数控机床操作与运用基本知识讲座第2讲数控机床的基本运动形式及其程序指令Word下载.docx
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机器零点"
.对
于数控加工中心而言,机器零点往往与长方形工作台的
个顶角重合.数控机床控制器内的运算,采用的是计
算机机器语言,而这些计算都是以机器原点为基准的.
这里有一个概念必需清楚,那就是虽然一般最通常选用
的直角坐标系多为第一象限,数控机床的机器坐标可能
是第一到第四象限中的任何一种.这完全取决于机床生
产厂家的设置.
但是,在绝大多数情况下,具体加工程序是不可能
以机器原（零）点为基准点的.因此,针对每个具体加
工工件,都必须另外设定一个"
子坐标系统"
也就是
说设置一个"
加工原点（或零点）"
（见图1）.因为"
子
坐标系统"
是由程序员或操作工人设置的,为方便起
见,一般多选用第一象限,当然也可以选用其他象限.
机器原点
图1"
加工坐标"
关系示意图
设立或定义加工程序的零点,也就是确定加工坐标
原点相对与机器原点的位置.不同的数控装置对于如何
定义程序零点在方式上有很大不同.比较老式的数控装
置（特别是数控车削中心）要求在每个加工程序中定义
其程序原点相对于机器原点的位置.有些数控装置甚至
要求每次换刀具后都要重新定义加工原点.这一般是由
指令代码"
G92"
G50"
来完成的.而数控加工中
心一般可以有六个加工坐标系,分别由G54,G55,
G56,G57,G58和G59来定义.
3.绝对运动模式与递增（减）运动模式
在编制数控程序时,加工程序的零点也就是加工坐
标的原点.在编写程序时,如果将所有运动的终点以相
对于加工原点的坐标值来定义,则被称为"
绝对运动"
模式（AbsoluteMotionMode）.这是最简单也是最常用
的运动指令方式.如果没有特殊需要,一般数控程序都
采用这种运动模式来编制.
另一种指令方法是将运动的终点以相对于当前位置
移动量来定义.这种运动指令方式被称为"
递增（减）
运动"
模式（IncrementalMotionMode）.具有普通机床
操作经验的读者可以发现,一般手工控制的普通机床的
加工方式就是按照递增（减）模式来进行的.对于数控
机床而言,除了在某些特定的情况下,递增（减）模式
有其优越性外,一般不建议采用这种模式.
杠板l冷加工2005年第5朝
4.数控程序的指令语言
目前,几乎所有的数控系统都采用"
文字地址"
格
式的程序化语言.所谓"
格式,指得是数控
程序是由类似"
语句式"
的指令组成.每一个指令代码
由包括字母（如"
x"
"
z"
等）表示的地址以及
数值两部分组成.数控程序通过一系列指令代码来规定
切削刀具的运动轨迹,以加工（切削）出所要求的零件
的几何形状.
虽然每个数控装置的生产商可能对其产品的"
文字
地址"
的字母有不同的定义方法,有相当一部分以字母
定义的"
在数控机床领域是通用的,例如:
程序号
N——语句序列号
C——基本及预设功能
x——指定轴向运动
Y——指定y轴向运动
.卜指定z轴向运动
R——圆弧运动半径
F一刀具进给速度
s一主轴旋转速度
H_刀具长（高）度方向补偿
D一刀具半径补偿
T——指定所选刀具
M——辅助功能
这里,有两个基本字母代码,G和M,是用于定义
数控机床的控制功能的.每一台数控设备的说明书中,
都列有该机床所有G和M代码所代表的功能表.虽然
每家数控设备生产商都可以定义自身产品的指令代码,
但有许多G和M代码在数控领域是相同的和通用的.
通用的G代码有很多,举例来说:
GOO一快速移动
Gol——直线进给运动
Go2——顺时针圆弧运动
Go3——逆时针圆弧运动
G9【卜绝对运动模式
G9l——递增（减）运动模式
通用的M代码也有很多,例如:
M0l——暂停执行程序
M03——主轴顺时针旋转
M06——变换刀具
M08——开启切削液
M09——关闭切削液
困量笙筮量盟机梭l冷加工
M3【卜程序结束
5.基本运动形式的程序控制指令
前面已经提到,数控机床具有三种最基本的运动形
式,即:
①快速（定位）移动——控制指令G00
②直线（切割）运动——控制指令G01
③圆弧（切割）运动——控制指令G02和G03
这三种运动形式的指令具有两个共同点.第一,在
运动指令被改变之前,原指令保持有效.也就是说,如
果同一种运动形式需要进行连续运（移）动,与该运动
形式相应的…G'
指令只需在程序的第一个命令语句中
出现.同理,如果在命令语句中没有任何定义新的运动
形式指令出现,控制器将认定原有的指令所定义的运动
形式仍然保持有效.第二,所有运动指令后面的坐标
值,指的是该运动的终点,同时,这一点也自动成为下
个运动的起点.换一句话说,在数控机床运动指令
中,只出现运动终点的坐标值.下面,比较详细地介绍
下这三种运动形式的控制指令:
（1）快速移动（定位）指令"
GO0"
快速移动指
令是命令机床以所能够达到的最快的移动速率,将加工
刀具移动至所要求的位置.通常情况下,快速移动指令
用于将刀具移至"
位置,或将刀具从已完成的
加工表面移开.当加工过程中,刀具需要避开工装夹具
等障碍物时,一般也采用快速移动的形式.总的来说,
在加工程序中,所有非切割运动多应采用快速移动形式,
以减少加工循环中的非加工动作所占用时问的浪费.
对于大多数数控机床来说,快速移动速率是非常高
的（25m/min,甚至更快）.这意味着,在验证加工程序
时必须十分小心和仔细地对待每一个快速移动指令.任
何疏忽大意,都可能引起刀具与机器的剧烈碰撞,损坏
刀具,工装夹具以及机床本身,甚至可能危及操作人员
的安全.在后续讲座中,将介绍如何验证快速移动指令
的方法.
绝大多数的数控机床快速移动的指令为"
G00"
.同
命令语句中紧跟着"
指令后面的是该移动的终
点坐标.必须指出的是,不同的数控机床生产商在处理
"
命令语句中含有不同的运动轴的方法有所不同.
例如,在执行命令语句"
GO0X30.Y30."
的时候,有
的加工中心的运动轨迹是:
先沿轴移动至X30.,然
后在沿l,轴移动至Y30.（90o）;
也有的加工中心是沿
y轴同时移动,运动轨迹呈45..因此,在编制加
工程序时,必须先了解该机床生产厂家是如何规定快速
移动的运动轨迹的,同时在编制程序时加以适当调整,
以免发生碰撞.
（2）直线（切割）运动指令"
G01"
这一指令用
于任何形式的直线切割运动命令语句中,例如钻孔,车
直径或锥度,铣平面等等.在直线切割运动的命令语句
中,除了运动指令"
CO1"
及运动的终点坐标外,还必
须加入"
进给速度"
（厂）的指令.一般加工中心的进给
速度单位是"
m/min"
;
而对于车削中心,按照车加工的
特点,进给速度还有另外一个单位"
m/r"
其含义是主
轴每旋转一周,切削刀具的移动量.
（3）简单程序举例为帮助读者具体了解GO0和
COl的运用,表1列出了一个简单的钻孔数控程序的例
子,表中左边是数控程序语言的指令代码,右边为对程
序指令要求机器执行的任务的文字说明:
表1钻孔加工数控程序举例
OO0ol程序号0001
选择加工坐标系及绝对运动模式,主N0o5G54G90$400M03
轴顺时针旋转,转速400r/min
N010Go0Xl0.Yl0.快速移动至第一L,Y坐标位置
加载刀具高度补偿值,快速移动至zN015G43H0lrZ2
.
5M08轴加工表面间隙位置
开启切削液
钻头以100mm/min的速度,进给至N020c0lZ一
32.Fl0o.
32ram深度
N0250D0Z2.5快速返回至Z轴表面间隙位置
快速移动至第二孔,Y坐标位置,N030X20
y坐标不变
N035c0lZ一32.以同样速度,钻L至32mm深度
N040COOZ2.5M09快速返回,关闭切削液
转换为递增运动模式,主轴快速返回No45G9lG28zo
z轴机器零点
N050M30程序结束
（4）圆弧（切割）运动指令"
G02"
G03"
在数
控机床的加工程序中,圆弧轨迹是由终点坐标和该圆弧
的半径"
R"
（也有一些比较老式的控制装置是用该圆
弧的圆心坐标"
,-,,"
）来定义的.由于同样也是
切削运动,与直线运动一样,在圆弧切割运动的命令语
句中也必须定义"
（厂）.其定义方法与直线
运动相同.
由指令"
定义的圆弧运动轨迹为按顺时针方
向旋转的运动;
而"
为逆时针运动.每一个数控
机床生产商,都会在其产品说明书中详细介绍在其所设
定的三维坐标系内,如何来判定旋转运动的方向.在编
制加工程序时,必须首先参考所使用的机床的产品说明
书,以确定正确使用"
和"
指令的方法.
6.运动形式的程序指令运用举例
图2所示为一工件外部轮廓,表2则是一个用立铣
刀在数控加工中心上加工该零件轮廓的简单数控程序.
通过仔细分析每一条命令语句和每个指令,可以概括地
了解三种基本运动形式的指令（COO,COl,G02/G03）
的运用方法,以及数控加工中心的一般编程格式.
表2加工零件外部轮廓的数控程序举例
0oo02程序号0002
选择加工坐标系及绝对运动模式,主NOO5G54G90$350M03
轴顺时针旋转,转速350r/min
N010COOX一15.Y一5.快速移动至预加工点X,Y坐标位置
加载刀具高度补偿值,快速移动至预N015G43H0lZ—
l0.加工点z坐标位置
刀具沿轴正方向直线切割;
进给速N020c0lX135
F100.度为100
mm/min
NO25c03Xl6o.Y20.按逆时针方向切割第一个圆弧,半径
R25.为25mm,切割速度不变
N030c0lY80.刀具沿Y轴正方向直线切割
N035c03X135.Y105.按逆时针方向切割第二个圆弧,半径
R25.仍为25mm
N040c0lX20.刀具沿轴负方向直线切割
NO45c03X一5.Y80.按逆时针方向切割第三个圆弧
R25.
NO50c0lY20.刀具沿Y轴负方向直线切割
N055GO3X20.Y一5.按逆时针方向切割第四个圆弧
NO600D0rZ2.5将刀具快速移离加工表面
转换为递增运动模式,主轴快速返回N065G9lG28Z0
N070M30程序结束
为易于理解,此程序没有加入"
刀具直（半）径补
偿"
指令.也就是说,在下面所列的程序中,其加工刀
具的中心点与加工轨迹相吻合.
7.其他程序化功能
现代化的先进数控机床的程序控制功能,已经远超
出了单纯的运动控制的范围.基本上机床的所有功能都
可以由程序控制了.如前所述,数控加工中心的主轴转
速和方向,切削液控制,刀具变换,甚至包括测量探头
系统,刀具高度补偿值测量系统,工作台变换等功能都
已经可以全部由程序控制.对数控车削中心而言,转塔
板l冷加工2OO5年第5期
帮擞簧
CAXA实体设计讲座
第2讲在CAXA实体设计中实现机构仿真动画（上）
CAXA上海办事处（200122）严海军冯荣坦
CAD设计的目的之一就是将设计结果以电子化的方
式与他人共享,CAXA实体设计本身不仅有实用高效的造
型装配功能,而且还集成了完美的渲染和动画功能,非
常适合做新产品的设计,模拟演示.CAXA实体设计的动
态机构仿真功能,可以对装配结构做机构运动模拟,用
最直接的动态效果演示,从而消除与客户沟通上的障碍.
实体设计的机构仿真功能是相当强大的,在此专题
中我们将对各类常用的机构仿真如等臂四连杆,不等臂
四连杆,摆杆,活塞运动,滑杆机构,滑块机构,刨床
机构,摇杆滑块,液压翻转机构（翻斗）,X型机构
（电动门）等做一个详尽的介绍,相信看完后你会对实
体设计的表现感到惊讶的.为了看起来清楚一点,零件
造型全部采用简化方法,相关轴销大家可以自己添加.
图2数控加工中心加工零件外部轮廓示意图
刀架转换,后顶座移动等功能,也都由程序控制.各台
数控设备的程序控制功能及其指令代码可能会有很大不
同,但机床生产商都会在说明书中详细列出.作为数控
程序员,了解和掌握自己所负责的机床的功能指令代码
是其必备的基本功.
（收稿13期:
20050218）
下期预告:
第3讲主题——数控加工过程的补偿与修正
龃2005qz~g5O]缸梭l冷加工
1.等臂四连杆
样例如图l所示,大家在进入下一步前须先将造型
做好（造型请参照CAXA实体设计用户手册零件设计部
分）.我们先看一下我们所想要的运动方式,这一点在做
仿真前必须考虑清楚,我们这样来设定,杆1为定杆,
杆2为主动杆,杆3与杆4均为从动杆,在确定了运动方
式之后,接下去通过约束装配确定各零件间的关系.
杆
图1等臂四连杆造型
杆2是主动杆,所以它本身不存在约束,只有一个
运动;
杆3是从动杆,要保证其随杆2运动,给定其右
边一个孔与杆l上方孔的共轴约束,由于等臂四连杆的
运动特性,给定杆3一条长边与杆1的一条长边平行约
束,这样就确定了杆3的运动;
杆4将给定上下两孔与
对应的杆l,杆3孔的共轴约束,到此约束添加完毕,
如图2所示.
图2等臂四连杆约束方式
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