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数控机床之所以能够自动地加工出符合图纸要求的零件，其关键是我们将载有零件加工信息的载体即控制介质输入到它的数控装置，这样它才能实现人的意愿。因此，控制介质的制备是数控机床工作之前所必须做的准备工作。通常，我们把从有了零件图后到获得控制介质的全过程称为程序编制。数控机床的程序编制有两种方式：手工编程和自动编程。本章主要讲述用这两种方式制备控制介质的过程和方法。第二章数控机床的程序编制第一节数控机床编程概述一、程序编制的一般过程工艺处理1）确定装夹方法和对刀点分析零件图纸，选择装夹方法和定位基准对刀点是刀具加工零件时，刀具相对零件运动的起点，因此对刀点也叫程序的坐标零点。对刀点可以定在零件上，也可以定在零件外，但必须与零件的定位基准有一定的关系，这样才能确定机床坐标系与零件坐标之间的关系2）确定加工路线加工路线就是加工过程中刀具运动的轨迹加工路线的选取：保证零件的加工精度和表面粗糙度使数值计算工作简单、程序段少应使加工路线最短加工精度高加工精度低3）选择刀具和确定切削用量选择刀具的要求是：安装调整方便，刚性好，精度高，耐用度好。对于粗精加工，可以采用不同的刀具切削用量：包括主轴转速、切削深度和宽度、进给速度等。当粗加工、精加工、钻孔、攻丝、拐角处铣削等切削用量不同时，都应编在程序单内。具体数值应根据机床使用说明书和切削原理中有关方法，并结合实践予以确定4）确定编程中的工艺指令大体上分为两大类：一类是准备性工艺指令为插补运算做好准备的工艺指令；如G00另一类是辅助性工艺指令与插补运算无关，如主轴的起停、正反转等，如：M025）确定程序编制中的误差程序编制中的误差由三部分组成△P=f（△a，△b，△c）式中△a——逼近误差：即采用近似计算方法逼近零件轮廓时产生的误差；△b——插补误差：即采用插补段(直线，圆弧等)逼近零件轮廓曲线时产生的误差；△c——圆整误差：即在编程数据处理时，把小数圆整成脉冲数而产生的误差。在零件图中给出的允许公差，分配给编程的只是一小部分。因为数控机床的加工误差还包括：控制系统误差、伺服系统误差、零件的定位误差、对刀误差以及刀具和机床弹性变形误差，其中伺服系统和零件定位误差是主要的，一般取编程误差ΔP为允许公差的1／5～1／10数值计算各几何元素之间的连接点称为基点，在相邻基点间只能是一个几何元素在一次插补的数控系统中，任一几何元素均以直线逼近．应根据允许编程误差，将曲线分割成若干段直线，相邻两直线的交点称为节点。显然，由直线组成的零件轮廓其基点也就是节点基点节点1）基点和节点对于没有刀具偏移运动的数控系统，应计算出刀具中心轨迹的基点和节点。而在一次插补的数控系统中，虽然具有刀具偏移功能，但除要求算出零件轮廓的基点和节点外，往往还要求算出刀具中心轮廓的基点和节点2）刀具中心轨迹的计算不同的数控系统有不同的辅助计算：①增量计算——对于增量坐标的数控系统，应该计算出后一节点相对于前一节点的增量值②计算脉冲数——数值计算是以毫米(mm)为单位进行的，而数控系统要求输入脉冲数，故应将计算数值换算为脉冲数③辅助程序的数值计算——由对刀点到切入点的程序，由切削完了返回到对刀点的程序都是辅助程序。在数值计算中，也应算出辅助程序所需数据XYOBCDA3）辅助计算编写程序单根据计算出的数值和已确定的运动顺序、刀号、切削参数以及辅助动作，按照数控装置规定使用的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。在程序段之前加上程序的顺序号，在其后加上程序段结束符号程序单编写完之后，还必须将其内容记录在控制介质上，作为数控机床数控装置的输入信息。控制介质多为穿孔带，也可以是磁带。对于有的数控机床也可以将程序单的内容直接用数控装置的键盘输入存储制备控制介质程序校验和首件试切程序单和程序介质制备完毕后必须经过校验和试切才能正式输入使用。一般方法是将控制介质上内容直接输入到CNC装置进行机床的空运转检查。在具有CRT屏幕图形显示的数控机床上，可用图形模拟刀具相对于工件的运动。但这些方法只能检查运动是否正确，不能检查由于刀具调整不当或编程计算不准而造成的工件误差的大小。因此，还必须用首件试切的方法进行实际切削检查。它不仅可检查出程序单和控制介质的错误，还可知道加工精度是否符合要求。当发现尺寸有误差时，应分析错误的性质，或者修改程序单，或者进行尺寸补偿二、手工编程与自动编程手工编程适用于几何形状不太复杂的简单零件，因为加工这种零件所需的程序不多，坐标计算也较筒单，穿孔带也不长，出错的可能性小，用手工编程既经济又及时自动编程适用于复杂零件，或者是需要进行复杂的工步与工艺处理的零件，其编程计算相当繁琐，程序量大，手工编程很难完成自动编程也称计算机辅助编程，它是用一台配有打印机和自动穿孔机的通用计算机来完成图2-1所示的全过程比较EIA代码美国电子工业协会第二节有关编程代码及格式一、穿孔带和代码数控机床的信息读入方式有两种：1、手动输入键盘、波段开关、插销板等2、自动输入穿孔带、磁带等五单位八单位多用于线切割简易数控及点位控制等简单功能的数控机床广泛用于车、铣、自动换刀等多功能的数控机床上ISO代码国际标准化组织EIA代码补奇列58特点：EIA代码为补奇代码;第8列孔只用作程序段结束CR符号;其容量为26＝64Iso代码补偶列ISO代码为补偶代码;ISO代码有特征可寻，其数字码在第5列第6列都有孔，字母码在第7列都有孔;ISO代码的容量则为27＝1288由此可见，与EIA代码相比，ISO代码具有信息量大、可靠性高、与当今数据传输系统统一等优点，所以目前许多国家生产的软线与硬线数控系统已采用ISO代码。在1971～1973年间，英国、日本等国已在有关数控机床国家标准中采用ISO代码，美国电子工业协会也在EIARS-358标准中规定了ISO代码与EIA代码并存，作为过渡措施。一些数控机床中设立了EIA／ISO代码转换的功能，允许采用两种代码中的任意一种。比较二、程序段格式二、程序段格式程序段格式又称为数控纸带的格式，或穿孔纸带信息安排格式。所谓程序段，就是指为了完成某一动作要求所需的功能“字”的组合。“字”是表示某一功能的一组代码符号，如X2500为一个字，表示x向尺寸为2500；F20为一个字，表示进给速度为20。下面介绍ISO标准中常用功能字。例如：N001G00X-20Y12F300S300T02起始中间结尾程序段组成：NXXX若干个功能字LF序号字程序段结束符字地址符功能代码备注程序号O或%程序号程序段序号N顺序号准备功能G定义运动方式坐标地址X、Y、ZA、B、C、U、V、WRI、J、K轴向运动指令附加轴运动指令圆弧半径圆心坐标进给速度F定义进给速度主轴转速S定义主轴转速刀具功能T定义刀具号辅助功能M机床的辅助动作偏置号H、D偏置号子程序号P子程序号重复次数L子程序的循环次数参数P、Q、R固定循环参数暂停P、X暂停时间准备功能字坐标功能字进给功能字主轴转速功能字刀具功能字辅助功能字1、常用功能字1、常用功能字准备功能字G准备功能字以地址符G为首，后跟二位数字(GOO～G99)组成坐标功能字坐标功能字用来设定机床多坐标的位移量。它一般使用X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、D、E等地址符为首，在地址符后紧跟着带有正(＋)、负(一)的一串数字，该数字一般以系统脉冲当量为单位，不使用小数点。一个程序段中有多个尺寸字时，一般按上述地址符顺序排列。如：X20Y-17……X50.如：X50.0都可以表示沿X轴移动50mmX50000进给功能字用来指定刀具相对工件运动的速度，其单位一般为mm／min。当进给速度与主轴转速有关时，如车螺纹、攻丝或套扣等使用的单位为mm／r。进给功能字以地址符“F”为首，其后跟一串数字代码。具体有以下几种指定方法：三位数代码法二位数代码法一位数代码法直接指定法进给功能字FF后跟三位数字，第一位为进给速度的整数位数加上“3”，后二位是进给速度的前二位有效数字。例如：三位数代码法1728mm／minF71715.25mm／minF5150.1537mm／minF315FXXXFXX对F后跟的二位数字代码，规定了与00～99相对应的速度表,除F00与F99外，进给速度由F01向F98递增，递增按等比系数上升二位数代码法一位数代码法对于速度档较少的数控机床可用F后跟一位数，即O～9指定对应的十种预定进给速度直接指定法象尺寸字中的坐标位移量一样，在F后面按照预定的单位直接写上要求的进给速度FX主轴转速功能字S、刀具功能字刀具功能字主轴转速功能字主轴转速功能字的作用是用来指定主轴速度，单位为rpm，它以地址符S为首，后最一串数字。它与以F为首的进给功能字一样可采用三位、二位、一位数字代码法或直接指定法。数字的意义、分档办法及对照表与进给功能字通用，只是单位改为转／分在具有换刀功能的机床上，刀具功能字用以选择替换刀具。刀具功能由地址符T为首，其后一般跟二位数字，代表刀具的编号。辅助功能字M辅助功能字辅助功能字以地址符M为首，其后跟两位数字MOO～M99程序举例下面通过一个简单零件的加工实例说明程序格式的构成，如图所示，加工矩形轮廓的工件，工作坐标系设在工件的上表面中心，刀具从中心出发，逆时针加工一周，加工程序为：％O0001N0001G90G00X0Y0Z100.0S300M03；N0002G00X0Y-50.0;N0003G01Z-50.0F100;N0004X100.0;N0005Y50.0;N0006X-100.0;N0007Y-50.0；N0008X0;N0009Z100.0;N0010Y0M05;N0011M30;2、常用的程序段格式2、常用的程序段格式固定顺序程序段格式带有分隔符的固定顺序程序段格式字地址程序段格式（又称字地址可变程序段格式）固定顺序程序段格式固定顺序程序段格式早期由于数控装置简单，规定了固定顺序式程序段格式，例如：00701＋02500－13400153002LFNGXYFSM带分隔符的……带有分隔符的固定顺序程序段格式在固定顺序程序段之后又产生了一种具有分隔符TAB的固定顺序程序段格式。其基本形式与上述格式相同，只是各字间用分隔符隔开，以表示地址的顺序，如上例可写为；007TAB01TAB+02500TAB一13400TAB15TAB30TAB02LFNGXYFSM字地址程序段格式字地址程序段格式这是目前使用最多的程序段格式。以这种格式表示的程序段每一个字之前有地址码用以识别地址，因此对不需要的字或与上程序段相同的字都可省略。一个程序段内的各字也可以不按顺序排列，但为了编程序方便，常按一定顺序排列。采用这种程序段格式虽然增加了地址读入电路，但编程直观灵活，便于检查，可缩短穿孔带，广泛用于车、铣等数控机床。对于字地址格式的程序段可以用一般形式来表示。如：N3G2X±23Y±23F4S4T2M2，式中:N3——字地址N后跟三位数表示程序段序号；G2——准备功能字后跟二位数；X±23Y±23——意义与X±23相同；F4——进给功能字后跟四位数字指定进给速度；S4--主轴转速功能字后跟四位数字指定主轴转速；T2--刀具功能字后跟二位数来选择刀具；M2--辅助功能字后跟二位数字。小数点后三位小数点前两位具有方向+、—号坐标轴地址右手笛卡尔坐标系统三、数控机床坐标系和运动方向的规定坐标轴规定各坐标轴及正方向的规定方法Z轴由传递切割动力的主轴所规定，使工件与刀具的距离增加的方向为Z的正方向，即刀具进入工件的方向为－Z方向。X轴一般是水平的，且与工件装夹面平行。在工件旋转的机床上，X运动方向是径向的，与横向导轨平行。刀具离开工件旋转中心的方向是+X方向。在刀具旋转的机床上，若Z坐标水平时，由主轴向工件看时+X方向向右。若Z坐标是垂直的，由主轴向立柱看时+X方向向右。Y轴及正方向按右手笛卡尔坐标系统决定。车床举例数控机床坐标系•机床坐标系与机床原点•工件坐标系和工件原点•绝对坐标与相对坐标•编程原点、对刀点、起刀点——是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。机床上有一些固定的基准线，如主轴中心线；固定的