图1-9  对刀仪示意图

（2）机外对刀仪的组成

q        刀柄定位机构

对刀仪的刀柄定位机构与标准刀柄相对应，它是测量的基准，所以要有很高的精度，并与加工中心的定位基准要求一样，以保证测量和使用的一致性。定位机构包括回转精度很高的主轴、使主轴回转的传动机构和使主轴与刀具之间拉紧的预紧机构3部分。

q        测头与测量机构

测头有接触式和非接触式两种，接触式测头直接接触刀具的主要测量点（最高点和最大外圆处）；非接触式主要用光学的方法，把刀具投影到屏幕上进行测量。测量机构提供刀刃的切削点处的Z轴和X轴尺寸值，即刀具的轴向尺寸和径向尺寸，测量的读数有机械式（如游标刻线尺）的，也有数显和光学式的。

q        测量数据处理装置

测量数据处理装置的作用是将刀具的测量值自动打印出来，或与上一级管理计算机联网，进行柔性加工，实现自动修正和补偿。

同其他的如手动使刀具接触或试切工件边缘的方法相比，采用对刀仪测量刀具参数的方法更加精确、快捷。通常，手工移动主轴使刀具接触或试切工件边缘的方法受很多情况的限制，如实际刀具的精度、工件试切边缘的精度以及操作者的测量手法等。另一方面，使用对刀仪测量刀具直径偏置比单纯输入一个刀具直径值更精确，操作者和编程员必须考虑到主轴的旋转精度问题，因为实际加工过程中刀具是随主轴一同旋转的。

精度较高的机外对刀仪所配置的系统具有更多的功能，使用更加方便。例如：刀具参数通过数据交换系统自动传输到机床控制系统中，直接成为操作者所需要的刀具参数，这样，就不需要操作者将刀具参数手工输入机床控制单元中，可以避免人为错误的发生。

机外对刀仪主要用来测量刀具的长度、直径、刀具形状、角度。对于加工中心刀库中存放的刀具其主要参数都要有准确的值，这些参数值在编制加工程序时都要加以考虑。使用中因刀具损坏需要更换新刀具时，用机外对刀仪可以测出新刀具的主要参数值，以便掌握与原刀具的偏差，然后通过修改刀补值确保其正常加工。此外，用机外对刀仪还可测量刀具切削刃的角度和形状等参数，有利于提高加工质量。

（3）刀具参数测量注意事项

q        使用对刀仪应注意的问题

使用前要用标准芯轴进行校准。每台对刀仪都随机带有一个标准的对刀芯轴，要妥善保护使其不锈蚀或受到外力作用而变形。每次使用前都要对轴向和径向尺寸进行校准。

q        静态刀具参数测量值的修正

静态测量的刀具尺寸和实际加工出的尺寸之间有一差值。影响这一差值的因素很多，主要有：

Ø        刀具和机床的精度和刚度。

Ø        加工工件的材料和状况。

Ø        冷却液和冷却系统的状态。

Ø        使用对刀仪的技巧和熟练程度等。

由于以上原因，静态测量的刀具尺寸应大于加工后的实际尺寸，因此对刀时要考虑一个修正值，这要由操作者的经验来预选，一般要偏大0.01～0.05mm。

q        工件坐标系原点的修正

零件找正或夹具定位装夹后，必须正确测定工件的编程原点在机床坐标系中的坐标值，然后输入到偏置寄存器中。进行试切削时，由于现场环境等因素的影响，如机床的重复定位精度。即便使用同一程序加工，实际加工尺寸也可能因为加工条件的变化而出现较大的偏移，这时可根据实测的结果进行修正，直至满足零件技术要求为止，最终使得刀具运动轨迹与数控编程轨迹完全重合，必要时为了提高工件的加工精度，也可以采用以上方法进行刀具补偿修正。

1.4.2  数控铣加工程序的结构和常用代码

1．数控铣加工程序的结构

一个完整的数控铣程序由程序开始部分、程序内容、程序结束3部分组成。

（1）数控铣程序的开始部分

程序号为程序的开始部分，也是程序的开始标记，供在数控装置存储器中的程序目录中查找、调用。程序号一般由地址码和四位编号数字组成。常见的程序定义地址码为O、P或%。

（2）程序内容

程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段又由若干个字组成，每个字由地址码和若干个数字组成。指令字代表某一信息单元，代表机床的一个位置或一个动作。

（3）程序结束部分

程序结束一般由辅助功能代码M02（程序结束指令）或M30（程序结束指令和返回程序开始指令）组成。

2．程序段中的字的含义

（1）程序段格式

程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的书写规则。目前常用的是字地址可编程序段格式，它由语句号字、数据字和程序段结束符号组成。每个字的字首是一个英文字母，称为字地址码，字地址码可编程序段格式如表1-3所示。

表1-3  程序段的常见格式

字地址码可编程序段格式的特点是：程序段中各自的先后排列顺序并不严格，不需要的字以及与上一程序段相同的继续使用的字可以省略；每一个程序段中可以有多个G指令或G代码；数据的字可多可少，程序简短，直观，不易出错，因而得到广泛使用。

（2）程序段序号简称顺序号

通常用数字表示，在数字前还冠有标识符号N，现代数控系统中很多都不要求程序段号，程序段号可以省略。

（3）准备功能

准备功能简称G功能，由表示准备功能地址符G和数字组成，如直线插补指令G01，G指令代码的符号已标准化。

G代码表示准备功能，目的是将控制系统预先设置为某种预期的状态，或者某种加工模式和状态，例如G00将机床预先设置为快速运动状态。准备功能表明了它本身的含义，G代码将使得控制器以一种特殊方式接受G代码后的编程指令。

（4）坐标字

坐标字由坐标地址符及数字组成，并按一定的顺序进行排列，各组数字必须具有作为地址码的地址符X、Y、Z开头，各坐标轴的地址符按下列顺序排列，X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C，其中，X、Y、Z为刀具运动的终点坐标值。

程序段将说明坐标值是绝对模式还是增量模式，是英制单位还是公制单位，到达目标位置的运动方式是快速运动或直线运动。

（5）进给功能F

进给功能由进给地址符F及数字组成，数字表示所选定的进给速度。

（6）主轴转速功能S

主轴转速功能由主轴地址符S及数字组成，数字表示主轴转速，单位为rpm。

（7）刀具功能T

刀具功能由地址符T和数字组成，用以指定刀具的号码。

（8）辅助功能

辅助功能简称M功能，由辅助操作地址符M和数字组成。

（9）程序段结束符号

程序段结束符号放在程序段的最后一个有用的字符之后，表示程序段的结束，因为控制不同，结束符应根据编程手册规定而定。

需要说明的是，数控机床的指令在国际上有很多格式标准。随着数控机床的发展，其系统功能更加强大，使用更方便，在不同数控系统之间，程序格式上会存在一定的差异，因此在具体掌握某一数控机床时要仔细了解其数控系统的编程格式。

1.4.3  数控铣加工程序示例

在本节中，将通过一个简单的数控铣加工零件及其数控铣加工程序的介绍，进一步了解数控铣程序的结构、特点和常用代码的含义。图1-10为某外形轮廓的零件图，轮廓深度为5mm，数控编程采用刀心编程，图中所示坐标点为刀具中心的刀位点坐标值。

图1-10  数控铣编程实例

（1）数控铣加工程序（见表1-4）

表1-4  数控铣加工程序

续表

（2）数控程序介绍

大多数代码看起来非常熟悉，数控铣程序分为程序开始、程序内容和程序结束三部分内容。

第一部分 程序开始部分

程序开始部分主要定义程序号，调出零件加工坐标系、加工刀具，启动主轴、打开冷却液等方面的内容。

O6666

为定义程序号，程序号为O6666。

N1

数控铣程序由多个程序组成，每一个程序可以单列，也可以连在一起，为了容易区别，将该程序定义为N1程序。

G54G90G17G21G94G49G40

G54：为建立工件坐标系指令，并选择G54作为当前的加工坐标系；如不作特殊指明，数控系统默认G54坐标系。

G90：采用绝对编程方式。

G17：加工平面选择XY平面。

G21：选择公制编程。

G94：进给方式定义，选择每分钟毫米，单位为mm/m。

G49：取消刀具长度补偿。

G40：取消刀具半径补偿。

G0X300.0Y300.0 Z300.0

机床主轴移动到X300.0Y300.0 Z300.0的安全位置。为避免换刀过程中出现刀具与工件或夹具之间的碰撞或干涉现象发生，一个有效的方法是使得机床主轴和加工零件有一定的安全距离。

M06 T09

选择刀具指令，调9号端铣刀；同时确定了9号刀具在当前加工坐标系中相对于零点的偏置值。

M03S3600F680

定义主轴的旋转速度，包括主轴正转（M03），转速为3600rpm（S3600），同时定义了进给速度为680mm/m（F680）。

第二部分 程序内容部分

程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址码和若干个数字组成。常见的为G指令和M指令以及各个轴的坐标点组成的程序段。

G0 X260.0Y180.0Z30.0

起刀点定义，刀具快速移动到起刀点(X260.0,Y180.0,Z30.0)。

G1Z-5.0

垂直下刀到(X20.0 ,Y40.0,Z-5.0)的位置。

G03 X60.0Y120.0R20.0

刀具逆时针圆弧插补铣削轮廓，轮廓半径为20.0，G03为逆时针圆弧查补指令，铣削从刀位点(X20.0 ,Y40.0,Z-5.0) 至刀位点 (X60.0,Y120.0,Z-5.0)。

G02 X100.0R20.0

刀具顺时针圆弧插补铣削轮廓，轮廓半径为20.0，铣削从刀位点(X60.0,Y120.0,Z-5.0)至刀位点(X100.0,Z-5.0)，G02为顺时针圆弧查补指令。

其他程序段内容相似。

第三部分 程序结尾部分

在程序结尾，需要机床主轴返回起刀点即起始位置，同时进行主轴停止，关掉冷却液，程序选择停止或结束程序等动作。

G0Z30.0

快速退刀离开零件上表面。

Y180.0 X260.0

刀具先沿Y方向，后沿X方向快速返回起刀点。

X300.0Y300.0 Z300.0

机床主轴快速移动到X300.0Y300.0 Z300.0的安全位置。

M30

M30为程序停止，返回主程序指令。执行时，冷却液、进给、主轴全部停止，数控程序和数控设备复位并回到加工前原始状态，为下一次程序运行和数控加工重新开始作准备。

1.5  数控车程序实际应用

1.5.1  数控车加工编程原理

1．数控车床介绍

数控车加工中心是数控车床的一个常见的名称。车削不同于铣削的关键处在于它主要用于如轴类、环形件、盘类零件以及螺纹等回转体零件的加工。

数控车床按主轴的配置方式可以分为包括卧式数控车床和立式数控车床。其中卧式数控车床的种类很多。早期的数控车床的功能比较单一，只有X、Z两个轴的联动功能所