第1章 數控技術概論

教學目標:了解數控技術的發展過程及其發展趨勢；數控機床的適用范圍;掌握數控機床的組成、工作原理、分類及特點；數控機床的適用范圍。

重點、難點：數控機床工作原理、數控機床的組成.

1.1       數控技術的發展

1.2      　數控機床的出現

1.3       數控技術發展的幾個主要階段

第一代電子管數控系統1952

第二代晶體管數控系統1959

第三代集成電路數控系統1965

第四代小型計算機數控系統1970

第五代微處理器數控系統1974

第六代基于工業PC的通用CNC系統1990

1.4我國數控技術發展概況

1.5  數控技術發展趨勢

1.數控控制器發展趨勢

（1）高性能的控制器

（2）伺服驅動器向數字化、交流化和智能化方向發展

（3）控制器的開放性能

（4）智能化的控制器

2.數控機床發展趨勢

⑴ 高速、高效、高精度、高可靠性

⑵ 模塊化、智能化、柔性化和集成化

⑶ 開放性

⑷ 出現新一代數控加工工藝與裝備

1.6 數控機床的工作原理及基本組成

一、數控機床的發展過程

二、數控機床的基本組成及工作原理

1.7 數控機床的組成

1.8 數控機床的分類

1.8.1　按加工方式分類

1、  切削機床類

2、  成型機床類

3、  特種加工機床類

4、  其他機床類

1.8.2  按控制系統功能分類

1.       點位控制數控機床

2.       點位直線控制數控機床

3.       輪廓控制數控機床

1.8.3　按伺服控制方式分類

1. 開環控制數控機床

2. 閉環控制數控機床

3. 半閉環控制數控機床

1.8.4　按數控系統的功能水平分類

1.9 數控機床的特點和應用范圍

1.9.1　數控機床的加工特點

1.9.2          數控機床的使用特點

1.9.3           典型數控系統簡介

1.9.4          FANUC公司的主要數控系統

1.9.5           SIEMENS公司的主要數控系統

1.9.6          華中數控系統

1.9.7          小結：本章主要對數控技術進行了總體概述。

第2章  數控加工編程基礎

教學目標:掌握數控加工編程的知識，包括插補的基本知識、機床坐標系及工件坐標系、刀具補償的概念、數控加工工藝分析、數控加工程序的格式及編程方法等。

重點難點 ：插補、補償、編程方法，加工工藝分析

2.1  插補的基本知識

1.插補的基本概念

數控機床在加工時，刀具的運動軌跡是折線，而不是光滑的曲線，不能嚴格地沿著要求的曲線運動，只能沿折線軌跡逼近所要加工的曲線運動。一般情況下，機床數控系統是根據已知的運動軌跡的起點坐標、終點坐標和軌跡的曲線方程，由數控系統實時的計算出各中間點坐標，這就是插補。

2.常用的插補方法

常用的插補方法按插補曲線形狀的不同，可分為直線插補法、圓弧插補法、拋物線插補法和高次曲線插補法等。

2.2  數控機床坐標系

1. 機床坐標系及運動方向

數控機床的坐標系按國際標準化組織標準（ISO）規定為右手直角笛卡爾坐標系.

2.  絕對坐標與增量坐標

所有坐標值均以機床或工件原點計量的坐標系稱為絕對坐標系。在這個坐標系中移動的尺寸稱為絕對坐標，也叫絕對尺寸，所用的編程指令稱為絕對坐標指令。

運動軌跡的終點坐標是相對于起點計量的坐標系稱為增量坐標系，也叫相對坐標系。在這個坐標系中移動的尺寸稱為增量坐標，也叫增量尺寸，所用的編程指令稱為增量坐標指令。

3.  機床原點與機床參考點

機床原點是機床上的一個固定的點，其位置是由機床設計和制造單位確定的，通常不允許用戶改變。

機床原點是工件坐標系、編程坐標系、機床參考的基準點。這個點不是一個硬件點，而是一個定義點。

數控車床的機床原點一般設在卡盤前端面或后端面的中心，數控銑床的機床原點，各生產廠不一致，有的設在機床工作臺的中心，有的設在進給行程終點。

機床原點是由機床參考點體現出來的。機床參考點是一個硬件點。

機床參考點是是用于對機床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統進行標定和控制的點。

機床參考點通常設置在機床各軸靠近正向極限的位置，通過減速行程開關粗定位而由零位點脈沖精確定位。機床參考點對機床原點的坐標是一個已知定值。

采用增量式測量的數控機床開機后，都必須做回零操作，即利用CRT/MDI控制面板上的功能鍵和機床操作面板上的有關按鈕，使刀具或工作臺退回到機床參考點中。

回零操作又稱為返回參考點操作。當返回參考點的工作完成后，顯示器即顯示出機床參考點在機床坐標系中的坐標值，表明機床坐標系已自動建立。

4.  工件坐標系

工件坐標系的原點就是工件原點，也叫做工件零點。與機床坐標系不同，工件坐標系是人為設定的，選擇工件坐標系的原點的一般原則是：

a．盡量選在工件圖樣的基準上，便于計算，減少錯誤，以利于編程。

b．盡量選在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。

c．要便于測量和檢驗。

d．對于對稱的工件，最好選在工件的對稱中心上。

e．對于一般零件，選在工件外輪廓的某一角上。

f．Z軸方向的原點，一般設在工件表面。

2.3  刀具補償的概念

1 . 刀位點

刀位點對于端銑刀、立銑刀和鉆頭來說，是指它們的底面中心；對于球頭銑刀，是指球頭球心；對圓弧車刀，刀位點在圓弧圓心上；對尖頭車刀和鏜刀，刀位點在刀尖；對于數控線切割來說，刀位點則是線電極軸心與工件表面的交點。

注：球形銑刀的刀位點在銑刀軸線上，刀刃上不同的點切削時，所表現出的刀具半徑不一樣。

數控加工程序控制刀具的運動軌跡，實際上是控制刀位點的運動軌跡。

2.  位置補償

刀具位置補償包括刀具半徑和刀具長度補償。

由于刀具總有一定的刀具半徑（如銑刀半徑）或刀尖部分有一定的圓弧半徑（為方便起見，以后統稱刀具半徑），所以在零件輪廓加工過程中刀位點的運動軌跡并不是零件的實際輪廓，而用戶通常又希望按工件輪廓軌跡編寫工件加工程序，這樣刀位點必須偏移零件輪廓一個刀具半徑，這種偏移稱為刀具半徑補償。

加工外輪廓表面和內輪廓表面時刀具半徑補償如圖2.8所示。根據ISO標準，當刀具中心軌跡在編程軌跡前進方向左邊時，稱為左刀具補償；反之稱為右刀具補償。

刀具長度補償，是為了使刀具頂端到達編程位置而進行的刀具位置補償。當采用不同尺寸的刀具加工同一輪廓尺寸的零件，或同一名義尺寸的刀具因換刀重調、磨損引起尺寸變化時，為了編程方便和不改變已編制好的程序，利用數控系統的刀具位置補償功能，只需要將刀具尺寸變化值輸入數控系統，數控系統就可以自動地對刀具尺寸變化進行補償。

2.4  數控加工工藝分析

1.  加工方法的選擇

數控車床適合于加工圓柱形、圓錐形、各種成形回轉表面、螺紋以及各種盤類工件，并可進行鉆、擴、鏜孔加工；

立式數控銑鏜床或立式加工中心適合加工箱體、箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪、樣板、形狀復雜的平面或立體工件，以及模具的內、外型腔等；

臥式數控銑鏜床或臥式加工中心適合于加工復雜的箱體、泵體、閥體、殼體等工件；多坐標聯動數控銑床還能加工各種復雜曲面、葉輪、模具等工件。

2.  加工工序的編排原則

在數控機床上加工時，其加工工序一般按如下原則編排：

1、  按工序集中劃分工序的原則

2、  按粗、精加工劃分工序的原則

3、  按刀具劃分工序的原則

4、  按加工部位劃分工序的原則

數控加工工序順序的安排可參考下列原則：

1）同一定位裝夾方式或用同一把刀具的工序，最好相鄰連接完成，這樣可避免因重復定位而造成誤差和減少工夾、換刀等輔助時間。

2）如一次裝夾進行多道加工工序時，則應考慮把對工件剛度削弱較小的工序安排在先，以減小加工變形。

3）上道工序應不影響下道工序的定位與裝夾。

4）先內型腔加工工序，后外形加工工序。

2.4.3  工件的裝夾

2.4.4  對刀點和換刀點位置的確定

在數控加工中，還要注意對刀的問題，也就是對刀點的問題。對刀點是加工零件時刀具相對于零件運動的起點，因為數控加工程序是從這一點開始執行的，所以對刀點也稱為起刀點。

選擇對刀點的原則是：

1)      便于數學處理（基點和節點的計算）和使程序編制簡單。

2)      在機床上容易找正。

3)      加工過程中便于測量檢查。

4)      引起的加工誤差小。

2.4.5  加工路線的確定

編程時，確定加工路線的原則主要有以下幾點：

1、  應盡量縮短加工路線，減少空刀時間以提高加工效率。

2、  能夠使數值計算簡單，程序段數量少，簡化程序，減少編程工作量。

3、  使被加工工件具有良好的加工精度和表面質量（如表面粗糙度）。

4、  確定軸向移動尺寸時，應考慮刀具的引入長度和超越長度。

2.4.6  刀具及切削用量的選擇

1．刀具及其輔具的選擇

2．刀具的配備

2.5  數控加工程序的格式及編程方法

1．  程序的結構

無論是主程序還是子程序，每一個程序都是由程序號、程序內容和程序結束三部分組成。程序的內容則由若干程序段組成，程序段是由若干程序字組成，每個程序字又由地址符和帶符號或不帶符號的數值組成，程序字是程序指令中的最小有效單位。

2．  程序的格式

固定順序，表格順序，字地址格式。

N順序號　G準備功能　X±坐標運動尺寸　Y±坐標運動尺寸　Z±坐標運動尺寸　F進給速度　S主軸轉速　M輔助功能　附加指令　

N10　G　　 　　02　　Z　　　－　 10 　　　F　　　100

程序段號　地址符號　數字　地址符號　符號　數字　地址符號　數字

3．  主程序和子程序

子程序是可以用適當的機床控制指令調用的一段加工程序。主程序可以多次調用同一個或不同的子程序、子程序也可以調用另外的子程序，稱為子程序嵌套，可嵌套的次數，不同的系統有不同的規定。

4．  常用地址符及其含義

5．  數控程序的編制方法及步驟

數控編程的方法有手工編程和自動編程。

手工編程是從工件的圖樣分析、工藝過程的確定、數值計算到編寫加工程序單、制作控制介質、程序的校驗和修改等都是由人手工完成的。

計算機輔助編程是大部分或全部編程工作都由計算機自動完成的一種編程方法。

小結：次課程講述了什么是數控加工編程和編程的基礎知識，要求理解掌握數控加工程序的概念、組成、手工編程、坐標系的建立、程序的組成。

作業：一、什么是數控加工編程？

      二、數控加工程序的內容

     三、手動編程的概念和工作步驟及其特點

     四、自動編程

 

第3章  數控機床的操作

教學目標：熟悉數控機床的控制面板、操作方法及刀補。

重點 ：控制面板、操作方法及刀具補償設置

3.1  數控車床的操作

3.1.1  數控車床控制面板及操作面板

1、  方式譯碼開關

2、  CRT/MDI控制面板

3、  機床操作面板

3.1.2              回參考點及手動操作

1、回參考點操作

程序運行前，先對機床進行參考點返回操作，即將刀架返回機床參考點。有手動參考點返回和自動參考點返回兩種方法，通常情況下，在開機時采用手動參考點返回方法.

2、手動操作

3.1.3              對刀及刀具補償設置

1．對刀

在數控車削工藝中，刀尖運動軌跡是自始至終要控制的，所以“對刀”是很有學問的一項工作，必須掌握它。

(1)試切對刀。用G50  X  Z設定工件坐標系，則在執行此程序段之前必須先進行對刀，通過調整機床，將刀尖放在程序所要求的起刀點位置（X、Z）上.

2．刀具補償

(1)    直接輸入刀具偏置值。

(2)    偏置量的計數器輸入。

3.2  數控銑床的操作

1．  數控銑床控制面板及操作面板

2．  手動操作

手動操作主要包括手動移動機床坐標軸，手動控制主軸，機床鎖住、Z軸鎖住，刀具松緊、冷卻液啟停。機床手動操作主要由手持單元和機床控制面板共同完成，

3．  MDI操作

4．  坐標系數據設置

MDI輸入坐標系數據的操作

5．  刀具庫及刀具參數的輸入

1、刀庫表

2、刀具表

在MDI功能子菜單下按F2鍵，進行刀具設置，圖形顯示窗口將出現刀具數據，。在輸入刀具數據時，其操作步驟同刀具庫數據的設置相同，可以參考刀具庫數據的設置方式進行。

3.3  加工中心的操作

3.3.1  加工中心控制面板及操作面板

1、控制面板及操作面板各功能鍵

XK714G型加工中心的數控系統采用了　802S/C系統，

2、屏幕顯示

3.3.2  參數設定

參數的設定包括刀具參數及刀具補償參數、零點偏置等參數的設定。

下面簡單介紹參數的設定步驟。

(1)      刀具參數及刀具補償參數

打開軟鍵功能中的參數欄后，按刀具補償軟鍵，屏幕上顯示出刀具補償數據。按軟鍵<<T或>>T選擇刀具號，>>D或<<D選擇刀沿號，離開此窗口后，所設定的狀態不會改變。

刀具補償分為刀具長度補償和刀具半徑補償。在設定時，移動光標到所要設定或修改的區域后輸入數值，再按輸入鍵確認。

(2)      零點偏置

在回參考點之后，實際值存儲器以及實際值的顯示均以機床零點為基準，而工件的加工程序則是以工件零點為基準的，機床零點與工件零點之間所存在的差值就是零點的偏移量，這個偏移量就是我們要設定的零點偏置參數。

通過選擇軟鍵“參數”和“零點偏移”后，在屏幕上出現零點偏置窗口。使用光標移動鍵將光標移動到待修改的范圍后輸入數值，零點偏置就設定好了。

利用“測量”軟鍵功能還可以根據機床坐標系的原點計算出零點偏移量。具體方法是把刀具運行到所選擇的零點位置，按軟鍵“計算”鍵計算出偏移量，數控系統會將計算出的偏移量登記到操作者所選定的相應的區域中。按軟鍵“確認”鍵可以關閉此窗口。

3.3.3  操作要點

開機后，必須執行手動返回參考點的操作。否則機床不執行任何指令動作。

在操作時，首先選擇機床的工作方式。再根據所選擇的工作方式，確定下一步的操作內容。

調試加工程序進行試切時，一般選擇比較小的進給倍率。如5%，10%等。

進行加工之前，必須在NC上通過參數的輸入和修改對機床、刀具進行調整。如輸入刀具參數及刀具補償參數、輸入或修改零點偏置、輸入設定數據。

3.4  小結：

本次課講述了數控加工中心編程的有關知識，要求理解立式加工中心的坐標系及有關尺寸的傳遞，編程的坐標系及數值輸入方式，與切削用量有關的指令，換刀和刀具管理、程序的結構。講述了數控加工中心統編程中的一些指令要求理解掌握基本運動指令，了解基本運動指令的延伸。

第4章  數控編程常用指令

目標：掌握數控編程常用指令準備功能G代碼，輔助功能M代碼及主軸功能S、進給功能F、刀具功能T代碼的使用格式，各代碼所表述的意義以及在編程的過程中要注意的事項。

重點•難點：G代碼、M代碼、F、S、T功能代碼的使用格式.

4.1  概述

4.2  與坐標和坐標系有關的指令

1．工件坐標系設定指令

G92指令用來設定刀具在工件坐標系中的坐標值，屬于模態指令，其設定值在重新設定之前一致有效。

程序段格式為：G92 X Y Z　　

X、Y、Z為刀位點在工件坐標系中的初始位置。例如：

G92　X25.0　Z350.0；設定工件坐標系為X1O1Z1；

G92　X25.0　Z10.0；設定工件坐標系為X2O2Z2。

以上兩程序段所設定的工件坐標系,工件坐標系建立以后，程序內所有用絕對值指定的坐標值，均為這個坐標系中的坐標值。

必須注意的是，數控機床在執行G92指令時并不動作，只是顯示器上的坐標值發生了變化。

2．工件坐標系選擇指令

工件坐標系選擇指令有G54、G55、G56、G57、G58、G59。均為模態指令。

程序段格式為：

G54

加工之前，通過MDI(手動鍵盤輸入)方式設定這6個坐標系原點在機床坐標系中的位置，系統則將它們分別存儲在6個寄存器中。程序中出現G54～G59中某一指令時，就相應地選擇了這6個坐標系中的一個。

如用MDI方式將工件坐標系1的原點在機床坐標系中設定為X10.0 Y20.0 Z15.0，程序中用G54設定坐標，就相當于執行程序段G92 X10.0 Y20.0 Z15.0。

G54為缺省值。

3．局部坐標設定指令

局部坐標設定指令為G52。屬于非模態指令，僅在本程序段中有效。

程序段格式為：G52 X Y Z A B C

X、Y、Z為局部坐標系原點在工件坐標系中的有向距離，A、B、C是相對于X、Y、Z三個軸的旋轉坐標。

G52指令可以在G54～G59指定的工件坐標系中設定局部坐標系。局部坐標系建立以后，絕對值方式編程的移動指令就是在該局部坐標系中的坐標值。

4．直接機床坐標系編程指令

直接機床坐標系編程指令G53，屬于非模態指令，只在本程序段中有效。在含有G53指令的程序段中，利用絕對值編程的移動指令的坐標位置是相對于機床坐標系的。

5．坐標平面選擇指令

G17、G18、G19指令功能為指定坐標平面，都是模態指令，相互之間可以注銷。G17、G18、G19分別指定空間坐標系中的XY平面、ZX平面和YZ平面，作用是讓機床在指定坐標平面上進行插補加工和加工補償。

對于三坐標數控銑床和銑鏜加工中心，開機后數控裝置自動將機床設置成G17狀態，如果在XY坐標平面內進行輪廓加工，就不需要由程序設定G17。同樣，數控車床總是在XZ坐標平面內運動，在程序中也不需要用G18指令指定。

要說明的是，移動指令和平面選擇指令無關，例如選擇了XY平面之后，Z軸仍舊可以移動。

6．絕對值編程指令與增量值編程指令

絕對值編程指令是G90，增量值編程指令是G91，它們是一對模態指令。G90出現后，其后的所有坐標值都是絕對坐標，當G91出現以后，G91以后的坐標值則為相對坐標，直到下一個G90出現，坐標又改回到絕對坐標。G90為缺省值。

4.3運動路徑控制指令

4.3.1 單位設定指令

與單位有關的指令主要有尺寸單位設定指令和進給速度單位設定指令。

1．尺寸單位設定指令

尺寸單位設定指令有G20、G21。其中G20表示英制尺寸，G21表示公制尺寸。G21為缺省值。

注：

1) 有些系統要求這2個代碼必須在程序的開頭坐標系設定之前用單獨的程序段指令，一經指定，不允許在程序的中途切換。

2) 有些系統的公制/英制尺寸不采用G21/G20編程，如SIMENS和FAGOR系統采用G71/G70代碼。

2．進給速度單位的設定指令

進給速度單位的設定指令是G94、G95。均為模態指令，G94為缺省值。

程序段格式為：

G94 F；或G95 F

G94設定每分鐘進給量，單位依G20、G21的設定分別為in/min、mm/min。

G95設定每轉進給量，單位依G20、G21的設定分別為in/r、mm/r。要說明的是這個功能必須在主軸裝有編碼器時才能使用。

3．半徑和直徑編程

半徑和直徑編程指令分別為G22和G23。注意，華中數控世紀星HNC-21/22T系統的直徑/半徑編程采用G36/G37代碼。

4.3.2 快速定位指令

G00為快速定位指令，該指令的功能是要求刀具以點位控制方式從刀具所在位置以各軸設定的最高允許速度移動到指定位置，屬于模態指令。它只實現快速移動，并保證在指定的位置停止。

程序段格式為：

G00　X　　Y　　Z　　

X Y Z為目標點坐標。

快速點定位的移動速度不能用程序指令設定，而是根據數控系統預先設定的速度來執行。若在快速點定位程序段前設定了進給速度F，指令F對G00程序段無效。        快速點定位對刀具的運動軌跡沒有嚴格的精度要求，其執行過程是刀具由起始點開始加速移動至最大速度，然后保持快速移動，最后減速到達終點，實現快速點定位，這樣可以提高數控機床的定位精度。

4.3.3 方向定位指令

方向定位指令G60與G00的功能相似，它們都是快速地進行定位。只不過G60定位的方式不同，它先快速到達一個中間點，然后再以一固定速度移到定位點。至于這個中間點在定位點的哪一側，距定位點有多遠是由機床的控制系統預先設定的。該指令為非模態指令，僅在本程序段中有效。

程序段格式為：

G60 X Y Z

其中X、Y、Z為定位終點。

在G90狀態下定位點為終點在工件坐標系中的坐標；在G91狀態下為終點相對于起點的偏移量。

4.3.4 線性進給指令

線性進給指令G01指令即直線插補指令，該指令的功能是指令刀具相對于工件以直線插補運算聯動方式，按程序段中規定的進給速度F，由某坐標點移動到另一坐標點，插補加工出任意斜率的直線。

機床在執行G01指令時，在該程序段中必須具有或在該程序段前已經有F指令，如無F指令則認為進給速度為零。G01和F均為模態代碼。

直線插補指令G01，一般作為直線輪廓的切削加工運動指令，有時也用作很短距離的空行程運動指令，以防止G00指令在短距離高速運動時可能出現的慣性過沖現象。

4.3.5  圓弧進給及螺旋線進給指令

1．圓弧插補指令

G02、G03為圓弧插補指令，該指令的功能是使機床在給定的坐標平面內進行圓弧插補運動。圓弧插補指令首先要指定圓弧插補的平面，插補平面由G17、G18、G19選定。圓弧插補有兩種方式，一是順時針圓弧插補，一是逆時針插補。編程格式有兩種，一是I、J、K格式，另一種是R格式。

在G90方式下，圓弧終點坐標是絕對坐標尺寸；在G91方式下，圓弧終點坐標是相對于圓弧起點的增量值。I、J表示圓弧圓心相對于圓弧起點在X、Y方向上的增量坐標。即I表示圓弧起點到圓心的距離在X軸上的投影；J表示圓弧起點到圓心的距離在Y軸上的投影；K表示圓弧起點到圓心的距離在Z軸上的投影。I、J、K的方向與X、Y、Z軸的正負方向相對應。要注意的是I、J、K的值屬于X、Y、Z方向上的坐標增量，與G90和G91方式無關。

I、J、K為零時可以省略，但不能同時為零，否則刀具原地不動或系統發出錯誤信息。

為了討論的方便，在這里我們不考慮刀具半徑對編程軌跡的影響，編程時假定刀具中心與工件輪廓軌跡重合。實際加工時，刀具中心與工件輪廓軌跡間總是相差一個刀具半徑的，這就要用到刀具半徑補償功能。

在使用半徑編程時，按幾何作圖會出現兩段起點和半徑都相同的圓弧，其中一段圓弧的圓心角α＞180º，另一段圓弧的圓心角α＜180º。編程時規定用R表示圓心角小于180º的圓弧，用R-表示圓心角大于180º的圓弧，正好180º時，正負均可。0

在實際加工中，往往要求在工件上加工出一個整圓輪廓。整圓的起點和終點重合，用R編程無法定義，所以只能用圓心坐標編程，從起點開始順時針切削，整圓程序段如下：

G90　G17　G02　X80　Y50　I-35　J0　F120

2．螺旋線進給指令

以XY平面為例，程序段格式為：

G17 G02/G03 X Y I J Z F或G17 G02/G03 X Y R Z F

4.3.6 暫停指令

G04為暫停指令，該指令的功能是使刀具作短暫的無進給加工(主軸仍然在轉動)， 經過指令的暫停時間后再繼續執行下一程序段，以獲得平整而光滑的表面。G04指令為非模態指令。

4.4輔助功能及其它功能指令

4.4.1 輔助功能指令

輔助功能M代碼是控制機床或系統的輔助功能動作的，如冷卻泵的開、關；主軸的正反轉；程序結束等。屬于工藝性指令。M功能指令也有模態指令和非模態指令，這類指令與機床的插補運算無關。

輔助功能M指令由地址符M和其后兩位數字組成。從M00到M99共100個，詳見表4.2。下面介紹幾個常用的M功能指令。

1．M00——程序停止指令

M00指令實際上是一個暫停指令。功能是執行此指令后，機床停止一切操作。即主軸停轉、切削液關閉、進給停止。但模態信息全部被保存，在按下控制面板上的啟動指令后，機床重新啟動，繼續執行后面的程序。

該指令主要用于工件在加工過程中需停機檢查、測量零件、手工換刀或交接班等。

2．M01——計劃停止指令

M01指令的功能與M00相似，不同的是，M01只有在預先按下控制面板上“選擇停止開關”按鈕的情況下，程序才會停止。如果不按下“選擇停止開關”按鈕，程序執行到M01時不會停止，而是繼續執行下面的程序。M01停止之后，按啟動按鈕可以繼續執行后面的程序。

該指令主要用于加工工件抽樣檢查，清理切屑等。

3．M02——程序結束指令

M02指令的功能是程序全部結束。此時主軸停轉、切削液關閉，數控裝置和機床復位。該指令寫在程序的最后一段。

4．M03、M04、M05——主軸正轉、反轉、停止指令

M03表示主軸正轉，M04表示主軸反轉。所謂主軸正轉，是從主軸向Z軸正向看，主軸順時針轉動；反之，則為反轉。M05表示主軸停止轉動。M03、M04、M05均為模態指令。要說明的是有些系統(如華中數控系統CJK6032數控車床)不允許M03和M05程序段之間寫入M04，否則在執行到M04時，主軸立即反轉，進給停止，此時按“主軸停”按鈕也不能使主軸停止。

5．M06——自動換刀指令

M06為手動或自動換刀指令。當執行M06指令時，進給停止，但主軸、切削液不停。M06指令不包括刀具選擇功能，常用于加工中心等換刀前的準備工作。

6．M07、M08、M09——冷卻液開關指令

M07、M08、M09指令用于冷卻裝置的啟動和關閉。屬于模態指令。

M09表示關閉冷卻液開關，并注銷M07、M08、M50及M51（M50、M51為3號、4號冷卻液開）。且是缺省值。

7．M30——程序結束指令

M30指令與M02指令的功能基本相同，不同的是，M30能自動返回程序起始位置，為加工下一個工件作好準備。

8．M98、M99——子程序調用與返回指令

M98為調用子程序指令，M99為子程序結束并返回到主程序的指令。

4.4.2 刀具功能指令

刀具功能也稱為T功能，表示選擇刀具和刀補號。一般具有自動換刀的數控機床上都有此功能。

刀具功能指令的編程格式因數控系統不同而不完全一樣，主要有兩種格式：

 “T”指令編程

刀具功能用地址符T加4位數字表示，前兩位是刀具號，后兩位是刀補號。刀補號即刀具參數補償號，一把刀具可以有多個刀補號。如果后兩位數為00，則表示刀具補償取消。

T后接兩位數字，表示刀號，選擇刀具；D后面也是接兩位數，表示刀補號。

定義這兩個參數時，其編程的順序為T、D。“T”和“D”可以編寫在一起，也可以單獨編寫，例如，T5D8表示選擇5號刀，采用刀具偏置表8號的偏置尺寸；如果在前面程序段中寫T5，后面程序段中寫入D8，則仍然表示選擇5號刀，采用刀具偏置表8號的偏置尺寸。如果選用了D0，則表示取消刀具補償。

4.4.3 進給功能指令

進給功能也稱F功能，表示進給速度，屬于模態代碼。在G01、G02、G03和循環指令程序段中，必須要有F指令，或者在這些程序段之前已經寫入了F指令。如果沒有F指令，不同的系統處理方法不一樣，有的系統顯示出錯，有的系統自動取軸參數中各軸“最高允許速度”的最小設置值。快速點定位G00指令的快速移動速度與F指令無關。

根據數控系統不同，F功能的表示方法也不一定相同。進給功能用地址符F和其后一位到五位數字表示，通常用F后跟三位數字（F×××）表示。進給功能的單位一般為mm/min，當進給速度與主軸轉速有關時（如車削螺紋），單位為mm/r。

1．切向進給速度的恒定控制  F指令設定的是各軸進給速度的合成速度，目的在于使切削過程的切向進給速度始終與指令速度一樣。系統自動根據F指令的切向進給速度控制各軸的進給速度。

2．進給量設定  一般用G94表示進給速度，單位是mm/min，用G95表示進給量，單位是mm/r。G94和G95都是模態代碼，G94為缺省值。在華中數控系統中，用G98、G99指令設定F指令的進給量，單位分別為每分鐘進給量(mm/min)和主軸每轉進給量(mm/r)。G98和G99都是模態代碼，G98為缺省值。

3．進給速度的調整  F指令給定的進給速度可通過“進給修調”形狀調整。注意，“進給修調”在螺紋加工時無效。

4．快速移動速度  各軸的快速移動速度是在軸參數中設定的“最高允許速度”，可用“進給修調”形狀調整，與F指令的進給速度無關。

4.4.4 主軸轉速功能指令

S功能，表示主軸轉速或速度，模態代碼。主軸轉速功能用地址符S加二到四位數字表示。用G97和G96分別指令單位為r/min或m/min，通常使用G97(r/min)。例如：

G96　S300　　　　；主軸轉速為300m/min

G97　S1500　　　 ；主軸轉速為1500r/min

4.5  不同數控系統功能的比較

同一G代碼，不同數控系統所代表的含義不完全一樣。因此在此特別提醒在實際使用時，一定要參照所用數控機床的編程使用說明書。

第5章  數控車床編程

目標：掌握數控車床的加工對象及編程要點；數控車床的刀具補償；數控車床固定循環。

重點•難點：編程要點刀具補償與固定循環.

5.1　概述

1.　數控車削加工的對象

數控車床主要用于軸類和盤類回轉體工件的加工，能自動完全內外圓面、柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并能進行切槽、鉆、擴、鉸孔等加工，適合復雜形狀工件的加工。與常規車床相比，數控車床還適合加工工件。

2.  數控車床編程要點

數控車床的編程具有如下特點：

5.2　數控車床的刀具補償

5.2.1　刀具位置補償

在實際加工工件時，使用一把刀具一般不能滿足工件的加工要求，通常要使用多把刀具進行加工。作為基準刀的1號刀刀尖點的進給軌跡如圖5.1所示(圖中各刀具無刀位偏差)。其它刀具的刀尖點相對于基準刀刀尖的偏移量（即刀位偏差）.在程序里使用M06指令使刀架轉動，實現換刀，T指令則使非基準刀刀尖點從偏離位置移動到基準刀的刀尖點位置（A點）然后再按編程軌跡進給刀具在加工過程中出現的磨損也要進行位置補償。

5.2.2　刀尖半徑補償

刀尖半徑補償的目的就是為了解決刀尖圓弧可能引起的加工誤差。

在車端面時，刀尖圓弧的實際切削點與理想刀尖點的Z坐標值相同；車外圓柱表面和內圓柱孔時，實際切削點與理想刀尖點的X坐標值相同。因此，車端面和內外圓柱表面時不需要對刀尖圓弧半徑進行補償。

當加工軌跡與機床軸線不平行（斜線或圓弧時），則實際切削點與理想刀尖點之間在X、Z軸方向都存在位置偏差，

為使系統能正確計算出刀具中心的實際運動軌跡，除要給出刀尖圓弧半徑R以外，還要給出刀具的理想刀尖位置號T。

5.2.3 刀尖圓弧半徑補償的實現

刀尖圓弧半徑補償及其補償方向是由G40、G41、G42指令實現的。

刀尖半徑補償指令的程序段格式為：

G40(G41/G42) G01(G00) X Z F

G40：取削刀尖圓弧半徑補償，也可用T××00取消刀補；

G41：刀尖圓弧半徑左補償（左刀補）。順著刀具運動方向看，刀具在工件左側，

G42：刀尖圓弧半徑右補償（右刀補）。順著刀具運動方向看，刀具在工件右側.

X、Z為建立或取削刀具圓弧半徑補償程序段中，刀具移動的終點坐標。

G40、G41、G42指令不能與G02、G03、G71、G72、G73、G76指令出現在同一程序段。G01程序段有倒角控制功能時也不能進行刀具補償。在調用新刀具前，必須用G40取消刀補。

G40、G41、G42指令為模態指令，G40為缺省值。要改變刀尖半徑補償方向，必須先用G40指令解除原來的左刀補或右刀補狀態。再用G41或G42指令重新設定，否則補償會不正常。

當刀具磨損、重新刃磨或更換新刀具后，刀尖半徑發生變化，這時只需在刀具偏置輸入界面中改變刀具參數的R值，而不需修改已編好的加工程序。利用刀尖圓弧半徑補償，還可以用同一把刀尖半徑為R的刀具按相同的編程軌跡分別進行粗、精加工。設精加工余量為△，則粗加工的刀具半徑補償量為R＋△，精加工的補償量為R。

5.3　固定循環

數控車床的固定循環一般分為簡單固定循環和復合固定循環。

5.3.1　簡單固定循環

簡單固定循環程序段可完成“切入-切削-退刀-返回”這四種常見的加工順序動作。

1、內(外)徑切削循環G80

(1) 圓柱面內(外)徑切削循環

使用G80指令車削圓柱面時，R表示快速運動，F表示進給運動，U、W表示增量值。

程序段格式為：

G80 X Z F

 (2) 圓錐面內(外)徑切削循環

程序段格式為

G80 X Z I F

2、端面切削循環G81

(1) 端平面切削循環

(2) 端錐面切削循環

G81與G80的區別只是切削方向的不同，G81的切削方向是X軸方向，主要適用于X向進給量大于Z向進給量的情況，例如圓盤類工件。G80的切削方向是Z軸方向，主要適用于Z向進給量大于X向進給量的情況.

5.3.2　復合固定循環

復合循環有三類：內(外)徑粗車復合循環G71、端面粗車復合循環G72、封閉輪廓復合循環G73。

1、內(外)徑粗車復合循環G71

程序段格式：

G71 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T 

2、端面粗車復合循環G72

程序段格式：

G72 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T 

G72指令與G71指令的區別僅在于切削方向平行于X軸，在ns程序段中不能有X方向的移動指令，其它相同。

3、封閉輪廓復合循環G73

程序段格式：

G73 U(△i) W(△k)R(d) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T 

G73適用于已初成形毛坯的粗加工。

 

5.3.3　螺紋切削循環

1、螺紋切削G32

程序段格式：

G32 X(U) Z(W) R E P F

G32指令能加工圓柱螺紋、錐螺紋和端面螺紋。程序段中地址X省略為圓柱螺紋車削，地址Z省略為端面螺紋車削，地址X、Z都不省略為圓錐螺紋車削。F為螺紋導程。對于圓錐螺紋，當斜角 ≦45°時，螺紋導程在Z軸方向指定，斜角 ＜45°時，在X軸方向指定。

2、螺紋切削循環G82

程序段格式：

G82 X(U) Z(W) R E C P F

其中：C—螺紋頭數，為0或1時切削單頭螺紋；

P—單頭螺紋時，為主軸基準脈沖處距離切削起始點的主軸轉角(缺省值為0)；多頭螺紋切削時，為相鄰螺紋頭的切削起始點之間對應的主軸轉角。

其余同G32。

程序段格式：

G82 X(U) Z(W) I R E C P F

I—螺紋起點B與螺紋終點C的半徑差。其符號為差的符號(無論是絕對值編程還是增量值編程) ；

其余同直螺紋切削循環。

3、螺紋車削復合循環G76

程序段格式為：

G76 C(c)R(r)E(e)A(a)X(x)Z(z)I(i)K(k)U(d)V(△dmin)Q(ap1)P(p)F(l)

編程實例

（1）加工內容：

（2）工件坐標系：

（3）換刀點：

（4）公差處理：

2、工藝處理

（1）工步和走刀路線的確定，按加工過程確定走刀路線如下：

（2）刀具的選擇和切削用量的確定，根據加工內容確定所用刀具

 3、數值計算

 4、編程

 

第6章  數控銑床編程

目標：掌握數控銑床加工程序的編制方法；數控銑加工的特點；刀具補償的設置及其他指令代碼；固定循環代碼。

重點•難點： 編程方法、刀具補償與固定循環.

6.1　數控銑床加工的特點

1）數控銑床加工的對象

數控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復雜型面的零件，如凸輪、樣板、模具、螺旋槽等。同時也可以對零件進行鉆、擴、鉸、锪和鏜孔加工。

數控銑削機床的加工對象與數控機床的結構配置有很大關系。

立式結構的銑床一般適應用于加工盤、套、板類零件，一次裝夾后，可對上表面進行銑、鉆、擴、鏜、锪、攻螺紋等工序以及側面的輪廓加工；

臥式結構的銑床一般都帶有回轉工作臺，一次裝平后可完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的各種工序加工，適宜于箱體類零件加工；

萬能式數控銑床，主軸可以旋轉90°或工作臺帶著工件旋轉90°，一次裝夾后可以完成對工件五個表面的加工；

龍門式銑床適用于大型零件的加工。

2）數控銑床加工的特點

數控銑削加工除了具有普通銑床加工的特點外，還有如下特點：

1、  零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等。

2、  能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數學模型描述的復雜曲線零件以及三維空間曲面類零件。

3、  能加工一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件。

4、  加工精度高、加工質量穩定可靠。

5、  生產自動化程序高，可以減輕操作者的勞動強度。有利于生產管理自動化。

6、  生產效率高。

7、  從切削原理上講，無論是端銑或是周銑都屬于斷續切削方式，而不像車削那樣連續切削，因此對刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性。在干式切削狀況下，還要求有良好的紅硬性。

3） 數控銑床編程時應注意的問題

了解數控系統的功能及規格。不同的數控系統在編寫數控加工程序時，在格式及指令上是不完全相同的。

熟悉零件的加工工藝。

合理選擇刀具、夾具及切削用量、切削液。

編程盡量使用子程序。

程序零點的選擇要使數據計算的簡單。

6.2  數控銑加工的刀具補償及其他功能指令

6.2.1  刀具半徑補償 G40，G41，G42

G40，G41，G42是模態代碼，它們可以互相注銷。

6.2.2  刀具長度補償G43、G44、G49

刀具長度補償指令格式如下：

格式：G43(G44)  Z  H

Z為補償軸的終點值，H為刀具長度偏移量的存儲器地址。

把編程時假定的理想刀具長度與實際使用的刀具長度之差作為偏置設定在偏置存儲器中，該指令不改變程序就可以實現對Z軸(或X、Y軸)運動指令的終點位置進行正向或負向補償。

G43指令，實現正向偏置；G44指令，實現負向偏置。無論是絕對指令還是增量指令，由H代碼指定的已存入偏置存儲器中的偏置值在G43時加，在G44時則是從Z軸(或X、Y軸)運動指令的終點坐標值中減去。計算后的坐標值成為終點。

取消長度補償指令格式：

G49 Z(或X或Y)

它和指令G44/G43 Z H00的功能是一樣。G43、G44、G49為模態指令，它們可以相互注銷。

由于偏置號的改變而造成偏置值的改變時，新的偏置值并不加到舊偏置值上。如：H01的偏置值為20.0，H02的偏置值為30.0時

G90 G43 Z100.0 H01      Z將達到120.0

G90 G43 Z100.0 H02      Z將達到130.0

刀具長度補償同時只能加在一個軸上，下面的指令將出現報警。在必須進行刀具長度補償軸的切換時，要取消一次刀具長度補償。

G43 Z H

G43 X H

6.2.3  其他功能指令

1、段間過渡方式指令G09，G61，G64。

(1)準停檢驗指令G09，G61，G64。

格式：G09；

一個包括G09的程序段在繼續執行下個程序段前，準確停止在本程序段的終點。該功能用于加工尖銳的棱角。G09僅在其被規定的程序段中有效。

(2)精確停止檢驗G61。

格式：G61。

在G61后的各程序段的移動指令都要準確停止在該程序段的終點，再繼續執行下個程序段。編輯輪廓與實際輪廓相符。

G61與G09的區別在于G61為模態指令。G61可由G64注銷。

(3)連續切削方式G64。

格式：G64：

2、簡化編程的指令

(1）鏡像功能指令G24，G25。

格式：G24 X   Y   Z

      M98 P 

      G25 X  Y  Z

(2）縮放功能指令G50、G51

格式：G51 X   Y   Z   P

      M98P

G50

縮放不能用于補償量，并且對A、B、C、U、V、W軸無效。

(3）旋轉變換指令G68，G69

G68為坐標旋轉功能指令，G69為取消坐標旋轉功能指令。

在XY平面：

格式：G68 X Y P

G69；

6.3  固定循環

6.3.1 概述

孔加工固定循環指令有G73，G74，G76，G80～G89,通常由下述6個動作構成，

固定循環的程序格式包括數據表達形式、返回點平面、孔加工方式、孔位置數據、孔加工數據和循環次數。其中數據表達形式可以用絕對坐標G90和增量坐G91表示。    

固定循環的程序格式：

G98（或G99）G73(或G74或G76或G80～G89)X Y Z R Q P I J K F L

式中第一個G代碼（G98或G99）指定返回點平面，G98為返回初始平面，G99為返回R點平面。第二個G代碼為孔加工方式，即固定循環代碼G73，G74，G76和G81～G89中的任一個。固定循環的數據表達形式可以用絕對坐標（G90）和相對坐標（G91）表示，數據形式（G90或G91）在程序開始時就已指定，因此，在固定循環程序格式中可不寫出。X、Y為孔位數據，指被加工孔的位置；Z為R點到孔底的距離（G91時）或孔底坐標（G90時）；R為初始點到R點的距離（G91時）或R點的坐標值（G90時）；Q指定每次進給深度（G73或G83時）或指定刀具位移增量（G76或G87時）；P指定刀具在孔底的暫停時間；I、J指定刀尖向反方向的移動量；K指定每次退刀（G76或G87時）刀具位移增量；F為切削進給速度；L指定固定循環的次數。G73、G74、G76和G81～G89、Z、R、P、F、Q、I、J都是模態指令。G80、G01～G03等代碼可以取消循環固定循環。

在固定循環中，定位速度由前面的指令速度決定。

6.3.2 鉆孔循環

1、高速深孔加工循環 G73

值為每次的進給深度，退刀用快速，其值K為每次的退刀量。

2、鉆孔循環(鉆中心孔) G81

G81指令的循環,包括X、Y坐標定位、快進、工進和快速返回等動作。

注：如果Z的移動位置為零，該指令不執行。

3、帶停頓的鉆孔循環 G82

除了要在孔底暫停外，該指令其它動作與G81相同。暫停時間由地址P給出。此指令主要用于加工盲孔，以提高孔深精度。

4、深孔加工循環 G83

深孔加工指令G83的循環，每次進刀量用地址Q給出，其值q為增量值。

2、鏜孔循環 G86

G86指令與G81相同，但在孔底時主軸停止，然后快速退回。

6.3.4 攻螺紋

6.3.5 取消固定循環

取消固定循環G80。該指令能取消固定循環，同時R點和Z點也被取消。

注：

①在固定循環中，定位速度由前面的指令決定。

②固定循環指令前應使用M03或M04指令使主軸回轉。

③各固定循環指令中的參數均為非模態值，因此每句指令的各項參數應寫全。在固定循環程序段中，X、Y、Z、R數據應至少指令一個才能進行孔加工。

④控制主軸回轉的固定循環（G74、G84、G86）中，如果連續加工一些孔間距較小，或者初始平面到R點平面的距離比較短的孔時，會出現在進入孔的切削動作前主軸還沒有達到正常轉速的情況，遇到這種情況時，應在各孔的加工動作之間插入G04指令，以獲得時間。

⑤用G00～G03指令之一注銷固定循環時，若G00～G03指令之一和固定循環出現在同一程序段，且程序格式為

G00 (G02，G03) G  X  Y  Z  R  Q  P  I  J  F  L時，按G00(或G02，G03)進行X、Y移動。

⑥在固定循環程序段中，如果指定了輔助功能M，則在最初定位時送出M信號，等待M信號完成，才能進行加工循環。

⑦固定循環中定位方式取決于上次是G00還是G01，因此如果希望快速定位則在上一程序段或本程序段加G00。

6.4  數控銑加工編程實例

 

第7章  加工中心編程

目標：掌握加工中心的特點、加工對象、換刀方法及程序編制。

重點•難點： 換刀方法與編程方法、換刀方法

7.1　加工中心的特點

1）加工中心的加工特點

加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控機床，具有數控鏜、銑、鉆床的綜合功能。

加工中心具有良好的加工一致性和經濟效益。與其它數控機床相比，具有以下特點：

1．加工工件復雜，工藝流程很長時，能排除工藝流程中的人為干擾因素，具有較高的生產效率和質量穩定性。

2．由于工序集中和具有自動換刀裝置，工件在一次裝夾后能完成有精度要求的銑、鉆、鏜、擴、鉸、攻絲等復合加工。

3．在具有自動交換工作臺時，一個工件在加工時，另一個工作臺可以實現工件的裝夾，從而大大縮短輔助時間，提高加工效率。

4．刀具容量越大，加工范圍越廣，加工的柔性化程序越高。

2） 加工中心程序的編制特點

一般使用加工中心加工的工件形狀復雜、工序多，使用的刀具種類也多，往往一次裝夾后要完成從粗加工、半精加工到精加工的全部過程。因此程序比較復雜。在編程時要考慮下述問題。

1、  仔細地對圖紙進行分析，確定合理的工藝路線。

2、  刀具的尺寸規格要選好，并將測出的實際尺寸填入刀具卡。

3、  確定合理的切削用量。主要是主軸轉速、背吃刀量、進給速度等。

4、  應留有足夠的自動換刀空間，以避免與工件或夾具碰撞。換刀位置建議設置在機床原點。

5、  為便于檢查和調試程序，可將各工步的加工內容安排到不同的子程序中，而主程序主要完成換刀和子程序的調用。這樣程序簡單而且清晰。

6、  對編好的程序要進行校驗和試運行，注意刀具、夾具或工件之間是否有干涉。在檢查M、S、T功能時，可以在Z軸鎖定狀態下進行。

3） 加工中心的主要加工對象

適用于加工形狀復雜、工序多、精度要求高的工件。                                  7.1.4  加工中心的換刀形式

多采用刀庫式自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀系統由刀庫和刀具交換機構組成，它是多工序數控機床上應用最廣泛的換刀方法。

換刀過程較為復雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上，在機外進行尺寸預調整之后，按一定的方式放入刀庫，換刀時先在刀庫中進行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具。在進行刀具交換之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可安裝在主軸箱的側面或上方，也可作為單獨部件安裝到機床以外。

1、刀庫的種類

(1)直線刀庫。

(2)圓盤刀庫。

 (3)鏈式刀庫。

(4)其他刀庫。

2、換刀方式

(1)無機械手換刀。

(2)機械手換刀。

7.2  加工中心的換刀程序

7.2.1  加工中心主軸的準停

主軸準停也叫主軸定向。在加工中心等數控機床上，由于有機械手自動換刀，要求刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵上，因此主軸每次必須停在一個固定準確的位置上，以利于機械手換刀。

主軸準停裝置有機械式和電氣式兩種。

7.2.2  換刀程序

除換刀程序外，加工中心的編程方法和普通數控機床相同。

不同的數控系統，其換刀程序是不相同的，通常選刀和換刀分開進行。

實例

1、工藝分析

裝夾：

刀具：

工步：

切削參數：根據毛坯材料、刀具材料和機床特性，

2、數據計算

3、加工程序