第1章數(shù)控機床加工程序編制基礎(chǔ)

1、數(shù)控機床是一種高效的自動化加工設(shè)備，它嚴格按照加工程序，自動的對被加工工件進行加工。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，簡稱為數(shù)控程序，它是機床數(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)控程序語言規(guī)則和格式也不盡相同，本教程以ISO國際標準為主來介紹加工程序的編制方法。當針對某一臺數(shù)控機床編制加工程序時，應(yīng)該嚴格按機床編程手冊中的規(guī)定進行程序編制。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)控程序編制的主要工作內(nèi)容，程序編制的工作

2、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)控機床的一項重要技術(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)控機床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機床能安全、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程。如圖1.2所示，編程工作主要包括：程 序 校 驗編 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）分析零件圖樣和制定工藝方案 這項工作的內(nèi)容包括：

3、對零件圖樣進行分析，明確加工的內(nèi)容和要求；確定加工方案；選擇適合的數(shù)控機床；選擇或設(shè)計刀具和夾具；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、尺寸及工藝要求進行分析，并結(jié)合數(shù)控機床使用的基礎(chǔ)知識，如數(shù)控機床的規(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，計算刀具中心運動軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)一般均具有直線插補與圓弧插補功能，對于加工由圓弧和直線組成的較簡單的平面零件，只需要計算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點或切點的坐標值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧

4、的圓心坐標值等，就能滿足編程要求。當零件的幾何形狀與控制系統(tǒng)的插補功能不一致時，就需要進行較復(fù)雜的數(shù)值計算，一般需要使用計算機輔助計算，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)對數(shù)控機床的功能、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 將編寫好的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，就可控制數(shù)控機床的加工工作。一般在正式加工之前，要對程序進行檢驗。通常可采用機床空運轉(zhuǎn)的方式，來檢查機床動作和運動軌跡的正確性，以檢驗程序。在具有圖形模擬顯示功能的

5、數(shù)控機床上，可通過顯示走刀軌跡或模擬刀具對工件的切削過程，對程序進行檢查。對于形狀復(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行試切來檢驗程序。通過檢查試件，不僅可確認程序是否正確，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行試切，則更能反映實際加工效果，當發(fā)現(xiàn)加工的零件不符合加工技術(shù)要求時，可修改程序或采取尺寸補償?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編制程序。（1）手工編程手工編程指主要由人工來完成數(shù)控編程中各個階段的工作。如圖1.3所示。編程手冊工藝人員加工程序加工程序初稿編程人員工藝規(guī)程夾具表零件圖樣機床

6、表刀具表修 改圖1.3手工編程一般對幾何形狀不太復(fù)雜的零件，所需的加工程序不長，計算比較簡單，用手工編程比較合適。手工編程的特點：耗費時間較長，容易出現(xiàn)錯誤，無法勝任復(fù)雜形狀零件的編程。據(jù)國外資料統(tǒng)計，當采用手工編程時，一段程序的編寫時間與其在機床上運行加工的實際時間之比，平均約為30：1，而數(shù)控機床不能開動的原因中有20%30%是由于加工程序編制困難，編程時間較長。（2）計算機自動編程自動編程是指在編程過程中，除了分析零件圖樣和制定工藝方案由人工進行外，其余工作均由計算機輔助完成。采用計算機自動編程時，數(shù)學(xué)處理、編寫程序、檢驗程序等工作是由計算機自動完成的，由于計算機可自動繪制出刀具中心運動

7、軌跡，使編程人員可及時檢查程序是否正確，需要時可及時修改，以獲得正確的程序。又由于計算機自動編程代替程序編制人員完成了繁瑣的數(shù)值計算，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法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。因而，自動編程的特點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，可將自動編程分為圖形數(shù)控自動編程、語言數(shù)控自動編程和語音數(shù)控自動編程等。圖形數(shù)控自動編程是指將零件的圖形信息直接輸入計算機，通過自動編程軟件的處理，得到數(shù)控加工程序。目前，圖形數(shù)控自動編程是使用最為廣泛的自動編程方式。語言數(shù)控自動編程指將加工零件的幾何尺寸、工藝要求、切削參數(shù)及輔助信息等用

8、數(shù)控語言編寫成源程序后，輸入到計算機中，再由計算機進一步處理得到零件加工程序。語音數(shù)控自動編程是采用語音識別器，將編程人員發(fā)出的加工指令聲音轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦?。字與字的功能1、字符與代碼字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標點符號、數(shù)學(xué)運算符等。數(shù)控系統(tǒng)只能接受二進制信息，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”組合的代碼來表達。國際上廣泛采用兩種標準代碼：（1）ISO國際標準化組織標準代碼（2）EIA美國電子工業(yè)協(xié)會標準代碼這兩種標準代碼的編碼方法不同，在大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控機床上這兩種代碼都可以使用，只需用系統(tǒng)控制面板上的開關(guān)來選擇，或用G功能指令來選擇。2

9、、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，作為一個信息單元存儲、傳遞和操作。字是由一個英文字母與隨后的若干位十進制數(shù)字組成，這個英文字母稱為地址符。如：“X2500”是一個字，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)范為主來介紹的，實際工作中，請遵照機床數(shù)控系統(tǒng)說明書來使用各個功能字。（1）順序號字N順序號又稱程序段號或程序段序號。順序號位于程序段之首，由順序號字N和后續(xù)數(shù)字組成。順序號字N是地址符，后續(xù)數(shù)字一般為14位的正整數(shù)。數(shù)控加工中的順序號實際上是程序段的名稱，與程序執(zhí)行的先后次序無

10、關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)不是按順序號的次序來執(zhí)行程序，而是按照程序段編寫時的排列順序逐段執(zhí)行。順序號的作用：對程序的校對和檢索修改；作為條件轉(zhuǎn)向的目標，即作為轉(zhuǎn)向目的程序段的名稱。有順序號的程序段可以進行復(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，這樣，在調(diào)試程序時，如果需要在N10和N20之間插入程序段時，就可以使用N11、N12等。（2）準備功能字G準備功能字的地址符是G，又稱為G功能或G指令，是用于建立機床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令。后續(xù)數(shù)字一般為13位正整數(shù)，見表1.1。表1.1 G功能字含義表G

11、功能字FANUC系統(tǒng)SIEMENS系統(tǒng)G00快速移動點定位快速移動點定位G01直線插補直線插補G02順時針圓弧插補順時針圓弧插補G03逆時針圓弧插補逆時針圓弧插補G04暫停暫停G05-通過中間點圓弧插補G17XY平面選擇XY平面選擇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刀具補償注銷刀具補償注銷G41刀具補償左刀具補償左G42刀具補償右刀具補償右G43刀具長度補償正-G44刀具長度補償負-G49刀具長度補償注銷-G50主軸最高轉(zhuǎn)速限制-G54G59加工坐標系設(shè)定零點偏置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G

12、72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定點鉆孔循環(huán)固定循環(huán)G90絕對值編程絕對尺寸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每分鐘進給量直線進給率G95每轉(zhuǎn)進給量旋轉(zhuǎn)進給率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）尺寸字尺寸字用于確定機床上刀具運動終點的坐標位置。其中，第一組 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于確定終點的直線坐標尺寸；第二組 A，B，C，D，E 用于確定終點的角度坐標尺寸；第三組 I，J，K 用于確定圓弧輪

13、廓的圓心坐標尺寸。在一些數(shù)控系統(tǒng)中，還可以用P指令暫停時間、用R指令圓弧的半徑等。多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)可以用準備功能字來選擇坐標尺寸的制式，如FANUC諸系統(tǒng)可用G21/G22來選擇米制單位或英制單位，也有些系統(tǒng)用系統(tǒng)參數(shù)來設(shè)定尺寸制式。采用米制時，一般單位為mm，如X100指令的坐標單位為100 mm。當然，一些數(shù)控系統(tǒng)可通過參數(shù)來選擇不同的尺寸單位。（4）進給功能字F進給功能字的地址符是F，又稱為F功能或F指令，用于指定切削的進給速度。對于車床，F(xiàn)可分為每分鐘進給和主軸每轉(zhuǎn)進給兩種，對于其它數(shù)控機床，一般只用每分鐘進給。F指令在螺紋切削程序段中常用來指令螺紋的導(dǎo)程。（5）主軸轉(zhuǎn)速功能字S主軸轉(zhuǎn)速功

14、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。對于具有恒線速度功能的數(shù)控車床，程序中的S指令用來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，用于指定加工時所用刀具的編號。對于數(shù)控車床，其后的數(shù)字還兼作指定刀具長度補償和刀尖半徑補償用。（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)控機床輔助裝置的開關(guān)動作，見表1.2。表1.2 M功能字含義表M功能字含義M00 程序停止M01 計劃停止M02 程序停止M03 主軸順時針旋轉(zhuǎn)M04 主軸逆時針旋轉(zhuǎn)M05 主軸旋轉(zhuǎn)停止M0

15、6 換刀M07 2號冷卻液開M08 1號冷卻液開M09 冷卻液關(guān)M30 程序停止并返回開始處M98 調(diào)用子程序M99 返回子程序程序格式1、程序段格式程序段是可作為一個單位來處理的、連續(xù)的字組，是數(shù)控加工程序中的一條語句。一個數(shù)控加工程序是若干個程序段組成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和數(shù)據(jù)的安排形式?，F(xiàn)在一般使用字地址可變程序段格式，每個字長不固定，各個程序段中的長度和功能字的個數(shù)都是可變的。地址可變程序段格式中，在上一程序段中寫明的、本程序段里又不變化的那些字仍然有效，可以不再重寫。這種功能字稱之為續(xù)效字。程序段格式舉例：N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000

16、T02 M08N40 X90（本程序段省略了續(xù)效字“G01，Y30.2，F(xiàn)500，S3000，T02，M08”，但它們的功能仍然有效）在程序段中，必須明確組成程序段的各要素：移動目標：終點坐標值X、Y、Z；沿怎樣的軌跡移動：準備功能字G；進給速度：進給功能字F；切削速度：主軸轉(zhuǎn)速功能字S；使用刀具：刀具功能字T；機床輔助動作：輔助功能字M。2、加工程序的一般格式（1）程序開始符、結(jié)束符程序開始符、結(jié)束符是同一個字符，ISO代碼中是%，EIA代碼中是EP，書寫時要單列一段。（2）程序名程序名有兩種形式：一種是英文字母O和14位正整數(shù)組成；另一種是由英文字母開頭，字母數(shù)字混合組成的。一般要求單列一

17、段。（3）程序主體程序主體是由若干個程序段組成的。每個程序段一般占一行。（4）程序結(jié)束指令程序結(jié)束指令可以用M02或M30。一般要求單列一段。加工程序的一般格式舉例：% / 開始符O1000 / 程序名N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08 N30 X90 / 程序主體N300 M30 / 結(jié)束符%1.2 數(shù)控機床的坐標系在數(shù)控編程時，為了描述機床的運動，簡化程序編制的方法及保證紀錄數(shù)據(jù)的互換性，數(shù)控機床的坐標系和運動方向均已標準化，ISO和我國都擬定了命名的標準。 通過這一部分的學(xué)習(xí)，能夠掌握機床坐標系、編

18、程坐標系、加工坐標系的概念，具備實際動手設(shè)置機床加工坐標系的能力。機床坐標系、機床坐標系的確定（1）機床相對運動的規(guī)定在機床上，我們始終認為工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機床的加工過程。（2）機床坐標系的規(guī)定標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標系決定。在數(shù)控機床上，機床的動作是由數(shù)控裝置來控制的，為了確定數(shù)控機床上的成形運動和輔助運動，必須先確定機床上運動的位移和運動的方向，這就需要通過坐標系來實現(xiàn)，這個坐標系被稱之為機床坐標系。 例如銑床上，有機床的縱向運動、橫向運動以及垂向運動，如圖1.4所

19、示。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機床坐標系來描述。圖1.4立式數(shù)控銑床標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標系決定：圖1.5直角坐標系1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90。則大拇指代表X坐標，食指代表Y坐標，中指代表Z坐標。 2)大拇指的指向為X坐標的正方向，食指的指向為Y坐標的正方向，中指的指向為Z坐標的正方向。3)圍繞X、Y、Z坐標旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標A、B、C的正向,見圖1.5。 （3）運動方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向，如圖1.

20、6所示為數(shù)控車床上兩個運動的正方向。 圖機床運動的方向、坐標軸方向的確定 （1）Z坐標 Z坐標的運動方向是由傳遞切削動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標，Z坐標的正向為刀具離開工件的方向。如果機床上有幾個主軸，則選一個垂直于工件裝夾平面的主軸方向為Z坐標方向；如果主軸能夠擺動，則選垂直于工件裝夾平面的方向為Z坐標方向；如果機床無主軸，則選垂直于工件裝夾平面的方向為Z坐標方向。圖1.7所示為數(shù)控車床的Z坐標。圖1.7數(shù)控車床的坐標系 （2）X坐標X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時，要考慮兩種情況：1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運動，則刀具離開工件的方向為X坐標的正

21、方向。 2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運動，則分為兩種情況： Z坐標水平時，觀察者沿刀具主軸向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方。 圖1.7所示為數(shù)控車床的X坐標。 （3）Y坐標 在確定X、Z坐標的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標的方向，按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。圖1.7所示為數(shù)控車床的Y坐標。圖1.8數(shù)控立式銑床的坐標系例：根據(jù)圖1.8所示的數(shù)控立式銑床結(jié)構(gòu)圖，試確定X、Y、Z直線坐標。 （1）Z坐標：平行于主軸，刀具離開工件的方向為正。 （2）X坐標：Z坐標垂直，且刀具旋轉(zhuǎn)，所以面對刀具主軸向立柱方向看，向右為正。 （3）Y坐標：

22、在Z、X坐標確定后，用右手直角坐標系來確定。 、附加坐標系為了編程和加工的方便，有時還要設(shè)置附加坐標系。對于直線運動，通常建立的附加坐標系有： （1）指定平行于X、Y、Z的坐標軸可以采用的附加坐標系：第二組U、V、W坐標，第三組P、Q、R坐標。 （2） 指定不平行于X、Y、Z的坐標軸也可以采用的附加坐標系：第二組U、V、W坐標，第三組P、Q、R坐標。 、機床原點的設(shè)置機床原點是指在機床上設(shè)置的一個固定點，即機床坐標系的原點。它在機床裝配、調(diào)試時就已確定下來，是數(shù)控機床進行加工運動的基準參考點。（1）數(shù)控車床的原點在數(shù)控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處，見圖1.9。同時，通過

23、設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機床原點設(shè)定在X、Z坐標的正方向極限位置上。圖1.9 車床的機床原點圖1.10銑床的機床原點（2）數(shù)控銑床的原點在數(shù)控銑床上，機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上，見圖1.10。、機床參考點 機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。圖1.11 數(shù)控車床的參考點機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數(shù)。 通常在數(shù)控銑床上機床原點和機床參考點是重合的；而在數(shù)控車床上機床參考點是離機床原點最遠的極限點。圖1.11所示為數(shù)控車床的參考點與機床原點。數(shù)控機床開機時，

24、必須先確定機床原點，而確定機床原點的運動就是刀架返回參考點的操作，這樣通過確認參考點，就確定了機床原點。只有機床參考點被確認后，刀具（或工作臺）移動才有基準。編程坐標系編程坐標系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如圖1.12所示，其中O2即為編程坐標系原點。圖1.12 編程坐標系編程原點是根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標系的原點。編程原點應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計基準或工藝基準上，編程坐標系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機床相應(yīng)的坐標軸方向一致，如圖1.13所示為車削零件的編程原點。圖1.1

25、3 確定編程原點加工坐標系 1、加工坐標系的確定加工坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。加工原點也稱為程序原點，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點在機床坐標系中的位置。在加工過程中，數(shù)控機床是按照工件裝夾好后所確定的加工原點位置和程序要求進行加工的。編程人員在編制程序時，只要根據(jù)零件圖樣就可以選定編程原點、建立編程坐標系、計算坐標數(shù)值，而不必考慮工件毛坯裝夾的實際位置。對于加工人員來說，則應(yīng)在裝夾工件、調(diào)試程序時，將編程原點轉(zhuǎn)換為加工原點，并確定加工原點的位置，在數(shù)控系統(tǒng)中給予設(shè)定（即給出原點設(shè)定值），設(shè)定加工坐標系后就可根據(jù)刀具當前位置，確定刀具起始點的坐標值。在加工時，工件各尺

26、寸的坐標值都是相對于加工原點而言的,這樣數(shù)控機床才能按照準確的加工坐標系位置開始加工。圖1.12中O3為加工原點。2、加工坐標系的設(shè)定方法一：在機床坐標系中直接設(shè)定加工原點。例：以圖1.12為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設(shè)置加工原點03。（1）加工坐標系的選擇 編程原點設(shè)置在工件軸心線與工件底端面的交點上。設(shè)工作臺工作面尺寸為800mm320mm，若工件裝夾在接近工作臺中間處，則確定了加工坐標系的位置，其加工原點03就在距機床原點O1為X3、Y3、Z3處。并且X3=-00mm, Y3=-mm, Z3=-mm。（2）設(shè)定加工坐標系指令 1）G54G59為設(shè)定加工坐標系指令。G5

27、4對應(yīng)一號工件坐標系，其余以此類推?？稍贛DI 方式的參數(shù)設(shè)置頁面中，設(shè)定加工坐標系。如對已選定的加工原點O3，將其坐標值X3= Y3= Z3=設(shè)在G54中，則表明在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)定了1號工件加工坐標。設(shè)置頁面如圖1.14。圖1.14加工坐標系設(shè)置2）G54G59在加工程序中出現(xiàn)時，即選擇了相應(yīng)的加工坐標系。方法二：通過刀具起始點來設(shè)定加工坐標系。(1)加工坐標系的選擇加工坐標系的原點可設(shè)定在相對于刀具起始點的某一符合加工要求的空間點上。應(yīng)注意的是，當機床開機回參考點之后，無論刀具運動到哪一點，數(shù)控系統(tǒng)對其位置都是已知的。也就是說，刀具起始點是一個已知點。(2)設(shè)定加工坐標系指令 圖1.15設(shè)定

28、加工坐標系G92為設(shè)定加工坐標系指令。在程序中出現(xiàn)G92程序段時，即通過刀具當前所在位置即刀具起始點來設(shè)定加工坐標系。G92指令的編程格式：G92 X a Y b Z c該程序段運行后，就根據(jù)刀具起始點設(shè)定了加工原點，如圖1.15所示。從圖1.15中可看出，用G92設(shè)置加工坐標系，也可看作是：在加工坐標系中，確定刀具起始點的坐標值，并將該坐標值寫入G92編程格式中。例題：在圖1.16中，當a=50mm,b=50mm,c=10mm時，試用G92指令設(shè)定加工坐標系。設(shè)定程序為 G92 X50 Y50 Z10圖設(shè)定加工坐標系應(yīng)用機床加工坐標系設(shè)定的實例下面以數(shù)控銑床（FANUC 0M）加工坐標系的設(shè)

29、定為例，說明工作步驟圖1.17零件圖樣圖1.18 X、Y向?qū)Φ斗椒ㄔ谶x擇了圖1.17所示的被加工零件圖樣，并確定了編程原點位置后，可按以下方法進行加工坐標系設(shè)定：1、準備工作 機床回參考點，確認機床坐標系；2、裝夾工件毛坯 通過夾具使零件定位，并使工件定位基準面與機床運動方向一致；3、對刀測量 用簡易對刀法測量,方法如下:用直徑為10的標準測量棒、塞尺對刀，得到測量值為X = -437.726, Y = -298.160,如圖1.18所示。Z = -31.833，如圖1.19所示。4、計算設(shè)定值 按圖1.18所示,將前面已測得的各項數(shù)據(jù),按設(shè)定要求運算。X坐標設(shè)定值：X= -437.726+5

30、+0.1+40= 注： 為X坐標顯示值；+5mm為測量棒半徑值；+為塞尺厚度；+40.0為編程原點到工件定位基準面在X坐標方向的距離。圖1. 19Z向?qū)Φ斗椒╕坐標設(shè)定值：Y= -298.160+5+0.1+46.5= 注：如圖1.18所示，為坐標顯示值；+5mm為測量棒半徑值；+為塞尺厚度；+46.5為編程原點到工件定位基準面在Y坐標方向的距離。Z坐標設(shè)定值：Z= -31.833-0.2=。注：-31.833為坐標顯示值；-0.2為塞尺厚度,如圖1.19所示。5、設(shè)定加工坐標系將開關(guān)放在 MDI 方式下，進入加工坐標系設(shè)定頁面。輸入數(shù)據(jù)為:; Z= -32.033 的位置上。6、校對設(shè)定值對

31、于初學(xué)者，在進行了加工原點的設(shè)定后，應(yīng)進一步校對設(shè)定值，以保證參數(shù)的正確性。校對工作的具體過程如下：在設(shè)定了G54加工坐標系后，再進行回機床參考點操作，其顯示值為：，。這說明在設(shè)定了G54加工坐標系后，機床原點在加工坐標系中的位置為：，這反過來也說明G54的設(shè)定值是正確的。1.3 常用編程指令數(shù)控加工程序是由各種功能字按照規(guī)定的格式組成的。正確地理解各個功能字的含義，恰當?shù)氖褂酶鞣N功能字，按規(guī)定的程序指令編寫程序，是編好數(shù)控加工程序的關(guān)鍵。程序編制的規(guī)則，首先是由所采用的數(shù)控系統(tǒng)來決定的，所以應(yīng)詳細閱讀數(shù)控系統(tǒng)編程、操作說明書，以下按常用數(shù)控系統(tǒng)的共性概念進行說明。絕對尺寸指令和增量尺寸指令在

32、加工程序中，絕對尺寸指令和增量尺寸指令有兩種表達方法。絕對尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于坐標原點給出,如圖1.20所示。 增量尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于前一位置給出，如圖1.21所示。圖1.20 絕對尺寸圖1.21 增量尺寸1、 G功能字指定G90指定尺寸值為絕對尺寸。G91指定尺寸值為增量尺寸。這種表達方式的特點是同一條程序段中只能用一種，不能混用；同一坐標軸方向的尺寸字的地址符是相同的。2、 用尺寸字的地址符指定（本課程中車床部分使用）絕對尺寸的尺寸字的地址符用 X、Y、Z增量尺寸的尺寸字的地址符用 U、V、W這種表達方式的特點是同一程序段中絕對尺寸和增量尺寸可以混用，這給

33、編程帶來很大方便。預(yù)置寄存指令G92預(yù)置寄存指令是按照程序規(guī)定的尺寸字值，通過當前刀具所在位置來設(shè)定加工坐標系的原點。這一指令不產(chǎn)生機床運動。編程格式：G92 XY Z式中X、Y、Z的值是當前刀具位置相對于加工原點位置的值。 例：建立圖1.21所示的加工坐標系：當前的刀具位置點在A點時：G92 X10 Y12當前的刀具位置點在B點時：G92 X30 Y37注意：這種方式設(shè)置的加工原點是隨刀具當前位置（起始位置）的變化而變化的。坐標平面選擇指令圖1.22坐標平面選擇坐標平面選擇指令是用來選擇圓弧插補的平面和刀具補償平面的。G17表示選擇 XY平面，G18表示選擇 ZX平面，G19表示選擇 YZ平

34、面。各坐標平面如圖1.22所示。一般，數(shù)控車床默認在ZX平面內(nèi)加工，數(shù)控銑床默認在XY平面內(nèi)加工?？焖冱c定位指令a) 同時到達終點b) 單向移動至終點圖1.23快速點定位快速點定位指令控制刀具以點位控制的方式快速移動到目標位置，其移動速度由參數(shù)來設(shè)定。指令執(zhí)行開始后，刀具沿著各個坐標方向同時按參數(shù)設(shè)定的速度移動，最后減速到達終點，如圖1.23a所示。注意：在各坐標方向上有可能不是同時到達終點。刀具移動軌跡是幾條線段的組合，不是一條直線。例如，在FANUC系統(tǒng)中，運動總是先沿45角的直線移動，最后再在某一軸單向移動至目標點位置，如圖1.23b所示。編程人員應(yīng)了解所使用的數(shù)控系統(tǒng)的刀具移動軌跡情況

35、，以避免加工中可能出現(xiàn)的碰撞。編程格式：G00 X Y Z式中X、Y、Z的值是快速點定位的終點坐標值例：從A點到B點快速移動的程序段為：G90 G00 X20 Y30直線插補指令圖1.24直線插補運動直線插補指令用于產(chǎn)生按指定進給速度F實現(xiàn)的空間直線運動。程序格式：G01 X Y Z F其中：X、Y、Z的值是直線插補的終點坐標值。例：實現(xiàn)圖1.24中從A點到B點的直線插補運動,其程序段為：絕對方式編程：G90 G01 X10 Y10 F100增量方式編程：G91 G01 X-10 Y-20 F100圓弧插補指令G02為按指定進給速度的順時針圓弧插補。G03為按指定進給速度的逆時針圓弧插補。圓弧

36、順逆方向的判別：沿著不在圓弧平面內(nèi)的坐標軸，由正方向向負方向看，順時針方向G02，逆時針方向G03，如圖1.25所示。圖1.25圓弧方向判別 各平面內(nèi)圓弧情況見圖1.26，圖1.26a表示XY平面的圓弧插補，圖1.26b表示ZX平面圓弧插補，圖1.26c表示YZ平面的圓弧插補。程序格式：XY平面：G17 G02 X Y I J (R) FG17 G03 X Y I J (R) FZX平面：G18 G02 X Z I K (R) FG18 G03 X Z I K (R) FYZ平面：G19 G02 Z Y J K (R) FG19 G03 Z Y J K (R) Fa)XY平面圓弧b)ZX平面圓

37、弧c)YZ平面圓弧圖1.26各平面內(nèi)圓弧情況其中：X、Y、Z的值是指圓弧插補的終點坐標值；I、J、K是指圓弧起點到圓心的增量坐標，與G90,G91無關(guān)；R為指定圓弧半徑，當圓弧的圓心角180o時，R值為正，當圓弧的圓心角1800時，R值為負。圖1.27圓弧插補應(yīng)用例：在圖1.27中，當圓弧A的起點為P1，終點為P2，圓弧插補程序段為：G02 X321.65 Y280 I40 J140 F50或：G02 X321.65 Y280 R-145.6 F50當圓弧A的起點為P2，終點為P1時，圓弧插補程序段為：G03 X160 Y60 I-121.65 J-80 F50或：G03 X160 Y60 R

38、-145.6 F50刀具半徑補償指令在零件輪廓銑削加工時，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補償功能，見圖1.28。圖1.28刀具半徑補償1、編程格式G41為左偏刀具半徑補償，定義為假設(shè)工件不動，沿刀具運動方向向前看，刀具在零件左側(cè)的刀具半徑補償，見圖1.29。圖1.29左偏刀具半徑補償G42為右偏刀具半徑補償，定義為假設(shè)工件不動，沿刀具運動方向向前看，刀具在零件右側(cè)的刀具半徑補償，見圖1.30。G40 為補償撤消指令。圖右偏刀具半徑補償程序格式：G00/G01 G41/G42 X Y H

39、/建立補償程序段 /輪廓切削程序段G00/G01 G40 X Y /補償撤消程序段其中：G41/G42程序段中的X、Y值是建立補償直線段的終點坐標值；G40程序段中的X、Y值是撤消補償直線段的終點坐標；H為刀具半徑補償代號地址字，后面一般用兩位數(shù)字表示代號，代號與刀具半徑值一一對應(yīng)。刀具半徑值可用CRT/MDI方式輸入，即在設(shè)置時，H = R。如果用H00也可取消刀具半徑補償。2、工作過程圖1.31圖1.33表示的刀具半徑補償?shù)墓ぷ鬟^程。其中，實線表示編程軌跡；點劃線表示刀具中心軌跡；r等于刀具半徑，表示偏移向量。(1)刀具半徑補償建立時，一般是直線且為空行程，以防過切。以G42為例，其刀具半

40、徑補償建立見圖1.33。圖1.31建立刀具半徑補償（2）刀具半徑補償一般只能平面補償，其補償運動情況見圖1.32。 圖1.32 刀具半徑補償運動（3）刀具半徑補償結(jié)束用G40撤銷，撤銷時同樣要防止過切，如圖1.33。圖1.33撤消刀具半徑補償（4）注意：圖1.34刀具半徑補償量的改變1）建立補償?shù)某绦蚨?，必須是在補償平面內(nèi)不為零的直線移動。2）建立補償?shù)某绦蚨?，一般?yīng)在切入工件之前完成。3）撤銷補償?shù)某绦蚨?，一般?yīng)在切出工件之后完成。 3、刀具半徑補償量的改變一般刀具半徑補償量的改變，是在補償撤銷的狀態(tài)下重新設(shè)定刀具半徑補償量。如果在已補償?shù)臓顟B(tài)下改變補償量，則程序段的終點是按該程序段所設(shè)定的

41、補償量來計算的。 如圖1.34所示。4、刀具半徑補償量的符號一般刀具半徑補償量的符號為正，若取為負值時，會引起刀具半徑補償指令G41與G42的相互轉(zhuǎn)化。5、過切通常過切有以下兩種情況：（1）刀具半徑大于所加工工件內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角時產(chǎn)生的過切，如圖1.35所示。（2）刀具直徑大于所加工溝槽時產(chǎn)生的過切，如圖1.36所示。圖1.35加工內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)角圖1.36加工溝槽6、刀具半徑補償?shù)钠渌鼞?yīng)用應(yīng)用刀具半徑補償指令加工時，刀具的中心始終與工件輪廓相距一個刀具半徑距離。當?shù)毒吣p或刀具重磨后，刀具半徑變小，只需在刀具補償值中輸入改變后的刀具半徑，而不必修改程序。在采用同一把半徑為R的刀具，并用同一個程序進行粗、

42、精加工時，設(shè)精加工余量為，則粗加工時設(shè)置的刀具半徑補償量為R+，精加工時設(shè)置的刀具半徑補償量為R，就能在粗加工后留下精加工余量，然后，在精加工時完成切削。運動情況見圖1.37。圖1.37刀具半徑補償?shù)膽?yīng)用實例刀具長度補償指令使用刀具長度補償指令，在編程時就不必考慮刀具的實際長度及各把刀具不同的長度尺寸。加工時，用MDI方式輸入刀具的長度尺寸，即可正確加工。當由于刀具磨損、更換刀具等原因引起刀具長度尺寸變化時，只要修正刀具長度補償量，而不必調(diào)整程序或刀具。G43 為正補償，即將Z坐標尺寸字與H代碼中長度補償?shù)牧肯嗉?，按其結(jié)果進行Z軸運動。G44 為負補償，即將Z坐標尺寸字與H中長度補償?shù)牧肯鄿p，

43、按其結(jié)果進行Z軸運動。G49為撤消補償。 編程格式為：G01 G43/G44 Z H / 建立補償程序段 / 切削加工程序段G49 / 補償撤消程序段例：圖1.38中左圖所對應(yīng)的程序段為 G01 G43 Zs H 圖1.38中右圖所對應(yīng)的程序段為 G01 G44 Zs H 其中：S 為Z向程序指令點；H 的值為長度補償量，即H =。H 刀具長度補償代號地址字，后面一般用兩位數(shù)字表示代號，代號與長度補償量一一對應(yīng)。刀具長度補償量可用CRT/MDI方式輸入。如果用H00則取消刀具長度補償。圖1.38刀具長度補償1.4 程序編制中的數(shù)學(xué)處理根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工工藝路線和允許的編程誤

44、差，計算數(shù)控系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理一般包括兩個內(nèi)容：根據(jù)零件圖樣給出的形狀，尺寸和公差等直接通過數(shù)學(xué)方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計算出編程時所需要的有關(guān)各點的坐標值；當按照零件圖樣給出的條件不能直接計算出編程所需的坐標，也不能按零件給出的條件直接進行工件輪廓幾何要素的定義時，就必須根據(jù)所采用的具體工藝方法、工藝裝備等加工條件，對零件原圖形及有關(guān)尺寸進行必要的數(shù)學(xué)處理或改動，才可以進行各點的坐標計算和編程工作。選擇編程原點從理論上講編程原點選在零件上的任何一點都可以，但實際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計算誤差，應(yīng)選擇一個合理的編程原點。車削零件編程原點的X向零點

45、應(yīng)選在零件的回轉(zhuǎn)中心。Z向零點一般應(yīng)選在零件的右端面、設(shè)計基準或?qū)ΨQ平面內(nèi)。車削零件的編程原點選擇見圖1.39。圖1.39車削加工的編程原點銑削零件的編程原點，X、Y向零點一般可選在設(shè)計基準或工藝基準的端面或孔的中心線上，對于有對稱部分的工件，可以選在對稱面上，以便用鏡像等指令來簡化編程。Z向的編程原點，習(xí)慣選在工件上表面，這樣當?shù)毒咔腥牍ぜ骦向尺寸字均為負值，以便于檢查程序。銑削零件的編程原點見圖1.40。圖1.40銑削加工的編程原點編程原點選定后，就應(yīng)把各點的尺寸換算成以編程原點為基準的坐標值。為了在加工過程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值來計算坐標值。基點圖1.41零件圖樣零件的

46、輪廓是由許多不同的幾何要素所組成，如直線、圓弧、二次曲線等，各幾何要素之間的連接點稱為基點?；c坐標是編程中必需的重要數(shù)據(jù)。例：圖1.41所示零件中，A、B、C、D、E為基點。A、B、D、E的坐標值從圖中很容易找出,C點是直線與圓弧切點，要聯(lián)立方程求解。以B點為計算坐標系原點，聯(lián)立下列方程：直線方程： Y=tg(+)X圓弧方程：（X-80）2 +（Y-14）2 =30可求得（64.2786，39.5507），換算到以A點為原點的編程坐標系中，C點坐標為（64.2786，51.5507）?？梢钥闯?，對于如此簡單的零件，基點的計算都很麻煩。對于復(fù)雜的零件，其計算工作量可想而知，為提高編程效率，可應(yīng)用CAD/CAM軟件輔助編程，請參考本教程CAD/CAM部分。非圓曲線數(shù)學(xué)處理的基本過程數(shù)控系統(tǒng)一般只能作直線插補和圓弧插補的切削運動。如果工件輪廓是非圓曲線，數(shù)控系統(tǒng)就無法直接實現(xiàn)插補，而需要通過一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的方法是，用直線段或圓弧段去逼近非圓曲線，逼近線段與被加工曲線交點稱為節(jié)點。例如，對圖1.42所示的曲線