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数控机床的有关功能规定
前已叙述，数控机床的核心是数控装置，这实际上是一台控制计算机，它是执行运算功能、指挥数控机床进行自动加工的主要组成部分。这些年来，随着技术的发展，数控系统的功能不断扩大，人们使用起来日益方便。因此，学习数控系统的功能，弄清它的概念，是数控入门的重要一环。限于篇幅，这里只能把一些常用的基本功能作以介绍。
数控机床程序编制的有关规定
众所周知，使用数控机床的目的是要有效地高质量地加工出合格的零件来，所谓合格的零件必须是符合图纸要求的产品。而机床怎么会知道图纸的要求呢？这必须由人来告诉它。人又是以何种方式、以什么规则和约定告诉给机床的呢？这就必须制定出数控机床程序编制的规则来。换言之，我们必须把零件的图纸尺寸、工艺路线、切削参数等内容，用数控机床能够接受的数字及文字代码来表示，再根据代码的规定形式制成输入介质（如穿孔带、磁带、卡片等），然后将输入介质所记载的信息输入到数控装置中去，从而才能自动控制机床进行加工。
这种从零件图到制成输入介质的过程叫做数控机床的程序编制。数控机床的程序编制分为手工编程和自动编程两种。手工编程的一般步骤包括工艺处理、运动轨迹的坐标计算、填写程序单、制备输入介质和程序校核等。自动编程过程也是按上述步骤进行的，只不过其中的大部分工作是由计算机或自动编程器来完成的。根据输入方式的不同，自动编程分为语言输入、图形输入和语音输入三种方式。自动编程语言常见的有APT，SKC—1，ZCX—1等。为了使机床能够接收所编制的程序，必须有相应的规定。下面分别叙述这些概念。
1、穿孔带和代码
数控机床的信息读入方式有两种：一是手动输入方式；二是自动输入方式。因此作为数控机床信息载体的控制介质也有两类：一类是自动输入时的穿孔带、穿孔卡片、磁带、磁盘等；另一类是控制台手动输入时的键盘、波段开关、手动数据输入（MDI）等等。穿孔带由于有机械的固定代码孔，不易受环境（如磁场）的影响，便于长期保存和重复使用，且程序的存储量大，故至今仍是许多数控机床主要的常用的信息输入方式。
2、程序段格式
在编制数控机床程序时，首先要根据机床的脉冲当量确定坐标值，然后根据其程序段格式编制数控程序。所谓程序段，就是指为了完成某一动作要求所需的功能“字”的组合。“字”是表示某一功能的一组代码符号，如X2500为一个字，表示X向尺寸为2500；F20为一个字，表示进给速度为20。程序段格式是指一个程序段中各字的排列顺序及其表达形式。常用的程序段格式有三种，即固定顺序程序段格式、带有分隔符的固定顺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”组成的，因此，以下先介绍常用功能字，然后再介绍程序段格式。
1） 常用功能字
一个程序段中，除了由地址符N为首的三位数组成的序号字（N×××）外，常用的功能字有：准备功能字G；坐标功能字X，Y，Z；辅助功能字M；进给功能字F；主轴转速功能字S和刀具功能字T等。
（1） 准备功能字。 准备功能字以地址符G为首，后跟二位数字(G00-G99)。 ISO1056 标准对准备功能G的规定见表1—3。我国的标准为JB3208—83，其规定ISO1056—1975(E)等效。 这些准备功能包括：坐标移动或定位方法的指定；插补方式的指定；平面的选择；螺纹、攻丝、固定循环等加工的指定；对主轴或进给速度的说明；刀具补偿或刀具偏置的指定等。 当设计一个机床数控系统时，要在标准规定的G功能中选择一部分与本系统相适应的准备功能，作为硬件设计及程序编制的依据。标准中那些“不指定”的准备功能，必要时可用来规定为本系统特殊的准备功能。
表 1 — 3 ISO 标准对准备功能 G 的规定
|
代 码 |
功 能 |
说 明 |
代 码 |
功 能 |
说 明 |
|
G00 |
点定位 |
G57 |
XY 平面直线位移 |
||
|
G01 |
直线插补 |
G58 |
XZ 平面直线位移 |
||
|
G02 |
顺时针圆弧插补 |
G59 |
YZ 平面直线位移 |
||
|
G03 |
逆时针圆弧插补 |
G60 |
准确定位（精） |
按规定公差定位 | |
|
G04 |
暂停 |
执行本段程序前暂停一段时间 |
G61 |
准确定位（中） |
按规定公差定位 |
|
G05 |
不指定 |
G62 |
准确定位（粗） |
按规定之较大公差定位 | |
|
G06 |
抛物线插补 |
G63 |
攻丝 |
||
|
G07 |
不指定 |
G64-G67 |
不指定 |
||
|
G08 |
自动加速 |
G68 |
内角刀具偏置 |
||
|
G09 |
自动减速 |
G69 |
外角刀具偏置 |
||
|
G10-G16 |
不指定 |
G70-G79 |
不指定 |
||
|
G17 |
选择 XY 平面 |
G80 |
取消固定循环 |
取消 G81- G89 的固定循环 | |
|
G18 |
选择 ZX 平面 |
G81 |
钻孔循环 |
||
|
G19 |
选择 YZ 平面 |
G82 |
钻或扩孔循环 |
||
|
G20-G32 |
不指定 |
G83 |
钻深孔循环 |
||
|
G33 |
切削等螺距旋纹 |
G84 |
攻丝循环 |
||
|
G34 |
切削增螺距旋纹 |
G85 |
镗孔循环 1 |
||
|
G35 |
切削减螺距旋纹 |
G86 |
镗孔循环 2 |
||
|
G36-G39 |
不指定 |
G87 |
镗孔循环 3 |
||
|
G40 |
取消刀具补偿 |
G88 |
镗孔循环 4 |
||
|
G41 |
刀具补偿 - 左侧 |
按运动方向看， 刀具在工件左侧 |
G89 |
镗孔循环 5 |
|
|
G42 |
刀具补偿 - 右侧 |
按运动方向看， 刀具在工件右侧 |
G90 |
绝对值输入方式 |
|
|
G43 |
正补偿 |
刀补值加给给定坐标值 |
G91 |
增量值输入方式 |
|
|
G44 |
负补偿 |
刀补值从给定坐标值减 |
G92 |
预制寄存 |
修改尺寸字 不产生运动 |
|
G45 |
用于刀具补偿 |
G93 |
按时间倒数给定进给速度 |
||
|
G46-G52 |
用于刀具补偿 |
G94 |
进给速度 （mm/min） |
||
|
G53 |
直线位移功能取消 |
G95 |
进给速度 （mm/r（主轴）） |
||
|
G54 |
X 轴直线位移 |
G96 |
主轴恒线速度 （ m/min ） |
||
|
G55 |
Y 轴直线位移 |
G97 |
主轴转速 （ r/min ） |
取消 G96 的指定 | |
|
G56 |
Z 轴直线位移 |
G98-G99 |
不指定 |
（2） 坐标功能字。坐标功能字(又称为尺寸字)用来设定机床各坐标之位移量。它一般使用 X，Y，Z ，U ，V ，W ，P ，Q ，R ，A ，B ，C ，D ，E 等地址符为首，在地址符后紧跟着“+”(正)或“—”(负)及一串数字， 该数字一般以系统脉冲当量为单位，不使用小数点。一个程序段中有多个尺寸字时，一般按上述地址符顺序排列。
（3） 进给功能字。进给功能字用来指定刀具相对工件运动的速度。其单位一般为 mm/min。当进给速度与主轴转速有关时，如车螺纹、攻丝等，使用的单位为mm/r。进给功能字以地址符“ F”为首，其后跟一串数字代码。具体有以下几种指定方法 ：
① 三位数代码法：F后跟三位数字，第一位为进给速度的整数位加上“3”，后二位是进给速度的前二位有效数字。如 1728mm/min的进给速度用F717指定；15.25mm/min的进给速度用F515指定；0.1537mm/min 的进给速度用 F315 指定等。
② 二位数代码法：对于F后跟的二位数字代码，规定了与00-99相对应的速度表，除00与99外，数字代码由01向98递增时，速度是按等比关系上升的。比例系数为10的20次方根( ≈1.12)，即相邻的后一速度比前一速度增加约12%。如 F20为10mm/min，F21为11.2 mm/min，F54为50 mm/min，F55为560mm/min等。 F00-F99的进给速度对照关系见表1—4。
表 1 — 4 二位数码法进给速度对照表 mm/min
|
代 码 |
速 度 |
代 码 |
速 度 |
代 码 |
速 度 |
代 码 |
速 度 |
代 码 |
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 一位数代码法：对于速度挡较少的数控机床可用F后跟一位数字，即0-9来对应10种预定的速度。
④ 直接指定法：像尺寸字中的坐标位移量一样，在 F 后面按照预定的单位直接写上要求的进给速度。
（4） 主轴速度功能字。主轴速度功能字用来指定主轴速度，单位为r/min，它以地址符S为首，后跟一串数字。它与F为首的进给功能字一样可采用三位、二位、一位数字代码法或直接指定法。数字的意义、分挡办法及对照表与进给功能字通用。只是单位改为r/min。
（5） 刀具功能字。当系统具有换刀功能时，刀具功能字用以选择替换的刀具。刀具功能字以地址符T为首，其后一般跟二位数字，代表刀具的编号。
（6） 辅助功能字。辅助功能字以地址符M为首，其后跟二位数字(M00-M99)。ISO1056标准对辅助功能M的规定见表1—5。此表等效于我国标准JB3208—83中关于M功能的规定。这些辅助功能包括：指定主轴的转向与启停；指定系统冷却液的开与停；指定机械的夹紧与松开；指定工作台等的固定直线与角位移；说明程序停止或纸带结束等。标准中一些不指定的辅助功能可选作特殊用途。当设计一个机床数控系统时，要在标准规定的M代码中选择一部分本系统所需要的辅助功能代码，作为有关部分线路设计及将来程序编制的依据。
表1—5 ISO 标准对辅助功能 M 的规定
|
代 码 |
功 能 |
说 明 |
代 码 |
功 能 |
说 明 |
|
M00 |
程序停止 |
主轴、冷却液停 |
M32-M35 |
不指定 |
|
|
M01 |
计划的停止 |
需按钮操作确认才换行 |
M36 |
进给速度范围 1 |
不停车齿轮变速范围 |
|
M02 |
程序结束 |
主轴、冷却液停，机床复位 |
M37 |
进给速度范围 2 |
|
|
M03 |
主轴顺时针方向转 |
右旋螺纹进入工件方向 |
M38 |
主轴速度范围 1 |
不停车齿轮变转速范围 |
|
M04 |
主轴逆时针方向转 |
右旋螺纹离开工件方向 |
M39 |
主轴速度范围 2 |
|
|
M05 |
主轴停止 |
冷却液关闭 |
M40-M45 |
不指定 |
可用于齿轮换挡 |
|
M06 |
换刀 |
手动或自动换刀，不包括选刀 |
M46-M47 |
不指定 |
|
|
M07 |
2 号冷却液开 |
M48 |
取消 M49 |
||
|
M08 |
1 号冷却液开 |
M49 |
手动速度修正失效 |
回至程序规定的转速或进给率 | |
|
M09 |
冷却液停止 |
M50 |
3 号冷却液开 |
||
|
M10 |
夹紧 |
工作台、工件、夹具、主轴等 |
M51 |
4 号冷却液开 |
|
|
M11 |
松开 |
M52-M54 |
不指定 |
||
|
M12 |
不指定 |
M55 |
刀具直线位移到预定位置 1 |
||
|
M13 |
主轴顺时针转，冷却液开 |
M56 |
刀具直线位移到预定位置 2 |
||
|
M14 |
主轴逆时针转，冷却液开 |
M57-M59 |
不指定 |
||
|
M15 |
正向快速移动 |
M60 |
换工件 |
||
|
M16 |
反向快速移动 |
M61 |
工件直线唯一到预定位置 1 |
||
|
M17-M18 |
不指定 |
M62 |
刀具直线位移到预定位置 2 |
||
|
M19 |
主轴准停 |
主轴缓转至预定角度停止 |
M63-70 |
不指定 |
|
|
M20-M29 |
不指定 |
M71 |
工件转动到预定角度 1 |
||
|
M30 |
纸带结束 |
完成主轴冷却液停止、机床复位、纸带回卷等动作 |
M72 |
工件转动到预定角度 2 |
|
|
M31 |
互锁机构暂时失效 |
M73-M99 |
不指定 |
2） 程序段格式
不同的数控机床根据功能的多少、数控装置的复杂程度、编程是否简便直观等不同要求而规定了不同的程序段格式。如果输入程序的格式不符合规定，数控装置就会报警出错。常见的程序段格式有固定顺序式、带分隔符TAB的固定顺序式和字地址格式三种。
早期由于数控装置简单，规定了一种称之为固定顺序的程序段格式，例如：
以这种格式编制的程序，各字均无地址码，字的顺序即为地址的顺序，各字的顺序及字符行数是固定的(不管某一字的需要与否)，即使与上一段相比某些字没有改变，也要重写而不能略去。一个字的有效位数较少时，要在前面用“0”补足规定的位数。所以各程序段所占穿孔带的长度为一定。这种格式的控制系统简单，但编程不直观，穿孔带较长，应用较少。
后来又产生了一种具有分隔符号TAB的固定顺序段格式。其基本形式与上述格式相同，只是各字间用分隔符号隔开，以表示地址的顺序。如上例可写成：
由于有分隔符号，不需要的字或与上程序段相同的字可以省略，但必须保留相应的分隔符号( 即各程序段的分隔符号数目相等) 。此种格式比前一种格式好，常用于功能不多的数控装置，如线切割机床和某些数控铣床等。我国数控线切割机床采用的“ 3B ”或“ 4B ”格式指令就是典型的带分隔符号的固定顺序格式。其 3B 格式的一般表示为： B X B Y B J G Z 其具体意义如下：
X B B Y J G Z x 坐标值 分隔符号 y 坐标值 分隔符号 计数长度 计数方向 加工指令
目前使用最多的则是字地址程序段格式(也称为使用地址符的可变程序段格式)。以这种格式表示的程序段，每一个字之前都标有地址码用以识别地址，即如前述的由字母和数据组成的各种功能字，因此对不需要的字或与上一程序段相同的字都可省略。一个程序段内的各字也可以不按顺序(但为了编程方便，常按一定的顺序)排列。采用这种格式虽然增加了地址读入电路，但编程直观灵活，便于检查，可缩短穿孔带，广泛用于车、铣等数控机床。
对于字地址格式的程序段常常可以用一般形式来表示。如：
N134 G01X — 32000Y + 47000F1020S1250 T16 M06 (1—1)
若将式(1—1)写成一般形式，则为：
N3G2X ± 23Y ± 23F4S4T2M2 (1—2 )式中
工商网监
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