数控机床的程序编制有关介绍

数控机床的核心是数控装置，这实际上是一台控制计算机，它是执行运算功能、指挥数控机床进行自动加工的主要组成部分。这些年来，随着技术的发展，数控系统的功能不断扩大，人们使用起来日益方便。因此，学习数控系统的功能，弄清它的概念，是数控入门的重要一环。

众所周知，使用数控机床的目的是要有效地高质量地加工出合格的零件来，所谓合格的零件必须是符合图纸要求的产品。而机床怎么会知道图纸的要求呢？这必须由人来告诉它。人又是以何种方式、以什么规则和约定告诉给机床的呢？这就必须制定出数控机床程序编制的规则来。换言之，我们必须把零件的图纸尺寸、工艺路线、切削参数等内容，用数控机床能够接受的数字及文字代码来表示，再根据代码的规定形式制成输入介质（如穿孔带、磁带、卡片等），然后将输入介质所记载的信息输入到数控装置中去，从而才能自动控制机床进行加工。

这种从零件图到制成输入介质的过程叫做数控机床的程序编制。数控机床的程序编制分为手工编程和自动编程两种。手工编程的一般步骤包括工艺处理、运动轨迹的坐标计算、填写程序单、制备输入介质和程序校核等。自动编程过程也是按上述步骤进行的，只不过其中的大部分工作是由计算机或自动编程器来完成的。根据输入方式的不同，自动编程分为语言输入、图形输入和语音输入三种方式。自动编程语言常见的有APT，SKC—1，ZCX—1等。为了使机床能够接收所编制的程序，必须有相应的规定。下面分别叙述这些概念。

1、穿孔带和代码

数控机床的信息读入方式有两种：一是手动输入方式；二是自动输入方式。因此作为数控机床信息载体的控制介质也有两类：一类是自动输入时的穿孔带、穿孔卡片、磁带、磁盘等；另一类是控制台手动输入时的键盘、波段开关、手动数据输入（MDI）等等。穿孔带由于有机械的固定代码孔，不易受环境（如磁场）的影响，便于长期保存和重复使用，且程序的存储量大，故至今仍是许多数控机床主要的常用的信息输入方式。

2、程序段格式

在编制数控机床程序时，首先要根据机床的脉冲当量确定坐标值，然后根据其程序段格式编制数控程序。所谓程序段，就是指为了完成某一动作要求所需的功能“字”的组合。“字”是表示某一功能的一组代码符号，如X2500为一个字，表示X向尺寸为2500；F20为一个字，表示进给速度为20。程序段格式是指一个程序段中各字的排列顺序及其表达形式。常用的程序段格式有三种，即固定顺序程序段格式、带有分隔符的固定顺序程序段格式和字地址程序段格式。由于程序段是由功能“字”组成的，因此，以下先介绍常用功能字，然后再介绍程序段格式。

1） 常用功能字

一个程序段中，除了由地址符N为首的三位数组成的序号字（N×××）外，常用的功能字有：准备功能字G；坐标功能字X，Y，Z；辅助功能字M；进给功能字F；主轴转速功能字S和刀具功能字T等。

（1） 准备功能字。 准备功能字以地址符G为首，后跟二位数字（G00-G99）。 ISO1056 标准对准备功能G的规定见表1。我国的标准为JB3208—83，其规定ISO1056—1975（E）等效。 这些准备功能包括：坐标移动或定位方法的指定；插补方式的指定；平面的选择；螺纹、攻丝、固定循环等加工的指定；对主轴或进给速度的说明；刀具补偿或刀具偏置的指定等。 当设计一个机床数控系统时，要在标准规定的G功能中选择一部分与本系统相适应的准备功能，作为硬件设计及程序编制的依据。标准中那些“不指定”的准备功能，必要时可用来规定为本系统特殊的准备功能。

表1 ISO 标准对准备功能G的规定

代 码

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功 能

说 明

代 码

功 能

说 明

G00

点定位

 

G57

XY 平面直线位移

 

G01

直线插补

 

G58

XZ 平面直线位移

 

G02

顺时针圆弧插补

 

G59

YZ 平面直线位移

 

G03

逆时针圆弧插补

 

G60

准确定位（精）

按规定公差定位

G04

暂停

执行本段程序前暂停一段时间

G61

准确定位（中）

按规定公差定位

G05

不指定

 

G62

准确定位（粗）

按规定之较大公差定位

G06

抛物线插补

 

G63

攻丝

 

G07

不指定

 

G64-G67

不指定

 

G08

自动加速

 

G68

内角刀具偏置

 

G09

自动减速

 

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G69

外角刀具偏置

 

G10-G16

不指定

 

G70-G79

不指定

 

G17

选择 XY 平面

 

G80

取消固定循环

取消 G81- G89 的固定循环

G18

选择 ZX 平面

 

G81

钻孔循环

 

G19

选择 YZ 平面

 

G82

钻或扩孔循环

 

G20-G32

不指定

 

G83

钻深孔循环

 

G33

切削等螺距旋纹

 

G84

攻丝循环

 

G34

切削增螺距旋纹

 

G85

镗孔循环 1

 

G35

切削减螺距旋纹

 

G86

镗孔循环 2

 

G36-G39

不指定

 

G87

镗孔循环 3

 

G40

取消刀具补偿

 

G88

镗孔循环 4

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G41

刀具补偿 - 左侧

按运动方向看，

刀具在工件左侧

G89

镗孔循环 5

 

G42

刀具补偿 - 右侧

按运动方向看，

刀具在工件右侧

G90

绝对值输入方式

 

G43

正补偿

刀补值加给给定坐标值

G91

增量值输入方式

 

G44

负补偿

刀补值从给定坐标值减

G92

预制寄存

修改尺寸字

不产生运动

G45

用于刀具补偿

 

G93

按时间倒数给定进给速度

 

G46-G52

用于刀具补偿

 

G94

  进给速度     （mm/min）

 

G53

直线位移功能取消

 

G95

进给速度

（mm/r（主轴））

 

G54

X 轴直线位移

 

G96

主轴恒线速度

（ m/min ）

 

G55

Y 轴直线位移

 

G97

主轴转速

（ r/min ）

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取消 G96 的指定

G56

Z 轴直线位移

 

G98-G99

不指定

（2） 坐标功能字。坐标功能字（又称为尺寸字）用来设定机床各坐标之位移量。它一般使用 X，Y，Z ，U ，V ，W ，P ，Q ，R ，A ，B ，C ，D ，E 等地址符为首，在地址符后紧跟着“+”（正）或“—”（负）及一串数字， 该数字一般以系统脉冲当量为单位，不使用小数点。一个程序段中有多个尺寸字时，一般按上述地址符顺序排列。

（3） 进给功能字。进给功能字用来指定刀具相对工件运动的速度。其单位一般为 mm/min。当进给速度与主轴转速有关时，如车螺纹、攻丝等，使用的单位为mm/r。进给功能字以地址符“ F”为首，其后跟一串数字代码。具体有以下几种指定方法 ：

① 三位数代码法：F后跟三位数字，第一位为进给速度的整数位加上“3”，后二位是进给速度的前二位有效数字。如 1728mm/min的进给速度用F717指定；15.25mm/min的进给速度用F515指定；0.1537mm/min 的进给速度用 F315 指定等。

② 二位数代码法：对于F后跟的二位数字代码，规定了与00-99相对应的速度表，除00与99外，数字代码由01向98递增时，速度是按等比关系上升的。比例系数为10的20次方根（ ≈1.12），即相邻的后一速度比前一速度增加约12%。如 F20为10mm/min，F21为11.2 mm/min，F54为50 mm/min，F55为560mm/min等。 F00-F99的进给速度对照关系见表2。

表2 二位数码法进给速度对照表 mm/min

代 码

速 度

代 码

速 度

代 码

速 度

代 码

速 度

代 码

速 度

00

停

20

10.0

40

100

60

1000

80

10000

01

1.12

21

11.2

41

112

61

1120

81

11200

02

1.25

22

12.5

42

125

62

1250

82

12500

03

1.40

23

14.0

43

140

63

1400

83

14000

04

1.60

24

16.0

44

160

64

1600

84

16000

05

1.80

25

18.0

45

180

65

1800

85

18000

06

2.00

26

20.0

46

200

66

2000

86

20000

07

2.24

27

22.4

47

224

67

2240

87

22400

08

2.50

28

25.0

48

250

68

2500

88

25000

09

2.80

29

28.0

49

280

69

2800

89

28000

10

3.15

30

31.5

50

315

70

3150

90

31500

11

3.55

31

35.5

51

355

71

3550

91

35500

12

4.00

32

40.0

52

400

72

4000

92

40000

13

4.50

33

45.0

53

450

73

4500

93

45000

14

5.00

34

50.0

54

500

74

4500

94

50000

15

5.60

35

56.0

55

560

75

5600

95

56000

16

6.30

36

63.0

56

630

76

6300

96

63000

17

7.10

37

71.0

57

710

77

7100

97

71000

18

8.00

38

80.0

58

800

78

8000

98

80000

19

9.00

39

90.0

59

900

79

9000

99

高速

    ③ 一位数代码法：对于速度挡较少的数控机床可用F后跟一位数字，即0-9来对应10种预定的速度。

    ④ 直接指定法：像尺寸字中的坐标位移量一样，在 F 后面按照预定的单位直接写上要求的进给速度。

   （4） 主轴速度功能字。主轴速度功能字用来指定主轴速度，单位为r/min，它以地址符S为首，后跟一串数字。它与F为首的进给功能字一样可采用三位、二位、一位数字代码法或直接指定法。数字的意义、分挡办法及对照表与进给功能字通用。只是单位改为r/min。

   （5） 刀具功能字。当系统具有换刀功能时，刀具功能字用以选择替换的刀具。刀具功能字以地址符T为首，其后一般跟二位数字，代表刀具的编号。

   （6） 辅助功能字。辅助功能字以地址符M为首，其后跟二位数字（M00-M99）。ISO1056标准对辅助功能M的规定见表3。此表等效于我国标准JB3208—83中关于M功能的规定。这些辅助功能包括：指定主轴的转向与启停；指定系统冷却液的开与停；指定机械的夹紧与松开；指定工作台等的固定直线与角位移；说明程序停止或纸带结束等。标准中一些不指定的辅助功能可选作特殊用途。当设计一个机床数控系统时，要在标准规定的M代码中选择一部分本系统所需要的辅助功能代码，作为有关部分线路设计及将来程序编制的依据。#p#分页标题#e#

表3 ISO标准对辅助功能M的规定

代 码

功 能

说 明

代 码

功 能

说 明

M00

程序停止

主轴、冷却液停

M32-M35

不指定

M01

计划的停止

需按钮操作确认才换行

M36

进给速度范围 1

不停车齿轮变速范围

M02

程序结束

主轴、冷却液停，机床复位

M37

进给速度范围 2

M03

主轴顺时针方向转

右旋螺纹进入工件方向

M38

主轴速度范围 1

不停车齿轮变转速范围

M04

主轴逆时针方向转

右旋螺纹离开工件方向

M39

主轴速度范围 2

M05

主轴停止

冷却液关闭

M40-M45

不指定

可用于齿轮换挡

M06

换刀

手动或自动换刀，不包括选刀

M46-M47

不指定

M07

2 号冷却液开

M48

取消 M49

M08

1 号冷却液开

M49

手动速度修正失效

回至程序规定的转速或进给率

M09

冷却液停止

M50

3 号冷却液开

M10

夹紧

工作台、工件、夹具、主轴等

M51

4 号冷却液开

M11

松开

M52-M54

不指定

M12

不指定

M55

刀具直线位移到预定位置 1

M13

主轴顺时针转，冷却液开

M56

刀具直线位移到预定位置 2

M14

主轴逆时针转，冷却液开

M57-M59

不指定

M15

正向快速移动

M60

换工件

M16

反向快速移动

M61

工件直线唯一到预定位置 1

M17-M18

不指定

M62

刀具直线位移到预定位置 2

M19

主轴准停

主轴缓转至预定角度停止

M63-70

不指定

M20-M29

不指定

M71

工件转动到预定角度 1

M30

纸带结束

完成主轴冷却液停止、机床复位、纸带回卷等动作

M72

工件转动到预定角度 2

M31

互锁机构暂时失效

M73-M99

不指定

2） 程序段格式

不同的数控机床根据功能的多少、数控装置的复杂程度、编程是否简便直观等不同要求而规定了不同的程序段格式。如果输入程序的格式不符合规定，数控装置就会报警出错。常见的程序段格式有固定顺序式、带分隔符TAB的固定顺序式和字地址格式三种。

早期由于数控装置简单，规定了一种称之为固定顺序的程序段格式，例如：

以这种格式编制的程序，各字均无地址码，字的顺序即为地址的顺序，各字的顺序及字符行数是固定的（不管某一字的需要与否），即使与上一段相比某些字没有改变，也要重写而不能略去。一个字的有效位数较少时，要在前面用“0”补足规定的位数。所以各程序段所占穿孔带的长度为一定。这种格式的控制系统简单，但编程不直观，穿孔带较长，应用较少。

后来又产生了一种具有分隔符号TAB的固定顺序段格式。其基本形式与上述格式相同，只是各字间用分隔符号隔开，以表示地址的顺序。如上例可写成：

由于有分隔符号，不需要的字或与上程序段相同的字可以省略，但必须保留相应的分隔符号（ 即各程序段的分隔符号数目相等） 。此种格式比前一种格式好，常用于功能不多的数控装置，如线切割机床和某些数控铣床等。我国数控线切割机床采用的“ 3B ”或“ 4B ”格式指令就是典型的带分隔符号的固定顺序格式。其 3B 格式的一般表示为：

B X B Y B J G Z

其具体意义如下：

X

B

B

Y

J

G

Z

x 坐标值

分隔符号

y 坐标值

分隔符号

计数长度

计数方向

加工指令

    目前使用最多的则是字地址程序段格式（也称为使用地址符的可变程序段格式）。以这种格式表示的程序段，每一个字之前都标有地址码用以识别地址，即如前述的由字母和数据组成的各种功能字，因此对不需要的字或与上一程序段相同的字都可省略。一个程序段内的各字也可以不按顺序（但为了编程方便，常按一定的顺序）排列。采用这种格式虽然增加了地址读入电路，但编程直观灵活，便于检查，可缩短穿孔带，广泛用于车、铣等数控机床。

对于字地址格式的程序段常常可以用一般形式来表示。如：

若将式（1—1）写成一般形式，则为：

N3G2X ± 23Y ± 23F4S4T2M2                         （1—2）

式中