技术

第1章 数控技术概论

教学目标:了解数控技术的发展过程及其发展趋势；数控机床的适用范围;掌握数控机床的组成、工作原理、分类及特点；数控机床的适用范围。

重点、难点：数控机床工作原理、数控机床的组成.

1.1       数控技术的发展

1.2      　数控机床的出现

1.3       数控技术发展的几个主要阶段

第一代电子管数控系统1952

第二代晶体管数控系统1959

第三代集成电路数控系统1965

第四代小型计算机数控系统1970

第五代微处理器数控系统1974

第六代基于工业PC的通用CNC系统1990

1.4我国数控技术发展概况

1.5  数控技术发展趋势

1.数控控制器发展趋势

（1）高性能的控制器

（2）伺服驱动器向数字化、交流化和智能化方向发展

（3）控制器的开放性能

（4）智能化的控制器

2.数控机床发展趋势

⑴ 高速、高效、高精度、高可靠性

⑵ 模块化、智能化、柔性化和集成化

⑶ 开放性

⑷ 出现新一代数控加工工艺与装备

1.6 数控机床的工作原理及基本组成

一、数控机床的发展过程

二、数控机床的基本组成及工作原理

1.7 数控机床的组成

1.8 数控机床的分类

1.8.1　按加工方式分类

1、  切削机床类

2、  成型机床类

3、  特种加工机床类

4、  其他机床类

1.8.2  按控制系统功能分类

1.       点位控制数控机床

2.       点位直线控制数控机床

3.       轮廓控制数控机床

1.8.3　按伺服控制方式分类

1. 开环控制数控机床

2. 闭环控制数控机床

3. 半闭环控制数控机床

1.8.4　按数控系统的功能水平分类

1.9 数控机床的特点和应用范围

1.9.1　数控机床的加工特点

1.9.2          数控机床的使用特点

1.9.3           典型数控系统简介

1.9.4          FANUC公司的主要数控系统

1.9.5           SIEMENS公司的主要数控系统

1.9.6          华中数控系统

1.9.7          小结：本章主要对数控技术进行了总体概述。

第2章  数控加工编程基础

教学目标:掌握数控加工编程的知识，包括插补的基本知识、机床坐标系及工件坐标系、刀具补偿的概念、数控加工工艺分析、数控加工程序的格式及编程方法等。

重点难点 ：插补、补偿、编程方法，加工工艺分析

2.1  插补的基本知识

1.插补的基本概念

数控机床在加工时，刀具的运动轨迹是折线，而不是光滑的曲线，不能严格地沿着要求的曲线运动，只能沿折线轨迹逼近所要加工的曲线运动。一般情况下，机床数控系统是根据已知的运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，由数控系统实时的计算出各中间点坐标，这就是插补。

2.常用的插补方法

常用的插补方法按插补曲线形状的不同，可分为直线插补法、圆弧插补法、抛物线插补法和高次曲线插补法等。

2.2  数控机床坐标系

1. 机床坐标系及运动方向

数控机床的坐标系按国际标准化组织标准（ISO）规定为右手直角笛卡尔坐标系.

2.  绝对坐标与增量坐标

所有坐标值均以机床或工件原点计量的坐标系称为绝对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为绝对坐标，也叫绝对尺寸，所用的编程指令称为绝对坐标指令。

运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为增量坐标系，也叫相对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为增量坐标，也叫增量尺寸，所用的编程指令称为增量坐标指令。

3.  机床原点与机床参考点

机床原点是机床上的一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。

机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。

数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面的中心，数控铣床的机床原点，各生产厂不一致，有的设在机床工作台的中心，有的设在进给行程终点。

机床原点是由机床参考点体现出来的。机床参考点是一个硬件点。

机床参考点是是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。

机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值。

采用增量式测量的数控机床开机后，都必须做回零操作，即利用CRT/MDI控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按钮，使刀具或工作台退回到机床参考点中。

回零操作又称为返回参考点操作。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。

4.  工件坐标系

工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是：

a．尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。

b．尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。

c．要便于测量和检验。

d．对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。

e．对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。

f．Z轴方向的原点，一般设在工件表面。

2.3  刀具补偿的概念

1 . 刀位点

刀位点对于端铣刀、立铣刀和钻头来说，是指它们的底面中心；对于球头铣刀，是指球头球心；对圆弧车刀，刀位点在圆弧圆心上；对尖头车刀和镗刀，刀位点在刀尖；对于数控线切割来说，刀位点则是线电极轴心与工件表面的交点。

注：球形铣刀的刀位点在铣刀轴线上，刀刃上不同的点切削时，所表现出的刀具半径不一样。

数控加工程序控制刀具的运动轨迹，实际上是控制刀位点的运动轨迹。

2.  位置补偿

刀具位置补偿包括刀具半径和刀具长度补偿。

由于刀具总有一定的刀具半径（如铣刀半径）或刀尖部分有一定的圆弧半径（为方便起见，以后统称刀具半径），所以在零件轮廓加工过程中刀位点的运动轨迹并不是零件的实际轮廓，而用户通常又希望按工件轮廓轨迹编写工件加工程序，这样刀位点必须偏移零件轮廓一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。

加工外轮廓表面和内轮廓表面时刀具半径补偿如图2.8所示。根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向左边时，称为左刀具补偿；反之称为右刀具补偿。

刀具长度补偿，是为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿。当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调、磨损引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已编制好的程序，利用数控系统的刀具位置补偿功能，只需要将刀具尺寸变化值输入数控系统，数控系统就可以自动地对刀具尺寸变化进行补偿。

2.4  数控加工工艺分析

1.  加工方法的选择

数控车床适合于加工圆柱形、圆锥形、各种成形回转表面、螺纹以及各种盘类工件，并可进行钻、扩、镗孔加工；

立式数控铣镗床或立式加工中心适合加工箱体、箱盖、盖板、壳体、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体工件，以及模具的内、外型腔等；

卧式数控铣镗床或卧式加工中心适合于加工复杂的箱体、泵体、阀体、壳体等工件；多坐标联动数控铣床还能加工各种复杂曲面、叶轮、模具等工件。

2.  加工工序的编排原则

在数控机床上加工时，其加工工序一般按如下原则编排：

1、  按工序集中划分工序的原则

2、  按粗、精加工划分工序的原则

3、  按刀具划分工序的原则

4、  按加工部位划分工序的原则

数控加工工序顺序的安排可参考下列原则：

1）同一定位装夹方式或用同一把刀具的工序，最好相邻连接完成，这样可避免因重复定位而造成误差和减少工夹、换刀等辅助时间。

2）如一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加工变形。

3）上道工序应不影响下道工序的定位与装夹。

4）先内型腔加工工序，后外形加工工序。

2.4.3  工件的装夹

2.4.4  对刀点和换刀点位置的确定

在数控加工中，还要注意对刀的问题，也就是对刀点的问题。对刀点是加工零件时刀具相对于零件运动的起点，因为数控加工程序是从这一点开始执行的，所以对刀点也称为起刀点。

选择对刀点的原则是：

1)      便于数学处理（基点和节点的计算）和使程序编制简单。

2)      在机床上容易找正。

3)      加工过程中便于测量检查。

4)      引起的加工误差小。

2.4.5  加工路线的确定

编程时，确定加工路线的原则主要有以下几点：

1、  应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。

2、  能够使数值计算简单，程序段数量少，简化程序，减少编程工作量。

3、  使被加工工件具有良好的加工精度和表面质量（如表面粗糙度）。

4、  确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。

2.4.6  刀具及切削用量的选择

1．刀具及其辅具的选择

2．刀具的配备

2.5  数控加工程序的格式及编程方法

1．  程序的结构

无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。

2．  程序的格式

固定顺序，表格顺序，字地址格式。

N顺序号　G准备功能　X±坐标运动尺寸　Y±坐标运动尺寸　Z±坐标运动尺寸　F进给速度　S主轴转速　M辅助功能　附加指令　

N10　G　　 　　02　　Z　　　－　 10 　　　F　　　100

程序段号　地址符号　数字　地址符号　符号　数字　地址符号　数字

3．  主程序和子程序

子程序是可以用适当的机床控制指令调用的一段加工程序。主程序可以多次调用同一个或不同的子程序、子程序也可以调用另外的子程序，称为子程序嵌套，可嵌套的次数，不同的系统有不同的规定。

4．  常用地址符及其含义

5．  数控程序的编制方法及步骤

数控编程的方法有手工编程和自动编程。

手工编程是从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质、程序的校验和修改等都是由人手工完成的。

计算机辅助编程是大部分或全部编程工作都由计算机自动完成的一种编程方法。

小结：次课程讲述了什么是数控加工编程和编程的基础知识，要求理解掌握数控加工程序的概念、组成、手工编程、坐标系的建立、程序的组成。

作业：一、什么是数控加工编程？

      二、数控加工程序的内容

     三、手动编程的概念和工作步骤及其特点

     四、自动编程

 

第3章  数控机床的操作

教学目标：熟悉数控机床的控制面板、操作方法及刀补。

重点 ：控制面板、操作方法及刀具补偿设置

3.1  数控车床的操作

3.1.1  数控车床控制面板及操作面板

1、  方式译码开关

2、  CRT/MDI控制面板

3、  机床操作面板

3.1.2              回参考点及手动操作

1、回参考点操作

程序运行前，先对机床进行参考点返回操作，即将刀架返回机床参考点。有手动参考点返回和自动参考点返回两种方法，通常情况下，在开机时采用手动参考点返回方法.

2、手动操作

3.1.3              对刀及刀具补偿设置

1．对刀

在数控车削工艺中，刀尖运动轨迹是自始至终要控制的，所以“对刀”是很有学问的一项工作，必须掌握它。

(1)试切对刀。用G50  X  Z设定工件坐标系，则在执行此程序段之前必须先进行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀点位置（X、Z）上.

2．刀具补偿

(1)    直接输入刀具偏置值。

(2)    偏置量的计数器输入。

3.2  数控铣床的操作

1．  数控铣床控制面板及操作面板

2．  手动操作

手动操作主要包括手动移动机床坐标轴，手动控制主轴，机床锁住、Z轴锁住，刀具松紧、冷却液启停。机床手动操作主要由手持单元和机床控制面板共同完成，

3．  MDI操作

4．  坐标系数据设置

MDI输入坐标系数据的操作

5．  刀具库及刀具参数的输入

1、刀库表

2、刀具表

在MDI功能子菜单下按F2键，进行刀具设置，图形显示窗口将出现刀具数据，。在输入刀具数据时，其操作步骤同刀具库数据的设置相同，可以参考刀具库数据的设置方式进行。

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键

XK714G型加工中心的数控系统采用了　802S/C系统，

2、屏幕显示

3.3.2  参数设定

参数的设定包括刀具参数及刀具补偿参数、零点偏置等参数的设定。

下面简单介绍参数的设定步骤。

(1)      刀具参数及刀具补偿参数

打开软键功能中的参数栏后，按刀具补偿软键，屏幕上显示出刀具补偿数据。按软键<<T或>>T选择刀具号，>>D或<<D选择刀沿号，离开此窗口后，所设定的状态不会改变。

刀具补偿分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。在设定时，移动光标到所要设定或修改的区域后输入数值，再按输入键确认。

(2)      零点偏置

在回参考点之后，实际值存储器以及实际值的显示均以机床零点为基准，而工件的加工程序则是以工件零点为基准的，机床零点与工件零点之间所存在的差值就是零点的偏移量，这个偏移量就是我们要设定的零点偏置参数。

通过选择软键“参数”和“零点偏移”后，在屏幕上出现零点偏置窗口。使用光标移动键将光标移动到待修改的范围后输入数值，零点偏置就设定好了。

利用“测量”软键功能还可以根据机床坐标系的原点计算出零点偏移量。具体方法是把刀具运行到所选择的零点位置，按软键“计算”键计算出偏移量，数控系统会将计算出的偏移量登记到操作者所选定的相应的区域中。按软键“确认”键可以关闭此窗口。

3.3.3  操作要点

开机后，必须执行手动返回参考点的操作。否则机床不执行任何指令动作。

在操作时，首先选择机床的工作方式。再根据所选择的工作方式，确定下一步的操作内容。

调试加工程序进行试切时，一般选择比较小的进给倍率。如5%，10%等。

进行加工之前，必须在NC上通过参数的输入和修改对机床、刀具进行调整。如输入刀具参数及刀具补偿参数、输入或修改零点偏置、输入设定数据。

3.4  小结：

本次课讲述了数控加工中心编程的有关知识，要求理解立式加工中心的坐标系及有关尺寸的传递，编程的坐标系及数值输入方式，与切削用量有关的指令，换刀和刀具管理、程序的结构。讲述了数控加工中心统编程中的一些指令要求理解掌握基本运动指令，了解基本运动指令的延伸。

第4章  数控编程常用指令

目标：掌握数控编程常用指令准备功能G代码，辅助功能M代码及主轴功能S、进给功能F、刀具功能T代码的使用格式，各代码所表述的意义以及在编程的过程中要注意的事项。

重点•难点：G代码、M代码、F、S、T功能代码的使用格式.

4.1  概述

4.2  与坐标和坐标系有关的指令

1．工件坐标系设定指令

G92指令用来设定刀具在工件坐标系中的坐标值，属于模态指令，其设定值在重新设定之前一致有效。

程序段格式为：G92 X Y Z　　

X、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置。例如：

G92　X25.0　Z350.0；设定工件坐标系为X1O1Z1；

G92　X25.0　Z10.0；设定工件坐标系为X2O2Z2。

以上两程序段所设定的工件坐标系,工件坐标系建立以后，程序内所有用绝对值指定的坐标值，均为这个坐标系中的坐标值。

必须注意的是，数控机床在执行G92指令时并不动作，只是显示器上的坐标值发生了变化。

2．工件坐标系选择指令

工件坐标系选择指令有G54、G55、G56、G57、G58、G59。均为模态指令。

程序段格式为：

G54

加工之前，通过MDI(手动键盘输入)方式设定这6个坐标系原点在机床坐标系中的位置，系统则将它们分别存储在6个寄存器中。程序中出现G54～G59中某一指令时，就相应地选择了这6个坐标系中的一个。

如用MDI方式将工件坐标系1的原点在机床坐标系中设定为X10.0 Y20.0 Z15.0，程序中用G54设定坐标，就相当于执行程序段G92 X10.0 Y20.0 Z15.0。

G54为缺省值。

3．局部坐标设定指令

局部坐标设定指令为G52。属于非模态指令，仅在本程序段中有效。

程序段格式为：G52 X Y Z A B C

X、Y、Z为局部坐标系原点在工件坐标系中的有向距离，A、B、C是相对于X、Y、Z三个轴的旋转坐标。

G52指令可以在G54～G59指定的工件坐标系中设定局部坐标系。局部坐标系建立以后，绝对值方式编程的移动指令就是在该局部坐标系中的坐标值。

4．直接机床坐标系编程指令

直接机床坐标系编程指令G53，属于非模态指令，只在本程序段中有效。在含有G53指令的程序段中，利用绝对值编程的移动指令的坐标位置是相对于机床坐标系的。

5．坐标平面选择指令

G17、G18、G19指令功能为指定坐标平面，都是模态指令，相互之间可以注销。G17、G18、G19分别指定空间坐标系中的XY平面、ZX平面和YZ平面，作用是让机床在指定坐标平面上进行插补加工和加工补偿。

对于三坐标数控铣床和铣镗加工中心，开机后数控装置自动将机床设置成G17状态，如果在XY坐标平面内进行轮廓加工，就不需要由程序设定G17。同样，数控车床总是在XZ坐标平面内运动，在程序中也不需要用G18指令指定。

要说明的是，移动指令和平面选择指令无关，例如选择了XY平面之后，Z轴仍旧可以移动。

6．绝对值编程指令与增量值编程指令

绝对值编程指令是G90，增量值编程指令是G91，它们是一对模态指令。G90出现后，其后的所有坐标值都是绝对坐标，当G91出现以后，G91以后的坐标值则为相对坐标，直到下一个G90出现，坐标又改回到绝对坐标。G90为缺省值。

4.3运动路径控制指令

4.3.1 单位设定指令

与单位有关的指令主要有尺寸单位设定指令和进给速度单位设定指令。

1．尺寸单位设定指令

尺寸单位设定指令有G20、G21。其中G20表示英制尺寸，G21表示公制尺寸。G21为缺省值。

注：

1) 有些系统要求这2个代码必须在程序的开头坐标系设定之前用单独的程序段指令，一经指定，不允许在程序的中途切换。

2) 有些系统的公制/英制尺寸不采用G21/G20编程，如SIMENS和FAGOR系统采用G71/G70代码。

2．进给速度单位的设定指令

进给速度单位的设定指令是G94、G95。均为模态指令，G94为缺省值。

程序段格式为：

G94 F；或G95 F

G94设定每分钟进给量，单位依G20、G21的设定分别为in/min、mm/min。

G95设定每转进给量，单位依G20、G21的设定分别为in/r、mm/r。要说明的是这个功能必须在主轴装有编码器时才能使用。

3．半径和直径编程

半径和直径编程指令分别为G22和G23。注意，华中数控世纪星HNC-21/22T系统的直径/半径编程采用G36/G37代码。

4.3.2 快速定位指令

G00为快速定位指令，该指令的功能是要求刀具以点位控制方式从刀具所在位置以各轴设定的最高允许速度移动到指定位置，属于模态指令。它只实现快速移动，并保证在指定的位置停止。

程序段格式为：

G00　X　　Y　　Z　　

X Y Z为目标点坐标。

快速点定位的移动速度不能用程序指令设定，而是根据数控系统预先设定的速度来执行。若在快速点定位程序段前设定了进给速度F，指令F对G00程序段无效。        快速点定位对刀具的运动轨迹没有严格的精度要求，其执行过程是刀具由起始点开始加速移动至最大速度，然后保持快速移动，最后减速到达终点，实现快速点定位，这样可以提高数控机床的定位精度。

4.3.3 方向定位指令

方向定位指令G60与G00的功能相似，它们都是快速地进行定位。只不过G60定位的方式不同，它先快速到达一个中间点，然后再以一固定速度移到定位点。至于这个中间点在定位点的哪一侧，距定位点有多远是由机床的控制系统预先设定的。该指令为非模态指令，仅在本程序段中有效。

程序段格式为：

G60 X Y Z

其中X、Y、Z为定位终点。

在G90状态下定位点为终点在工件坐标系中的坐标；在G91状态下为终点相对于起点的偏移量。

4.3.4 线性进给指令

线性进给指令G01指令即直线插补指令，该指令的功能是指令刀具相对于工件以直线插补运算联动方式，按程序段中规定的进给速度F，由某坐标点移动到另一坐标点，插补加工出任意斜率的直线。

机床在执行G01指令时，在该程序段中必须具有或在该程序段前已经有F指令，如无F指令则认为进给速度为零。G01和F均为模态代码。

直线插补指令G01，一般作为直线轮廓的切削加工运动指令，有时也用作很短距离的空行程运动指令，以防止G00指令在短距离高速运动时可能出现的惯性过冲现象。

4.3.5  圆弧进给及螺旋线进给指令

1．圆弧插补指令

G02、G03为圆弧插补指令，该指令的功能是使机床在给定的坐标平面内进行圆弧插补运动。圆弧插补指令首先要指定圆弧插补的平面，插补平面由G17、G18、G19选定。圆弧插补有两种方式，一是顺时针圆弧插补，一是逆时针插补。编程格式有两种，一是I、J、K格式，另一种是R格式。

在G90方式下，圆弧终点坐标是绝对坐标尺寸；在G91方式下，圆弧终点坐标是相对于圆弧起点的增量值。I、J表示圆弧圆心相对于圆弧起点在X、Y方向上的增量坐标。即I表示圆弧起点到圆心的距离在X轴上的投影；J表示圆弧起点到圆心的距离在Y轴上的投影；K表示圆弧起点到圆心的距离在Z轴上的投影。I、J、K的方向与X、Y、Z轴的正负方向相对应。要注意的是I、J、K的值属于X、Y、Z方向上的坐标增量，与G90和G91方式无关。

I、J、K为零时可以省略，但不能同时为零，否则刀具原地不动或系统发出错误信息。

为了讨论的方便，在这里我们不考虑刀具半径对编程轨迹的影响，编程时假定刀具中心与工件轮廓轨迹重合。实际加工时，刀具中心与工件轮廓轨迹间总是相差一个刀具半径的，这就要用到刀具半径补偿功能。

在使用半径编程时，按几何作图会出现两段起点和半径都相同的圆弧，其中一段圆弧的圆心角α＞180º，另一段圆弧的圆心角α＜180º。编程时规定用R表示圆心角小于180º的圆弧，用R-表示圆心角大于180º的圆弧，正好180º时，正负均可。0

在实际加工中，往往要求在工件上加工出一个整圆轮廓。整圆的起点和终点重合，用R编程无法定义，所以只能用圆心坐标编程，从起点开始顺时针切削，整圆程序段如下：

G90　G17　G02　X80　Y50　I-35　J0　F120

2．螺旋线进给指令

以XY平面为例，程序段格式为：

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

4.3.6 暂停指令

G04为暂停指令，该指令的功能是使刀具作短暂的无进给加工(主轴仍然在转动)， 经过指令的暂停时间后再继续执行下一程序段，以获得平整而光滑的表面。G04指令为非模态指令。

4.4辅助功能及其它功能指令

4.4.1 辅助功能指令

辅助功能M代码是控制机床或系统的辅助功能动作的，如冷却泵的开、关；主轴的正反转；程序结束等。属于工艺性指令。M功能指令也有模态指令和非模态指令，这类指令与机床的插补运算无关。

辅助功能M指令由地址符M和其后两位数字组成。从M00到M99共100个，详见表4.2。下面介绍几个常用的M功能指令。

1．M00——程序停止指令

M00指令实际上是一个暂停指令。功能是执行此指令后，机床停止一切操作。即主轴停转、切削液关闭、进给停止。但模态信息全部被保存，在按下控制面板上的启动指令后，机床重新启动，继续执行后面的程序。

该指令主要用于工件在加工过程中需停机检查、测量零件、手工换刀或交接班等。

2．M01——计划停止指令

M01指令的功能与M00相似，不同的是，M01只有在预先按下控制面板上“选择停止开关”按钮的情况下，程序才会停止。如果不按下“选择停止开关”按钮，程序执行到M01时不会停止，而是继续执行下面的程序。M01停止之后，按启动按钮可以继续执行后面的程序。

该指令主要用于加工工件抽样检查，清理切屑等。

3．M02——程序结束指令

M02指令的功能是程序全部结束。此时主轴停转、切削液关闭，数控装置和机床复位。该指令写在程序的最后一段。

4．M03、M04、M05——主轴正转、反转、停止指令

M03表示主轴正转，M04表示主轴反转。所谓主轴正转，是从主轴向Z轴正向看，主轴顺时针转动；反之，则为反转。M05表示主轴停止转动。M03、M04、M05均为模态指令。要说明的是有些系统(如华中数控系统CJK6032数控车床)不允许M03和M05程序段之间写入M04，否则在执行到M04时，主轴立即反转，进给停止，此时按“主轴停”按钮也不能使主轴停止。

5．M06——自动换刀指令

M06为手动或自动换刀指令。当执行M06指令时，进给停止，但主轴、切削液不停。M06指令不包括刀具选择功能，常用于加工中心等换刀前的准备工作。

6．M07、M08、M09——冷却液开关指令

M07、M08、M09指令用于冷却装置的启动和关闭。属于模态指令。

M09表示关闭冷却液开关，并注销M07、M08、M50及M51（M50、M51为3号、4号冷却液开）。且是缺省值。

7．M30——程序结束指令

M30指令与M02指令的功能基本相同，不同的是，M30能自动返回程序起始位置，为加工下一个工件作好准备。

8．M98、M99——子程序调用与返回指令

M98为调用子程序指令，M99为子程序结束并返回到主程序的指令。

4.4.2 刀具功能指令

刀具功能也称为T功能，表示选择刀具和刀补号。一般具有自动换刀的数控机床上都有此功能。

刀具功能指令的编程格式因数控系统不同而不完全一样，主要有两种格式：

 “T”指令编程

刀具功能用地址符T加4位数字表示，前两位是刀具号，后两位是刀补号。刀补号即刀具参数补偿号，一把刀具可以有多个刀补号。如果后两位数为00，则表示刀具补偿取消。

T后接两位数字，表示刀号，选择刀具；D后面也是接两位数，表示刀补号。

定义这两个参数时，其编程的顺序为T、D。“T”和“D”可以编写在一起，也可以单独编写，例如，T5D8表示选择5号刀，采用刀具偏置表8号的偏置尺寸；如果在前面程序段中写T5，后面程序段中写入D8，则仍然表示选择5号刀，采用刀具偏置表8号的偏置尺寸。如果选用了D0，则表示取消刀具补偿。

4.4.3 进给功能指令

进给功能也称F功能，表示进给速度，属于模态代码。在G01、G02、G03和循环指令程序段中，必须要有F指令，或者在这些程序段之前已经写入了F指令。如果没有F指令，不同的系统处理方法不一样，有的系统显示出错，有的系统自动取轴参数中各轴“最高允许速度”的最小设置值。快速点定位G00指令的快速移动速度与F指令无关。

根据数控系统不同，F功能的表示方法也不一定相同。进给功能用地址符F和其后一位到五位数字表示，通常用F后跟三位数字（F×××）表示。进给功能的单位一般为mm/min，当进给速度与主轴转速有关时（如车削螺纹），单位为mm/r。

1．切向进给速度的恒定控制  F指令设定的是各轴进给速度的合成速度，目的在于使切削过程的切向进给速度始终与指令速度一样。系统自动根据F指令的切向进给速度控制各轴的进给速度。

2．进给量设定  一般用G94表示进给速度，单位是mm/min，用G95表示进给量，单位是mm/r。G94和G95都是模态代码，G94为缺省值。在华中数控系统中，用G98、G99指令设定F指令的进给量，单位分别为每分钟进给量(mm/min)和主轴每转进给量(mm/r)。G98和G99都是模态代码，G98为缺省值。

3．进给速度的调整  F指令给定的进给速度可通过“进给修调”形状调整。注意，“进给修调”在螺纹加工时无效。

4．快速移动速度  各轴的快速移动速度是在轴参数中设定的“最高允许速度”，可用“进给修调”形状调整，与F指令的进给速度无关。

4.4.4 主轴转速功能指令

S功能，表示主轴转速或速度，模态代码。主轴转速功能用地址符S加二到四位数字表示。用G97和G96分别指令单位为r/min或m/min，通常使用G97(r/min)。例如：

G96　S300　　　　；主轴转速为300m/min

G97　S1500　　　 ；主轴转速为1500r/min

4.5  不同数控系统功能的比较

同一G代码，不同数控系统所代表的含义不完全一样。因此在此特别提醒在实际使用时，一定要参照所用数控机床的编程使用说明书。

第5章  数控车床编程

目标：掌握数控车床的加工对象及编程要点；数控车床的刀具补偿；数控车床固定循环。

重点•难点：编程要点刀具补偿与固定循环.

5.1　概述

1.　数控车削加工的对象

数控车床主要用于轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。与常规车床相比，数控车床还适合加工工件。

2.  数控车床编程要点

数控车床的编程具有如下特点：

5.2　数控车床的刀具补偿

5.2.1　刀具位置补偿

在实际加工工件时，使用一把刀具一般不能满足工件的加工要求，通常要使用多把刀具进行加工。作为基准刀的1号刀刀尖点的进给轨迹如图5.1所示(图中各刀具无刀位偏差)。其它刀具的刀尖点相对于基准刀刀尖的偏移量（即刀位偏差）.在程序里使用M06指令使刀架转动，实现换刀，T指令则使非基准刀刀尖点从偏离位置移动到基准刀的刀尖点位置（A点）然后再按编程轨迹进给刀具在加工过程中出现的磨损也要进行位置补偿。

5.2.2　刀尖半径补偿

刀尖半径补偿的目的就是为了解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。

在车端面时，刀尖圆弧的实际切削点与理想刀尖点的Z坐标值相同；车外圆柱表面和内圆柱孔时，实际切削点与理想刀尖点的X坐标值相同。因此，车端面和内外圆柱表面时不需要对刀尖圆弧半径进行补偿。

当加工轨迹与机床轴线不平行（斜线或圆弧时），则实际切削点与理想刀尖点之间在X、Z轴方向都存在位置偏差，

为使系统能正确计算出刀具中心的实际运动轨迹，除要给出刀尖圆弧半径R以外，还要给出刀具的理想刀尖位置号T。

5.2.3 刀尖圆弧半径补偿的实现

刀尖圆弧半径补偿及其补偿方向是由G40、G41、G42指令实现的。

刀尖半径补偿指令的程序段格式为：

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

G40：取削刀尖圆弧半径补偿，也可用T××00取消刀补；

G41：刀尖圆弧半径左补偿（左刀补）。顺着刀具运动方向看，刀具在工件左侧，

G42：刀尖圆弧半径右补偿（右刀补）。顺着刀具运动方向看，刀具在工件右侧.

X、Z为建立或取削刀具圆弧半径补偿程序段中，刀具移动的终点坐标。

G40、G41、G42指令不能与G02、G03、G71、G72、G73、G76指令出现在同一程序段。G01程序段有倒角控制功能时也不能进行刀具补偿。在调用新刀具前，必须用G40取消刀补。

G40、G41、G42指令为模态指令，G40为缺省值。要改变刀尖半径补偿方向，必须先用G40指令解除原来的左刀补或右刀补状态。再用G41或G42指令重新设定，否则补偿会不正常。

当刀具磨损、重新刃磨或更换新刀具后，刀尖半径发生变化，这时只需在刀具偏置输入界面中改变刀具参数的R值，而不需修改已编好的加工程序。利用刀尖圆弧半径补偿，还可以用同一把刀尖半径为R的刀具按相同的编程轨迹分别进行粗、精加工。设精加工余量为△，则粗加工的刀具半径补偿量为R＋△，精加工的补偿量为R。

5.3　固定循环

数控车床的固定循环一般分为简单固定循环和复合固定循环。

5.3.1　简单固定循环

简单固定循环程序段可完成“切入-切削-退刀-返回”这四种常见的加工顺序动作。

1、内(外)径切削循环G80

(1) 圆柱面内(外)径切削循环

使用G80指令车削圆柱面时，R表示快速运动，F表示进给运动，U、W表示增量值。

程序段格式为：

G80 X Z F

 (2) 圆锥面内(外)径切削循环

程序段格式为

G80 X Z I F

2、端面切削循环G81

(1) 端平面切削循环

(2) 端锥面切削循环

G81与G80的区别只是切削方向的不同，G81的切削方向是X轴方向，主要适用于X向进给量大于Z向进给量的情况，例如圆盘类工件。G80的切削方向是Z轴方向，主要适用于Z向进给量大于X向进给量的情况.

5.3.2　复合固定循环

复合循环有三类：内(外)径粗车复合循环G71、端面粗车复合循环G72、封闭轮廓复合循环G73。

1、内(外)径粗车复合循环G71

程序段格式：

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

2、端面粗车复合循环G72

程序段格式：

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

G72指令与G71指令的区别仅在于切削方向平行于X轴，在ns程序段中不能有X方向的移动指令，其它相同。

3、封闭轮廓复合循环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适用于已初成形毛坯的粗加工。

 

5.3.3　螺纹切削循环

1、螺纹切削G32

程序段格式：

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

G32指令能加工圆柱螺纹、锥螺纹和端面螺纹。程序段中地址X省略为圆柱螺纹车削，地址Z省略为端面螺纹车削，地址X、Z都不省略为圆锥螺纹车削。F为螺纹导程。对于圆锥螺纹，当斜角 ≦45°时，螺纹导程在Z轴方向指定，斜角 ＜45°时，在X轴方向指定。

2、螺纹切削循环G82

程序段格式：

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

其中：C—螺纹头数，为0或1时切削单头螺纹；

P—单头螺纹时，为主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角(缺省值为0)；多头螺纹切削时，为相邻螺纹头的切削起始点之间对应的主轴转角。

其余同G32。

程序段格式：

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

I—螺纹起点B与螺纹终点C的半径差。其符号为差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程) ；

其余同直螺纹切削循环。

3、螺纹车削复合循环G76

程序段格式为：

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)

编程实例

（1）加工内容：

（2）工件坐标系：

（3）换刀点：

（4）公差处理：

2、工艺处理

（1）工步和走刀路线的确定，按加工过程确定走刀路线如下：

（2）刀具的选择和切削用量的确定，根据加工内容确定所用刀具

 3、数值计算

 4、编程

 

第6章  数控铣床编程

目标：掌握数控铣床加工程序的编制方法；数控铣加工的特点；刀具补偿的设置及其他指令代码；固定循环代码。

重点•难点： 编程方法、刀具补偿与固定循环.

6.1　数控铣床加工的特点

1）数控铣床加工的对象

数控铣床主要用于加工平面和曲面轮廓的零件，还可以加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等。同时也可以对零件进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工。

数控铣削机床的加工对象与数控机床的结构配置有很大关系。

立式结构的铣床一般适应用于加工盘、套、板类零件，一次装夹后，可对上表面进行铣、钻、扩、镗、锪、攻螺纹等工序以及侧面的轮廓加工；

卧式结构的铣床一般都带有回转工作台，一次装平后可完成除安装面和顶面以外的其余四个面的各种工序加工，适宜于箱体类零件加工；

万能式数控铣床，主轴可以旋转90°或工作台带着工件旋转90°，一次装夹后可以完成对工件五个表面的加工；

龙门式铣床适用于大型零件的加工。

2）数控铣床加工的特点

数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：

1、  零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。

2、  能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。

3、  能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。

4、  加工精度高、加工质量稳定可靠。

5、  生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。

6、  生产效率高。

7、  从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。

3） 数控铣床编程时应注意的问题

了解数控系统的功能及规格。不同的数控系统在编写数控加工程序时，在格式及指令上是不完全相同的。

熟悉零件的加工工艺。

合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液。

编程尽量使用子程序。

程序零点的选择要使数据计算的简单。

6.2  数控铣加工的刀具补偿及其他功能指令

6.2.1  刀具半径补偿 G40，G41，G42

G40，G41，G42是模态代码，它们可以互相注销。

6.2.2  刀具长度补偿G43、G44、G49

刀具长度补偿指令格式如下：

格式：G43(G44)  Z  H

Z为补偿轴的终点值，H为刀具长度偏移量的存储器地址。

把编程时假定的理想刀具长度与实际使用的刀具长度之差作为偏置设定在偏置存储器中，该指令不改变程序就可以实现对Z轴(或X、Y轴)运动指令的终点位置进行正向或负向补偿。

G43指令，实现正向偏置；G44指令，实现负向偏置。无论是绝对指令还是增量指令，由H代码指定的已存入偏置存储器中的偏置值在G43时加，在G44时则是从Z轴(或X、Y轴)运动指令的终点坐标值中减去。计算后的坐标值成为终点。

取消长度补偿指令格式：

G49 Z(或X或Y)

它和指令G44/G43 Z H00的功能是一样。G43、G44、G49为模态指令，它们可以相互注销。

由于偏置号的改变而造成偏置值的改变时，新的偏置值并不加到旧偏置值上。如：H01的偏置值为20.0，H02的偏置值为30.0时

G90 G43 Z100.0 H01      Z将达到120.0

G90 G43 Z100.0 H02      Z将达到130.0

刀具长度补偿同时只能加在一个轴上，下面的指令将出现报警。在必须进行刀具长度补偿轴的切换时，要取消一次刀具长度补偿。

G43 Z H

G43 X H

6.2.3  其他功能指令

1、段间过渡方式指令G09，G61，G64。

(1)准停检验指令G09，G61，G64。

格式：G09；

一个包括G09的程序段在继续执行下个程序段前，准确停止在本程序段的终点。该功能用于加工尖锐的棱角。G09仅在其被规定的程序段中有效。

(2)精确停止检验G61。

格式：G61。

在G61后的各程序段的移动指令都要准确停止在该程序段的终点，再继续执行下个程序段。编辑轮廓与实际轮廓相符。

G61与G09的区别在于G61为模态指令。G61可由G64注销。

(3)连续切削方式G64。

格式：G64：

2、简化编程的指令

(1）镜像功能指令G24，G25。

格式：G24 X   Y   Z

      M98 P 

      G25 X  Y  Z

(2）缩放功能指令G50、G51

格式：G51 X   Y   Z   P

      M98P

G50

缩放不能用于补偿量，并且对A、B、C、U、V、W轴无效。

(3）旋转变换指令G68，G69

G68为坐标旋转功能指令，G69为取消坐标旋转功能指令。

在XY平面：

格式：G68 X Y P

G69；

6.3  固定循环

6.3.1 概述

孔加工固定循环指令有G73，G74，G76，G80～G89,通常由下述6个动作构成，

固定循环的程序格式包括数据表达形式、返回点平面、孔加工方式、孔位置数据、孔加工数据和循环次数。其中数据表达形式可以用绝对坐标G90和增量坐G91表示。    

固定循环的程序格式：

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

式中第一个G代码（G98或G99）指定返回点平面，G98为返回初始平面，G99为返回R点平面。第二个G代码为孔加工方式，即固定循环代码G73，G74，G76和G81～G89中的任一个。固定循环的数据表达形式可以用绝对坐标（G90）和相对坐标（G91）表示，数据形式（G90或G91）在程序开始时就已指定，因此，在固定循环程序格式中可不写出。X、Y为孔位数据，指被加工孔的位置；Z为R点到孔底的距离（G91时）或孔底坐标（G90时）；R为初始点到R点的距离（G91时）或R点的坐标值（G90时）；Q指定每次进给深度（G73或G83时）或指定刀具位移增量（G76或G87时）；P指定刀具在孔底的暂停时间；I、J指定刀尖向反方向的移动量；K指定每次退刀（G76或G87时）刀具位移增量；F为切削进给速度；L指定固定循环的次数。G73、G74、G76和G81～G89、Z、R、P、F、Q、I、J都是模态指令。G80、G01～G03等代码可以取消循环固定循环。

在固定循环中，定位速度由前面的指令速度决定。

6.3.2 钻孔循环

1、高速深孔加工循环 G73

值为每次的进给深度，退刀用快速，其值K为每次的退刀量。

2、钻孔循环(钻中心孔) G81

G81指令的循环,包括X、Y坐标定位、快进、工进和快速返回等动作。

注：如果Z的移动位置为零，该指令不执行。

3、带停顿的钻孔循环 G82

除了要在孔底暂停外，该指令其它动作与G81相同。暂停时间由地址P给出。此指令主要用于加工盲孔，以提高孔深精度。

4、深孔加工循环 G83

深孔加工指令G83的循环，每次进刀量用地址Q给出，其值q为增量值。

2、镗孔循环 G86

G86指令与G81相同，但在孔底时主轴停止，然后快速退回。

6.3.4 攻螺纹

6.3.5 取消固定循环

取消固定循环G80。该指令能取消固定循环，同时R点和Z点也被取消。

注：

①在固定循环中，定位速度由前面的指令决定。

②固定循环指令前应使用M03或M04指令使主轴回转。

③各固定循环指令中的参数均为非模态值，因此每句指令的各项参数应写全。在固定循环程序段中，X、Y、Z、R数据应至少指令一个才能进行孔加工。

④控制主轴回转的固定循环（G74、G84、G86）中，如果连续加工一些孔间距较小，或者初始平面到R点平面的距离比较短的孔时，会出现在进入孔的切削动作前主轴还没有达到正常转速的情况，遇到这种情况时，应在各孔的加工动作之间插入G04指令，以获得时间。

⑤用G00～G03指令之一注销固定循环时，若G00～G03指令之一和固定循环出现在同一程序段，且程序格式为

G00 (G02，G03) G  X  Y  Z  R  Q  P  I  J  F  L时，按G00(或G02，G03)进行X、Y移动。

⑥在固定循环程序段中，如果指定了辅助功能M，则在最初定位时送出M信号，等待M信号完成，才能进行加工循环。

⑦固定循环中定位方式取决于上次是G00还是G01，因此如果希望快速定位则在上一程序段或本程序段加G00。

6.4  数控铣加工编程实例

 

第7章  加工中心编程

目标：掌握加工中心的特点、加工对象、换刀方法及程序编制。

重点•难点： 换刀方法与编程方法、换刀方法

7.1　加工中心的特点

1）加工中心的加工特点

加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，具有数控镗、铣、钻床的综合功能。

加工中心具有良好的加工一致性和经济效益。与其它数控机床相比，具有以下特点：

1．加工工件复杂，工艺流程很长时，能排除工艺流程中的人为干扰因素，具有较高的生产效率和质量稳定性。

2．由于工序集中和具有自动换刀装置，工件在一次装夹后能完成有精度要求的铣、钻、镗、扩、铰、攻丝等复合加工。

3．在具有自动交换工作台时，一个工件在加工时，另一个工作台可以实现工件的装夹，从而大大缩短辅助时间，提高加工效率。

4．刀具容量越大，加工范围越广，加工的柔性化程序越高。

2） 加工中心程序的编制特点

一般使用加工中心加工的工件形状复杂、工序多，使用的刀具种类也多，往往一次装夹后要完成从粗加工、半精加工到精加工的全部过程。因此程序比较复杂。在编程时要考虑下述问题。

1、  仔细地对图纸进行分析，确定合理的工艺路线。

2、  刀具的尺寸规格要选好，并将测出的实际尺寸填入刀具卡。

3、  确定合理的切削用量。主要是主轴转速、背吃刀量、进给速度等。

4、  应留有足够的自动换刀空间，以避免与工件或夹具碰撞。换刀位置建议设置在机床原点。

5、  为便于检查和调试程序，可将各工步的加工内容安排到不同的子程序中，而主程序主要完成换刀和子程序的调用。这样程序简单而且清晰。

6、  对编好的程序要进行校验和试运行，注意刀具、夹具或工件之间是否有干涉。在检查M、S、T功能时，可以在Z轴锁定状态下进行。

3） 加工中心的主要加工对象

适用于加工形状复杂、工序多、精度要求高的工件。                                  7.1.4  加工中心的换刀形式

多采用刀库式自动换刀装置。带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。

换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外。

1、刀库的种类

(1)直线刀库。

(2)圆盘刀库。

 (3)链式刀库。

(4)其他刀库。

2、换刀方式

(1)无机械手换刀。

(2)机械手换刀。

7.2  加工中心的换刀程序

7.2.1  加工中心主轴的准停

主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机床上，由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须停在一个固定准确的位置上，以利于机械手换刀。

主轴准停装置有机械式和电气式两种。

7.2.2  换刀程序

除换刀程序外，加工中心的编程方法和普通数控机床相同。

不同的数控系统，其换刀程序是不相同的，通常选刀和换刀分开进行。

实例

1、工艺分析

装夹：

刀具：

工步：

切削参数：根据毛坯材料、刀具材料和机床特性，

2、数据计算

3、加工程序