项目一：数控车削程序的编制与加工 模块1 阶梯轴类零件

项目一：数控车削程序的编制与加工模块 1 阶梯轴类零件

常州机电职业技术学院

数控编程与加工技术 精品课程数控编程与加工技术 精品课程

学习目标 工作任务

程序编制

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工艺分析

结束语

模块 1 阶梯轴类零件的数控编程 -- 学习目标

1 ．能够熟练地制定阶梯轴类零件数控加工工艺和填写工艺卡片

2 ．能够准确建立工件坐标系 3 ．会使用各系统常用的 G54-G57、 G90/

G91、 G00/G01、 G02/G03、 G17/G18/G19、 G94/G95、 S、 F、M 等编程指令

4 ．会编制阶梯轴类零件数控车削工艺和加工程序

学习目标

终极学习目标会编制数控车削阶梯轴类零件程序，掌握其加工方法

促成学习目标

学习目标 工作任务

程序编制

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工艺分析

结束语

工作任务

数控编程并车削图 1-1 所示阶梯轴零件 , 毛坯 Ø30 棒料，材料 #45 。

阶梯轴类零件的数控编程 –工作任务

学习目标 工作任务

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工艺分析

结束语

数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。我们把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序，它是机床数控系统的应用软件。

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析1. 数控程序编制的概念：

学习目标 工作任务

程序编制

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工艺分析

结束语

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析1. 数控程序编制的概念

学习目标 工作任务

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工艺分析

结束语

分析零件图样和制定工艺方

案

数

学

处

理

编

写

程

序

程

序

校

验

修 改

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析2. 数控程序编制的内容及步骤

学习目标 工作任务

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工艺分析

结束语

这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析2. 数控程序编制的内容及步骤： 1 ）分析零件图样和制定工艺方案

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工艺分析

结束语

在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析2. 数控程序编制的内容及步骤：

2 ）数学处理

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工艺分析

结束语

在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析2. 数控程序编制的内容及步骤：

3 ）编写零件加工程序

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工艺分析

结束语

将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析2. 数控程序编制的内容及步骤：

4 ）校验程序

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工艺分析

结束语

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析3. 编程的方法数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序手工编程 :

手工编程指主要由人工来完成数控编程 , 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。 手工编程的特点：耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。

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工艺分析

结束语

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析3. 编程的方法

表 1-3 数控编程中各个阶段的工作

零

件

图样

工

艺

人员

夹具表

机床表

刀具表

工

艺

规程

编

程

人员

加工程序初稿

加

工

程序

修 改

编程手册

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工艺分析

结束语

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。

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，可提高编程效率几十倍

乃至上百倍，因此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。

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析3. 编程的方法

计算机自动编程 :

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工艺分析

结束语

1 ．明确加工内容：从图纸上看，零件不需要热处理，主要加工表面为工件的外径各部。2 ．选定毛坯：从图纸上看零件的最大直径、总长、留有足够加工余量等，选用 Ø30×300 的棒料。3 ．装夹定位方案：用三爪自定心卡盘装夹定位，零件经一次装夹加工，就能完成加工工序。4 ．确定各表面加工方案。根据零件形状及加工精度要求，本零件以一次装夹所能进行的加工作为一道工序，分粗、精两个工步完成全部轮廓加工。

工艺分析

4 ．分析零件加工工艺

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析

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工艺分析

结束语

表 1-1 阶梯轴数控加工工序卡片

工艺分析

阶梯轴类零件的数控编程 –工艺分析5 ．制订零件加工工序卡片

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工艺分析

结束语

以工件右端面的中心点为编程原点，基点值为绝对尺寸编程值。

程序编制

表 1-2 切削加工的基点计算值

阶梯轴类零件的数控编程 –程序编制1 ．确定工件坐标系与基点坐标的计算

精车循环路径

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工艺分析

结束语

将外轮廓用 G91 编写成子程序。在粗车的下刀点处给出径向精车余量 0.2mm。 X 方向的最大加工余量是 30-10=20，每循环一次子程序， X 方向切除掉 2mm 加工余量，这样循环 10 次轮廓加工的子程序，完成粗加工。精车最后一次完成。程序编制

阶梯轴类零件的数控编程 –程序编制

2. 确定粗、精加工循环次数

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工艺分析

结束语

程序编制

阶梯轴类零件的数控编程 –程序编制3 ．粗加工进给路线设计

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工艺分析

结束语

L001.SPF ------------------ 加工轮廓子程序名G91 G01 X-2 F0.15---------每一次循环切除加工余量 2mm（每一次吃刀的背吃刀量 1mm）X-2 Z-2--------------------1 点X2 Z-1---------------------2 点Z-15 ---------------------3 点X2 ----------------------4 点X4 Z-2 --------------------5 点Z-8 ---------------------6 点G02 X8 Z-4 CR=4 -----------7 点Z-10 ----------------------8 点X 10 ----------------------抬刀Z 42 ---------------------Z向返回起始点，子程序一次循环闭合；X-24 ----------------------X向返回起始点，子程序一次循环闭合；M17-----------------------子程序结束

程序编制

4. 编写子程序

阶梯轴类零件的数控编程 –程序编制

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工艺分析

结束语

AA01.MPF --------------------主程序G54 G90 G18 G23 G95 G71 ----- 加工状态初始化G75 X0 Z0 -------------------换刀点T1 D1 -----------------------换粗车刀 T1M03 S800 F0.15 --------------主轴转速、转向、进给量G00 X30.2 Z2.0 ------------ 编程起点， X 方向留精加工余量 0.2 ，L001 P10 --------------------调 10次 L001子程序加工外轮廓G75 X0 Z0 -------------------返回换刀点T2 D1 -----------------------换精车刀 T2G00 X12 Z2 F0.1 S810 M04 ---- 精车下刀点（ 12 ， 2），变速变进给量G96 S120 LIMS=1200 ---------- 用恒线速功能L001 ------------------------调 1次 L001子程序完成轮廓精加工G75 X0 Z0 ------------------返回换刀点M05 -------------------------主轴停转 M30 ------------------------- 程序结束

程序编制

阶梯轴类零件的数控编程 –程序编制5 ．编写主程序

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工艺分析

结束语

程序编制

阶梯轴类零件的数控编程 –程序编制

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工艺分析

结束语

编写数控加工工艺文件是数控加工工艺设计的重要内容之一。它既是数控加工，产品验收的依据，又是机床操作要遵守和执行的规程，有时也作为加工程序的附加说明，使操作者更加明确程序的内容，安装及定位方式。控加工工艺文件的好坏，直接影响零件的加工质量和生产效率，因此在编制文件之前，要全面了解工件毛坯质量，刀辅具系统，夹具及机床性能，熟悉和掌握数控加工的技术信息，编制出高质量的工艺文件。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

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工艺分析

结束语

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

编程人员制订的数控加工工艺规程通常包括以下内容1）选择并确定进行数控加工的零件和内容；2）对被加工零件的图样进行工艺分析，明确加工内容和技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，划分和安排加工工序，确定定位夹紧方法，选择夹具和刀具，安排热处理，检验及其他辅助工序（如去毛刺、倒角等）；3）选择对刀点、换刀点的位置，确定走刀路线，考虑刀具的补偿；4）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；5 ）确定切削用量；6) 确定工时定额；7) 填写数控加工工艺技术文件。

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工艺分析

结束语

工件的装夹与找正 : 正确、合理的选择工件的定位与夹紧方式，是

保证零件加工精度的必要条件。

（ 1） 定位基准的选择

要力求使设计基准，工艺基准与编程计算基准统一，减少基准

不重合误差和数控编程中的计算工作量，并尽量减少装夹次数；在

多工序或多次安装中，要选择相同的定位基准，保证零件的位置精

度；要保证定位准确，可靠，夹紧机构简单，操作简便。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

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工艺分析

结束语

（ 2）常用的装夹方法① 在三爪卡盘自定心卡盘上装夹。这种方法装夹工件方便，省时。自动定心好，但夹紧力较小。

图 1-2 三爪定心卡盘

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

工件的装夹与找正 :

外形 构造 反爪

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工艺分析

结束语

② 在两顶尖之间装夹。这种方法安装工件不需找正，每次装夹的精度高。适用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件装夹。

•图 1-3 用前后顶尖装夹工件•1－头架 2－拨杆 3－尾顶尖 4－尾座 5－工件 6－夹头 7－头

架顶尖

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

工件的装夹与找正 :

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工艺分析

结束语

③用卡盘和顶尖装夹。这种方法装夹工件刚性好，轴向定位准确，能承受较大的轴向切削力，比较安全。适用于车削质量较大的工件，一般在卡盘内装一限位支撑或利用工件台阶限位，防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制工件的装夹与找正 :

图 1-4 用卡盘和顶尖装夹工件

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工艺分析

结束语

（ 1）工序的划分 数控车削加工工序的划分，可以按下列方式进行： ①以一次安装工件所进行的加工为一道工序。将位置精度要求较高的表面加工，安排在一次安装下完成，以免多次安装所生产的安装误差位置精度。 ②以粗、精加工划分工序。粗精加工分开可以提高加工效率，对于容易发生加工变形的零件，更应将粗，精加工内容分开。 ③以同一把刀具加工的内容划分工序。根据零件的结构特点，将加工内容分成若干部分，每一部分用一把典型刀具加工，这样可以减少换刀数和空行程时间 ④以加工部位划分工序。根据零件的结构特点，将加工的部位分成几个部分，每一部分的加工内容作为一个工序。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制 工艺路线的确定 :

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工艺分析

结束语

（ 2）工序顺序的安排 ①基面先行。先加工定位基准面，减少后面工序的装夹误差。如轴类零件，先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。 ②先粗后精。先对各表面进行粗加工，然后再进行半精加工和精加工，逐步提高加工精度。 ③先近后远。离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。同时有利于保持工件的刚性，改善切削条件，对于直径相差不大的阶梯轴，当第一刀的背吃刀量未超限时，应按 Ø10MM-Ø16MM- Ø24MM 的顺序有近及远地进行车削。 ④内外交叉。进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。不能加工完内表面后，再加工外表面。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

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工艺分析

结束语

（ 3）进给路线的确定

进给路线是刀具在加工过程中相对于工件的运动轨迹，也称

走刀路线。它即包括切削加工的路线，又包括刀具切入，切出的

空行程。不但包括了工步的内容，也反映出工步的顺序，是编写

程序的依据之一。因此，以图形的方式表示进给路线，可为编程

带来很大方便。

①粗加工路线的确定

矩形循环进给路线。利用数控系统的矩形循环功能，确定矩形

循环进给路线，这种进给路线刀具切削时间最短，刀具损耗最小，

为常用的粗加工进给路线

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

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工艺分析

结束语

三角形循环进给路线。利用数控系统的三角形循环功能，确定三角形循环进给路线，这种进给路线刀具总行程最长，一般只适用于单件小批量生产。如图 1-5 所示。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

矩形循环进给路线 三角形循环进给路线 阶梯切削路线

图 1-5 粗加工进给路线

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工艺分析

结束语

阶梯切削路线。当零件毛坯的切削余量较大时，可采用阶梯切削进给路线，在同样背吃刀量的条件下，加工后剩余量过多，不宜采用。

外轮廓的加工 内轮廓的加工

图 1-6 阶梯切削进给路线

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

工艺路线的确定 :

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工艺分析

结束语

②精加工进给路线的确定 各部位精度要求一致的进给路线，在多刀进行精加工时。最后一刀要连续加工，并且要合理确定进、退刀位置。尽量不要在光滑连接的轮廓上安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力变化造成弹性变形，产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕的缺陷。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

工艺路线的确定 :

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工艺分析

结束语

数控车床使用的刀具有焊接式和机夹式之分，目前机夹式刀具在数控车床上得到了广泛的应用，如图 1-7 所示。

图 1-7 机夹可转位车刀

1- 夹紧螺钉 2- 夹紧块 3- 刀片

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

选用车刀 :

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工艺分析

结束语

选择机夹式刀具的关键是选择刀片，在选择刀片上要考虑以下几点：1. 工件材料的类别：黑色金属、有色金属、复合材料、非金属材料等；2. 工件材料的性能：包括硬度、强度、韧性和内部组织状态等； 3. 切削工艺类别：粗加工、精加工、内孔、外圆加工等；4. 零件的几何形状、加工余量和加工精度；5. 要求刀片承受的切削用量；6. 零件的生产批量和生产条件。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

选用车刀 :

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工艺分析

结束语

1 ．加工余量的选择 加工余量是指毛坯实际尺寸与零件图纸尺寸之差，通常零件的加工要经过粗加工，精加工才能到达到图纸要求，因此，零件总的加工余量应等于中间工序加工余量之和。在选择加工余量时，要考虑以下几个因素：（ 1）零件的大小不同。切削力、内应力引起的变形也不同，通常工件越大，变形也越大所以的工件的加工余量也相应地大一些。（ 2）零件在热处理后要发生变形，因此，这类零件要适应增大一点加工余量。（ 3）加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性，也会引起零件的变形，所以也要考虑加工余量。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制 车削参数的选择 :

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工艺分析

结束语

2 ．切削用量的确定 切削用量主要包括主轴转速（切削速度），进给量（进给速度）和背吃刀量。切削用量的大小，直接影响机床的性能，刀具磨损，加工质量和生产效率。合理选择切削用量，对于充分发挥机床性能和切削性能，提高切削效率，降低加工成本具有重要意义。 （ 1） 背吃刀量的确定 背吃刀量的选择应根据加工余量确定。主要受机床，刀具和工件系统刚度的制约，在系统刚度允许的情况下，尽量选择较大的被吃刀量。粗加工时，在不影响加工精度的条件下，可使被吃刀量等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数。精加工 Ra=0.32—

1.25µm 时，背吃刀量可取 0.2—0.4mm。

在工件毛坯加工余量很大或余量不均匀的情况下，粗加工要分几次进给，这时前几次进给的背吃刀量应取得大一些。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

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工艺分析

结束语

（ 2） 主轴转速的确定①光车时的主轴转速。主轴转速要根据机床和刀具允许的切削速度来确定，可以用计算法或查表法来选取。切削速度确定之后，用下式计算主轴转速：

式中： n-主轴转速， r/min

Vc- 切削速度， m/min

D- 工件直径， mm

在确定主轴转速时，还应考虑以下几点：应尽量避开产生积屑瘤的速度区域；间断切削时，应适当降低转速；加工大件，细长工件和薄壁件时，应选择低转速；加工带外皮的工件时，应适应降低速度。 

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

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工艺分析

结束语

②车螺纹时主轴的转速      

  在切削螺纹时，车床主轴的转速将受螺纹的螺距、电机调速和螺纹插补运算等因素的影响，转速不能过高。通常按下式计算主轴的转速：

式中： N-主轴转速， r/min

P-螺纹的导程， mm

K-安全系数，一般取 80     

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工艺分析

结束语

③进给速度的确定 进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm。

进给速度要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件的材料来选择，受机床刀具、工件系统刚度和进给驱动及控制系统的限制。

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阶梯轴类零件的数控编程 –实践知识数控加工工艺文件的编制

车削参数的选择 :

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工艺分析

结束语

为了确定工件在数控机床中的位置，准确描述机床运动部件在某一时刻所在的位置以及运动的范围，就必须要给数控机床建立一个几何坐标系。目前，数控机床坐标轴的指定方法已标准化，我国执行的数控标准 JB/T 3051-1999《数控机床坐标和运动方向的命名》与国际标准 ISO和 EIA 等效，即数控机床的坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系。它规定直角坐标系中 X、 Y、 Z 三个直线坐标轴，围绕 X、 Y、 Z

各轴的旋转运动轴为 A、 B、 C 轴，用右手螺旋法则判定X、 Y、 Z 三个直线坐标轴与 A、 B、 C 轴的关系及其正方向。

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图 1—8 机床坐标系

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图 1—9 笛卡儿右手直角坐标系

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工艺分析

结束语

如图 1-8所示，图中大拇指的指向为 X 轴的正方向， 食指指向为 Y 轴的正方向，中指的指向为 Z 轴的正方向。数控机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局，对数控车床而言： Z 轴平行于主轴轴心线，以刀架沿着离开工件的方向为 Z 轴正方向； X 轴垂直于主轴轴心线，以刀架沿着离开工件的方向为 X 轴正方向；

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结束语

机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。 机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置，就建立起了机床坐标系。机床坐标轴的机械行程是由最大和最小限位开关来限定的。机床坐标轴的有效行程范围是由软件限位来确定的，其值由制造商定义机床原点（ OM）、机床参考点（ R）构成数控机床机械行程及有效行程。

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机床坐标系、机床原点和机床参考点

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•图 1-10 机床坐标系和参考点的关系

图 1-10 机床坐标系和参考点的关系

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机床坐标系、机床原点和机床参考点

图 1-11 工件坐标系和机床坐标系

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工艺分析

结束语

编程坐标系又称为工件坐标系，是编程人员用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。编程人员确定工件坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。一般通过对刀获得工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的工件坐标系原点，又称为工件原点。编程原点选择应尽量满足编程简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。一般情况下，编程原点应选在零件的设计基准或工艺基准上。对数控车床而言，工件坐标系原点一般选在工件轴线与工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交点上，各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识机床坐标系、机床原点和机床参考点

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程序编制

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识机床坐标系、机床原点和机床参考点

图 1-10 机床坐标系和参考点的关系

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识机床坐标系、机床原点和机床参考点

图 1-11 工件坐标系和机床坐标系

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识

字与字的功能类别

程序段举例： N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08

1 、顺序号字 2 、准备功能字 3 、尺寸字 4 、进给功能字 5、主轴转速功能字 6、刀具功能字 7、辅助功能字

数控机床基础知识

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识

字与字的功能类别

数控机床基础知识

N.. G.. X.. F.. M.. S..

程序段

辅助功能字

主轴功能字

工艺功能字

尺寸字

准备功能字

程序段号

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识

字与字的功能类别（ 1）顺序号字 N

顺序号又称程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。顺序号字N是地址符，后续数字一般为1～ 4 位的正整数。数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关。数控系统不是按顺序号的次序来执行程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。 顺序号的作用：对程序的校对和检索修改；作为条件转向的目标，即作为转向目的程序段的名称。有顺序号的程序段可以进行复归操作，这是指加工可以从程序的中间开始，或回到程序中断处开始。　　一般使用方法：编程时将第一程序段冠以 N10, 以后以间隔 10递增的方法设置顺序号，这样，在调试程序时，如果需要在 N10和

N20 之间插入程序段时，就可以使用 N11、 N12 等。

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结束语

表 1.3 G 功能字含义表

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 字与字的功能类别

（ 2）准备功能字 G

准备功能字又称为 G 功能或 G 指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。后续数字一般为 1～ 3 位正整数。

G 功能字

FANUC 系统 SIEMENS 系统

G00 快速移动点定位

快速移动点定位

G01 直线插补 直线插补

G02 顺时针圆弧插补

顺时针圆弧插补

G03 逆时针圆弧插补

逆时针圆弧插补

G04 暂停 暂停

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 字与字的功能类别（ 3）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。 其中，第一组 X， Y， Z， U， V，W， P， Q， R 用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组 A， B， C， D， E 用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组 I， J， K 用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用 P指令暂停时间、用 R指令圆弧的半径等。 多数数控系统可以用准备功能字来选择坐标尺寸的制式，如FANUC诸系统可用 G21/G22 来选择米制单位或英制单位，也有些系统用系统参数来设定尺寸制式。采用米制时，一般单位为mm ，如 X100 指令的坐标单位为 100 mm 。当然，一些数控系统可通过参数来选择不同的尺寸单位。

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 字与字的功能类别

（ 4）进给功能字 F

进给功能字的地址符是 F ，又称为 F功能或 F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床， F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。 F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。（ 5）主轴转速功能字 S

主轴转速功能字的地址符是 S ，又称为 S功能或 S指令，用于指定主轴转速。单位为 r/min 。对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的 S指令用来指定车削加工的线速度数。

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 字与字的功能类别（ 6）刀具功能字 T

刀具功能字的地址符是 T ，又称为 T功能或 T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。 表 1.4 M 功能字含义表

（ 7）辅助功能字M

辅助功能字的地址符是 M，

后续数字一般为 1～ 3 位正 整数，又称为M 功能或 M 指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。

M 功能字 含 义

M00 程序停止

M01 计划停止

M02 程序停止

M03 主轴顺时针旋转

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识程序段格式

程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加

工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成

的。

程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现

在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程

序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格

式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字

仍然有效，可以不再重写。这种功能字称之为续效字。

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程序段格式举例： N30 G01 X88.1 Y30.2 F500 S3000 T02 M08

N40 X90（本程序段省略了续效字“ G01， Y30.2， F500， S3000， T02，M08” ，但它们的功能仍然有效）在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：　　移动目标：终点坐标值 X、 Y、 Z；

沿怎样的轨迹移动：准备功能字 G；

进给速度：进给功能字 F；

切削速度：主轴转速功能字 S；

使用刀具：刀具功能字 T；

机床辅助动作：辅助功能字M。

阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识程序段格式

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 加工程序的一般格式

加工程序的一般格式举例：　% // 开始符 O1000 // 程序名 N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000

N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08

N30 X90 // 程序主体 ……

N300 M30 // 结束指令 % // 结束符

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 加工程序的一般格式

程序开始符、结束符是同一个字符， ISO 代码中

是%， EIA 代码中是 EP ，书写时要单列一段。

程序名有两种形式：一种是英文字母O和 1～ 4 位正整数

组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。一般

要求单列一段。

程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一

行。

N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 ；

程序结束指令可以用 M02或M30 。一般要求单列一段。

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

1 、绝对尺寸指令和增量尺寸指令 G90/G91

2 、半径 / 直径数据尺寸 G22/G23

3 、坐标平面选择指令 G17/G18/G19

4 、快速点定位指令 G00

5 、直线插补指令 G01

6 、圆弧插补指令 G02/GO3

7 、可设定的零点偏置 G54～ G57/G500/G53/G153

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令 1 、绝对尺寸指令和增量尺寸指令 G90/G91

在加工程序中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令有两种表达方法。

绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。

增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。

图 1.12　 绝对尺寸 图 1.13 　增量尺寸

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

（ 1） G 功能字指定

G90 指定尺寸值为绝对尺寸。

G91 指定尺寸值为增量尺寸。

这种表达方式的特点是同一条程序段中只能用一种，不能混用；同一坐标轴方向的尺寸字的地址符是相同的。

（ 2） 用尺寸字的地址符指定（ FANUC 等系统使用）

绝对尺寸的尺寸字的地址符用 X、 Y、 Z

增量尺寸的尺寸字的地址符用 U、 V、W

这种表达方式的特点是同一程序段中绝对尺寸和增量尺寸可以混用，这给编程带来很大方便。

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工艺分析

结束语

2 、半径 / 直径数据尺寸车床中加工零件时通常把 X 轴（横向坐标轴）的位置数据作为直径数据编程，控制器把所输入的数值设定为直径尺寸，这仅限于 X 轴。程序中在需要时也可以转换为半径尺寸 。编程格式： G22 X ～半径数据尺寸 G23 X ～直径数据尺寸

注意：通常系统默认为直径数据尺寸编程 。

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识

常用编程指令

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结束语

图 1.14　坐标平面选择

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3 、坐标平面选择指令

坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补

偿平面的。

G17表示选择 XY 平面，

G18表示选择 ZX 平面，

G19表示选择 YZ 平面。

一般数控车床默认在 ZX

平面内加工，数控铣床

默认在 XY 平面内加工

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常用编程指令

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4 、快速点定位指令

快速点定位指令控制刀具，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后减速到达终点应了解所使用的数控系统的刀具移动轨迹情况，以避免加工中可能出现的碰撞。

编程格式： G00 X ～ Y ～ Z～

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常用编程指令

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结束语

4 、快速点定位指令例：从 A 点到 B 点快速移动的程序段为： G90 G00 X20 Y30

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a) 同时到达终点 b) 单向移动至终点

图 1.15　快速点定位

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常用编程指令

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5 、直线插补指令

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

直线插补指令用于产生按指定进给速度 F，实现的空间直线运动。程序格式： G01 X ～ Y ～ Z ～ F～其中： X、 Y、 Z 的值是直线插补的终点坐标值。 例：实现图 1.16 中从 A 点到 B 点的直线插补运动。 其程序段为： 绝对方式编程： G90 G01 X10 Y10 F100 增量方式编程： G91 G01 X-10 Y-20 F100

图 1.16　直线插补运动

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

①倒直角

编程格式： G01 X_ Z_ CHF=_ ；

其中： X、 Z 后数值为倒直角两轮廓交点坐标值， CHF为倒角的长度。如图 1-17所示。

N10 G1 _ CHF=

N20 G1 _

倒角长度

Z

X

•图 1-17 G01倒直角 G01

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

②倒圆角 程序格式： G01 X_ Z_ RND=_ ； 其中： X、 Z 后数值为倒圆角后两轮廓交点坐标值， RND为倒圆圆角半径，如图 1-18所示。

图 1-18 G01倒直角说明：倒角 /倒圆只能在 G01 指令下使用，适用于直线轮廓之间、圆弧轮廓之间以及直线轮廓和圆弧轮廓之间，而不能连续使用倒角、倒圆指令。

/直线 直线

N10 G1 _ RND=

倒圆

N20 G1 _RND= _

Z

X

N50 G1 _ RND=

倒圆

N60 G3 _RND= _

Z

X

/直线 圆弧

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6 、圆弧插补指令

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。 G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。

　　圆弧顺逆方向的判别：沿着不在圆弧平面内的坐标轴，由正方向向负方向看，顺时针方向 G02 ，逆时针方向 G03 ，如图 1.19所示。

图 1.19 　圆弧方向判别

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

a) XY 平面圆弧

b) XZ 平面圆弧

c) ZY 平面圆弧

•图 1.20

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

程序格式：

XY 平面：G17 G02 X ～ Y ～ I ～ J ～ (R～ ) F～G17 G03 X ～ Y ～ I ～ J ～ (R～ ) F～

ZX 平面：G18 G02 X ～ Z ～ I ～ K ～ (R～ ) F～G18 G03 X ～ Z ～ I ～ K ～ (R～ ) F～

YZ 平面：G19 G02 Z ～ Y ～ J ～ K ～ (R～ ) F～G19 G03 Z ～ Y ～ J ～ K ～ (R～ ) F～

其中：

X、 Y、 Z 的值是指圆弧插补的终点坐标值；

I、 J、 K 是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与 G90,G91无关；

R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角≤ 180o 时， R 值为正，

当圆弧的圆心角＞ 1800 时， R 值为负。注：两点 + 半径不能用于整圆。

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

图 1.21　圆弧插补应用

例：在图 1.21 中，当圆弧 A 的起点为 P1 ，终点为 P2 ，圆弧插补程序段为：

G02 X321.65 Y280 I40 J140 F50

或： G02 X321.65 Y280 R-145.6 F50

当圆弧 A 的起点为 P2 ，终点为 P1时，

圆弧插补程序段为：

G03 X160 Y60 I-121.65 J-80 F50

或： G03 X160 Y60 R-145.6 F50

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结束语

7 、可设定的零点偏置

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阶梯轴类零件的数控编程 –理论知识数控机床基础知识 常用编程指令

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 ) 。当工件装夹到机床上后求出偏移量，并通过操作面板输入到规定的数据区。程序可以通过选择相应的 G 功能 G54～ G57激活此值 ，见图 1.22 。 编程格式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G500 取消可设定零点偏置 --- 模态有效 G53 取消可设定零点偏置 --- 程序段方式有效，可编程的零点偏置也一起取消。 G153 如同 G53 ，取消附加的基本框架。

图 1-22 可设定的零点偏置

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结束语

本节课对阶梯轴零件的数控加工方法进行了学习，并介绍了数控编程的基础知识、数控车床加工工艺与相关实践基础知识。

结束语

阶梯轴类零件的数控编程 –结束语小结

谢谢指导 !!! 2007.12