技术

1 前言
学习数控指令及手工编程的目的是：
(1) 能够对用CAD/CAM系统自动生成的NC程序进行检查和修改；
(2) 在一些情况下手工编程更快；
(3) 在毛坯尺寸与自动编程所用数据有偏差时，手工编程加工到确定的毛坯尺寸；
(4) 某些编程工作（如尾车灯散光纹）无法用自动编程完成，只能通过手工编程进行。
尽管现有的数控系统种类和品牌较多，但它们所使用的NC程序基本上遵循统一的标准，即ISO1056-1975E标准。利用CAD/CAM软件自动生成的NC程序也必须是符合该标准的代码才能被机床所接收。
标准代码（指令）包括有准备功能（G指令），辅助功能（M指令），主轴功能（S指令），速度功能（F指令）和换刀功能（T指令）。

2 NC程序结构

先来看一段NC程序：
O0001; （程序号）
(TIME=22:52 25-02-02 TOOL - 1 DIA: 20. ) （注释说明编程时间和所用刀具）
N10 G90 G54 G00 X170. Y-150. Z100.; （工作单节）
N20 M3 S500;
… … … …
… … … …
N140 G03 X56. Y-42. R-70.;
N150 G01 Y-60.;
N160 G0 Z100. G40 M05;
N170 M30; （程序结束）
NC程序通常由程序号码，注释语句，工作单节，程序结束语句组成。程序号码用于标识程序；由字母“O”加上四位数字组成。注释语句常用于说明程序所用刀具，刀具补正号，编程员，编程时间等信息，机床不对此语句做出响应，注释语句需写在括号（）内。程序结束语句通常使用指令M2或M30，被调用的子程序使用返回主程序指令M99。
工作单节是NC程序的主体部分，可以由顺序号码（N）+准备机能（G）+坐标（X，Y，Z）+辅助机能（M）+主轴机能（S）+进给机能（F）+结束符号（“；”）组成。工作单节可以是以上组成部分的一个或数个部分组合，但同一功能组的指令不能在同一单节重复出现，如G01和G02不能出现在同一单节。通常某一指令的参数未作更改时，该指令代码可以省略。

3 常用NC指令

3.1 G指令


l G90/G91： 绝对指令/增量指令。其中G90表示NC程序中的刀位坐标是以工作坐标系原点为基准来计算和表达的。而G91则意味着NC程序中刀位终点的坐标都是以相对于刀位起点的增量来表示的。例如图1中从A点到E点再到C点的坐标用G90和G91表述分别为：
（1） G90 X100.Y80.;
X150.;
（2） G91 X50.Y50.;
X50. ; 


l G00/G01：快速定位/直线插位
G00快速移动到终点，其进给速度由机床参数设定，而且其X、Y、Z轴的进给速度均以最大值运动。通常在未加工时使用，用于快速定位到某一位置。
G01指令是依据程式移动单节作最短距离的直线运动，需要指定进给F值。
如图2 所示，刀具从A点出发到C点，G00指令（G00 G90 X150. Y80.;）走的轨迹是45°的直线到E点，再走一段X轴的单向运动到C点 ；而使用G01指令（G01 G90 X150. Y80.;）走的轨迹是直接从A点到C点。

l G02/G03顺时针圆弧插位/逆时针圆弧插位
G02/G03有两种表达格式，一种为半径格式，使用参数值R，其格式为：G02/G03 X_ Y_ Z_ R_ F_；（_为数值）R值的正负影响切削圆弧的角度，R值为正时，刀位起点到刀位终点的角度小于或等于180°，R值为负值时刀位起点到刀位终点的角度大于或等于180°。如图3 所示，加工程式：G02 X150. Y80. R-50.; 轨迹从A点经E点到C点，所走轨迹大于180°。程式G03 X150. Y80. R50.; 的轨迹为从A点经B点到C点。使用该格式不能切削一个整圆，如需切削一个整圆时，可在圆上取一点分两段加工。
另一种为向量格式，使用参数I，J，K，其格式为：G02/G03 X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ F_，在加工一整圆时，使用G02/G03 I_J_即可。I、J、K值为加工起点相对于圆心的X、Y、Z轴的向量，亦即是X、Y、Z坐标的差值。
l G54~G59坐标系选择，通常在加工工件时，首先要设定工作坐标系，即工件的坐标原点的机械坐标。其设置值设定在机床对应的“工件补正”中。
l G41/G42刀具半径左补正/刀具半径右补正；G40刀具半径补正取消
刀具实际加工是以中心对准坐标点，在编程时可以不考虑刀具半径，使用G41/G42指令可以在使用不同半径的刀具时设定不同的补正值，其格式为：G41/G42 D_。使用G41/G42指令可用于偏移轨迹，进行试切。
l G43/G44刀具长对积向补正/刀具长度负向补正；G49刀具长度补正取消
G43/G44实际上是设定工件相对于刀具的Z轴原点，所以也可以将刀具的长度补正值设为G54坐标系中的Z值，使用G43/G44指令可以指定不同的补正号，其格式为：G43/G44 H_。
l G73~G79，G81~G89固定循环指令，G80取消固定循环。这些指令多用于孔加工，如钻孔，搪孔，攻牙等，这部分的常用指令将在下期作专题介绍。

3.2 M指令

l M00程式停止
程序运行遇到M00指令将停止运行下一单节，按机床启动键后，重新开始运行，常应用于刀具或加工位置调整时使用。
l M2/M30 程式结束
M30指令可使程式重新回到程式起始处，等待下一次加工。而M02停止在结尾位置，如需重新运行该程序，需按“RESET”键还原或者手动移动光标到起始位置。
l M3/M4 主轴正转/主轴反转，M5主轴停止。
除非必要并有绝对把握外，请慎重使用M4。
l M8/M9 冷却液开/冷却液关
对冷却液的开关建议使用控制面板上的按钮控制，以保证有充分准备，免得冷却液到处飞溅。
l M98呼叫子程序
当加工程式运行到M98指令时，将调用子程序，进到子程序的起始处，格式为M98 P_ 。
l M99返回主程序
子程序结束，返回主程序，继续运行主程序调用子程序以后的单节。

3.3 F指令
进给机能，指定机床进给速度，单位为mm/min。在G01，G02/G03及G71~G89等指令中配合使用。F指令是一个持续指令，即在下一F指令出现前，将一直保持该F指令所指定的进给值。F值的确定需要考虑主轴转速，刀具材料、刀具大小及刃数，被加工材料硬度等因素。
3.4 S指令
主轴机能，指定主轴转速，单位为每分钟回转数rpm，配合M03/M04使用。
3.5 T指令
刀具机能，指定刀具号，适用于带有刀库的加工中心，并要求将各刀具的补正值设定好，在模具加工较少使用。

4手工编程示例

    下面结合一个典型的实例对手工编程步骤及程序结构和语句作进一步说明： 
    零件作精加工，毛坯已加工，余量不大：


(1) 首先，确定其工作原点：以中心点为X、Y原点，圆柱顶面即工件最高面为Z轴0点。
(2) 计算坐标点，圆柱被切角点坐标值为X56. Y42.
(3) 选择刀具，选用φ20的端铣刀，设定刀具直径补正D01=10.，确定切削方式为顺铣，补正方向为左。
(4) 依据刀具给定的加工参数与工件材质，计算并取整，得出主轴转速S=500和进给速度F=300。
(5) 编写程式，完整NC程式见“2 NC程序结构”的示例程序。
(6) 检验程序
    程序中，第一行指定程序号码；第二行说明选用的刀具和补正号、编程时间；以下每一行为一个工作单节，每一单节以“；”结束。N10单节指定选用坐标系，并选用绝对坐标，同时指定刀具的起始位置。N40单节刀具半径补正开始，N50~N80完成正方形的加工，N110、N120单节以较慢的速度Z向下刀，防止误切正方形的上表面。N130~N140加工圆柱，N150将刀具退出离开接触点再抬刀。N170程序结束。

5手工编程的注意点

进行手工编程时，应注意以下几个问题和细节：
(1) 大部分的机床设置默认单位为1μm 即0.001毫米，而加上小数点后的单位为mm，所以在编程时一定不要忘记坐标值后的小数点。
(2) 注意参数值的正负，选择正确的切削方向和补正方向。
(3) 结合使用G90/G91可以减少计算量，但一定不能混淆。
(4) 编制程式时，最好在同一平面内运行，避免三轴同时运动，如：将Z轴运行列为单独的一个单节，这样可以有更好的安全性。
(5) 在程式末尾，加工完成时，建议先使用M05停止主轴转动，再由M02或M30结束程序。M02/M30也将停止主轴，但主轴所受的扭力较大，机床主轴齿轮寿命受损。
(6) 对较长的程序，建议使用CAD/CAM自动编程软件进行编程，或者在计算机上书写完整并检验后再传输到数控机床，这样可以避免或减少错误，同时减少机床待机时间，提高机床利用率。