1.3数控编程基础1.3.1编数控程序作用为什么要编数控程序？因为数控机床是一种自动化的机床，加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及各部件的移动量、速度动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向、刀头夹紧、刀头松开及冷却等操作，以规定的数控代码形式编成程序单，并输入到机床专用计算机中。然后，数控系统根据输入的指令进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制各部分根据规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。因此，程序的编制对于数控机床效能的发挥影响极大。1.3.2数控程序标准●数控程序是什么样子？数控机床必须把代表各种不同功能的指令代码以程序的形式输入数控装置，由数控装置进行运算处理，然后发出脉冲信号来控制数控机床的各个运动部件的操作，从而完成零件的切削加工。目前，数控程序有两个标准：国际标准化组织的SO和美国电子工业协会的EA,我国采用ISO代码。1.3.3加工坐标系与机械坐标系小疑问加工坐标系与机械坐标系是一回事吗？对于大部分立式数控加工中心或数控机床规定：假设工作台不动，操作员站在机床前观察刀具运动，刀具向右为X轴，向里为Y轴，向上为Z轴。均为右手笛卡儿坐标系。机床各轴回零在某固定点上，此点为机床的机械零点。编程时，在工件较方便找正的位置确定的零点为编程零点。模具厂的工件，因开始加工的坯料大多是长方体，一般零点大多选在工件的对称中心，也称四边分中的位置为X、Y轴的零点，Z值大多定在最高面处。1.3.4程序代码在众多的机床系统中，目前，常用的数控程序代码是G代码。以下为FANUC系统指令中最为常用的且重要的指令。1.运动指令(1)G90为绝对值编程，G91为相对值编程。(2)G00刀具按机床设定的固定速度快速移动，也可写成G0。如刀具从A(3.0,6.0,0.0)走到B(10.0,12.0,0.0)则程序为N01G90G00X10.0Y12.0Z0或N01G91G00X7.0Y6.0Z0,其中N01表示程序段号，可以省略。要指出的是，此程序不能用于切削，只用于快速回刀，而且并不是按F值走直线AB,而是折线ACB,如图1-1所示。正因为G00并不像计算机里显示的那样走直线，所以，编程时移刀的安全高度要足够高，否则实际加工中可能出现过切，而计算机却查不出来，在PowerMILL的切入切出及连接参数里，尽量选“掠过”，只在垂直方向用G00运动，水平方向沿着G01运动。(3)G01按指定速度直线运动，也可写成G1。如刀具从A点(3.0,6.0,0.0)走到B点(10.0,12.0,0.0)则程序为N01G90G01X10.0Y12.0Z0.F500或N01G01G91X7.0Y6.0Z0F500N01表示程序段号，可以省略，F500表示进给速度，每分钟走500mm(4)G02顺时针圆弧，G03逆时针圆弧，也可写成G2或G3如图1-2所示，在Y平面内，如刀具从A点(3.0,6.0,0.0)沿圆弧顺时针方向走到B点(10.0,12.0,0.0)半径为6.0，圆心为C2(8.999,6.084,0)程序为G90G02X10.0Y12.0R6.0或G90G02X10.0Y12.015.999J0.084如刀具从B点(10.0,12.0,0.0)沿圆弧逆时针方向走到A点(3.0,6.0,0.0)半径为6.0，圆心为C2(8.999,6.084,0)程序为G90G03X3.0Y6.0R6.0或G90G03X3.0Y6.01-1.001J-5.916R表示圆弧半径，I、J、K是圆心相对于起点的相对坐标。这些都是模态指令，如前一程序段已指定，本条如相同可以省略。C1(4.001,11.916)★B10,12)A(3.6C2(8.999,6.084)图1-1沿ACB快速运动图1-2圆弧运动知识拓展有些机床的R指令可能是非模态，NC程序就不能轻易省略，有些机床的I、J、K要求是圆心绝对坐标值，以上的NC程序就不能正常运行，刚接触新机床要注意这些问题，2.坐标系设置G54~G59一般为6个，但有些新机床可扩展到G540~G599。其功能是将工件的零点机械坐标值存储在机床的寄存器中。3.补偿指令G41为左补偿，G42为右补偿。沿者刀具前进方向看，刀具在加工轨迹的左边偏移，就称为左补偿，否则，为右补偿，G40为取消补偿。G43为刀具长度补偿，G49为取消长度补偿。取消补偿的指令一般在数控程序开始执行，以防止机床调用旧的补偿数据而产生错误，4.辅助功能M00程序暂停，也可写成M0。M01操作暂停，也可写成M1。M02程序结束，也可写成M2。M03刀具正转，也可写成M3。M05刀具停转，也可写成M5。M06换刀，也可写成M6。在加工中心中，刀具要根据在刀架中的排列位置确定刀号。如T5、M06,表示先选T5刀，再用机械手将刀装上刀主轴中。M08开冷却油，也可写成M8。M09关冷却油，也可写成M9。M30程序结束，纸带倒带或程序返回开始处。有些机床要求同一条语句只能有一个M指令，最后一个才起作用。为了安全起见，可以把要加入的M指令分作不同的NC语句，其他不常用的代码不再介绍，如果今后工作中要用到，可参考机床说明书。1.3.5程序举例任务：加工如图1-3所示的外形。用ED8平底刀光刀加工的刀具路径为1→2→3→4…11，先用数学方法计算各个节点的坐标及圆弧半径，然后根据G代码规律编制各直线或圆弧段的数控程序，如图1-4所示。50R1276图13待加工图形图14加工路线图形所编数控程序为刀心轨迹，如下（斜体字为对数控程序语句的解释）所示：%(程序开头符号)O001(程序号。如果采取DNC传送，则可以省略)N0010G40G17G90G49G80(N0010程序段号，G40为取消补偿，G17为选择XY平面，G90为绝对值编程，G49为取消长度补偿，G80为取消钻孔循环)N0020G91G28Z0.0(机床回参考点，G91为相对值编程，G28为回归机械零点便于换刀)：0030T01M06(换刀，将编号为1号的刀自动装上主轴。此功能对于加工中心才有用，对于普通数控铣机床，这一段和上一段由操作员删除)N0040G0G54X19.343Y48.S2200M03(G0刀具快速运动到以G54为零点的点1(19.3431,48,0)点，M03主轴正转，转速为2200/分钟)N0050G43Z10.H01(启动G43长度补偿，H01长度补偿值，同时快速下降到Z10.位置，省略XY说明在XY方向不动。如果首次加工需加入G01F2000,操作员通过调倍率开关使刀具在可控进给速度F2000的百分率在下降)N0060Z3.N0070G1Z0.0F1250.M08(M08开冷却油，按进给F1250走刀)N0080G3X25.Y44.I5.657J2.(逆时针走圆弧进刀到2)N0090G1X38.(切削直线到3)N0100G2X54.Y28.I0.0-16.(切削走顺时圆弧到4)N0110G1Y12.(切削直线到5)N0120G2X38.Y-4.-16.J0.0(切削走顺时圆弧到6)N0130G1X12.(切削直线到7)N0140G2X-4.Y12.I0.0J16.(切削走顺时圆弧到8)N0150G1Y28.(切削直线到9)N0160G2X12.Y44.I16.J0.0(切削走顺时圆弧到10)N0170G1X25.(切削直线到2)N0180G3X30.657Y48.I0.0J6.(切削退出到点11)N0190G1Z3.(慢速提刀到Z3.0,省略XY说明在XY方向不动)N0200G0Z10.(快速提刀到Z10.0)N0210M02(程序结束)%(程序结束符号)手工编程时，要根据图纸，计算出各段原始图形的端点坐标，并且按图纸轮廓编程。程序中加入G41(左补偿)或G42(右补偿)指令，加工时，要在机床控制面板的补偿值中输入所用刀具的半径作为最终补偿值参数。可以用解析几何的办法计算各节点及圆弧参数，也可以在AutoCAD或其他软件中调出电子工程图，直接测量点坐标、圆弧半径或圆心坐标数据。手工编程大多用于2D平面编程的情况，而对于3D尤其是自由曲面的数控程序，就必须借用高级算法编程语言，如Fortran语言、C语言等，进行等距曲面的数模刀具中心点计算，再排列走刀加工轨迹路线，最后输出生成NC程序.这些就相当于开发一个像PowerMILL这样的数控编程软件，工作量大且复杂，这项工作要求编程人员的素质很高。随着技术的发展，现在的数控编程人员很多，只需要弄懂数控代码的含义，会运用如PowerMILL等软件的数控编程功能，就可以完成数控编程的工作，而不需要过多考虑软件的计算原理及计算过程。这样数控编程人员只需要具备初中以上几何知识，经过培训，加上本人刻苦学习，就完全可以胜任数控编程工作。所以，希望初学者，要坚定学习信心，一定能学好数控编程技术，为提高我国的机械制造水平而做出自己的努力。1.3.6编程软件简介复杂程序怎么编？编程软件有那些？究竞那个好用？随着技术的进步，对于3D的数控编程一般很少采用手工编程，而使用商品化的CAD/CAM软件。CAD/CAM是计算机辅助编程系统的核心。主要功能：数据的输入输出、加工轨迹的计算及编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等。目前，在我国深受用户喜欢的数控编程功能强大的软件有MasterCAM、UG、Cimatron、PowerMil、CAXA等。各软件对于数控编程的原理、图形处理方法及加工方法都大同小异，但各有特点。每种软件都不是十全十美，对于用户来说，不但要学习其长处，也要深入了解它们的短处，这样才能应用自如。Mastercam是美国CNC Software、Inc公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。最新版本为MasterCAM X5。优点如下：(1)研发团队开发加工功能的历史悠久。(2)该软件能及时推出各种新的加工功能。(3)该软件对系统运行环境要求较低。(4)可以实现DNC加工。DNC(直接数控)是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。(5)利用Mastercam的Communic功能进行通信，而不必考虑机床的内存不足问题。经大量的实践表明，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序较为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。不足之处：①绘图功能没有UG、PraE及SolidWorks那样强大。②新功能有时不够稳定。Cimatron是以色列Cimatron软件有限公司开发的世界著名的CAD/CAM软件。针对模具制造行业提供了全面的解决方案。Cimatron软件产品是一个集成的CAD/CAM产品，在一个统一的系统环境下，使用统一的数据库，用户可以完成产品的结构设计、零件设计，输