第二章 数控加工编程基础1

子程序格式：除有子程序名或子程序开
头代码外，还要有子程序结束代码，其 余与主程序相同。
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3.主程序和子程序
主程序是加工程序主体部分，是一个完整的零件加工程序。不 同零件或不同的加工要求，都有唯一主程序。 为简化编程，可将一个程序或多个程序中的重复动作编写为单 独程序，并通过程序调用的形式来执行这些程序，称为子程序。 就程序结构和组成而言，子程序和主程序无本质区别，但在使 用上，子程序具有以下特点: 子程序可被主程序或其他子程序调用，并且可多次循环执行； 主程序调用的子程序，还可调用其他子程序，即子程序嵌套； 子程序执行结束，能自动返回到调用的程序中； 子程序一般不可以作为独立的加工程序使用，只能通过调用来 实现加工中局部动作。
程序段中指令字均以字母(地址符)开始，后跟符号和数字。 指令字在程序段中的顺序无严格规定，可以任意顺序书写。
不需要的指令字或与上段相同的续效代码可省略不写。 虽增加了地址译码环节，但程序直观、简单，可读性强，便于 检查，广泛应用于现在数控机床。
N0030 G01 X20 Y50 F150 S300 T12 M03；
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刘国华 lgh7511@hlju.edu.cn
第二章 数控编程基础
第一节 概述
第二节 数控编程基础知识
第三节 常用准备功能指令编程方法 第四节 数控编程的工艺处理 第五节 编程中的数值计算 第六节 自动编程简介
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第一节 概述
一.数控编程基本概念 数控加工程序：按规定的代码及格式，记录加工过程的全
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三.数控编程的方法
工艺处理 工艺处理
手 工 编 程
数学处理

程序校验
磁盘
直接传输

计算机
自 动 编 程
加工程序单
穿孔

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磁盘
三.数控编程的方法
• 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零件（如有数千个孔零件） – 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）
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主子程序调用关系
主程序 子程序 子程序
O
O
O
逐层调用，逐层返回。 可实现八层嵌套
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二.数控机床的坐标系
根据在切削过程中起的作用不同，机床切削运动分为主运动和 进给运动。 主运动(Main motion):形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运 动。切下金属必须的最主要运动,速度最高,消耗机床功率最多。 进给运动(Feed motion):使工件的多余材料不断被去除、使新的 金属不断投入切削所需的运动。 切削过程中主运动只有一个，进给运动可以多于一个。主运动 和进给运动可由刀具或工件分别完成，也可由刀具单独完成。 进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给 运动的位置和速度两方面同时实现自动控制，要求进给系统有较 高的定位精度和良好的动态响应特性。
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第一节 概述
二.数控编程的内容和步骤
分 析 零 件 图 纸
工 艺 处 理
数 值 计 算
编 写 程 序 单
制 作 控 制 介 质
程首 序件 校试 验切
数 控 机 床
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第一节 概述
1.分析图样、确定加工工艺过程
分析图样，根据零件材料、形状、尺寸、精度、毛坯和热处理 要求等确定加工方案，选择合适数控机床。 确定加工工艺过程：确定加工顺序、加工路线，装夹方式，确 定刀具及切削用量、选择对刀点等。
顺序号数字可以不连续使用，也不一定要从小到大使用；
对于整个程序，可以每个程序段都设顺序号，也可以只在部分 程序段中设顺序号，还可以在整个程序中全不设定顺序号。
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第二节 编程的基础知识
2.程序段格式
程序段格式指一个程序段内指令字的排列顺序和表达方式， 即程序段的书写规则，程序中的字、字符、数据的安排规则。 主要有三种：固定顺序程序段格式、带分隔符的固定顺序程 序段格式和字地址程序段格式。 固定顺序程序段格式：程序段中无地址符，字的顺序和程序段长 度固定不变，不能省略。格式简单，但程序长，不直观。 带分隔符的固定顺序程序段格式：程序段中也不使用地址符，但 字的顺序固定，各字之间用分隔符隔开以表示地址的顺序。由于 有分隔符，不需要的字可省略，但须保留相应的分隔符。
子程序的格式：
子程序号: 是调用入口地址，必须和主程序中的子程序调用指 令中指向的程序号一致。在大多数数控系统中，子程序程序号和 主程序号的格式相同，即也用O后缀数字组成。 子程序结束符：M99。子程序必须有结束标记(M99)，才能实 现程序的自动返回功能。
主-子程序书写结构:
写在一个文件中； 主程序写在前，子程序写在后； 两者之间空几行作分隔。
对于Z轴的方向，规定以增大刀具与工件间距离的方 向为其正方向。
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二.数控机床的坐标系 2）X坐标
X轴为水平面方向，垂直于Z轴并平行于工件装夹面。
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二.数控机床的坐标系
在数控机床上，机床的动作由数控装 置控制，为了确定数控机床上的成形运 动和辅助运动过程，必须通过坐标系来 确定机床运动位移和方向，此坐标系称 为机床坐标系。 如铣床，机床的纵向运动、横向运动 及垂直方向运动, 需要用机床坐标系来 描述。 为了确定机床运动部件的运动方向和 移动距离，而在机床上建立的坐标系， 即机床坐标系。
• 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
编程自动化是当今的趋势！
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第二节 编程基础知识
一.程序结构
1.程序构成
加工程序由程序号(名)和若干个程序段组成。每个程序段又 由程序段号和若干个指令字组成，指令字由字母、符号、数字组 成。每段程序由；结束。程序段是数控程序的基本组成单元。
说明：
不同数控系统，程序号（名）地址码所用字符可不相同；
程序段以序号“N××××”开头，以“；”结束，一个程序段 表示一个完整的加工工步或动作；
顺序号不是程序段必用字，即可以使用顺序号，也可以不用；
建议不以0作为程序号（名），不用N0作为顺序号； 地址符N后面的数字应为正整数，最小顺序号为N1；
4.制备控制介质
将编制好程序单上内容记录在控制介质上作为数控装置输入信 息，常用穿孔带、磁盘等，也可直接通过数控装置键盘输入。
5.程序校验、试切削
空走刀、空运转画图检查机床运动轨迹与动作正确性； 试切削检验加工精度、误差。
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第一节 概述
常用的校验和试切方法：
对于平面轮廓零件，可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工 件进行空运转空运行绘图。 对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料、木料或价格低材料作工 件，进行试切以检查程序正确性。 在具有图形显示功能和动态模拟功能的机床上，用图形模拟刀 具与工件切削的过程进行检验。 首件试切(在允许条件下) 不仅可查出程序单和控制介质是否 有错，还可检验加工精度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误性质，或修改程序单，或调整刀具 补偿尺寸，直到符合图纸规定精度要求为止。
；
程 序 构 成
；
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第二节 编程的基础知识
程序段由程序段号和指令字组成，指令字由字母、符 号、数字组成。每段程序由；结束。程序段是数控程序 的基本组成单元。
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第二节 编程的基础知识
Fanuc数控系统程序格式
华中数控系统程序格式
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第二节 编程的基础知识
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第二节 编程的基础知识
字地址程序段格式：
N0030 G01 X20 Y50 F150 S300 T12 M03；
国际标准和我国标准均推荐使用此种程序段格式
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第二节 编程的基础知识
3.主程序和子程序
数控程序分为主程序和子程序。
在加工程序中，如果几个连续程序段 在多处重复出现，可将其按规定格式独 立编号成子程序。 程序中子程序以外部分称为主程序。 在执行主程序过程中，可多次重复调用 子程序。
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三.数控编程的方法
1.手工编程
手工完成程序编制全部工作(包括用计算机进行辅助数值计算)。 特点：耗费时间长，易出错，无法胜任复杂形状零件编程。 适用情况：几何形状较为简单零件，点位加工及由直线与圆弧组 成的轮廓加工。
编程手册 夹具表 零 件 图 样 工 艺 人 员 机床表 刀具表 工 艺 规 程 编 程 人 员
2.数值计算
按确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出输入数控装 置的数据，主要是在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨 迹坐标值。 点位加工 不同加工情况，数值计算内容不同 形状简单轮廓加工
形状复杂轮廓加工
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第一节 概述
3.编写零件加工程序单
根据数控系统指令、程序段格式，逐段编写零件加工程序； 填写数控加工工艺文件，如工序卡片、刀具卡片等。
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3.主程序和子程序 主、子程序结构异同
相同：
都是完整的程序，包括程序号、程序段、程序结束指令。
不同：
• 程序结束指令不同
主程序：M02 或 M30 子程序：M99
• 子程序不能单独运行，由主程序或上层子程序调用执行。
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主程序中调用子程序的指令格式：
M98 P 单次调用指令，P后跟被调用的子程序号。 M98 P L 重复调用子程序指令，L后跟重复调用的次数。
部信息（工艺过程、工艺参数、位置数据和方向、操作步骤等） 的命令序列的集合。
数控编程(NC programming) ：简单说是从零件图纸到
制成控制介质的全过程。根据零件图样，将零件的加工信息：加 工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作 （变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文 字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将 程序单的信息制成控制介质的整个过程。
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第二节 编程的基础知识
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第二节 编程的基础知识
字地址程序段格式
目前采用字地址程序段格式，也称地址符可变程序段格式。程 序段由顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴功能 字、刀具功能字、辅助功能字和程序段结束符组成。每个字都由 字母开头，称为“地址”。特点：
加 工 程 序 初 稿
修改
加 工 程 序
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三.数控编程的方法
2.自动编程
在编程过程中，除分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外， 其余工作均由计算机辅助完成，如坐标值计算、零件加工程序单 的编写、自动输出加工程序单及制备控制介质等。 特点：计算机自动绘制刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检 查程序正确性，并及时修改；计算机代替编程人员完成繁琐数值 计算，提高编程效率；解决手工编程无法完成复杂零件编程。 根据编程信息的输入与计算机处理信息的方式不同，分为语言 式自动编程和图形交互式自动编程。 适用：形状复杂零件，具有非圆曲线、列表曲线或曲面的零件。
Y
Z X
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二.数控机床的坐标系 1.坐标轴及运动方向的规定
（1）坐标轴命名规定
机床的一个直线进给运动或圆周进给运动定义一个坐标轴。 采用右手直角笛卡尔坐标系，直线进给运动（平移）用直角坐 标系X、Y、Z表示，对应的圆周进给（旋转）用A、B、C表示。 机床运动统一按工件静止而刀具相对于工件运动来描述。 以增大工件与刀具之间距离的方向(即增大工件尺寸的方向)为 坐标轴正方向。
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二.数控机床的坐标系
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二.数控机床的坐标系
（2）机床坐标系确定方法
顺序：先确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。
Leabharlann Baidu1）Z坐标
将平行于机床主轴的刀具运动坐标定义为Z坐标。
主轴指产生切削动力的轴，例如铣床、钻床、镗床上 的刀具旋转轴，车床上的工件旋转轴。 如果主轴能够摆动，即主轴轴线方向是变化的，则以 轴线垂直于机床工作台装夹面时的状态来定义Z轴。