数控加工程序编制基础知识概述
数控编程基础知识
数控编程概述3.1 一般加工程序的编制过程在数控机床上加工零件,首先要编制零件的加工程序,然后才能加工。
程序编制的一般步骤如图3-1 所示：图3-1加工程序的编制过程z确定工艺过程：根据图纸对零件的形状、技术条件、毛坯及工艺方案等进行详细分析，从而确定出需要的刀具，走刀路线，加工余量等。
z计算运动轨迹的坐标：根据零件的几何尺寸，走刀路线及设定的坐标系，计算各个运动轨迹的坐标值，诸如运动轨迹的起点与终点，圆弧的圆心等坐标尺寸。
z编写加工程序代码：根据计算出的运动轨迹坐标值和已确定的运动顺序、刀号、切削参数以及辅助动作，按照本系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序代码。
z程序输入：将加工程序代码输入到 CNC 系统中。
z首件试加工：编写的加工程序代码通过试加工来验证，并根据试加工的结果来修改程序代码，正确无误后正式加工。
3.1.2 程序构成程序是由 F 代码、G 代码、M 代码、N 代码、S 代码等组成的程序段构成。
这些程序段使刀具沿着直线或圆弧运动，或使主轴运动、停转。
在程序中根据刀具的实际运动顺序书写这些程序段。
程序的构成如图3-2程序的构成所示。
图3-2程序的构成3.1.3 程序段程序指令由字组成。
字是带有数字的地址，该地址定义了伴随地址数字的含义。
这些字被组合在一起形成了程序段。
一个程序段是由一个或多个组合在一行中的字构成。
典型程序段由程序段号开始，程序段的格式定义了每个程序段中功能字的句法，如图3-3 所示。
图3-3程序段的构成3.1.4 地址说明地址规定了地址后数字的含义。
一个地址可有多种含义。
地址说明A A轴（第四轴）绝对或相对坐标值D 刀具半径补偿号F 进给率G 准备功能I 圆弧圆心相对于圆弧起点之差在X轴上的投影值J 圆弧圆心相对于圆弧起点之差在Y轴上的投影值K1、圆弧圆心相对于圆弧起点之差在Z轴上的投影值2、循环次数，用于固定循环（G73、G81、G82、G83、G84、G85、G86、G89）L 子程序名M 辅助功能N 程序段号/顺序号P1、子程序重复2、暂停时间，用于G04（单位：毫秒）3、固定循环孔底暂停（G74、G82、G84、G89）Q 固定循环用参数R1、指定圆弧半径2、初始平面到R点的距离，用于固定循环（G73、G74、G81、G82、G83、G84、G85、G86、G89）S 主轴速度功能X1、X 轴绝对或相对坐标值2、暂停时间，用于G04（单位：秒）3、孔定位点的X坐标，用于固定循环（G73、G74、G81、G82、G83、G84、G85、G86、G89）Y 1、Y轴绝对或相对坐标值2、孔定位点的Y坐标，用于固定循环（G73、G74、G81、G82、G83、G84、G85、G86、G89）Z1、Z轴绝对或相对坐标值2、、孔定位点的Z坐标，用于固定循环（G73、G74、G81、G82、G83、G84、G85、G86、G89）3.1.5 程序段及重复参数一个程序段代码位于独立一行。
第二章_数控加工编程基础
2.2 编程的基础知识
2.辅助功能M代码 M指令构成：
地址码M后跟2位数字组成，从M00-M99共100种。
(1) M00—程序停止。
(2) M01—计划（任选）停止。 程序运行前，在操作面板上按下“任选停止” 键时，
才执行M01指令，主轴停转、进给停止、冷却液关 断、程序停止执行。若“任选停止”处于无效状态 时，M01指令不起作用。利用启动按钮才能再次自 动运转，继续执行下一个程序段。
零件图纸
图纸工艺分析 确定工艺过程
数值计算
修
编写程序
改
制备控制介质
校验和试切 错误
4、制备控制介质
将程序单上的内容，经转 换记录在控制介质上，作为 数控系统的输入信息。 注意：若程序较简单，也可 直接通过键盘输入。
零件图纸
图纸工艺分析 确定工艺过程
数值计算
修
编写程序
改
制备控制介质
校验和试切 错误
5、程序的校验和试切
轴转动的圆进给坐标轴分别 用A、B、C表示。
坐标轴正向：由右手螺旋 法则而定。
右手直角笛卡尔坐标系
数控机2.床2的进编给程运动的是基相对础运动知。Y识
具体规定：
①坐标系是假定工件 不动，刀具相对于 工件做进给运动的 坐标系。
+B
X、Y、Z
Y
+A X
Z +C
②以增大工件与刀具
之间距离的方向为 坐标轴的正方向。 Z
a. 在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床）
Z轴水平时（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时， X坐标的正方向指向右边。
＋X
Z轴垂直时（立式），对单立柱机床，面向刀具主轴 向立柱看时， X轴的正方向指向右边
数控加工的程序编制
第2章 数控加工的程序编制1．概述2.1.1 数控编程的基本概念在数控机床上加工零件时，一般首先需要编写零件加工程序，即用数字形式的指令代码来描述被加工零件的工艺过程、零件尺寸和工艺参数(如主轴转速、进给速度等)，然后将零件加工程序输入数控装置，经过计算机的处理与计算，发出各种控制指令，控制机床的运动与辅助动作，自动完成零件的加工。
当变更加工对象时，只需重新编写零件加工程序，而机床本身则不需要进行调整就能把零件加工出来。
这种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的数控加工指令序列，就是数控加工程序，或称零件程序。
要在数控机床上进行加工，数控加工程序是必须的。
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。
2.1.2 数控编程方法简介数控编程方法可以分为两类，一类是手工编程；另一类是自动编程。
手工编程1.手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。
对于点位加工或几何形状不太复杂的平面零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。
但对轮廓形状由复杂曲线组成的平面零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对。
据资料统计，对于复杂零件，特别是曲面零件加工，用手工编程时，一个零件的编程时间与在机床上实际加工时间之比，平均约为30：1。
数控机床不能开动的原因中，有20～30％是由于加工程序不能及时编制出来而造成的。
因此，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂零件的加工问题，采用手工编程已不能满足要求，而必须采用自动编程方法。
2. 自动编程进行复杂零件加工时，刀位轨迹的计算工作量非常大，有些时候，甚至是不现实的。
数控加工编程的基础知识
§2-1 数控加工编程概述
二、手工编程的步骤和方法
图纸工艺分析 这一步与普通机床
加工零件时的工艺分 析相同，即在对图纸 进行工艺分析的基础 上，选定机床、刀具 与夹具；确定零件加 工的工艺线路、工步 顺序及切削用量等工 2021/7艺/16 参数等。
零件图纸
图纸工艺分析
计算运动轨迹
，若按通常的方法编程，则有一定量的连续程序段在 几处完全重复的出现，则可以将这些重复的程序串， 单独地担出来按一定格式做成子程序，程序中子程序 以处的部分便称为主程序。
子程序可以被多次重复调用。而且有些数控系统中可 以进行子程序的“多层嵌套”，子程序可以调用其它 子程序，从而可以大大地简化编程工作，缩短程序长 度，节约程序存贮器的容量。
2021/7/16
§2-2 数控机床的坐标系
2021/7/16
§2-2 数控机床的坐标系
三.绝对坐标和相对坐标
1．绝对坐标系 所有的坐标值均从同一固定坐标点计量的坐标系。 2．相对坐标系 运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系 （或增量坐标系）。
2021/7/16
以绝对坐标计算：XA=12, YA=15, XB=30, YB=35
2021/7/16
图2-3 卧式升降台铣床
§2-2 数控机床的坐标系
2021/7/16
图2-4 卧式镗床
§2-2 数控机床的坐标系
②当Z轴为铅垂方向 （ 立式主轴）时
a．对于单立柱机床，X 轴的正方向指向右边。
2021/7/16
图2-5 数控铣床
§2-2 数控机床的坐标系
b．对于双立柱机床 （如龙门机床），当 站在操作台一侧从主 轴向左侧立柱看时， X轴的正方向指向右 边。
数控编程基础知识
数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。
有手工编程和自动编程两种方法。
总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
基本概念数控编程是数控加工准备阶段的主要内容，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。
总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程常用方法手工编程1.定义手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。
利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。
这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。
适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。
2. 编程步骤人工完成零件加工的数控工艺分析零件图纸制定工艺决策确定加工路线选择工艺参数计算刀位轨迹坐标数据编写数控加工程序单验证程序手工编程3. 优点主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。
4. 缺点对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。
自动编程（图形交互式）1. 定义对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。
随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。
FANUC6M数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能。
数控编程同计算机编程一样也有自己的"语言",但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的Windows为绝对优势占领全球市场.数控机床就不同了,它还没发展到那种相互通用的程度,也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容.所以,当我要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床采用的是什么型号的系统.2. 常用自动编程软件（1）UGUnigraphics 是美国Unigraphics Solution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。
数控加工编程基础
1.1 数控加工概述
《 1.1.1 数控加工原理和特点
数 控
1．数控加工原理
上 一
编 程
页
采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和
与 工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序 下
操 作 代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后
一 页
》 胡
转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件
》 胡
1959年美国K&T公司开发成功了带刀库，能自动
结
毅 进行刀具交换，一次装夹中即能进行多种加工功能的 光 数控机床，这就是数控机床的新种类——加工中心。
束
第1章 数控加工编程基础
1968年英国首次推出柔性制造系统FMS。
《
1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从
数
上
控 此CNC快速发展。
《 数
脉冲，那么其进给速度应为：20 000×0.002/0.5=80
上
控 mm/min。
一
编
页
程
加工时的进给速度由程序代码中的F指令控制，但
与 实际进给速度还是可以根据需要作适当调整的，这就 操 作 是进给速度修调。修调是按倍率来进行计算的，如程
下 一 页
》 胡
序中指令为F80，修调倍率调在80%挡上，则实际进给
结
毅 数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。 光
束
第1章 数控加工编程基础
我国在20世纪70年代初期，当时是采用分立元件，
性能不稳定，可靠性差。
《 数
1980年在引进、消化、吸收国外先进技术的基础
上
控 上，北京机床研究所又开发出BS03经济型数控和
第2章 数控机床的程序编制
编程自动化是当今的趋势！
第2章 数控机床的程序编制
2.3 数 控 编 程 中 的 数 值 计 算
根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出编 程时所需要的有关各点的坐标值，称为数值计算。手工编程时，在完成 工艺分析和确定进给路线以后，数值计算就成为程序编制中一个关键性 的环节。
一、节点坐标计算
当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件 时，在加工程序的编制时，常常需要用多个直线段或圆弧段去近似代替 非圆曲线，这个过程称为拟合（逼近）处理。拟合线段的交点或切点称 为节点 。图中的G点为圆弧拟合非圆曲线的节点，图中的A、B、C、D 点均为直线逼近非圆曲线时的节点。
第2章 数控机床的程序编制
手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。 自动编程适用于： 形状复杂的零件， 虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件） 虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线 的计算） 据国外统计： 用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之 比，平均约为 30：1。 数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能 及时编制出造成的
第2章 数控机床的程序编制
2.2 数 控 编 程 的 基 本 知 识
说明：
在程序段中必须明确组成程序段的各个要素： 移动目标：终点坐标值X、Y、Z； 沿怎样的轨迹移动：准备功能字G； 进给速度：进给功能字F；
切削速度：主轴转速功能字S；
使用刀具：刀具功能字T； 机床辅助动作：辅助功能字M
图纸工艺分析
计算运动轨迹 修 改 程序编制 制备控制介质 校验和试切
错误
第2章 数控机床的程序编制
2.2 数 控 编 程 的 基 本 知 识
数控技术编程的基础知识
数控编程定义根据被加工零件的图纸和技术要求、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成加工程序文件。
常用编程方法手工编程自动编程（图形交互式）§2.1 概述第二章 数控加工程序编制基础C N C利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。
这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。
适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。
手工编程手工编程编程步骤人工完成零件加工的数控工艺分析零件图纸制定工艺决策确定加工路线选择工艺参数计算刀位轨迹坐标数据编写数控加工程序单验证程序手工编程优点主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。
缺点对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。
数控钻床编程举例图纸分析工艺处理钻孔——攻丝，确定“对刀点O”和“换刀点C”加工路线：对刀点O—A—B—C（换刀）—B—A—O手工编程举例手工编程举例数控钻床编程举例切削参数:主轴转速(S)：钻孔880r/min，攻丝170r/min进给速度(F)：钻孔0.125mm/r=0.125×880=110mm/min攻丝1.75mm/r= 1.75 ×170=297.5mm/min数学计算O （0，0），A （+85，+72）B （+195，+50），C （+293，+50）手工编程举例第二章 数控加工程序编制基础 CN C第二章数控加工程序编制基础C N C手工编程举例编程序号 G X Y Z R F S T M 备注N001 G92 X0 Y0 Z50 设定坐标系N002 G00 X0 Y0 S880 T01 M03 走到ON003 G81 G99 X85 Y72 Z-15 R3 F110 O--A钻孔N004 X195 Y50 A--B钻孔N005 G00 X293 Y50 B--CN006 T02 M00 换刀N007 G84 G99 X195 Y50 Z-15 R3 F297.5 C—B攻丝N008 X85 Y72 B—A攻丝N009 G00 X0 Y0 M02 回到O利用通用的微型计算机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件自动进行运算和生成指令。
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•天津工业大学
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
铣床的两种坐标系
1—工件 2—工作台
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典型数控机床坐标 系
•z
•x •y
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前置刀架（水平导轨）数控车 床
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典型数控机床坐标 系
•y
•x
•z
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后置刀架（倾斜导轨）数控车 床
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典型数控机床坐标 系
•z
•y
•x
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•M
立式数控车床（大型盘类零件 ）
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•2.1.5 加工程序结构与格式
加工程序的构 成
•O0001；程序名
•识别、调用该程序的标志 •地址“O”或“P”+数字+”;”
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•辅助功能字 •刀具功能字 •主轴转速功能字 •进给功能字
•准备功能字 •程序段号 字
程序段格 式
•N_ G_ X_ Y_ Z_ … F_ S_ T_ M_ ；
•G00G99
•坐标功能 字 •U、V、W
•I、J、K……
•M00M99
•G、M指令统称为工艺指令
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
机床原点：机床坐标系的原点。 车床原点：法兰盘与主轴交接点； 铣床原点：MBT刀柄与主轴端面交接点。 参考点：坐标系中一个特殊点，通常是坐标轴的极限位置 （点2）。工件坐标系与工件原点
工件原点：工件坐标系的原点。可用程序指令来设定和改 （变3。）刀位点：刀具上的参考点。
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
数控加工程序编制基础 知识概述
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
2020年4月10日星期五
•2.1 概述
•2.1.1 概念 • 从分析零件图纸开始，到获得数控机床所需的数控加工程序
的全过程叫做数控编程。
•加工方
•
案 •工艺处
理
•数学处 理
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•2.1.2 内容和步骤
•根据图纸数 据求出编程 所需的数据
•修 改
•零件图纸
图纸工艺分 析
•计算运动轨 迹
•程序编制
•制备控制介 质
•校验和试切
•错误
•确定加工方案，选择 适当的机床、刀具、
夹具和装夹方法
•选择对刀点、 确定加工路线 和切削用量
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•2.1.3 数控编程的方法
• 手动编程：几何形状不太复杂的零件。
定： 利用已确定的X.Z坐标的正方向，用右手定则或右 手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。
右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方 向为食指指向。
右手螺旋法则：在XZ平面，从Z至X，姆指所指的 方向为+Y。
旋转或摆动轴的确 定：
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数控车床坐标 系
• 自动编程：形状复杂的零件；虽不复杂但编程工作量很 大的零件（如有数千个孔的零件）；虽不复杂但计算工 作量大的零件（如非圆曲线的计算）。
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•2.1.4 数控机床坐标系 右手直角笛卡尔坐标 系
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右手直角笛卡尔坐标 系
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•2.2 数控编程中的常用指令
•2.2.1 准备功能G代码
绝对坐标与增量坐标编程指令（G90、 G91）
•N100 G90 G01 X15.0 Y30.0 F100；
•N100 G91 G01 X-20.0 Y10.0 F100 ；
•G90
•G91
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立式数控铣床坐 标系
龙门数控铣床坐 标系
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卧式数控铣床坐 标系
五坐标数控铣床坐标 系
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机床坐标系与工件坐标
几个关键的
系
点
（1）机床坐标系与机床原点、参考点
具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。
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Z轴的确 定：
数控机床坐标轴的确定方 法
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X轴的确 定：
数控机床坐标轴的确定方 法
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Y轴的确
数控机床坐标轴的确定方 法
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•常用地址码及其含义
机能
地址码
程序段号
N
坐标字
X，Y，Z，U，V，W，P，Q， R； A，B，C，D，E； R； I，J，K；
准备功能
G
辅助功能
M
说明
程序段顺序编号地 址，用于程序查 询和检索
备注
N1；N12；N123； N1234；
直线坐标轴 旋转坐标轴 圆弧半径 圆弧圆心相对起点坐标
•描述机床运行动 作、当前状态及刀
具运动轨迹
•若干程序段
•N10 G92 X0 Y0 Z200.0； •N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03； •N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ； •…… •N110 M30；程序结束指令•M02；M30；M99；
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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•2.1.4 数控机床坐标系
坐标轴的命名及
方向
JB3051-82标准为《数字控制机床坐标轴和运动方向
的命名》 ，与国际标准ISO841中的规定相同。
标准规定，在加工过程中无论是刀具移动，
工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定
工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀
控制机床动作状态及指定插补、定位、循环方 式等
表示机床ON/OFF动作或指定程序趋向
补偿值
H或D
补偿值地址
G97 Sxxxx；
切削用量
S F
主轴转速 进给量或进给速度
G96 Sxxxx； 与F有关的指令G98
G99
刀具号
T
刀库中的刀具编号 T0101；T11；T1D1；
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主程序和子程 序
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•2.2 数控编程中的常用指令
• 模态代码：大多数G、M代码输入一次（一旦被指定） ，该功能持续有效，除非被同组其它任一代码替代或取消 。模态代码在编下一个程序段时不必重新输入。
• 非模态代码：而非模态代码只在本程序段中有效。