編制加工程序時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按機(jī)床編程手冊(cè)中的規(guī)定進(jìn)行程序編制。1.1 數(shù)控程序編制的概念在編制數(shù)控加工程序前，應(yīng)首先了解：數(shù)控程序編

2、制的主要工作內(nèi)容，程序編制的工作步驟，每一步應(yīng)遵循的工作原則等，最終才能獲得滿足要求的數(shù)控程序（如圖1.1所示的程序樣本）。圖1.1程序樣本1.1.1 數(shù)控程序編制的定義編制數(shù)控加工程序是使用數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要技術(shù)工作，理想的數(shù)控程序不僅應(yīng)該保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效的工作。1、數(shù)控程序編制的內(nèi)容及步驟數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過(guò)程。如圖1.2所示，編程工作主要包括：程 序 校 驗(yàn)編 寫 程 序數(shù) 學(xué) 處 理分析零件圖樣和制定工藝方案修 改圖1.2數(shù)控程序編制的內(nèi)容及步驟（1）分析

3、零件圖樣和制定工藝方案 這項(xiàng)工作的內(nèi)容包括：對(duì)零件圖樣進(jìn)行分析，明確加工的內(nèi)容和要求；確定加工方案；選擇適合的數(shù)控機(jī)床；選擇或設(shè)計(jì)刀具和夾具；確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。這一工作要求編程人員能夠?qū)α慵D樣的技術(shù)特性、幾何形狀、尺寸及工藝要求進(jìn)行分析，并結(jié)合數(shù)控機(jī)床使用的基礎(chǔ)知識(shí)，如數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能、數(shù)控系統(tǒng)的功能等，確定加工方法和加工路線。（2）數(shù)學(xué)處理 在確定了工藝方案后，就需要根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線等，計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)一般均具有直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)功能，對(duì)于加工由圓弧和直線組成的較簡(jiǎn)單的平面零件，只需要計(jì)算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點(diǎn)或切

4、點(diǎn)的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓弧的圓心坐標(biāo)值等，就能滿足編程要求。當(dāng)零件的幾何形狀與控制系統(tǒng)的插補(bǔ)功能不一致時(shí)，就需要進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，一般需要使用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，否則難以完成。（3）編寫零件加工程序 在完成上述工藝處理及數(shù)值計(jì)算工作后，即可編寫零件加工程序。程序編制人員使用數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，按照規(guī)定的程序格式，逐段編寫加工程序。程序編制人員應(yīng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能、程序指令及代碼十分熟悉，才能編寫出正確的加工程序。（4）程序檢驗(yàn) 將編寫好的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，就可控制數(shù)控機(jī)床的加工工作。一般在正式加工之前，要對(duì)程序進(jìn)行檢驗(yàn)。通?？刹捎脵C(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，來(lái)檢查機(jī)床動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡的

5、正確性，以檢驗(yàn)程序。在具有圖形模擬顯示功能的數(shù)控機(jī)床上，可通過(guò)顯示走刀軌跡或模擬刀具對(duì)工件的切削過(guò)程，對(duì)程序進(jìn)行檢查。對(duì)于形狀復(fù)雜和要求高的零件，也可采用鋁件、塑料或石蠟等易切材料進(jìn)行試切來(lái)檢驗(yàn)程序。通過(guò)檢查試件，不僅可確認(rèn)程序是否正確，還可知道加工精度是否符合要求。若能采用與被加工零件材料相同的材料進(jìn)行試切，則更能反映實(shí)際加工效果，當(dāng)發(fā)現(xiàn)加工的零件不符合加工技術(shù)要求時(shí)，可修改程序或采取尺寸補(bǔ)償?shù)却胧?、數(shù)控程序編制的方法 數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種：手工編制程序和自動(dòng)編制程序。（1）手工編程手工編程指主要由人工來(lái)完成數(shù)控編程中各個(gè)階段的工作。如圖1.3所示。編程手冊(cè)工藝人員加工程序加

6、工程序初稿編程人員工藝規(guī)程夾具表零件圖樣機(jī)床表刀具表修 改圖1.3手工編程一般對(duì)幾何形狀不太復(fù)雜的零件，所需的加工程序不長(zhǎng)，計(jì)算比較簡(jiǎn)單，用手工編程比較合適。手工編程的特點(diǎn)：耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，無(wú)法勝任復(fù)雜形狀零件的編程。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)采用手工編程時(shí)，一段程序的編寫時(shí)間與其在機(jī)床上運(yùn)行加工的實(shí)際時(shí)間之比，平均約為30：1，而數(shù)控機(jī)床不能開動(dòng)的原因中有20%30%是由于加工程序編制困難，編程時(shí)間較長(zhǎng)。（2）計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程自動(dòng)編程是指在編程過(guò)程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進(jìn)行外，其余工作均由計(jì)算機(jī)輔助完成。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程時(shí)，數(shù)學(xué)處理、編寫程序、檢驗(yàn)程序等工作是由計(jì)算機(jī)自

7、動(dòng)完成的，由于計(jì)算機(jī)可自動(dòng)繪制出刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，使編程人員可及時(shí)檢查程序是否正確，需要時(shí)可及時(shí)修改，以獲得正確的程序。又由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計(jì)算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍，因此解決了手工編程無(wú)法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。因而，自動(dòng)編程的特點(diǎn)就在于編程工作效率高，可解決復(fù)雜形狀零件的編程難題。根據(jù)輸入方式的不同，可將自動(dòng)編程分為圖形數(shù)控自動(dòng)編程、語(yǔ)言數(shù)控自動(dòng)編程和語(yǔ)音數(shù)控自動(dòng)編程等。圖形數(shù)控自動(dòng)編程是指將零件的圖形信息直接輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)自動(dòng)編程軟件的處理，得到數(shù)控加工程序。目前，圖形數(shù)控自動(dòng)編程是使用最為廣泛的自動(dòng)編程方式。語(yǔ)言數(shù)控自動(dòng)編程指將加工零件

8、的幾何尺寸、工藝要求、切削參數(shù)及輔助信息等用數(shù)控語(yǔ)言編寫成源程序后，輸入到計(jì)算機(jī)中，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理得到零件加工程序。語(yǔ)音數(shù)控自動(dòng)編程是采用語(yǔ)音識(shí)別器，將編程人員發(fā)出的加工指令聲音轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦颉?.1.2字與字的功能1、字符與代碼字符是用來(lái)組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號(hào)，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。數(shù)控系統(tǒng)只能接受二進(jìn)制信息，所以必須把字符轉(zhuǎn)換成8BIT信息組合成的字節(jié)，用“0”和“1”組合的代碼來(lái)表達(dá)。國(guó)際上廣泛采用兩種標(biāo)準(zhǔn)代碼：（1）ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)代碼（2）EIA美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)代碼這兩種標(biāo)準(zhǔn)代碼的編碼方法不同，在大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上這兩種代碼都可以使用，只需

9、用系統(tǒng)控制面板上的開關(guān)來(lái)選擇，或用G功能指令來(lái)選擇。2、字在數(shù)控加工程序中，字是指一系列按規(guī)定排列的字符，作為一個(gè)信息單元存儲(chǔ)、傳遞和操作。字是由一個(gè)英文字母與隨后的若干位十進(jìn)制數(shù)字組成，這個(gè)英文字母稱為地址符。如：“X2500”是一個(gè)字，X為地址符，數(shù)字“2500”為地址中的內(nèi)容。3、字的功能組成程序段的每一個(gè)字都有其特定的功能含義，以下是以FANUC-0M數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范為主來(lái)介紹的，實(shí)際工作中，請(qǐng)遵照機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書來(lái)使用各個(gè)功能字。（1）順序號(hào)字N順序號(hào)又稱程序段號(hào)或程序段序號(hào)。順序號(hào)位于程序段之首，由順序號(hào)字N和后續(xù)數(shù)字組成。順序號(hào)字N是地址符，后續(xù)數(shù)字一般為14位的正整數(shù)。數(shù)控加工

10、中的順序號(hào)實(shí)際上是程序段的名稱，與程序執(zhí)行的先后次序無(wú)關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)不是按順序號(hào)的次序來(lái)執(zhí)行程序，而是按照程序段編寫時(shí)的排列順序逐段執(zhí)行。順序號(hào)的作用：對(duì)程序的校對(duì)和檢索修改；作為條件轉(zhuǎn)向的目標(biāo)，即作為轉(zhuǎn)向目的程序段的名稱。有順序號(hào)的程序段可以進(jìn)行復(fù)歸操作，這是指加工可以從程序的中間開始，或回到程序中斷處開始。一般使用方法：編程時(shí)將第一程序段冠以N10,以后以間隔10遞增的方法設(shè)置順序號(hào)，這樣，在調(diào)試程序時(shí)，如果需要在N10和N20之間插入程序段時(shí)，就可以使用N11、N12等。（2）準(zhǔn)備功能字G準(zhǔn)備功能字的地址符是G，又稱為G功能或G指令，是用于建立機(jī)床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令。后續(xù)數(shù)字一般

11、為13位正整數(shù)，見(jiàn)表1.1。表1.1 G功能字含義表G功能字FANUC系統(tǒng)SIEMENS系統(tǒng)G00快速移動(dòng)點(diǎn)定位快速移動(dòng)點(diǎn)定位 快速移動(dòng)至指定點(diǎn) 例：G00 X0 Y1 Z1或G00 Y0G01直線插補(bǔ)直線插補(bǔ) 要跟F(進(jìn)給速度) 例 ：G01 X100 F200 即從現(xiàn)有位置走直線至X值加100點(diǎn)，速度為200 G01 X200.0 Y100.0 Z300.0 F200 走斜線F(進(jìn)給速度)：最高速度最低速度GGG02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02 X 圓弧超過(guò)180度要在R前面加負(fù)號(hào)，否則G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G04暫停暫停G05-通過(guò)中間點(diǎn)圓弧插補(bǔ)G17XY平面選擇XY平

12、面選擇G18ZX平面選擇ZX平面選擇G19YZ平面選擇YZ平面選擇G32螺紋切削-G33-恒螺距螺紋切削G40刀具補(bǔ)償注銷刀具補(bǔ)償注銷G41刀具補(bǔ)償左刀具補(bǔ)償左G42刀具補(bǔ)償右刀具補(bǔ)償右沿走刀方向刀具在工件右邊要提前加G43刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償正-G44刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償負(fù)-G49刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償注銷-無(wú)刀庫(kù)不要使用G50主軸最高轉(zhuǎn)速限制-G54G59加工坐標(biāo)系設(shè)定零點(diǎn)偏置G65用戶宏指令-G70精加工循環(huán)英制G71外圓粗切循環(huán)米制G72端面粗切循環(huán)-G73封閉切削循環(huán)-G74深孔鉆循環(huán)-G75外徑切槽循環(huán)-G76復(fù)合螺紋切削循環(huán)-G80撤銷固定循環(huán)撤銷固定循環(huán)G81定點(diǎn)鉆孔循環(huán)固定循環(huán)G90絕對(duì)值編程絕對(duì)尺寸

13、 默認(rèn)為絕對(duì)坐標(biāo)G91增量值編程增量尺寸G92螺紋切削循環(huán)主軸轉(zhuǎn)速極限G94每分鐘進(jìn)給量直線進(jìn)給率車床有用G95每轉(zhuǎn)進(jìn)給量旋轉(zhuǎn)進(jìn)給率G96恒線速控制恒線速度G97恒線速取消注銷G96G98返回起始平面-G99返回R平面-（3）尺寸字一般程度開頭都加個(gè)g40 尺寸字用于確定機(jī)床上刀具運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的坐標(biāo)位置。其中，第一組 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于確定終點(diǎn)的直線坐標(biāo)尺寸；第二組 A，B，C，D，E 用于確定終點(diǎn)的角度坐標(biāo)尺寸；第三組 I，J，K 用于確定圓弧輪廓的圓心坐標(biāo)尺寸。在一些數(shù)控系統(tǒng)中，還可以用P指令暫停時(shí)間、用R指令圓弧的半徑等。多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)可以用準(zhǔn)備功能字來(lái)選擇坐標(biāo)尺寸的制式

14、，如FANUC諸系統(tǒng)可用G21/G22來(lái)選擇米制單位或英制單位，也有些系統(tǒng)用系統(tǒng)參數(shù)來(lái)設(shè)定尺寸制式。采用米制時(shí)，一般單位為mm，如X100指令的坐標(biāo)單位為100 mm。當(dāng)然，一些數(shù)控系統(tǒng)可通過(guò)參數(shù)來(lái)選擇不同的尺寸單位。（4）進(jìn)給功能字F進(jìn)給功能字的地址符是F，又稱為F功能或F指令，用于指定切削的進(jìn)給速度。對(duì)于車床，F(xiàn)可分為每分鐘進(jìn)給和主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給兩種，對(duì)于其它數(shù)控機(jī)床，一般只用每分鐘進(jìn)給。F指令在螺紋切削程序段中常用來(lái)指令螺紋的導(dǎo)程。（5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S主軸轉(zhuǎn)速功能字的地址符是S，又稱為S功能或S指令，用于指定主軸轉(zhuǎn)速。單位為r/min。對(duì)于具有恒線速度功能的數(shù)控車床，程序中的S指令用來(lái)指定車削加工的線速度數(shù)。（6）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又稱為T功能或T指令，用于指定加工時(shí)所用刀具的編號(hào)。對(duì)于數(shù)控車床，其后的數(shù)字還兼作指定刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀尖半徑補(bǔ)償用。（7）輔助功能字M輔助功能字的地址符是M，后續(xù)數(shù)字一般為13位正整數(shù)，又稱為M功能或M指令，用于指定數(shù)控機(jī)床輔助裝置的開關(guān)動(dòng)作，見(jiàn)表1.2