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CAM（ComputerAidedManufacturing--計算機輔助制造）是CAD/CAM及CIMS的重要組成部分。從廣義上講包括：計算機輔助生產計劃、計算機輔助工藝過程設計、計算機數控編程、計算機控制加工過程設計、計算機數控編程、計算機控制加工過程等內容。本章闡述有關數控編程的內容。

使用數控機床加工時，必須編制零件的加工程序。理想的加工程序不僅應保證加工出符合設計要求的合格零件，同時應能使數控機床功能得到合理的應用和充分的發揮，且能安全可靠和高效地工作。

編制程序前，程序編制者需了解所用數控機床的規格、性能，CNC系統所具備的功能及編程指令格式等。編制程序時，需先對零件圖紙規定的技術特性、零件的幾何開頭尺寸及工藝要求進行分析，確定加工方法、加工路線和工藝參數，再進行數值計算獲得刀位數據。然后鈄工件的尺寸、刀具運動中心軌道、位移量、切削能數（主軸轉速、刀具進給量、切削深度等）以及輔助功能（主軸正、反轉，冷卻液開、關等），按數控機床采用的指令代碼及程序格式，編制出工件的數控加工程序。程序編制好之后，大都需要控制介質，常見的控制介質為穿孔紙帶，還有磁盤，磁泡存儲器等。通過控制介質將零件加工程序送入控制系統，或由面板通過人機對話將零件加工程序送入CNC控制系統，不僅免去了制備控制介質的繁瑣工作，而且提高了程序信息傳遞的速度及可靠性。

6.1.2數控編程的內容與步驟

數控編程的主要內容包括：分析零件圖紙，進行工藝處理，確定工藝過程；數學處理，計算刀具中心運動軌跡，獲得刀位數據；編制零件加工程序；制備控制介質；校核程序及首件試切。數控編程一般分為以下幾個步驟（見圖6-1）：

1.分析零件圖樣，進行工藝處理地編程人員首先需對零件的圖紙及技術要求詳細的分析，明確加工的內容及要求。然后，需確定加工方案、加工工藝過程、加工路線、設計工夾具、選擇刀具以主合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多，數控編程人員要注意以下幾點：

（1）確定加工方案根據零件的幾何形狀特點及技術要求，選擇加工設備。此時應考慮數控機床使用的合理性及經濟性，并充分發揮數控機床的功能。

（2）正確地確定零件的裝夾方法及選擇夾具在數控加工中，應特別注意減少輔助時間，使用夾具要加快零件的定位和夾緊過程，夾具的結構大多比較簡單。使用組合夾具有很大的優越性，生產準備周期短，標準件可以反復使用，經濟效果好。另外，夾具本身應該便于在機床上安裝，便于協調零件和機床坐標系的尺寸關系。

(3)合理地選擇走刀路線應根據下面的要求選擇走刀路線：1）保證零件的加工精度及表面粗糙度；2）取最佳路線，即盡量縮短走刀路線，養活空行程，提高生產率，并保證安全可靠；3）有利于數值計算，減少程序段和編程工作量。下面舉例加以說明。

在精鏜孔時，孔的位置精度要求較高，安排走刀路線時，必須避免將坐標軸的反向間隙誤差帶入，直接影響孔的位置精度。

切削輪廓零件時，刀具應沿工件的切向切入切出，避免徑向切入切出，如果刀具徑向切入，當切入后轉向輪廓加工時要改變運動方向，此時切削力的大小和方向也將改變并且在工件表面有停留時間，工藝系統將產生彈性變形，在工作表面產生刀痕。如圖6-2a，而切向切入和切出將得到良好的表面粗糙諱莫如深，如圖6-2b。切削內、外圓時也應按照切向方向切入切出的原則安排走刀路線。

加工空間曲面時，走刀路線如果選擇正確，可極大地提高生產率。例如：加工半橢圓柱面，如沿母線切削，見圖6-3a，即每次走直線，刀位點計算簡單，程序段少。而沒直于軸線方向，見6-3b，切削為一組橢圓，數控機床一般只具有直線和圓弧插補功能，因此橢圓需用小直線段逼近，刀位點計算復雜，且程序段多。

（4）正確的選擇對刀點數控編程時，正確地選擇對刀點是很重要的。"對刀點"就是在數控加工時，刀具相對工件運動的起點，其選擇也是從這一點開始執行，對刀點稱為"程序原點"。編程時，應首先選擇對刀點，其選擇原則如下：1）選擇對刀的位置（即程序的起點）應使騙程簡單；2）對刀點在機床上容易找正，方便加工；3）加工過程便于檢查；4）引起的加工誤差小。

對刀點可以設在加工零件上或夾具上或機床上，但必須與零件的定位基準有確定的關系。為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。對于以孔定位的零件。可以取孔的中心作為對刀點。對鼠點不僅僅是程序的起點，而且往往又是程序的終點。因此在生產中，要考慮對刀的重復精度。對鼠時，應使對鼠點與鼠位點重合。所謂鼠位點，是指刀具的定位基準點。對立銑刀來說是球頭刀的球心；對于車鼠是刀尖；對于鉆頭是鉆尖；為了提高對刀精度可采用千分表或對鼠儀進行找正對刀。

在工藝處理中心須正確確定切削深度和寬度、主軸轉速、進給速度等。切削參數具體數值應根據數控機床使用說明書、切削原理中規定的方法并結合實踐經驗加以確定。

（5）合理選擇刀具數控編程時還需合理正確選擇刀具。根據工件的材料性能、機床的加工能力、數控加工工序的類型、切削參數以及其它與加工有關的因素來選擇刀具。對刀具的總要求是：安裝調整方便、剛性好、精度高、耐用度好等。

2.數學處理根據零件的幾何形狀，確定走刀路線及數控系統的功能，計算出刀具運動的軌跡，得到刀位數據。數控系統一般都具有直線與圓弧插補功能。對于由直線、圓弧組成的較簡單的平面零件，只需計算出零件輪廓的相領幾何元素的交點或切點的坐標值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標值。如果數控系統無刀補功能，還慶計算鼠具運動的中心軌跡。對于復雜的零件計算復雜，例如，對非圓曲線（如漸開線、阿基米德螺旋線等），需要用直線段或圓弧段逼近在滿足中工精度的情況下，計算出曲線各節點的坐標值，對于自由曲線、自由曲面，組合曲面的計算更為復雜，其算法參見本書騰章節，一般需用計算楊計算，否則難以完成。

數控編程中誤差處理亦是一重要問題，數控編程誤差由三部分組面成：

（1）逼近誤差似的方法逼近零件輪廓時產生的誤差，又稱呈次逼近誤差，它出現在用直線段或圓弧段直接逼近輪廓的情況及由樣條函數擬合曲線耐，此時亦稱擬合誤差。因所擬合誤差往往難以確定。

（2）插補誤差用樣條函數擬合零件輪廓后，進行加工時，必須用直線或圓弧段作二次逼近，此時產生的誤差亦稱插補誤差。其誤差根據零件的加工精度要求確定。

（3）圓整誤差編程中數據處理、脈沖當量轉換、小數圓整時產生的誤差對空虛誤差的處理要注意否則會產生較大的累積意誤差，從而導致編程誤差增大，應采用合理的圓整化方法。

3.編寫零件加工程序在完成上述工藝處理及數值計算后即可編寫零件加工程序，按照規定的程序格式的編程指令，逐段寫出零件加呀程序。

4．制備控制介質及輸入程序過去大多數控機床程序的輸入是通過穿孔紙帶控制介質實現的。現在也可通控制面板可直接通迅的方法將程序輸送到數控系統中。

5．程序檢驗及首件試切準備好的程序和紙帶必須校驗和試切削，才能正式加工。一般說來，紙帶首先通過穿孔機的穿復校功能，檢查穿孔是否有誤。然后，將穿孔紙帶上的信息輸入到數控系統中進行空走刀檢驗。有數控機床上，過去試驗的方法以筆代替刀具，坐標紙代替工件進行空運轉畫圖，檢查機床運動軌跡與動作的正確性。現在在具有圖形顯示屏幕的數控機床上，用顯示走刀軌跡或模擬刀具和工件的切削過程的方法進行檢查更為便。對于復雜的空間零件，則需使用石蠟、木件進行試切。首件試切不僅可查出程序是否有錯誤，還可知道加工精度是否符合要求。當發現錯誤時，或修改程序單或采取尺寸補償等措施。近代，隨著計算機科學的不斷發展發展，可采用先進的數控加工仿真系統，對數控序進行檢驗。

6.1.3數控編程的標準與代碼

為了數控機床的設計、制造、維護、使用以及推廣的方便，經過多年的不斷實踐與發展，在數控編程中所使的輸入代碼、坐標位移指令、坐標系統命名、加工指令、輔助指令、主運動和進給速度指令、刀具指令及程序格式等都已制定了一系列的標準。但是，各生產廠家使用的代碼、指令等不完全相同，編程時必須遵照使用的具體的機床編程手冊中的規定。下面對數控加工中使用的有關標準及代碼加以介紹。

1.穿孔紙帶及代碼穿孔紙帶是數控機床上應用較廣的輸入介質。在紙帶上利用穿孔的方式記錄著零件加工程序的指令。國際上及我國廣泛使用8單位的穿孔紙帶。穿孔紙帶的編碼國際上采用ISO或EIA標準，兩種代碼的紙帶規格按照EIARS-227標準制定。我國JB3050-82與其等效，標準穿孔帶規格見圖6-4，ISO及EIA代碼見表6-1。

由代碼表及紙帶規格可知，紙帶的每行（排）共有九列孔，其中一列小孔稱為中導孔或同步孔，用來產生讀帶的同步控制信息。其余八列大孔組合來表示數字、字母或符號。有孔表示二進制的"1"無孔表示為"0"。在ISO標準中，代碼由七位二進制數和一位偶校驗位組成。每個代碼其也的個數之和必須為偶數，即為偶校驗，當某個代碼的孔數為奇數時，就在該代碼行的第八列上穿一孔，使其總數為偶數。EIA標準中，所有的代碼的孔數必須為奇數，第五列孔用來補奇。數控機床的輸入系統中有專門的奇偶校驗電路。當輸入的代碼一旦違反ISO或EIA標準規定的奇、偶數時，控制系統即會發出錯信息，并命令停機。

ISO標準代碼為七位編碼，而EIA為六位編碼(不包括奇偶校驗位)，因而ISO代碼數比EIA我一倍。ISO代碼規律性強，數字代碼第五、六列有孔，字第七列的均有孔，符號第七列或第六列均有孔。這些規律對讀帶及數控系統的設計都帶來方便。

2.數控機床坐標系命名為了保證數控機床的正確運動，避免工作不一致性，簡化編程和便于培訓編程人員，統一規定了數控頂床坐標軸的代碼及其運動的正、負方向。根據ISO標準及我國JB3051-82標準，數控機床的坐標軸命名規定如下：機床的直線運動采用為笛卡爾直角坐標系，其坐標命名為X、Y、Z、，使用右手定律判定方向，如圖6-5所示。右手的大拇指、食指和中指互相垂直時，則拇指的方向為X坐標軸的正方向，食指為Y示軸的正言向，中指為Z坐標軸的正方向。以X、Y、Z坐標軸線或以與X、Y、Z會標軸平行的坐標軸線為中中旋轉的運動，分別稱為A、B、C。A、B、C的正方向按右手螺旋定律確定。見圖6-7，即當右手握緊螺絲時，拇指指向+X、+T、+Z軸正向時，則其余四指方向分別為+A、+B、+C軸的旋轉方向。

Z坐標的運動傳遞切削力的主軸規定為Z坐標軸。對于銑床、鏜床和攻絲機床來說，轉動刀具的軸稱為主軸。而車床、靡床等則以轉動工件的稱為主軸。如果，機床上有幾個主軸百，則選其中一個與工件裝夾基面垂直的軸為主軸。當朵床沒有主軸時，則選垂直于工件裝卡系。

X坐標的運動X坐標是水平的，它平行于工件的裝卡面。在工件旋轉的機床(如車床、磨床等)，取平行于橫向滑座的方向(工件的徑向)為X坐標。因此安裝在橫刀架(橫進給臺上的刀具離開工件旋轉軸方向為X正方向上。對于刀具旋轉的機麻煩(例如銑床、鏜床)當Z軸為水平時，沿刀具主軸向工件的方向看，向右方向為X軸正方向。

Y坐標軸運動Y坐標軸垂直于X及Z坐標。按右手直角笛卡爾坐標系統判定其正方向。以上都是取增大工件和刀具遠離工件的方向為正方向。例如鉆、鏜加工，切入工件的方向為Z坐標的負方向。

為了編程的方便，不論數控機床的具體結構是工件固定不動刀具移動，還是刀具固定不動工件移動，確定坐標系時，一律按照刀具相對于工件運動的情況。當實際刀具固定不動工件稱動時，工件(相對于刀具)運動的直角坐標相應為X、Y、Z。但由珠二者是相對運動，盡管實際上是工件運動，仍以刀具相對運動X、Y、Z進行編程，結果是一樣的。

除了X、Y、Z主要方向的直線運動外，還有其它的與之平行的上線運動，可分別命名為U、V、W坐標軸，稱為第二坐標系。如果再有，可用P、Q、R表示。如果在旋轉運動A、B、C之外，還有其它旋轉運動，則可用D、E、F表示。

3.絕對坐標與增量坐標運動軌跡的坐標點以固定的坐標原點計量，稱作絕對坐標。例如圖6-8所示，A、B點的坐標皆以固定點。坐標原點計量，其坐標值為：XA=30，YA=40，XB=90，YB=95。運動軌跡的終點坐標值，以其起點計量的坐標稱作增量坐標系(或相對坐相系)。常用代碼表中的第二坐標系U、V、W分別與X、Y、Z平行且同向。圖6-8B中B點是以起點A為原點建立的U、V坐標來計量的，終點B的增量坐標為：UB=60，VB=55。

6.1.4數控編程的指令代碼

在數控編程中，使用G指令代碼，M指令代碼及F、S、T指令指令描述加工工藝過程和數控系統的運動特征。數控機床的啟停、冷卻液開關等輔助功能以及給出進給速度、主軸轉速等。國際上廣泛采用ISO-1056-1975E標準，國家機械工業部制要了與標準等效的JB3208-83標準用于數控編程中。其代碼見表6-2及表6-3。

準備功能指令亦叫"G"指令。它是由勃母"G"和其后2位數字組成，從G00到G99(見表6-2)。該指令主要是命令數控機床進行何種運動，為控制系統的插補運算作好準備。所以一般它們都位于程序段中坐標數字指令的前面。常用的G指令有：

(1)G01-直線插補指令使機床進行兩坐標(或三坐標)聯動的運動，在各個平面內切削出任意余率的直線。

(2)G02、G03-圓弧插補指令G02為順時針圓弧插補指令，G03為逆時針圓站指令。圓弧的順、逆方向可按圖6-9中給出的方向進行判斷。即沿圓弧所在平面(YZ平面)的另一坐標的負方向(即-Y)看去，順時針方向為G02，逆進針方向為G02，逆時針方向為G03。使用圓弧插補指令之前必須應用平面選擇指令，指定圓弧插補的平面。

(3)G00--快速點定位指令它命令刀具以點位控制方式從刀具所在點快速移動到下一個目標位置。它只是快速定位，而無運動軌跡要求。

(4)G17、G18、G19-坐標平面選擇指令G17指定零件進行XY平面上的加工，G18、G19分別為YZ、ZX平面上的加工。這些指令在進行圓弧插補，刀具補償時必須使用。

表6-3輔助功能M代碼

(5)G40、G41、G42-刀具半徑補償指令數控裝置大都具有刀具半徑補償功能，為編程提供了方便。當銑削零件輪廓時，不需計算刀具中心運動軌跡。而只需按零件輪廓編程，使用刀具半徑補償指令，并在控制面板上使用刀具撥碼盤或鍵盤人工輸入刀具半徑，數控裝置便以自動地計算出刀具中心軌跡，并按刀具中心軌跡運動。當刀具磨損或刀具重磨后，刀具半徑變小，只需手工輸入改變后的刀具半徑，而不修改已編好的序或紙帶。在用同一把刀具進行粗、精加工時，設精加工余量為，則粗加工的補償量為，而精加工的補償量改為r即可。

G41和G42分別輥為左(右)偏刀具襝指令，即沿刀具前進方向看(假設工件不動)，刀具位于零件的左(右)側時刀具半徑補償。

F40為刀具半徑補償撤消指令。使用該指令后使G41、G42指令無效。

(6)G90、G91--絕對坐標尺雨及增量坐標尺寸編程指令G90表示程序輸入的坐標值按絕對坐標值取；G91表示程序段的坐標值按增量坐標值取。

輔助功能指令亦稱"M"它是由字母"M"和其后的兩位靈敏字組成，從M00到M99共100種，見表6-3。這些指令與數控系統的插補運算無關，主要是為了數控加工、機床操作而設定的工藝性指令及輔助功能，是數控編程必不可少的，常用的輔助功能指令如下：

(1)M00--程序集止完成該程序段的其它功能后，主軸、進給、冷卻液送進都停止。此時可執行某一手動操作，如工件調頭、手動變速等，如果再重新按下控制而板上的循環啟動按鈕，繼續執行下一程序段。

(2)M01--任選停止該指令與M00相類似。所不同的是，必須在操作面板上予先撳下"任選停止"按鈕，才能使程序停止，否則M01將不起作用。當零件加工時間較長，或在加工過程中需要停機檢查、測量關鍵部位以及交換班等情況時，使用該指令很方便。