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第二章 数控编程基础
2.1 数控编程的方法
数控加工程序的编制方法主要有手工编程和计算机自动编程。手工编程主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。
自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成，见图2.1。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。
生生确计工成仿成分定算零件图 析 数控机床 艺加真数加 图工样工艺 机造型处理工加轨工迹控程序 图2.1 计算机辅助编程的过程
不同的数控机床，由于数控系统不同，它们使用的数控程序语言规则和格式也不尽相同，当针对某一台数控机床编制加工程序时，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。本教程以FANUC系统为主来介绍加工程序的编制方法。
2.2 数控坐标系 2.2.1机床坐标系
机床坐标系是机床上固有的坐标系，机床坐标系的方位是参考机床上的主轴中心线、工作台面、机床立拄等机床上固定的基准线和基准面确定的。在标准中，规定工件固定，刀具相对于工件运动，Z轴取平行于机床主轴的方向，且刀具远离工件的方向为正方向。对刀具做旋转运动，Z轴为垂直方向的单立拄机床时，从主轴向立拄看，X轴的正方向指向右边。Y轴的方向按右手直角坐标系确定：
1. 伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。
2. 大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。如图2.2。因此立式铣床的坐标系如图2.3所示。机床坐标系的原点位置是各坐标轴的正向最大极限处，如图2.4所示。
图2.2右手法则
Z图2.3立式铣床的坐标系
机床坐标系原点工件坐标系原点Y0X01
图2.4机床坐标系的原点位置
2.2.2工件坐标系
工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，也是加工时使用的坐标系。工件坐标系各轴的方向与机床坐标系各轴的方向一致。指定工件坐标系原点位置时，主要考虑编程时数值计算和对刀的方便。由于加工时工件是安装在工作台的适当位置，工件坐标系和机床坐标系不可能重合，这样，两个坐标系各个轴向都存在一个坐标差，这一问题需要操作人员通过对刀，确定工件坐标系在机床坐标系的位置，然后，将此值输入到数控装置中得以解决。一般数控机床可以预先设定6个
（G54-G59）工件坐标系，在编程中可以选择其中之一使用。这些坐标系存储在机床存储器内，在机床重开机时仍然存在。
2.2.3工件坐标系的设定
对于铣削加工，常用的工件坐标系的设定方法如下：
以图2.4所示工件为例，在配置FANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点01。
1. 加工坐标系的选择
编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。
设工作台工作面尺寸为800mm×320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点01就在距机床原点O为X1、Y1、Z1处。并且X1=-335.200mm, Y1=-198.000mm, Z1=-202.100mm。X1、Y1、Z1值的获得方法见第四章数控机床的操作。
2. 设定加工坐标系指令
G54-G59为设定加工坐标系指令。G54对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在MDI 方式的参数设置页面中设定加工坐标系。如对已选定的加工原点O1的坐标值设在G54中，则表明在数控系统中设定了1号工件加工坐标。 X1=-335.200mm Y1=-198.000mm Z1=-202.100mm
其操作面板的设置页面如图2.5所示。
图2.5操作面板的设置页面
3. G54-G59在加工程序中出现时，表示选择相应的加工坐标系。 2.3数控程序的结构 2.3.1程序段的格式
如图2.6所示，加工矩形轮廓的工件，设坐标系原点在工件顶面中心位置，刀具从中心出发逆时针加工一周，加工程序如下：
% 开始符 O0001 程序名 N00G90G00X0Y0Z100.0S300M03； N02Y-50.0； N04Z3.0
N06G01Z-5.0F100； N08X100.0；
N10Y50.0； 程序内容 N12X-100.0； N14Y-50.0； N16X0；
N18G00Z100.0； N20Y0M05；
N22M30； 程序结束
编程轨迹200100100
图2.6矩形轮廓加工
数控程序结构由四部分组成，分为开始符、程序名、程序内容和程序结束。程序内容由若干程序段组成。数控系统是按程序段的先后顺序执行，程序号只起一个标记的作用。对于一个程序段来说，各指令通常按一定的先后顺序排列，常见程序段格式如下表：