第2章 数控加工编程基础
【教学目标】 通过本章节的理论教学：掌握数控加工编程的基础知识，主要包括插补的基本知识、机床坐标系及工件坐标系、刀具补偿的概念、数控加工工艺分析、数控加工程序的格式及编程方法等。
【教学重点】 插补、补偿、工艺分析及编程方法
【教学难点】 刀具补偿的概念及加工工艺分析
【教学时数】 理论6学时，实验4学时
【课程类型】 理论与实践课程
【教学方法】 讲授、挂图、理论联系实际
【教学内容】
2.1 插补的基本知识插补的基本概念数控机床在加工时，刀具的运动轨迹是折线，而不是光滑的曲线，不能严格地沿着要求的曲线运动，只能沿折线轨迹逼近所要加工的曲线运动。一般情况下，机床数控系统是根据已知的运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，由数控系统实时的计算出各中间点坐标，这就是插补。
常用的插补方法常用的插补方法按插补曲线形状的不同，可分为直线插补法、圆弧插补法、抛物线插补法和高次曲线插补法等。
2.2 数控机床坐标系
2.2.1 机床坐标系及运动方向数控机床的坐标系按国际标准化组织标准（International Organization for Standardization-ISO）规定为右手直角笛卡尔坐标系，如图2.2所示。
2.2.2 绝对坐标与增量坐标所有坐标值均以机床或工件原点计量的坐标系称为绝对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为绝对坐标，也叫绝对尺寸，所用的编程指令称为绝对坐标指令。
运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为增量坐标系，也叫相对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为增量坐标，也叫增量尺寸，所用的编程指令称为增量坐标指令。
2.2.3 机床原点与机床参考点机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面的中心，数控铣床的机床原点，各生产厂不一致，有的设在机床工作台的中心，有的设在进给行程终点。
机床参考点是采用增量式测量的数控机床所特有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。机床参考点是一个硬件点。
机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值。采用增量式测量的数控机床开机后，都必须做回零操作，即利用CRT/MDI控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按钮，使刀具或工作台退回到机床参考点中。回零操作又称为返回参考点操作。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。
2.2.4 工件坐标系工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是：
1．尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。
2．尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。
3．要便于测量和检验。
4．对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。
5．对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。
6．Z轴方向的原点，一般设在工件表面。
2.3 刀具补偿的概念
2.3.1 刀位点刀位点是在编制加工程序时用以表示刀具位置的特征点。对于端铣刀、立铣刀和钻头来说，是指它们的底面中心；对于球头铣刀，是指球头球心；对圆弧车刀，刀位点在圆弧圆心上；对尖头车刀和镗刀，刀位点在刀尖；对于数控线切割来说，刀位点则是线电极轴心与工件表面的交点。需要指出的是，球形铣刀的刀位点在铣刀轴线上，刀刃上不同的点切削时，所表现出的刀具半径不一样。
数控加工程序控制刀具的运动轨迹，实际上是控制刀位点的运动轨迹。
2.3.2 位置补偿刀具位置补偿包括刀具半径和刀具长度补偿。
在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的刀具半径（如铣刀半径）或刀尖部分有一定的圆弧半径（为方便起见，以后统称刀具半径），所以在零件轮廓加工过程中刀位点的运动轨迹并不是零件的实际轮廓，而用户通常又希望按工件轮廓轨迹编写工件加工程序，这样刀位点必须偏移零件轮廓一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。加工外轮廓表面和内轮廓表面时刀具半径补偿如图2.8所示。根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向左边时，称为左刀具补偿；反之称为右刀具补偿。
刀具长度补偿，是为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿。当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调、磨损引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已编制好的程序，利用数控系统的刀具位置补偿功能，只需要将刀具尺寸变化值输入数控系统，数控系统就可以自动地对刀具尺寸变化进行补偿。
2.4 数控加工工艺分析
2.4.1 加工方法的选择数控车床适合于加工圆柱形、圆锥形、各种成形回转表面、螺纹以及各种盘类工件，并可进行钻、扩、镗孔加工；
立式数控铣镗床或立式加工中心适合加工箱体、箱盖、盖板、壳体、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体工件，以及模具的内、外型腔等；
卧式数控铣镗床或卧式加工中心适合于加工复杂的箱体、泵体、阀体、壳体等工件；多坐标联动数控铣床还能加工各种复杂曲面、叶轮、模具等工件。
2.4.2 加工工序的编排原则在数控机床上加工时，其加工工序一般按如下原则编排：
按工序集中划分工序的原则按粗、精加工划分工序的原则按刀具划分工序的原则按加工部位划分工序的原则数控加工工序顺序的安排可参考下列原则：
1）同一定位装夹方式或用同一把刀具的工序，最好相邻连接完成，这样可避免因重复定位而造成误差和减少工夹、换刀等辅助时间。
2）如一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加工变形。
3）上道工序应不影响下道工序的定位与装夹。
4）先内型腔加工工序，后外形加工工序。
2.4.3 工件的装夹在决定零件的装夹方式时，应力求使设计基准、工艺基准和编程计算基准统一，同时还应力求装夹次数最少。在选择夹具时，一般应注意以下几点：
尽量采用通用夹具、组合夹具，必要时才设计专用夹具。
工件的定位基准应与设计基准保持一致，注意防止过定位干涉现象，且便于工件的安装，决不允许出现欠定位的情况。
由于在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成对工件加工的不良影响。
夹具在夹紧工件时，要使工件上的加工部位开放，夹紧机构上的各部件不得妨碍走刀。
尽量使夹具的定位、夹紧装置部位无切屑积留，清理方便。
2.4.4 对刀点和换刀点位置的确定在数控加工中，还要注意对刀的问题，也就是对刀点的问题。对刀点是加工零件时刀具相对于零件运动的起点，因为数控加工程序是从这一点开始执行的，所以对刀点也称为起刀点。
选择对刀点的原则是：
便于数学处理（基点和节点的计算）和使程序编制简单。
在机床上容易找正。
加工过程中便于测量检查。
引起的加工误差小。
2.4.5 加工路线的确定编程时，确定加工路线的原则主要有以下几点：
应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。
能够使数值计算简单，程序段数量少，简化程序，减少编程工作量。
使被加工工件具有良好的加工精度和表面质量（如表面粗糙度）。
确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。
2.4.6 刀具及切削用量的选择
1．刀具及其辅具的选择
2．刀具的配备
2.5 数控加工程序的格式及编程方法
2.5.1 程序的结构加工程序可分为主程序和子程序，无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。
2.5.2 程序的格式数控机床有三种程序段格式：固定顺序，表格顺序，字地址格式。
N顺序号 G准备功能 X±坐标运动尺寸 Y±坐标运动尺寸 Z±坐标运动尺寸 F进给速度 S主轴转速 M辅助功能 附加指令
N07 G 01 Z － 30 F 200
程序段号 地址符号 数字 地址符号 符号 数字 地址符号 数字
2.5.3 主程序和子程序主程序即加工程序，子程序是可以用适当的机床控制指令调用的一段加工程序。主程序可以多次调用同一个或不同的子程序、子程序也可以调用另外的子程序，称为子程序嵌套，可嵌套的次数，不同的系统有不同的规定。
2.5.4 常用地址符及其含义
表2.4 常用地址符机 能
地 址 符
说 明
程序号
O或P或%
程序编号地址
程序段号
N
程序段顺序编号地址
坐标字
X，Y，Z；U，V，W；P，Q，R；
A，B，C；D，E；
R；
I，J，K；
直线坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧中心坐标
准备功能
G
指令动作方式
辅助功能
M，B；
开关功能，工作台分度等
补偿值
H或D
补偿值地址
暂停
P或X或F
暂停时间
重复次数
L或H
子程序或循环程序的循环次
切削用量
S或V
F
主轴转数或切削速度进给量或进给速度
刀具号
T
刀库中刀具编号
2.5.5 数控程序的编制方法及步骤数控编程的方法有手工编程和自动编程。
手工编程是指各个步骤均由手工编制。即从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质、程序的校验和修改等都是由人手工完成的。
自动编程又称为计算机辅助编程，是大部分或全部编程工作都由计算机自动完成的一种编程方法。
数控编程的具体内容和步骤可以用如图2.22所示的框图描述。
2.6 本章小结：
1．数控机床具有插补功能。插补可以用硬件，也可以用软件完成。插补方法按输出驱动信号方式的不同，可以分为脉冲增量插补法和数字增量插补法；按插补曲线形状的不同，分为直线插补、圆弧插补、抛物线插补和高次曲线插补。我们最常使用的是直线插补和圆弧插补。
2．数控机床的坐标系按国际标准化组织规定为右手直角笛卡尔坐标系。为编程的方便，一律规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标而运动。确定坐标方向的规定：坐标的正方向是增大工件和刀具之间距离的方向。数控机床的坐标系统中，有机床坐标系和工件坐标系，机床坐标系是出厂前由生产厂家调试准确后设置的，用户不能改变；工件坐标系是用户为了方便编程而设置的坐标系。
3．利用刀具位置补偿可以不考虑刀具的实际运动轨迹，只考虑刀位点的运动轨迹，这样可以简化编程。刀具位置有刀具半径补偿和刀具长度补偿。刀具半径补偿有左刀具补偿和右刀具补偿。刀具长度补偿有正补偿和负补偿。
4．数控程序在编制过程中要考虑比较广泛的工艺问题，主要有加工方法的选择，加工工序的编排，工件的装夹，对刀点和换刀点位置的确定，加工路线的选定，刀具及切削用量的选择等。在这些问题上各有一定的确定原则。见表2.5所示。
表2.5 数控加工工艺的确定原则工件安装的确定原则
①力求设计基准、工艺基准和编程基准统一
②尽可能一次装夹，完成全部加工，减少装夹次数
③避免使用需要占用数控机床时间的装夹方案，充分发挥数控机床功效
对刀点的确定原则
①便于数学处理和加工程序的简化
②在机床上定位简便
③在加工过程中便于检查
④由对刀点引起的加工误差较小
加工路线的确定原则
①应能保证被加工工件的精度和表面粗糙度
②使加工路线最短，减少空行程时间，提高加工效率
③尽量简化数值计算的工作量，简化加工程序
④对于某些重复使用的程序，应使用子程序
数控刀具的确定原则
①选用刚性和耐用度高的刀具，以缩短对刀和换刀的停机时间
②刀具尺寸稳定，安装调整简便
切削用量的确定原则
①粗加工以提高生产率为主，半精加工和精加工以加工质量为主
②注意拐角处的过切和欠切
5．数控加工程序是由一系列机床数控系统能辨识的指令有序结合而构成的。加工程序可分为主程序和子程序。无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成。
6．程序编制的过程就是把工件加工所需的数据和信息，如工件的材料、形状、尺寸、精度、加工路线、切削用量、数值计算数据等按数控系统规定的格式和代码，编写成加工程序；然后将程序制成控制介质，输入数控装置，由数控装置控制数控机床进行加工。数控编程的方法有手工编程和自动编程。
实验教案实验二、实验三 数控代码编程
实验名称,数控代码编程实验目的,
1、了解数控编程的基本知识。
2、熟悉并掌握HNC-21TF数控装置编程方法及数控代码库的使用方法。
实验仪器及设备：
HED-21S数控系统综合实验台一套实验要求,
1、实验前，要求学生预习相关的知识内容，并作相关的实验准备。
2、为保证实验效果，将全班学生分为五组，每组3人，每组安排一名组长负责设备的维护及登记领用工具原材料，清理现场等。
3、实验完成后，要求写出实验总结并完成实验报告。
4、实验前，指导老师讲解本实验的要求及注意事项，并作示范操作，然后由学生按照实验指导书的要求完成该实验。
实验内容：
实验二：在HED-21S实验台上，编写下列程序，在其中的十字工作台上用笔架绘出如下图一、下图二所示的曲线。
1、使用G02对图一所示的劣弧（圆弧a）和优弧（圆弧b）编程。
2、使用G02/G03对图二所示的整圆编程。
注意：运动方向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，只能用I、J、K；同时编入R与I、J,K时，R有效。
图一
图二
3、使用T指令编程，使刀架电动机自动换刀：
T0100
G04 P5
T0200
G04P5
T0300
G04 P5
T0400
G04 P5
实验三：在HED-21S实验台上，编写下列程序，在其中的十字工作台上用笔架绘出如下图所示的曲线。用外径粗加工复合循环编制下图所示零件的加工程序：要求循环起点在A（46，3），切削深度为1.5mm（半径量）。退刀量为1mm，X方向精加工余量为0.4mm，Z方向精加工余量为0.1mm，其中点划线部分为工件毛坯。
％3331(见图三)
N1 G59 G00 X80 280 (选定坐标系G55，到程序起点位置)
N2 M03 S400 (主轴以400r／min正转)
N3 G01 X46 Z3 F100 (刀具到循环起点位置)
N4 G71 U1.5R1P5Q13X0.4 Z0.1(粗切量：1．5mm精切量：XO．4mmZO．1mm)
N5 G00 X0 Z3 (精加工轮廓起始行，到倒角延长线)
N6 G01 X10 Z-2 (精加工2X45’倒角)
N7 Z-20 (精加工①10外圆)
N8 G02 U10 W-5 R5 (精加工R5圆弧)
N9 G01 W-10 (精加工①20外圆)
N10 G03 U14 W-7 R7 (精加工R7圆弧)
N11 G01 Z-52 (精加工①34外圆)
N12 U10 W-10 (精加工外圆锥)
N13 W-20 (精加工①44外圆，精加工轮廓结束行)
N14 X50 (退出已加工面)
N15 G00 X80 Z80 (回对刀点)
N16 M05 (主轴停)
N17 M30 (主程序结束并返回)
实验报告：
将图一、图二及图三所示零件的加工程序填写在实验报告上，并根据数控系统运行的情况，简述在实际数控加工中应注意的问题。
【教学目标】 通过本章节的理论教学：掌握数控加工编程的基础知识，主要包括插补的基本知识、机床坐标系及工件坐标系、刀具补偿的概念、数控加工工艺分析、数控加工程序的格式及编程方法等。
【教学重点】 插补、补偿、工艺分析及编程方法
【教学难点】 刀具补偿的概念及加工工艺分析
【教学时数】 理论6学时，实验4学时
【课程类型】 理论与实践课程
【教学方法】 讲授、挂图、理论联系实际
【教学内容】
2.1 插补的基本知识插补的基本概念数控机床在加工时，刀具的运动轨迹是折线，而不是光滑的曲线，不能严格地沿着要求的曲线运动，只能沿折线轨迹逼近所要加工的曲线运动。一般情况下，机床数控系统是根据已知的运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，由数控系统实时的计算出各中间点坐标，这就是插补。
常用的插补方法常用的插补方法按插补曲线形状的不同，可分为直线插补法、圆弧插补法、抛物线插补法和高次曲线插补法等。
2.2 数控机床坐标系
2.2.1 机床坐标系及运动方向数控机床的坐标系按国际标准化组织标准（International Organization for Standardization-ISO）规定为右手直角笛卡尔坐标系，如图2.2所示。
2.2.2 绝对坐标与增量坐标所有坐标值均以机床或工件原点计量的坐标系称为绝对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为绝对坐标，也叫绝对尺寸，所用的编程指令称为绝对坐标指令。
运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为增量坐标系，也叫相对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为增量坐标，也叫增量尺寸，所用的编程指令称为增量坐标指令。
2.2.3 机床原点与机床参考点机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面的中心，数控铣床的机床原点，各生产厂不一致，有的设在机床工作台的中心，有的设在进给行程终点。
机床参考点是采用增量式测量的数控机床所特有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。机床参考点是一个硬件点。
机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值。采用增量式测量的数控机床开机后，都必须做回零操作，即利用CRT/MDI控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按钮，使刀具或工作台退回到机床参考点中。回零操作又称为返回参考点操作。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。
2.2.4 工件坐标系工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是：
1．尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。
2．尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。
3．要便于测量和检验。
4．对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。
5．对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。
6．Z轴方向的原点，一般设在工件表面。
2.3 刀具补偿的概念
2.3.1 刀位点刀位点是在编制加工程序时用以表示刀具位置的特征点。对于端铣刀、立铣刀和钻头来说，是指它们的底面中心；对于球头铣刀，是指球头球心；对圆弧车刀，刀位点在圆弧圆心上；对尖头车刀和镗刀，刀位点在刀尖；对于数控线切割来说，刀位点则是线电极轴心与工件表面的交点。需要指出的是，球形铣刀的刀位点在铣刀轴线上，刀刃上不同的点切削时，所表现出的刀具半径不一样。
数控加工程序控制刀具的运动轨迹，实际上是控制刀位点的运动轨迹。
2.3.2 位置补偿刀具位置补偿包括刀具半径和刀具长度补偿。
在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的刀具半径（如铣刀半径）或刀尖部分有一定的圆弧半径（为方便起见，以后统称刀具半径），所以在零件轮廓加工过程中刀位点的运动轨迹并不是零件的实际轮廓，而用户通常又希望按工件轮廓轨迹编写工件加工程序，这样刀位点必须偏移零件轮廓一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。加工外轮廓表面和内轮廓表面时刀具半径补偿如图2.8所示。根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向左边时，称为左刀具补偿；反之称为右刀具补偿。
刀具长度补偿，是为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿。当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调、磨损引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已编制好的程序，利用数控系统的刀具位置补偿功能，只需要将刀具尺寸变化值输入数控系统，数控系统就可以自动地对刀具尺寸变化进行补偿。
2.4 数控加工工艺分析
2.4.1 加工方法的选择数控车床适合于加工圆柱形、圆锥形、各种成形回转表面、螺纹以及各种盘类工件，并可进行钻、扩、镗孔加工；
立式数控铣镗床或立式加工中心适合加工箱体、箱盖、盖板、壳体、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体工件，以及模具的内、外型腔等；
卧式数控铣镗床或卧式加工中心适合于加工复杂的箱体、泵体、阀体、壳体等工件；多坐标联动数控铣床还能加工各种复杂曲面、叶轮、模具等工件。
2.4.2 加工工序的编排原则在数控机床上加工时，其加工工序一般按如下原则编排：
按工序集中划分工序的原则按粗、精加工划分工序的原则按刀具划分工序的原则按加工部位划分工序的原则数控加工工序顺序的安排可参考下列原则：
1）同一定位装夹方式或用同一把刀具的工序，最好相邻连接完成，这样可避免因重复定位而造成误差和减少工夹、换刀等辅助时间。
2）如一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加工变形。
3）上道工序应不影响下道工序的定位与装夹。
4）先内型腔加工工序，后外形加工工序。
2.4.3 工件的装夹在决定零件的装夹方式时，应力求使设计基准、工艺基准和编程计算基准统一，同时还应力求装夹次数最少。在选择夹具时，一般应注意以下几点：
尽量采用通用夹具、组合夹具，必要时才设计专用夹具。
工件的定位基准应与设计基准保持一致，注意防止过定位干涉现象，且便于工件的安装，决不允许出现欠定位的情况。
由于在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成对工件加工的不良影响。
夹具在夹紧工件时，要使工件上的加工部位开放，夹紧机构上的各部件不得妨碍走刀。
尽量使夹具的定位、夹紧装置部位无切屑积留，清理方便。
2.4.4 对刀点和换刀点位置的确定在数控加工中，还要注意对刀的问题，也就是对刀点的问题。对刀点是加工零件时刀具相对于零件运动的起点，因为数控加工程序是从这一点开始执行的，所以对刀点也称为起刀点。
选择对刀点的原则是：
便于数学处理（基点和节点的计算）和使程序编制简单。
在机床上容易找正。
加工过程中便于测量检查。
引起的加工误差小。
2.4.5 加工路线的确定编程时，确定加工路线的原则主要有以下几点：
应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。
能够使数值计算简单，程序段数量少，简化程序，减少编程工作量。
使被加工工件具有良好的加工精度和表面质量（如表面粗糙度）。
确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。
2.4.6 刀具及切削用量的选择
1．刀具及其辅具的选择
2．刀具的配备
2.5 数控加工程序的格式及编程方法
2.5.1 程序的结构加工程序可分为主程序和子程序，无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。
2.5.2 程序的格式数控机床有三种程序段格式：固定顺序，表格顺序，字地址格式。
N顺序号 G准备功能 X±坐标运动尺寸 Y±坐标运动尺寸 Z±坐标运动尺寸 F进给速度 S主轴转速 M辅助功能 附加指令
N07 G 01 Z － 30 F 200
程序段号 地址符号 数字 地址符号 符号 数字 地址符号 数字
2.5.3 主程序和子程序主程序即加工程序，子程序是可以用适当的机床控制指令调用的一段加工程序。主程序可以多次调用同一个或不同的子程序、子程序也可以调用另外的子程序，称为子程序嵌套，可嵌套的次数，不同的系统有不同的规定。
2.5.4 常用地址符及其含义
表2.4 常用地址符机 能
地 址 符
说 明
程序号
O或P或%
程序编号地址
程序段号
N
程序段顺序编号地址
坐标字
X，Y，Z；U，V，W；P，Q，R；
A，B，C；D，E；
R；
I，J，K；
直线坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧中心坐标
准备功能
G
指令动作方式
辅助功能
M，B；
开关功能，工作台分度等
补偿值
H或D
补偿值地址
暂停
P或X或F
暂停时间
重复次数
L或H
子程序或循环程序的循环次
切削用量
S或V
F
主轴转数或切削速度进给量或进给速度
刀具号
T
刀库中刀具编号
2.5.5 数控程序的编制方法及步骤数控编程的方法有手工编程和自动编程。
手工编程是指各个步骤均由手工编制。即从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质、程序的校验和修改等都是由人手工完成的。
自动编程又称为计算机辅助编程，是大部分或全部编程工作都由计算机自动完成的一种编程方法。
数控编程的具体内容和步骤可以用如图2.22所示的框图描述。
2.6 本章小结：
1．数控机床具有插补功能。插补可以用硬件，也可以用软件完成。插补方法按输出驱动信号方式的不同，可以分为脉冲增量插补法和数字增量插补法；按插补曲线形状的不同，分为直线插补、圆弧插补、抛物线插补和高次曲线插补。我们最常使用的是直线插补和圆弧插补。
2．数控机床的坐标系按国际标准化组织规定为右手直角笛卡尔坐标系。为编程的方便，一律规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标而运动。确定坐标方向的规定：坐标的正方向是增大工件和刀具之间距离的方向。数控机床的坐标系统中，有机床坐标系和工件坐标系，机床坐标系是出厂前由生产厂家调试准确后设置的，用户不能改变；工件坐标系是用户为了方便编程而设置的坐标系。
3．利用刀具位置补偿可以不考虑刀具的实际运动轨迹，只考虑刀位点的运动轨迹，这样可以简化编程。刀具位置有刀具半径补偿和刀具长度补偿。刀具半径补偿有左刀具补偿和右刀具补偿。刀具长度补偿有正补偿和负补偿。
4．数控程序在编制过程中要考虑比较广泛的工艺问题，主要有加工方法的选择，加工工序的编排，工件的装夹，对刀点和换刀点位置的确定，加工路线的选定，刀具及切削用量的选择等。在这些问题上各有一定的确定原则。见表2.5所示。
表2.5 数控加工工艺的确定原则工件安装的确定原则
①力求设计基准、工艺基准和编程基准统一
②尽可能一次装夹，完成全部加工，减少装夹次数
③避免使用需要占用数控机床时间的装夹方案，充分发挥数控机床功效
对刀点的确定原则
①便于数学处理和加工程序的简化
②在机床上定位简便
③在加工过程中便于检查
④由对刀点引起的加工误差较小
加工路线的确定原则
①应能保证被加工工件的精度和表面粗糙度
②使加工路线最短，减少空行程时间，提高加工效率
③尽量简化数值计算的工作量，简化加工程序
④对于某些重复使用的程序，应使用子程序
数控刀具的确定原则
①选用刚性和耐用度高的刀具，以缩短对刀和换刀的停机时间
②刀具尺寸稳定，安装调整简便
切削用量的确定原则
①粗加工以提高生产率为主，半精加工和精加工以加工质量为主
②注意拐角处的过切和欠切
5．数控加工程序是由一系列机床数控系统能辨识的指令有序结合而构成的。加工程序可分为主程序和子程序。无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成。
6．程序编制的过程就是把工件加工所需的数据和信息，如工件的材料、形状、尺寸、精度、加工路线、切削用量、数值计算数据等按数控系统规定的格式和代码，编写成加工程序；然后将程序制成控制介质，输入数控装置，由数控装置控制数控机床进行加工。数控编程的方法有手工编程和自动编程。
实验教案实验二、实验三 数控代码编程
实验名称,数控代码编程实验目的,
1、了解数控编程的基本知识。
2、熟悉并掌握HNC-21TF数控装置编程方法及数控代码库的使用方法。
实验仪器及设备：
HED-21S数控系统综合实验台一套实验要求,
1、实验前，要求学生预习相关的知识内容，并作相关的实验准备。
2、为保证实验效果，将全班学生分为五组，每组3人，每组安排一名组长负责设备的维护及登记领用工具原材料，清理现场等。
3、实验完成后，要求写出实验总结并完成实验报告。
4、实验前，指导老师讲解本实验的要求及注意事项，并作示范操作，然后由学生按照实验指导书的要求完成该实验。
实验内容：
实验二：在HED-21S实验台上，编写下列程序，在其中的十字工作台上用笔架绘出如下图一、下图二所示的曲线。
1、使用G02对图一所示的劣弧（圆弧a）和优弧（圆弧b）编程。
2、使用G02/G03对图二所示的整圆编程。
注意：运动方向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，只能用I、J、K；同时编入R与I、J,K时，R有效。
图一
图二
3、使用T指令编程，使刀架电动机自动换刀：
T0100
G04 P5
T0200
G04P5
T0300
G04 P5
T0400
G04 P5
实验三：在HED-21S实验台上，编写下列程序，在其中的十字工作台上用笔架绘出如下图所示的曲线。用外径粗加工复合循环编制下图所示零件的加工程序：要求循环起点在A（46，3），切削深度为1.5mm（半径量）。退刀量为1mm，X方向精加工余量为0.4mm，Z方向精加工余量为0.1mm，其中点划线部分为工件毛坯。
％3331(见图三)
N1 G59 G00 X80 280 (选定坐标系G55，到程序起点位置)
N2 M03 S400 (主轴以400r／min正转)
N3 G01 X46 Z3 F100 (刀具到循环起点位置)
N4 G71 U1.5R1P5Q13X0.4 Z0.1(粗切量：1．5mm精切量：XO．4mmZO．1mm)
N5 G00 X0 Z3 (精加工轮廓起始行，到倒角延长线)
N6 G01 X10 Z-2 (精加工2X45’倒角)
N7 Z-20 (精加工①10外圆)
N8 G02 U10 W-5 R5 (精加工R5圆弧)
N9 G01 W-10 (精加工①20外圆)
N10 G03 U14 W-7 R7 (精加工R7圆弧)
N11 G01 Z-52 (精加工①34外圆)
N12 U10 W-10 (精加工外圆锥)
N13 W-20 (精加工①44外圆，精加工轮廓结束行)
N14 X50 (退出已加工面)
N15 G00 X80 Z80 (回对刀点)
N16 M05 (主轴停)
N17 M30 (主程序结束并返回)
实验报告：
将图一、图二及图三所示零件的加工程序填写在实验报告上，并根据数控系统运行的情况，简述在实际数控加工中应注意的问题。
