數(shù)控機(jī)床的核心是數(shù)控裝置，這實(shí)際上是一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)，它是執(zhí)行運(yùn)算功能、指揮數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工的主要組成部分。這些年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的功能不斷擴(kuò)大，人們使用起來日益方便。因此，學(xué)習(xí)數(shù)控系統(tǒng)的功能，弄清它的概念，是數(shù)控入門的重要一環(huán)。

眾所周知，使用數(shù)控機(jī)床的目的是要有效地高質(zhì)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(chǎn)品。而機(jī)床怎么會(huì)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(guī)則和約定告訴給機(jī)床的呢？這就必須制定出數(shù)控機(jī)床程序編制的規(guī)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(shù)等內(nèi)容，用數(shù)控機(jī)床能夠接受的數(shù)字及文字代碼來表示，再根據(jù)代碼的規(guī)定形式制成輸入介質(zhì)（如穿孔帶、磁帶、卡片等），然后將輸入介質(zhì)所記載的信息輸入到數(shù)控裝置中去，從而才能自動(dòng)控制機(jī)床進(jìn)行加工。

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

1、穿孔帶和代碼

數(shù)控機(jī)床的信息讀入方式有兩種：一是手動(dòng)輸入方式；二是自動(dòng)輸入方式。因此作為數(shù)控機(jī)床信息載體的控制介質(zhì)也有兩類：一類是自動(dòng)輸入時(shí)的穿孔帶、穿孔卡片、磁帶、磁盤等；另一類是控制臺(tái)手動(dòng)輸入時(shí)的鍵盤、波段開關(guān)、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI）等等。穿孔帶由于有機(jī)械的固定代碼孔，不易受環(huán)境（如磁場(chǎng)）的影響，便于長(zhǎng)期保存和重復(fù)使用，且程序的存儲(chǔ)量大，故至今仍是許多數(shù)控機(jī)床主要的常用的信息輸入方式。

2、程序段格式

在編制數(shù)控機(jī)床程序時(shí)，首先要根據(jù)機(jī)床的脈沖當(dāng)量確定坐標(biāo)值，然后根據(jù)其程序段格式編制數(shù)控程序。所謂程序段，就是指為了完成某一動(dòng)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(hào)，如X2500為一個(gè)字，表示X向尺寸為2500；F20為一個(gè)字，表示進(jìn)給速度為20。程序段格式是指一個(gè)程序段中各字的排列順序及其表達(dá)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(gè)程序段中，除了由地址符N為首的三位數(shù)組成的序號(hào)字（N×××）外，常用的功能字有：準(zhǔn)備功能字G；坐標(biāo)功能字X，Y，Z；輔助功能字M；進(jìn)給功能字F；主軸轉(zhuǎn)速功能字S和刀具功能字T等。

（1） 準(zhǔn)備功能字。 準(zhǔn)備功能字以地址符G為首，后跟二位數(shù)字（G00-G99）。 ISO1056 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)備功能G的規(guī)定見表1。我國的標(biāo)準(zhǔn)為JB3208—83，其規(guī)定ISO1056—1975（E）等效。 這些準(zhǔn)備功能包括：坐標(biāo)移動(dòng)或定位方法的指定；插補(bǔ)方式的指定；平面的選擇；螺紋、攻絲、固定循環(huán)等加工的指定；對(duì)主軸或進(jìn)給速度的說明；刀具補(bǔ)償或刀具偏置的指定等。 當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的G功能中選擇一部分與本系統(tǒng)相適應(yīng)的準(zhǔn)備功能，作為硬件設(shè)計(jì)及程序編制的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中那些“不指定”的準(zhǔn)備功能，必要時(shí)可用來規(guī)定為本系統(tǒng)特殊的準(zhǔn)備功能。

表1 ISO 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)備功能G的規(guī)定

代 碼

#p#分頁標(biāo)題#e#

功 能

說 明

代 碼

功 能

說 明

G00

點(diǎn)定位

 

G57

XY 平面直線位移

 

G01

直線插補(bǔ)

 

G58

XZ 平面直線位移

 

G02

順時(shí)針圓弧插補(bǔ)

 

G59

YZ 平面直線位移

 

G03

逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)

 

G60

準(zhǔn)確定位（精）

按規(guī)定公差定位

G04

暫停

執(zhí)行本段程序前暫停一段時(shí)間

G61

準(zhǔn)確定位（中）

按規(guī)定公差定位

G05

不指定

 

G62

準(zhǔn)確定位（粗）

按規(guī)定之較大公差定位

G06

拋物線插補(bǔ)

 

G63

攻絲

 

G07

不指定

 

G64-G67

不指定

 

G08

自動(dòng)加速

 

G68

內(nèi)角刀具偏置

 

G09

自動(dòng)減速

 

#p#分頁標(biāo)題#e#

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(huán)

取消 G81- G89 的固定循環(huán)

G18

選擇 ZX 平面

 

G81

鉆孔循環(huán)

 

G19

選擇 YZ 平面

 

G82

鉆或擴(kuò)孔循環(huán)

 

G20-G32

不指定

 

G83

鉆深孔循環(huán)

 

G33

切削等螺距旋紋

 

G84

攻絲循環(huán)

 

G34

切削增螺距旋紋

 

G85

鏜孔循環(huán) 1

 

G35

切削減螺距旋紋

 

G86

鏜孔循環(huán) 2

 

G36-G39

不指定

 

G87

鏜孔循環(huán) 3

 

G40

取消刀具補(bǔ)償

 

G88

鏜孔循環(huán) 4

#p#分頁標(biāo)題#e#

 

G41

刀具補(bǔ)償 - 左側(cè)

按運(yùn)動(dòng)方向看，

刀具在工件左側(cè)

G89

鏜孔循環(huán) 5

 

G42

刀具補(bǔ)償 - 右側(cè)

按運(yùn)動(dòng)方向看，

刀具在工件右側(cè)

G90

絕對(duì)值輸入方式

 

G43

正補(bǔ)償

刀補(bǔ)值加給給定坐標(biāo)值

G91

增量值輸入方式

 

G44

負(fù)補(bǔ)償

刀補(bǔ)值從給定坐標(biāo)值減

G92

預(yù)制寄存

修改尺寸字

不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)

G45

用于刀具補(bǔ)償

 

G93

按時(shí)間倒數(shù)給定進(jìn)給速度

 

G46-G52

用于刀具補(bǔ)償

 

G94

  進(jìn)給速度     （mm/min）

 

G53

直線位移功能取消

 

G95

進(jìn)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(zhuǎn)速

（ r/min ）

#p#分頁標(biāo)題#e#

取消 G96 的指定

G56

Z 軸直線位移

 

G98-G99

不指定

（2） 坐標(biāo)功能字。坐標(biāo)功能字（又稱為尺寸字）用來設(shè)定機(jī)床各坐標(biāo)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(fù)）及一串?dāng)?shù)字， 該數(shù)字一般以系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為單位，不使用小數(shù)點(diǎn)。一個(gè)程序段中有多個(gè)尺寸字時(shí)，一般按上述地址符順序排列。

（3） 進(jìn)給功能字。進(jìn)給功能字用來指定刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的速度。其單位一般為 mm/min。當(dāng)進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)時(shí)，如車螺紋、攻絲等，使用的單位為mm/r。進(jìn)給功能字以地址符“ F”為首，其后跟一串?dāng)?shù)字代碼。具體有以下幾種指定方法 ：

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

② 二位數(shù)代碼法：對(duì)于F后跟的二位數(shù)字代碼，規(guī)定了與00-99相對(duì)應(yīng)的速度表，除00與99外，數(shù)字代碼由01向98遞增時(shí)，速度是按等比關(guān)系上升的。比例系數(shù)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，F(xiàn)21為11.2 mm/min，F(xiàn)54為50 mm/min，F(xiàn)55為560mm/min等。 F00-F99的進(jìn)給速度對(duì)照關(guān)系見表2。

表2 二位數(shù)碼法進(jìn)給速度對(duì)照表 mm/min

代 碼

速 度

代 碼

速 度

代 碼

速 度

代 碼

速 度

代 碼

速 度

00

停

20

10.0

40

100

60

1000

80

10000

01

1.12

21

11.2

41

112

61

1120

81

11200

02

1.25

22

12.5

42

125

62

1250

82

12500

03

1.40

23

14.0

43

140

63

1400

83

14000

04

1.60

24

16.0

44

160

64

1600

84

16000

05

1.80

25

18.0

45

180

65

1800

85

18000

06

2.00

26

20.0

46

200

66

2000

86

20000

07

2.24

27

22.4

47

224

67

2240

87

22400

08

2.50

28

25.0

48

250

68

2500

88

25000

09

2.80

29

28.0

49

280

69

2800

89

28000

10

3.15

30

31.5

50

315

70

3150

90

31500

11

3.55

31

35.5

51

355

71

3550

91

35500

12

4.00

32

40.0

52

400

72

4000

92

40000

13

4.50

33

45.0

53

450

73

4500

93

45000

14

5.00

34

50.0

54

500

74

4500

94

50000

15

5.60

35

56.0

55

560

75

5600

95

56000

16

6.30

36

63.0

56

630

76

6300

96

63000

17

7.10

37

71.0

57

710

77

7100

97

71000

18

8.00

38

80.0

58

800

78

8000

98

80000

19

9.00

39

90.0

59

900

79

9000

99

高速

    ③ 一位數(shù)代碼法：對(duì)于速度擋較少的數(shù)控機(jī)床可用F后跟一位數(shù)字，即0-9來對(duì)應(yīng)10種預(yù)定的速度。

    ④ 直接指定法：像尺寸字中的坐標(biāo)位移量一樣，在 F 后面按照預(yù)定的單位直接寫上要求的進(jìn)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?dāng)?shù)字。它與F為首的進(jìn)給功能字一樣可采用三位、二位、一位數(shù)字代碼法或直接指定法。數(shù)字的意義、分擋辦法及對(duì)照表與進(jìn)給功能字通用。只是單位改為r/min。

   （5） 刀具功能字。當(dāng)系統(tǒng)具有換刀功能時(shí)，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(shù)字，代表刀具的編號(hào)。

   （6） 輔助功能字。輔助功能字以地址符M為首，其后跟二位數(shù)字（M00-M99）。ISO1056標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輔助功能M的規(guī)定見表3。此表等效于我國標(biāo)準(zhǔn)JB3208—83中關(guān)于M功能的規(guī)定。這些輔助功能包括：指定主軸的轉(zhuǎn)向與啟停；指定系統(tǒng)冷卻液的開與停；指定機(jī)械的夾緊與松開；指定工作臺(tái)等的固定直線與角位移；說明程序停止或紙帶結(jié)束等。標(biāo)準(zhǔn)中一些不指定的輔助功能可選作特殊用途。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的M代碼中選擇一部分本系統(tǒng)所需要的輔助功能代碼，作為有關(guān)部分線路設(shè)計(jì)及將來程序編制的依據(jù)。#p#分頁標(biāo)題#e#

表3 ISO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輔助功能M的規(guī)定

代 碼

功 能

說 明

代 碼

功 能

說 明

M00

程序停止

主軸、冷卻液停

M32-M35

不指定

M01

計(jì)劃的停止

需按鈕操作確認(rèn)才換行

M36

進(jìn)給速度范圍 1

不停車齒輪變速范圍

M02

程序結(jié)束

主軸、冷卻液停，機(jī)床復(fù)位

M37

進(jìn)給速度范圍 2

M03

主軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)

右旋螺紋進(jìn)入工件方向

M38

主軸速度范圍 1

不停車齒輪變轉(zhuǎn)速范圍

M04

主軸逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)

右旋螺紋離開工件方向

M39

主軸速度范圍 2

M05

主軸停止

冷卻液關(guān)閉

M40-M45

不指定

可用于齒輪換擋

M06

換刀

手動(dòng)或自動(dòng)換刀，不包括選刀

M46-M47

不指定

M07

2 號(hào)冷卻液開

M48

取消 M49

M08

1 號(hào)冷卻液開

M49

手動(dòng)速度修正失效

回至程序規(guī)定的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給率

M09

冷卻液停止

M50

3 號(hào)冷卻液開

M10

夾緊

工作臺(tái)、工件、夾具、主軸等

M51

4 號(hào)冷卻液開

M11

松開

M52-M54

不指定

M12

不指定

M55

刀具直線位移到預(yù)定位置 1

M13

主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)，冷卻液開

M56

刀具直線位移到預(yù)定位置 2

M14

主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)，冷卻液開

M57-M59

不指定

M15

正向快速移動(dòng)

M60

換工件

M16

反向快速移動(dòng)

M61

工件直線唯一到預(yù)定位置 1

M17-M18

不指定

M62

刀具直線位移到預(yù)定位置 2

M19

主軸準(zhǔn)停

主軸緩轉(zhuǎn)至預(yù)定角度停止

M63-70

不指定

M20-M29

不指定

M71

工件轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定角度 1

M30

紙帶結(jié)束

完成主軸冷卻液停止、機(jī)床復(fù)位、紙帶回卷等動(dòng)作

M72

工件轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定角度 2

M31

互鎖機(jī)構(gòu)暫時(shí)失效

M73-M99

不指定

2） 程序段格式

不同的數(shù)控機(jī)床根據(jù)功能的多少、數(shù)控裝置的復(fù)雜程度、編程是否簡(jiǎn)便直觀等不同要求而規(guī)定了不同的程序段格式。如果輸入程序的格式不符合規(guī)定，數(shù)控裝置就會(huì)報(bào)警出錯(cuò)。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(shù)控裝置簡(jiǎn)單，規(guī)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(shù)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(gè)字的有效位數(shù)較少時(shí)，要在前面用“0”補(bǔ)足規(guī)定的位數(shù)。所以各程序段所占穿孔帶的長(zhǎng)度為一定。這種格式的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但編程不直觀，穿孔帶較長(zhǎng)，應(yīng)用較少。

后來又產(chǎn)生了一種具有分隔符號(hào)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(hào)隔開，以表示地址的順序。如上例可寫成：

由于有分隔符號(hào)，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(yīng)的分隔符號(hào)（ 即各程序段的分隔符號(hào)數(shù)目相等） 。此種格式比前一種格式好，常用于功能不多的數(shù)控裝置，如線切割機(jī)床和某些數(shù)控銑床等。我國數(shù)控線切割機(jī)床采用的“ 3B ”或“ 4B ”格式指令就是典型的帶分隔符號(hào)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：

X

B

B

Y

J

G

Z

x 坐標(biāo)值

分隔符號(hào)

y 坐標(biāo)值

分隔符號(hào)

計(jì)數(shù)長(zhǎng)度

計(jì)數(shù)方向

加工指令

    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(gè)字之前都標(biāo)有地址碼用以識(shí)別地址，即如前述的由字母和數(shù)據(jù)組成的各種功能字，因此對(duì)不需要的字或與上一程序段相同的字都可省略。一個(gè)程序段內(nèi)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(shù)控機(jī)床。

對(duì)于字地址格式的程序段常常可以用一般形式來表示。如：

若將式（1—1）寫成一般形式，則為：

N3G2X ± 23Y ± 23F4S4T2M2                         （1—2）

式中