第2章数控机床加工程序的编制(2)

表2-2 地址符含义

地 址 码 X- Y- Z- U- V- W- P- Q- R- A- B- C- I- J- K- D- E- R- 意 义 基本直线坐标轴尺寸 第一组附加直线坐标轴尺寸 第二组附加直线坐标轴尺寸 绕X、Y、Z旋转坐标轴尺寸 圆弧圆心的坐标尺寸 附加旋转坐标轴尺寸 圆弧半径值 各坐标轴的地址符按下列顺序排列：

X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、D、E

（4）进给功能F指令： 用来指定各运动坐标轴及其任意组合的进给量或螺纹导程。该指令是续效代码，有两种表示方法：

1）代码法即F后跟两位数字，这些数字不直接表示进给速度的大小，而是机床进给速度数列的序号，进给速度数列可以是算术级数，也可以是几何级数。从F00～F99共100个等级。

2）直接指定法即F后面跟的数字就是进给速度的大小。按数控机床的进给功能，它也有两种速度表示法。一是以每分钟进给距离的形式指定刀具切削进给速度（每分钟进给量），用F字母和它后继的数值表示，单位为“mm/min”，如F100表示进给速度为100㎜/min。对于回转轴如F12表示每分钟进给速度为12°。二是以主轴每转进给量规定的速度（每转进给量），单位为“mm/r”。直接指定方法较为直观，因此现在大多数机床均采用这一指定方法。

（5）主轴转速功能字S指令：用来指定主轴的转速，由地址码S和在其后的若干位数字组成。有恒转速（单位r/min）和表面恒线速（单位m/min）两种运转方式。如S800表示主轴转速为800r/min；对于有恒线速度控制功能的机床，还要用G96或G97指令配合S代码来指定主轴的速度。如G96S200表示切削速度为200m/min，G96为恒线速控制指令；G97S2000表示注销G96，主轴转速为2000r/min。

（6）刀具功能字T指令：主要用来选择刀具，也可用来选择刀具偏置和补偿， 由地址码T和若干位数字组成。如T18表示换刀时选择18号刀具，如用作刀具补偿时，T18是指按18号刀具事先所设定的数据进行补偿。若用四位数码指令时，例如T0102，则前两位数字表示刀号，后两位数字表示刀补号。由于不同的数控系统有不同的指定方法和含义，具体应用时应参照所用数控机床说明书中的有关规定进行。

（7）辅助功能字M指令：辅助功能表示一些机床辅助动作及状态的指令。由地址码M和后面的两位数字表示。从M00~M99共100种。

（8）程序段结束：写在每个程序段之后，表示程序结束。当用EIA标准代码时，结束符为“CR”，用ISO标准代码时为“NL”或“LF”。有的用符号“；”或“*”表示。

五、数控机床坐标轴和运动方向

规定数控机床坐标轴及运动方向，是为了准确地描述机床的运动，简化程序的编制方法，并使所编程序有互换性。目前国际标准化组织已经统一了标准坐标系。我国机械工业部也颁

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布了JB3051—82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》的标准，对数控机床的坐标和运动方向作了明文规定。

1．坐标和运动方向命名的原则

数控机床的进给运动是相对的，有的是刀具相对于工件的运动（如车床），有的是工件相对于刀具的运动（如铣床）。为了使编程人员能在不知道是刀具移向工件，还是工件移向刀具的情况下，可以根据图样确定机床的加工过程，特规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。

2．标准坐标系的规定

在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动的距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫标准坐标系，也叫机床坐标系。在编制程序时，就可以以该坐标系来规定运动方向和距离。

数控机床上的坐标系是采用右手直角迪卡儿坐标系。如图2-3所示。在图中，大拇指的方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向。图2-4~2-7分别示出了几种机床标准坐标系。

图2-3 右手直角迪卡儿坐标系统

图2-4 卧式车床 图2-5 立式升降台铣床

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图2-6 卧式升降台铣床 图2-7 牛头刨床

3．运动方向的确定 JB3051—82中规定：机床某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间的距离的方向。 （1）Z坐标的运动

Z坐标的运动，是由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z坐标。对于工件旋转的机床，如车床、外圆磨床等，平行于工件轴线的坐标为Ｚ坐标。而对于刀具旋转的机床，如铣床、钻床、镗床等，则平行于旋转刀具轴线的坐标为Z坐标。如图2-4、2-5。如果机床没有主轴（如牛头刨床），Z轴垂直于工件装卡面。如图2-7。

Z坐标的正方向为增大工件与刀具之间距离的方向。如在钻镗加工中，钻入和镗入工件的方向为Z坐标的负方向，而退出为正方向。 （2）X坐标的运动

规定X坐标为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。X坐标是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向，如图2-4所示。对于刀具旋转的机床（如铣床、镗床、钻床等），如Z轴是垂直的，当从刀具主轴向立柱看时，X运动的正方向指向右，如图2-5所示。如Z轴（主轴）是水平的，当从主轴向工件方向看时，X运动的正方向指向右方，如图2-6。 （3）Y坐标的运动

Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴，其运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角迪卡儿坐标系来判断。 （4）旋转运动A、B、C

如图2-3所示，A、B、C相应地表示其轴线平行于X、Y、Z的旋转运动。A、B、C正方向，相应地表示在X、Y和Z坐标正方向上，右旋螺纹前进的方向。 （5）附加坐标

如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W。如还有第三组运动，则分别指定为P、Q、R。 （6）对于工件运动的相反方向

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对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，作相反的安排。用带“′”的字母，如＋X′，表示工件相对于刀具正向运动指令。而不带“′”的字母，如＋X，则表示刀具相对于工件的正向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。如图2-4~2-7所示。对于编程人员、工艺人员只考虑不带“′”的运动方向。 （7）主轴旋转运动方向

主轴的顺时针旋转运动方向（正转），是按照右旋螺纹旋入工件的方向。 4．绝对坐标系与增量（相对）坐标系

（1）绝对坐标系 刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是以相对于固定的坐标原点O给出的，即称为绝对坐标。该坐标系为绝对坐标系。如图2-8a所示，A、B两点的坐标均以固定的坐标原点O计算的，其值为：XA=10，YA=20，XB=30，YB=50。

图2-8 绝对坐标与增量坐标

a）绝对坐标 b）增量坐标

（2）增量（相对）坐标系 刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是相对于前一位置（起点）来计算的，即称为增量（或相对）坐标，该坐标系称为增量坐标系。

增量坐标系常用U、V、W来表示。如图2-8b，B点相对于A点的坐标（即增量坐标）

为U=20，V=30。

六．数控系统的准备功能和辅助功能

数控机床的运动是由程序控制的，而准备功能和辅助功能是程序段的基本组成部分，也是程序编制过程中的核心问题。目前国际上广泛应用的是ISO标准，我国根据ISO标准，制订了JB3208—83《数控机床穿孔带程序段格式中的准备功能G和辅助功能M代码》。

1．准备功能

准备功能也叫G功能或G代码。它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。 G代码由地址G和后面的两位数字组成，从G00~G99共100种。表2-3为我国JB3208—83标准中规定的G功能的定义。

表2-3JB3208—83准备功能G代码

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表2-4 JB3208辅助功能M功能

G代码分为模态代码（又称续效代码）和非模态代码。表中序号（2）一栏中标有字母的所对应的G代码为模态代码，字母相同的为一组。模态代码表示该代码一经在一个程序段中指定（如a组的G01），直到出现同组的（a组）的另一个G代码（如G02）时才失效。表中序号（2）一栏中没有字母的表示对应的G代码为非模态代码，即只在有该代码的程序段中有效。

表中序号（4）栏中的“不指定”代码，用作将来修改标准，指定新标准时使用。“永不指定”代码，指的是即使修改标准时，也不指定新的功能。然而这两类G代码，可以由机床的设计者根据需要定义新的功能，但必须在机床说明书中予以说明。

2．辅助功能

辅助功能也叫M功能或M代码。它是控制机床开-关功能的一种命令。如开、停冷却泵；主轴正、反转；程序结束等。表2-4为我国JB3208—83标准中规定的M代码。

由于数控机床的厂家很多，每个厂家使用的G功能、M功能与ISO标准也不完全相同，因此对于某一台数控机床，必须根据机床说明书的规定进行编程。

第二节 数控编程中的数值计算

根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需要的输入数据，称为数控加工的数值计算。具体地说，数值计算就是计算出零件轮廓上或刀具中轨迹上一些点的坐标数据。

数值计算的内容繁简悬殊甚大。点位控制系统只需进行简单的尺寸计算，而轮廓控制系统将复杂的多。为了提高工效，降低出错率，有效的途径是计算机辅助完成坐标数据的计算，或直接采用自动编程。

一、基点坐标的计算

一个零件的轮廓往往是由许多不同的几何元素所组成，如直线、圆弧、二次曲线和特形曲线等。各个几何元素间的联结点称为基点，如两直线间的交点，直线与圆弧或圆弧与圆弧间的交点或切点，圆弧与二次曲线的交点或切点等。计算的方法可以是联立方程组求解，也可以利用几何元素间的三角函数关系求解或采用计算机辅助计算编程，计算比较方便。这里只简单介绍联立方程组求解基点坐标的方法。

采用联立方程组求解基点坐标，若直接列解方程组，计算过程是比较繁琐的，为简化计算，可以将计算过程标准化。

1．直线与圆弧相交或相切

如图2-9所示，已知直线方程为y=kx+b，求以点（x0，y0）为圆心，半径为R的圆与该直线的交点坐标（xc，yc）。

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