数控铣编程简易教案(数控铣小组)
第1章数控铣床编程
一、基本内容
1、数控铣床编程基础
2、数控铣床编程指令
二、教学参考时数：14
三、授课形式：理论
四、学习要求
1、掌握数控铣床的加工工艺
2、掌握数控铣床的坐标系统
3、掌握准备功能指令
4、掌握子程序指令的应用
5、掌握图形变换功能指令
6、掌握数控铣床编程的基本方法
7、了解数控铣床的工艺装备
1.1数控铣床编程基础
1.1.1数控铣床概述
1、数控铣床的主要功能
数控铣床从结构上可分为立式、卧式、龙门铣等几种，配置不同的数控系统也有差别。除各自特点之外，数控铣床一般具有的主要功能有以下几方面。
(1）点位控制功能：钻孔加工。
(2）连续轮廓控制功能：直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓工件。
(3) 刀具半径自动补偿功能
(4) 比例及镜像加工功能
(5) 固定循环功能：用于孔加工。
(6) 旋转功能
(7) 子程序调用功能
(8) 宏程序功能
2、数控铣床的组成及各组成部分的作用 1）、主轴箱
包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接影响，要求动平衡性很高，刚性好，回转精度高，有良好的热稳定性，能传递足够的力矩和功率。
2）、进给伺服系统
由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。
图一 数控铣床结构
3）、控制系统
速控铣床运动控制中心，执行数控加工程序，控制机床进行加工。 4）、辅助装置
如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置 5）、机床基础件
通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架，应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。
工作台 电气柜
6）、铣床附件、刀具的使用
（1）刀柄
数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在主轴上，由刀柄夹持传递速度、扭矩。数控铣床GSVM6540L2采用BT40系列刀柄和拉钉，采用气动装夹方法装夹刀柄。
（2）Z轴设定器
主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的Z轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。Z 轴设定器有光电式和指针式等类型。
（3）寻边器
主要用于确定工件坐标系在机床坐标系中的X、Y值，也可测量工件的简单尺寸。有偏心型和光电式等类型。
（4）机用虎钳：
主要用于形状比较规则的零件铣削加工，其具有使用方便灵活的特点，若加工精度要求高、需要较大的夹紧力时可采用较高精度的机械式或液压式虎钳。
3、数控铣床的加工工艺范围
铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。
立式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；
龙门铣床适用于大型零件的加工。
数控铣削主要适合于下列几类零件的加工：
(1) 平面类零件(2) 直纹曲面类零件
(3) 立体曲面类零件
①行切加工法
图1.1 行切加工法
②三坐标联动加工
图1.2 三坐标联动加工
1.1.2数控铣床坐标系统
1、机床坐标系
右手笛卡尔直角坐标系原则
(1）Z轴坐标
规定与主轴线平行的坐标轴为Z坐标(Z轴)，并取刀具远离工件的方向为正方向。
(2）X轴坐标运动
X轴规定为水平平行于工件装夹表面。
对于立式加工中心，从主轴向立柱看，立柱右方规定为X轴的正方向：当机床是卧式(Z轴是水平的卧式铣床、卧式镗床、卧式加工中心等)的，从主轴向工件看，+X方向指工件的右方向。
(3）Y轴坐标运动
2、机床零点与机床坐标系的建立
机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和凋整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。
数控装置通电后通常要进行回参考点操作（回零），以建立机床坐标系。所谓回零，就是主轴直线坐标或旋转坐标(如回转工作台)回到正向的极限位置。
3、工件坐标系与加工坐标系
工件坐标系是编程人员在编程时相对于工件建立的坐标系，它只与工件有关，而与机床坐标系无关。
在程序开头就要设置工件坐标系，大多的数控系统可用G92指令建立工件坐标系，或用G54一G59指令选择工件坐标系。
当零件在机床上被装卡好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置就成为加工原点，也称为程序原点。由程序原点建立起的坐标系就是加工坐标系。
1.2数控铣床编程指令
1.2.1插补功能
1、坐标轴运动（插补）功能指令
(1）点定位指令G00
点定位指令(G00)为刀具以快速移动速度移动到用绝对值指令或增量值指令指定的工件坐标系中的位置。
指令格式：G00X—Y—Z一；
式中X—Y—Z一为目标点坐标。以绝对值指令编程时，刀具移动到终点的坐标值；以增量值指令编程时，指刀具移动的距离，用符号表示方向。例：
图1.6
使用G00指令用法如下。如上图1.6所示，刀具由A点快速定位到B点其程序为：
G00G90X120．Y60．；（绝对坐标编程）
(2）直线插补指令G01
用G01指定直线进给，其作用是指令两个坐标或三个坐标以联动的方式，按指定的进给速度F，从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置，插补加工出任意斜率的平面或空间直线。
指令格式：G0lX—Y—Z—F一；
式中X—Y—Z一为目标点坐标。可以用绝对值坐标，也
可以用增量坐标。F（mm／min)为刀具移动的速度。加工时进
给速度F可以通过CNC的控制面板上的旋钮在（0—120％）
之间变化。程序段G01X10．Y20．Z20．F80．使刀具从当前
位置以80mm／min的进给速度沿直线运动到(10,20,20)的位
图1.7
置。
例3：假设当前刀具所在点为X-50.Y-75.，则如下程序段 N1G01X150.Y25.F100； N2X50.Y75.；
将使刀具走出如图1.7所示轨迹。
说明：三坐标一般不同时用，是为了防止撞工件. (3）圆弧插补指令G02和G03
G02表示按指定速度进给的顺时针圆弧插补指令，G03表示按指定速度进给的逆时针圆弧插补指令。顺圆、逆圆的判别方法是：沿着不在圆弧平面内的坐标轴由正方向向负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03，
程序
格式：
XY 平面：G17G02X ～Y ～I ～J ～(R ～)F ～ G17G03X ～Y ～I ～J ～(R ～)F ～ ZX 平面：
G18G02X ～Z ～I ～K ～(R ～)F ～ G18G03X ～Z ～I ～K ～(R ～)F ～ YZ 平面：
G19G02Z ～Y ～J ～K ～(R ～)F ～
G19G03Z ～Y ～J ～K ～(R ～)F ～
式中X 、Y 、Z 为圆弧终点坐标值，可以用绝对值，也
可以用增量值，由G90或G91决定。由I 、J 、K 方式编圆弧时，I 、J 、K 表示圆心相对于圆弧起点在X 、Y 、Z 轴方向上的增量值。若采用圆弧半径方式编程，则R 是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角为0~180时，R 取正值；当圆心角为180~360时，R 取负值。圆心角为180时，R 可取正值也可取负值。
应当注意：
①整圆只能用I 、J 、K 来编程。若用半径法以二个半圆相接，其圆度误差会太大。 ②一般CNC 铣床开机后，设定为G17。故在XY 平面貌一新铣削圆弧时，可省G17。
图1.8 G02与G03的判别
图1.9
③同一程序段同时出现I、J和R时，以R优先。
④当I0或J0或K0时，可省不写。
例4：如图1.9所示，设刀具起点在原点O→A→B，则有下列程序：N10G90G00X40Y60 N20G02X120R40（绝对坐标编程，用R指令圆心）
或N20G02X120I40J0（绝对坐标编程，用I、J指令圆心）
例5：如图1.10所示，设刀具起点在A点，A→B→C，
则有下列程序：G02X80Y20R-40
设刀具起点在A点，A→C，则有下列程序：G02X80Y20R40
例6：如图1.11所示，加工整圆，则有下列程序：G02I40
2、坐标系设置指令
1）、G54-G59指令
在机床中，我们可以预置六个工件坐标系，通过在CRT-MDI
量，然后使用G54~G59指令来选用它们，G54~G59
别对应1＃～6＃预置工件坐标系。
G54~G59指令的作用就是将NC
坐标系中坐标值为预置值的点
指令格式：G54（～G59）该指令执行后，所有坐标值指
定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。
例8：如图1.13所示，加工坐标系1（G54）为XOY，加
工坐标系2（G55）为X1OY1，刀具从A点切削到B点：G54G01X120Y80
或G55G01X40Y40
4）局部坐标系(G52)
G52可以建立一个局部坐标系，局部坐标系相当于G54～
G59坐标系的子坐标系。
指令格式：G52X—Y—Z—；该指令中，X—Y—Z—给出
了一个相对于当前G54～G59坐标系的偏移量，也就是说，
图1.10
图1.11 图1.13
图1.14
X—Y—Z—给定了局部坐标系原点在当前G54～G59坐标系中的位置坐标。
取消局部坐标系的方法也非常简单，使用G52X0Y0Z0；即可。
例9：如图1.14所示加工坐标系1（G54）为XOY，局部加工坐标系（G52）为X1OY1，刀具从A点切削到B点：
N10G54G01X120Y80
或
N10G54
N20G52X80Y40
N30G01X40Y40
N40G52X0Y0
5）平面选择指令G17、G18、G19
平面选择指令G17、G18、G19分别用来指定程序段中刀具的圆弧插补平面和刀具补偿平面。
G17：选择XY平面；
G18：选择ZX平面；
G19：选择YZ平面。
一般CNC铣床开机后，设定为G17。
3、坐标尺寸指令(1）绝对值输入指令G90和增
量值输入指令G91
①G90指令规定在编程时按绝对值方式输入坐
标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以工件
坐标系坐标原点(程序零点)为基准来计算。
②G91指令规定在编程时按增量值方式输入坐
标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以起始
点为基准来计算，再根据终点相对于始点的方向判断
正负，与坐标轴同向取正，反向取负。
如图1.15所示，是绝对值指令编程和增量值指令编程的对比。
通过上例，我们可以更好地理解绝对值方式和增量值方式的编程。
(2）极坐标系指令(G15、G16)
坐标值可以用极坐标(半径和角度)输入
指令格式为：
G16；极坐标系指令有效。 G15；极坐标系指令取消。
极坐标的平面选择与圆弧插补的平面选样方法相同，使用G17、G18、G19指令。用所选平面的第l 轴指令半径，第2轴指令角度。例如，选择XY 平面时，地址X 指令半径，地址Y 指令角度，规定所选平面第1轴(+方向)的逆时针方向为角度的正方向，顺时针方向为角度的负方向。
半径和角度可以用绝对值指令(G90)，也可用值指令（G91）
① 当半径用绝对值指令指定时，局部坐标系原点成为极坐标系中心， ② 当半径用增量值指令指定时，当前点成为极坐标系中心
例10：如图1.16所示，设刀具起点在A 点，移动轨迹为A→B→C ，则 （B 点）
N10G17G90G16N20G01X100Y60F80N30G91Y60（C 点） N30G15
（3）英制／米制转换(G20、G21) 4、切削用量及进给功能 （1）主轴转速S
主轴转速用S 表示，如主轴转速为500r/min,写为S500
S 代码是模态的，即转速值给定后始终有效，直
到另一个S 代码改变模态值。
（2）主轴旋转方向
（3）进给速度和进给量
G94表示进给速度，单位mm/min ， G95表示进给量，单位mm/r 进给速度和进给量用F 表示。 （4）切削方式（G64）
图1.16
（5）精确停止(G09)及精确停止方式
(G61)
（6）暂停(G04)
作用：在两个程序段之间产生一段时间的暂停。 格式：G04P-；或G04X-；
地址P 或X 给定暂停的时间，以秒为单位，范围是0.001~9999.999秒。如果没有P 或X ，G04在程序中的作用与G09相同。
5、辅助功能
辅助功能代码及其含义辅助功能包括各种支持机床操作的功能，像主轴的启停、程序停止和切削液节门开关等等。
6、刀具补偿（1）刀具半径补偿指令G40~G42 刀具半径补偿功能是指数控程序按零件的实际轮廓来编写，加工时系统自动偏离轮廓一个刀具半径(称偏置
量)，生成偏置的刀具中心轨迹。
① 刀具半径左补偿指令G41和右补偿指令
G42。 刀具半径左补偿是指沿着刀具运动方向向前
看(假设工
件不动)，刀具位于零件左侧的刀具半径补偿，指令代码为G41，如图1.19所示。
刀具半径右补偿是指沿刀具运动方向向前看(假设工件不动)，刀具位于零件右侧的刀具半径补偿，指令代码为G42，如图1.20所示。
指令格式：G00(G01)G41(G42)X —Y —D 一； 式中的X 、Y 表示刀具移至终点时，轮廓曲线(编程轨迹)上点的坐标值；D 为刀具半径补偿寄存器地址字，后面一般用两位数字表示偏置量的代号，偏置量在加工
前可用MDI 方式输入
图4.19
图1.20
为了保证刀具从无半径补偿运动到所希望的刀具半径补偿起始点，必须用一直线程序段G00或C01指令来建立刀具半径补偿。
注意：
a.在运用刀具半径补偿后的刀补状态中，如果存在有两段以上的没有移动指令值或存在非指定平面轴的移动指令段，则有可能产生进刀不足或进刀超差。
b. G41、G42与顺铣逆铣的关系。在立式铣床上铣外轮廓时，采M03、G41加工方式为顺铣：铣槽内轮廓时，采用M03、G41加工方式为逆铣。采用G42时相反。
②取消刀具半径补偿指令G40
指令格式：G00(G01)G40X—Y—；
X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标
.3.7刀具半径补偿指令
在零件轮廓铣削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计
算刀具中心轨迹，直接按零件图样上的轮廓尺寸编程，
数控系统提供了刀具半径补偿功能，见图1.28。
图1.28 刀具半径补偿
1、编程格式
G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿，见图1.29。
图1.29 左偏刀具半径补偿
G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿，见图1.30。G40 为补偿撤消指令。
程序格式：
G00/G01 G41/G42 X～ Y～ H～//建立补偿程序段
…… //轮廓切削程序段
……
G00/G01 G40 X～ Y～//补偿撤消程序段
其中：
G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；
G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标；
H为刀具半径补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与刀具半径值一一对应。刀具半径值可用CRT/MDI方式输入，即在设置时，H～ = R。如果用H00也可取消刀具半径补偿。
2、工作过程
图1.31~图1.33表示的刀具半径补偿的工作过程。其中，实线表示编程轨迹；点划线表示刀具中心轨迹；r等于刀具半径，表示偏移向量。
(1)刀具半径补偿建立时，一般是直线且为空行程，以防过切。以G42为例，其刀具半径补偿建立见图
1.33。
图1.31 建立刀具半径补偿
（2）刀具半径补偿一般只能平面补偿，其补偿运动情况见图1.32。
（3）刀具半径补偿结束用G40撤销，撤销时同样要防止过切，如图1.33。
（4）注意：
1）建立补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动。
2
）建立补偿的程序段，一般应在切入工
件之前完成。
3）撤销补偿的程序段，一般应在切出工
件之后完成。
3、刀具半径补偿量的改变
一般刀具半径补偿量的改变，是在补偿撤销的状态下重新设定刀具半径补偿量。如果在已补偿的状态下改变补偿量，则程序段的终点是按该程序段所设定的补偿量来计算的。如图1.34所示。
4、刀具半径补偿量的符号
一般刀具半径补偿量的符号为正，若取为负值时，会引起刀具半径补偿指令G41与G42的相互转化。
5、过切
通常过切有以下两种情况：
（1）刀具半径大于所加工工件内轮廓转角时产生的过切，如图1.35所示。
（2）刀具直径大于所加工沟槽时产生的过切，如图1.36所示。
6、刀具半径补偿的其它应用
应用刀具半径补偿指令加工时，刀具的中心始终与工件轮廓相距一个刀具半径距离。当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，只需在刀具补偿值中输入改变后的刀具半径，而不必修改程序。在采用同一把半径为R 的刀具，并用同一个程序进行粗、精加工时，设精加工余量为△，则粗加工时设置的刀具半径补偿量为R+△，精加工时设置的刀具半径补偿量为R ，就能在粗加工后留下精加工余量△，然后，在精加工时完成切削。运动情况见图1.37。
图1.37 刀具半径补偿的应用实例
下面举例说明。
使用半径为
图1.23
O10
G55G90G01Z40F2000//进入2号加工坐标系
M03S500//主轴启动
G01X-50Y0//到达X，Y坐标起始点
G01Z-5F100//到达Z坐标起始点
G01G42X-10Y0H01 //建立右偏刀具半径补偿
G01X60Y0//切入轮廓
G03X80Y20R20//切削轮廓
G03X40Y60R40//切削轮廓
G01X0Y40//切削轮廓
G01X0Y-10//切出轮廓
G01G40X0Y-40//撤消刀具半径补偿
G01Z40F2000//Z坐标退刀
M05//主轴停
M30//程序停
2）刀具长度补偿指令G43/G44/G49
（1）功能
指令格式：
G43Z_H_;把指定的刀具偏置值加到命令的Z坐标值上，如图1.24所示。
G44Z_H_;把指定的刀具偏置值从命令的Z坐标值上减去，如图1.24所示。
G49Z_;取消刀具偏置值。
如图1.24
（2）举例例12：如图 1.25所示，设H01=0
时，用以下程序加工得图示尺寸零件
G54G90G00X30Y-5 G43Z5H01M03S350 G01Z-3F50 G41Y30D01 Y90 X110 Y30 X20 G40X0Y0 G49G0Z100 M05 M30
当H01=-2时，可得图1.26所示。
注意：
①在用G43(G44)H 或者用G49命令的指派来省略Z 轴移动命令时，,偏置操作就会像G00G91Z0命令指派的那样执行。也就是说，用户应当时常小心谨慎，因为它就像有刀具长度偏置值那样移动。
②用户除了能够用G49命令来取消刀具长度补偿，还能够用偏置号码H0的设置(G43/G44H0)来获得同样效果。
③若在刀具长度补偿期间修改偏置号码，先前设置的偏置值会被新近赋予的偏置值替换。
1.2.2子程序
1、子程序的格式
一个子程序应该具有如下格式：
在程序的开始，应该有一个由地址O 指定的子程序号，在程序的结尾，返回主程序的指令M99是必不可少的。M99可以不必出现在一个单独的程序段中，作为子程序的结尾，这样的程序段也是可以的： G90G00X0Y100.M99；
2、调用子程序的编程格式M98P ～;
O ××××；子程序号 …………；
…………； 子程序内容 …………； M99； 返回主程序
图1.25
M98P×××××××；
式中：P――表示子程序调用情况。P后共有8位数字，前四位为调用次数，省略时为调用一次；后四位为所调用的子程序号。
子程序调用指令可以和运动指令出现在同一程序段中：
G90G00X 75.Y50.Z53.M98P40035；
该程序段指令X、Y、Z三轴以快速定位进给速度运动到指令位置，然后调用执行4次35号子程序。
3、子程序的执行
子程序的执行举例。
例13: 如图1.26所示，编制图示轮廓的加工程序,设刀具起点距工件上表面50mm,切削深度3mm.
子程序(加工图形1的程序)O10
G41G91G01X30Y-5D01F50
Y5
G02X20I10
X-10I-5
G03X-10I-5
G0Y-5
图1.26
G40X-30Y5
M99
主程序
O20
G54G90G17M03S600
G0X0Y0
G43G0Z5H01
G01Z-3F50
M98P10(加工图形1)
G90Y50
M98P10(加工图形2)
G90G49Z50
M05
M30
4、子程序的特殊用法
（1）子程序用P 指令返回的地址：M99Pn
在M99返回主程序指令中，我们可以用地址P 来指定一个顺序号，当这样的一个M99指令在子程序中被执行时，返回主程序后并不是执行紧接着调用子程序的程序段后的那个程序段，而是转向执行具有地址P 指定的顺序号的那个程序段。如下例：
（2）自动返回程序头：主程序中执行M99 3）注意：
子程序调用指令M98不能在MDI 方式下执行，如果需要单独执行一个子程序，可以在程序编辑方式下编辑如下程序，并在自动运行方式下执行。
××××
； M98P××××；
5（1）主程序中的模态G 代码所更改。 （2）最好不要在刀具补偿状态下的主程序中调用子程序，因为当子程序中连续出现二段以上非移动指令或非刀补平面轴运动指令时很容易出现过切等错误
1.2.3图形变换功能 1、比例及镜向功能G51、G50 （1）各轴按相同比例编程 编程格式： G51X ～Y ～Z ～P ～ ………… G50 式中：
X 、Y 、Z--比例中心坐标(绝对方式)；
P--比例系数，最小输入量为0.001，比例系数的范围为：0.001～999.999。该指令以后的移动指令，从比例中心点开始，实际移动量为原数值的P 倍。
P 值对偏移量无影响。
例14：如图1.30所示，起刀点为X10Y-10，编程如下：
O0001 //主程序
主程序子程序
N10…………；； N20…………； N1020…………； N30M98P1010； N1030…………； N40…………； N1040…………； N50…………； N1050…………； N60…………； N1060…………；
N70…………； N1070M99P60；
图1.30
N100G92X-50Y-40
N110G51X0Y0P2
N120M98P0100
N130G50
N140M30
O0100 //子程序
N10G00G90X0.Y-10.F100
N20G02X0.Y10.I0.J10.
N30G01X15.Y0.
N40G01X0.Y-10.
N50M99 //子程序返回
（2）各轴以不同比例编程
各个轴可以按不同比例来缩小或放大，当给定的比例系数为-1时，可获得镜像加工功能。
编程格式：
G51X～Y～Z～I～J～K～
…………G50 Array式中：
X、Y、Z--比例中心坐标；
I、J、K―-对应X、Y、Z轴的比例系数，在±0.001～±9.999范围内。本系统设定I、J、K不能带小数点，比例为1时，应输入1000，并在程序中都应输入，不能省略。
（3）镜像功能
比例系数为-1
再举一例来说明镜像功能的应用。图1.31所示，其中槽深为2mm，比例系数取为+1000或-1000。设刀具起始点在O点，程序如下：
子程序：O9000
N10G00X60Y60 //到三角形左顶点
N20G01Z-2F100 //切入工件
N30G01X100Y60 //切削三角形一边