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1.相关功能指令
1）辅助功能
辅助功能也叫M 指令或M 代码。使用M 功能可以在机床上控制一些开/关操作，比如切削液开/关和其他的机床功能。
M 指令的格式如下。
M_ ;
M 指令中的数值取整数，取值范围为0 ～2 147 483 647。
具体说明如下。
（1）所有空的M 指令编号可以由机床制造商预设，例如用于控制夹紧装置的功能。
（2）同一程序段中最多可以编程5 个M 指令。
（3）M00：在包含M00 的程序段执行之后，自动运行停止。当程序停止时，所有存在的模态信息保持不变。用循环启动键可使M00 自动运行重新开始。
（4）M01：与M00 类似，在包含M01 的程序段执行之后，自动运行停止。只是当机床面板上的M01 开关置为“1”时，此功能才有效。
（5）M02 和M03：表示主程序结束，自动运行停止。控制返回到程序开头。
（6）M06 只能与T 指令和D 指令同行。
（7）当运动指令和M 指令在同一个程序段中出现时，M 指令按下述方式执行。
①M 指令在运动指令之前执行，M03 和M04 总是在运动指令之前执行。
②M 指令在运动指令之后执行，M05 总是在运动指令之后执行。
2）主轴定位（SPOS 或M19）
使用SPOS 或M19 指令可以将主轴定位在特定的角度，例如换刀位置。
指令格式如下。
SPOS=_ ；将主轴定位到设定的角度，只有当到达位置时才会执行下一个NC 程序段。
M19 SP=_ ；使主轴定位，只有到达位置时才会执行下一个NC 程序段。
具体说明如下。
（1）编程SPOS 或M19 指令时主轴切换到位置控制运行状态。
（2）使用SPOS 指令时，只有达到设定的位置时，才会切换到下一个NC 程序段。
（3）主轴位置以度来表示，可以用G90 或G91 指令，也可以使用下列指令：
①DC（最短路径趋近定位位置）；
②ACN（绝对尺寸说明，负向趋近）；
③ACP（绝对尺寸说明，正向趋近）。
SPOS 或M19 指令可使主轴暂时切换至位置控制方式，可以使用M03、M04、M05 使主轴切换到旋转模式。使用M19 指令时若没有编程主轴定位角度，定位位置由系统内部参数决定。
程序示例如下。
3）刀具选择功能
通过指定紧跟在地址T 之后的数值来选择刀具，可以在一个程序段中指定一个T 指令。T 指令与移动指令同行时，总是先执行T 指令，再执行移动指令。
T 指令格式如下。
Txxx；选择xxx 号刀具。
注：如果已经激活了一个刀具，则它一直保持有效，不管程序是否运行结束或者系统开/关机。
4）刀具补偿号（刀补号）D
D 指令格式如下。
Dx；刀补号Dx
x 的取值范围为0 ～9，其中D0 为取消刀具补偿。
具体说明如下。
（1）对于一个确定的刀具，可以用不同的刀具补偿程序段，相应地分配1 到9 个刀沿。由此可以对一个刀具定义不同的刀沿，这样就可以在程序段中根据需要进行调用。
（2）一个刀沿的补偿可以调用D 激活。如果编程D0，则刀具的补偿无效。如果没有编程D，则D1 生效。
5）平面指令（G17、G18、G19）
在进行平面的刀具半径补偿，进刀方向的刀具长度补偿和平面圆弧插补时，需要先确定工作平面，如图4.1.26所示。
图4.1.26 工作平面
平面指令格式如下。
G17；X/Y 工作平面，进刀方向Z
G18；Z/X 工作平面，进刀方向Y
G19；Y/Z 工作平面，进刀方向X
具体说明如下。
（1）在系统的初始设置中，铣削默认的工作平面是G17，车削默认的工作平面是G18。
（2）在调用平面的刀具半径补偿G41、G42 时，必须指定工作平面，这样控制系统才知道在哪个平面内进行刀具半径补偿。
（3）在进行斜置平面的加工时，由于使用了坐标系旋转，使坐标轴位于斜置平面上，故工作平面也一起进行了旋转。
6）绝对、增量尺寸指令（G90、G91，AC、IC）
绝对尺寸（G90）中，位置数据总是取决于当前有效坐标系的零点，即应当对刀具运行到的绝对位置进行编程。在增量尺寸（G91）中，位置数据取决于上一个运行到的点，即增量尺寸编程用于说明刀具运行了多少距离。
在增量尺寸（G91）中，可以用关键字AC 代表单个轴设置段内有效的绝对尺寸；同样也可以在绝对尺寸（G90）中，用关键字IC 代表单个轴设置段内有效的增量尺寸。
绝对、增量尺寸指令格式如下。
G90；激活绝对尺寸，模态有效
G91；激活增量尺寸，模态有效
“轴”=AC（_ ）；AC 非模态指令，括号内为指定的位置值
“轴”=IC（_ ）；IC 非模态指令，括号内为指定的位置值
具体说明如下。
（1）G90 和G91 均为模态有效，系统的初始设定为绝对尺寸（G90）有效。
（2）AC、IC 既可以用于线性轴编程也可以用于旋转轴编程，还可用于插补参数I、J、K 编程。
（3）用于旋转轴编程时，AC 的取值范围为[0，360]；IC 的取值范围为0 ～±99 999.999。用于线性轴编程时，AC、IC 的取值范围与X、Y、Z 轴相同。
（4）用于旋转轴编程时，AC 的运行方向取决于旋转轴的实际位置。如果目标位置大于实际位置，轴在正的旋转方向下趋近，否则，轴在负的旋转方向下趋近。
（5）IC 中值的符号定义了旋转轴的旋转方向。正号为正方向增量进给；负号为负方向增量进给。IC 的取值可以大于360，例如：C=IC（720）。
G90、G91 编程图示如图4.1.27所示，程序示例如下。
图4.1.27 G90、G91 编程图示
2.刀具半径补偿（刀补）
在对工件的加工进行编程时，无须考虑刀具长度或切削半径（如图4.1.28、4.1.29所示），可以直接根据图纸对工件尺寸进行编程。将刀具参数单独输入到刀具偏置表，在程序中只需要调用所需的刀具号及其补偿参数，数控系统就会利用这些参数执行所要求的轨迹补偿，从而加工出所要求的工件。
图4.1.28 不同半径的刀具加工工件(www.xing528.com)
图4.1.29 不同刀具的长度补偿
刀具偏置表中包含以下内容。
1）刀具尺寸
刀具尺寸分为刀具几何尺寸和刀具磨损尺寸。数控系统会处理这些分量，通过计算得到最后尺寸（如总的长度、总的半径）。在激活补偿存储器时这些最终尺寸有效。
2）刀具类型
由刀具类型可以确定需要哪些几何参数以及怎样进行计算。在激活刀具长度或半径补偿之前，需要通过G17、G18 或G19 指令来选择工作平面。
3）刀具半径补偿
刀具半径补偿如图4.1.30所示，刀具半径补偿分为以下3 个步骤。
图4.1.30 刀具半径补偿
（1）刀补建立（起刀）。刀具从起点接近工件，在编程轨迹基础上，刀具中心向左（G41）或向右（G42）偏移一定距离。
（2）刀补进行中（偏置中）。刀具中心轨迹相对于编程轨迹偏置一定距离。
（3）刀补取消。刀具退出，使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点重合。
刀具半径补偿通过G41、G42 生效，刀具必须有相应的补偿号才能有效。刀具半径补偿会使数控系统自动计算出当前刀具运行所产生的、与编程轮廓等距离的刀具轨迹，刀具半径补偿示意图如图4.1.31所示。
图4.1.31 刀具半径补偿示意图
刀具半径补偿指令格式如下。
G41 X_ Z_ ；工件轮廓左边刀补有效
G42 X_ Z_ ；工件轮廓右边刀补有效
只有在线性插补时（G00、G01）才可以进行G41、G42 的选择。
刀具半径补偿图示如图4.1.32所示。
图4.1.32 刀具半径补偿图示
编程示例如下。
N10 G00 X100
N20 G01 G41 Y100 F200；建立刀具半径左补
N30 Y200
取消刀具半径补偿G40：用G40 取消刀具半径补偿，只有在线性插补（G00、G01）情况下才可以运行取消刀具半径补偿。
取消刀具半径补偿图示如图4.1.33所示。
图4.1.33 取消刀具半径补偿图示
编程示例如下。
N10 G00 X100
N20 G01 G41 Y100 F200；取消刀具半径补偿
N30 Y200
刀具半径补偿干涉检查：刀具过切称为干涉，偏置后的刀具中心轨迹在非相邻段出现了相交现象，即发生了干涉；刀具如果完全按照偏置轨迹运行，必定会发生过切现象。不过数控系统有一定的容错率，对部分干涉情况会自动消除并生成新轨迹继续加工，当干涉无法消除时其会报错并停止加工。
使用刀具半径补偿和刀具长度补偿的注意事项如下。
①刀补激活时，不能编程以下指令：平面选择G17、G18、G19 指令；螺纹插补G33指令；坐标转换G53 ～G59、G500、G501 指令。
②刀补过程中不能直接切换左右刀补，比如不允许G41 模式下直接切换到G42，中间必须有G40 指令。
③刀具长度补偿：一般编程模式为G43 H1。
④i5、西门子等系统中刀具调用后，刀具半径、长度补偿立即生效。如果指定了T 指令并且在刀补中设定了刀尖方向、长度，则不需要再进行刀尖半径补偿G41、G42 和刀尖长度补偿G43 设定。
3.加工工艺分析
零件图纸如图4.1.1所示。
1）工艺性分析
该零件主要由平面及外轮廓组成，尺寸标注完整。上表面、轮廓和凸模底面的表面粗糙度为Ra3.2 μm，要求较高，无垂直度要求。零件材料为45 钢，切削性能较好。
2）选择加工方案
根据零件形状及加工精度要求，一次装夹完成所有加工内容。以底面为基准，采用先粗后精、先主后次的原则加工。加工方案为粗、精加工上表面；粗、精加工外轮廓。
3）确定装夹方案
零件毛坯外形为规则的长方形，因此加工上表面与轮廓时选用数控铣床加工，以机用平口钳装夹，装夹高度以毛坯高出平口钳8 ～9 mm 为宜，为此须在平口钳定位基面上加垫铁。
4）确定加工顺序及走刀轨线
（1）因为机用平口钳为欠定位，在与定位钳口平行的方向上无定位，所以上表面采用与定位钳口相垂直的方向加工。
（2）凸模板顶面加工可采用往复加工方式，以提高加工效率。
（3）外轮廓精加工采用顺铣方式，刀具沿切线方向切入与切出，提高加工精度。粗加工可以编制专门的程序，也可与精加工采用同一个程序，通过刀具长度补偿和刀具半径补偿功能实现留精加工余量的目的。
5）刀具及切削用量的选择
顶面的加工，选择ϕ100 mm 的可转位式硬质合金面铣刀分别进行粗、精加工；凸模板外轮廓的加工选用大直径刀，以提高加工效率，选用ϕ16 mm 高速钢立铣刀分别进行粗、精加工。切削用量选择见加工工艺卡片。
6）填写加工工艺卡片
凸模板数控加工工艺卡片如表4.1.5所示。
表4.1.5 凸模板数控加工工艺卡片
4.编制加工程序
本项目仅列出凸模板顶面粗、精加工程序，以及轮廓的精加工程序，轮廓的粗加工程序留给读者自行完成。凸模板顶面铣削加工程序卡如表4.1.6所示，凸模板轮廓精加工程序卡如表4.1.7所示。
表4.1.6 凸模板顶面铣削加工程序卡
表4.1.7 凸模板轮廓精加工程序卡
练习与提高
1.零件图如图4.1.34所示，毛坯尺寸为74 mm×74 mm×35 mm，工件材料45 钢。请分小组讨论完成下列内容。
图4.1.34 零件图
（1）完成零件加工工艺分析。
（2）制定工艺方案（定位夹紧、选择刀具、切削参数、工艺路线），填写加工工艺卡片。
（3）用手工计算或计算机绘图软件计算工件编程所需的坐标。
2.小组活动内容如下。
（1）提供若干刀具实物或刀具模型，请分小组讨论，指出刀具角度名称、用途。
（2）讨论加工45 钢、灰铸铁、青铜、铝合金零件时如何选择刀具（分为粗加工和精加工两种情况）。
（3）查资料，收集各种新型铣刀的资料且上台演示，在同学之间互相分享成果。
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