数控铣床编程

第八章 数控铣床编程第一节 数控铣床编程基础数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床具有X、Y、Z三轴向可移动的特性，更加灵活，且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上产生的。当前人们在研究和开发数控系统时，也一直把铣削加工作为重点。一、数控铣床的坐标系统（一）机床坐标系数控铣床的机床坐标系统同样遵循右手笛卡尔直角坐标系原则。由于数控铣床有立式和卧式之分，所以机床坐标轴的方向也因其布局的不同而不同，如图8-1所示。图8-1 数控铣床的坐标系统图8-1a)所示为立式升降台铣床的坐标方向。其Z轴垂直（与主轴轴线重合），且向上为正方向；面对机床立柱的左右移动方向为X轴，且将刀具向右移动（工作台向左移动）定义为正方向；则根据右手笛卡尔坐标系的原则，Y轴应同时与Z轴和X轴垂直，且正方向指向床身立柱。图8-1b)所示为卧式升降台铣床的坐标方向。其Z轴水平，且向里为正方向（面对工作台的平行移动方向）；工作台的平行向左移动方向为X轴正方向；Y轴垂直向上。以上所述的坐标轴方向均是刀具相对于工件的运动方向（即工件不动，刀具运动）而言，在图8-1中以+X，+Y，+Z表示。+X，+Y，+Z指的是工件相对于刀具运动的坐标轴方向。+X，+Y，+Z的方向与+X，+Y，+Z的方向相反。（二）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调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，以建立机床坐标系。参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数来指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。（三）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工件建立的坐标系，它只与工件有关，而与机床坐标系无关。但考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。通常编程人员会选择某一满足编程要求，且使编程简单、尺寸换算少和引起的加工误差小的已知点为原点，即编程原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。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G54G59指令选择工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。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。因此，编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点，建立工件坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装卡的实际位置。对加工人员来说，则应在装卡工件、调试程序时，确定加工原点的位置，并在数控系统中给于设定（即给出原点设定值），这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。 二、数控铣床的主要功能与加工范围（一）数控铣床的主要功能数控铣床从结构上可分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，配置不同的的数控系统，其功能也有差别。除各自特点之外，一般具有的主要功能有以下几方面。1点位控制功能利用这一功能，数控铣床可以进行只需要作点位控制的钻孔、扩孔、绞孔和镗孔等加工。2连续轮廓控制功能数控铣床通过直线插补和圆弧插补，可以实现对刀具运动轨迹的连续轮廓控制，加工出有直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓工件。对非圆曲线构成的平面轮廓，在经过直线和圆弧逼近后也可以加工。除此之外，还可以加工一些空间曲面。3刀具半径自动补偿功能各数控铣床大都具有刀具半径补偿功能，为程序的编制提供方便。总的来说，该功能有以下几方面的用途：(1)利用这一功能，在编程时可以很方便地按工件实际轮廓形状和尺寸进行编程计算，而加工中使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半径，加工出符合要求的轮廓表面。(2)利用该功能，通过改变刀具半径补偿量的方法来弥补铣刀制造的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用范围和刀具返修刃磨的允许误差。(3)利用改变刀具半径补偿值的方法，以同一加工程序实现分层铣削和粗、精加工，或者用于提高加工精度。(4)通过改变刀具半径补偿值的正负号，还可以用同一加工程序加工某些需要相互配合的工件，如相互配合的凹凸模等。4镜像加工功能镜像加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一半形状的加工程序就可完成全部加工了。5固定循环功能利用数控铣床对孔进行钻、扩、铰和镗加工时，加工的基本动作是相同的，即刀具快速到达孔位慢速切削进给快速退回。对于这种典型化动作，可以专门设计一段程序，在需要的时候进行调用来实现上述加工循环。特别是在加工许多相同的孔时，应用固定循环功能可以大大简化程序。在利用数控铣床的连续轮廓控制功能时，也常常遇到一些典型化的动作，如铣整圆、方槽等，也可以实现循环加工。固定循环功能是一种子程序，采用参数方式进行编制。在加工中根据不同的需要对子程序中设定的参数赋值并调用，以此加工出大小不同和形状不同的工件轮廓及孔径、孔深不同的孔。目前，已有不少数控铣床的数控系统附带有各种已编好的子程序，并可以进行多重嵌套，用户可以直接加以调用，编程就更加方便。除以上的常备功能外，有些数控铣床还加入了一些特殊功能，如增加了计算机仿形加工装置，使铣床可以在数控和靠模两种控制方式中任选一种来进行加工，从而扩大了机床使用范围；具备自适应功能的数控铣床可以在加工过程中根据感受到的切削状况（如切削力、温度等）的变化，通过适应性控制系统及时控制机床改变切削用量，使铣床及刀具始终保持最佳状态，从而可获得较高的切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命；配置了数据采集系统的数控铣床可以通过传感器（通常为电磁感应式、红外线或激光扫描式）对工件或实物（样板、模型等）进行测量和采集所需要的数据。这种功能为那些必须按实物依据生产的工件实现数控加工带来了很大的方便，大大减少了对实样的依赖，为仿制与逆向设计制造一体化工作提供了有效手段。目前已出现既能对实物扫描采集数据，又能对采集到的数据进行自动处理并生成数控加工程序的系统，简称录返系统。(二)数控铣床的加工工艺范围铣削是机械加工中最常用的加工方法之一，主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰和镗孔加工与攻丝等。适于采用数控铣削的零件有箱体类零件、变斜角类零件和曲面类零件。1平面类零件平面类零件的特点是各个加工表面是平面，或可以展开为平面。目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。平面类零件是数控铣削加工对象中最简单的一类，一般只须用三坐标数控铣床的两坐标联动（即两轴半坐标加工）就可以加工。2变斜角类零件加工面与水平面的夹角成连续变化的零件称为变斜角类零件。加工变斜角类零件最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，若没有上述机床，也可在三坐标数控铣床上采用两轴半控制的行切法进行近似加工。3曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。曲面类零件的加工面与铣刀始终为点接触，一般采用三坐标数控铣床加工，常用的加工方法主要有下列两种：(1)采用两轴半坐标行切法加工。行切法是在加工时只有两个坐标联动，另一个坐标按一定行距周期行进给。这种方法常用于不太复杂的空间曲面的加工。(2)采用三轴联动方法加工。所用的铣床必须具有X、Y、Z三坐标联动加工功能，可进行空间直线插补。这种方法常用于发动机及模具等较复杂空间曲面的加工。三、数控铣床的工艺装备数控铣床的工艺装备主要包括夹具和刀具两类。(一)夹具在数控机床上加工零件，由于工序集中往往是在一次装卡中完成全部工序。因此，对零件的定位、夹紧方式要注意以下几个方面。（1）在选用夹具时应综合考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性等问题。在小批量时应尽量采用组合夹具；当工件批量较大、精度要求较高时可以考虑设计专用夹具，或采用多工位夹具及气动、液压夹具。但此类夹具结构较复杂，造价往往较高，而且制造周期较长。（2）零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具相撞的现象。（3）夹紧力应力求通过靠近主要支撑点或在支撑点所组成的三角形内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在被加工孔径的上方，以减少零件变形。（4）零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般同一批零件采用同一定位基准，同一装卡方式。(二)刀具数控机床，特别是加工中心，其主轴转速较普通机床的主轴转速高12倍，某些特殊用途的数控机床、加工中心主轴转速高达数万转，因此数控刀具的强度与耐用度至关重要。目前硬质合金涂镀刀具已广泛用于加工中心，陶瓷刀具与立方氮化硼等刀具也开始在加工中心上运用。一般说来，数控机床所用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具材料抗脆性好，有良好的断屑性能和可调、易更换等特点。（1）平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。注意选好每次走刀宽度和铣刀直径，使接刀刀痕不影响精切走刀精度。因此加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些。精加工时铣刀直径要选大些，最好能包容加工面的整个宽度。（2）立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能铣槽的两边。（3）铣削平面零件的周边轮廓一般采用立铣刀。（4）加工型面零件和变斜角轮廓外形时常采用球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等，如图8-2所示。另外，对于一些成型面还常使用各种成型铣刀。图8-2 轮廓加工常用刀具四、数控铣床的工艺性分析数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削液等都要预先确定好并编入程序中。根据加工实践，数控铣削加工工艺分析所要解决的主要问题大致可归纳为以下几个方面.(一)选择并确定数控铣削加工部位及工序内容数控铣削加工有着自己的特点和适用对象，若要充分发挥数控铣床的优势和关键作用，就必须正确选择数控铣床类型、数控加工对象与工序内容。通常将下列加工内容作为数控铣削加工的主要选择对象：（1）工件上的曲线轮廓，特别是有数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓；（2）已给出数学模型的空间曲面；（3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；（5）以尺寸协调的高精度孔或面；（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状；（7）采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。此外，立式数控铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等；多坐标联动的卧式加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。(二)加工工序的划分在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。在数控机床上加工零件其工序划分的方法有：1刀具集中分序法即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。2粗、精加工分序法这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。3按加工部位分序法即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析。许多工序的安排是综合了上述各分序方法的。(三)确定对刀点与换刀点对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。“对刀点”是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。在程序编制时，不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都把工件看作静止，而刀具在运动。对刀点往往也是零件的加工原点。选择对刀点的原则是：（1）方便数学处理和简化程序编制；（2）在机床上容易找正，便于确定零件的加工原点的位置；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。对刀时应使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，是指确定刀具位置的基准点，如平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。“换刀点”应根据工序内容来作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在距离零件较远的地方。(四)选择走刀路线走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。确定走刀路线的一般原则是：（1）保证零件的加工精度和表面粗糙度；（2）方便数值计算，减少编程工作量；（3）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间；（4）尽量减少程序段数。另外，在选择走刀路线时还要充分注意以下几种情况：（1）避免引入反向间隙误差。数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。例如精镗图8-3a）中所示的四个孔，当孔的位置精度要求较高时，安排镗孔路线的问题就显得比较重要，安排不当就有可能把坐标轴的反向间隙带入，直接影响孔的位置精度。这里给出两个方案，方案A如图8-3a）所示，方案B如图8-3b）所示。图8-3 镗铣加工路线图从图中不难看出，方案A中由于孔与、孔的定位方向相反，X向的反向间隙会使定位误差增加，而影响孔的位置精度。在方案B中，当加工完孔后并没有直接在孔处定位，而是多运动了一段距离，然后折回来在孔处定位。这样、孔与孔的定位方向是一致的，就可以避免引入反向间隙的误差，从而提高了孔与各孔之间的孔距精度。（2）切入切出路径。在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。当铣切外表面轮廓形状时，应安排刀具沿零件轮廓曲线的切向切入工件，并且在其延长线上加入一段外延距离，以保证零件轮廓的光滑过渡。同样，在切出零件轮廓时也应从工件曲线的切向延长线上切出。如图8-4a）所示。当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。切出时也应多安排一段过渡圆弧再退刀，如图8-4b）所示。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。图8-4 铣削圆的加工路线为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。在切入工件前应该已经完成刀具半径补偿，而不能在切入工件时同时进行刀具补偿，如图8-5a）所示，这样会产生过切现象。为此，应在切入工件前的切向延长线上另找一点，作为完成刀具半径补偿点，如图8-5b）所示。图8-5 刀具半径补偿点（3）采用顺铣加工方式在铣削加工中，若铣刀的走刀方向与在切削点的切削速度方向相反，称为逆铣，其铣削厚度是由零开始增大，如图8-6a）所示；反之则称为顺铣，其铣削厚度由最大减到零，如图8-6b）所示。由于采用顺铣方式时，零件的表面精度和加工精度较高，并且可以减少机床的“颤振”，所以在铣削加工零件轮廓时应尽量采用顺铣加工方式。若要铣削如图8-7所示内沟槽的两侧面，就应来回走刀两次，保证两侧面都是顺铣加工方式，以使两侧面具有相同的表面加工精度。图8-6 顺铣和逆铣 图8-7 铣削内沟槽的侧面图8-8 立体轮廓的加工（4）立体轮廓的加工加工一个曲面时可能采取的三种走刀路线，如图8-8所示。即沿参数曲面的u向行切、沿w向行切和环切。对于直母线类表面，采用图8-8b）的方案显然更有利，每次沿直线走刀，刀位点计算简单，程序段少，而且加工过程符合直纹面的形成规律，可以准确保证母线的直线度。图8-8a）方案的优点是便于在加工后检验型面的准确度。因此实际生产中最好将以上两种方案结合起来。图8-8c）所示的环切方案一般应用在内槽加工中，在型面加工中由于编程麻烦，一般不用。但在加工螺旋桨桨叶一类零件时，工件刚度小，采用从里到外的环切，有利于减少工件在加工过程中的变形。（5）内槽加工图8-9 内槽加工内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹坑，如图8-9所示。加工内槽一律使用平底铣刀，刀具边缘部分的圆角半径应符合内槽的图纸要求。内槽的切削分两步，第一步切内腔，第二步切轮廓。切轮廓通常又分为粗加工和精加工两步。粗加工时从内槽轮廓线向里平移铣刀半径R并且留出精加工余量y。由此得出的粗加工刀位线形是计算内腔走刀路线的依据。切削内腔时，环切和行切在生产中都有应用。两种走刀路线的共同点是都要切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复走刀的搭接量。环切法的刀位点计算稍复杂，需要一次一次向里收缩轮廓线，算法的应用局限性稍大，例如当内槽中带有局部凸台时，对于环切法就难于设计通用的算法。从走刀路线的长短比较，行切法要略优于环切法。但在加工小面积内槽时，环切的程序量要比行切小。第二节 数控铣床编程指令以前我国的数控铣床所使用的数控系统基本是从国外进口的，其中以日本FANUC、德国SIEMENS、美国A-B公司和西班牙FAGOR生产的数控系统为主。近年来，我国也在不断自行开发国产的数控系统，并得到了较广泛的应用。其中较为成功的是华中数控、北京数控和广州数控。这几种数控系统都是在FANUC系统的基础上，根据我国国情进行开发改造的。这里以华中数控系统为例详细讲解数控铣床编程指令的应用。一、华中数控系统简述华中数控系统是武汉华中数控股份有限公司与华中理工大学联合研制开发的。目前主要的型号有：华中I 型(HNC-1)和华中世纪星(HNC-21M)。华中I 型是一种性能较为全面的、高性能数控装置；华中世纪星是在华中I 型的基础上，为满足市场要求开发的高性能经济型数控装置，是一种基于PC的铣床CNC数控装置，其基本编程指令与华中I 型相同。在此以华中世纪星(HNC-21M)为例进行讲解。HNC-21M系统技术性能参数是：可控制轴数和联动轴数位4 轴(X、Y、Z、4TH)；最大编程尺寸为99999.999mm；最小分辨率为0.01m-10m(可设置)。另外，该系统还具有直线、圆弧和螺旋线插补功能；刀具长度与半径补偿功能；用户宏程序功能；固定循环功能；旋转、缩放和镜像功能；反向间隙补偿功能；双向螺距补偿(最多5000 点) 功能；主轴转速及进给速度倍率控制功能；M、S、T功能；MDI 功能；自动加减速控制(S 曲线) 功能；加速度平滑控制功能；加工断点保护/恢复功能；故障自我诊断与报警功能；全屏幕程序在线编辑与校验功能；CNC 通讯（RS-232）等功能。二、程序结构（一）程序格式一个零件程序是一组被传送到数控装置中去的指令和数据。它由遵循一定结构句法和格式规则的若干个程序段组成，而每个程序段又由若干个指令字组成，如图8-10所示。图8-10 程序格式一个零件的加工程序格式因数控系统而不同，但通常（ISO标准）包括了起始符和结束符，即由“%”开头和结尾，以字母O后跟四位数字构成的程序名单列一行，其下是程序主体，M30或M02作为程序结束指令。华中世纪星数控装置HNC-21M 的程序结构如下：（1）程序起始符：%(或O)符，%(或O)后跟程序号。（2）程序结束：M30或M02。（3）注释符：括号( )内或分号后的内容为注释文字。值得注意的是，一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序执行的，但书写程序时建议按升序书写程序段号。图8-11 程序段格式（二）程序段格式每个程序段由若干个指令字组成，以“；”或“LT”作为段结束标志。具体格式如图8-11所示。指令字是控制系统的具体指令，由地址符(字母)和带符号（如尺寸字）或不带符号的数字组成。三、华中数控HNC-21M 的基本编程指令图8-12 进给速率F编程指令按不同功能划分为准备功能G指令、辅助功能M指令和F、S、T指令三大类。（一）F、S、T指令1F功能F是控制刀具位移速度的进给速率指令，为续效指令，如图8-12所示。但快速定位G00的速度不受其控制。在铣削加工中，F的单位一般为mm / min(每分钟进给量)。2S功能 S功能用以指定主轴转速，单位是r / min。S是模态指令。S功能只有在主轴速度可调节时才有效。3T功能 T是刀具功能字，后跟两位数字指示更换刀具的编号。在加工中心上执行T 指令，则刀库转动来选择所需的刀具，然后等待直到M06指令作用时自动完成换刀。T 指令同时可调入刀补寄存器中的刀补值(刀补长度和刀补半径) 。虽然T 指令为非模态指令，但被调用的刀补值会一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。如T0101，前一个01指的是选用01号刀，第二个01指的是调入01号刀补值。当刀补号为00时，实际上是取消刀补。如T0100，则是用01号刀，且取消刀补。（二）、辅助功能M指令辅助功能M指令，由地址字M后跟一至两位数字组成，M00M99。主要用来设定数控机床电控装置单纯的开/关动作，以及控制加工程序的执行走向。各M指令功能如表8-1所示：表8-1 M 代 码 功 能 表M 指令功 能M 指令功 能M00程序停止M06刀具交换M01程序选择性停止M08切削液开启M02程序结束M09切削液关闭M03主轴正转M30程序结束，返回开头M04主轴反转M98调用子程序M05主轴停止M99子程序结束1暂停指令M00 当CNC 执行到M00 指令时，将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具更换、工件的尺寸测量、工件调头或手动变速等操作。暂停时机床的主轴进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变。若欲继续执行后续程序重按操作面板上的“启动键”即可。 2程序结束指令M02 M02用在主程序的最后一个程序段中，表示程序结束。当CNC 执行到M02 指令时机床的主轴、进给及冷却液全部停止。使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序就必须重新调用该程序。3程序结束并返回到零件程序头指令M30 M30 和M02 功能基本相同，只是M30 指令还兼有控制返回到零件程序头(%)的作用。使用M30 的程序结束后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“启动键”即可。 4子程序调用及返回指令M98、M99M98 用来调用子程序；M99 表示子程序结束，执行M99 使控制返回到主程序。在子程序开头必须规定子程序号，以作为调用入口地址。在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。在这里可以带参数调用子程序，类似于固定循环程序方式。有关内容可参见“固定循环宏程序”。另外，G65指令的功能与M98相同。5主轴控制指令M03 、M04和 M05M03 启动主轴，主轴以顺时针方向（从Z 轴正向朝Z 轴负向看）旋转；M04 启动主轴，主轴以逆时针方向旋转；M05 主轴停止旋转。6换刀指令M06M06 用于具有刀库的数控铣床或加工中心，用以换刀。通常与刀具功能字T 指令一起使用。如T0303 M06是更换调用03号刀具，数控系统收到指令后，将原刀具换走，而将03号刀具自动地安装在主轴上。7冷却液开停指令M07、M09M07指令将打开冷却液管道；M09指令将关闭冷却液管道。其中M09为缺省功能。（三）准备功能G指令准备功能G代码是建立坐标平面、坐标系偏置、刀具与工件相对运动轨迹（插补功能）、以及刀具补偿等多种加工操作方式的指令。范围由：G0(等效于G00) G99。G代码指令的功能如表8-2所示。表8-2 常用G代码及功能G 代 码组 别功 能G0001快速定位G01直线插补G02顺（时针）圆弧插补G03逆（时针）圆弧插补G0400暂停G1702X-Y平面设定G18X-Z平面设定G19Y-Z平面设定G2006英制单位输入G21公制单位输入G2800经参考点返回机床原点G29由参考点返回G4007刀具半径补偿取消G41刀具半径左补偿G42刀具半径右补偿G4308正向长度补偿G44负向长度补偿G49长度补偿取消G5200局部坐标系设定G5414第一工作坐标系G55第二工作坐标系G56第三工作坐标系G57第四工作坐标系G58第五工作坐标系G59第六工作坐标系G7309分级进给钻削循环G74反攻螺纹循环G80固定循环注销G81G89钻、攻螺纹、镗孔固定循环G9003绝对值编程G91增量值编程G9200工件坐标系设定G9810固定循环退回起始点G99固定循环退回R点注：黑体字指令为系统上电时的默认设置；00组代码是一次性代码，仅在所在的程序行内有效；其他组别的G指令为模态代码，此类指令一经设定一直有效，直到被同组G代码取代。1单位设定指令G20、G21、G22G20是英制输入制式；G21是公制输入制式；G22是脉冲当量输入制式。3 种制式下线性轴和旋转轴的尺寸单位如表8-3所示。表8-3 尺寸输入制式及单位指令线性轴旋转轴G20（英制）英寸度G21（公制）毫米度G22（脉冲当量）移动轴脉冲当量旋转轴脉冲当量2绝对值编程G90 与相对值编程G91G90是绝对值编程，即每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的；G91是相对值编程，即每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。G90和G91可以用于同一个程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。如图8-13a)所示的图形，要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点，使用G90和G91编程如图8-13b)、c)所示。图8-13 绝对值编程与相对值编程选择合适的编程方式将使编程可以简化。通常当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对方式编程较为方便，而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时，采用相对方式编程较为方便。图8-14 加工平面设定 图8-15 设定工件坐标系指令G923加工平面设定指令G17、G18、G19：G17选择XY平面；G18选择ZX平面；G19选择YZ平面，如图8-14所示。一般系统默认为G17。该组指令用于选择进行圆弧插补和刀具半径补偿的平面。注意的是，移动指令与平面选择无关，例如指令“G17 G01 Z10”时，Z轴照样会移动。4坐标系设定指令：（1）工件坐标系设定指令G92 指令格式为：G92 X_ Y_ Z_G92并不驱使机床刀具或工作台运动，数控系统通过G92命令确定刀具当前机床坐标位置相对于加工原点（编程起点）的距离关系，以求建立起工件坐标系。格式中的尺寸字X、Y、Z指定起刀点相对于工件原定的位置。要建立如图8-15所示工件的坐标系。使用G92 设定坐标系的程序为G92 X30 Y30 Z20 。G92指令一般放在一个零件程序的第一段。（2）工件坐标系选择指令G54G59G54G59 是系统预定的6 个工件坐标系，可根据需要任意选用。这6 个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值(工件零点偏置值)可用MDI 方式输入，系统自动记忆。工件坐标系一旦选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。采用G54G59选择工件坐标系方式如图8-16所示。图8-16 选择坐标系指令G54G59在图8-17a)所示坐标系中，要求刀具从当前点移动到A 点，再从A 点移动到B 点。使用工件坐标系G54和G59的程序如图8-17b)所示。在使用G54G59时应注意，用该组指令前，应先用MDI方式输入各坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值。图8-17 G54G59的使用（3）局部坐标系设定指令G52指令格式为：G52 X_Y_Z_A_其中X 、Y、 Z 、A 是局部坐标系原点在当前工件坐标系中的坐标值。G52 指令能在所有的工件坐标系(G92、G54G59)内形成子坐标系，即局部坐标系。含有G52 指令的程序段中，绝对值编程方式的指令值就是在该局部坐标系中的坐标值。设定局部坐标系后，工件坐标系和机床坐标系保持不变。G52 指令为非模态指令。在缩放及旋转功能下不能使用G52指令，但在G52下能进行缩放及坐标系旋转。（4）直接机床坐标系编程指令G53指令格式为：G53 X_ Y_ Z_G53 是机床坐标系编程，该指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上。在含有G53 的程序段中，应采用绝对值编程。且X、Y、Z均为负值。5进给控制指令（1）快速定位指令G00指令格式为：G00 X_ Y_ Z_ A_其中X、Y、Z、A 是快速定位终点，在G90 时为终点在工件坐标系中的坐标，在G91 时为终点相对于起点的位移量。G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。其快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，而不能用F规定。G00一般用于加工前的快速定位或加工后的快速退刀。注意在执行G00 指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。所以操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是将Z 轴移动到安全高度，再放心地执行G00 指令。(2)单方向定位G60指令格式为：G60 X_ Y_ Z_ A_其中X、Y、Z、A 是单向定位终点。G60 单方向定位过程是：各轴先以G00 速度快速定位到一中间点，然后以一固定速度移动到定位终点。各轴的定位方向(从中间点到定位终点的方向)以及中间点与定位终点的距离，由机床参数单向定位偏移值设定。当该参数值小于0时，定位方向为负；当该参数值大于0 时，定位方向为正。G60 指令仅在其被规定的程序段中有效。6直线插补指令G01数控机床的刀具（或工作台）沿各坐标轴位移是以脉冲当量为单位的（mm/脉冲）。刀具加工直线或圆弧时，数控系统按程序给定的起点和终点坐标值，在其间进行“数据点的密化”求出一系列中间点的坐标值，然后依顺序按这些坐标轴的数值向各坐标轴驱动机构输出脉冲。数控装置进行的这种“数据点的密化”叫做插补功能。G01是直线插补指令。它指定刀具从当前位置，以两轴或三轴联动方式向给定目标按F指定进给速度运动，加工出任意斜率的平面(或空间)直线。指令格式为：G01 X_ Y_ Z_ F_其中X、Y、Z是线性进给的终点，F是合成进给速度。G01 指令是要求刀具以联动的方式，按F规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线(联动直线轴的合成轨迹为直线)移动到程序段指令的终点。G01是模态指令，可由G00、 G02、 G03 或G33功能注销。7圆弧插补指令G02、G03G02、G03按指定进给速度的圆弧切削，G02顺时针圆弧插补，G03逆时针圆弧插补。图8-18 圆弧插补方向所谓顺圆、逆圆指的是从第三轴正向朝零点或朝负方向看，如X-Y平面内，从Z轴正向向原点观察，顺时针转为顺圆，反之逆圆。如图8-18所示。指令格式为： 其中：X、Y、Z X轴、Y轴、Z轴的终点坐标；I、J、K 圆弧起点相对于圆心点在X、Y、Z轴向的增量值；R 圆弧半径；F 进给速率。终点坐标可以用绝对坐标G90时或增量坐标G91表示，但是I、J、K的值总是以增量方式表示。【例8-1】 使用G02 对图8-19所示劣弧a 和优弧b 进行编程。图8-19优弧与劣弧的编程 图8-20 整圆编程分析：在图中，a弧与b弧的起点相同、终点相同、方向相同、半径相同，仅仅旋转角度a180，b180。所以a弧半径以R30表示，b弧半径以R-30表示。程序编制如表8-4。表8-4 劣弧a 和优弧b 的编程类别劣弧（a弧）优弧（b弧）增量编程G91 G02 X30 Y30 R30 F300G91 G02 X30 Y30 R-30 F300G91 G02 X30 Y30 R30 F300G91 G02 X30 Y30 I0 J30 F300绝对编程G90 G02 X0 Y30 R30 F300G90 G02 X0 Y30 R-30 F300G90 G02 X0 Y30 I30 J0 F300G90 G02 X0 Y30 I0 J30 F300【例8-2】使用G02/G03 对图8-20所示的整圆编程。解：整圆的程序编制见表8-5。表8-5 整圆的程序类别从A 点顺时针一周从B 点逆时针一周增量编程G91 G02 X0 Y0 I30 J0 F300G91 G03 X0 Y0 I0 J30 F300绝对编程G90 G02 X30 Y0 I30 J0 F300G90 G03 X0 Y-30 I0 J30 F300注意：所谓顺时针或逆时针，是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向；整圆编程时不可以使用R方式，只能用I、J、K方式；同时编入R 与I、J、K 时，只有R 有效。8螺旋线进给指令G02/G03 指令格式为： 其中X, Y, Z 是由G17/G18/G19 平面选定的两个坐标为螺旋线投影圆弧的终点，意义同圆弧进给，第3 坐标是与选定平面相垂直轴的终点。其余参数的意义同圆弧进给。该指令对另一个不在圆弧平面上的坐标轴施加运动指令，对于任何小于360 的圆弧，可附加任一数值的单轴指令。图8-21a)所示螺旋线编程的程序见图8-21b）。图8-21 螺旋线进给指令9刀具补偿指令（1）刀具半径补偿指令G40、G41、G42指令格式为： ； G01 G40 X_Y_；图8-22 刀具半径补偿其中：G41左偏半径补偿，指沿着刀具前进方向，向左侧偏移一个刀具半径，如图8-22a)所示。 G42右偏半径补偿，指沿着刀具前进方向，向右侧补偿一个刀具半径，如图8-22b)所示。X,Y建立刀补直线段的终点坐标值。D 数控系统存放刀具半径值的内存地址，后有两位数字。如：D01代表了存储在刀补内存表第1号中的刀具的半径值。刀具的半径值需预先用手工输入。 G40刀具半径补偿撤消指令。 注意：刀具半径补偿平面的切换，必须在补偿取消方式下进行。刀具半径补偿的建立与取消只能用G00 或G01 指令，不得是G02 或G03。【例8-3】考虑刀具半径补偿，编制图8-23所示零件的加工程序。要求建立如图所示的工件坐标系，按箭头所指示的路径进行加工。设加工开始时刀具距离工件上表面50mm，切削深度为2mm。图8-23 刀补指令的应用解：一个完整的零件程序如表8-6。 表8-6 刀具半径补偿指令的应用程 序说 明%8031程序名N10 G92 X-10 Y-10 Z50确定对刀点N20 G90 G17在XY平面，绝对坐标编程N30 G42 G00 X4 Y10 D01右刀补，进刀到（4，10）的位置N40 Z2 M03 S900Z轴进到离表面2mm的位置，主轴正转N50 G01 Z-2 F800进给切削深度N60 X30插补直线ABN70 G03 X40 Y20 I0 J10插补圆弧BCN80 G02 X30 Y30 I0 J10插补圆弧CDN90 G01 X10 Y20插补直线DEN100 Y5插补直线E（10，5）N110 G00 Z50 M05返回Z方向的安全高度，主轴停转N120 G40 X-10 Y-10返回到对刀点N130 M02程序结束注意：加工前应先用手动方式对刀，将刀具移动到相对于编程原点(-10，-10，50)的对刀点处。图中带箭头的实线为编程轮廓，不带箭头的虚线为刀具中心的实际路线。（2）刀具长度补偿指令G43、G44、G49 G43使刀具在终点坐标处向正方向多移动一个偏差量e；G44则把刀具在终点坐标值减去一个偏差量e（向负方向移动e）；G49（或D00）撤销刀具长度补偿。其格式与刀具半径补偿指令相类似。10回参考点控制指令（1）自动返回参考点G28指令格式为：G28 X_ Y_ Z_ A_其中X、Y、Z、A 是回参考点时经过的中间点（非参考点）。G28 指令首先使所有的编程轴都快速定位到中间点，然后再从中间点返回到参考点。一般G28 指令用于刀具自动更换或者消除机械误差，在执行该指令之前，应取消刀具补偿。在G28 的程序段中不仅产生坐标轴移动指令，而且记忆了中间点坐标值，以供G29 使用。电源接通后，在没有手动返回参考点的状态下指定G28 时，从中间点自动返回参考点与手动返回参考点相同。这时从中间点到参考点的方向，就是机床参数“回参考点方向”设定的方向。G28 指令仅在其被规定的程序段中有效。（2）自动从参考点返回G29指令格式为：G29 X_ Y_ Z_ A_其中X、Y、Z、A 是返回的定位终点。G29可使所有编程轴以快速进给经过由G28 指令定义的中间点，然后再到达指定点。通常该指令紧跟在G28指令之后。G29指令仅在其被规定的程序段中有效。图8-24 G28指令的应用 图8-25 暂停指令的应用11暂停指令G04指令格式为：G04 P_其中：P暂停时间，单位为s（秒）。G04在前一程序段的进给速度降到零之后才开始暂停动作。在执行含G04 指令的程序段时，先执行暂停功能。G04为非模态指令，仅在其被规定的程序段中有效。图8-25a）所示零件的钻孔加工程序如图8-25b）所示。在零件的钻孔加工程序中，G04可使刀具作短暂停留，以获得圆整而光滑的表面。如对不通孔作深度控制时，在刀具进给到规定深度后，用暂停指令使刀具作非进给光整切削，然后退刀，确保孔底平整。12简化编程指令（1）镜像功能G24、G25指令格式为：G24 X_ Y_ Z_ A_M98 P_G25 X_ Y_ Z_ A_其中：G24建立镜像；G25取消镜像；X、Y、Z、A镜像位置。当工件相对于某一轴具有对称形状时，可以利用镜像功能和子程序，只对工件的一部分进行编程，而能加工出工件的对称部分，这就是镜像功能。当某一轴的镜像有效时，该轴执行与编程方向相反的运动。【例8-4】 使用镜像功能编制如图8-26所示轮廓的加工程序。设刀具起点距工件上表面100mm，切削深度5mm。图8-26 镜像功能应用实例解：轮廓的加工程序见表8-7。表8-7 镜像功能实例程序程 序说 明%8041主程序N10 G17 G00 M03N20 G98 P100 加工N30 G24 X0 Y轴镜像，镜像位置为X=0N40 G98 P100 加工N50 G24 X0 Y0 X轴、Y轴镜像，镜像位置为（0，0）N60 G98 P100 加工N70 G25 X0 取消Y轴镜像N80 G24 Y0 X轴镜像N90 G98 P100加工N100 G25 Y0取消镜像N110 M05N120 M30%200 子程序N200 G41 G00 X10.0 Y4.0 D01N210 Y1.0N220 Z-98.0N230 G01 Z-7.0 F100N240 Y25.0N250 X10.0N260 G03 X10.0 Y-10.0 I10.0N270 G01 Y-10.0N280 X-25.0N290 G00 Z105N300 G40 X-5.0 Y-10.0N310 M99（2）缩放功能G50、G51指令格式为：G51 X_Y_Z_P_M98 P_G50其中：G51建立缩放；G50取消缩放；X、Y、Z缩放中心的坐标值；P缩放倍数。图8-27 缩放功能的应用实例G51既可指定平面缩放也可指定空间缩放。在G51 后运动指令的坐标值以X、Y、Z为缩放中心，按P规定的缩放比例进行计算。在有刀具补偿的情况下，先进行缩放，然后才进行刀具半径补偿和刀具长度补偿。【例8-5】用缩放功能编制如图8-27所示轮廓的加工程序，已知三角形ABC的顶点为A(10, 30)，B(90, 30) ，C(50, 110) ，三角形ABC是缩放后的图形，其缩放中心为D(50, 50)，缩放系数为0.5倍，设刀具起点距工件上表面为50mm。 解：该工件的加工程序见表8-8。表8-8 缩放功能实例程序程 序说 明%8051主程序N10 G92 X0 Y0 Z50建立工件坐标系N20 G91 G17 M03 S600 N30 G43 G00 X50 Y50 Z-46 H01 F300快速定位至工件中心，距表面4mm，建立长度补偿N40 #51=14给局部变量#51赋予14的值N50 M98 P100 调用子程序，加工三角形ABCN60 #51=8重新给局部变量#51赋予8的值N70 G51 X50 Y50 P0.5缩放中心(50, 50)， 缩放系数0.5N80 M98 P100 调用子程序，加工三角形ABCN90 G50 取消缩放N100 G49 Z46取消长度补偿N110 M05 M30%100子程序(三角形ABC的加工程序)N100 G42 G00 X-44 Y-20 D01快速移动到XOY平面的加工起点，建立半径补偿N120 Z-#51Z轴快速向下移动局部变量#51的值N150 G01 X84加工AB或ABN160 X-40 Y80加工BC或BCN170 X.44 Y-88加工C加工始点或C加工始点N180 Z#51提刀N200 G40 G00 X44 Y返回工件中心，并取消半径补偿N210 M99返回主程序(3)旋转变换G68、G69指令格式为：G17 G68 X_Y_P_M98 P_G69其中：G68建立旋转；G69取消旋转；X、Y、Z旋转中心的坐标值；P旋转角度，单位是()， 图8-28 旋转变换功能示例0P360。在有刀具补偿的情况下，先旋转后刀补（刀具半径补偿、长度补偿），在有缩放功能的情况下，先缩放后旋转。【例8-6】 使用旋转功能编制如图8-28所示轮廓的加工程序，设刀具起点距工件上表面50mm， 切削深度5mm。解：该工件的加工程序见表8-9。 表8-9 旋转功能应用实例程序程 序说 明%8061 主程序N10 G92 X0 Y0 Z50N15 G90 G17 M03 S600N20 G43 Z-5 H02N25 M98 P200 加工N30 G68 X0 Y0 P45旋转45N40 M98 P200加工N60 G68 X0 Y0 P90旋转90N70 M98 P200 加工N20 G49 Z50N80 G69 M05 M30 取消旋转%200 子程序(的加工程序)N100 G41 G01 X20 Y-5 D02 F300N105 Y0