数控实习讲义.docx

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数控实习讲义

提纲

1. 概述

2. 数控机床的特点

3. 数控机床的组成

4. 数控机床的分类

5．数控编程基本知识

5. 1 程序编制的内容、步骤及方法

5. 2 程序编制中常用的术语

5. 2. 1 机床坐标系

5. 2. 2 工件坐标系

5. 2. 3 机床原点

5. 2. 4 机床参考点

5. 2. 5 工件原点

5. 2. 6 对刀点

5. 2. 7 换刀点

5. 3 工件程序的结构、组成与格式

5. 3. 1 程序的组成

5. 3. 2 程序段的格式

5. 3. 3 主程序与子程序

5. 4 编程方式

5. 4. 1 绝对编程与增量编程

5. 4. 2 直径编程与半径编程

5. 5 基本编程指令

5．5．1 准备功能指令

5．5．2 辅助功能指令

1

5．5．3 主轴功能、进给功能、刀具功能指令

6．手工编程举例

讲稿

1. 概述

1. 1 数控与数控技术

数控是数字控制（Numercal Control__NC）的简称。

数控技术就是利用数字化信号对设备的运行及其加工过程进行控制的一

种自动化技术。

它不仅可以控制位移、角度、速度等机械量，还可以控制温

度、压力、流量、颜色等其它量。

1. 2 数控设备与数控加工

数控设备是指采用了数控技术的机械设备。

现在许多行业都有自己的数

控设备，其品种繁多，如：

数控绘图机、数控测量机、数控编织机、数控绣

花机、数控焊接机、数控线切割机、数控机床以及工业机器人等。

数控加工则是利用数控设备实现高效、自动化的加工方法。

现代数控设备综合应用了微电子、计算机、自动控制、精密检测、伺服

驱动、机械设计与制造等多方面的成果。

是一种典型的机电一体化产品。

其

中，数控机床在机械加工与制造行业以及一些重要领域中已被广泛应用。

2. 数控机床的特点

2. 1 适应性强

数控机床在加工零件时是按照数控指令进行工作的。

当加工的零件改变

时，只需改变加工程序即可，而不需改变机械部分和控制部分的硬件。

这一

特点不仅满足了当前产品更新快的市场竟争需要，而且解决了单件、小批量

以及新产品试制的自动化生产问题。

2. 2 能实现复杂的运动

2

在普通机床上难以加工的一些表面及一些空间曲面，采用数控机床则能

完成加工。

2. 3 加工精度高、质量稳定

数控机床加工零件是由计算机控制的，故在加工过程中避免了人为误差。

有由于数控机床的传动系统和结构都具有较高的精度和刚度，因此数控机床

的重复精度高。

在正常情况下可获得较高的加工精度和稳定的加工质量。

2. 4 生产效率高

数控机床刚度强、功率大、且是自动加工的，同时具有自动换刀、自动

不停机变速和快速空行程机能，使辅助时间大为减少，对加工的零件一般只

做首件检验及过程中检验，大大减少了停机检验时间，这样单件零件加工时

间较短，是普通机床效率的几倍甚至几十倍。

2. 5 劳动强度低

数控机床加工零件是按照编制的加工程序自动完成的。

一般只需操作键

盘，装卸零件，零件检验以及观察机床运行。

所以劳动强度大为减轻。

3．数控机床的组成

数控机床是由数控装置、伺服系统和机床主体三部分组成。

机床主体包括所有机械部件、强电、液压、气动、润滑系统。

数控装置是数控机床的控制核心。

其作用是接受各种指令信息，经过运

算、处理后，将其结果送到相应的伺服驱动机构中去，以指挥机床主体各部

分的正确运动。

现在的数控装置一般由一台专用计算机构成。

伺服系统是数控系统的执行部分。

它的作用是接受数控装置传递来的指

令脉冲信号，使机床执行件做相应的运动，并对其定位精度和速度进行控制。

数控机床常用的伺服驱动部件有步进电机、宽调速直流或交流伺服电动机。

4. 数控机床的分类

3

根据数控机床的功能和组成，数控机床一般可以按以下几种分类方法进

行分类。

4. 1 按工艺特征分类

4. 1. 1 一般数控机床

这类数控机床与通用机床一样，有数控车、铣、钻、镗、磨和齿轮加工

机床等。

其加工方法及加工范围与同类型通用机床相似，不同的是除装卸工

件外，加工过程是完全自动的，并且还可以加工复杂形状的表面。

4. 1 .2 数控加工中心

这类数控机床配有刀库和自动换刀装置。

工件一次装夹能完成大部分或

全部机械加工工序。

它比一般数控机床更能实现高精度、高效率、高度自动

化及低成本的加工。

4. 1. 3 多坐标数控机床

这类数控机床一般在五轴以上，机床结构复杂，主要用于特殊形状，复

杂零件的加工。

4. 2 按控制运动的方式分类

4. 2. 1 点位控制数控机床

即只对加工点的位置进行准确控制，其数控装置只控制机床执行件（工

作台）从一个位置（点）准确地移动到另一个位置（点）也就是只精确控制

行程终点的坐标值，而不控制点与点之间的运动轨迹，在移动中不加工。

如：

数控钻床、数控冲床等。

4. 2. 2 直线控制数控机床

这类机床不仅要控制点的准确位置，还要保证两点之间的运动轨迹为一

直线，其数控装置在同一时间只控制一个执行件沿一个坐标轴方向运动，但

也可以控制一个执行件沿两个坐标轴成 45。

斜线的方向运动，移动中可以切

削加工。

这类机床有简易数控车床，数控镗铣床等。

4

4. 2. 3 轮廓控制数控机床

轮廓控制也称连续控制。

它能对两个或两个以上的坐标方向的运动同时

进行严格的连续控制，不仅要控制每个坐标的行程位置，还要控制每个坐标

的运动速度，这样相互配合形成所需要的直线、斜线、曲线、曲面，采用这

类控制的机床有：

数控车床、数控铣床、数控磨床以及加工中心等。

4. 3 按伺服系统的类型分类

4. 3. 1 开环控制数空机床

开环控制系统中没有位置检测装置，指令信号单方向传递，不反馈回来。

奇特点是结构简单、调试方便、容易维修、成本较低，但控制精度不高。

开

环控制系统常用于经济型数控车床。

4. 3. 2 闭环控制数控机床

闭环控制系统中有位置检测装置，可将执行件的位移值反馈到数控装置

的比较器，与指令值比较，用其差值（误差）对执行件发出补偿运动指令，

直至差值消除为止，因此，闭环控制数控机床具有加工精度高、定位准确、

移动速度快等优点，但其控制电路较复杂、检测元件价格高调试及维修复杂。

常用于对加工精度要求较高的大型和精密机床。

4. 3. 3 半闭环控制数控机床

半闭环控制系统采用角位移检测元件，检测伺服电机的转角，推算出执

行件的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值补偿来实现控制。

它

的性能介于开环和闭环之间，精度没有闭环高，但调整方便、稳定性好，在

数控机床中被广泛应用。

4. 4 按数控机床的功能水平分类

4. 4. 1 多功能数控机床

这类数控机床的系统功能比较齐全，具有各种便于编程、操作和鉴视的

功能。

如能进行自动编程、自动测量和自动故障诊断等。

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4. 4. 2 简易数控机床

这类机床数控系统的功能仅具备自动化加工所必须的基本功能，采用拨

盘、插销或按键进行程序输入。

其结构简单、性能可靠、操作简便、价格低

廉等优点。

4. 4. 3 经济型数控机床

这类机床的数控装置由单板（片）微型计算机组成，其功能虽不及全功

能数控机床齐全，但具有直线和点位差补，刀具和间隙补偿等功能，以及位

置显示，零件程序存储和编辑、程序段检索等功能。

它的特点是性能可靠、

操作简便、成本低廉，为通用机床的改造开辟了一条新的途径。

5. 数控编程基本知识

5. 1 程序编制的步骤、内容和方法

数控编程——从分析零件图样到程序校验的全部过程。

5. 1. 1 编程步骤及内容

⑴ 分析零件图样：

 根据零件的形状、尺寸、精度等确定使用哪种机床

以及零件的加工表面。

⑵ 确定工艺过程：

 在分析零件图样的基础上，确定夹具、装夹定位和

加工路线，并根据零件材料选定加工刀具及切削用量等工艺参数。

⑶ 数学处理：

 （计算刀具轨迹的坐标值）根据确定的加工路线，算出

零件图样在工件坐标系中的坐标数据，对形状比较复杂的零件，需要借助计

算机计算。

⑷ 编写加工程序：

 按照数控系统的编程格式编写加工程序。

⑸ 程序输入数控系统：

 包括手动输入（键盘）、控制介质输入（磁盘、

软盘等）、通过机床通讯接口输入。

⑹ 程序校验与首件试切：

 先调试程序，在不装夹工件的机床上进行空

运行，观察刀具轨迹是否正确，然后再装上工件与刀具进行首件试切，看是

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否满足加工精度要求。

5. 1. 2 程序编制方法

可分为手工编程和自动编程（计算机辅助编程）两大类。

（1） 手工编程：

 指各个步骤均由人工完成。

适用于比较简单的零件。

（2） 自动编程：

 用于比较复杂的零件，尤其是需用三轴以上联动加工的

空间曲面组成的零件。

5. 2 程序编制中的常用术语

不同类型的数控机床有着不同的运动形式，而在数控机床上加工零件时，

刀具与工件的相对运动，必须在确定的坐标系中才能按规定的程序进行加工，

为了编程时对机床的运动进行描述，简化程序的编制，以及保证程序的通用

性，编程时应采用统一的标准坐标系。

5. 2. 1 机床坐标系

⑴ 建立原则

1）采用右手笛卡儿直角坐标系来对数控机床坐标轴命名，直角坐标轴

x、y、z 三者的关系及方向根据右手定则判定，其中大拇指的方向为 x 轴的

正方向，食指为 y 轴的正方向，中指为 z 轴的正方向。

这个坐标系的各个坐

标轴与机床的主要导轨相平行。

2） 采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的原则。

3） 采用使刀具与工件之间距离增大的方向为该坐标轴的正方向，反之则

为负向。

⑵ 坐标系的建立

先确定 z 轴坐标，再确定 x 和 y 轴坐标。

Z 轴：

一般以传递切削力的主轴定为轴，并以增大工件和刀具距离的方

向为 z 轴的正方向。

X 轴：

平行于工件的装夹表面，它是刀具或工件定位平面内运动的主要

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坐标。

对于工件旋转类的机窗，如：

车床、磨床、取横向离开工件旋转中心

的方向为 x 轴的正方向。

Y 轴：

可根据 x 轴和 z 轴方向，按右手笛卡儿直角坐标系确定 y 轴。

5. 2. 2 工件坐标系

工件坐标系是用来确定刀具和程序起点的，坐标系的原点可根据具体情

况确定，但坐标轴的方向与机床坐标系一致，并且与之有着确定的尺寸关系。

5. 2. 3 机床原点

机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。

在机床经过设计、制造和

调整后，这个原点便被确定下来。

它是机床上的一个固定点，是其它所有坐

标系，如工件坐标系、编程坐标系以及机床参考点的基准点。

不同类型的数

控机床的机床零点不同。

通常 CNC 车床的零点一般设在主轴前端面的中心。

由于车床用以加工回转体零件，因此，其坐标系是从车床零点开始建立的

x、z 轴两维坐标系。

z 轴与主轴平行，为纵向进刀方向；x 轴与主轴垂直，

为横向进刀方向。

而 CNC 铣床的零点位置，各生产厂家不一致，有的设在

工作台的中心，有的设在进给行程范围的终点。

5. 2. 4 机床参考点

CNC 机床参考点是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的测量

系统进行定标和控制的点。

参考点的位置是在每个进给轴上用档铁和限位开

关精确地预先确定好的，因此，参考点对机床零点的坐标是一个已知数，一

个固定值。

数控装置上电时并不知道机床零点，为了正确地在机床工作时建立机床

坐标系，机床启动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系

机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置，找到了所有坐标

轴的参考点，CNC 就建立起了机床坐标系。

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5. 2. 5 工件原点

工件坐标系的原点称为工件原点，也叫工件零点或程序原点。

设定（选择）工件零点时，既要符合标准习惯，又要考虑编程的方便性。

车床工件零点一般设在主轴中心线上，工件的右端面或左端面；铣床工件零

点一般设在工件外轮廓的某一个角上，进刀深度方向的零点，大多取在工件

表面。

5. 2. 6 对刀点

对刀点是刀具相对零件运动的起始点，即零件程序加工的起始点。

对刀

的目的是确定程序原在机床坐标系中的位置，对刀点与程序原点之间必须有

确定的坐标联系。

5. 2. 7 换刀点

数控机床在加工过程中常需换刀，为了避免换刀时刀具与工件相互碰撞，

编程时要设置一个换刀点，一般换刀点可选择在对刀点或参考点上。

5. 3 工件的程序结构与组成

5. 3. 1 程序的组成与结构

一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成

的，而每个程序段是由若干个指令字组成的。

一个完整的程序应包括三部分：

（1） 程序号：

程序号为程序的开始部分，作为程序的开始标记。

程序号由

地址码（符）%或 O 和四位编号数字组成。

（2）程序内容：

由若干个程序段组成，用以描述机床的全部动作，是程

序的核心。

（3） 程序结束：

通常用 M02 或 M30 来结束程序.

5. 3. 2 程序段的格式

一个程序段定义一个将由数控装置执行的指令行。

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其格式为：

N_ G_ X_ Y_ Z_ …… F_ S_ T_ M_ LF_

一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序

执行的，但书写程序时，建议按升序书写程序段号。

5. 3. 3 主程序与子程序

在程序中有一些顺序固定或反复出现的加工图形，把这些作为子程序，

然后主程序就可以重复调用这个子程序，大大简化了程序。

子程序和主程序必须存在同一个文件中。

5. 4 编程方式

5. 4. 1 绝对编程与增量编程

刀具坐标值的两种表示形式是绝对坐标和相对坐标，绝对坐标是指相对

坐标系原点的坐标，而相对坐标不是相对于坐标原点的，而是相对于该点前

一点的坐标，称为相对坐标或增量坐标。

采用绝对坐标值来编程的方法称为绝对编程。

采用相对坐标值来编程的方法称为增量编程。

5. 4. 2 直径编程和半径编程

数控车床加工的是回转体类零件，其横截面积为圆形，所以 X 轴方向的

尺寸有直径指定和半径指定两种方法。

当用直径值编程时，称为直径编程。

当用半径值编程时，称为半径编程。

5. 5 基本编程指令

数控系统的指令代码其含义各国并未真正统一，甚至在一个国家内也未

统一。

所以要根据具体数控机床所配置的系统是哪一种系统正确使用。

以下介绍的是 HNC-21/22 华中世纪星数控系统的有关指令。

5. 5. 1 准备功能 G 指令

也称 G 功能或 G 代码，由地址符 G 加两位数字构成该功能的指令。

G

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功能指令用来规定坐标平面、坐标系、刀具和工件的相对运动轨迹、刀具补

偿、单位选择、坐标偏置等多种操作。

G 功能指令分若干组（指令群），有模态功能指令和非模态功能指令之

分。

非模态功能指令只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销。

因

此也称作一次性代码。

模态功能指令可被同组 G 功能指令相互注销；模态

G 功能指令一旦被执行，则一直有效，直至被同组 G 功能指令注销为止。

不

同组的 G 指令可放在同一程序段中。

模态 G 功能组中包含一个缺省 G 功能，上电时将被初始化为该功能。

（1） 有关坐标系和坐标的 G 指令

1） G90 绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的。

G91 相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，

该值等于沿轴移动的距离。

G90、G91 为模态功能，可相互注销，G90 为缺省值。

G90、G91 可用于同一程序段中。

2） G92 工件坐标系设定

格式——数控车：

G92 X- Z-——数控铣：

G92 X- Y- Z-

X、Y、Z 指对刀点到工件坐标系原点的有向距离。

以数控车为例，当执行 G92 Xa Yb 指令后，系统内部即对（a，b）进行

记忆，并建立一个使刀具当前点坐标值为（a，b）的坐标系，系统控制刀具

在此坐标系中按程序进行加工。

执行该指令只建立一个坐标系，刀具并不产

生运动。

G92 指令为非模态指令，一般放在一个零件程序的第一段。

在执行 G92 指令时，若刀具当前点恰好在工件坐标系的 a 和 b 坐标值

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上，即刀具当前点在对刀点位置上，此时建立的坐标系即为工件坐标系，加

工原点与程序原点重合。

若刀具当前点不在工件坐标系的 a 和 b 坐标值上，

则加工原点与程序原点不一致，加工出的产品就有误差或报废，甚至出现危

险，因此执行该指令时，刀具当前点必须恰好在对刀点上，即工件坐标系的

a 和 b 坐标值上。

由上可知，要正确加工，加工原点与程序原点必须一致。

故编程时加工

原点与程序原点考虑为同一点。

实际操作时怎样使两点一致，由操作时对刀

完成。

因此在执行程序段 G92 Xa Zb 前，必须先对刀。

3） G54~G59 工件坐标系选择

G54~G59 是系统预定的六个坐标系，可根据需要任意选用。

加工时其坐

标系的原点，必须设为工件坐标系的原点在机床坐标系中的坐标值，否则加

工出的产品就有误差或报废，甚至出现危险。

这六个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值（工件零点偏置值）

可用 MDI 方式输入，系统自动记忆。

G54~G59 为模态功能，可相互注销，G54 为缺省值。

4） G36 直径方式编程 和 G37 半径方式编程

数控车床的工件外型通常是旋转体，其 X 轴尺寸可以用两种方式加以指

定，即 G36 直径方式和 G37 半径方式。

G36、G37 为模态功能，G36 为缺省

值，机床出厂一般设为直径编程。

5）G17、G18、G19：

坐标平面选择

G17：

选择 X、Y 平面，G18：

选择 Z、X 平面，G19：

选择 Z、Y

平面。

该组指令选择进行圆弧插补和刀具半径补偿的平面。

G17、G18、G19 为

模态功能，可相互注销，G17 为缺省值。

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移动指令与平面选择无关。

如执行 G17 G01 Z10 时，Z 轴照样会移动。

（2）进给控制指令

1）G00 快速移动（快速定位）

格式——数控车：

G00 X- Z-——数控铣：

G00 X- Y- Z-

X、Y、Z、快速定位终点，在 G90 时，为终点在工件坐标系中的坐标；

在 G91

时为终点相对于起点的位移量。

G00 指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速

移动到程序段指令的定位目标点。

G00 指令中的快移速度由机床参数“快

移进给速度”对各轴分别设定，不能用 F-规定。

G00 一般用于加工前快速

定位或加工后快速退刀。

G00 为模态功能，可由 G01、G02、G03 功能注销。

2）G01 线性进给（直线插补），

格式——数控车：

G01 X- Z- F-——数控铣：

G01 X- Y- Z- F-

X、Y、Z：

线性进给终点，在 G90 时，为终点在工件坐标系中的坐标；

在 G91 时，为终点相对于起点的位移量。

F-：

合成进给速度。

G01 指令刀具以联动的方式，按 F 规定的合成进给速度，从当前位置

按线性路线（联动直线轴的合成轨迹为直线）移动到程序段指令的终点。

G01 是模态代码，可由 G00、G02、G03 功能注销。

3）G02／G03 顺时针圆弧进给／逆时针圆弧进给

格式——数控车：

G02 X- Z- [ I- K-或 R-] F-G02 U- W- [ I- K-或 R-] F-

G03 X- Z- [ I- K-或 R-] F-G03 U- W- [ I- K-或 R-] F-

——数控铣：

G17 G02 X- Y- [ I- J-或 R-] F-G17 G03 X- Y- [ I- J-或

R-] F-

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G18 G02 X- Z- [ I- K-或 R-] F-G18 G03 X- Z- [ I- K-或

R-] F-

G19 G02 Y- Z- [ J- K-或 R-] F-G19 G03 Y- Z- [ J- K-或

R-] F-

G02：

顺时针圆弧插补，按顺时针进行圆弧加工。

G03：

逆时针圆弧插补，按逆时针进行圆弧加工。

G17：

XY 平面的圆弧。

G18：

XZ 平面的圆弧。

G19：

YZ 平面的圆弧。

X、Y、Z：

在 G90 时，为圆弧终点在工件坐标系中的坐标；在 G91 时，

为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。

I、J、K：

圆心相对于圆弧起点的偏移值（等于圆心的坐标减去圆弧

起点的坐标），在 G90／G91 时都是以增量方式指定。

在直径、半径编程时 I

都是半径值。

R：

圆弧半径，当圆弧圆心角小于 180 度时，R 为正值；大于或等于

180°至 360°时为负值。

F：

被编程的两个轴的合成进给速度。

（3）有关单位设定的 G 功能

1）G20／G21 尺寸单位选择

G20：

英制输入制式G21：

公制输入制式

G20／G21 为模态功能，可相互注销，G21 为缺省值。

2）G94／G95 进给速度单位的设定

G94：

每分钟进给G95：

每转进给

G94／G95 为模态功能，可相互注销，G94 为缺省值。

G95 功能只在

主轴装有位置编码器时才能使用。

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（4）暂停指令 G04

格式——G04 P-

P：

暂停时间，单位为 S

G04 在前一程序段的进给速度降到零之后才开始暂停动作。

在执行含

G04 指令程序段时，先执行暂停功能。

G04 可使刀具作短暂停留，以获得圆

整光滑的表面。

该指令除用于切槽、钻、镗孔外，还可用于拐角轨迹控制。

G04 为非模态指令，仅在其被规定的程序段中有效。

（5）恒线速度指令 G96/G97

格式——G96 S-

格式——G97 S-

G96：

恒线速度有效。

G97：

恒线速度取消。

 S：

G96 后面的 S 值为切

削的恒定线速度，单位为 m/min；G97 后面的 S 值为取消恒线速度后，指定

的主轴转速，单位为 r/min。

使用 G96 功能，主轴必须能自动变速。

如伺服主轴、变频主轴。

在系统

参数中设定主轴最高限速。

（6）刀具补偿功能指令

1）刀具半经补偿 G40/G41/G42

对数控车，刀具的补偿包括刀具的偏置和磨损补偿、刀尖半径补偿。

其中刀具的偏置和磨损补偿是由 T 代码指定的功能，而不是由 G 代码规定的

准备功能。

对数控铣，刀具补偿功能包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。

格式——数控车：

格式——数控铣：

G40G17G40

G00G00

G41X-Z-G18G 41X-Y-Z-D-

G01G01

G42G19G42

G40：

取消半径补偿

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G41：

左刀补（在刀具前进方向左侧补偿）

G42：

右刀补（在刀具前进方向右侧补偿）

X、Y、Z：

G00/G01 的参数，即建立刀补或取消刀补的终点。

D：

（对数控铣）G41/G42 的参数，即刀补号码（D00~D99），它代表了

刀补表中对应的半径补偿值。

G17：

刀具半径补偿平面为 XY 平面

G18：

刀具半径补偿平面为 XZ 平面

G19：

刀具半径补偿平面为 YZ 平面

（对数控车）G41/G42 不带参数，其补偿号（代表所用刀具对应的刀尖

半径补偿值）由 T 代码指定。

其刀尖圆弧补偿号与刀具偏置补偿号对应。

G40、G41、G42 都是模态代码，可相互注销。

刀具（或刀尖）半径补偿的建立或取消只能用 G00 或 G01 指令，不能