第2章 数控加工的程序编制.

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1 第2章 数控加工的程序编制

2 2.1      概 述 数控编程的基本概念 根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制数控加工指令序列,就是数控加工程序，或称零件程序。制备数控加工程序的过程称为数控加工程序编制简称数控编程(Nc Programming)，它是数控加工中的一项极为重要的工作。 数控编程方法简介 1) 手工编程 2)自动编程 以自动编程语言为基础的方法 以计算机辅助设计为基础的方法

3 2.2 数控编程的基础 2.2.1 编程的几何基础 1．机床坐标系 机床上固有的坐标系 数控机床的主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行
2.2 数控编程的基础 编程的几何基础 1．机床坐标系 机床上固有的坐标系 数控机床的主轴与机床坐标系的Z轴重合或平行

4 2．机床零点与参考点 机床零点：机床坐标系的零点。（基准点） 参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。 返回参考点 3. 工件坐标系与工件零点 用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐 标系。 选择工件零点的原则：便于将工件图的尺寸方便地转化编程的坐标值和提高加工精度。 4．编程零点 编程零点是编程坐标系的零点，即程序零点。 5. 绝对尺寸与增量尺寸 从工件坐标系的原点进行标注的尺寸 相对它前一点的位置增量进行标注的尺寸

5 2.2.2 编程的工艺基础 数控编程的特点：需要处理工艺问题 1.加工工件的选择 不同类型的零件要选用不同的数控机床进行加工。
编程的工艺基础 数控编程的特点：需要处理工艺问题 1.加工工件的选择 不同类型的零件要选用不同的数控机床进行加工。 2.加工工序的划分 ⑴刀具集中分序法 ⑵粗、精加工分序法 ⑶按加工部位分序法 3.工件的装卡方式 (1)尽量采用组合夹具 (2)选择合理的零件定位、夹紧的部位 避免干涉，便于测量 (3)选择合理的夹紧力位置和方向 减少变形 (4)装卡、定位要考虑到重复安装的一致性 先平面，后孔 先简单，后复杂 先精度低，后精度高

6 4.加工路线的确定 ⑴应尽量减少进、退刀等辅助时间。 ⑵铣削时，要尽量采用顺铣加工方式。 ⑶选择合理的进、退刀位置。 ⑷加工路线一般是先加工外轮廓，再加工内轮廓。 5.切削用量的选择 考虑机床、刀具、工件材料、冷却液等因素。

7 数控程序编制的内容与步骤 零件图纸分析 确定加工的工艺路线 刀位轨迹计算 编写程序 程序输入 程序校验、试切 加工

8 典型的数控编程过程与步骤： 1．加工工艺分析 2．计算加工轨迹和加工尺寸 3．编制加工程序清单 4．程序输入 5．程序校验和试切削

9 2.3 数控标准 2.3.1 数控程序编制的国际标准和国家标准 1. ISO代码和EIA代码 国际标准化协会 美国电子工业协会
2.3 数控标准 数控程序编制的国际标准和国家标准 1. ISO代码和EIA代码 国际标准化协会 美国电子工业协会 2. 数控标准的内容： 数控的名词术语； 数控机床的坐标轴和运动方向； 数控机床的字符编码（ISO代码、EIA代码） 数控编程的程序段格式； 准备机能（G代码）和辅助机能（M代码）； 进给功能、主轴功能和刀具功能。

10 2.3.2 程序结构与程序段格式 1. 加工程序的结构 加工程序 主程序和子程序 程序段(block) 字(word) 地址和数据
程序结构与程序段格式 1. 加工程序的结构 加工程序 主程序和子程序 程序段(block) 字(word) 地址和数据 2. 程序段格式 N××××G××X±××××.×××Y±××××.×××F××S××T××M××LF 进给功能字 程序段序号 坐标字 刀具功能字 准备机能字 辅助功能字 主轴转速功能字 结束符

11 常用地址字符 地址字 意 义 A 、B、 C 围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字 F 、S、T 进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能
地址字 意 义 A 、B、 C 围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字 F 、S、T 进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能 G 准备机能 I、J、K 插补参数 M 辅助机能 N 程序段序号 U、V 、W 与X、Y、Z轴平行的第2移动坐标尺寸字 X 、Y、 Z 主坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字

12 准备功能也叫G功能(或机能、代码、指令)，由字母G和其后两位数字组成(现在已超过两位数，已有三位数G代码)。 (3)坐标字
3．程序段中“功能字”的意义 (1)程序段序号 (2)准备功能字 准备功能也叫G功能(或机能、代码、指令)，由字母G和其后两位数字组成(现在已超过两位数，已有三位数G代码)。 (3)坐标字 坐标字也叫尺寸字，用来给定数控机床各坐标轴的位移量和方向。 4)进给功能字 进给功能也叫F功能．表示刀具相对于工件的运动速度。 (5)主轴转速功能字 主轴转速功能也称S功能，用以设定主轴速度。

13 （6)刀具功能字 刀具功能也叫T功能，它在更换刀具时用来指定刀具号和刀具长度补偿。 (7)辅助功能字 辅助功能也叫M功能，用它指定主袖的启停、冷却液通断等规定的辅助功能(数控系统具有的开关量功能)。 (8)程序段结束符 程序段的末尾表示一个程序段结束的符号。

14 2.4 数控系统的指令代码 2.4.1 国际标准化组织准规定的准备功能指令代码—G代码 2.4.2 FANUC系统G代码指令集
2.4 数控系统的指令代码 国际标准化组织准规定的准备功能指令代码—G代码 （见教材表2.2） 模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同组其它G代码所代替 非模态代码：的功能仅在所出现的程序段内有效 同组的两个代码不能出现在一个程序段中 不同组的G代码根据需要可以在一个程序段中出现 FANUC系统G代码指令集 （见教材表2.3和2.4）

15 （1）选择机床坐标系指令（G53） G53 XαYβ； （2）工件坐标系设定指令 G92 X400. Z250.
G代码功能介绍（以FANUC系统为例） 1.与坐标系有关的G代码 机床原点 参考点 β α （1）选择机床坐标系指令（G53） G53 XαYβ； （2）工件坐标系设定指令 G92 X400. Z250. φ400 250 z x

16 G92 X180. Y150. （3）选择工件坐标系指令（G54～G59） y 基准点 150 180 x G54 机床坐标系原点 G55
参考点 机床坐标系原点

17 (6)设定局部坐标系指令（G52） G52 X100. Y50. 机床坐标系原点 参考点 局部坐标系 G59 G58 G57 G56 G55
⊙ ● 机床坐标系原点 参考点 局部坐标系 G59 G58 G57 G56 G55 G54

18 (7)坐标平面设定指令（G17，G18，G19） G17----xy平面; G18----zx平面; G19----yz平面.

19 2. 坐标值尺寸G代码 （1）绝对值和增量值编程指令（G90，G91） G90 X40.0 Y70.0； 绝对值编程
30.0 40.0 100.0 终点 起点

20 （2）极坐标尺寸指令 G16； 建立极坐标指令方式 G15； 取消极坐标指令方式
绝对值指令编程 N1 G17 G90 G16 N2 G81 X100.0 Y30.0 Z-20.0 R-5.0 F200.0 N3 Y150.0 N4 Y270.0 N5 G15 G80 相对值指令编程 N1 G17 G90 G16 N3 G91 Y120.0 N4 Y120.0 100

21 3.关于参考点的G代码 （3）公制，英制转换指令 G20；英制输入 G21；公制输入 (4) 小数点编程 (5) 直径值与半径值指定
（1）返回参考点校验指令（G27 IP_） （2）自动返回参考点指令（G28 IP_） （3）返回到第二、第三和第四参考点指令（G30 pi IP_ ） （4）自动从参考点返回指令（G29 IP_）

22 G28和G29指令应用的例子； G28 G90 X1000.0 Y700.0；返回参考点（A→B→R） T1111； 在参考点换刀
G29 X Y200.0； 从参考点返回（R→B→C） 200 300 700 400 1000 1500 A B R C X Y

23 4.插补功能G代码 （1）定位（快速）指令（G00）
A B

24 （2）单方向定位指令（G60） 结束位置 暂停 开始位置 过冲量

25 （3）直线插补指令（G01） G01XxYyZz Ff x轴方向的进给速度： 其中：
例：直线轴插补：（G91）G01 X200.0 Y100.0 F200.0； 旋转轴插补： G91 G01 C –90.0 F300.0； Y 110.0 X O （终点） 220.0 （起点） 10.0 进给速度 300deg/min 90°

26 方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往负向观察
（4）圆弧插补指令 顺时针圆弧插补指令（G02） 逆时针圆弧插补指令（G03） 方向：从XY平面（ZX平面，YZ平面）的Z轴（Y轴，X轴）的正向往负向观察 G18 G19 G17 Y X Z G03 G03 G03 G02 G02 G02 Y X Z

27 格式： G03 Xx Yy Ii Jj Ff 或 G03 Xx Yy Rr Ff x,y----终点坐标(与G90和G91有关 ) I,j----圆心坐标(增量值，与G90和G91无关 ) r------圆弧半径(负值表示大于180度圆弧) f 切向速度 例： G03 X100. Y100. I50. J50. F100. G03 X100. Y100. R50. F100.

28 说明 （1）采用绝对坐标编程时, X、Y、Z为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值；采用增量坐标编程时，X、Y、Z为圆弧终点相对于圆弧起点的坐标增量值。 （2）无论是绝对坐标编程还是增量坐标编程，I、J、K都为圆心坐标相对圆弧起点坐标的增量值，如下图所示。 相对编程 绝对编程

29 （3）圆弧所对的圆心角 180时，用“+R”表示；当 180时，用“–R”表示，如下图的圆弧1和圆弧2。

30 圆弧插补示例，加工轨迹如图 绝对编程方式： G92 X200.0 Y40.0 Z0；
G90 G03 X140.0 Y100.0 I-60.0 F300； G02 X Y60.0 I-50.0； 或 G92 X200.0 Y40.0 Z0； G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300； G02 X120.0 Y60.0 R5 0.0； 增量编程方式： G91 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 F300； G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0； 或 G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300； G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0； R60 R50 100 60 40 O Y X

31 （5）螺旋线插补指令 F代码规定为刀具沿圆弧的进给速度 例： G91G17G03X-50.Y50.R50.Z30F100.
刀具轨迹 Y X

32 （8）螺纹切削指令 格式： G33 IP_ F_； 其中 IP_：螺纹终点位置 F_：长轴方向导程（或螺距）
例: 加工螺纹长度10mm，螺距1.5mm，指令为 G33 Z10.0 F1.5； X Z

33 （9）跳过功能指令 指令格式：G31 IP_； 应用场合：加工停止位置由跳过信号指定，如 磨削加工，工件尺寸测量等。 示例：
应用场合：加工停止位置由跳过信号指定，如 磨削加工，工件尺寸测量等。 示例： G31 G90 X200.0 F100.0； X300.0 Y280.0； G31 G91 X100.0 F100.0； Y50.0； Y Y 跳过信号输入 （300，280） 跳过信号输入 280 50 X 100 x

34 5.进给功能G代码 （1）每分进给量指令（G94） G94；每分进给G代码 F_；进给速度指令（mm/min或inch/min）
F_；进给速度指令（mm/rev或inch/ren） （3）时间倒数进给速度指令（G93） G93；倒数时间进指令G代码 F_；进给速度指令（1/min） （4）一位进给速度F代码指令 Fn； n：1—9数字 当在F后面用一位数字(1—9)指定时，由数字号表示的进结 速度被设置。

35 6. 切削速度控制G代码 （1）准确停止指令（G09） 到终点之前减速并进行“到位检测”,非模态指令。 （2）准确停止方式指令(G61)
到终点之前减速并进行“到位检测”,模态指令。 （3）切削方式指令（G64） 终点前不减速而移到下一个程序段，模态指令。 （4）攻丝方式指令（G63） 同G64但进给倍率固定为1。 （5）自动拐角倍率指令（G62） 在拐角两端，运动速度会自动地减少。 （6）暂停指令（G04） G04 X_；或G04 P_； 例: 暂停1秒的指令为：G04 X1000

36 7.主运动速度G代码 ①恒表面速度控制指令 格式为： G96 S○○○○○； ↑线速度（m/min或feet/min） ②恒表面速度控制取消指令 G97 S○○○○○； ↑主轴速度（rpm）

37 8.补偿功能G代码 刀具长度补偿指令 格式：G43(G44) _ H_ G43：正偏移 G44：负偏移 G49：取消长度补偿
_：指定轴的位置 H_：偏移值地址 例：H1----刀具偏移值为20.0 G90 G43 Z100.0 H1; 刀具将沿Z轴运动到120.0的位置

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39 刀具补偿功能的应用

40 8.补偿功能G代码 （2）刀具偏移指令 G45 IP_D_；增加一个刀具偏移量的移动距离 G46 IP_D_；减少一个刀具偏移量的移动距离
指定正的刀具偏移值 指定负的刀具偏移值 G45 G46 G47 G48

41 N9 G46 X0；运动量为零，刀具向-X方向移动一个刀偏值； N10 G46 G02X-30.0 Y30.0；J30.0；
40 20 N13 N12 R30 N11 N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 N14 30 50 35 刀具： Φ20 刀偏号： 01 刀偏值：+10 N1 G91 G46 G00 X35.0 Y20.0 D01； N2 G47 G01 X50.0 F120.0； N3 Y40.0； N4 G48 X40.0； N5 Y- 40.0； N6 G45 X30.0； N7 G45 G03 X30.0 Y30.0 J30.0； N8 G45 G01 Y20.0； N9 G46 X0；运动量为零，刀具向-X方向移动一个刀偏值； N10 G46 G02X-30.0 Y30.0；J30.0； N11 G45 G01 Y0；运动量为零，刀具向+Y方向移动一个刀偏值； N12 G47 X-120.0 N13 G47 Y-80； N14 G46 G00 X-35.0 Y-20.0

42 （3）刀具半径补偿C指令 B刀补----尖角用圆弧过渡 C刀补----尖角用折线过渡 左刀补: G00（或G01）G41 IP_D_；
偏移矢量 建立刀补 取消刀补

43 用直线运动建立刀补(从刀具偏移开始一直到刀具偏移完成)，在该程序段终
点形成一个与起点A到终点B(x、y)的直线方向垂直的新偏移矢量，G41指令所形成的矢量在直线的左边(沿直线前进的方向)。G42在右。偏移矢量的长短由D代码指定。圆弧插补情况下，其偏移矢量在圆弧每个点上的方向是变化的。它是沿着圆弧在这个点的法线方向，即圆弧半径方向或者说是与圆弧在该点的切线垂直方向。

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45 G92 X0 Y0 Z0；设定绝对坐标系，刀具位于开始位置（X0，Y0，Z0）；
N1 G90 G17 G00 G41 D07 X250.0 Y550.0；建立刀具半径补偿； N2 G01 Y900.0 F150； N3 X450.0； N4 G03 X500.0 Y R650.0； N5 G02 X900.0 R-250.0； N6 G03 X950.0 Y900.0 R650.0； N7 G01 X1150.0； N8 Y550.0； N9 X700.0 Y650.0； N10 X250.0 Y550.0； N11 G00 G40 X0 Y0； Y P1(250,550) P2 (250,900) P3(450,900) P4(500,1150) P5(900,1150) C1(700,1300) R250 C2(1550,1550) R650 C3(-150,1150) P6(950,900) P7 (1150,900) P8(1150,550) P9(700,650) X

46 G92 X0 Y0 Z50 G00 X-60 Y-40 S500 M03 Z5 G01 Z-10 F20 G42 D1 X-40 Y-20
R40 R20 (-6.195,39.517) Y W 10 G92 X0 Y0 Z50 G00 X-60 Y-40 S500 M03 Z5 G01 Z-10 F20 G42 D1 X-40 Y-20 X20 G03 X40 Y0 I0 J20 X Y R40 G01 X-40 Y20 Y-20 G40 X-60 Y-40 G00 Z50

47 （4）拐角圆弧插补指令 G39；或G39 N1 Y10.0 N2 G39； N3 X-10；
拐角圆弧终点的矢量垂直于由I,J,K确定的矢量。 N1 Y N2 G39； N3 X-10； N1 Y10.0; N2 G39 I-1.0 J2.0； N3 X-10.0 Y20.0； Y X N1 0,10 N2 偏移矢量 N3 刀具中心轨迹 I=-1,J=2 编程轨迹 -10,20 N1 偏移矢量 0,10 N2 编程轨迹 N3 刀具中心轨迹 -10,10 X Y

48 （５）刀尖Ｒ补偿指令（G40～G42） 车削加工所用刀具的刀尖是圆形的，在锥度切削和圆弧切削时，仅用刀具长度补偿是不够的，还需用刀尖R补偿，且要事先输入参数：刀尖半径R、车刀形状和刀尖圆弧位置（9种方位）。 刀尖圆弧放大图 圆头刀假想刀尖 （a） （b） 刀尖圆弧半径的影响 理想刀尖位置号

49 9.固定循环指令 （1）钻镗类固定循环指令 一个固定循环最多时由下列六个动作顺序组成： 动作1 X、Y轴定位(增量或绝 对值)；
动作2 快速进给到R点平面； 动作3 孔加工； 动作4 孔底的动作； 动作5 退回到R点平面； 动作6 快速退回到初始平面。 图2.51 固定循环动作

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51 1）高速深孔钻削循环（G73） G73X_Y_Z_R_Q_F_K_； (X、Y)为孔位置数据， Z ：增量编程时指从R点到孔底的 增量值。
绝对编程时指孔底的坐标值。 R ：增量编程时指从初始平面到R 点的增量值。 绝对编程时指R点的坐标值。 Q_：每次切削进给的深度 K ：加工相同距离的多个孔时， 指定循环次数K 初始平面 参考平面 工件上表面 R q Z d G99 G98

52 例：加工4个直径为30mm通孔 G90 G00 X0.Y0. Z100. G98 G73 X120. Y-75. Z-46. R2. Q8. F60 Y75. X-120. Y-75. G80 G00 Z200. 120 75 40

53 2）左旋螺纹攻丝循环（G74） G74X_Y_Z_R_P_F_K_； 其中P为暂停时间
初始平面 参考平面 工件上表面 主轴逆时针转动 主轴顺时针转动 R Z

54 3）精密镗孔循环（G76） 指令格式： G76X_Y_Z_R_ Q_P_F_K_； Q_：让刀位移量 P_: 孔底停留时间
主轴顺时针 初始平面 R 参考平面 工件上表面 P Z q

55 4）钻削循环（G81） G81X_Y_Z_R_F_K_；
工件上表面 参考平面 Z R G99 G98 初始平面

56 5）钻、镗阶梯孔循环（G82） G82X_Y_Z_R_P_F_K_；
工件上表面 参考平面 Z R G99 G98 初始平面 P

57 6）深孔加工循环（G83） G83X_Y_Z_R_Q_F_K_；
参考平面 工件平面 初始平面 G98 G99 d R Z

58 7）攻螺纹循环（G84） G84X_Y_Z_R_P_F_K_；
初始平面 参考平面 工件上表面 主轴顺时针转动 主轴逆时针转动 R Z

59 8）镗孔循环（G85） G85X_Y_Z_R_F_K_；
初始平面 参考平面 G99 G98 Z点 工件平面

60 9）镗孔循环（G86） G86X_Y_Z_R_F_K_；
主轴停转 Z点 R点 G99 参考平面 （主轴正转） 初始平面 G98 主轴正转

61 10）背镗循环（G87） G87X_Y_Z_R_Q_ P_F_K_；
主轴定向停 刀具 q R点 Z点 主轴正转 P

62 11）镗孔循环（G88） G88X_Y_Z_R_P_F_K_；
主轴停转 G99 （主轴正转） R点 G98 初始平面 主轴正转

63 12）镗孔循环（G89） G89X_Y_Z_R_P_F_K_； 13）取消固定循环指令（G80） G80；
初始平面

64 N011 G00X0Y0M05； X、Y坐标返回到参考点，主轴停；
N001 G92X0Y0Z0；工件坐标系设置在参考点； N002 G90G00Z250.0T11M06； 到换刀点换T11刀具； N003 G43Z0H11；到初始平面，长度补偿； N004 S30M03； 主轴正转； N005 G99G81X400.0Y-350.0Z-153.0R-97.0F120；定位，钻1孔； N006 Y-550.0； 钻2孔； N007 G98Y-750.0；钻3孔； N008 G99X1200.0；钻4孔； N009 Y-550.0； 钻5孔； N010 G98Y-350； 钻6孔； N011 G00X0Y0M05； X、Y坐标返回到参考点，主轴停； N012 G49Z250.0T15M06； 到换刀点，取消刀具长度补偿，换T15刀具； N013 G43Z0H15； 到初始平面，并进行刀具长度补偿； N014 S20M03； 主轴正转； 参考点 350 100 400 150 250 3 2 1 7 8 11 12 13 9 10 6 5 4 50 30 20 T11 T15 T31 返回位置 初始平面 200 190 钻孔1～6： φ10mm； 钻孔7～10：φ20mm 镗孔11～13：φ95mm

65 N015 G99G82X550.0Y-450.0Z-130.0R-97.0P300F70； 定位，钻7孔，返到R平面，孔底暂停；
N016 G98Y-650.0； 定位，钻8孔，返回到初始平面，孔底暂停； N017 G99X1050.0； 定位，钻9孔，返回到R平面，孔底暂停； N018 G98X-450.0； 定位，钻10孔，到初始平面，孔底暂停； N019 G00X0Y0M05； 返回到参考点，主轴停； N020 G49Z250.0T31M06； 到换刀点，取消长度补偿，换T31刀具； N021 G43Z0H31； 到初始平面，进行刀具长度补偿； N022 S10M03；主轴正转； N023 G99G85X800.0Y-350.0Z-153.0R-47.0F50； 定位，钻11孔，返回到R平面； N024 G91Y-200.0K2； 定位，钻12、13孔，返回到R平面； N025 G28X0Y0M05； 经中间点（0,0,-47.0）回到参考点，主轴停； N026 G49Z0；取消刀具长度补偿； N027 M00； 程序停止。 参考点 350 100 400 150 250 3 2 1 7 8 11 12 13 9 10 6 5 4 50 30 20 T11 T15 T31 返回位置 初始平面 200 190 钻孔1～6： φ10mm； 钻孔7～10：φ20mm 镗孔11～13：φ95mm

66 G77X（U）_Z（W）_F_； G77X（U）_Z（W）_I_F_；
（3）车削单一固定循环指令 1）外径、内径车削循环指令（G77） 指令格式： G77X（U）_Z（W）_F_； G77X（U）_Z（W）_I_F_； （X，Z） R：快速进给 F：切削进给 2（F） 3(F） 4(R) 1(R） Z X 4（R） 3（F） 1（R） I (X，Z) 有些车削数控系统不使用G90/G91绝对值/增量值指令。用X、Z表示绝对值尺寸，用U、W表示对应X、Z的增量值尺寸。而且编程时可以混合使用。另外X轴方向为了适应直径和半径尺寸标注，可以用参数设置为直径指定或半径指定。

67 2）螺纹切削循环指令（G78） 指令格式： G78X（U）_Z（W）_F_； G78X（U）_Z（W）_I_F_；
约 45° 4（R） 1（R） 2（F） 3（F） (X，Z) r X Z R：快速进给 F：切削进给 r：精加工量 4(R) 1(R) 2(F) 3(F) 约 45° I r X Z

68 3）端面切削循环指令（G79） 指令格式： G79X（U）_Z（W）_F_； G79X（U）_Z（W）_K_F_；
1(R) 2(F) 3(F) 4(R) X Z X，Z R：快速进给 F：切削进给 K

69 （4）车削复合固定循环指令 1）外径粗车循环（G71） 2) 外径精车循环（G70） 指令格式： G71U（△d）R（e）；
G71P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）； G70P（ns）Q（nf）； N（ns）……；在顺序号N（ns）和N（nf）的程序段之间指定的加工路线。 … N（nf）……； 其中 △d — 每次半径方向的吃刀量,半径值； e — 每次切削循环的退刀量，半径值。 ns — 指定路线的第一个程序段序号； nf — 指定路线的最后一个程序段序号； △u — X轴方向的精车余量； △w — Z轴方向的精车余量； 程序轨迹 Aˊ △W △u/2 e (R) (F) △d A C 45° B

70 应用举例：已知粗车切深为2mm，退刀量为1mm，精车余量在X轴方向为0.6 mm（直径值），Z轴方向为0.3mm
N010 G92 X250.0 Z160.0； 设置工件坐标系； N020 T0100； 换刀，无长度和磨损补偿； N030 G96 S55 M04； 主轴反转，恒线速度（55m/min）控制； N040 G00 X45.0 Z5.0 T0101； 由起点快进至循环起点A，用1号刀具补偿； N050 G71 U2 R1； 外圆粗车循环，粗车切深2mm，退刀量1mm； N060 G71 P070 Q110 U0.6 W0.3 F0.2；精车路线为N070～N110。 N070 G00 X22.0 F0.1 S58； 设定快进A→A′,精车进给量0.1 mm/r，恒线速度控制； N080 G01 W-17； 车φ22外圆 N090 G02 X38.0 W-8.0 R8；车R8圆弧 N100 G01 W-10.0；车φ38外圆 N110 X44.0 W-10.0；车锥面； N120 G70 P070 Q110； 精车循环开始结束后返回到A点； N130 G28 U30.0 W30.0； 经中间点（75，35）返回到参考点； N140 M30；程序结束。 10 20 R8 5 0.3 B Xp 160 Zp A C 250 2 1 Ф44 Ф38 Ф22

71 2）端面粗车循环（G72） G72W（△d）R（e）； G72P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）；
N（ns）……；在N（ns）和N（nf）的程序段间，指定粗加工路线。 … N（nf）……； △d — 每次Z方向的吃刀量； e — 每次切削循环的退刀量。 ns — 指定精加工路线的第一个程序段序号； nf — 指定精加工路线的最后一个程序段序号； △u — X轴方向的精车余量（直径/半径指定）； △w — Z轴方向的精车余量； C △d A A′ e （F） （R） 45° B △U/2 △w R：快速进給 F：切削进給

72 应用举例：已知粗车切深为2mm，余量在X轴方向为0.5 mm，Z轴方向为2mm。
N101T0100M41；自动换刀，采用1号刀具，无长度和磨损补偿； N102G97S220M08；取消主轴恒线速度控制，开冷却液； N103G00X176.0Z2.0M03；由起点快进至循环起点A，主轴正转； N104G96S120；恒线速度（120 m/min）控制； N105G72W2.0；端面粗车循环，Z向切深2mm，退刀量由参数指定；N106G72P107Q100U2.0W0.5F0.3；精车路线为N107～N100。 N107G00Z-100.0F0.15S150； 精车进给量0.15 mm/r，恒线速度控制（150m/min）； N108G01X120.0Z-60.0； 移动到φ120、Z-60 mm； N009 Z-35.0； 车φ120的外圆； N100X80.0W35.0；车锥面。 N110G70P107Q100；精车循环； N111G00G97X200.0Z142.0； 返回到换刀点； N114M30；程序结束。 Ф200 A′ Ф150 Ф120 Ф80 O B 1 88 A C X 2 140 35 10 15 40

73 11.比例缩放和旋转变换指令 （1）比例缩放指令（G50,G51） G51X_Y_Z_P_； 比例缩放开始；
(G51X_Y_Z_I_J_K_；) … 比例缩放有效 G50 ； 比例缩放取消。 Y X P1 P1′ P2 P2′ P3′ P3 P4′ P4 P0 G51 X0 Y0 P2 G01 X100 Y G01 X200 Y400 G50 G51 X0 Y0 I2 J3 G01 X100 Y G01 X200 Y600

74 （2）坐标旋转指令（G68,G69） G68α_β_R_；坐标旋转开始 … 坐标系旋转方式 G69 ； 取消坐标系旋转指令 其中：
… 坐标系旋转方式 G69 ； 取消坐标系旋转指令 其中： α_β_ --旋转中心的绝对坐标值，指定平面的二个轴； R --旋转角度 旋转角度（R） （α,β） 旋转中心 Y X

75 N1 G92 X0 Y0 G69 G01 ；设定坐标系、取消坐标旋转、设定G01运动；
例： N1 G92 X0 Y0 G69 G01 ；设定坐标系、取消坐标旋转、设定G01运动； N2 G42 G90 X100.0 Y100.0 F1000 D01 ； 右刀补，运动到(100,100)； N3 G68 R ；坐标旋转.旋转中心：(100,100), 旋转角:30°； N4 G91 X200.0 ； N5 G03 Y100.0 I100.0 J50.0 ； N6 G01 X ； N7 Y ； N8 G69 G40 G90 X0 Y0 ; 取消坐标旋转，取消刀补，回到原点 M30 ； 程序停止。 Y 200 150 100 300 X 30°

76 2.4.4 辅助功能指令—M代码 M代码指令主要用于数控机床开、关量的控制。如程序结束，主轴的正、反转，冷却液的开、停等。 M00—暂停指令
见表2.17

77 2.4.5 子程序与宏程序 主程序与子程序 子程序调出的形式： M98 P○○○ ○○○○ ； 子程序号 重复调用次数（最大999）
子程序与宏程序 主程序与子程序 子程序调出的形式： M98 P○○○ ○○○○ ； 子程序号 重复调用次数（最大999） O0001; … M98P11000; M30; O1000; M98P12000; M99; O2000; M98P13000; 主程序 子程序 1重嵌套 2重嵌套

78 例:如图所示零件，进行打中心孔、钻孔、攻螺纹等加工。
主程序为O0003；钻中心孔、钻孔、倒角、攻螺纹和钻孔位置子程序分别为O0100、O0200、O0300、O0400和O0500号。工件坐标系的原点为W，固定循环的初始平面为Z=250㎜，R点平面为Z=2㎜，钻通孔钻头伸出量为2㎜，中心孔的孔深为1.5㎜，倒角深度为1㎜，其它尺寸如图。 刀具: T01（中心钻） T02（Ф8.5钻头） T03（倒角钻头） T04（M10丝锥）。 4 3 2 1 W Ф80 X Y Z 8.5 15 M10

79 N10 G54 G90 G00X0 Y0 Z250.0 ；选择工件坐标系，快进到换刀点 N15 T01 M06 ；换上01号刀具—中心钻
O0003 ； 主程序 N10 G54 G90 G00X0 Y0 Z250.0 ；选择工件坐标系，快进到换刀点 N15 T01 M06 ；换上01号刀具—中心钻 N20 S1500 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N25 M98 P0100 ；在四个孔中心孔位置打中心孔 N30 T02 M06 ；换02号刀具—Ф8.5钻头 N35 S1000 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N40 M98 P0200 ；钻四个孔 N45 T03 M06 ；换03号刀具—倒角 N50 S1500 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N55 M98 P0300 ；给每个孔倒角 N60 T04 M06 ；换04号刀具—M10丝锥 N65 S200 M03 M08 ；启动主轴，开冷却液 N70 M98 P0400 ；对四个孔攻丝 N75 G28 ；返回参考点主程序结束 N80 M30 ；主程序结束 4 3 2 1 W Ф80 X Y Z 8.5 15 M10

80 N85G99G81X-40.0Y0R2.0Z-1.5F10.0；钻中心孔循环，钻第1个孔的中心孔
O0100；钻中心孔子程序 N85G99G81X-40.0Y0R2.0Z-1.5F10.0；钻中心孔循环，钻第1个孔的中心孔 N90 M98 P0500 ；调用孔位置子程序（二级调用），钻2、3、4孔的中心孔 N95 M99 ； O0200 ；钻孔子程序 N100G99G81X-40.0Y0R2.0Z-17.0F10.0 ；钻第1个孔 N105 M98 P0500 ；调用孔位置子程序，钻2、3、4孔 N110 M99 ； O0300 ；倒角子程序 N115 G99G81X-40.0Y0.R2.0Z-1.0F20.0 ；第1个孔倒角 N120 M98 P0500 ；调用孔位置子程序， 对2、3、4孔倒角 N125 M99 ； O0400 ；攻丝子程序 N130 G99G84X-40.0Y0R2.0Z-17.0F10.0 ；攻第1个孔 N135 M98 P0500；调用孔位置子程序， 对2、3、4孔攻丝 N140 M99 ； O0500 ；位置子程序 N150 X0 Y40.0 ； 第2个孔的位置 N155 X40.0 Y0 ； 第3个孔的位置 N160 X0.0 Y-40.0 ；第4个孔的位置 N165 M99 ； 4 3 2 1 W Ф80 X Y Z 8.5 15 M10

81 3. 用户宏程序A 使用方法与子程序类似，区别是在宏程序主体中，除了使用通常的CNC指令外，还可以使用变量的CNC指令，进行变量运算，宏指令可以给变量设定实际值。 变量 1）变量的概念:变量用＃和后面的数字表示，其格式为：＃i（i =1,2,3…） 2）变量的引用:变量可以代替宏程序中地址后面的数值。 例：F＃103，G00Z-＃100， G＃130， 3) 公共变量和系统变量 公共变量（＃100～＃149、＃500～＃531） 系统变量 ① 刀具偏移（＃1～＃99、＃2000～＃2200） ② 接口输入信号（＃1000～＃1015、＃1032） ③ 接口输出信号（＃1100～＃1115、＃1132、＃1133） ④ 计时信息（＃3011、＃3012） ⑤ 需要零件计数和加工零件计数信息（＃3901、＃3902） ⑥ 模态信息（＃4001～＃4120） ⑦ 位置信息（＃5001～＃5083）

82 其中:m=01～99，Hm表示运算指令和转移指令的功能； ＃i：加入运算结果的变量名； ＃j,＃k：被运算的变量名，可以定为常量；
4）运算指令和转移指令（G65） 格式：G65 Hm P＃i Q＃j R＃k ； 其中:m=01～99，Hm表示运算指令和转移指令的功能； ＃i：加入运算结果的变量名； ＃j,＃k：被运算的变量名，可以定为常量； 例： G65 H01 P#100 Q0；#100=0 G65 H02 P#100 Q#101 R#102；#100=#101+#102 G65 H84 P2000 Q#100 R#101；#100<#101时，转移到N2000程序段 G代码 H代码 功 能 定 义 G65 H01 定义，置换 ＃i=＃j ″ H02 加法 ＃i=＃j+＃k H03 减法 ＃i=＃j-＃k H04 乘法 ＃i=＃j×＃k H05 除法 ＃i=＃j÷＃k H22 绝对值 H31 正弦 ＃i=＃j·SIN（＃k） H32 余弦 ＃i=＃j·COS（＃k） H84 条件转移4 IF＃j＜＃k，GOTOn ＃i= ＃j

83 例：在以圆心为（X0，Y0），半径为r的圆周上，始角为α加工n个等分孔。 X0、Y0：螺栓孔圆周基准点的坐标值 使用变量：
＃100：表示加工第i个孔的计数（i） ＃101：计数的总值= n（ie） ＃102：第i个孔的角度（θ1） ＃103,＃104 ：第i个孔的坐标值（Xi,Yi） 调出用户宏程序主体的程序O0010(主程序)； N010 G65 H01 P＃500 Q ； X = 100 mm G65 H01 P＃501 Q ； Y = -200 mm G65 H01 P＃502 Q ； r = 100 mm G65 H01 P＃503 Q20000 ； α = 20° G65 H01 P＃504 Q12 ； n = 12 N020 G92 X0 Y0 Z0 ； 设定坐标系 N025 M98 P9010 ； 调出用户宏程序 G00 X0 Y0 ； 回原点 N030 M02 ； 程序结束 基准点X0,Y0 r α X Y 第3孔 第2孔 第1孔 第n孔

84 用户宏程序主体如下（子程序）： O9010； N100 G65 H01 P＃100 Q0 ； i=0
G65 H01 P＃101 Q＃504 ； ie =n N200 G65 H04 P＃102 Q＃100 R360000； G65 H05 P＃102 Q＃102 R＃504 ； G65 H02 P＃102 Q＃503 R＃102 ； G65 H32 P＃103 Q＃502 R＃102 ； G65 H02 P＃103 Q＃500 R＃103 ； G65 H31 P＃104 Q＃502 R＃102 ； G65 H02 P＃104 Q＃501 R＃104 ； G90 G00 X＃103 Y＃104 ；第i孔定位 N250 …； 孔加工代码 G65 H01 P＃100 Q＃100 R1 ； i=i+1 G65 H84 P200 Q＃100 R＃101 ； i＜ie时，转移到N200程序段 N300 M99 ； 用户宏程序主体结束 X=X + rCOS（θi） 基准点X0，Y0 r α X Y 第3孔 第2孔 第1孔 Y=Y + rSIN（θi）

85 2．5 手工编程 手工编程是指基本上由人工完成程序编制的各个阶段的任务，按照数控机床的指令格式和程序结构，根据加工要求远行写出每一个程序段，组成零件的数控工程序。然后打印出程序单或用键盘输入到数控装置中去。 2．5．2 数控车削加工程序编制

86 例:如图3-31所示工件，需要进行精加工，其中φ 85mm 外圆不加工。毛坯为φ 85mm × 340mm 棒材，材料为45钢。

87 工件以φ 85mm 外圆及右中心孔为定位基准，用三爪自定心卡盘夹持φ 85mm 外圆，用机床尾座顶尖顶住右中心孔。加工时自右向左进行外轮廓面加工，走刀路线为：倒角——车螺纹外圆——车圆锥——车φ 62mm 外圆——倒角——车φ 80mm 外圆——车R 70mm 圆弧——车φ 80mm 外圆——切槽——车螺纹。根据加工要求，采用三把刀具：1号刀车外圆，2号刀切槽，3号刀车螺纹。

88 精加工程序如下： O0003； N 10 G 50X200.0 Z350.0； 工件坐标系设定 N 20 G 30 U0 W0 T0101； 换1号刀 N20 S 630 M 03； N 30 G 00 X41.8 Z M 08； 快速进给 N 40 G 01 X48.34 Z F 0.15； 车端面

89 N50 Z230. 0； 车螺纹外圆 N60 X50. 0； 车台阶 N70 X62. 0 W-60. 0； 车圆锥 N80 Z155
N50 Z230.0； 车螺纹外圆 N60 X50.0； 车台阶 N70 X62.0 W-60.0； 车圆锥 N80 Z155. 0； 车φ 62mm 外圆 N90 X78. 0； 车台阶 N100 X80.0 W-10.0； 倒角 N110 W-19. 0； 车φ 80mm 外圆

90 N 120 G 02 W-60.0 I3.25 K-30.0； 车R 70mm 圆弧 N 130 G 01 Z65.0； 车φ 80mm 外圆 N140 X90. 0； 车台阶 N 150 G 00 X200.0 Z350.0 T 0100 M 09； 退刀 N 160 G 30 U0 W0 T0202； 换2号刀 N170 S 315 M 03； N 180 G 00 X51.0 Z 227 M 08；

91 N 190 G 01 X45. 0 F 0.16； 切槽 N 200 G 04 O5. 0 ； 暂停进给5s N 210 G 00 X51.0； N220 X200.0 Z350.0 T 0200 M 09； N 230 G 30 U0 W0 T0303； 换3号刀 N240 S 200 M 03； N 250 G 00 X62.0 Z M 08； 快速接近车螺纹进给刀起点

92 N 260 G 92 X47. 54 Z 228. 5 F 1. 5； 螺纹切削循环，螺距为 1. 5mm N270 X46
N 260 G 92 X47.54 Z F 1.5； 螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N270 X46. 94；螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N280 X46. 54；螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N290 X46. 38；螺纹切削循环，螺距为 1.5mm N 300 G 00 X200.0 Z350.0 T 0300 M 09； N 310 M 05； N 320 M 30；

93 2．5．3 数控铣削加工程序编制

94

95 2.6 自动编程 自动编程的基本概念 程序编制是数控加工的重要组成部分，对于简单平面零件可以根据图纸用手工直接编写数控加工程序。对于复杂平面零件特别是三维以上零件加工程序的编制，需要大量复杂的计算工作，程序段的数量也非常多。不但繁琐、枯燥，而且在许多情况下用手工编程几乎是不可能的。因此发展了计算机自动编程方法。 随着计算机技术和算法语言的发展，首先提出了用“语言程序”的方法实现自动编程，经过不断的发展，现在已出现了多种成熟的图形交互自动编程系统。

96 2.6.2 语言程序编程系统 数控编程语言：是专门为自动编制数控加工程序设计的一种计算机语言。
语言程序编程系统 数控编程语言：是专门为自动编制数控加工程序设计的一种计算机语言。 数控语言编程：就是借助于数控编程语言实现数控自动编程的方法。 零件源程序：用专用的语言和符号来描述零件图纸上的几何形状及刀具相对零件运动的轨迹、顺序和其它工艺参数等 。 零件源程序 后置处理 输入翻译 数值计算 穿孔纸带 加工程序单 编译程序 通用计算机 APT自动编程系统

97 数控语言编程系统在数控机床使用的早期起到了很大的作用，但总的趋势是使用者越来越少。主要原因是用数控语言来表达图形和加工过程显得很不直观，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD、CAPP系统有效集成；不容易做到高度的自动化。为此世界各国都在开发集产品设计、分析、加工为一体的图形交互编程方法。1978年法国达索公司开发了CATIA系统，随后很快出现了Pro/E、UG、CATIA、IDEAS等系统。图形交互编程建立在CAD/CAM系统的基础上，具有编程速度快、精度高、直观性好、便于检查、使用方便等优点。

98 2.6.3 图形交互自动编程系统 图形交互自动编程系统: 和CAD数据库及CAPP系统有效的连接；三维设计、分析、NC加工于一体。
图形交互自动编程系统 图形交互自动编程系统: 和CAD数据库及CAPP系统有效的连接；三维设计、分析、NC加工于一体。 常见的CAD/CAM系统： Solid works Pro/Engineering MasterCAM I-DEAS UG CAXA

99 主要处理过程： 1．几何造型 几何造型就是利用CAD软件的图形编辑功能交互自动地进行图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等工作，将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上，与此同时，在计算机内自动形成零件图形数据库。这就相当于APT语言编程中，用几何定义语句定义零件几何图形的过程。其不同点就在于它不是用语言，而是用计算机交互绘图的方法，将零件的图形数据输入到计算机中。这些图形数据是下一步刀具轨迹计算的依据。自动编程过程中，软件将根据加工要求提取这些数据，进行分析判断和必要的数学处理，以形成加工的刀具位置数据。

100 2．刀具走刀路径的产生 图形交互自动编程的刀具轨迹的生成是面向屏幕上的图形交互进行的。首先调用刀具路径生成功能，然后根据屏幕提示，用光标选择相应的图形目标，点取相应的坐标点，输入所需的各种参数。软件将自动从图形中提取编程所需的信息，进行分析判断，计算节点数据，并将其转换为刀具位置数据，存入指定的刀位文件中或直接进行后置处理并生成数控加工程序，同时在屏幕上模拟显示出零件图形和刀具运动轨迹。

101 3．后置处理 后置处理的目的是形成各个机床所需的数控加工程序文件。由于各种机床使用的控制系统不同，其数控加工程序指令代码及格式也有所不同。为解决这个问题，软件通常为各种数控系统设置一个后置处理用的数控指令对照表文件。在进行后置处理前，编程人员应根据具体数控机床指令代码及程序的格式事先编辑好这个文件，然后后置处理软件利用这个文件，经过处理，输出符合数控加工格式要求的NC加工文件。

102 2．7 程序编制中的数学处理 2．7．1 基点和节点的计算
2．7 程序编制中的数学处理 2．7．1 基点和节点的计算 被加工零件轮廓曲线可能由许多不同的几何元素组成。如直线、圆弧和二次曲线等、各几何元素之间的连接点行为基点、基点的坐标值可以从零件图样上直接得到，或经过换算，或解联立方程获取。当被加工零件轮廓曲线不是由直线、圆弧等基本插补线型组成时，需用直线一段一段的逼近曲线，但要满足逼近误差的要求，这样一来，将曲线分成若干小直线段，二个直线的交点称为节点。节点的计算随着轮廓曲线复杂程度的不同而不同。

103 2．7．2 刀具中心轨迹的计算 加工轮廓时，数控系统控制刀具中心轨迹(也称刀位轨迹)的运动，而编程时使用的是工件轮廓数据，相差一个刀具半径。刀具中心轨迹为工件轮廓的等距线。另外，刀具在加工两个几何元素过渡棱角时，为了防止干涉、过切，或者得到圆角、锐角，需要将刀具中心轨迹延长、缩短、或插入圆弧、直线过渡段。早期的数控系统受计算机速度的限制，没有刀具偏移运算功能，必须计算刀具中心轨迹。现代数控系统具有刀具补偿功能和各种棱角过渡功能，编程人员不必进行汁算，只要合理选择即可。但了解其中的原理对使用和开发数控系统是有益处的，

104 2．7．3 非圆曲线刀位轨迹的计算 1.线性逼近的基本方法
2．7．3 非圆曲线刀位轨迹的计算 1.线性逼近的基本方法 线性逼近是各种插补算法的基础，用直线可以逼近圆弧、非圆曲线、列表曲线、复杂曲线和曲面。这里以直线逼近内轮廓圆弧为例说明线性逼近的计算方法。线性逼近有如图2.121所示的三种力法：图a为弦线逼近法；图b为切线逼近法；图c为割线逼近法。分别用弦线、切线、割线逼近一段圆弧。通过误差计算可以证明，割线逼近误差最小，切线逼近误差最大，

105 2．直线逼近非圆曲线节点的计算 直线逼近非圆曲线常用的有等间距法、等程序段法和等误差法。 一个已知方程的曲线节点数目主要取决于曲线方程的特性及允许的逼近差法，将直线方程和曲线方程联立求解即可求得一系列的节点坐标，并按节点划分程序段。 2．7．4 空间曲线曲面的刀位轨迹计算 空间曲线、曲面的刀位轨迹计算由计算机和自动编程软件完成，其数学处理较为复杂，要进行大量地计算。

106 第二章结束 谢谢大家！