一、數(shù)控編程的方法
1、手工編程
手工編程是指在編程的過程中，全部或主要由人工進(jìn)行。對(duì)于加工形狀簡單、計(jì)算量小、程序不多的零件，采用手工編程較簡單、經(jīng)濟(jì)、效率高。
2、自動(dòng)編程（APT語言）
為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計(jì)了一種專門用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（Automatically Programmed Tool）。是編程人員根據(jù)零件圖紙要求用一種直觀易懂的編程語言（包括幾何、工藝等語句定義）手工編寫一個(gè)簡短的零件源程序，然后輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過翻譯處理和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡處理，再經(jīng)過后置處理，自動(dòng)生成數(shù)控系統(tǒng)可以識(shí)別的加工程序。由此可見，APT語言不能直接控制機(jī)床。APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進(jìn)，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進(jìn)版。
采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡煉，走刀控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)控加工編程從面向機(jī)床指令的“匯編語言”級(jí)，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對(duì)零件形狀、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗(yàn)證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動(dòng)化，集成化。
針對(duì)APT語言的缺點(diǎn)，1978年，法國達(dá)索飛機(jī)公司開始開發(fā)集三維設(shè)計(jì)、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等問題，推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。
APT語言格式舉例：
點(diǎn)的定義：P=POINT/10，20，15；直線的定義：L＝LINE/16，8，0，16，32，0。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向的定義：SPINDL/n，CLW
輪廓加工的外容差和內(nèi)容差的定義：OUTTOL/τ INTOL/τ
刀具起始點(diǎn)為P：From/P；
刀具從P點(diǎn)以最短距離運(yùn)動(dòng)向L運(yùn)動(dòng)，直至與L相切：GO/TO，L
這里用“語言”編寫的源程序和手工編程的加工程序有本質(zhì)差別:手工編程的加工程序可直接控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工;自動(dòng)編程的源程序要經(jīng)編譯處理后才可被數(shù)控機(jī)床接受.
3、CAD/CAM 采用人機(jī)交互功能的計(jì)算機(jī)圖形顯示器，在圖形顯示系統(tǒng)軟件和圖像 3、CAD/CAM
采用人機(jī)交互功能的計(jì)算機(jī)圖形顯示器，在圖形顯示系統(tǒng)軟件和圖像編程應(yīng)用軟件的支持下，只要給出一些必要的工藝參數(shù)，發(fā)出相應(yīng)的命令或“指點(diǎn)”菜單，然后根據(jù)應(yīng)用軟件提示的操作步驟，實(shí)時(shí)“指點(diǎn)”被加工零件的圖形元素，就能得到零件的各輪廓點(diǎn)的位置坐標(biāo)值，并立即在圖像顯示屏上顯示出刀具加工軌跡，再連接適當(dāng)?shù)暮笾锰幚沓绦颍湍茌敵鰯?shù)控加工程序單。這種編程方法稱為計(jì)算機(jī)圖像數(shù)控編程(Computer Graphics Aided NC Programming)，簡稱圖像編程。
圖像編程是目前主要的自動(dòng)編程方式，國內(nèi)外圖形交互自動(dòng)編程軟件的很多，流行的集成CAD/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing ）系統(tǒng)大都具有圖形自動(dòng)編程功能。以下是目前市面上流行的幾種CAD/CAM系統(tǒng)軟件：
（1）Pro/Engineer（簡稱Pro-E）軟件。 Pro-E是美國PTC公司開發(fā)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，也是最早實(shí)現(xiàn)參數(shù)化技術(shù)商品化的軟件，在全球擁有廣泛影響須我國也是使用最為廣泛的CAD/CAM軟件之一。
（2）UG軟件。 UG是美國EDS公司的產(chǎn)品，多年來，該軟件匯集了美國航空航天，以及汽車工業(yè)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展成為一個(gè)世界一流的集成化CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，在世界和我國都占有重要的市場(chǎng)份額。
（3）Solidworks軟件。 Solidworks公司的CAD/CAM系統(tǒng)從一開始就是面向微機(jī)系統(tǒng)，并基于窗口風(fēng)格設(shè)計(jì)的，同時(shí)它采用了著名的Parasolid為造型引擎，因此該系統(tǒng)的性能先進(jìn)，主要功能幾乎可以和上述大型CAD/CAM系統(tǒng)相媲美。
（4）MasterCAM軟件。 MasterCAM是美國CNC Software NC 公司研制開發(fā)的一套PC級(jí)套裝軟件，可以在一般的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。它既可以設(shè)計(jì)繪制所要加工的零件，也可以產(chǎn)生加工這個(gè)零件的數(shù)控程序，還可以將AutoCAD、CADKEY、SolidWorks等CAD軟件繪制的圖形調(diào)入到MasterCAM中進(jìn)行數(shù)控編程。該軟件簡單實(shí)用。
（5）Catia軟件。
（5）國內(nèi)市場(chǎng)信譽(yù)較好的CAD/CAM軟件有北航海爾軟件有限公司開發(fā)CAXA 和廣州紅地公司推出的金銀花系統(tǒng)。
4、語音編程
語音數(shù)控自動(dòng)編程是利用人的聲音作為輸入信息，并與計(jì)算機(jī)和顯示器直接對(duì)話，令計(jì)算機(jī)編出加工程序的一種方法。語音編程系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖2-1所示。編程時(shí)，程編員只需對(duì)著話筒講出所需的指令即可。編程前應(yīng)使系統(tǒng)“熟悉” 編程員的“聲音”，即首次使用該系統(tǒng)時(shí)，編程員必須對(duì)著話筒講該系統(tǒng)約定的各種詞匯和數(shù)字，讓系統(tǒng)記錄下來并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的數(shù)字指令。
5、視覺系統(tǒng)編程
采用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來自動(dòng)閱讀、理解圖樣，由程編員在編輯過程中實(shí)時(shí)給定起刀點(diǎn)、下刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)，然后自動(dòng)計(jì)算出刀位點(diǎn)的有關(guān)坐標(biāo)值，并經(jīng)后置處理，最后輸出數(shù)控加工的程序單。視覺系統(tǒng)編程首先由圖樣掃描器（常用的CCD傳感器掃描器和掃描鼓兩種）掃描圖樣，取得一幅圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行預(yù)處理是為了校正圖像的幾何畸變和灰度畸變，并將它轉(zhuǎn)化為易處理的二值圖像，同時(shí)作斷口校正、幾何交點(diǎn)部分檢測(cè)、細(xì)線化處理，以消除輸入部分分辨率的影響；然后分離并識(shí)別圖樣上的文字、符號(hào)、線劃等元素，并記憶它們之間的關(guān)系，對(duì)線劃還需進(jìn)行矢量化處理，并用直線或曲線擬合，得到端點(diǎn)和分支點(diǎn)；將這些信息綜合處理，確定圖樣中每條線的意義及其尺寸大小，最后作編輯處理及刀位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算。再連接適當(dāng)?shù)暮笾锰幚恚湍茌敵鰯?shù)控加工程序單。視覺系統(tǒng)在編程時(shí)不需要零件源程序和編程員，只要事先輸入工藝參數(shù)即可，操作簡單，能直接與CAD的數(shù)據(jù)相連接，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。
下面主要講解手工編程方法。手工編程方法步驟:分析工件的零件圖及技術(shù)要求，確定工藝路線，計(jì)算刀具軌跡坐標(biāo)，用數(shù)控代碼編程。
二、程序代碼
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(international standard organization)
美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(electronic industries association)
國際上通用的數(shù)控代碼有ISO、EIA兩種。穿孔紙帶的系統(tǒng)已過時(shí)。
三、程序結(jié)構(gòu)
A、加工程序由若干個(gè)程序段組成。
B、程序段由一個(gè)或若干個(gè)指令字組成，字是數(shù)控程序的最小單位。
C、每個(gè)指令字由地址符和數(shù)字組成（字―地址結(jié)構(gòu)），代表機(jī)床的一個(gè)位置或一個(gè)動(dòng)作。地址符由字母組成，每個(gè)字母、數(shù)字、符號(hào)（正負(fù)號(hào)）稱為字符。
D、程序的起始符：%
E、程序結(jié)束符：M02或M30。
F、每一行程序以分號(hào)結(jié)尾。
G、注釋符：括號(hào)“（）”內(nèi)或分號(hào)“；”后的內(nèi)容為注釋文字。
表2-1 程序段結(jié)構(gòu)
字
字
字
地址
數(shù)值
地址
數(shù)值
地址
數(shù)值
例如
G 01
Z 40
F 500
注釋
直線插補(bǔ)
Z軸位移或終點(diǎn)位置40mm
進(jìn)給速度
500mm/min
具體要求：
1、程序名：
格式：O _ _ _ _
說明：
1) ‘O’：文件名首字母，如‘O001，O002’；
2) O1、O01、O001、O0001等價(jià)；
3) 范圍O1～O7999 用戶區(qū)
O8000～O8999 用戶區(qū)（加密、加鎖）
O9000～O9999 擴(kuò)展區(qū)（廠方修改）
2、順序號(hào) （標(biāo)識(shí)作用）
格式：N _ _ _ _ (注釋)
說明：
范圍：N1～N9999
N1、N01、N001、N0001等價(jià)
3、準(zhǔn)備功能（簡稱G功能）：由地址符‘G’和兩位數(shù)字組成，G01，G02等等，G功能的代號(hào)已標(biāo)準(zhǔn)化。
4、尺寸字（坐標(biāo)字）：由坐標(biāo)地址符和數(shù)字組成，各組數(shù)字必須有作為地址代碼的字母開
頭。
X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；
A、B、C、D、E；
I、J、K。
其中， X50.
X50.0 在相對(duì)坐標(biāo)編程時(shí)，都表示沿X軸移動(dòng)50mm
X50000
5、進(jìn)給功能字：F，由進(jìn)給地址符和數(shù)字組成，單位一般為‘mm/min’或‘mm/r’
F指令表示刀具中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的進(jìn)給速度。由F和其后的若干數(shù)字組成。數(shù)字的單位取決于每個(gè)系統(tǒng)所采用的進(jìn)給速度的指定方法。具體內(nèi)容見所用機(jī)床的編程說明書。
注意事項(xiàng)如下：
1）當(dāng)編寫程序時(shí)，第一次遇到直線（G01）或圓?。℅02/G03）插補(bǔ)指令時(shí)，必須編寫進(jìn)給率F，如果沒有編寫F功能，CNC采用F0。當(dāng)工作在快速定位（G00）方式時(shí)，機(jī)床將以通過機(jī)床軸參數(shù)設(shè)定的快速進(jìn)給率移動(dòng)，與編寫的F指令無關(guān)。
2）F指令為模態(tài)指令，實(shí)際進(jìn)給率可以通過CNC操作面板上的進(jìn)給倍率旋鈕，在0～120%之間調(diào)整。
6、主軸轉(zhuǎn)速功能字：S，由主軸地址符和數(shù)字組成，單位為‘r/min’
S指令表示機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速。由S和其后的若干數(shù)字組成，其表示方法有以下三種：
①轉(zhuǎn)速
S表示主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。如S1000表示主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。
②線速
在恒線速狀態(tài)下，S表示切削點(diǎn)的線速度，單位為m/min。如S60表示切削點(diǎn)的線速度恒定為60 m/min。
③代碼
用代碼表示主軸速度時(shí)，S后面的數(shù)字不直接表示轉(zhuǎn)速或線速的數(shù)值，而只是主軸速度的代號(hào)。如某機(jī)床用S00～S99表示100種轉(zhuǎn)速，S40表示主軸轉(zhuǎn)速為1200r/min， S41表示主軸轉(zhuǎn)速為1230r/min，S00表示主軸轉(zhuǎn)速為0r/min，S99表示最高轉(zhuǎn)速。
7、刀具功能字：T, 由刀具地址符和數(shù)字組成，數(shù)字表示刀具庫中刀具號(hào)。
刀具和刀具參數(shù)的選擇是數(shù)控編程的重要內(nèi)容，其編程格式因數(shù)控系統(tǒng)不同而異，主要格式有以下兩種：
①采用T指令編程
由T和數(shù)字組成。有T××和T××××兩種格式，數(shù)字的位數(shù)由所用數(shù)控系統(tǒng)決定，T后面的數(shù)字用來指定刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。
例如：T04表示選擇4號(hào)刀；T0404表示選擇4號(hào)刀，4號(hào)偏置值；T0400表示選擇第4號(hào)刀，刀具偏置取消。
②采用T、D指令編程
利用T功能選擇刀具，利用D功能選擇相關(guān)的刀偏。
在定義這兩個(gè)參數(shù)時(shí)，其編程的順序?yàn)門、D。T和D可以編寫在一起，也可以單獨(dú)編寫，例如：T4 D04表示選擇4號(hào)刀，采用刀具偏置表第4號(hào)的偏置尺寸；D12表示仍用4號(hào)刀，采用刀具偏置表第12號(hào)的偏置尺寸；T2表示選擇2號(hào)刀，采用與該刀具相關(guān)的刀具偏置尺寸。
8、輔助功能字：M，由輔助操作地址符和兩位數(shù)字組成。M功能的代碼已標(biāo)準(zhǔn)化。
M指令是控制數(shù)控機(jī)床“開、關(guān)”功能的指令，主要用于完成加工操作時(shí)的輔助動(dòng)作。
M 功能有非模態(tài)M功能和模態(tài)M功能二種形式。
● 非模態(tài)M功能（當(dāng)段有效代碼）：只在書寫了該代碼的程序段中有效；
● 模態(tài)M功能（續(xù)效代碼）：一組可相互注銷的 M功能，這些功能在被同一組的另一個(gè)功能注銷前一直有效。如：M02或M30 、M03、M04、M05 等。
模態(tài) M功能組中包含一個(gè)缺省功能，系統(tǒng)上電時(shí)將被初始化為該功能。
M 功能還可分為前作用 M 功能和后作用 M 功能二類。
● 前作用 M 功能：在程序段編制的軸運(yùn)動(dòng)之前執(zhí)行；
● 后作用 M 功能：在程序段編制的軸運(yùn)動(dòng)之后執(zhí)行。
M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是 CNC內(nèi)定的輔助功能，不由機(jī)床制造商設(shè)計(jì)決定，也就是說，與PLC程序無關(guān)；其余 M 代碼用于機(jī)床各種輔助功能的開關(guān)動(dòng)作，其功能不由CNC內(nèi)定，而是由 PLC程序指定，所以有可能因機(jī)床制造商不同而有差異（ 使用時(shí)須參考機(jī)床使用說明書）。
常用的M指令功能及其應(yīng)用如下：
（1）程序停止
指令：M00
功能：執(zhí)行完包含M00的程序段后，機(jī)床停止自動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)所有存在的模態(tài)信息保持不變，用循環(huán)啟動(dòng)使自動(dòng)運(yùn)行重新開始。
（對(duì)于Fanuc系統(tǒng)，M00為程序無條件暫停指令。程序執(zhí)行到此進(jìn)給停止，主軸停轉(zhuǎn)。重新啟動(dòng)程序，必須先回到JOG狀態(tài)下，按下CW（主軸正轉(zhuǎn)）啟動(dòng)主軸，接著返回AUTO狀態(tài)下，按下START鍵才能啟動(dòng)程序。）
（2）程序計(jì)劃停止
指令：M01
功能：與M00類似，執(zhí)行完包含M01的程序段后，機(jī)床停止自動(dòng)運(yùn)行，只是當(dāng)機(jī)床操作面板上的任選停機(jī)的開關(guān)置1時(shí)，這個(gè)代碼才有效。
M00和M01常常用于加工中途工件尺寸的檢驗(yàn)或排屑。
（3）主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止
指令：M03、M04、M05
功能：M03、M04指令可使主軸正、反轉(zhuǎn)。與同段程序其它指令一起開始執(zhí)行。M05指令可使主軸在該程序段其它指令執(zhí)行完成后停轉(zhuǎn)。
格式：M03S
M04S
M05
說明：數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)向的判斷方法是，對(duì)于銑床而言，沿－Z方向看(從主軸頭向工作臺(tái)看)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)。對(duì)于車床，沿著＋Z方向看（從主軸向尾座看），順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)。
（4）換刀
指令：M06
功能：自動(dòng)換刀。用于具有自動(dòng)換刀裝置的機(jī)床，如加工中心、數(shù)控車床。
格式：M06T
說明：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)不同時(shí)，換刀的編程格式有所不同，具體編程時(shí)應(yīng)參考操作說明書。
（5）程序結(jié)束
指令：M02或M30
功能：
1)M02為主程序結(jié)束指令。執(zhí)行到此指令，進(jìn)給停止，主軸停止，冷卻液關(guān)閉。但程序光標(biāo)停在程序末尾。
2)M30為主程序結(jié)束指令。功能同M02，不同之處是，光標(biāo)返回程序頭位置，不管M30后是否還有其他程序段。
說明：該指令必須編在最后一個(gè)程序段中。
對(duì)于BEIJING-FANUC 0i系統(tǒng)，一般情況下，在一個(gè)程序段中僅能指定一個(gè)M代碼。但是，設(shè)定參數(shù)No.3404#7（M3B）=1時(shí)，在一個(gè)程序段中一次最多可以指定三個(gè)M代碼。
%
O0001
N0001G90G54G00X0Y0Z100.0S300M03；
N0002G00X0Y-50.0；
N0003G01Z-50.0F100；
N0004X100.0；
N0005Y50.0；
N0006X-100.0；
N0007Y-50.0；
N0008X0；
N0009Z100.0；
N0010Y0M05；
N0011M30；
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