世纪星车床数控系统资料.docx
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世纪星车床数控系统资料
世纪星车床数控系统
HNC-21/22T
编程说明书
华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心
武汉华中数控股份有限公司
2003年6月
前言
非常感谢您选用了本公司生产的HNC-21/22世纪星系列数控系统。
本说明书详细介绍了数控编程基本知识、指令体系、各指令功能的特点、注意事项和宏指令编程方法，并配以大量典型编程实例和图例加以说明。
既可作为世纪星车床数控系统产品说明书，也可作为数控编程的培训教材。
在使用本产品前，请先仔细阅读本说明书，以达到最佳使用效果。
请妥善保存说明书，并交最终使用者认真阅读。
本说明书版权为武汉华中数控股份有限公司所有。
华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心
武汉华中数控股份有限公司
2003年5月
第一章概述
本书针对HNC-21/22T世纪星数控车床系统进行编程说明，其编程语言为广泛使用的ISO码。
本章旨在对本说明书中提到的一些基本概念进行解释。
1.1数控编程概述
零件程序是由数控装置专用编程语言书写的一系列指令组成的（应用得最广泛的是ISO码：
国际标准化组织规定的代码）。
]
数控装置将零件程序转化为对机床的控制动作。
最常使用的程序存储介质是磁盘和网络。
1.2数控编程基本知识
1.2.1机床坐标轴
为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一的标准，规定直线进给坐标轴用X，Y，Z表示，常称基本坐标轴。
X，Y，Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，如图1.2.1所示，图中大姆指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。
围绕X，Y，Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A，B，C表示，根据右手螺旋定则，如图所示，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A，+B，+C方向。
数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着工件运动来实现。
上述坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的方向。
如果是工件移动则用加“′”的字母表示，按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：
+X=-X′,+Y=-Y′,+Z=-Z′，
+A=-A′,+B=-B′,+C=-C′
同样两者运动的负方向也彼此相反。
机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局，对车床而言：
——Z轴与主轴轴线重合，沿着Z轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离；
——X轴垂直于Z轴，对应于转塔刀架的径向移动，沿着X轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离；
——Y轴（通常是虚设的）与X轴和Z轴一起构成遵循右手定则的坐标系统。
图1.2.2车床坐标轴及其方向
注：
1、本说明书针对数控车床进行说明,其为X、Z两轴联动
2、其中实例图形中坐标系情况如下:
实线刀具代表上位刀架机床，其坐标系为：
X轴向上为正，Z轴向右为正；
虚线刀具代表下位刀架机床，其坐标系为：
X轴向下为正，Z轴向右为正。
两种刀架方向的机床，其程序及相应设置相同。
1.2.2机床坐标系、机床零点和机床参考点
机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。
在机床经过设计、制造和调整后，这个原点便被确定下来，它是固定的点。
数控装置上电时并不知道机床零点，为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。
机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。
机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。
机床坐标轴的机械行程是由最大和最小限位开关来限定的。
机床坐标轴的有效行程范围是由软件限位来界定的，其值由制造商定义。
机床零点（OM）、机床参考点（Om）、机床坐标轴的机械行程及有效行程的关系如图1.2.3所示。
1.2.3工件坐标系、程序原点和对刀点
工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点（也称程序原点），建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。
工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。
工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。
一般情况下，程序原点应选在尺寸标注的基准或定位基准上。
对车床编程而言，工件坐标系原点一般选在，工件轴线与工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交点上。
对刀点是零件程序加工的起始点，对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。
可以通过CNC将相对于程序原点的任意点的坐标转换为相对于机床零点的坐标。
加工开始时要设置工件坐标系，用G92指令可建立工件坐标系；用G54~G59及刀具指令可选择工件坐标系。
第二章零件程序的结构
一个零件程序是一组被传送到数控装置中去的指令和数据。
一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字组成的。
如图2.1所示。
2.1指令字的格式
一个指令字是由地址符（指令字符）和带符号（如定义尺寸的字）或不带符号（如准备功能字G代码）的数字数据组成的。
程序段中不同的指令字符及其后续数值确定了每个指令字的含义。
在数控程序段中包含的主要指令字符如表2.1所示。
表2.1指令字符一览表
机能
地址
意义
零件程序号
%
程序编号：
%1~4294967295
程序段号
N
程序段编号：
N0~4294967295
准备机能
G
指令动作方式（直线、圆弧等）G00-99
尺寸字
X，Y，Z
A，B，C
U，V，W
坐标轴的移动命令±99999.999
R
圆弧的半径，固定循环的参数
I，J，K
圆心相对于起点的坐标，固定循环的参数
进给速度
F
进给速度的指定F0~24000
主轴机能
S
主轴旋转速度的指定S0~9999
刀具机能
T
刀具编号的指定T0~99
辅助机能
M
机床侧开/关控制的指定M0~99
补偿号
D
刀具半径补偿号的指定00~99
暂停
P，X
暂停时间的指定秒
程序号的指定
P
子程序号的指定P1~4294967295
重复次数
L
子程序的重复次数，固定循环的重复次数
参数
P,Q,R,U,W,I,K,C,A
车削复合循环参数
倒角控制
C,R
2.2程序段的格式
一个程序段定义一个将由数控装置执行的指令行。
程序段的格式定义了每个程序段中功能字的句法，如图2.2.1所示。
2.3程序的一般结构
一个零件程序必须包括起始符和结束符。
一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序执行的，但书写程序时，建议按升序书写程序段号。
华中世纪星数控装置HNC-21T的程序结构：
程序起始符：
%（或O）符，%（或O）后跟程序号；
程序结束：
M02或M30；
注释符：
括号（）内或分号；后的内容为注释文字；
2.4程序的文件名
CNC装置可以装入许多程序文件，以磁盘文件的方式读写。
文件名格式为（有别于DOS的其他文件名）：
O××××（地址O后面必须有四位数字或字母）
本系统通过调用文件名来调用程序，进行加工或编辑。
第三章HNC-21/22T数控系统的编程指令体系
3.1辅助功能M代码
辅助功能由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作。
M功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。
●非模态M功能（当段有效代码）：
只在书写了该代码的程序段中有效；
●模态M功能（续效代码）：
一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。
模态M功能组中包含一个缺省功能（见表3.1），系统上电时将被初始化为该功能。
另外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能二类。
●前作用M功能：
在程序段编制的轴运动之前执行；
●后作用M功能：
在程序段编制的轴运动之后执行。
华中世纪星HNC-21T数控装置M指令功能如表3.1所示（标记者为缺省值）：
表3.1M代码及功能
代码
模态
功能说明
代码
模态
功能说明
M00
非模态
程序停止
M03
模态
主轴正转起动
M02
非模态
程序结束
M04
模态
主轴反转起动
M30
非模态
程序结束并返
回程序起点
M05
模态
主轴停止转动
M07
模态
切削液打开
M98
非模态
调用子程序
M08
模态
切削液打开
M99
非模态
子程序结束
M09
模态
切削液停止
其中：
●M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC内定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，也就是说，与PLC程序无关；
●其余M代码用于机床各种辅助功能的开关动作，其功能不由CNC内定，而是由PLC程序指定，所以有可能因机床制造厂不同而有差异（表内为标准PLC指定的功能），请使用者参考机床说明书。
3.1.1CNC内定的辅助功能
（1）程序暂停M00
当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。
暂停时，机床的进给停止，而全部现存的模态信息保持不变，欲继续执行后续程序，重按操作面板上的“循环启动”键。
M00为非模态后作用M功能。
（2）程序结束M02
M02一般放在主程序的最后一个程序段中。
当CNC执行到M02指令时，机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束。
使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序，就得重新调用该程序，或在自动加工子菜单下按子菜单F4键（请参考HNC-21T操作说明书），然后再按操作面板上的“循环启动”键。
M02为非模态后作用M功能。
。
（3）程序结束并返回到零件程序头M30
M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头（%）的作用。
使用M30的程序结束后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“循环启动”键。
（4）子程序调用M98及从子程序返回M99
M98用来调用子程序。
M99表示子程序结束，执行M99使控制返回到主程序。
（i）子程序的格式
%****
……
M99
在子程序开头，必须规定子程序号，以作为调用入口地址。
在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。
（ii）调用子程序的格式
M98P_L_
P：
被调用的子程序号
L：
重复调用次数
注：
可以带参数调用子程序，请参考附录1。
G65指令的功能和参数与M98相同。
例1：
如图3.1.1（该例为半径编程）
%3110（主程序程序名）
N1G92X16Z1（设立坐标系，定义对刀点的位置）
N2G37G00Z0M03（移到子程序起点处、主轴正转）
N3M98P0003L6（调用子程序，并循环6次）
N4G00X16Z1（返回对刀点）
N5G36（取消半径编程）
N6M05（主轴停）
N7M30（主程序结束并复位）
%0003（子程序名）
N1G01U-12F100（进刀到切削起点处，注意留下后面切削的余量）
N2G03U7.385W-4.923R8（加工R8园弧段）
N3U3.215W-39.877R60（加工R60园弧段）
N4G02U1.4W-28.636R40（加工切R40园弧段）
N5G00U4（离开已加工表面）
N6W73.436（回到循环起点Z轴处）
N7G01U-4.8F100（调整每次循环的切削量）
N8M99（子程序结束，并回到主程序）
3.1.2PLC设定的辅助功能
（1）主轴控制指令M03、M04、M05
M03启动主轴以程序中编制的主轴速度顺时针方向（从Z轴正向朝Z轴负向看）旋转。
M04启动主轴以程序中编制的主轴速度逆时针方向旋转。
M05使主轴停止旋转。
M03、M04为模态前作用M功能；M05为模态后作用M功能，M05为缺省功能。
M03、M04、M05可相互注销。
（2）冷却液打开、停止指令M07、M08、M09
M07、M08指令将打开冷却液管道。
M09指令将关闭冷却液管道。
M07、M08为模态前作用M功能；M09为模态后作用M功能，M09为缺省功能。
3.2主轴功能S、进给功能F和刀具功能T
3.2.1主轴功能S
主轴功能S控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度，单位为转/每分钟（r/min）。
恒线速度功能时S指定切削线速度，其后的数值单位为米/每分钟（m/min）。
（G96恒线速度有效、G97取消恒线速度）
S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。
S所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调。
3.2.2进给速度F
F指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G94（每分钟进给量mm/min）或G95（主轴每转一转刀具的进给量mm/r）。
使用下式可以实现每转进给量与每分钟进给量的转化。
fm=fr×S
fm：
每分钟的进给量：
（mm/min）
fr：
每转进给量：
（mm/r）
S：
主轴转数，（r/min）
当工作在G01，G02或G03方式下，编程的F一直有效，直到被新的F值所取代，而工作在G00方式下，快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。
借助机床控制面板上的倍率按键，F可在一定范围内进行倍率修调。
当执行攻丝循环G76、G82，螺纹切削G32时，倍率开关失效，进给倍率固定在100％。
[注]1、当使用每转进给量方式时，必须在主轴上安装一个位置编码器。
2、直径编程时，X轴方向的进给速度为：
半径的变化量/分、半径的变化量/转。
3.2.3刀具功能（T机能）
T代码用于选刀，其后的4位数字分别表示选择的刀具号和刀具补偿号。
T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的，请参考机床厂家的说明书。
执行T指令，转动转塔刀架，选用指定的刀具。
当一个程序段同时包含T代码与刀具移动指令时：
先执行T代码指令，而后执行刀具移动指令。
T指令同时调入刀补寄存器中的补偿值。
刀具补偿功能将在3.3.5节详述。
3.3准备功能G代码
准备功能G指令由G后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。
G功能根据功能的不同分成若干组，其中00组的G功能称非模态G功能，其余组的称模态G功能。
●非模态G功能：
只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销；
●模态G功能：
一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的G功能注销为止。
模态G功能组中包含一个缺省G功能，上电时将被初始化为该功能。
没有共同地址符的不同组G代码可以放在同一程序段中，而且与顺序无关。
例如，G90、G17可与G01放在同一程序段。
华中世纪星HNC-21T数控装置G功能指令见表3.2。
表3.2准备功能一览表
G代码
组
功能
参数（后续地址字）
G00
G01
G02
G03
01
快速定位
直线插补
顺园插补
逆园插补
X，Z
同上
X，Z，I，K，R
同上
G04
00
暂停
P
G20
G21
08
英寸输入
毫米输入
X，Z
同上
G28
G29
00
返回刀参考点
由参考点返回
G32
01
螺纹切削
X，Z，R,E,P,F
G36
G37
17
直径编程
半径编程
G40
G41
G42
09
刀尖半径补偿取消
左刀补
右刀补
T
T
G54
G55
G56
G57
G58
G59
11
坐标系选择
G65
宏指令简单调用
P，A～Z
G71
G72
G73
G76
G80
G81
G82
06
外径/内径车削复合循环
端面车削复合循环
闭环车削复合循环
螺纹切削复合循环
外径/内径车削固定循环
端面车削固定循环
螺纹切削固定循环
X，Z，U，W，C，P，
Q，R，E
X，Z，I，K，C，P，
R，E
G90
G91
13
绝对编程
相对编程
G92
00
工件坐标系设定
X，Z
G94
G95
14
每分钟进给
每转进给
G96
G97
16
恒线速度切削
S
注意：
[1]00组中的G代码是非模态的，其他组的G代码是模态的；
[2]标记者为缺省值。
3.3.1有关单位设定的G功能
（1）尺寸单位选择G20，G21
格式：
G20
G21
说明：
G20：
英制输入制式；
G21：
公制输入制式；
两种制式下线性轴、旋转轴的尺寸单位如表3.3所示。
表3.3尺寸输入制式及其单位
线性轴
旋转轴
英制（G20）
英寸
度
公制（G21）
毫米
度
G20、G21为模态功能，可相互注销，G21为缺省值。
（2）进给速度单位的设定G94、G95
格式：
G94[F_]；
G95[F_]；
说明：
G94：
每分钟进给；
G95：
每转进给。
G94为每分钟进给。
对于线性轴，F的单位依G20/G21的设定而为mm/min或in/min；对于旋转轴，F的单位为度/min。
G95为每转进给，即主轴转一周时刀具的进给量。
F的单位依G20/G21的设定而为mm/r或in/r。
这个功能只在主轴装有编码器时才能使用。
G94、G95为模态功能，可相互注销，G94为缺省值。
3.3.2有关坐标系和坐标的G功能
（1）绝对值编程G90与相对值编程G91
格式：
G90
G91
说明：
G90：
绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的。
G91：
相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。
绝对编程时，用G90指令后面的X、Z表示X轴、Z轴的坐标值；
增量编程时，用U、W或G91指令后面的X、Z表示X轴、Z轴的增量值；
其中表示增量的字符U、W不能用于循环指令G80、G81、G82、G71、G72、G73、G76程序段中，但可用于定义精加工轮廓的程序中
G90、G91为模态功能，可相互注销，G90为缺省值。
例1．如图3.3.0所示，使用G90、G91编程：
要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点，然后回到原点。
图3.3.0G90/G91编程
选择合适的编程方式可使编程简化。
当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对方式编程较为方便；而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时，采用相对方式编程较为方便。
G90、G91可用于同一程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。
（2）坐标系设定G92
格式：
G92X_Z_
说明：
X、Z：
对刀点到工件坐标系原点的有向距离。
当执行G92X
Z
指令后，系统内部即对（
，
）进行记忆，并建立一个使刀具当前点坐标值为（
，
）的坐标系，系统控制刀具在此坐标系中按程序进行加工。
执行该指令只建立一个坐标系，刀具并不产生运动。
G92指令为非模态指令，
执行该指令时，若刀具当前点恰好在工件坐标系的
和
坐标值上，既刀具当前点在对刀点位置上，此时建立的坐标系即为工件坐标系，加工原点与程序原点重合。
若刀具当前点不在工件坐标系的
和
坐标值上，则加工原点与程序原点不一致，加工出的产品就有误差或报废，甚至出现危险。
因此执行该指令时，刀具当前点必须恰好在对刀点上即工件坐标系的
和
坐标值上，
由上可知要正确加工，加工原点与程序原点必须一致，故编程时加工原点与程序原点考虑为同一点。
实际操作时怎样使两点一致，由操作时对刀完成。
图3.3.1G92设立坐标系
例如，图3.3.1所示坐标系的设定，当以工件左端面为工件原点时，应按下行建立工件坐标系。
G92X180Z254;
当以工件右端面为工件原点时，应按下行建立工件坐标系。
G92X180Z44；
显然，当
、
不同，或改变刀具位置时，既刀具当前点不在对刀点位置上，则加工原点与程序原点不一致。
因此在执行程序段G92X
Z
前，必须先对刀。
X、Z值的确定，即确定对刀点在工件坐标系下的坐标值。
其选择的一般原则为：
1、方便数学计算和简化编程；
2、容易找正对刀；
3、便于加工检查；
4、引起的加工误差小；
5、不要与机床、工件发生碰撞；
6、方便拆卸工件；
7、空行程不要太长；
（3）坐标系选择G54~G59
格式：
说明：
G54~G59是系统预定的6个坐标系（如图3.3.2），可根据需要任意选用。
加工时其坐标系的原点，必须设为工件坐标系的原点在机床坐标系中的坐标值，否则加工出的产品就有误差或报废，甚至出现危险。
这6个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值（工件零点偏置值）可用MDI方式输入，系统自动记忆。
工件坐标系一旦选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。
G54~G59为模态功能，可相互注销，G54为缺省值。
例3．如图3.3.3所示，使用工件坐标系编程：
要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点。
注意：
1、使用该组指令前，先用MDI方式输入各坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值。
2、使用该组指令前，必须先回参考点
（4）直接机床坐标系编程G53
G53是机床坐标系编程，在含有G53的程序段中，绝对值编程时的指令值是在机床坐标系中的坐标值。
其为非模态指令。
（5）直径方式和半径方式编程
格式：
G36
G37
说明：
G36直径编程
G37半径编程
数控车床的工件外形通常是旋转体，其X轴尺寸可以用两种方式加以指定：
直径方式和半径方式。
G36为缺省值，机床出厂一般设为直径编程。
本说明书例题，未经说明均为直径编程。
例4.按同样的轨迹分别用直径、半径编程，加工图3.3.4工件，
图3.3.4直径/半径编程
注意：
1、在直径编程下，应注意的条件请见本书后面的附表2
2、使用直径、半径编程时，系统参数设置要求与之对应
3.3.3进给控制指令
（1）快速定位G00
格式：
G00X（U）_Z（W）_
说明：
X、Z：
为绝对编程时，快速定位终点在工件坐标系中的坐标；
U、W：
为增量编程时，快速定位终点相对于起点的位移量；
G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。
G00指令中的快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用F规定。
G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。
快移速度可由面板上的快速修调按钮修正。
G00为模态功能，可由G
升级会员 