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數控機床程序編制的有關規定

數控機床的核心是數控裝置，這實際上是一臺控制計算機，它是執行運算功能、指揮數控機床進行自動加工的主要組成部分。這些年來，隨著技術的發展，數控系統的功能不斷擴大，人們使用起來日益方便。因此，學習數控系統的功能，弄清它的概念，是數控入門的重要一環。

眾所周知，使用數控機床的目的是要有效地高質量地加工出合格的零件來，所謂合格的零件必須是符合圖紙要求的產品。而機床怎么會知道圖紙的要求呢？這必須由人來告訴它。人又是以何種方式、以什么規則和約定告訴給機床的呢？這就必須制定出數控機床程序編制的規則來。換言之，我們必須把零件的圖紙尺寸、工藝路線、切削參數等內容，用數控機床能夠接受的數字及文字代碼來表示，再根據代碼的規定形式制成輸入介質（如穿孔帶、磁帶、卡片等），然后將輸入介質所記載的信息輸入到數控裝置中去，從而才能自動控制機床進行加工。

這種從零件圖到制成輸入介質的過程叫做數控機床的程序編制。數控機床的程序編制分為手工編程和自動編程兩種。手工編程的一般步驟包括工藝處理、運動軌跡的坐標計算、填寫程序單、制備輸入介質和程序校核等。自動編程過程也是按上述步驟進行的，只不過其中的大部分工作是由計算機或自動編程器來完成的。根據輸入方式的不同，自動編程分為語言輸入、圖形輸入和語音輸入三種方式。自動編程語言常見的有APT，SKC—1，ZCX—1等。為了使機床能夠接收所編制的程序，必須有相應的規定。下面分別敘述這些概念。

1、穿孔帶和代碼

數控機床的信息讀入方式有兩種：一是手動輸入方式；二是自動輸入方式。因此作為數控機床信息載體的控制介質也有兩類：一類是自動輸入時的穿孔帶、穿孔卡片、磁帶、磁盤等；另一類是控制臺手動輸入時的鍵盤、波段開關、手動數據輸入（MDI）等等。穿孔帶由于有機械的固定代碼孔，不易受環境（如磁場）的影響，便于長期保存和重復使用，且程序的存儲量大，故至今仍是許多數控機床主要的常用的信息輸入方式。

2、程序段格式

在編制數控機床程序時，首先要根據機床的脈沖當量確定坐標值，然后根據其程序段格式編制數控程序。所謂程序段，就是指為了完成某一動作要求所需的功能“字”的組合。“字”是表示某一功能的一組代碼符號，如X2500為一個字，表示X向尺寸為2500；F20為一個字，表示進給速度為20。程序段格式是指一個程序段中各字的排列順序及其表達形式。常用的程序段格式有三種，即固定順序程序段格式、帶有分隔符的固定順序程序段格式和字地址程序段格式。由于程序段是由功能“字”組成的，因此，以下先介紹常用功能字，然后再介紹程序段格式。

1） 常用功能字

一個程序段中，除了由地址符N為首的三位數組成的序號字（N×××）外，常用的功能字有：準備功能字G；坐標功能字X，Y，Z；輔助功能字M；進給功能字F；主軸轉速功能字S和刀具功能字T等。

（1） 準備功能字。 準備功能字以地址符G為首，后跟二位數字(G00-G99)。 ISO1056 標準對準備功能G的規定見表1。我國的標準為JB3208—83，其規定ISO1056—1975(E)等效。 這些準備功能包括：坐標移動或定位方法的指定；插補方式的指定；平面的選擇；螺紋、攻絲、固定循環等加工的指定；對主軸或進給速度的說明；刀具補償或刀具偏置的指定等。 當設計一個機床數控系統時，要在標準規定的G功能中選擇一部分與本系統相適應的準備功能，作為硬件設計及程序編制的依據。標準中那些“不指定”的準備功能，必要時可用來規定為本系統特殊的準備功能。

表1 ISO 標準對準備功能G的規定

代 碼	功 能	說 明	代 碼	功 能	說 明
G00	點定位		G57	XY 平面直線位移
G01	直線插補		G58	XZ 平面直線位移
G02	順時針圓弧插補		G59	YZ 平面直線位移
G03	逆時針圓弧插補		G60	準確定位（精）	按規定公差定位
G04	暫停	執行本段程序前暫停一段時間	G61	準確定位（中）	按規定公差定位
G05	不指定		G62	準確定位（粗）	按規定之較大公差定位
G06	拋物線插補		G63	攻絲
G07	不指定		G64-G67	不指定
G08	自動加速		G68	內角刀具偏置
G09	自動減速		G69	外角刀具偏置
G10-G16	不指定		G70-G79	不指定
G17	選擇 XY 平面		G80	取消固定循環	取消 G81- G89 的固定循環
G18	選擇 ZX 平面		G81	鉆孔循環
G19	選擇 YZ 平面		G82	鉆或擴孔循環
G20-G32	不指定		G83	鉆深孔循環
G33	切削等螺距旋紋		G84	攻絲循環
G34	切削增螺距旋紋		G85	鏜孔循環 1
G35	切削減螺距旋紋		G86	鏜孔循環 2
G36-G39	不指定		G87	鏜孔循環 3
G40	取消刀具補償		G88	鏜孔循環 4
G41	刀具補償 - 左側	按運動方向看， 刀具在工件左側	G89	鏜孔循環 5
G42	刀具補償 - 右側	按運動方向看， 刀具在工件右側	G90	絕對值輸入方式
G43	正補償	刀補值加給給定坐標值	G91	增量值輸入方式
G44	負補償	刀補值從給定坐標值減	G92	預制寄存	修改尺寸字 不產生運動
G45	用于刀具補償		G93	按時間倒數給定進給速度
G46-G52	用于刀具補償		G94	進給速度     （mm/min）
G53	直線位移功能取消		G95	進給速度 （mm/r（主軸））
G54	X 軸直線位移		G96	主軸恒線速度 （ m/min ）
G55	Y 軸直線位移		G97	主軸轉速 （ r/min ）	取消 G96 的指定
G56	Z 軸直線位移		G98-G99	不指定

（2） 坐標功能字。坐標功能字(又稱為尺寸字)用來設定機床各坐標之位移量。它一般使用 X，Y，Z ，U ，V ，W ，P ，Q ，R ，A ，B ，C ，D ，E 等地址符為首，在地址符后緊跟著“+”(正)或“—”(負)及一串數字， 該數字一般以系統脈沖當量為單位，不使用小數點。一個程序段中有多個尺寸字時，一般按上述地址符順序排列。

（3） 進給功能字。進給功能字用來指定刀具相對工件運動的速度。其單位一般為 mm/min。當進給速度與主軸轉速有關時，如車螺紋、攻絲等，使用的單位為mm/r。進給功能字以地址符“ F”為首，其后跟一串數字代碼。具體有以下幾種指定方法 ：

① 三位數代碼法：F后跟三位數字，第一位為進給速度的整數位加上“3”，后二位是進給速度的前二位有效數字。如 1728mm/min的進給速度用F717指定；15.25mm/min的進給速度用F515指定；0.1537mm/min 的進給速度用 F315 指定等。

② 二位數代碼法：對于F后跟的二位數字代碼，規定了與00-99相對應的速度表，除00與99外，數字代碼由01向98遞增時，速度是按等比關系上升的。比例系數為10的20次方根( ≈1.12)，即相鄰的后一速度比前一速度增加約12%。如 F20為10mm/min，F21為11.2 mm/min，F54為50 mm/min，F55為560mm/min等。 F00-F99的進給速度對照關系見表2。

表2 二位數碼法進給速度對照表 mm/min

    ③ 一位數代碼法：對于速度擋較少的數控機床可用F后跟一位數字，即0-9來對應10種預定的速度。

    ④ 直接指定法：像尺寸字中的坐標位移量一樣，在 F 后面按照預定的單位直接寫上要求的進給速度。

   （4） 主軸速度功能字。主軸速度功能字用來指定主軸速度，單位為r/min，它以地址符S為首，后跟一串數字。它與F為首的進給功能字一樣可采用三位、二位、一位數字代碼法或直接指定法。數字的意義、分擋辦法及對照表與進給功能字通用。只是單位改為r/min。

   （5） 刀具功能字。當系統具有換刀功能時，刀具功能字用以選擇替換的刀具。刀具功能字以地址符T為首，其后一般跟二位數字，代表刀具的編號。

   （6） 輔助功能字。輔助功能字以地址符M為首，其后跟二位數字(M00-M99)。ISO1056標準對輔助功能M的規定見表3。此表等效于我國標準JB3208—83中關于M功能的規定。這些輔助功能包括：指定主軸的轉向與啟停；指定系統冷卻液的開與停；指定機械的夾緊與松開；指定工作臺等的固定直線與角位移；說明程序停止或紙帶結束等。標準中一些不指定的輔助功能可選作特殊用途。當設計一個機床數控系統時，要在標準規定的M代碼中選擇一部分本系統所需要的輔助功能代碼，作為有關部分線路設計及將來程序編制的依據。

2） 程序段格式

不同的數控機床根據功能的多少、數控裝置的復雜程度、編程是否簡便直觀等不同要求而規定了不同的程序段格式。如果輸入程序的格式不符合規定，數控裝置就會報警出錯。常見的程序段格式有固定順序式、帶分隔符TAB的固定順序式和字地址格式三種。

早期由于數控裝置簡單，規定了一種稱之為固定順序的程序段格式，例如：

以這種格式編制的程序，各字均無地址碼，字的順序即為地址的順序，各字的順序及字符行數是固定的(不管某一字的需要與否)，即使與上一段相比某些字沒有改變，也要重寫而不能略去。一個字的有效位數較少時，要在前面用“0”補足規定的位數。所以各程序段所占穿孔帶的長度為一定。這種格式的控制系統簡單，但編程不直觀，穿孔帶較長，應用較少。

后來又產生了一種具有分隔符號TAB的固定順序段格式。其基本形式與上述格式相同，只是各字間用分隔符號隔開，以表示地址的順序。如上例可寫成：

由于有分隔符號，不需要的字或與上程序段相同的字可以省略，但必須保留相應的分隔符號( 即各程序段的分隔符號數目相等) 。此種格式比前一種格式好，常用于功能不多的數控裝置，如線切割機床和某些數控銑床等。我國數控線切割機床采用的“ 3B ”或“ 4B ”格式指令就是典型的帶分隔符號的固定順序格式。其 3B 格式的一般表示為：

B X B Y B J G Z

其具體意義如下：

    目前使用最多的則是字地址程序段格式(也稱為使用地址符的可變程序段格式)。以這種格式表示的程序段，每一個字之前都標有地址碼用以識別地址，即如前述的由字母和數據組成的各種功能字，因此對不需要的字或與上一程序段相同的字都可省略。一個程序段內的各字也可以不按順序(但為了編程方便，常按一定的順序)排列。采用這種格式雖然增加了地址讀入電路，但編程直觀靈活，便于檢查，可縮短穿孔帶，廣泛用于車、銑等數控機床。