第1章 数控机床基本知识
• 数控机床的产生与发展
• 数控机床的组成结构及工作原理
• 数控机床的分类
数控机床的产生与发展
• 随着社会生产和科学技术的不断进步，各
类工业新产品层出不穷。机械制造产业作
为国民工业的基础，其产品更是日趋精密
复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域
所需的机械零件，精度要求更高，形状更
为复杂且往往批量较小，加工这类产品需
要经常改装或调整设备，
• 普通机床或专业化程度高的自动化机床
显然无法适应这些要求。同时，随着市
场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需
要进一步提高其生产效率，提高产品质
量及降低生产成本。
• 一种新型的生产设备——数控机床就应
运而生了 。
– 数控机床的产生
• 帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工
学院伺服机构实验室（Servo
Mechanism Laboratory of the
Massachusetts Institute of
Technology）合作，于1952年试制成功
世界上第一台数控机床试验性样机。
1959年，美国克耐·杜列克公司
（Keaney & Trecker）首次成功开发了
加工中心（Machining Center） 。
数控机床的发展简况
• 第1代数控机床：1952年～1959年采用
电子管元件构成的专用数控装置（NC）。
• 第2代数控机床：从1959年开始采用晶
体管电路的NC系统。
• 第3代数控机床：从1965年开始采用小、
中规模集成电路的NC系统。
• 第4代数控机床：从1970年开始采用大
规模集成电路的小型通用电子计算机控
制的系统（CNC）。
• 第5代数控机床：从1974年开始采用微
型计算机控制的系统（MNC）。
1．计算机直接数控系统
• 所谓计算机直接数控（Direct Numerical
Control，DNC）系统，即使用一台计算
机为数台数控机床进行自动编程，编程
结果直接通过数据线输送到各台数控机
床的控制箱。
• 2．柔性制造系统
• 柔性制造系统（Flexible Manufacturing
System，FMS）也叫做计算机群控自动
线，它是将一群数控机床用自动传送系
统连接起来，并置于一台计算机的统一
控制之下，形成一个用于制造的整体。
3．计算机集成制造系统
• 计算机集成制造系统（Computer-
Integrated Manufacturing System，
CIMS），是指用最先进的计算机技术，
控制从定货、设计、工艺、制造到销售
的全过程，以实现信息系统一体化的高
效率的柔性集成制造系统。
我国数控机床发展概况
• 1958年开始并试制成功第一台电子管数控机
床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到
20世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪
80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家
引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日
本FANUC公司引进FANUC3、FANUC5、
FANUC6、FANUC7系列产品的制造技术；上
海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控
系统等。
– 数控机床的发展趋势
• 从数控机床技术水平看，高精度、高速
度、高柔性、多功能和高自动化是数控
机床的重要发展趋势。
• 数控系统都采用了16位和32位微处理器，
标准总线及软件模块和硬件模块结构，
内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率
可达m，高速进给可达100m/min，
控制轴数可达16个。
数控机床的组成结构及工作原
理
– 数控机床的组成
• 1．控制介质
• 数控机床工作时，不需要操作工人直接
操纵机床，但机床又必须执行人的意图，
这就需要在人与机床之间建立某种联系，
这种联系的中间媒介物即称为控制介质。
• 2．数控系统
• 数控装置是一种控制系统，是数控机床
的中心环节。它能自动阅读输入载体上
事先给定的数字，并将其译码，从而使
机床进给并加工零件，数控系统通常由
输入装置、控制器、运算器和输出装置4
大部分组成 。
• 3．伺服系统
• 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动
装置组成，它是数控系统的执行部分。
伺服系统接受数控系统的指令信息，并
按照指令信息的要求带动机床的移动部
件运动或使执行部分动作，以加工出符
合要求的工件。每一个脉冲使机床移动
部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前
所使用的数控系统脉冲当量通常为
• 4．辅助控制系统
• 辅助控制系统是介于数控装置和机床机
械、液压部件之间的强电控制装置。
• 5．机床本体
• 机床本体是数控机床的主体，由机床的
基础大件（如床身、底座）和各运动部
件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。
数控机床的关键结构部件
•1．伺服系统驱动电机
–（1）步进电动机
•步进电动机通常用于开环伺服系统机床。
（2）直流伺服电动机
»① 小惯量直流电动机
»② 宽调速直流电动机
»③ 无刷直流电动机
– （3）交流伺服电动机
• 近年来新型功率开关器件、专用集成电
路和新的控制算法等的发展带动了交流
驱动电源的发展，使其调速性能更能适
应数控机床伺服系统的要求。交流速度
控制系统正逐步取代直流速度控制系统。
• 2．位置检测装置
• 检测装置是把位移和速度测量信号作为
反馈信号，并将反馈信号转换成数字送
回计算机，和脉冲指令信号相比较，以
控制驱动元件正确运转。
– （1）感应同步器
• 感应同步器是一种电磁式的高精度位
移检测元件，按其结构方式的不同可
分为直线式和旋转式两种，前者用于
长度测量，后者用于角度测量。
• 感应同步器的特点是：精度高，工作
可靠，抗干扰性强，维护简单，寿命
长，可测量长距离位置，成本低，易
于批量生产。
– （2）光栅
• 光栅就是在一块长条形的光学玻璃上均
匀地刻划很多条与运动方向垂直的条纹，
条纹之间的距离成为栅距。
• 光栅测量装置是一种非接触式测量，利
用光路减少了机械误差，具有精度高，
响应速度快等特点，因此是数控机床和
数显系统常用的检测元件。
– （3）磁栅
• 磁栅是用电磁的方法计算磁波数目的一种位置
检测元件，磁栅测量装置由磁性标尺、读取磁
头和检测电路组成。
• 磁栅位置检测电路的特点是：容易制造，检测
精度高（能达到每米±3m），安装使用方便，
对环境条件要求较低，若磁性标尺膨胀系数与
机床一致，可在一般车间使用。由于磁头与磁
栅为有接触的相对运动，因而有磨损，使用寿
命受到一定的限制。一般使用寿命可达到5年，
涂上保护膜后寿命则可进一步延长。
– （4）旋转变压器
• 旋转变压器是一种角位移检测元件，由
定子和转子组成，分为有刷和无刷两种
形式。有刷旋转变压器定子和转子均为
两相交流分布绕组。
• 数控机床检测装置主要使用无刷旋转变
压器，因为无刷旋转变压器具有可靠性
高、寿命长、体积小、不用维修以及输
出信号大、抗干扰能力强等优点。
– （5）脉冲编码器
• 脉冲编码器是把机械转角转化为电脉冲
的一种常用角位移传感器。
– （6）测速发电机
• 测速发电机是速度反馈元件，相当于一
台永磁式直流电动机。
• 3．进给运动传动部件
• 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动
相互转换的新型理想传动装置。
• 具有如下优点。
• （1）传动效率高。
• （2）摩擦力小。
• （3）使用寿命长。
• （4）经预紧后可以消除轴向间隙，提高
系统的刚度。
• （5）反向运动时无空行程，可以提高轴
向运动精度。
4．CRT显示及其接口
5．数控机床通信RS-232接口
数控机床的工作原理
• 数控系统的主要任务之一就是控制执行
机构按预定的轨迹运动。一般情况是已
知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲
线方程，由数控系统实时地算出各个中
间点的坐标。即需要“插入、补上”运
动轨迹各个中间点的坐标，通常这个过
程就称为“插补”。
• 1．逐点比较法直线插补
– （1）直线插补计算原理
» ① 偏差计算公式
• 定义直线插补的偏差判别式如下：
• Fm=ymxexmye
– ② 终点判断的方法
• 一种方法是设置Σx、Σy两个减法计数器。
• 另一种方法是设置一个终点计数器 。
• 第三种方法是选终点坐标值较大的坐标
作为计数坐标。
–③ 插补计算过程
• 偏差判断
• 坐标进给
• 偏差计算
• 终点判别
• 2．逐点比较法圆弧插补
– （1）圆弧插补计算原理
» ① 偏差计算公式
• 定义圆弧偏差判别式如下：
• Fm=Rm2R2= xm2+ym2R2
• 新加工点m+1点的偏差为
• Fm2 xm+1
• 新加工点的偏差值为
• Fm+2ym+1
» ② 终点判别方法
» ③ 插补计算过程
数控机床的分类
– 按控制系统的特点分类
•1．点位控制数控机床
• 这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻
床、数控点焊机和数控折弯机等，其相应的
数控装置称为点位控制数控装置。
• 2．直线控制数控机床
• 这类机床主要有数控车床、数控磨床和
数控镗铣床等，相应的数控装置称为直
线控制装置。
3．轮廓控制数控机床
• 属于这类机床的有数控车床、数控铣
床、加工中心等。其相应的数控装置
称为轮廓控制装置。轮廓数控装置比
点位、直线控制装置结构复杂得多，
功能齐全得多。
按进给伺服系统的类型分类
1．开环进给伺服系统数控机床
• 开环进给伺服系统通常不带有位置检测
元件，伺服驱动元件一般为步进电动机。
2．闭环进给伺服系统数控机床
• 闭环进给控制系统带有位置检测元件，
随时可以检测出工作台的实际位移，并反
馈给数控装置，并与设定的指令值进行比
较，利用其差值控制伺服电动机，直至差
值为零为止。
3．半闭环进给伺服系统数控机床
• 半闭环进给伺服系统是将位置检测元
件安装在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的
端部，不直接反馈机床的位移量，而是检
测伺服机构的转角，将此信号反馈给数控
装置进行指令值比较，用差值控制伺服电
动机。
– 按工艺用途分类
• 1．金属切削类数控机床
• 金属切削类数控机床包括数控车床、数
控钻床、数控铣床、数控磨床、数控镗
床以及加工中心。
• 2．金属成型类数控机床
• 金属成型类数控机床包括数控折弯机、
数控组合冲床和数控回转头压力机等。
这类机床起步晚，但目前发展很快。
• 3．数控特种加工机床
• 数控特种加工机床如数控线（电极）切
割机床、数控电火花加工机床、火焰切
割机和数控激光切割机床等。
• 4．其他类型的数控机床
• 其他类型的数控机床如数控三坐标测量
机等。
– 按所用数控装置的构成方式分类
• 1．硬线数控系统
• 2．软线数控系统
第2章 数控编程基础
• 数控编程概述
• 数控程序编制中的工艺分析
• 数控程序编制中的数学处理
数控编程概述
程序编制的内容和步骤
• 数控加工，是指在数控机床上进行零件加
工的一种工艺方法。
• 数控机床程序编制过程的主要内容包括：
零件图的分析、数控机床的选择、工件装
夹方法的确定、加工工艺的确定、刀具的
选择、程序的编制、程序的调试。从零件
图的分析开始到零件加工完毕 。
• 1．零件图的分析
• 2．数控机床的选择
• 3．工件装夹方法的确定
• 4．加工工艺的确定
• 5．刀具的选择
• 6．程序的编制
• 7．程序的调试
– 程序编制的方法
• 1．手工编程
• 利用一般的计算工具，通过各种数学方
法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行
指令编制。这种方式比较简单，很容易
掌握，适应性较大。适用于中等复杂程
度程序、计算量不大的零件编程，对机
床操作人员来讲必须掌握。
• 2．自动编程
• （1）自动编程软件编程
• 利用通用的微型计算机及专用的自动编
程软件，以人机对话方式确定加工对象
和加工条件自动进行运算和生成指令。
• 专用软件多为在开放式操作系统环境下，
在微型计算机上开发的，成本低、通用
性强。
• （2）CAD/CAM集成数控编程系统自动
编程
• 利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分
析及加工编程。该种方法适用于制造业
中的CAD/CAM集成编程数控系统，目前
正被广泛应用。该方式适应面广、效率
高、程序质量好适用于各类柔性制造系
统（FMS）和集成制造系统（CIMS），
但投资大，掌握起来需要一定时间。
数控程序编制中的工艺分析
数控加工工艺基本特点
• 数控加工的程序是数控机床的指令性文件。
数控机床受控于程序指令，加工的全过程
都是按程序指令自动进行的。因此，数控
加工程序与普通机床工艺规程有较大差别，
涉及的内容也较广。
• 数控机床加工程序不仅要包括零件的工
艺过程，而且还要包括切削用量，走刀
路线，刀具尺寸以及机床的运动过程。
因此，要求编程人员对数控机床的性能、
特点、运动方式、刀具系统、切削规范
以及工件的装夹方法都要非常熟悉。
数控加工工艺分析主要内容
• 数控加工工艺概括起来主要包括如下内
容。
• （1）选择适合在数控机床上加工的零件，
确定工序内容。
• （2）分析被加工零件的图纸，明确加工
内容及技术要求。
• （3）确定零件的加工方案，制定数控加
工工艺路线。如划分工序、安排加工顺
序以及处理与非数控加工工序的衔接等。
• （4）加工工序的设计。如选取零件的定
位基准、夹具方案的确定、划分工步、
选取刀辅具和确定切削用量等。
• （5）数控加工程序的调整。选取对刀
点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工
路线。
• （6）分配数控加工中的容差。
• （7）处理数控机床上的部分工艺指令。
• 虽然数控加工工艺内容较多，但有些内
容与普通机床加工工艺非常相似。
– 数控加工工艺分析的一般步骤与方法
– 数控加工内容及加工方法的选择
• 1．选择数控加工内容
• 选择数控加工内容时，应考虑以下问题
• （1）优先选择普通机床上无法加工的内
容，作为数控加工的内容；
• （2）重点选择普通机床难加工、质量也
难以保证的内容，作为数控加工的内容；
• （3）普通机床加工效率低、工人操作劳
动强度大的内容，可考虑在数控机床上
加工。
• 与上述内容比较，下列一些内容则不宜
选择采用数控机床加工：
• （1）需要通过较长时间占机调整的内容，
如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精
基准的工序等；
• （2）必须按专用工装协调的孔及其他加
工内容。主要原因是采集编程用的资料
有困难，协调效果也不一定理想；
• （3）不能在一次装夹中加工完成的其他
零星部位，采用数控加工很麻烦，效果
不明显，可安排在普通机床进行补加工。
• 2．选择数控加工方法
– （1）旋转体零件的加工
• 这类零件一般在数控车床上加工 。
– （2）孔系零件的加工
• 宜用点位元直线控制的数控钻镗床或数
控加工中心加工。
（3）平面和曲面轮廓零件的加工
• 加工曲面轮廓的零件，多采用三个或
三个以上坐标联动的数控铣床或加工中心
加工。
（4）模具型腔的加工
• 此时可考虑选用数控电火花机床成形
加工。
（5）平板形零件的加工
• 该类零件可考虑选择数控线切割机床
加工。
– 加工工序的划分
• 工序划分的原则有两种：工序集中原则
和工序分散原则。
• 工序集中的特点是：
• （1）有利于采用高生产率的专用设备和
数控机床，可大大提高劳动生产率；
• （2）设备数量少，减少了操作工人和操
作面积：
• （3）工序数目少，工艺路线短，简化了
生产计划和生产组织工作；
• （4）工件安装次数少，缩短了辅助时间，
容易保证加工表面的相互位置精度；
• （5）数控机床、专用设备和工艺装备投
资大，尤其是专用设备和工艺装备调整
和维修比较麻烦，生产准备工作量大，
新产品转换周期长。
• 工序分散的特点是：
• （1）设备与工艺装备比较简单，调整方
便，工人容易掌握，生产准备工作量少，
容易适应产品的更换；
• （2）便于采用最合理的切削用量，减少
基本时间；
• （3）设备数量少，操作人员多，生产面
积大。
• 加工工序划分时，除应考虑工序集中
和工序分散外，还需考虑如下一些原则。
–（1）按粗、精加工划分工序
–（2）按先面后孔划分工序
–（3）按所用刀具划分工序
– 工件的装夹方式
• （1）尽可能选用标准夹具（组合夹具），
在成批生产时才考虑专用夹具，并力求
夹具结构简单。
• （2）装卸工件要方便可靠，以缩短辅助
时间和保证安全。
• （3）工件定位夹紧的部位应不妨碍各部
位的加工、刀具更换及重要部位的测量。
尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产
生碰撞的现象。
• （4）夹具的安装要准确可靠，同时应具
备足够的强度和刚度，以减小其变形对
加工精度的影响。
• （5）应尽可能采用气、液压夹具。
对刀点和换刀点的确定
• “对刀点”是指数控加工时，刀具相
对工件运动的起点，这个起点也是编程时
程序的起点。因此，“对刀点”也称“程
序起点”或“起刀点”。在编程时应正确
选择对刀点的位置。选择的原则如下：
• （1）选定的对刀点位置应便于数学
处理和使程序编制简单；
• （2）在机床上容易找正；
• （3）加工过程中便于检查；
• （4）引起的加工误差小。
• 对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“
刀位点”一般是指车刀、镗刀的刀尖；
钻头的钻尖；立铣刀、面铣刀刀头底面
的中心；球头铣刀的球头中心。
– 进给路线的选择
•1．数控车床进给路线的选择
–（1）最短的切削进给路线
–（2）最短的空行程路线
–（3）大余量毛坯的阶梯切削进给路线
• 2．数控铣床进给路线的选择
• （1）铣削外轮廓表面的进给路线
• （2）铣削内轮廓表面的进给路线
• 3．顺铣和逆铣的选择
• 当工件表面无硬皮，机床进给机构无间
隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给
路线。
• 当工件表面有硬皮，机床的进给机构有
间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进
给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工
表面切入，不会崩刀；机床进给机构的
间隙不会引起振动和爬行。
– 数控加工余量的选择
• 1．查表法
• 查表法是根据各工厂的生产实践和实验
研究积累的资料，先制成各种表格，再
汇集成手册。
• 2．经验估算法
• 经验估算法是根据工艺编制人员的实际
经验确定加工余量。
• 3．分析计算法
• 分析计算法是根据一定的试验资料和上
述的加工余量计算公式，分析影响加工
余量的各项因素，并计算确定加工余量。
– 数控加工刀具的选择
• 1．数控刀具的选择
• 目前涂镀刀具，立方氮化硼等刀具已广
泛用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀
具也开始在加工中心上运用。
• 2．数控刀具的使用特点
• 数控刀具应具有较高的耐用度和刚度，
刀头材料热脆性好，有良好断屑性能，
和可调、易更换等特点。
– （1）铣削加工的刀具
• 平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣刀
或立铣刀。
• 立铣刀和镶硬质合金刀片的立铣刀主要
用于加工凸轮，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
偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的
加工精度的目的。
（2）钻孔刀具的使用特点
• 在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，
因此一般钻孔深度约为直径的5倍左右，
细长孔子的加工易于折断，要注意冷却
和倒屑 。
（3）镗孔刀具的使用特点
• 在加工中心上进行镗削加工通常是采用
悬臂式的加工，因此要求镗刀有足够的
刚性和较好的精度。
• 在镗孔过程中一般采用移动工作台或立
柱完成Z向进给（卧式），保证悬伸不变，
从而获得进给的刚性。
（4）螺孔攻丝刀具的使用特点
（5）数控车刀特点及选用
• 图2-20所示为一现代数控车刀，它主
要由刀体、刀片和刀片紧固系统3部分组
成。
• 机夹式车刀按刀片紧固方法的差异可
分为杠杆式、契块式、螺钉式、上压式。
图2-21是上压式紧固系统结构图，它由楔
块式夹具、销、刀垫和螺丝钉组成。
• 车刀刀片的材料主要有高速钢、硬
质合金、涂层硬质合金、陶瓷和金
刚石等，其中应用最多的是硬质合
金和涂层硬质合金刀片。
– 切削用量的选择
• 影响切削条件的因素有：
• （1）机床、工具、刀具及工件的刚性；
• （2）切削速度、切削深度、切削进给率；
• （3）工件精度及表面粗糙度；
• （4）刀具预期寿命及最大生产率；
• （5）切削液的种类、冷却方式；
• （6）工件材料的硬度及热处理状况；
• （7）工件数量；
• （8）机床的寿命。
• 上述诸因素中以切削速度、切削深度、
切削进给率为主要因素。
• 决定切削速度的因素很多，概括起来有
如下几种。
• （1）刀具材质。
• （2）工件材料。
• （3）刀具寿命。
• （4）切削深度与进刀量。
• （5）刀具的形状。
• （6）冷却液使用。
• （7）机床性能。
数控加工工艺文件
• 数控加工工艺文件是编程员编制的与程
序单配套的有关技术文件，它是操作者
必须遵守、执行的规程。
• 1．工艺规程卡
• 数控加工工艺规程卡是数控加工工艺文
件重要组成部分之一，它规定了工序内
容、加工顺序、加工面回转中心的距离
（立式加工中心无此项）、刀具编号
（码）、刀具类型和规格、刀辅具（工
具）型号和规格、主轴转速、进给量和
切削深度等。
• 2．刀具调整卡
• 刀具调整卡是指导机外对刀、预置、调
整或修改刀具尺寸的工艺性文件。
• 3．数控加工程序单
• 数控加工程序单是数控机床运动的指令，
也是技术准备和生产作业指令性文件。
该文件记录了数控加工的工艺过程、切
削用量、走刀路线、刀具尺寸以及机床
运动的全过程。
数控程序编制中的数学处理
– 数学处理的概念
• 根据零件图样，按照已确定的加工路线和
允许的编程误差，计算编程时所需要的资
料，称为数控加工的数值计算。数值计算
的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的
坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。
• 所谓基点，是指各几何元素间的连接
点，如直线与直线的交点，直线与圆
弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点
或切点等。
• 逼近直线小段和圆弧小段与轮廓曲线
的交点或切点称为节点。
常见的数学处理方法
直线和圆弧轮廓基点计算方法
1．联立方程组法求解基点坐标
2．三角函数法求解基点坐标
非圆曲线的节点计算
1．直线逼近零件轮廓曲线时的节点计算
（1）等间距直线逼近的节点计算
（2）等步长法直线逼近的节点计算
（3）等误差法（变步长法）
2．圆弧逼近零件轮廓时节点计算
–（1）圆弧分割法
–（2）三点作图法
列表曲线的数学处理方法
•1．牛顿插值法
•2．双圆弧法
•3．样条函数法
–（1）三次样条函数拟合
–（2）圆弧样条拟合
– 空间曲面的加工
• 1．三坐标数控加工
• 2．五坐标数控加工
第3章 数控车床编程
• 数控车床编程基础
• FANUC系统数控车床程序的编
制
数控车床编程基础
– 数控车床概述
• 1．数控车床的分类
• 数控车床品种繁多，按数控系统的功能和
机械构成可分为简易数控车床（经济型数
控车床）、多功能数控车床和数控车削中
心。
• （1）简易数控车床（经济型数控车床）：
是低档次数控车床，一般是用单板机或
单片机进行控制，机械部分是在普通车
床的基础上改进设计的。
• （2）多功能数控车床：也称全功能型数
控车床，由专门的数控系统控制，具备
数控车床的各种结构特点。
• （3）数控车削中心：在数控车床的基础
上增加其他的附加坐标轴。
• 按结构和用途数控车床主要可分为数控
卧式车床、数控立式车床和数控专用车
床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、
数控丝杠车床等）。
2．数控车床的基本构成
• （1）数控系统：数控车床的数控系统是
由CNC装置、输入输出设备、可编程控
制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱
动装置以及位置测量系统等几部分组成。
• （2）主轴箱
• （3）主轴伺服电机
• （4）夹紧装置
• （5）往复拖板
• （6）刀架
• （7）控制面板
• 3．数控车床的加工特点
• 数控车床加工具有如下特点。
• （1）加工生产效率高
• （2）减轻劳动强度、改善劳动条件
• （3）对零件加工的适应性强、灵活性好
• （4）加工精度高、质量稳定
• （5）有利于生产管理
– 数控车床坐标系统
• 1．机床坐标系
• 数控车床的坐标系以径向为x轴方向，纵
向为z轴方向。指向主轴箱的方向为z轴的
负方向，指向尾架方向是z轴的正方向。x
轴是以操作者面向的方向为x轴正方向。
• x坐标和z坐标指令，在按绝对坐标编程时，
使用代码x和z；按增量坐标（相对坐标）
编程时，使用代码U和W。
• 2．程序原点
• 程序原点是指程序中的坐标原点，即在
数控加工时，刀具相对于工件运动的起
点，所以也称为“对刀点”。
• 3．机械原点
（或称机床原点）
• 以L-10MC数控车铣中心为例介绍x和y轴
机械原点。
– （1）x轴机械原点
• x轴的机械原点被设定在刀盘中心距离主
轴中心500mm的位置。
– （2）z轴机械原点
• z轴的机械原点可以通过改变挡块的安装
位置来改变。z轴机械原点挡块可以被安
装在Ⓐ、Ⓑ、Ⓒ或Ⓓ4个不同的位置上
。
FANUC系统数控车床程序的编制
– 程序结构
•1．程序段的构成
•N＿G＿X(U)＿Z(W)＿F＿M＿S＿T＿；
• 其中，N＿：程序段顺序号；
• G＿：准备；
• X(U)＿：x轴移动指令；
• Z(W)＿：z轴移动；
• F＿：进给功能；
• M＿：辅助功能；
• S＿：主轴功能；
• T＿：工具功能。
•2．程序段的要求
•程序段格式如下：
•N4 G1 X(U)± Z(W)± M8 S4 T2N4 G1 X(U)± Z(W)± M8 S4 T2
•其中，
•N4：代表第4个程序段，用4位数（1～
9999）表示，不允许为“0”；
•X(U)±：坐标可以用正负小数表示，小
数点以前4位数，小数点以后3位数；
•：进给速度可以用小数表示，小数点
以前3位数，小数点以后4位数；
•几种等效的表示方法：
•N0012 G00 M08 X5000
• ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
•N12 G0 M8 X5. X5.
– 准备功能指令
• 准备功能也称为G功能（或称G代码），
它是用来指令机床动作方式的功能。准
备功能是用地址G及其后面的数字来指
令机床动作的。如用G00来指令运动坐
标快速定位。表3-2为FANUC-0TD系统
的准备功能G代码表。
• 注：（1）☆号表示电源接通时的G代码状态；
• （2）00组的G代码为一次性G代码；
• （3）一旦指定了G代码，一览表中没有的G代
码显示报警信号；
• （4）无论有几个不同组的G代码，都能在同一
程序段内指令，如果同组的G代码在同一程序
段内指令了2个以上时，后指令者有效；
• （5）可按组号显示G代码。
– 插补功能
• 1．定位G00
• 定位指令命令刀具以点位控制方式从刀
具所在点快速移动到目标位置，无运动
轨迹要求，不需特别规定进给速度。
• 输入格式：
• G00 X(U) Z(W) ；
• （1）“X(U) Z(W) ”目标点的坐标
（下文同）；
• （2）X(U)坐标按直径值输入；
• （3）“；”表示一个程序段的结束。
• 2．直线插补指令（G01）
• 直线插补指令用于直线或斜线运动。可
使数控车床沿x轴、z轴方向执行单轴运
动，也可以沿x、z平面内任意斜率的直
线运动。
• 输入格式：
• G01 X(U) Z(W) F ；
3．圆弧插补指令（G02 G03）
• 输入格式：
• G02 X Z I K F ；
• 或 G02 X Z R F ；
• G03 X Z I K F ；
• 或 G03 X Z R F ；
• （1）用增量坐标U、W也可以；
• （2）C轴不能执行圆弧插补指令。
螺纹切削指令（G32）
• G32指令能够切削圆柱螺纹、圆锥螺纹、
端面螺纹（涡形螺纹）
• 输入格式：
• G32 X(U) Z(W) F ；“F ”为螺纹的
螺距。
• 工件坐标系设定指令（G50）
• 工件坐标系设定指令以程序原点为工件
坐标系的中心（原点），指定刀具出发
点的坐标值（如图3-19所示）。图3-19
G50设定工作坐标系
• 输入格式：G50 X Z ，其中X Z 为刀
具出发点的坐标（如图3-19所示）。
自动回原点指令（G28）
• 自动回原点指令使刀具自动返回机械原
点或经某一中间点回机械原点（如图3-
20和图3-21所示）。
• 输入格式：
• G28 X(U) Z(W) T00；
• （1）X(U) 和Z(W) 为中间点的坐标。
• （2）T00（刀具复位）指令必须写在
G28指令的同一程序段或该程序段之前。
– 主轴及辅助功能指令
• 1．主轴功能指令（S指令）和主轴转速
控制指令（G96、G97、G50）
• 主轴功能指令（S指令）是设定主轴转
速的指令。
• （1）主轴最高转速的设定（G50）。
• （G50） S ；中S 为主轴最高转速。
• （2）直接设定主轴转速指令（G97），
主轴速度用转速设定，单位为r/min。
• （G97） S （M38或M39）；
• （G97） ：取消主轴线速度，恒定
功能。
• S （M38或M39）：设定主轴转速
（r/min），指令范围为0～9999。
• （3）设定主轴线速度恒定指令（G96），
主轴速度用线速度（m/min）值输入，
并且主轴线速度恒定。
• （G96） S （M38或M39）；
• （G96） ：主轴转速恒定。
• S （M38或M39）：设定主轴线速度，
即切削速度（m/min）。
• （1）G96（控制线速度恒定指令）：当
工件直径变化时主轴每分钟转数也随之
变化，这样就可保证切削速度不变，从
而提高了切削质量。
• （2）主轴转速连续变化，M38设定主轴
在低速范围变化（粗加工），M39设定
主轴在高速范围变化（精加工）。
2．辅助功能指令（M指令）
• M指令设定各种辅助动作及其状态，表3-
4是数控车床及车铣中心的M指令说明。
• 下面介绍几个特殊M代码的使用方法。
• M03：主轴或旋转刀具顺时针旋转
（CW）；
• M04：主轴或旋转刀具逆时针旋转
（CCW）；
• M05：主轴或旋转刀具停止旋转；
– 进给功能指令
• 1．每转进给量指令（G99）、每分钟进
给量指令（G98）
• 指定进给功能的指令方法有如下两种。
• （1）每转进给量（G99）（如图3-23所
示）。
• 输入格式：G99 （F ）；
• F ：主轴每转进给量（进给速度mm/r）。
• （2）每分钟进给量（G98） 。
• 输入格式：G98 (F )；
• F ：每分钟进给量
• （进给速度mm/min）。
2．暂停指令（G04）
• (G99)G04 U(P) ；指令暂停进刀的
主轴回转数。
• (G98)G04 U(P) ；指令暂停进刀的
时间。
3．进给功能指令（F指令）
• 进给功能指令指定刀具的进给速度，有3
种形式。
• （1）每转进给量（mm/r），如图3-26
所示。
• (G99) F ；
• F :主轴每转刀具进给量小数点输入指
令范围为～(mm/r)。
• （2）每分钟进给量（mm/min），如图
3-27所示。
• (G98) F ； 其中F 为每分钟刀具进
给量，指令范围为1～15000(mm/min)。
• （3）螺纹切削进给速度（mm/r），如
图3-28所示。
• F 指定螺纹的螺距，指令范围为
～(mm/r)。
• ① 每转进给量切螺纹时，快速进给速度
没有指定界限；
• ② 接入电源时，系统默认G99模式（每
转进给量）。
– 刀具功能指令
• 1．T功能
• T功能也称为刀具功能，表示选择刀具和
刀补号。
• 输入格式： T□□□□
•2．刀具半径补偿功能（G40、G41、G42）
（1）刀尖半径和假想刀尖的概念
»① 刀尖半径
»② 假想刀尖
（2）刀尖半径补偿模式的设定（G40、G41、G42指
令）
» ① G40（解除刀具半径补偿）
» ② G41（左偏刀具半径补偿）
» ③ G42（右偏刀具半径补偿）
（3）刀尖半径补偿注意事项
• ① G41、G42指令不能与圆弧切削指
令写在同一个程序段，可以与G00和G01
指令写在同一个程序段内，在这个程序段
的下一程序段始点位置，与程序中刀具路
径垂直的方向线过刀尖圆心。
• ② 必须用G40指令取消刀尖半径补偿，
在指定G40程序段的前一个程序段的终
点位置，与程序中刀具路径垂直的方向
线过刀尖圆心。
• ③ 在使用G41或G42指令模式中，不允
许有两个连续的非移动指令，否则刀具
在前面程序段终点的垂直位置停止，且
产生过切或少切现象 。
• ④ 切断端面时，为了防止在回转中心部
位留下少切削的小锥 。
• ⑤ 加工终端接近卡爪或工件的端面时，
指令G40为了防止卡爪或工件的端面被
切 。
• ⑥ 想在工件阶梯端面指定G40时，必须
使刀具沿阶梯端面移动到F点，再指定
G40，且XA＞R ；
• ⑦ 在G74～G76、G90～G92固定循环
指令中不用刀尖半径补偿。
• ⑧ 在手动输入中不用刀尖半径补偿。
• ⑨ 在加工比刀尖半径小的圆弧内侧时，
产生报警。
• ⑩ 在阶梯锥面连接处退刀时指定G40，
在指定G40的程序段里使用反映斜面方
向的I、K地址来防止工件被过切。
固定循环切削功能指令
– 单一形状的固定循环
• 1．外圆车削循环G90
• G90是单一形状固定循环指令，该循环主
要用于轴类零件的外圆、锥面的加工。
• 指令格式：G90 X(U) Z(W) F ；
• 利用G90可以切削锥面。
• 指令格式：G90 X(U) Z(W) I F ；
• 2．螺纹切削循环G92
• 螺纹切削循坏G92可以切削锥螺纹和圆
柱螺纹。
• 指令格式为：
• G92 X(U) Z(W) I F ；
• 3．端面切削循环G94
• G94是用于一些短、面大的工件加工的
固定循环指令。
• （1）车大端面循环切削指令格式：
• G94 X(U) Z(W) F ；
• （2）车大锥面切削循环指令格式：
• G94 X(U) Z(W) K F ；
– 多重固定循环
• 1．圆粗车循环G71
• G71指令将工件切削至精加工之前的尺
寸，精加工前的形状及粗加工的刀具路
径由系统根据精加工尺寸自动设定。
• 输入格式：
• G71 Pns Qnf Uu Ww Dd (F S T )；
• 其中：ns—精加工程序第一个程序段的序号；
• nf—精加工程序最后一个程序段的序号；
• U—x轴方向精加工留量（直径值）；
• W—z轴方向精加工留量；
• d—精加工每次切深。
•2．端面粗车循环G72
• G72指令与G71指令类似，不同
之处就是刀具路径是按径向方向循环
的，输入格式同G71指令，刀具循环
路径如图3-44所示。
•G72 Pns Qnf Uu Ww Dd (F S T )
；
• 其中：d——粗加工每次切深（半径
值）。其他参数与G71相同。
3．固定形状粗车循环G73
• G73指令与G71、G72指令功能相同，只
是刀具路径是按工件精加工轮廓进行循
环的，如图3-45所示。
• 输入格式：
• G73 Pns Qnf II KK UU WW Dd
(F S T )；
• 其中：I——x轴方向的退出距离（半径
值）和方向；
• k—z轴方向的退出距离和方向；
• d—粗切次数。其他参数与G71相同。
• 4．精车循环G70
• 输入格式：
• G70Pns Qnf；
• 参数与G71相同。
第4章 数控铣床及加工中心编程
• 数控铣床及加工中心编程基础
• FANUC系统加工中心编程原理
• 加工中心程序编制实例
• 宏程序编制
数控铣床及加工中心编程基础
数控铣床及加工中心概述
• 数控铣床是一种用途广泛的机床，有立式、
卧式及龙门铣3种。加工中心（Machining
Center）是一种集成化的数控加工机床，
是在数控铣床的发展基础上衍化而成的，
它集铣削、钻削、铰削、镗削及螺纹切削
等工艺于一体，通常称镗铣类加工中心，
习惯称加工中心。
1．加工中心的工艺特点
（1）加工精度高
（2）表面质量好
（3）加工生产率高
（4）工艺适应性强
（5）劳动强度低、劳动条件好
（6）良好的经济效益
（7）有利于生产管理的现代化
• 2．加工中心的分类
• （1）按照机床形态及主轴布局形式
分类
» ① 立式加工中心
» ② 卧式加工中心
» ③ 龙门式加工中心
» ④ 复合加工中心
• （2）按加工中心的换刀形式分类
• ① 带刀库、机械手的加工中心
• ② 无机械手的加工中心
• ③ 一般在小型加工中心上采用转塔刀库
形式，主要以孔加工为主。
• 3．加工中心主要结构部件及其功能
• 加工中心类型繁多，结构各异，但总体
来看主要由基础部件、主轴部件、数控
系统、自动换刀装置和辅助装置等几部
分组成。
数控铣床及加工中心坐标系统
• 1．加工中心运动部件运动方向的规定
– （1）z轴坐标运动
• 规定与主轴线平行的坐标轴为z坐标（z
轴），并取刀具远离工件的方向为正方
向。
• 当机床有几根主轴时，则选取一个垂直
于工件装夹表面的主轴为z轴（如龙门铣
床）。
– （2）x轴坐标运动
• x轴规定为水平平行于工件装夹表面。
– （3）y轴坐标运动
• y坐标轴垂直于x、z坐标轴。当x轴、z轴
确定之后，按笛卡儿直角坐标系右手定
则法判断，y轴方向就惟一地被确定了。
（4）旋转运动A、B和C
• 旋转运动用A、B和C表示，规定其分别
为绕x、y和z轴旋转的运动。A、B和C的
正方向，相应地表示在x、y和z坐标轴的
正方向上，按右手螺旋前进方向。
• 2．加工中心机械原点及工作坐标系
（1）加工中心机械原点
• 机床坐标系的原点也称机械原点、参考
点或零点。
• 而机床坐标系的原点是三维面的交点，
无法直接感觉和测量，只有通过各坐标
轴的零点，做相应的平行切面，这些切
面的交点，即为机床坐标系的原点（机
械原点），这个原点是机床一经设计和
制造出来，就已经确定下来的。
（2）加工中心工作坐标系
• 编程时一般选择工件上的某一点作为
程序原点，并以这个原点作为坐标系的原
点，建立一个新的坐标系，这个新的坐标
系就是工作坐标系（编程坐标系）。
（3）绝对坐标与增量坐标
FANUC系统加工中心编程原理
– 程序结构
• 1．程序号
• 程序号作为程序的标记需要预先设定，一
个程序号必须在字母“O”后面紧接最多8
个阿拉伯数字。
• 2．程序段号
• 程序段号是每个程序功能段的参考代码，
一个程序段号必须在字母“N”后紧接最
多5个阿拉伯数字。
• 3．程序段
• 一个程序段能完成某一个功能，程序段
中含有执行一个工序所需的全部数据，
程序段由若干个字及段结束符“LF”组
成。
• /N10 G03 CR= F100
；（注释）LF
• 其中：
• “/” 表示程序段在执行过程中
可以被跳过；
• “N10” 表示程序段号，主程序段
中可以有字符；
• “ ” 表示中间间隔（可以省略）；
• “G03” 表示程序段具体指令；
• “（注释）” 表示对程序段进行必
要的说明；
• “LF” 表示程序段结束。
• 4．坐标字
• 用于在轴方向移动和设置坐标系的命令
称为坐标字，坐标字包括轴的地址符及
代表移动量的数值，其基本构成见表4-1。
准备功能指令——G代码
1．尺寸数据输入方式G90/G91
2．英制/公制选择G20/G21
• G20设定为英制尺寸、G21设定为公
制尺寸，这两个指令均为模态指令。
• 3．快速点定位G00
• 指令格式：
• G00 X（U） Z(W) ；
• 4．直线插补G01
• 指令格式：
• G01X（U） Z(W) F ；
• 5．平面选择G17～G19
• 在计算刀具长度补偿和刀具半径补
偿时必须首先确定一个平面，即确
定一个两坐标轴的坐标平面，在此
平面中可以进行刀具半径补偿，
G17到G19各自的含义见表4-3。
• 6．圆弧插补G02/G03
• 圆弧插补指令G02/G03是圆弧运动指令。
它是用来指令刀具在给定平面内以F进给
的速度，作圆弧插补运动的指令。
G02/G03是一种模态指令。
– （1）指令格式
• G02 I J F ；
• （G17） X Y
• G03 R F ；
• 在指令格式中，I、J为圆弧中心地址，R
为圆弧半径，其他内容及字符的含义见
表4-4。
• （2）顺、逆时针圆弧插补的判断
• 在使用G02或G03指令之前需要判别刀
具在加工零件时，是沿什么路径在作圆
弧插补运动的，是按顺时针还是逆时针
方向路线在前进的。其判别方法简述为：
视线沿着垂直于圆弧所在平面的坐标轴
的负方向观察，刀具插补方向为顺时针
即为G02，相反则为G03。
• 7．暂停功能G04
（1）按时间计的暂停指令：
• （G94）G04
• 指令格式：
• G94 G04 X_ 或G94 G04 P_；
• 在每分进给方式（G94）中，指定指令
G04按设定的时间延迟了下一个程序段的
执行，对于地址P，不能用小数点，否则
将忽略小数点后的部分。编程规范如下：
• G04 X500； 暂停时间=
• G04 X5000； 暂停时间= sec
• G04 ； 暂停时间= sec
• G04 P5000； 暂停时间= sec
• G04 ； 暂停时间= sec
（2）按圈数计的暂停指令（G95）G04
• 在每转进给方式（G95）下，推迟到主
轴已经旋转了设定的圈数以后，才开始
下一个程序的执行，对于地址P，不能
用小数点，否则将忽略小数点之后的部
分。编程规范如下：
• G04 X500； 暂停时间=
• G04 X5000； 暂停时间= r
• G04 ； 暂停时间= r
• G04 P5000； 暂停时间= r
• G04 ； 暂停时间= r
• 8．刀具补偿功能
（1）刀具长度补偿/取消：G43、G44/G49
• G43刀具长度正补偿；
• G44刀具长度负补偿；
• G49取消刀具长度补偿。
（2）刀尖半径补偿/取消
• 刀具补偿地址D中的半径补偿值必须与
G41/G42一起执行方能生效。
9．可设定的零点偏置G54~G59
• G54； 第一可设定零点偏置
• G55； 第二可设定零点偏置
• G56； 第三可设定零点偏置
• G57； 第四可设定零点偏置
• G58； 第五可设定零点偏置
• G59； 第六可设定零点偏置
• 10．自动返回参考点G28
• 指令格式：
• G91 G28 X…Y…Z…
– 主轴及辅助功能指令
• 1．主轴功能指令
• 指令格式：S_M03（M04）
• 2．辅助功能指令
• （1）关于停止的辅助功能指令（M00、
M01、M02、M30）
• M00：程序停止。在程序执行过程中，
系统读取到M00指令时，无条件停止程
序执行，待重启动后继续执行；
• M01：选择停止。在程序执行过程中，
系统读取到M01指令时，有条件停止程
序执行，待重启动后继续执行；
• M02：程序结束。程序执行完毕，光标
定于程序结尾处；
• M30：程序结束。程序执行完毕，光标
返回至程序开始处。
• （2）主轴旋转M代码
• （M03、M04、M05）
• M03——主轴正转；
• M04——主轴反转；
• M05——主轴停止旋转。
• （3）冷却控制M代码
• （M07、M08、M09）
• M07——冷却汽雾开；
• M08——冷却液开；
• M09——关闭冷却液、汽。
• （4）子程序功能M代码。
• M98——子程序调用M代码。
• 指令格式：M98 P…L…；
• 在这条指令中，子程序程序号由P定义，
并且执行L次。如L省略，执行次数为1
次，子程序最多可重复4次。
• M99——子程序结束。
– 进给功能指令
• 1．快速进给率
• 每个轴的快速进给率能够分别设定，可设
定的快速进给率的范围是从1mm/min到
240000 mm/min。快速进给率应用于G00
，G27，G28，G29，G30和G60等指令。
• 2．切削进给率F
• 切削进给率必须用地址F和一个八位数字
（F8直接指定）来指定。
3．非同步/同步进给G94/G95
• 进给运动速度指令字的单位由切削进给
速度转换功能指令（G94/G95）定义，
如：
• G94——定义分进给，即每分钟进给量
（mm/min）。
• G95——定义转进给，即每转进给量
（mm/r）。
– 刀具功能指令
• 指令格式：T03 M06 T00；
• 调用刀位号为03的刀具
• 刀具功能也叫T—代码功能。此功能用来
选择刀具号，对此NC系统，T功能允许
用地址T后跟三位数的指令选择最多
1000个刀号（0到999）。可是，对本机
床能够选择的刀号的最大数量仅为24。
固定循环切削功能指令
• 1．点钻循环G81
• 指令格式：G81 [Xx Yy] Rr Zz；执行
过程如图4-18所示。
• Xx Yy——点钻孔的坐标；
• Rr ——点钻参考平面高度；
• Zz ——孔的最后钻深。
• 2．间歇钻循环G83
• G83 [Xx Yy] Rr Zz Qtz Ffo [Ddo
Kko Iio Jjo（Bb0）]
• Xx Yy——点钻孔的坐标；
• Rr ——点钻参考平面高度；
• Zz——孔的最后钻深；
• tz——每次进刀的切削深度；
• io——进给倍率的距离；
• do——快速进给停止的余量；
• jo(b0)——进给倍率（%）；
• ko——从R点到切削进给起点的距离；
• fo——进给率。
• 3．高速间歇钻G73
• G73 [Xx Yy] Rr Zz [Qtz] [Ptc] Ffo [
Ddo Kko Iio Jjo（Bb0）]
• tz——每次进刀的切削深度；
• jo(bo) ——进给倍率（%）；
• tc——停顿时间或主轴旋转的圈数；
• fo——进给率；
• do——返回距离；
• f1——加倍率后的进给率；
• ko——从R点到切削进给起点的距离；
• f2——返回速度（固定的）；
• io——进给倍率的距离。
• 4．镗孔循环G76
• G76 [Xx Yy] Rr Zz [Ptc Qq0] Ff1
[Ddo Jjo（Bb0）]
• tc——停顿时间或主轴旋转的圈数；
• jo(b0)——如果设0或不设，则在结束加
工之后，M03输出，如果设除了0以外的
值，则在结束加工之后，M04输出；
• f1——进给率；
• q0——在xy平面上的让刀量；
• do——离R点的距离。
• 5．铰孔循环G85
• G85 [Xx Yy] Rr Zz [Ptz] Ffo [Ef1
Ddo ]
• 执行过程如图4-24所示。
• tz——停顿时间或主轴旋转的圈数；
• do——离R点的距离；
• fo——进给率0；
• f1——进给率1。
• 6．攻丝循环G84
• G84 [Xx Yy] Rr Zz [Ptc] Ffo
[Jjo（Bb0） Ddo Hho Kko]
• Tc——停留时间；
• d0——离R点的距离；
• f0——进给率；
•h0——同步/非同步攻丝的选择标志和在
同步攻丝循环期间的返回速度倍率（%）：
• h0=0表示非同步攻丝循环
• h0>表示同步攻丝循环
•jo(b0)——1．M04输出之前在孔底的停顿
• ——2．M04输出之后在孔底的停顿
• ——3．M03输出之前在R点的停顿
•k0——离R点的距离。
– 子程序
• 在程序编写过程中，常把一些在程序执
行时经常重复使用的程序段写成独立的
一个程序，在适当时候利用一些指令直
接调用，这样的独立程序即为子程序。
加工中心程序编制实例
• 编程实例：利用LGMAZAK VTC-16A型加
工中心加工如图4-27所示工件。工件毛坯
材料为65×30mm的45钢，端面及外圆轮
廓均要求铣削。
• 1．刀具选择
• （1）端面加工选用65mm硬质合金机
夹式端面铣刀；
• （2）外圆及轮廓铣削粗加工选用
16mm两刃立铣刀；
• （3）外圆及轮廓铣削精加工选用8mm
四刃立铣刀；
• （4）10孔粗加工选用5mm中心钻及
麻花钻；
• （5）10孔精加工选用10mm高速钢
机用铰刀；
• 2．工艺路线安排
• 1）调用65mm硬质合金机夹式端面铣
刀粗、精加工工件端面；
• 2）调用16mm两刃立铣刀粗加工外圆
及轮廓；
• 3）调用5mm中心钻钻削10孔的中心
孔；
• 4）调用麻花钻钻削10孔的铰
孔基孔；
• 5）调用8mm四刃立铣刀精铣外圆及轮
廓；
• 6）调用10mm高速钢机用铰刀铰削
10+ 0孔至尺寸。
宏程序编制
• 1．宏程序概述
• 在程序中使用变量，通过对变量进行赋值
及处理的方法达到程序功能，这种有变量
的程序叫宏程序。
（1）宏程序的使用格式
• 宏程序格式与子程序一样，结尾用M99
返回主程序。
• O0100；主程序
• T01M06T00；
• G90 G54 G00 …
• …
• G65 P8500（引数和引数值）；
• M30；
• O8500；宏程序
• …
• [变量]
• [运算指令]
• [控制指令]
• …
• M99
– （2）选择程序号
• 程序在存储器中的位置决定了该程序的
一些权限，根据程序的重要程度和使用
频率用户可选择合适的程序号，具体见
表4-8。
• （3）宏程序调用方法
• ① 非模态调用（单纯调用）：指一次性
调用宏程序主体，即宏程序只在一个程
序段内有效，叫非模态调用。其格式为：
• G65 P_ _ _ _（宏程序号）L_（重复次
数） _<指定引数值>
• 一个引数是一个字母，对应于宏程序中
变量的地址，引数后边的数值赋给宏程
序中对应的变量，同一语句中可以有多
个引数 。
• 2．变量
– （1）变量的表示
• 一个变量由#符号和变量号组成，如：# i
(i =1,2,3…)，也可用表达式来表示变量
。
– （2）变量的使用
– （3）变量的赋值
» ① 直接赋值
» ② 引数赋值
– （4）变量的种类
• 变量有局部变量、公用变量（全局变量）
和系统变量3种。
• ① 局部变量#1～#33：局部变量是一个在宏程
序中局部使用的变量。
• ② 公用变量（全局变量）：#100～#149、
#500～#509公用变量贯穿整个程序过程，包括
多重调用。
• ③ 系统变量：宏程序能够对机床内部变量进
行读取和赋值，从而可完成复杂任务。
– （5）未定义变量的性质
• 未定义变量又叫空变量，有其特殊性质，
它与变量值为零的变量是有区别的。变
量#0总是空变量 。
• 3．运算指令
• 宏程序具有赋值、算术运算、逻辑运算、
函数运算等功能 。
• 4．控制指令
• 控制指令起到控制程序流向的作用。
– （1）分支语句（GOTO）
• 其格式为：
• IF [ <条件表达式> ]GOTO n
– （2）循环指令
• WHILE [ <条件表达式> ] DO m
(m=1，2，3…)；
• ．．．
• END m；
第5章 SIEMENS数控系统
• SIEMENS数控系统数控编程原
理
SIEMENS数控系统数控编程原理
– 数控程序的基本结构
• 1．程序名称
• 按以下规则确定程序名：
• （1）开始的两个符号必须是字母。
• （2）其后的符号可以是字母、数字或下划线。
• （3）最多为16个字符。
• （4）不得使用分隔符。
• 2．程序结构和内容
• NC程序由若干个程序段组成，所采用的
程序段格式属于可变程序段格式。
• 每一个程序段执行一个加工工步，每个
程序段由若干个程序字组成，最后一个
程序段包含程序结束符：M02或M30。
• 3．程序字及地址符
• 程序字是组成程序段的元素，由程序字
构成控制器的指令。程序字由以下几部
分组成：
– （1）地址符
• 地址符一般是一字母。
– （2）数值
• 数值是一个数字串，它可以带正负号和
小数点。正号可以省略不写。
– （3）扩展地址
• 可以通过1～4个数字进行地址扩展。在
这种情况下，其数值可以通过“=”进行
赋值 。
– （4）程序段结构
• 一个程序段中含有执行一个工序所需的
全部数据。
• 程序段由若干个字和程序段结束符
“LF”组成。
– （5）字顺序
• 程序段中有很多指令时建议按如下顺序：
• N G X Y Z F S T D M H
– （6）注释
• 利用加注释的方法可在程序中对程序段
进行说明。注释可作为对操作者的提示
显示在屏幕上。
– 指令表
– 系统指令
1．绝对和增量指令：G90，G91
• G90和G91指令分别对应着绝对值数
据输入和增量值数据输入。其中G90表示
坐标系中目标点的绝对坐标尺寸，G91表
示待运行的位移量 。
• 在位置数据不同于G90/G91的设定时，
可以在程序段中通过AC/IC以绝对尺寸/相
对尺寸方式进行设定。
• 格式：
• G90； 绝对尺寸输入
• G91； 增量尺寸输入
• X=AC(…)； x轴以绝对尺寸输入
• Y=IC(…)； y轴以相对尺寸输入
• Z=IC(…)； z轴以相对尺寸输入
• 2．平面选择功能：G17 G18 G19
（G19数控车不用）
• 3．公制尺寸 /英制尺寸：G71 G70
G710 G700
• 编程
• G70；英制尺寸
• G71；公制尺寸
• G700；英制尺寸，也适用于进给率F
• G710；公制尺寸，也适用于进给率F
• 4．半径 /直径数据尺寸：DIAMOF，
DlAMON（数控铣及加工中心不用）
• 程序中在需要时也可以转换为半径尺
寸。
• DIAMOF 半径数据尺寸
• DIAMON 直径数据尺寸
• 5．极坐标，极点定义：G110，G111
，G112（数控车不用）
– （1）平面
• 极坐标同样可以使用G17～G19平面。
– （2）极坐标半径RP=
– （3）极坐标角度AP=
• G110； 极点定义，相对于上次编程
设定的位置（如G17平面）
• G111； 极点定义，相对于当前工件
坐标系的零点（如G17平面）
• G112； 极点定义，相对于最后有效
的极点，平面不变
• 6．可编程的零点偏置：TRANS，
ATRANS
– （1）功能
• 如果工件上在不同的位置有重复出现
的形状要加工，或者选用了一个新的
参考点，在这种情况下就需要使用可
编程零点偏置。
• 7．可编程旋转：ROT，AROT（数控
车不用）
• 8．可编程的比例缩放： SCALE，
ASCALE
– （1）功能
• 使用SCALE，ASCALE指令，可以为所有坐
标轴按编程的比例系数进行缩放，按此比例
使所给定的轴放大或缩小若干倍。
• 当前设定的坐标系作为比例缩放的基准。
– （2）编程
• SCALE X Y Z ； 可编程的比例系数，清
除所有有关偏移、旋转、比例系数、镜像的指
令
• ASCALE X Y Z ； 可编程的比例系数，
附加于当前的指令
• SCALE； 不带数值：清除所有有
关偏移、旋转、比例系数、镜像的指令
• SCALE，ASCALE指令要求一个独立的程序
段。
• 9．可编程的镜像：MIRROR，
AMIRROR（数控车不用）
– （1）功能
• 用MIRROR和AMIRROR指令可以使工
件镜像加工。
• 10．工件装夹——可设定的零点偏置：
G53，G54～G59，G500，G153
– （1）功能
• 可设定的零点偏置给出工件零点在机床
坐标系中的位置（工件零点以机床零点
为基准偏移）。
• 11．可编程的工作区域限制：G25，
G26，WALIMON，WALIMOF
– （1）功能
• 用G25/G26定义坐标轴的工作区域，规
定哪些区域可以运行，哪些区域不可以
运行。当刀具长度补偿有效时，刀尖必
须在此区域内；或者，刀架参考点必须
在此区域内，否则将受到限制。坐标值
以机床坐标系为基准。
• 12．快速直线移动：G00
• G00功能用于快速定位刀具，移动时还
没有对工件进行切削加工。当刀具远离
工件或结束加工时，可以在几个轴上同
时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。
• 13．带进给率的直线插补：G1
• G1指令使刀具以直线的方式从起始点移
动到目标位置，以地址F编程的进给速度
运行，G1也可以写成G01，G1后的所有
坐标轴可以同时运行。
• 14．圆弧插补：G2，G3功能
– （1）功能
• 刀具沿圆弧轮廓从起始点运行到终点。
运行方向由G功能定义：
• G2——顺时针方向圆弧插补；
• G3——逆时针方向圆弧插补。
– （2）编程
• G2/G3 X Y I J ； 圆弧终点和圆心
• G2/G3 CR= X Y ； 半径和圆弧终点
• G2/G3 AR= I J ； 圆心角和圆心
• G2/G3 AR= X Y ； 圆心角和圆弧终点
• G2/G3 AP= RP= ； 极坐标和极点圆弧
• 说明：有其他的圆弧编程方法。
• CT——圆弧用切线连接；
• CIP——通过中间点的圆弧（参见后面
的章节）。
（3）圆弧输入的公差
• 系统仅能接收一定范围之内的公差。
• CR=- 中的负号说明圆弧段大于半圆；
CR=+ 中的正号说明圆弧段小于或等于
半圆。
• 15．通过中间点进行圆弧插补：CIP
• 如果已经知道圆弧轮廓上3个点而不知道
圆弧的圆心、半径和圆心角，则建议使
用CIP功能。在此，圆弧方向由中间点
的位置确定（中间点位于起始点和终点
之间）。用I1，J1，K1对应着不同的坐
标轴，中间点定义如下：
• I1= 用于x轴， J1= 用于y轴， K1=
用于z轴
• 16．切线过渡圆弧：CT
• 17．螺旋插补：G2/G3，TURN功能
（数控车不用）
• （1）功能
• 螺旋插补由两种运动组成：在G17，
G18或G19平面中进行的圆弧运动加垂
直该平面的直线运动；用指令TURN=
编制整圆循环螺线，附加到圆弧编程中，
即可加工螺旋线。螺旋插补可以用于铣
削螺纹，或者用于加工油缸的润滑油槽。
• 18．等螺距螺纹切削或攻丝：G33
• 等螺距螺纹切削或纹丝功能要求主轴有
位置测量系统。
• （1）数控车
• 用G33功能可以加工下述各种类型的恒
螺距螺纹：圆柱螺纹、圆锥螺纹、外螺
纹/内螺纹、单螺纹和多重螺纹、多段连
续螺纹。
• 右旋和左旋螺纹由主轴旋转方向M3和
M4确定（M3—右旋，M4—左旋）。
• 锥形螺纹：在具有2个坐标轴尺寸的圆锥
螺纹加工中，螺距地址I或K下必须设置
较大位移（较大螺纹长度）的螺纹尺寸，
另一个较小的螺距尺寸不用给出。
• 起始点偏移SF：在加工螺纹中切削位置
偏移以后以及在加工多头螺纹时均要求
起始点偏移一位置。
• 19．带浮动夹头的夹具攻丝：G63
• G63指令用于带浮动夹头的螺纹加工，
编程的进给率F必须与主轴速度 。
• RH或LH螺纹由主轴的旋转方向确定
（M3—顺时针旋转，M4—逆时针旋转，
参见“30.主轴转速S及旋转方向”）。
• 20．螺纹插补：G331，G332
• G331，G332指令要求主轴必须是位置
控制的主轴，且具有位置测量系统。
• （1）右旋螺纹或左旋螺纹
• 螺距的符号确定主轴方向：
• 正：右旋（同M3）； 反：左旋（同
M4）
• （2）坐标轴速度
• G331/G332中在加工螺纹时坐标轴速
度由主轴转速和螺距确定，而与进给
率F则没有关系，进给率F处于存储状
态。此时，机床数据中规定的最大轴
速度（快速移动速度）不允许超过。
否则会产生一报警。
• 21．返回固定点：G75
• 用G75指令可以返回到机床中某个固
定点，比如换刀点。
• 22．回参考点：G74
• 用G74指令实现NC程序中回参考点
功能，每个轴的方向和速度存储在机
床数据中。
• 23．进给率F
• 进给率F是刀具轨迹速度，它是所有移动
坐标轴速度的矢量和。坐标轴速度是刀
具轨迹速度在坐标轴上的分量。
• 进给率F在G1，G2，G3，CIP，CT插补
方式中生效，并且一直有效，直到被一
个新的地址F取代为止。
• （1）编程
• F ； 每分钟的进给率
• 注释：在取整数值方式下可以取消小数
点后面的数据，如F300。
• （2）进给率F的单位
• 地址F的单位由G功能确定，即G94和
G95。
• G94——直线进给率，单位mm/min
• G95——旋转进给率，单位mm/r（只有
主轴旋转才有意义）。
• 24．圆弧进给率修正：CFTCP，CFC
（数控车不用）
• 如果刀具半径补偿（G41/G42）和圆弧
编程已经使用，若使编程的进给F在圆弧
轮廓处生效，就必须对刀具中心点处的
进给率进行修正。
• 25．准确定位 /连续路径加工：G9，
G60，G64
• （1）编程
• G60； 准确定位——模态有效
• G64； 连续路径加工
• G9； 准确定位——单程序段有效
• G601； 精准确定位窗口
• G602； 粗准确定位窗口
• （2）准确定位G60，G9
• G60或G9功能生效时，当到达定位精度
后，移动轴的进给速度减小到零。
• G601——精准确定位窗口。
• G602——粗准确定位窗口。
• （3）连续路径加工G64
• （4）速度预览（Look Ahead功能）
• 26．加速度性能：BRISK，SOFT
• （1）BRISK
• 机床坐标轴按最大加速度的轨迹运行，
直至达到所要求的进给率。
• （2）SOFT
• 机床坐标轴按上升的加速度轨迹运行，
直至达到所要求的进给率。SOFT加速
性能避免了加速度的突变，从而使产生
的轨迹精度更高，并减轻对机床的负担。
• 编程：
• BRISK；
• 有跳动的轨迹加速度
• SOFT；
• 跳动受到限制的轨迹加速度
• 27．比例加速度补偿：ACC
• （1）编程
• ACC[轴名称] =百分值； 用于进给轴
• ACC[s]=百分值； 用于主轴
• （2）有效性
• 极限值的限制适用于自动方式和MDA方
式下各种插补方式，但对JOG方式和回参
考点方式不适用。
• 28．带先导控制功能运行：
• FFWON，FFWOF
• 编程：
• FFWON； 先导控制功能接通
• FFWOF； 先导控制功能关闭
• 29．第4轴功能
• 第4轴取决于机床的机械结构设计，有时
必须要有一个第4轴，比如用于回转工作
台、旋转工作台。该轴可以设计成直线
轴，也可以设计成回转轴，如U轴或C轴
或A轴等等。若为回转轴，则设计的运
行范围在0°～360°。
• 30．暂停：G4
• 通过在两个程序段之间插入一个G4程序
段，可以使加工按给定的时间暂停，比
如退刀槽切削等。
• 编程
• G4 F ； 暂停时间（s）
• G4 S ； 暂停主轴转数
• 31．主轴转速S及旋转方向
• 当机床具有受控主轴时，主轴的转速
可以用地址S编程，单位为r/min。旋
转方向和主轴运动起始点和终点通过
M指令规定：
• M3——主轴正转；
• M4——主轴反转；
• M5——主轴停止。
• 32．主轴转速极限：G25，G26
• 通过在程序中写入G25或G26指令和地
址S下的转速，可以限制主轴的极限值
范围。与此同时原来设定数据中的数据
被覆盖。
• G25或G26指令均要求一独立的程序段，
原先编程的转速S保持存储状态。
• 编程：
• G25 S ； 主轴转速下限
• G26 S ； 主轴转速上限
• 33．主轴定位：SPOS
• 用SPOS=ACP(…)，SPOS=ACN(…)设
定的主轴，其他运行指令同样适用于回
转坐标轴。
• 34．轮廓倒圆，倒角
• 在一个轮廓拐角处可以进行倒角或倒圆，
指令CHF= 或者RND= 与加工拐角的运
动轴指令一起写入程序段中。
• （1）倒角CHF=
• 直线轮廓之间、圆弧轮廓之间以及直线
轮廓和圆弧轮廓之间需要倒去棱角，可
选用CHF=功能。
• （2）倒圆RND=
• 35．轮廓定义编程
• 编程：
• ANG= ； 定义直线用角度编程
• CHR= ； 倒角，编程值为倒角边长
• RND= ； 倒圆，编程值为圆角半径
• （1）角度ANG=
• （2）倒角CHR=
• 在拐角处的两段直线之间有一倒角，
编程值就是倒角的直角边长。
• （3）倒圆RND=
• 两段直线之间有一个圆弧过渡，圆
弧和这两条直线相切，可以用倒圆
功能编程。
• 36．刀具补偿
• 使用刀具补偿功能对工件的加工进行编
程时，无需考虑刀具长度或刀具半径。
可以直接根据图纸尺寸对工件进行编程。
• 37．刀具T
• 用T指令编程可以选择刀具。有两种方法
来执行：一种是用T指令直接更换刀具，
另一种是仅仅进行刀具的预选，换刀还
必须由M06来执行。选择哪一种，必须
在机床参数中确定。
• （1）用T指令直接更换刀具。
• （2）仅用T指令预选刀具，另外还要用
M6指令配合才可进行刀具的更换。
• 38．刀具补偿号D
• 用D及其相应的序号可以编制一个专门
的切削刃。
• 如果没有编写D指令，则D1自动生效；
如果编程D0，则刀具补偿值无效。
• 说明：系统中最多可以同时存储64个刀
具补偿数据组。
• 编程：
• D ； 刀具补偿号：1～9
• D0； 补偿值无效
• 在补偿存储器中有如下内容。
• （1）几何尺寸，长度，半径
• （2）刀具类型
• 39．刀尖半径补偿：G41，G42
• 刀具在所选择的平面G17～G19平面中
带刀具半径补偿工作。刀具必须有相应
的D补偿号才能有效。
• 编程：
• G41 G00/G01 X Y ；
• 刀补在工件轮廓左边有效
• G42 C00/G01 X Y ；
• 刀补在工件轮廓右边有效
• 40．拐角特性：G450，G45l
• 在G41/G42有效的情况下，一段轮廓到
另一段轮廓以不连续的拐角过渡时，可
以通过G450和G451功能调节拐角特性。
• 编程：
• G450； 圆弧过渡
• G451； 交点
• 41．取消刀尖半径补偿：G40
• 用G40取消刀尖半径补偿，G40指令之
前的程序段刀具以正常方式结束，结束
时补偿矢量垂直于轨迹终点切线处。
• 编程：
• G40 G01 X Y ； 取消刀具半径补偿
• 42．刀尖半径补偿中的几个特殊情况
• （1）重复执行补偿
• 重复执行相同的补偿方式时，可以直接
进行新的编程而无需在其中写入G40指
令。
• （2）变换补偿号D
• 可以在补偿运行过程中变换补偿号D。
• （3）变换补偿方向
• 补偿方向指令G41和G42可以相互变换，
无需在其中再写入G40指令。
• （4）通过M2结束补偿
• 如果通过M2（程序结束），而不是用
G40指令结束补偿运行，则最后的程序
段以补偿矢量正常位置坐标结束。不进
行撤补偿移动，程序以此刀具位结束。
• 43．刀尖半径补偿举例
• 44．辅助功能M
• 利用辅助功能M可以设定一些开关操作，
如“打开/关闭冷却液”等等。
• 45．H功能
• 用H功能可以把浮点数据由程序传送到
PLC（型式与“45.计算参数R”类似）。
• H功能数值的含义由机床制造厂定义。
每个NC程序段最多可以编制3个H功能。
• 46．计算参数R
• 一个NC程序不仅仅适用于常数下的加工，
有时还可以用变量计算出数值进行加工，
这种情况均可以使用计算参数。
• 编程的变量参数从R0= ～R299= 共300
个。
• （1）赋值
• 可以在以下数值范围内给计算参数R赋
值：
• ±(～99999999) (8位，带符号
和小数点)
• 在取整数值时可以去除小数点。正号可
以省去。
• （2）给其他的地址赋值
• 通过给其他的NC地址分配计算参数或
参数表达式，可以增加NC程序的通用
性。
• （3）参数的计算
• 在计算参数时也遵循通常的数学运算
规则。圆括号内的运算优先进行。
• 47．程序跳转
• （1）标记符程序跳转
• 标记符或程序段号用于标记程序中所跳
转的目标程序段，用跳转功能可以实现
程序运行分支。
• （2）绝对跳转
• NC程序在运行时以写入时的顺序来执行
程序段。程序在运行时，可以通过插入
程序跳转指令改变执行顺序。跳转目标
只能是有标记符的程序段，此程序段必
须位于该程序之内。绝对跳转指令必须
占用一个独立的程序段。
• GOTOF Label； 向前跳转
• GOTOB Label； 向后跳转
• （3）有条件跳转
• 用IF条件语句表示有条件跳转。如果满
足跳转条件（也就是值不等于零），则
进行跳转。
• 编程：
• IF条件GOTOF Label；向前跳转
• IF条件GOTOB Label；向后跳转
• 48．子程序
• （1）子程序程序名
• 为了方便地调用某一子程序，必须给子
程序取一个程序名。程序名可以自由选
取，但必须符合以下规定：
• 开始两个符号必须是字母；
• 其他符号为字母、数字或下划线；
• 最多16个字符；
• 没有分隔符。
• （2）子程序调用
• 在一个程序中（主程序或子程序）可以
直接用程序名调用子程序。子程序调用
要求占用一个独立的程序段。
• （3）程序重复调用次数P
• 如果要求多次连续地执行某一子程序，
则在编程时必须在所调用子程序的程序
名后地址P后写入调用次数，最大次数
可以为9999，即P1～P9999。
• （4）嵌套深度
• 子程序不仅可以从主程序中调用，也
可以从其他子程序中调用，这个过程
称为子程序的嵌套。子程序的嵌套深
度可以为8层，也就是8级程序界面
（包括主程序界面） 。
• SIEMENS 802D系统循环要求最多4
级程序。
• 49．调用固定循环
• 循环是指用于特定加工过程的工艺子程
序，比如用于钻孔、铣槽切削或螺纹切
削等。循环用于各种具体加工过程时，
只要改变参数就可以。
• （1）模态调用循环
• 在有MCALL指令的程序段中调用子程序，
如果其后的程序段中含有轨迹运行，则
子程序会自动调用。
• （2）CYCLE82(…)循环
• N30 MCALL；
• 结束CYCLE82(…)的模态调用
第6章 数控电火花线切割编程
• 概 述
• 数控电火花线切割手工程序编制
• 线切割加工自动编程
概 述
– 电火花加工原理
• 所谓电火花加工，就是利用电极间隙脉冲
放电产生局部瞬间高温，对金属材料实现
熔化、气化，从而蚀除多余金属材料，达
到一定形状、尺寸及表面质量零件的工艺
方法。
• 电火花加工是利用电极间隙脉冲放电产生
的局部高温实现加工的。
电火花加工分类及工艺特点
•1．电火花加工分类
•2．电火花加工的特点
• （1）脉冲放电的能量密度高，便于
加工用普通的机械加工方法难于加工或无
法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不
受材料硬度影响，不受热处理状况影响。
• （2）脉冲放电持续时间极短，放电时产
生的热量传导扩散范围小，材料受热影
响范围小。
• （3）加工时，工具电极与工件材料不接
触，两者之间宏观作用力极小。工具电
极材料不需比工件材料硬，因此，工具
电极制造容易。
• （4）可以改革工件结构，简化加工工艺，
提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。
数控电火花线切割手工程序编
制
3B格式线切割加工程序
1．3B格式线切割程序编制原理
•B X B Y B J G Z
• （1）B——分割符，表示一段程序的开
始，并用其将X，Y和J隔离，以免X、Y、J的
数值混淆。
• （2）X、Y——直线或圆弧的相对坐标
值。
• （3）G——计数方向。
• （4）J——记数长度，以µm为单位，
不超过6位数值，且取绝对值。
• （5）Z——加工指令，分为直线L与圆
弧R两大类共12种，指明加工直线或圆
弧的类型。
2．3B格式程序编制步骤和方法
• （1）根据工件的装夹情况和切割方向，
确定相应的统一坐标系。
• （2）按选定的电极丝半径r，放电间隙
和凸、凹模的单边配合间隙（Z/2）计
算电极丝中心的补偿距离R。
• （3）将电极丝中心轨迹分割成平滑的直
线和单一的圆弧段，按型孔或凸模的平
均尺寸计算出各线段交点的坐标值。
• （4）根据交点坐标值及各线段的加工顺
序，逐段编制切割程序。
• （5）为防止出错，应对编制的程序进行
必要的检查和检验。
ISO代码线切割程序
1．ISO代码编程格式
• 一般来说，慢走丝线切割机床通常采用
ISO代码来编制加工程序。ISO代码的编
程格式如下：
• / N4 G2 X±53 Y±53 I±53 J±53 F22
D2 T±13 M2
– 线切割加工工艺分析
• 1．脉冲电源参数的选择
– （1）脉冲波形的选择
– （2）脉冲宽度的选择
– （3）脉冲休止时间的选择
•2．工件材料的选择
•3．切割路线的选择
•4．加工条件的确定
–（1）空载电压的选择
–（2）峰值电流的选择
–（3）电极丝张力的选择
–（4）电极丝直径的选择
–（5）进给速度的选择
–（6）走丝速度的选择
• 5．短路、断丝的处理
• 如在切割加工过程中出现电极丝短路、
断丝等现象，通常应采取下述措施予以
处理。
• （1）短路可能因为进给速度太快、脉冲
电源参数选择不当等原因造成。应降低
进给速度，增加峰值电流，提高单个脉
冲能量，同时加大电极丝的张力，减小
工作液的电阻率。
• （2）发生断丝的原因可能是脉冲电源参
数选取不当、工作液浓度不合适、工件
变形、进给速度不合适、运丝系统不正
常等。应首先检查电极丝断丝的位置并
判断原因，减小峰值电流，降低空载电
压和进给速度，减小电极丝的张力或增
大冷却喷嘴的工作液流量等。
线切割加工自动编程
• 对于形状轮廓较为复杂的线切割加工工件，
通常采用CAM软件自动编程。目前线切割
加工自动编程所使用的软件有很多，但较
为常用的主要有MasterCAM、Cimatron及
CAXA等。
– 3B格式线切割加工程序自动编制
• 自动编程实例：利用CAXA软件编制出
如图6-26所示多功能角度样板凹模的3B
格式线切割加工程序。
图6-26 线切割加工工件平面图
• 1．加工轨迹的生成
• （1）利用CAXA软件的CAD功能按1∶1
绘制图6-26所示线切割加工工件平面图
形。
• （2）依次单击“线切割”→“轨迹生成
”按钮，系统弹出“线切割轨迹生成参
数表”对话框。
• （3）按空格键，在弹出的拾取工具菜单
中选择“链拾取”，然后用鼠标单击L1
直线，此时沿L1直线方向出现一对反向
的绿色箭头。
• （4）用鼠标单击顺时针方向的箭头，选
择搜索方向后，在轮廓的法线方向上出
现一对反向的绿色箭头，并在状态栏显
示“选择切割的侧边或补偿方向”。
• （5）选择轮廓内侧的箭头，表示补偿量
的方向指向轮廓内侧。
• （6）输入穿丝点（5，0）回车。
• （7）右击使穿丝点与退回点重合，系统
自动生成加工轨迹。
• （8）单击主菜单“文件”→“另存文件
”，输入文件名，单击
“保存”。
• 2．加工轨迹仿真
• （1）打开高速走丝机床的轨迹文件
。
• （2）单击屏幕左侧的“轨迹仿真”图标
菜单 弹出立即仿真菜单。
• （3）选择立即菜单“1：”为“静态”。
• （4）选择高速走丝机床的加工轨迹，系
统生成静态仿真图，各轨迹线段的顺序
以阿拉伯数字标出。
3．3B格式加工代码的生成
• （1）打开高速走丝机床的轨迹文件
。
• （2）单击主菜单“线切割”→“生成
3B代码”，系统弹出“生成3B加工代码
”对话框。
• （3）输入文件名，单击
“保存”按钮。
• （4）系统弹出生成3B代码的立即菜单，
填写立即菜单为：
• （5）拾取加工轨迹，然后单击右键结束
拾取，系统自动生成3B格式代码 。
– G代码格式线切割加工程序自动编制
• 自动编程实例：利用CAXA软件编制出
如图6-26所示多功能角度样板凹模的G
代码格式线切割加工程序。
• 1．加工轨迹的生成
• （1）利用CAXA软件的CAD功能按1∶1
绘制图6-26所示线切割加工工件平面图
形。
• （2）依次单击“线切割”→“轨迹生成
”按钮，系统弹出“线切割轨迹生成参
数表”对话框。
• （3）拾取L1直线，并选择逆时针方向的
箭头作为切割方向。
• （4）选择轮廓内侧箭头作为补偿的方向，
输入穿丝点5，0回车。
• （5）右击使穿丝点与退回点重合，完成
轨迹生成。
• （6）单击主菜单“文件”→“另存文件
”，输入文件名。
• （7）单击“保存”。
• 2．加工轨迹仿真
• （1）打开低速走丝机床的轨迹文件
。
• （2）单击屏幕左侧的“轨迹仿真”图
标菜单 弹出立即仿真菜单。
• （3）选择立即菜单“1：”为“连续
”，在立即菜单“2：步长”中输入步
长值回车。
• （4）拾取低速走丝机床加工轨迹，系
统动态模拟线切割的加工过程。
3．G代码格式加工代码的生成
• （1）打开低速走丝机床的轨迹文件
。
• （2）单击主菜单“线切割”→“G代
码/HPGL”→“生成G代码”，系统弹出“
生成机床G代码”对话框，同时在状态栏
显示目前所调用的机床设置。
• （3）在“生成机床G代码”对话框
中输入文件名，单
击“保存”按钮。
• （4）拾取加工轨迹后，再右击结束
轨迹拾取 。
– 代码传输
• 自动编程结束生成代码文件后，根据线
切割控制系统的不同应选用不同的传输
方法。一般来说传输3B格式代码和传输
G代码的方法是不同的。
• 1．运用同步方式传输3B格式代码程序
• （1）依次单击菜单“线切割”→“代码
传输”→“同步传输”。
• （2）选择要传输的文件名（如
）。
• （3）操作机床控制器使其处于收信状态，
并确定通信电缆连接无误。
• （4）按Enter键或单击“确定”，开
始传输3B代码文件。
• （5）传输完毕，系统显示“传输结
束”。
• （6）将机床控制器复位，并在控制
器上检查程序的条数与
程序中的条数是否一
致，确认后结束传输操作。
2．运用串行接口传输G代码
• （1）单击“线切割”→“代码传输
”→“串口传输” 图标按钮，系统弹出
“串口传输”对话框，按图6-31所示设
置传输参数（供参考，加工时应根据实
际设定）。
• （2）单击“确定”，选择要传输的文件
名（如）。
• （3）操作机床，使数控系统处于接收状
态。
• （4）按Enter键或单击鼠标，系统开始
传输G代码。
• （5）传输完毕，系统提示“传输结束”。
• （6）操作控制器，检查
程序是否完全被传输。
第8章自动编程系统概述及
MasterCAM 应用
• 国内外流行的个人计算机国内外流行的个人计算机CAD/CAMCAD/CAM软件软件
• MasterCAM系统简介系统简介
• MasterCAM的的CADCAD功能功能
• MasterCAM的的CAMCAM功能功能
国内外流行的个人计算机
CAD/CAM软件
• 1．Pro/E（Pro/Engineer）是美国PTC
公司（Parametric Technology
Corporation，参数技术公司）开发的大
型CAD/CAM/CAE集成软件。
• 2．UG（Unigraphics）软件起源于美国
麦道飞机公司，后于1991年11月并入世
界上最大的软件公司——EDS公司。
• 3．Solid Edge是通用机械
CAD/CAE/CAM 一体化软件，三维实体
造型系统。Solid Edge V5采用了
Unigraphics solutions 的parasolid造型
内核作为软件核心。Solid Edge 将装配
设计、零件造型、钣金设计和图纸生成
结合在一起，为用户提供了从二维到三
维的设计及加工等功能。
• 4．Cimatron软件是以色列Cimatron公司
的产品，最早被用来设计开发幼狮喷气
式战斗机及潜艇等。该软件是一套全功
能、高度集成的CAD/CAE/CAM系统，
现已被广泛地应用于机械、电子、交通
运输、航空航天、科研等行业。
Cimatron软件的CAM模块为加工制造业
提供了从2轴到5轴的可靠的NC功能。
• 5．CATIA 的产品开发商Dassault
System（达索） 成立于1981年。它的
集成解决方案覆盖所有的产品设计与制
造领域，已经成为航空航天业的主流软
件、汽车工业的事实标准。
• 6．Mechanical Desktop是Autodesk公
司为机械设计专门设计的新系统。
Mechanical Desktop通过融合二维与三
维的设计扩展了AutoCAD设计环境的能
力。这套CAD/CAE/CAM软件可以由
MDT/Inventor完成三维模型及其装配设
计，利用MSC/FEA进行需要的分析，利
用HyperMILL系统进行相关零部件的数
控编程，自动生成NC代码。
• 7．SolidCAM是专业多轴数控加工软件，
SolidCAM提供的加工方式有二轴半加工，
三轴加工，3+2多面加工，旋转加工，
驱动旋转加工和电线放电加工。
SolidCAM 提供基于Windows的数据加
工系统并与SolidWorks完全集成。
• 8．PowerMILL AutoCAM是一基于知识
库的智能加工模块，它为简单快速刀具
路径产生提供了最终解决方案。该程序
的使用十分简单，仅需简单输入需进行
加工的CAD模型，指定毛坯尺寸以及将
使用的加工机床——包括是使用传统加
工还是进行高速加工。
• 9．MasterCAM软件是美国CNC
Software, Inc.所研制开发的CAD/CAM
系统，是最经济有效的全方位的软件系
统。
MasterCAM系统简介
• MasterCAM是一套CAD/CAM一体化软件，
其除了具有强大的二维、三维图形绘制及
实体建模（CAD）功能外，更具有方便实
用的计算机辅助制造（CAM）功能，其中
的二维轮廓零件加工功能相比其他
CAD/CAM软件更为独特和优秀。
– 系统CAD/CAM功能模组
•1．任务管理
•2．强大的零件造型功能
•3．刀具路径的相关性
•4．刀具路径的相关性
•5．强劲的曲面粗加工功能
•6．灵活的曲面精加工
7．曲面修整加工
（Surface Clearup Machining）
8．提高曲面加工效率的其他方法
9．多轴加工
10．提高加工过程中走刀速度的方法
11．加工参数管理及优化工具
12．文件管理及数据交换
13．易学易用
– 系统配置要求
• 486以上Intel PC微机，需要数学处理
器。
• Microsoft或兼容鼠标。
• Windows NT 以上操作系统，或
Windows 95以上操作系统。
• 32MB内存，50MB以上硬盘空间。
– MasterCAM环境介绍
1．绘图区
2．主菜单区
3．子菜单区
4．系统提示区
5．快捷命令图标区
6．MasterCAM特定功能键介绍
MasterCAM的CAD功能
MasterCAM二维图形建构功能
1．“点”命令
2．“直线”命令
3．“圆弧”命令
4．“倒圆角”命令
5．“曲线”命令
6．“矩形”命令
MasterCAM二维图形建构实例
• （1）首先启动MasterCAM。
• （2）按照如图7-11所示设置子菜单
的一些选项。
• （3）绘制原始矩形 。
• （4）矩形圆角的倒出 。
• （5）倒圆六面体的转换生成 。
• （6）尺寸标注 。
MasterCAM的CAM功能
– 刀具路径
• 1．二维刀具路径
• 2．三维刀具路径
– MasterCAM的共同参数
• 1．刀具参数
• 2．外形铣削参数
• 3．刀具补偿方式
• 4．坐标设置
• 5．工作设定
