第14章數(shù)控機床與編程14.1數(shù)控加工的特點及應(yīng)用

14.2典型數(shù)控機床

14.3數(shù)控機床的程序編制

14.1數(shù)控加工的特點及應(yīng)用

14.1.1數(shù)控加工的特點在數(shù)控機床上加工工件是按照事先編制好的程序自動地進行加工，只要改變加工程序就能加工不同形狀的工件。與普通機床相比，數(shù)控機床加工具有以下特點：

(1)具有復(fù)雜形狀加工的能力。數(shù)控機床不僅可以控制多軸運動，還可以驅(qū)動多軸聯(lián)動，使刀具在三維空間中實現(xiàn)任意軌跡。因此，數(shù)控機床可以完成復(fù)雜型面的加工。（2)加工質(zhì)量高。數(shù)控加工是用數(shù)字程序控制實現(xiàn)自動加工，排除了人為誤差因素，且加工誤差可由數(shù)控系統(tǒng)通過軟件技術(shù)補償校正。因此，數(shù)控加工可大大提高工件的加工質(zhì)量。

(3)加工效率高。與普通機床加工相比，數(shù)控加工一次裝夾可實現(xiàn)多工序加工,且可采用較大切削用量，一般情況下可使生產(chǎn)率提高2～3倍，加工復(fù)雜工件時可提高十幾倍甚至幾十倍。

(4)適應(yīng)能力強。數(shù)控機床是按照編制好的程序?qū)崿F(xiàn)自動加工，當(dāng)改變加工對象時，只需改變加工程序，幾乎不需要制造專用工裝夾具。因此，數(shù)控機床可適用于不同類型零件的加工。

(5)可減輕勞動強度,改善勞動條件。數(shù)控加工實現(xiàn)自動或半自動加工，許多輔助動作由機床完成，這樣就大大減輕了操作者的勞動強度，改善了勞動條件。

(6)有利于生產(chǎn)管理。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，使機械加工的大量前期工作與機械加工過程聯(lián)為一體，使計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工藝規(guī)程（CAPP）及計算機輔助制造（CAM）的一體化成為現(xiàn)實，

宜于實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理。

14.1.2數(shù)控加工的應(yīng)用范圍數(shù)控加工多應(yīng)用于加工工件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高，以及產(chǎn)品更換頻繁、生產(chǎn)周期要求短的場合。數(shù)控機床加工的工件包括：

(1)形狀復(fù)雜、加工精度要求高的工件；

(2)公差帶小、互換性高、要求精確復(fù)制的工件；

(3)用普通機床加工時，要求設(shè)計制造復(fù)雜的專用工裝工具或需要很長調(diào)整時間的工件；

(4)價值高或非常重要的工件；

(5)小批量生產(chǎn)的工件；

(6)需一次裝夾加工多部位（如鉆、鏜、鉸、攻螺紋及銑削加工聯(lián)合進行）的工件。

綜上所述，目前的數(shù)控加工主要應(yīng)用于以下兩個方面：

(1)應(yīng)用于常規(guī)工件的加工，如二維車削、箱體類工件的鏜銑等，其目的在于提高加工效率,避免人為誤差,保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)應(yīng)用于復(fù)雜形狀工件的加工，如模具型腔、渦輪葉片等。這類工件型面復(fù)雜，用常規(guī)加工方法難以實現(xiàn)。

14.2典型數(shù)控機床

14.2.1數(shù)控車床數(shù)控車床和普通車床一樣，適用于加工軸類或盤類回轉(zhuǎn)體零件，尤其是形狀復(fù)雜的軸類或盤類零件。數(shù)控車床在結(jié)構(gòu)上與普通車床相似，只是進給系統(tǒng)與普通車床有著本質(zhì)的差別。數(shù)控車床采用伺服電動機經(jīng)滾珠絲杠傳動溜板箱和刀架，實現(xiàn)縱向（Z向）和橫向（X向）的進給。所以，數(shù)控車床的傳動大為簡化，

精度和自動化程度也大大提高。

為實現(xiàn)螺紋加工，數(shù)控車床主軸安裝有脈沖編碼器，主軸的運動經(jīng)同步齒形帶1∶1傳到脈沖編碼器。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，脈沖編碼器發(fā)出檢測脈沖信號給數(shù)控系統(tǒng)，使主軸與刀架保持加工螺紋的運動關(guān)系，即主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架準(zhǔn)確移動一個工件導(dǎo)程的關(guān)系。數(shù)控車床有水平床身、斜床身、14－1所示。數(shù)控車床多采用回轉(zhuǎn)式刀架。其中，臥式回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸垂直于主軸，一般為4工位；立式回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸平行于主軸，有6工位、

8工位、10工位、12工位等幾種。

圖14-1數(shù)控車床床身和導(dǎo)軌的布局形式(a)水平床身;(b)斜床身;(c)水平床身斜滑板;(d)立床身

圖14-2是MJ-50型數(shù)控車床的外形圖。1是主軸卡盤夾緊與松開的腳踏開關(guān)。2是對刀儀，用于機內(nèi)對刀。檢測刀具時，對刀儀的轉(zhuǎn)臂9擺出，其上端的接觸式傳感器測頭對所用刀具進行檢測。檢測完后，對刀儀的轉(zhuǎn)臂擺回圖中所示的原位，測頭被鎖在對刀儀防護罩7中。3是主軸卡盤，其夾緊與松開由主軸尾端的液壓缸驅(qū)動。4是主軸箱，裝在床身左上方，主軸由交流伺服電動機驅(qū)動，因此主軸箱的結(jié)構(gòu)十分簡單。5是機床的防護門，可以配置為手動，也可配置為氣動防護門。6是液壓系統(tǒng)的壓力表。8是導(dǎo)軌防護罩。10是操作面板。11是具有10工位的回轉(zhuǎn)刀架，裝在滑板13的傾斜導(dǎo)軌上。12是尾座，裝在床身的右上方。14為平床身，其矩形導(dǎo)軌上支承著傾斜30°的滑板13?；迳戏謩e安裝有X軸和Z軸的進給傳動裝置。

圖

14-2MJ-50數(shù)控車床外形圖

14.2.2數(shù)控銑床數(shù)控銑床是一種用途廣泛的機床，一般可分為立式和臥式兩種。數(shù)控銑床多為三坐標(biāo)、兩軸聯(lián)動的機床，也稱兩軸半控制。一般情況下，數(shù)控銑床只能用來加工平面曲線輪廓。對于有特殊要求的數(shù)控銑床，可增加一個回轉(zhuǎn)的A坐標(biāo)或C坐標(biāo)，即增加一個數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，構(gòu)成四坐標(biāo)控制，

可用來加工螺旋槽、

葉片等立體曲面零件。

XK5040A型數(shù)控銑床是典型的立式數(shù)控銑床，其外形布局如圖14-3所示。床身6固定在底座1上，其上安裝并支承著機床的各部件。操縱箱10上有CRT顯示器、機床操作按鈕和各種開關(guān)及指示燈?？v向工作臺16、橫向溜板12安裝在升降臺15上，通過縱向進給伺服電動機13、橫向進給伺服電動機14和垂直升降進給伺服電動機4的驅(qū)動，完成X、Y、Z軸的進給。強電柜2內(nèi)裝有機床電氣部分的接觸器、繼電器等。變壓器箱3安裝在床身立柱的后面。數(shù)控柜7內(nèi)裝有機床數(shù)控系統(tǒng)。8、11為縱向行程限位開關(guān)；擋鐵9為縱向參考點的設(shè)定擋鐵。主軸變速手柄和按鈕5用于調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止以及冷卻液的開、停等。圖

14-3數(shù)控銑床

14.2.3加工中心加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置，能夠在一次裝夾后，連續(xù)對工件自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工的數(shù)控機床。與其它數(shù)控機床相比，加工中心的主要特點是能夠?qū)崿F(xiàn)工件一次裝夾，多工序加工，從而在一臺機床上完成由多臺機床才能完成的工作。多數(shù)加工中心都是在鏜、銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這種鏜、銑類加工中心特別適于箱體類零件的加工。也有以車床為基礎(chǔ)的加工中心，即車削中心，可用于回轉(zhuǎn)體零件的加工。

JCS-018型立式加工中心是一種具有自動換刀裝置的計算機數(shù)控（CNC）立式鏜銑床，是在一般數(shù)控機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工序更加集中的數(shù)控機床。機床上附有刀庫和自動換刀機械手，配備各種類型和不同規(guī)格的刀具,工件一次裝夾后，可自動連續(xù)地對工件各加工表面完成銑、鏜、鉆、锪、鉸和攻螺紋等多種工序加工。該機床適用于小型板類、盤類、模具類和箱體類等復(fù)雜零件的多品種小批量加工。

圖14-4是JCS-018型立式加工中心的外形圖。機床整體布局基本上是由一臺立式銑床附加上數(shù)控裝置和自動換刀裝置所組成的。機床為三坐標(biāo)：裝在床身1上的滑座2作橫向運動（Y軸）；工作臺3在滑座2上作縱向運動（X軸）；在床身1后部裝有固定的框式立柱5，主軸箱9在立柱導(dǎo)軌上作升降運動（Z軸）。在立柱左側(cè)前部裝有自動換刀裝置（刀庫7和自動換刀機械手8），刀庫的容量為16把刀具，可以完成各種孔加工和銑削加工。在立柱的左側(cè)是數(shù)控柜6，內(nèi)有電源變壓器和伺服裝置等，機床總電源從柜后下方電纜引入口送入。操作面板10懸伸在機床的右前方，操作者通過面板上的按鍵和各種開關(guān)按鈕實現(xiàn)對機床的控制；同時機床的各種工作狀態(tài)信號可在操作面板上顯示出來。

圖

14-4立式加工中心

臥式加工中心與立式加工中心的主要區(qū)別在于主軸水平設(shè)置。臥式加工中心一般有3～5個坐標(biāo)軸，常配一個回轉(zhuǎn)軸。其刀庫容量較大，有的可存放幾百把刀具。臥式加工中心特別適宜加工箱體類零件，適合批量工件的生產(chǎn)。圖14-5是臥式加工中心的外形圖。

圖

14-5臥式加工中心

14.3數(shù)控機床的程序編制

14.3.1數(shù)控機床編程的基礎(chǔ)知識

1.數(shù)控編程的概念數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。編程人員把零件的工藝過程、運動軌跡、工藝參數(shù)以及輔助操作等信息，按照規(guī)定的指令代碼及程序格式記錄在控制介質(zhì)（如穿孔紙帶、磁帶、磁盤等）上，通過輸入裝置輸入到數(shù)控系統(tǒng)，使數(shù)控機床自動加工。這種從分析零件圖到獲得控制介質(zhì)的全過程叫數(shù)控程序的編制，簡稱數(shù)控編程。

2.數(shù)控編程的方法數(shù)控編程的方法主要有手工編程和自動編程兩種。

1）手工編程手工編程是指由操作者或編程人員以人工方式完成整個加工程序的編制。對于點位加工或由直線及圓弧組成的簡單輪廓的加工，計算比較簡單，程序段不多，采用手工編程較為合適。

2）自動編程自動編程是指借助計算機完成數(shù)控加工程序的編制。程序員根據(jù)零件圖樣的要求，使用數(shù)控語言編寫零件的源程序，輸入計算機，由計算機自動計算刀具軌跡，編寫零件加工程序單,并通過通信方式送入數(shù)控機床，指揮機床加工。對于形狀復(fù)雜的零件，特別是具有非圓曲線、列表曲線及多維曲面的零件，需要進行繁瑣的計算，程序段很多，易出錯也難以校核，有時甚至無法用手工計算，須用自動編程。

3.編程內(nèi)容和步驟

以手工編程為例，數(shù)控編程的主要內(nèi)容和步驟如下：

(1）分析零件圖樣。通過對零件輪廓形狀、有關(guān)尺寸精度、形位公差、表面粗糙度及材料和熱處理等要求的分析，確定合適的加工機床。

(2）確定工藝過程。包括確定零件的定位方式，選用工裝夾具，確定對刀方法、對刀點，選擇走刀路線，確定加工余量、切削用量等。在數(shù)控機床上加工零件時，工序十分集中，往往一次裝夾中能完成全部工序。

(3）數(shù)值計算。包括各線段的起點、終點、節(jié)點、圓弧圓心等坐標(biāo)的計算及對擬合誤差的分析等。

(4）編寫程序單。根據(jù)工藝過程、數(shù)值計算結(jié)果以及輔助操作要求，按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的程序格式，填寫零件的加工程序單。

(5）制作控制介質(zhì)。根據(jù)程序單制作控制介質(zhì)。我國數(shù)控機床上使用的控制介質(zhì)一般是穿孔紙帶。

(6）程序校驗與首件試切。程序單和控制介質(zhì)必須經(jīng)過校驗和試切才能正式使用。一種是空行程校驗，另一種是在屏幕上模擬加工。檢查刀具運動軌跡的圖形，以及刀具與夾頭、尾座等是否有運動干涉。檢查完畢后，可進行首件試切。若首件試切合格，可正式投入使用。

4.程序的結(jié)構(gòu)與格式

1）程序的結(jié)構(gòu)一個完整的程序由程序號、

程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分組成。

例如：

Ｏ0030程序號N0001G92X-40.0Y-40.0；……

N0007G00X-40.0Y-40.0；程序內(nèi)容N0008M02； 程序結(jié)束

（1）程序號。程序號是為了區(qū)別存儲器中的程序，在EIA代碼系統(tǒng)中一般采用英文字母Ｏ加上幾位數(shù)字組成。（2）程序內(nèi)容。程序內(nèi)容是程序的核心，由多個程序段組成，每個程序段又由一個或多個指令構(gòu)成。（3）

程序結(jié)束。

以指令M02（用紙帶時為M30）作為整個程序結(jié)束的標(biāo)志。

2）程序段格式程序段是代表控制信息的字的集合。以某個順序排列的字符集合稱為字。數(shù)控信息是以字為單位進行處理的。在一個程序段中，字的書寫規(guī)則稱為程序段格式。目前廣泛應(yīng)用的是文字—地址程序段格式，其格式如下：

Ｎ—Ｇ—Ｘ—Ｙ—Ｚ—……Ｆ—Ｓ—Ｔ—Ｍ—

文字地址符的說明：（1）程序段號Ｎ:程序段號代表程序段的序號，用來檢索程序段。程序段號一般位于程序段之首，用地址碼Ｎ和后面的若干位數(shù)字表示。（2）準(zhǔn)備功能字Ｇ:準(zhǔn)備功能指令由字母Ｇ和后續(xù)兩位數(shù)字組成。它表示不同的機床操作動作。我國JB3208-83標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了Ｇ00～Ｇ99共100種代碼，詳見表14-1。Ｇ代碼分為模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼。模態(tài)代碼表示該代碼一經(jīng)指定，直到以后程序段中出現(xiàn)同一組的另一代碼才失效。而非模態(tài)代碼只在指定的本程序段中有效。

（3）尺寸字Ｘ、Ｙ、Ｚ等:尺寸字用來給定機床坐標(biāo)軸位移的方向和數(shù)值，由地址碼、正負(fù)號及數(shù)值構(gòu)成。尺寸字的地址碼主要有:用于指定到達點的直線坐標(biāo)尺寸的Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｐ、Ｑ、Ｒ；用于指定到達點角度坐標(biāo)的Ａ、Ｂ、Ｃ；用于指定零件圓弧輪廓的圓心坐標(biāo)尺寸Ｉ、Ｊ、Ｋ；用于指令補償號的Ｄ、Ｈ等。

表14-1JB3208-83準(zhǔn)備功能Ｇ代碼

表14-1JB3208-83準(zhǔn)備功能Ｇ代碼

（4）進給功能字Ｆ：進給功能字用來規(guī)定機床的進給速度。它的表示方法主要有每分鐘進給量（mm/min）和每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）。進給速度一經(jīng)指定，對后續(xù)程序都有效，直到指定新的進給速度為止。（5）主軸功能字Ｓ:主軸功能字用于指定主軸轉(zhuǎn)速。主軸轉(zhuǎn)速指定后，對后續(xù)程序段都有效，直到它的指令值改變?yōu)橹?。主軸轉(zhuǎn)速的指定方法有：指定每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min），指定切削速度（m/min）。

（6）刀具功能字Ｔ:該功能用于指令加工中所用刀具號及自動補償號。其自動補償主要指刀具的刀位偏差、刀具長度補償及刀具半徑補償。（7）輔助功能字Ｍ:輔助功能字用以指定數(shù)控機床中輔助裝置的開關(guān)動作或狀態(tài)。如主軸轉(zhuǎn)、停，切削液開、關(guān)，刀具更換等。Ｍ指令有Ｍ00～Ｍ99共100種，見表14－2。

表14-2JB3208-83輔助功能代碼

（8）程序段結(jié)束:寫在每一程序段之后，表示程序段結(jié)束。當(dāng)用EIA標(biāo)準(zhǔn)代碼時，結(jié)束符為“CR”，ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼使用“NL”或“LF”，

有的用符號“；”或“*”表示。

5.數(shù)控機床的坐標(biāo)系及運動方向的規(guī)定

1）數(shù)控機床的坐標(biāo)軸規(guī)定數(shù)控機床坐標(biāo)軸主要是為了準(zhǔn)確地描述機床的運動，簡化程序的編制方法，并使所編程序具有互換性。數(shù)控機床坐標(biāo)軸的指定方法已標(biāo)準(zhǔn)化，我國在JB3051-82中規(guī)定了各種數(shù)控機床的坐標(biāo)軸和運動方向。（1）坐標(biāo)軸和運動方向命名的原則。標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系采用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，如圖14-6所示。在圖中，大拇指的方向為X軸正方向；

食指為Y軸的正方向；中指為Z軸的正方向。

圖

14-6右手直角笛卡爾坐標(biāo)系

（2）坐標(biāo)軸的指定。Z軸:規(guī)定機床的主軸為Z軸，由它提供切削功率。如果機床沒有主軸（如數(shù)控刨床），則取Z軸為垂直于工件裝夾表面方向。如果一個機床有多個主軸，則取常用的主軸為Z軸。

X軸:通常是水平軸為X軸，它平行于工件的裝夾表面。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床（如車床），X軸的方向取水平的徑向。其正方向為刀具遠(yuǎn)離工件旋轉(zhuǎn)中心的方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，若Z軸是垂直的，當(dāng)從主軸向立柱看時，X軸正方向指向右；若Z軸是水平的，當(dāng)從主軸向工件方向看時，X軸正方向指向右。對刀具和工件均不旋轉(zhuǎn)的機床，X坐標(biāo)平行于主要切削方向，

并以切削方向為正方向。

Y軸:Y軸垂直于X、Z軸。Y軸根據(jù)X、Z軸，按照右手直角笛卡爾坐標(biāo)系確定。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C：分別表示其軸線平行于X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。A、B、C的正方向，相應(yīng)地表示在X、Y、Z坐標(biāo)正方向上按照右旋螺紋前進的方向。附加坐標(biāo):若在X、Y、Z主要直線運動之外，還有平行于它們的運動，可分別將它們指定為U、V、W，若還有第三組運動，則分別指定為P、Q、R。

2）機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系（1）機床坐標(biāo)系。機床坐標(biāo)系是機床上固有的坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點（在機床出廠時，此原點已被設(shè)定）稱為機床原點。機床原點是指機床上一個固定不變的點，它一般為各個坐標(biāo)軸移動的極限位置。（2）工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系在編程時使用，由編程人員在工件上設(shè)定某一點為原點，在其上建立工件坐標(biāo)系。

同樣的工件可以建立多種不同的工件坐標(biāo)系。

14.3.2數(shù)控加工的工藝基礎(chǔ)

1.工件裝夾方法及對刀點、換刀點的確定

1）零件的安裝與夾具的選擇（1）定位安裝的基本原則。在數(shù)控機床上加工零件時，也要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。為充分發(fā)揮數(shù)控機床高速、高效的功能，在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時應(yīng)注意：①定位基準(zhǔn)盡量與設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、編程計算的基準(zhǔn)保持一致，以減小定位誤差。②盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工面。③

避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，

以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。

（2）選擇夾具的基本原則。其基本原理如下：①要保證夾具的坐標(biāo)方向與機床坐標(biāo)方向相對固定。②力求結(jié)構(gòu)簡單，并大力推廣組合夾具、可調(diào)式夾具及其它通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、節(jié)省生產(chǎn)費用。③零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短輔助時間。④夾具上各零件應(yīng)不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊機構(gòu)等元件不能影響加工中的走刀。⑤

盡量選擇采用液壓、電動和氣動方式進行控制和調(diào)整的夾具。

（3）常用夾具類型。常用夾具包括組合夾具、多工位夾具和液壓、電動及氣動夾具等。組合夾具是一種標(biāo)準(zhǔn)化程度及精度都較高的通用夾具，主要適用于數(shù)控銑床加工。多工位夾具可同時裝夾多個工件，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高生產(chǎn)率，主要用于加工中心等機床進行中等批量的工件加工。液壓、電動及氣動夾具便于自動控制定位和夾緊過程，其應(yīng)用范圍較寬，如數(shù)控車床上的液壓卡盤。

2）對刀點與換刀點的確定在編寫數(shù)控加工程序時，應(yīng)正確地選擇對刀點和換刀點的位置。對刀點就是在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行，所以對刀點又稱為程序起點或起刀點。對刀點的選擇原則是：便于用數(shù)字處理和簡化程序編制；在機床上找正容易，加工中便于檢查，

引起的加工誤差小。

圖14-7對刀點的設(shè)定

2.工序的劃分及走刀路線的確定

1）工序的劃分工序的劃分有以下幾種方式：（1）按工件裝卡定位方式劃分。由于各個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各表面的精度要求不同，因此定位方式也各有差異。一般加工外形時，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時，以外形定位。如圖14-8所示的片狀凸輪，按定位方式可分為兩道工序。第一道工序可在普通機床上進行，以外圓和B平面定位加工端面A和22H7的內(nèi)孔，然后再加工端面B和4H7的工藝孔；第二道工序以已加工的兩個孔和一個端面定位，在數(shù)控機床上加工凸輪外形輪廓。

圖

14-8片狀凸輪

（2）按先粗后精的原則劃分。為了提高生產(chǎn)率并保證零件的加工質(zhì)量，應(yīng)先安排粗加工工序，在較短的時間內(nèi)去除整個零件的大部分余量，同時盡量滿足精加工的余量均勻性要求。當(dāng)粗加工完成后，接著安排換刀后進行的半精加工和精加工。安排半精加工的目的是，當(dāng)粗加工后所留余量均勻性滿足不了精加工要求時，利用半精加工使精加工余量小而均勻。

（3）按刀具集中法劃分。刀具集中法是在一次裝夾中，盡可能用一把刀具加工所有可以加工的部位，然后再換刀加工其它部位。這種劃分工序的方法可以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，減少不必要的定位誤差。（4）按加工部位劃分。一般來說，應(yīng)先加工平面、定位面，再加工孔；先加工簡單的幾何形狀，

再加工復(fù)雜的幾何形狀；

先加工精度較低的部位，

再加工精度較高的部位。

2）走刀路線的確定走刀路線就是刀位點相對于工件運動的軌跡和方向。確定走刀路線時，應(yīng)根據(jù)被加工零件的精度和表面粗糙度以及機床、刀具的剛度等具體情況綜合考慮。例如，銑削加工時是采用順銑還是逆銑，是一次走刀還是多次走刀等。確定走刀路線還應(yīng)使數(shù)值計算簡單，程序段少，以減少編程工作量。為充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能，應(yīng)使加工路線最短，減少空行程時間。對于點位控制的數(shù)控機床，只要求定位精度高，定位過程盡可能快，而刀具相對工件的運動路線是無關(guān)緊要的，因此應(yīng)按空行程最短來安排走刀路線。例如在鉆削圖14-9(a)所示的零件時，圖14-9(c)所示的空行程進給路線比圖(b)所示的空行程進給路線要短。

圖14-9最短走刀路線的設(shè)計(a）

鉆削示例件;(b）

常規(guī)進給路線;(c）

最短進給路線

對于點位控制的數(shù)控機床還要確定刀具軸向運動尺寸，其大小主要由被加工零件的軸向尺寸決定，并考慮一些輔助尺寸，如圖14-10所示。圖中Zd

為孔的深度,Zp為鉆錐長,ΔZ為引入距離。對于ΔZ的取值一般為：已加工面取1～3mm，毛面取5～8mm，攻螺紋時取5～10mm。鉆通孔時刀具超越量取1～3mm。由圖14-10可知:式中:D——鉆頭直徑；

θ——鉆頭半頂角。

圖

14-10數(shù)控鉆孔的尺寸關(guān)系

圖

14-11鏜孔加工路線示意圖

圖

14-12刀具切入和切出方式

圖

14-13凹槽加工走刀路線

在輪廓加工過程中應(yīng)盡量避免進給停頓。因為進給停頓將引起切削力的變化，從而引起工件、刀具、夾具、機床系統(tǒng)彈性變形的變化，導(dǎo)致在停頓處的零件表面留下劃痕。在數(shù)控機床上加工螺紋時，主軸的旋轉(zhuǎn)與沿螺距方向的Z向保持嚴(yán)格的速比關(guān)系。但考慮到Z向從停止?fàn)顟B(tài)到達指令的進給速度（mm/r），總要有一過渡過程，因此在安排Z向加工路線時，要有引入距離δ1和超越距離δ2，如圖14-14所示。δ1一般取2～5mm，對大螺距的螺紋取大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺紋收尾處無退刀槽時，

收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，

一般取45°退刀收尾。

圖

14-14切削螺紋時的引入距離

14.3.3數(shù)控車床的程序編制

1.數(shù)控車床的編程特點

(1）在一個程序段中，可以采用絕對編程，也可以采用增量編程，還可以采用絕對編程與增量編程的混合編程。

(2）工件的毛坯多為圓棒料或鑄鍛件，加工余量較大，需要進行多次反復(fù)的加工。如果對每個加工循環(huán)都編寫若干個程序段，就要增加編程的工作量。為了簡化編程，機床的數(shù)控系統(tǒng)中備有車外圓、

車端面、

車螺紋等不同形式的循環(huán)功能。

(3）數(shù)控車床的控制系統(tǒng)中都有刀具補償功能，為編程提供了方便。編程人員可以按照工件的實際輪廓編制程序，對于在加工過程中刀具位置的變化、刀具形狀的變化及刀尖的圓弧半徑，無需更改程序，只需將變化的尺寸或刀尖圓弧半徑輸入到刀補表中，刀具便能自動補償。一般經(jīng)濟型數(shù)控車床不配備刀尖圓弧半徑補償功能。

(4）為了提高機床橫向尺寸加工精度，數(shù)控系統(tǒng)橫向（X向）的脈沖當(dāng)量取縱向（Z向）脈沖當(dāng)量的一半。直徑方向用絕對編程時，X坐標(biāo)取直徑值;用增量編程時，X坐標(biāo)以橫向位移量的二倍值表示，并附上方向符號。

2.數(shù)控車床編程方法

1）坐標(biāo)系的設(shè)定為便于編程，應(yīng)建立工件坐標(biāo)系，使刀具在此坐標(biāo)系中加工。工件坐標(biāo)系設(shè)定的指令格式如下：

G50X—

Z—；該指令規(guī)定刀具起刀點（或換刀點）至工件原點的距離。坐標(biāo)值X、Z為刀尖（刀位點）在工件坐標(biāo)系中的起始點（起刀點）位置。如圖14-15所示，O為工件原點，P0為刀尖起始點，設(shè)定工件坐標(biāo)系的指令為：

G50X300.0Z480.0;

圖

14-15工件坐標(biāo)系

2）快速定位快速定位的指令格式如下：

G00

X（U）—

Z（W）—；當(dāng)?shù)毒呖焖僖苿訒r，用G00指令。該指令用于刀具快速趨近工件，或在切削完畢后刀具快速撤離工件，如圖14-16所示。此時工件采用卡盤夾持，不使用尾座。第一步,刀具從點A到點B的指令為:

G00X100.0Z0.2；第二步，從點B返回到點A的指令為：

G00X200.0Z200.0；

圖

14-16快速定位

3）直線插補直線插補的指令格式如下：

G01

X（U）—Z（W）—；如圖14-17(a)所示，車外圓：

G01

Z-10.0F100；如圖14-17(b)所示，車軸肩端面：

G01X10.0F100；如圖14-17(c)所示，車錐面：

G01X50.0Z-35.0F100；

圖

14-17直線插補

4）圓弧插補（1）圓弧順逆方向的判斷。圓弧插補指令有順時針圓弧插補指令G02和逆時針圓弧插補指令G03。沿圓弧所在平面（如X-Z平面）的垂直坐標(biāo)軸的負(fù)方向（-Y）看去，順時針方向為G02，

逆時針方向為G03。

（2）G02/G03指令的格式。G02/G03指令不僅要指定圓弧的終點坐標(biāo)，還要指定圓弧的圓心位置。指定圓弧的圓心位置的方法有兩種：用I、K指定圓心位置:

G02/G03X（U）—Z（W）—I—K—F—；用圓弧半徑R指定圓心位置:

G02/G03X（U）—Z（W）—R—F—；

（3）幾點說明:①采用絕對編程時，圓弧終點坐標(biāo)為圓弧終點在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，用X、Z表示；采用增量編程時，圓弧終點坐標(biāo)為圓弧終點相對圓弧起點的增量值，用U、W表示。②圓心坐標(biāo)I、K的表示：不管采用絕對編程還是采用增量編程，圓心坐標(biāo)均為圓心相對于圓弧起點的增量值。③當(dāng)用半徑R指定圓心位置時，從圓弧的起點到終點有兩種可能性。為區(qū)別二者，規(guī)定圓弧的圓心角θ≤180°時，

用“+R”表示；當(dāng)圓弧的圓心角θ＞180°時，

用“-R”表示。

（4）

編程方法舉例,如圖14-18所示。

圖

14-18順時針圓弧插補

方法一：用I、K指定圓心位置，絕對編程。

……

N0060G00X20.0Z2.0；

N0070G01Z-30.0F0.3；

N0080G02X40.0Z-40.0I10.0K0F0.15；

……

增量編程：

……

N0060G00U-80.0W-98.0；

N0070G01W-30.0F0.3；

N0080G02U20.0W-10.0I10.0K0F0.15；

……方法二：用圓弧半徑R指定圓心位置，絕對編程。

……

N0070G01Z-30.0F0.3；

N0080G02X40.0Z-40.0R10.0F0.15；

……

5）刀具補償功能刀具功能稱為T功能，它是選擇刀具和刀具補償?shù)墓δ堋?/p>

指令格式為：

T0101刀具補償號刀具號

刀具補償號從01組開始，00組表示取消刀補。通常以同一編號指令刀位號和刀具補償號，

以減少編程時的錯誤。

數(shù)控車床的刀具補償功能包括刀具長度補償和刀尖圓弧半徑補償兩個方面。（1）刀具長度補償。刀具的長度補償又稱為刀具偏置補償或刀具偏移補償。在下面三種情況下，均需刀具長度的補償。①若干把刀具加工同一零件，編程時一般以其中一把刀為基準(zhǔn)刀設(shè)定工件坐標(biāo)系，因此必須將所有刀具的刀尖都移到此基準(zhǔn)點，可用刀具長度補償功能實現(xiàn)。另外，編程時也可不設(shè)基準(zhǔn)刀（設(shè)定工件坐標(biāo)系將不同），所有刀具的長度補償值均是相對刀架相關(guān)點的。

②對同一把刀來說，當(dāng)?shù)毒咧啬ズ笤侔阉鼫?zhǔn)確地安裝到加工程序所設(shè)定的位置是非常困難的，總是存在安裝位置誤差。這種安裝位置誤差在實際加工時便成為加工誤差。因此，加工前必須用刀具長度補償功能來修正安裝位置誤差。③每把刀具在加工過程中，都會有不同程度的磨損。磨損后刀具的刀尖位置與編程位置存在差值，必然造成加工誤差，也可用刀具長度補償?shù)姆椒ㄈソ鉀Q。刀具長度補償通常用手動對刀和測量工件加工尺寸的方法，測出每把刀具的位置補償量并輸入到相應(yīng)的存儲器中。當(dāng)程序執(zhí)行了刀具長度補償功能之后，刀尖的實際位置就代替了原來的位置，

即數(shù)控系統(tǒng)從控制刀架相關(guān)點偏移到控制刀尖點。

（2）刀尖圓弧半徑補償。編制數(shù)控車床加工程序時，常將車刀刀尖看作一個點。但是為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度，通常將車刀刀尖磨成半徑不大的圓弧，圓弧半徑R一般為0.4～1.6mm。如圖14-19所示，以理論刀尖點P編程，數(shù)控系統(tǒng)控制P點的運動軌跡。然而切削時起作用的是切削刃圓弧的各切點，這必然會產(chǎn)生加工表面的形狀誤差。刀尖圓弧半徑補償功能就是用來補償由于刀尖圓弧半徑引起的工件形狀誤差。

圖

14-19刀尖圓弧半徑對加工精度的影響

（3）實現(xiàn)刀尖圓弧半徑補償功能的準(zhǔn)備工作。在加工工件之前，應(yīng)把刀尖半徑補償?shù)挠嘘P(guān)數(shù)據(jù)輸入到刀補表中，以便使數(shù)控系統(tǒng)對刀尖的圓弧半徑所引起的誤差進行自動補償。

首先，工件形狀與刀尖半徑大小有直接關(guān)系，必須將刀尖圓弧半徑值輸入到刀補表中。

其次，車刀的形狀決定刀尖圓弧所處的位置，因此要把代表車刀形狀和位置的參數(shù)輸入到刀補表中。一般將車刀的形狀和位置參數(shù)稱為刀尖方位T。車刀的形狀和位置如圖14-20所示，分別用參數(shù)0～9表示，P點為理論刀尖點。

圖14-20車刀的形狀和位置最后，每個刀具補償號相對應(yīng)有一組X和Z的刀具長度補償值、刀尖圓弧半徑R以及刀尖方位T值。輸入刀尖圓弧半徑補償值時，要將參數(shù)R和T輸入到刀補表中。例如某程序中編入下面的程序段：

N100G00G42X100.0Z3.0T0101；此時若輸入刀具補償號為01的參數(shù)，CRT屏幕上將顯示圖14-21所示的內(nèi)容。在自動加工工件過程中，數(shù)控系統(tǒng)按照刀具表中01補償欄內(nèi)的X、Z、R、T的數(shù)值，自動修正刀具的位置誤差和自動進行刀尖圓弧半徑的補償。各刀具補償值輸入刀補表時應(yīng)注意一一對應(yīng)，否則加工中會發(fā)生意外，這一點應(yīng)特別注意。圖

14-21刀具補償值顯示

（4）刀尖圓弧半徑補償?shù)姆较?。在進行刀尖圓弧半徑補償時，刀具和工件的相對位置不同，刀尖半徑補償?shù)闹噶钜膊煌?/p>

圖14-22表示了刀尖半徑補償?shù)膬煞N不同方向。

圖14-22刀尖圓弧半徑補償方向(a）

刀尖半徑右補償;(b）

刀尖半徑左補償

例14-1如圖14-23所示，應(yīng)用刀尖圓弧半徑補償功能的加工程序如下：O1330N0010G50X200.0Z175.0T0101；N0020S870M03；N0030G00G42X58.0Z10.0M08；N0040G01Z0F1.5；N0050X70.0F0.2；N0060X78.0Z-4.0；N0070X83.0；N0080X85.0Z-5.0；

N0090Z-15.0；N0100G02X91.0Z-18.0R3.0F0.16；N0110G01X94.0F0.2；N0120X97.0Z-19.5；N0130X100.0F1.5；N0140G00G40X200.0Z175.0T0100；N0150M02；

圖

14-23刀具半徑補償編程舉例

6）單一固定循環(huán)可以用G90、G94、G92代碼分別進行外圓切削循環(huán)、端面切削循環(huán)和螺紋切削循環(huán)。（1）外圓車削循環(huán)。其指令格式為：

G90X（U）—Z（W）—R—F—；當(dāng)R=0時，為外圓車削循環(huán)。如圖14-24所示，刀尖從起始點A開始按矩形循環(huán)，最后又回到起始點。圖中虛線表示刀具快速移動，實線表示按F指令的工進速度移動。X、Z為圓柱面切削終點的坐標(biāo)值，U、W為圓柱面切削終點相對循環(huán)起點的坐標(biāo)值。

圖

14-24外圓切削循環(huán)

圖

14-25車圓錐面循環(huán)

（2）端面切削循環(huán)。其指令格式為:

G94X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；當(dāng)R=0時，為端面切削循環(huán)。當(dāng)R≠0時，為切削帶有錐度的端面循環(huán)。如圖14-26所示，刀尖從起始點A開始按1、2、3、4順序循環(huán)，2（F）、3（F）表示F代碼指令的工進速度，1（R）、4（R）的虛線表示刀具快速移動。R為錐面的長度。

圖

14-26車帶有錐度的端面循環(huán)

（3）螺紋切削循環(huán)。其指令格式為：

G92X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；當(dāng)R=0時，為圓柱螺紋加工指令。如圖14-27(a)所示，刀尖從起始點A開始，執(zhí)行“切入→切螺紋→退刀→返回起始點A”的矩形循環(huán)。F為工件螺距。當(dāng)R≠0時，為圓錐螺紋加工指令。如圖14-27(b)所示，刀尖從起始點A開始，執(zhí)行“切入→切螺紋→退刀→返回起始點A”的梯形循環(huán)。R為圓錐體切削始點與切削終點的半徑差值，其用法同G90指令。

圖

14-27螺紋切削循環(huán)

例14-2圖14-28的圓柱螺紋加工程序為：O1370N0100G50X200.0Z200.0T0101；N0110S110M03；N0120G00X35.0Z104.0M08；N0130G92X29.2Z54.0F1.5；N0140X28.6；N0150X28.2；N0160X28.04；N0170G00X200.0Z200.0T0100M09；N0180M02；

注意：由于螺紋加工起始時有一個加速過程，結(jié)束前有一個減速過程，在這兩個過程中，螺距不可能保持恒定，因此螺紋加工時，兩端必須設(shè)置足夠的加速進刀段和減速退刀段。一般加速進刀段和減速退刀段取1～2mm。

圖

14-28圓柱螺紋切削循環(huán)應(yīng)用

7）復(fù)合固定循環(huán)用G70、G71、G72、G73指令分別進行精車循環(huán)、外圓粗車循環(huán)、端面粗車循環(huán)、固定形狀粗車循環(huán)，主要用于加工需要多次進給的粗車。為了避免重復(fù)編寫程序和減少差錯，

數(shù)控系統(tǒng)能自動地計算出粗加工路線和進給次數(shù)，并控制機床自動完成工件的加工。

（1）外圓粗車循環(huán)（G71）。它適合棒料毛坯除去較大余量的切削。粗車后為精車留有Δw、Δu（直徑值）的精車余量。如圖14-29所示，刀尖從C點出發(fā)，A點為循環(huán)的起始點。若指定了由A→A′→B的加工路線，并指定每次進給X軸上的進給量Δd，數(shù)控系統(tǒng)將控制刀尖由A點開始按圖中箭頭指示方向?qū)崿F(xiàn)粗加工循環(huán)，其加工路線為平行于Z軸的多次切削。復(fù)合固定循環(huán)的指令格式如下：

G71U（Δd）R（e）；

G71P（ns）

Q（nf）

U（Δu）

W（Δw）

F（f）

S（s）

T（t）；

圖

14-29外圓粗車循環(huán)

G71指令中各參數(shù)的含義為：Δd為背吃刀量（半徑值），該值設(shè)有正負(fù)號，方向為AA′的方向；e為每次切削循環(huán)的退刀量，可由參數(shù)設(shè)定；ns為指定工件由A點到B點的精加工路線的第一個程序段的順序號；nf為指定工件由A點到B點的精加工路線的最后一個程序段的順序號；Δu為X方向上的精車余量（直徑值）；Δw為Z方向上的精車余量。

（2）端面粗車循環(huán)（G72）。G72指令與G71指令均為粗車循環(huán)指令，其加工路線為平行于X軸的多次切削，用于端面形狀變化較大的場合。

G72的指令格式如下：

G72U（Δd)R（e）；

G72P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F（f）S（s）T（t）；其中各參數(shù)的含義與G71指令相同。

（3）封閉切削復(fù)合循環(huán)（G73）。這種循環(huán)方式適合于加工已基本鑄造或鍛造成型的一類工件。因為其粗加工余量比用棒料直接粗車工件的余量要小得多，故可節(jié)省加工時間。其循環(huán)方式如圖14-30所示，指令格式如下：

G73U（Δi）W（Δk）R（d）；

G73P（ns）

Q（nf）

U（Δu）

W（Δw）

F（f）

S（s）

T（t）；

圖

14-30固定形狀粗車循環(huán)

G73指令中各參數(shù)的含義為：Δi為X軸上的總退刀量（半徑值）；Δk為Z軸上的總退刀量；d為重復(fù)加工的次數(shù)；ns為指定工件由A點到B點的精加工路線的第一個程序段的順序號；nf為指定工件由A點到B點的精加工路線的最后一個程序段的順序號；Δu為X軸上的精加工余量（直徑值）；Δw為Z軸上的精加工余量。

（4）精車循環(huán)（G70）。當(dāng)用G71、G72、G73指令對工件進行粗加工之后，可以用G70指令完成精車循環(huán)。即刀具按粗車循環(huán)指令的精加工路線，切除粗加工中留下的余量。

G70的指令格式為：

G70P（ns）Q（nf）

ns為指定精加工路線的第一個程序段的順序號；nf為指定精加工路線的最后一個程序段的順序號。在精車循環(huán)G70狀態(tài)下，ns→nf程序段中指定的F、S、T有效。當(dāng)ns→nf程序段中不指定F、

S、

T時，

則粗車循環(huán)G71、

G72、G73指令中指定的F、

S、T有效。

應(yīng)注意以下幾點：①在進行粗加工循環(huán)時，只有含在G71、G72、G73程序段中的F、S、T功能才有效。而包含在ns至nf程序段中的F、S、T功能在精加工循環(huán)時才有效。②

A′→B之間必須符合X軸、

Z軸方向的共同單調(diào)增大或減小的模式。

例14-3圖14-31是一個使用外圓粗車循環(huán)和精車循環(huán)加工的例子。

毛坯的直徑為95mm，要求粗加工循環(huán)時，背吃刀量為6mm，退刀量為1mm，進給量為0.3mm/r。精加工循環(huán)時,進給量為0.15mm/r;精加工余量：直徑方向0.4mm，軸向0.2mm。

工件坐標(biāo)系如圖14-31所示。

圖

14-31使用

G71、

G70指令加工舉例

O1380……

N0100G00X96.0Z20.0；N0110G71U3.0R1.0；N0120G71P0130Q0220U0.4W0.2F0.3；N0130G00X42.0；（ns）N0140G01ZOF0.15；N0150G03X52.0Z-5.0R5.0；N0160G01Z-30.0；N0170X65.0；N0180X68.0Z-31.5；N0190Z-63.0；N0200X73.0；N0210X95.0Z-70.0；N0220Z-85.0；（nf）N0230G70P0130Q0220；N0240M02；

3.數(shù)控車床編程舉例

在數(shù)控車床上對圖14-32所示的零件進行精加工，圖中85mm外圓不加工。毛坯為85mm×340mm棒料，材料為45鋼。

要求編制其精加工程序。

圖

14-32編程實例

(1）根據(jù)圖樣要求、毛坯及前道工序加工情況，確定工藝方案及加工工藝路線。工藝方案：以￠85外圓及右中心孔為工藝基準(zhǔn)，用三爪自定心卡盤夾持￠85外圓，用機床尾座頂尖頂住右中心孔。工藝順序：自右向左進行外輪廓面加工：倒角→車削螺紋的大徑→車削錐度部分→車削￠62外圓→倒角→車￠80外圓→車削R70的圓弧→車￠80外圓；切3×45的槽；車M48×1.5的螺紋。

(2）選擇刀具并繪制刀具布置圖。根據(jù)加工要求需選用三把刀具:1號刀為外圓車刀，2號刀為切槽刀，3號刀為螺紋車刀。在繪制刀具布置圖時，要正確選擇換刀點，以避免換刀時刀具與機床、工件及夾具發(fā)生碰撞。該加工程序換刀點選為（200，

350）點。

(3）

確定切削用量。

切削用量如表14-3所示。

表14-3切

削

用

量

表

(4）編制加工程序。確定以三爪自定心卡盤前端面中心O點為工件原點，建立工件坐標(biāo)系。

精加工程序及說明如下：

O1390N0010G50X200.0Z350.0T0101；建立工件坐標(biāo)系N0020S630M03；主軸啟動N0030G00X42.0Z292.0M08；快進至準(zhǔn)備加工點；切削液開N0040G01X48.0Z289.0F0.15;倒角N0050Z230.0；精車螺紋大徑N0060X50.0；退刀N0070X62.0Z167.0；精車錐面N0080Z155.0；

精車62mm外圓

N0090X78.0；退刀N0100X80.0Z154.0；倒角N0110Z135.0；精車80mm外圓N0120G02X80.0Z75.0I63.25K-30.0；車圓弧N0130G01Z65.0；精車80mm外圓N0140X90.0；退刀N0150G00X200.0Z350.0T0100M09；返回起刀點，取消刀補，切削液關(guān)N0160M06T0202；換刀，建立刀補N0170S315M03；主軸啟動N0180G00X51.0Z227.0M08；快進至加工準(zhǔn)備點；切削液開N0190G01X45.0F0.16；車45mm槽N0200G00X52.0；退刀N0210X200.0Z350.0T0200M09；返回起刀點，取消刀補，切削液關(guān)

N0220M06T0303；換刀，建立刀補N0230S100M03；主軸啟動N0240G00X62.0Z296.0M08；快進至準(zhǔn)備加工點，切削液開N0250G92X47.54Z228.5F1.5；螺紋切削循環(huán)N0260X46.94；N0270X46.54；N0280X46.38；N0290G00X200.0Z350.0T0300M09；返回起刀點，取消刀補，切削液關(guān)N0300M02；

程序結(jié)束

14.3.4數(shù)控銑床的程序編制

1.準(zhǔn)備功能G指令

1）絕對尺寸和增量尺寸指令G90、G91

絕對尺寸指令G90表示程序段中的尺寸字為絕對坐標(biāo)值，即機床運動位置的坐標(biāo)值是以工作坐標(biāo)系坐標(biāo)原點（程序零點）為基準(zhǔn)計算的。增量尺寸指令G91表示程序段中的尺寸字為增量坐標(biāo)值，即機床運動位置的坐標(biāo)值是以前一位置為基準(zhǔn)計算的，是相對于前一位置的增量，其正負(fù)可根據(jù)移動的方向來判斷，沿坐標(biāo)軸正方向為正，沿坐標(biāo)軸負(fù)方向為負(fù)。如圖14－33所示，

刀具由A點直線插補到B點，絕對尺寸編程時程序段為G90G01X30.0Y60.0F100;,增量尺寸編程時程序段為G91G01X-40.0Y30.0F100；。

圖

14-33G90、G91編程舉例

2）工作坐標(biāo)系設(shè)定指令G92當(dāng)用絕對尺寸編程時，必須先建立一個坐標(biāo)系用來確定絕對坐標(biāo)原點（又稱編程原點或程序原點），或者確定刀具起始點在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，這個坐標(biāo)系就是工件坐標(biāo)系。其程序格式為：

G92X＿Y＿Z＿；其中：

X、

Y、

Z尺寸字是指起刀點相對于程序原點的位置。

執(zhí)行G92指令時，機床不動作，即X、Y、Z軸均不移動，但CRT顯示器上的坐標(biāo)值發(fā)生了變化。以圖14-34為例，在加工工件前，用手動或自動的方式，令機床回到零點。此時，刀具中心對準(zhǔn)機床零點（見圖14-34(a)），CRT顯示各軸坐標(biāo)均為0。當(dāng)機床執(zhí)行G92X-10Y-10后就建立了工件坐標(biāo)系（見圖14-34(b)）。刀具中心（或機床零點）應(yīng)在工件坐標(biāo)系的X-10Y-10處。圖中X1O1Y1為工件坐標(biāo)系，O1為工件坐標(biāo)系的原點，CRT顯示的坐標(biāo)值為X-10.000Y-10.000，但刀具相對于機床的位置沒有改變。在運行后面的程序時，凡是絕對尺寸指令中的坐標(biāo)值均為X1O1Y1坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。

圖

14-34G92建立工件坐標(biāo)系

3）坐標(biāo)平面選擇指令G17、G18、G19坐標(biāo)平面選擇指令是用來選擇圓弧插補的平面和刀具補償平面的。右手直角笛卡爾坐標(biāo)系的三個互相垂直的軸X、Y、Z，兩兩組合分別構(gòu)成三個平面，即XY平面、ZX平面和YZ平面。G17表示在XY平面內(nèi)加工；G18表示在ZX平面內(nèi)加工；G19表示在YZ平面內(nèi)加工，如圖14－35所示。由于數(shù)控銑床多數(shù)時候在XY平面內(nèi)加工，數(shù)控系統(tǒng)默認(rèn)G17指令，故G17指令一般可省略。

圖14-35平面設(shè)定

4）快速點定位指令G00

G00指令命令刀具以點位控制方式從刀具所在點快速移動到下一個目標(biāo)位置。在機床上，G00的具體速度用參數(shù)來控制，一經(jīng)設(shè)定后不宜經(jīng)常改變。三個坐標(biāo)機床執(zhí)行G00指令時,從程序執(zhí)行開始，加速到指定的速度，然后以此快速移動，最后減速到達終點。假定指定三個坐標(biāo)的方向都有位移量，那么三個坐標(biāo)的伺服電機同時按設(shè)定的速度驅(qū)動工作臺移動，當(dāng)某一軸向完成了位移時，該向的電機停止，余下的兩軸繼續(xù)移動。當(dāng)其中一軸向完成了位移后，只剩下最后一個軸向移動，直至達到指令點。這種單向趨近方法，有利于提高定位精度?？梢?，G00指令的運動軌跡一般不是一條直線而是三條或兩條直線的組合。如果忽略這一點，就容易發(fā)生碰撞。其程序格式為：

G00X＿

Y＿

Z＿

；

5）直線插補指令G01

G01用于按指定速度進給的直線運動,可使機床沿X、Y、Z方向執(zhí)行單軸運動，或在坐標(biāo)平面內(nèi)執(zhí)行任意斜率的直線運動，也可使機床三軸聯(lián)動，沿指定的空間直線運動。

其程序格式為：

G01X＿Y＿Z＿F＿；其中，X、Y、Z為指定直線的終點坐標(biāo)值。

G01是模態(tài)指令，F(xiàn)在本系統(tǒng)中是模態(tài)指令。應(yīng)用第一個G01指令時，必須規(guī)定一個F指令，在以后的程序段中，如沒有新的F指令以前，進給量保持不變，不必在每個程序段中都寫入F指令。

圖

14-36圓弧順、

逆的區(qū)分

6）圓弧插補命令G02、G03

G02表示按指定速度進給的順時針圓弧插補指令，G03表示按指定速度進給的逆時針圓弧插補指令。順圓、逆圓的判別方法：沿著不在圓弧平面內(nèi)的坐標(biāo)軸由正方向向負(fù)方向看去，順時針方向為G02，

逆時針方向為G03，如圖14-36所示。

其程序格式如下：在XY平面內(nèi)的圓弧插補:G17{G02/G03}X—Y—{（I—

J—）/R—}F—

；在ZX平面內(nèi)的圓弧插補:G18{G02/G03}Z—X—{（I—

K—）/R—}F—

；在YZ平面內(nèi)的圓弧插補:G19{G02/G03}Y—Z—{（J—

K—）/R—}F—

；

其中，X、Y、Z為圓弧終點坐標(biāo)值，可以用絕對值，也可以用增量值，由G90或G91決定。在增量方式下，圓弧終點坐標(biāo)是相對于圓弧起點的增量值。I、J、K表示圓弧圓心的坐標(biāo)，是圓心相對于圓弧起點在X、Y、Z軸方向上的增量值，也可看作圓心在以圓弧起點為原點的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。R是圓弧半徑，當(dāng)圓弧所對應(yīng)的圓心角為0°～180°時，R取正值；當(dāng)圓心角為180°～360°時，R取負(fù)值。封閉圓（整圓）只能用圓心坐標(biāo)I、J、K來編程。

7）暫停指令G04

G04指令可使刀具作暫短的無進給光整加工，一般用于锪平面、鏜孔等場合。其程序格式為：

G04{X—

/P—}其中，地址X后可以用帶小數(shù)點的數(shù)，單位為s，如暫停1s可寫成G04X1.0；地址P不允許用小數(shù)點輸入，只能用整數(shù)，單位為ms，如暫停1s可寫成G04P1000。圖14-37為锪孔加工，

孔底有表面粗糙度要求，

程序如下：

G91G01Z-7.0F60；

G04X5.0；（刀具在孔底停留5s）

G00Z7.0；

圖14-37G04編程舉例

8）刀具偏移設(shè)定/工件零點偏移量設(shè)定指令G10使用G10指令可以通過程序設(shè)定刀具偏移量。程序格式為：

G10

P—

R—;其中：

P為偏移號;R為偏移量，

偏移量是絕對值還是增量值取決于是G90還是G91方式。

9）公制輸入和英制輸入指令G21、G20

G21、G20指令分別指定程序中輸入數(shù)據(jù)為公制或英制。G21、G20是兩個互相取代的G代碼，機床出廠時將G21設(shè)定為參數(shù)缺省狀態(tài)，用公制輸入程序時可不再指定G21；但用英制輸入程序時，在程序開始設(shè)定工件坐標(biāo)系之前，必須指定G20。在同一個程序中公制、英制可混合使用。

另外，G21、

G20指令在斷電再接通后，

仍保持其原有狀態(tài)。

10）返回機床參考點指令G27、G28、G29機床參考點是機床上的一個固定點，與加工程序無關(guān)。數(shù)控機床的型號不同，其參考點的位置也不同。通常立式銑床指定X軸正向、Y軸正向和Z軸正向的極限點為參考點。對機床加工范圍比較大的機床，可設(shè)置在距機床原點較近的適當(dāng)位置。機床原點也稱為機床零點，是通過機床參考點間接確定的。機床原點一般設(shè)在機床加工范圍下平面的左前角。機床啟動后，首先要將機床“回零”，即執(zhí)行手動返回參考點，這樣數(shù)控裝置才能通過參考點確認(rèn)出機床原點的位置，從而在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部建立一個以機床零點為機床原點的機床坐標(biāo)系。在執(zhí)行加工程序時，

才能有正確的工件坐標(biāo)系。

（1）返回參考點校驗指令G27。程序格式為：

G27X—

Y—Z—

；根據(jù)G27指令，刀具快速移動，并在指令規(guī)定的位置（坐標(biāo)值為X、Y、Z點）上定位。若所到達的位置是機床參考點，則返回參考點的各軸指示燈亮。如果指示燈不亮，則說明程序中所給出的坐標(biāo)點的坐標(biāo)值有錯誤或機床定位誤差過大。注意，執(zhí)行G27指令時，必須先取消刀度長度和半徑補償，否則會發(fā)生不正確的動作。由于返回參考點不是每個加工周期都需要執(zhí)行，所以可作為選擇程序段。G27程序段執(zhí)行后如不希望繼續(xù)執(zhí)行下一程序段（使機械系統(tǒng)停止）時，可在該程序段后增加M00或M01，或在單個程序段中執(zhí)行M00或M01。

（2）自動返回參考點指令G28。程序格式為：

G28X—Y—Z—

；執(zhí)行G28指令，使各軸快速移動，分別經(jīng)過指定的中間點（坐標(biāo)值為X、Y、Z）返回到參考點位置。在使用G28指令時，原則上必須先取消刀具半徑補償和刀具長度補償。G28指令一般用于自動換刀。

（3）從參考點自動返回指令G29。程序格式為：

G29X—Y—

Z—

；執(zhí)行G29指令時，首先使被指定的各軸快速移動到前面G28所指定的中間點，然后再移動到被指定的位置（坐標(biāo)值為X、Y、Z的返回點）上定位。如果G29指令的前面未指定中間點，則執(zhí)行G29指令時，被指定的各軸經(jīng)程序零點，再移到G29指令的返回點上定位。如圖14-38所示，刀具由A經(jīng)中間點B到參考點R換刀，再經(jīng)中間點返回C點定位。

圖

14-38自動返回參考點

絕對值尺寸編程：

G90G28X130.0Y70.0；（當(dāng)前點A→B→R）

M06；（換刀）

G29X180.0Y30.0；（參考點R→B→C）增量值尺寸編程：

G91G28X100.0Y20.0；

M06；

G29X50.0Y40.0；如程序中無G28指令，則程序段為：

G90G29X180.0Y30.0；進給線路為A→B→C。

11）刀具長度補償指令G43、G44、G49刀具長度補償指令一般用于刀具軸向（Z方向）的補償。它使刀具在Z方向上的實際位移量比程序給定值增加或減少一個偏置量。這樣在程序編制中，可以不必考慮刀具的實際長度以及各把刀具不同的長度尺寸。另外，當(dāng)?shù)毒吣p、更換新刀或刀具安裝有誤差時，也可使用刀具長度補償指令，補償?shù)毒咴陂L度方向上的尺寸變化，不必重新編制加工程序、重新對刀或重新調(diào)整刀具。

程序格式為：

{G43/G44}Z—H—

；其中,G43為刀具長度正補償指令;G44為刀具長度負(fù)補償指令;Z為目標(biāo)點的編程坐標(biāo)值;H為刀具長度補償值的寄存器地址，后面一般用兩位數(shù)字表示補償量代號，補償量a可以用MDI方式存入該代號寄存器中。

如圖14-39所示，執(zhí)行程序段G43

Z—H—；時：

Z實際值＝Z指令值＋a執(zhí)行程序段G44

Z—H—

；時：

Z實際值＝Z指令值－a其中，

a可以是正值，

也可以是負(fù)值。

在圖14-39中，

a＞0。

圖

14-39刀具長度補償

采用取消刀具長度補償指令G49或用G43H00和G44H00可以撤消長度補償指令。同一程序中，既可采用G43指令，也可采用G44指令，只需改變補償量的正負(fù)號即可，如圖14－40所示。A為程序指定點，B為刀具實際到達點，O為刀具起點，采用G43指令，補償量a=-200mm，將其存放于代號為5的補償值寄存器中，則程序為:

G92X0Y0Z0；（設(shè)定O為程序零點）

G90G00G43Z30.0H05；（到達程序指定點A，

實際到達B點）

圖

14-40改變補償量的正負(fù)號

這樣，實際值（B點坐標(biāo)值）為-170，等于程序指令值（A點坐標(biāo)值）30加上補償值-200。如果采用G44指令，補償量a＝200mm，那么程序為：

G92X0Y0Z0；

G90G00G44Z30.0H05；同樣，實際值（B點坐標(biāo)值）為－170，等于程序指令值（A點坐標(biāo)值）30減去補償量200。

如果采用增值量編程，則程序為：

G91G00G43Z30.0H05；（將－200存入H05中）

或G91G00G44Z30.0H05

（將200存入H05中）

12）刀具半徑補償指令G41、G42、G40當(dāng)加工曲線輪廓時，對于有刀具補償功能的數(shù)控系統(tǒng)，不必求出刀具中心的運動軌跡，只需按被加工工件輪廓曲線編程，同時在程序中給出刀具半徑的補償指令，就可以加工出工件的輪廓曲線，使編程工作簡化，如圖14-41所示。

G41為左偏刀具半徑補償，是指沿著刀具運動方向向前看（假設(shè)工件不動），刀具位于工件左側(cè)的刀具半徑補償，如圖14-42所示。

圖

14-41刀具半徑補償

圖

14-42左偏刀具半徑補償

G42為右偏刀具半徑補償，是指沿著刀具運動方向向前看（假設(shè)工件不動），刀具位于工件右側(cè)的刀具半徑補償，

如圖

14-43所示。

圖

14-43右偏刀具半徑補償

G40為刀具半徑補償撤消。使用該指令后，G41、G42指令無效。程序格式為：

{G00/G01}{G41/G42}X—Y—Z—H—

；其中，X、Y、Z表示刀具移至終點時，輪廓曲線（編程軌跡）上點的坐標(biāo)值；H為刀具半徑補償寄存器地址字，

其后一般用兩位數(shù)字表示偏置量代碼，

偏置量可用MDI方式輸入。

為了保證刀具從無半徑補償運動到所希望的刀具半徑補償起始點，須用一直線程序段G00或G01指令建立刀具半徑補償。取消刀具半徑補償?shù)某绦蚋袷綖椋?/p>

G40{G00/G01}X—Y—

；最后一段刀具半徑補償軌跡加工完后，與建立刀具半徑補償類似，也應(yīng)有一直線程序段G00或G01指令取消刀具補償，

以保證刀具從刀具半徑補償終點運動到取消刀具半徑補償點。

指令中有X、Y值時，X和Y表示編程軌跡取消刀補點的坐標(biāo)值。如圖14-44所示，刀具欲從刀補終點A移至取消刀補點B，當(dāng)執(zhí)行取消刀具半徑補償G40指令的程序段時，刀具中心將由C點移至B點。指令中無X、Y值時，則刀具中心C點將沿舊矢量的相反方向運動到A點，如圖14-45所示。

圖

14-44

有X、Y值時G40指令執(zhí)行情況

圖

14-45

無X、Y值時G40指令執(zhí)行情況

例如，圖14-46所示AB輪廓曲線，若直徑為20mm的銑刀從O點開始移動，加工程序為：

N10G92X0Y0Z0；N20G90G17G41G00X18.0Y24.0H06；O→A（實際刀具中心從O→A′）N30G02X74.0Y32.0R40.0F180；A→B（實際刀具中心從A′→B′）N40G40G00X84.0Y0；B→C（實際刀具中心從B′→C′）N50G00X0；C→O（實際刀具中心從C′→O）N60M02；

程序結(jié)束

取消刀