湖北工业大学机械工程学院 杨光友教授 中职机电技术应用专业

数控机床的程序编程基础

3.1 概述 3.1.1 数控编程的基本概念 数控机床是按事先编好的程序事先编好的程序进行工作的。应把待加

工零件的工艺参数、刀具轨迹、切削参数等等，按照规定的代码及格式编写程序单程序单，并输入到的数控装置里用于控制数控机床。

3.1.2 编程的内容及步骤

1. 确定加工方案

零件的：材料 选择：合适的数控机床 形状 合适的刀具 尺寸 合适的夹具 精度要求 合适的装夹方法 热处理硬度

2. 工艺处理 确定以下参数： 1 ）对刀点 2 ）换刀点 3 ）走刀路线 4 ）切削参数：主轴转速 下刀深度

3. 数学处理 数学处理有两个含义：

1 ） 编程中需知道工件每段轮廓的起点、终点及起点、终点及线形。线形。其中一些参数是不能从零件的设计图纸直接得出的，需要计算，如某些角度的直线到圆弧的切点。

2 ）数控机床一般只能加工直线或圆弧。若工件表面的轮廓是其它线形，例如渐开线等，则应该用直线和圆弧去拟合之。

更加复杂的轮廓面需要用计算机才能进行拟合并进而进行数学处理。（求起点、终点、线形等）

4. 编写程序 根据所用机床和刀具以及指令格式，按照

轮廓段逐段编写程序，一段轮廓一句程序。（（故有时称故有时称一句程序一句程序为一为一程序段）程序段）

5.5. 制备程序控制介质制备程序控制介质 程序可以用程序可以用 WindowsWindows 的写字板平台编制，的写字板平台编制，

并保存在内存中，用并保存在内存中，用 3 1/53 1/5 软盘或软盘或 UU 盘作盘作为附件带出来为附件带出来

6.6. 通过数控机床备有的通过数控机床备有的 RS232RS232 串行口将串行口将程序输入到数控机床里就完成了编程工作。程序输入到数控机床里就完成了编程工作。

3.1.3 数控编程方法 有 3 种编程方法： 1 ）手工编程 2 ） APT 语言3 ）交互式图形编程

1. 手工编程 当零件比较简单时可以用手工编程（零件轮廓仅由直线和圆弧

组成）。 2.APT 语言编程 此种方法现在已走下坡路，这里不作介绍 3. 交互式图形编程 有的软件能在三维造型的基础上通过交互式对话自动生成数控

程序。常用的软件有 Mastercam ；制造工程师（ CAXA） ;开目 CAD 等。其中民族产品 CAXA 还是比较好用的。

3.2 数控编程基础 3.2.1 编程的几何基础

1. 机床坐标系 机床使用笛卡尔直角坐标系，如图所示：

X 、 Y 、 Z 为移动坐标， A 、 B 、 C 为旋转坐标。实行右手定则

2. 轴及方向的规定 1 ） Z 轴 与机床主轴线平行的坐标轴为 Z 轴，远离工件的方向为 Z 轴的

正向

立式铣床 卧式铣镗床 数控车床

2 ） X 轴 X 轴一般是最长的运动轴：对铣镗类机床而言操作者面前的轴就是 X 轴，车床的X 轴是大拖把的运动方向

3 ） Y 轴 用右手定则确定之。车床没有 Y 轴 4 ）回转轴 绕 X 轴旋转的刀具（工件）称为 A 轴，其+ 方向由右手定则确定。

绕 Y 轴旋转的刀具（工件）称为 B轴，其 +方向由右手定则确定。

绕 Z 轴旋转的刀具（工件）称为 C轴，

3. 坐标系 : 机床坐标系 工件坐标系（编程坐标系）

由于机床坐标系的原点在机床的固定位置（顶点上），对于编程时的位置计算极不方便，人们习惯于以图纸设计基准为参考点，故采用工件坐标系进行位置计算，而将工件坐标系的原点在机床坐标系的位置关系（相对差值）记录下来 ------ 这就是确定工件坐标系。工件坐标系可以有几个，这可以方便几个工件的编程。用 G54;G55 等代码 记录

4. 绝对坐标系及增量坐标系 绝对坐标：每一个位置点均以工件坐标原点为

参考点 增量坐标：以前一段程序的终点为参考点。如

下图，其相对坐标 Ub=-15， Vb=-20 见图

5. 坐标数和多坐标加工 坐标数：可以用数字单独控制的坐标轴的数

目。 有的坐标不能参与联动，但可以作周期进给，

称为半个坐标， 0.5 轴。例下图中的 2.5 坐标机床。

(a)2 坐标加工 （ b） 2.5 坐标加工 （ c） 3 坐标加工

6. 直线插补及圆弧插补

7. 刀具补偿：半径补偿及长度补偿

在铣工件轮廓面时，由于任何刀具均有半径，必须使刀具沿轮廓的法线方向移动一个刀具的半径距离才能加工出规定的形状。这就是刀具半径补偿（简称刀补）的道理所在。 用 G41/G42记之

刀具

工件轮廓

刀具长度补偿 钻头、镗刀、铣刀刀具的实际长度与编

程设定长度可能不一致，刀具的轴向位置需要进行数据上的调整，即进行长度补偿。

用 G43/G44记之

刀具半径的选择 刀具半径 r应小于轮廓最小曲率半径 ρm： r=(0.8~0.9) ρm

零件的加工高度 H≤(1/4~1/6)R 对不通孔槽刀具的可用于切削的长度

L=H+5~10mm 对通孔槽 L=H+Re+5~10mm(Re: 刀尖半径 ) 粗铣内轮廓时，铣刀最大半径Dc: Dc=2(δsinφ/2- δ1)/(1- sinφ/2)+D 加工肋板端面（厚b）时， D=(5~10)b

8. 数控机床注意要点1. ）车螺纹

引入距离 1 ： 2~5mm 超越距离 2= 1/4

12

2. ）铣削平面 切入切出：周边外延（图 4-25 P118 ） 铣内轮廓：法向切入切出（下图） 走刀路线：下图 c 最好 行切法、环切法

3.3 数控系统的指令代码 我国参照国际标准对数控程序里代码的含义及格式制定了标准。

（但是该标准无强制性，各厂家独出心裁花样百出）我们学习的是一般情况下的指令。真正工作时需参考机床厂的使用说明书

3.3.1 程序结构与格式 1. 程序的地址、数据和字 英文字母及字符：地址 1~9、 + 、 -、 . ：数字 2. 程序段与程序组成 一句程序一段轮廓 ------ 程序段

8. 数控编程误差及其控制

1.近似计算误差 2.插补误差（编程误差）（走弦，图 a） 3. 尺寸圆整误差（脉冲当量图 b）

％ O0024 N10 G54 G90 G49

G80 N20 M06 T01 N30 S1000 M03 N40 G00 X0.0 Y0.0

M08 N50 Z20. N60 G01 Z-6.F100.; N70 X10. Y10.; N80 G00 Z100.; N90 M09; N95 M30; %

以％开始 程序编号（程序名） 以绝对坐标编程 换 1# 刀具 启动主轴其转速

1000rpm 快速移刀到 X=0 Y=0 处 抬刀（向上） 20mm 向下进刀 26mm f＝

100 --- --- --- 加工程序已完成 以％收尾

指令代码 模态 功能说明 指令代码 模态 功能说明G00 1 快速定位运动 G44 1 刀具长度负补偿G01 1 直线插补 G54~59 1 选定工件坐标系

1 ～ 6

G02 1 顺时针圆弧插补 G73~85 1 固定循环用指令G03 1 逆时针圆弧插补 G90 1 用绝对坐标编程G04 # 暂停 G91 1 用相对坐标编程

G17~19

1 XY/XZ/YZ 平面选择

G92 # 设定工件临时坐标系

G20 1 英制 G98 1 固定循环后返初点G21 1 公制 G99 1 固定循环后返R

点G40 1 取消刀补 G100 1 取消镜像G41 1 刀具左补偿 G101 1 镜像G42 1 刀具右补偿 G110~12

91 选定工件坐标系

7 ～ 30

G43 1 刀具长度正补偿

1. 主要 G 代码说明

G00 快速定位指令 G90 绝对坐标编程 G91 相对坐标编程 G01 直线插补指令 G02 顺时针圆弧插补指令 G03 逆时针圆弧插补指令 G04 暂停指令 G17/G18/G19 平面选择指令 G41、 G42 左偏、右偏刀具半径补偿 G54 工件坐标系设定指令

1 ）与坐标有关的 G 代码 :G90和 G91 G50及 G54 G17/G18/G19

G90和 G91:绝对坐标编程和相对坐标编程 G50及 G92 ： 车床及铣镗类机床工件坐标系设定

例 G50 X200.0Z100.0 指定了该工件的坐标系原点在图中“ O” 点处

G54~G59 选定工件坐标系 事先将预定的工件坐标系原点输入到坐标系中，当选用该坐标系作为编程基准时，用 G54～ G59选定即可。

例：先在机床设定项目 G54 下输入 X=66.79;Y=35.84 Z=0.0 如何在程序中调用 G54即可确定该工件坐标系的原点。

2 ）与平面有关的 G 代码 G17/G18/G19

在 3 坐标联动机床里（大部分机床）有时其插补平面仅需一个平面，我们用 G17/G18/G19 来指定在哪一个平面内进行插补。

3 ）与刀具运动相关的指令 G00;G01;G02;G03

例如： G00 X20.Y30. 其含义是令刀具快速从现存点到达 X=20.00 Y=30.00 的坐标点。“快速”的作用是节省刀具运动时间（提高效率），运用此代码时要特别注意把刀具升起来以避免打刀事故发生。

G01 X20.Y24.Z15.F100. 代表刀具以规定速度（ 100mm/min ）运动到终点坐标处（ X;Y;Z 坐标值规定终点坐标）

G02 顺园切削 X()Y() I() J() 『 R()』 终点坐标 圆心相对于圆弧起点的偏移量 R= (1) 圆弧 >=1800 R<0 (2) 圆弧 <1800 R>0 整园可不写终点坐标，但必须写 I()J() （不能用 R ） G03 逆园切削 X10.0Y40.0I-30.0 ( R30.0)

圆心相对于圆弧起点的偏移量

圆弧插补的例子第一条圆弧： G17 G90 G02 X79.0Y58.5 I39.0J8.5 F100.第二条圆弧： G17G90G02 X79.0Y58.5 I-11.0J38.5F100.

还有： G17 G90 G02 X79.0Y58.5 R40. F100. （第一条圆弧） G17G90G02 X79.0Y58.5 R-40.0F100. （第二条圆弧）

第一条圆弧

第二条弧

4 ）与刀具补偿有关的 G 代码 长度补偿代码 G43/G44

刀具组合完成后刀尖的长度（刀尖到主轴端面距离）不可能一致，显然用长度补偿的方法去修正这种误差较为方便。

刀具 Z 方向移动的距离是：指令值 + 刀具偏置值 刀具偏置值存放在“刀具偏置值寄存器中”

偏置值为 + 偏置值负值

半径补偿代码 G41/G42 根据刀具半径加工工件规定轮廓，数控系统自动计算刀具中心

轨迹称为刀具半径补偿，其分为左刀补和右刀补两种情况。 例如： G01 G41 X40.0Y50. D04

刀补的方向是左还是右要根据刀具的前进方向和轮廓的法线方向按照左右定之。

左刀补 刀补半径在这里

直线插补的终点坐标

5 ）固定循环

固定循环功能：固定循环功能： 用一个 G 代码程序

完成多个工步才能完成的动作

用数控机床加工：钻用数控机床加工：钻孔、锪孔、镗孔、铰孔、锪孔、镗孔、铰孔、攻丝孔、攻丝

固定循环的动作（ 1 ） X 轴及 Y 轴定位（ 2 ）快进到参考平面（ R 平面 ）（ 3 ）以切削进给方式执行孔加工（ 4 ）在孔底刀具作动作（ 5 ）返回参考平面（ 6 ）快速返回初始点

二选一

G98/G99 指令的用法 快速进给 切削进给

固定循环指令格式 G91 G98 G90 G99 G_X_Y_Z_R_Q_P_F_L_ X_Y_ 孔的位置（与 G90,G91 有关） Z---孔底位置 R---R 点的位置 P－－在孔底的时间 Q －－每次加工的深度 (与 G90,G91无关 ) L －－循环次数

孔加工固定循环指令的形式及动作 1.G98(G99)G73 ： 高速深孔加工

G98(G99)G73 X － Y － Z － R － Q － F －

2

G98(G99)G74 X-Y-Z-R- 反攻丝循环 制作反向螺纹孔

G76 X-Y-Z-R-Q- 孔的大小由 Q 值决定（精镗孔）G81 ： X 、 Y 定位，快进，工进，快速返回（钻孔及镗孔）G82 X-Y-Z-R-P- 停顿的时间由 P 值确定（带停顿的钻孔、扩孔及镗孔） G83： X 、 Y 快速定位，快进 , 工进 Q,退 D 值，再工进 D+Q…..( 加工深孔 )

G84:攻正向螺纹孔 G85 ：镗孔

G87 ：反镗孔 G88 ：镗孔

固定循环编程举例 ％ O0026 M06 T01 G90 G00 G92 X0 Y0 T02 G43 H01 Z20 M03 S500 F30 G98 G85 X0 Y0 R3 Z-45 镗 φ40孔 G80 G28 G49 Z0 M06 G00 X-60 Y50 T03 G43 H02 Z10 M03 S600 G98 G73 X-60 Y0 R-15 Z-48 Q4 F40 X60 钻 φ13孔（先左后右） G80 G28 G49 Z0 M06 G00 X-60 Y0 G43 H03 Z10 M03 S350 G98 G82 X-60 Y0 R-15 Z-32 P100 F25 X60 忽钻 φ13孔（先左后右） G80 G28 G49 Z0 M05 G91 G28 X0 Y0 M30 end

6 ）车削固定循环 相当于普通车床的自动进刀

（ 1 ）外经或内径自动进刀指令 G77:如G77 X_Z_F_(U_W_F_)

式中的 F 是与进刀速度有关的代码

(2) 螺纹车削固定循环指令G78: 如：G78X_Z_F_/G78U_W_F_

式中的 F 是与螺距有关的代码

（ 3 ）车削端面（含斜端面）指令 G79 X(U)Z(W)F ;G78X(U)Z(W)-K-F

复合车削循环指令 G70~G76

大小头的差值

G71 G72

G73

3.4 手工编程 3.4.1 孔的加工程序编制 1 ）编程选用坐标系应与图纸中标注方法尽量一致。 2 ）注意提高对刀精度和换刀点的位置 3 ）使用刀具长度补偿功能去应付换刀后的长度偏差 孔加工实例： 孔加工工步如下：（ 1 ）中心钻点孔（ Ф3 中心钻）（ 2 ）钻孔（ Ф8.5 麻花钻）（ 3 ）攻螺纹（ M10 丝锥）

加工程序 说明% 程序开始符号

O0026 程序号（程序名）N5 G90 G21 G40 G49 G80 G17

程序段号、绝对坐标编程、公制、取消半径、长度、固定循环补偿；修正 X-Y 平面作为插补平面

N10 G54 选定工件坐标系（该坐标系的值已输入到设定寄存器里）N15 M06 T01 换 1# 刀具（中心钻）N20 S1000 M03 主轴正转，转速 1000rpm

N25 G43 G00 H01 Z128

对刀具正补偿；快速抬刀 Z ＝ 128mm 处

N30 X0.Y0.M08 快移到编程原点，启动冷却泵N35 X20.Y20. 快移到 A 点N40 Z20. 快移到 Z ＝ 20mm 处N45 G01 Z3.F100. 进给Z ＝ 3mm 处，进给速度 100mm/min

N50 G81R3.Z-3.F50. 对 A 孔循环加工，钻深 3mm ，返回R参考面（ Z ＝3mm ）

N55 Y45. 仿照 A 孔对 B 孔进行加工N60 X70. 仿照 A 孔对 C 孔进行加工N65 Y20. 仿照 A 孔对 D 孔进行加工

加工程序 说明

N70 G80 取消固定循环N75 G00 Z100. 快移到 z＝ 100mm 处N80M06 T01 换 2# 刀具（麻花钻）N85 S600 M03 主轴正转，转速 600rpm

N90 G43 G00 H01 Z128 对刀具正补偿；快速抬刀 Z ＝ 128mm 处N95 X0.Y0.M08 快移到编程原点，启动冷却泵N100 X20.Y20. 快移到 A 点N105 Z20. 快移到 Z ＝ 20mm 处N110G01 Z3.F100. 进给Z ＝ 3mm 处，进给速度 100mm/min

N115 G83 R3.Z-35.Q5F40. 对 A 孔循环加工，钻深 35mm ，返回R参考面（ Z＝ 3mm） ; 进给速度 40mm/min

N120 Y45. 仿照 A 孔对 B 孔进行加工N125 X70. 仿照 A 孔对 C 孔进行加工N130 Y20. 仿照 A 孔对 D 孔进行加工

3.4.2 数控车削程序的编制 车床的数控系统是两轴系统

1 ）车削编程的坐标系： XOZ 用 G50 指定工件坐标系

指定这里为工件坐标系的零点比较便于找正和测量2 ）绝对编程时使用 X ， Y, 更一般和方便的是使用 U/W( 增量编程 )

并且在圆弧加工中使用 R 比使用 I、 K 方便

工件坐标系零点

数控车床常用 G 代码

G 代码 模态 功能 G 代码 模态 功能G00 快速定位 G55 选定工件坐标系 2

G01 直线插补 G56 选定工件坐标系 3

G02 顺时针圆弧插补 G57 选定工件坐标系 4

G03 逆时针圆弧插补 G58 选定工件坐标系 5

G04 非 暂停 G59 选定工件坐标系 6

G17 X-Y 平面内插补 G70 精车固定循环G18 X-Z 平面内插补 G71 粗车外园固定循环G20 英制 G72 精车端面固定循环G21 公制 G73 固定形状固定循环G40 取消刀补 G75 精车固定循环G41 左刀补 G76 螺纹车削固定循环G42 右刀补 G90 内、外园车削固定循

环G50 非 设定工件坐标系 G92 螺纹车削固定循环G54 选定工件坐标系 1 G28 非 返回参考点

3 ）车削编程实例 工步：粗车、精车端面 ----粗车、精车外园 ----倒角 ---园角 --- 完工

加工程序 功能说明％ 程序开始O0020 程序号N005 G50 X400. 0 Z100.0 设定工件坐标系N010 S800 M03 主轴正转，转速 800r/min

N015 T01 M08 调用 1# 粗车刀并继续长度补偿，启动冷却泵N020 G00 X60.0 Z5.0 快移至粗车外园起点N025 G01 Z2.0 F50. 准备粗车外园端面N030 X0.0 粗车端面一刀（试刀）N035 G00 X60. 快退到第一次的进刀点N040 G01 Z0.3 F50. 准备粗车端面N045 X0.0 粗车端面（留 0.3mm 加工余量）N050 G00 X58.6 快移到粗车倒角起点N055 G01 X60.6 Z-1.3 粗车倒角N060 W-53.7 粗车小端外园面N065 G02 X70.0 Z-59.7 R4.7 粗车台阶内园角N070 G01 X97.4 粗车台阶端面N075 X100.6 W-1.6N080 Z-95.

粗车倒角粗车台阶外园面

N85 G00 X400.Z100. 返回换刀点、、、、、、 、、、、、、

例 3---4 有圆弧及螺纹的车削工件

％ 程序开始O0006 程序号N05 G50 X200.Z350.T0101 建立工件坐标系，使用 1# 刀且有刀补N10 S630 M03 M08 主轴正转 630rpm 打开冷却液N15 G00 X46. Z292. 快速移动到起刀位置N20 G01 Z290.F100. 工进到倒角起点N22 X48.Z289. 倒角N25 U0.W-59. 车螺纹外园及沟槽外园N30 X50.W0. 车台阶端面N30 X62.W-60. 车锥面N40 U0.Z155. 车Ф62的外园

N45 X78.W0. 车台阶端面N50 X80.W-1. 倒角N55 U0.W-19. 车Ф80的外园

N60G02U0.W-60.I63.25K-30. 车 R70 圆弧N65 G01 U0.Z65. 车Ф80的外园

N70X106.W0. 车台阶端面N75 G00X200.Z350.T0100 快移至换刀点，取消 1# 刀的刀补关冷却

N80 T0202 调用 2#切槽刀，对 2# 刀进行刀补N85 S315 M03 主轴正转，转速 315rpm

N90 G00 X51.Z230.M08 快移到切槽起点N95 G01X45.W0.F30. 切槽N100 G00X56. 切槽刀退出N105X200.Z350. T0200 M09 快移到换刀点，取消 2# 刀的刀补，关闭冷却液N110 T0303 调用 3#切槽刀并对其进行刀补N115 S200 M03 主轴正转，转速 200rpm

N120 G00 X50.Z293.M08 快移到螺纹起点，打开冷却液N125 G76 X47.4 Z227. F40. 车螺纹循环，切深 0.3mm ，进给速度 40mm/

min

N130 X46.8 切深 0.6mm

N135 X46.2 切深 0.9mm

N140 X45.6 切深 1.2mm

N145 X45 切深 1.5mm

N150 X44.4 切深 1.8mm

N155 X44. 切深 2mm

N160 X200.Z350.T0300 M09 快移到换刀点，取消 3# 刀的刀补，关闭冷却液N165 M05 M30 主轴停，程序停% 程序结束符号

3.4.3 编程举例

APT 语言应用举例 10 APT PROGRAM REM 20 SP=POINT/0,0,0 定义坐标原点 30 L1=LINE/4,0,0,4,8,0 定义过（ 4,0,0 ）及 40 PT=POINT 4,8,0 （ 4,8,0 ）的直线 L1 50 L2=LINE/PT,ATANGL,45 定义直线 L2 60 L3=LINE/8,12,0,12,12,0 70 L4=LINE/14,5,0,14,10,0 80L5 LINE/4,2,0,11,2,0 90C1=CIRCLE/12,10,0,2,0 定义半径为 2 的园 100C2=CIRCLE/14,2,0,3,0

110 INTOL/0 轮廓内容差为 0 120 OUTTOL/0.005 轮廓外容差为

0.005mm 130 CUTTER/6.0 刀具直径为 6 140 SPINDL/2000,CLW 主轴转速 2000 150 COOLNT/ON 冷却液泵开 160 FEDRAT/200 进给速度 200 170 FROM /SP 起刀点 SP 180 GO/TO,L1 刀具从 SP到 L1 190 TLLFT,GOLET/L1,PAST,L2 刀具左拐并在 L1 的左边穿过 L2

200 GORGT/L2,PAST,L3 刀具右拐并沿 L2穿过 L3为止

210 GORGT/L3,TANTO,C1 刀具右拐并沿 L3运动与 C1相切

。。。。。。 。。。。。。

3.5 辅助功能指令

主要辅助功能指令说明 M00 程序停止指令 M02 主轴停止指令 M03 主轴启动指令 M30 返回原位指令 主轴转速功能指令： S1200＝ 1200r/min 进给功能指令 F300＝ 300mm/min

％ 100 G00 X10Y10

G01 G42X10F1.5 ……

M99 %0001 G91 G00 M03 M98 P100 G24 X0 M98 P100 G24 X0YO ……

镜像命令 G24;取消镜像 G25

旋转命令 G68;取消旋转 G69 G90 M03 M98 P100 G68 X0YOP45 ……

配合使用

子程序的调用 M98;M99

M98 调用子程序的命令M99 子程序的结尾并返回主程序 RETUAN%XXXX 子程序N10 XXXX ％ XXXX…………. …….M98 XXXX M99