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机械数控编程基础及Mach3软件教程

一、机械数控编程基础

1.1数控编程的定义与作用

数控编程，简而言之，是将零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转/反转、切削液开/关等），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再将这一程序单中的内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。它是连接设计与制造的桥梁，是数控加工的核心环节，其质量直接影响零件的加工精度、生产效率和制造成本。

1.2数控编程的种类

数控编程通常可分为手工编程和自动编程两大类。

手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状较为简单的零件，数值计算较简单，程序段不多，手工编程即可完成。它要求编程人员熟悉数控代码及编程规则，具备一定的工艺知识和数值计算能力。手工编程是数控编程的基础，也是理解数控加工原理的关键。

自动编程则是利用计算机及其外围设备和相应的软件，自动完成零件加工程序的编制工作。编程人员只需根据零件图纸的要求，使用数控语言或CAD/CAM软件将零件的几何形状、加工工艺等信息输入计算机，由计算机自动进行数值计算、刀具轨迹生成、后置处理，最终输出零件加工程序。对于复杂形状的零件，如模具型腔、叶片等，自动编程能显著提高编程效率和质量。

1.3手工编程的基本步骤

手工编程的过程严谨而有序，一般包括以下几个步骤：

1.零件图分析：仔细阅读零件图纸，明确零件的材料、形状、尺寸、精度要求以及表面质量等，这是制定加工工艺的基础。

2.工艺处理：根据零件图的要求，结合数控机床的性能、刀具、夹具等资源，确定合理的加工方案。包括选择定位基准、装夹方式、加工顺序、刀具选择、切削用量（主轴转速、进给速度、切削深度）的确定等。

3.数学处理：根据零件的几何形状和确定的加工路线，计算出刀具中心运动轨迹的坐标值。对于简单的轮廓，计算较为简单；对于复杂的曲线曲面，则需要运用解析几何或数值计算方法求解基点或节点坐标。

4.编写程序单：按照选定的数控机床的指令代码和程序格式，将工艺处理和数学处理的结果，逐段编写成加工程序。

5.制作控制介质：将编写好的程序单上的内容，通过键盘输入到计算机中，存储为特定格式的文件（如文本文件），作为控制数控机床的介质。

1.4数控程序的结构与常用代码

1.4.1程序结构

一个完整的数控加工程序由若干个程序段组成，每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址符和数字组成。例如：

`O0001`（程序号）

`N10G00G90X100.0Y50.0S1000M03`（程序段）

`N20G01X150.0Y80.0F200`

`N30M30`（程序结束）

*程序号（ProgramNumber）：以地址符O（或%）开头，后跟若干数字，用于识别和调用程序。

*程序段（Block）：程序的基本单元，由一个或多个指令字组成，以程序段结束符（通常是“;”或“LF”）结束。每个程序段通常表示一个加工步骤。

*字（Word）：由地址符和其后的数字组成，代表一个具体的指令或参数。如G01、X100.0、F200等。

*地址符（AddressCharacter）：用于指明字的含义，如G表示准备功能，M表示辅助功能，X、Y、Z表示坐标轴移动指令，F表示进给速度，S表示主轴转速，T表示刀具号等。

1.4.2常用G代码（准备功能指令）

G代码是使数控机床建立起某种加工方式的指令，它由字母G和其后的两位或三位数字组成。常用的G代码有：

*G00：快速定位。刀具以系统设定的最快速度移动到指定位置，不进行切削。

*G01：直线插补。刀具以指定的进给速度沿直线移动到目标点，进行切削加工。

*G02：顺时针圆弧插补。

*G03：逆时针圆弧插补。

*G04：暂停（延时）指令。用于进给暂停，如钻孔时的孔底停留。

*G17：选择XY平面。

*G18：选择XZ平面。

*G19：选择YZ平面。

*G20：英制单位。

*G21：公制单位（默认）。

*G90：绝对坐标编程。所有坐标值均以编程原点为基准。

*G91：相对坐标编程。所有坐标值均以上一位置为基准的增量值。

*G92：设定工件坐标系（坐标系偏置）。

*G54-G59：选择工件坐标系1-6。这是目前更常用的设定工件坐标系的方法，通过机床操作面板预先设定。

1.4.3常用M代码（辅助功能指令）

M代码用于控制机床的辅助动作，如主轴的启停、冷却液的开关、换刀等。常用的M代码有：

*M00：程序停止。执行完该指令后，机