在零件加工過程中引入數字控制技術后，刀具的運動軌跡完全按照數控系統的指令移動，這些不同指令的組合稱為數控程序。在數控加工過程中，刀具切削的基本原理同常規的機械加工沒有本質上的區別，但數控程序的引入使得數控加工與常規的機械加工過程有著顯著的區別。由于數控程序的使用，使得數控加工過程同機械加工技術、計算機應用技術以及數字計算緊密地結合在一起，從而能夠完成各種復雜形狀零件的機械加工。

數控加工指令中，刀具運動位置是以運動功能（G指令）、坐標點的方式給出的。刀具的運動軌跡是以一系列與零件輪廓相關的坐標數據點給出的，這些數據點控制著加工過程中刀具移動的位置，依據機床運動的組合形成不同形式的加工輪廓。

數據點是通過直角坐標系表述的。根據工件形狀和定位裝夾方式設定加工坐標系，編程數值計算包括工件輪廓的基點和節點坐標的計算。

所謂基點是指組成工件輪廓的各幾何元素之間的連接點，如二維平面輪廓中的兩直線交點、直線與圓弧的交點或切點、圓弧與圓弧之間的交點或切點等。對于平面輪廓是直線和圓以外的非圓曲線，如漸開線、樣條曲線等，在數控程序設計時要采用直線或圓弧逼近它們，即將這些曲線按等間距或等弧長分割成許多小段，用直線或圓弧逼近這些小段，從而取代非圓曲線。逼近直線或圓弧小段與曲線的交點或切點稱為節點。節點的計算很復雜，手工計算繁瑣、效率低，通常借助計算機進行節點計算。

1.程序代碼與編程格式

1）程序代碼

目前，數控程序代碼已經標準化，有ISO、EIA兩種格式，其中，絕大多數數控系統采用ISO代碼格式。兩種代碼格式遵循的標準是：

（1）ISO碼：標準NFZ68-010、68-030、68-032。

（2）EIA碼：標準RS244和273A。

2）編程格式

按照標準中規定（ISO/DIS 6983/1附錄C），數控程序中的尺寸數值與數學表達方式一致，例如帶有小數部分的尺寸編程：

X+36相當于X=36mm

X-0.3相當于X=-0.3mm

3）ISO、EIA兩種代碼格式及數控系統數控程度格式的差異

（1）程序開始：

%（ISO標準）

EOR（EIA標準）

一般情況下數控系統閱讀時按該字條識別ISO或EIA碼。

（2）程序結束：

X 0FF（ISO標準）

BS（EIA標準）

4）程序段格式

變量地址格式

小數點：若所有單位為毫米，.01表示1/100mm。

可省略+號、有效數字前的0、空格、制表符及RUBOUT。

數控程序段是完成某一動作的一組指令，由不同的功能、數據按地址格式組合表達。程序段的格式為：

Nxxxx Gxx Xxx Zxx Fxx Mxx Sxx

其中，N、G、X、Y、X等為地址代碼，xxx為數值代碼，數值代碼有不同的規定格式。表達坐標的地址代碼（如X、Y、Z等）稱為坐標功能字，F稱為進給功能字，G稱為準備功能字，M稱為輔助功能字，S稱為主軸速度功能字，T成為刀具功能字。

 

2010-12-25輸入

數控程序設計中一個重要的概念是坐標系，數控機床坐標系是機床加工運動的基本坐標系統，是描述刀具在機床上實際運動位置的基準。機床坐標系采用右手直角坐標系，其基本坐標系包括三個直線軸、三個旋轉軸。右手的拇指、食指和中指分別代表X、Y、Z三個直角坐標軸方向，一般情況下主軸的方向為坐標系的Z向坐標軸，軸運動的正方向是增大工件和刀具之間距離的方向；旋轉軸方向按右手螺旋法則確定，用A、B、C分別代表圍繞X、Y、Z三個軸的旋轉軸，四指順著軸的旋轉方向，拇指與直線坐標軸同方向為旋轉軸的正向，反之為負向。

在數控加工過程中要考慮三個不同的坐標系，分別是機床坐標系、工件坐標系、程序坐標系，相應的有三個原點：機床原點、工件原點和程序原點。

1）機床原點

機床原點（Om）是由機床制造廠通過機床參數預先定義在每個軸上的點（通常在機床行程范圍內），它決定機械參考點。

2）工件原點

工件原點（Ow）是工件上可以直接或通過比較確定的一點，是工件在機床上安裝、高速的參考點。

3）程序原點

程序原點（Op）是數控程序設計人員編制數控程序時使用的參考坐標系原點。

手工編程是編程人中直接根據零件設計圖紙，計算刀具移動的數據點，并直接書寫數控指令代碼程序。

這種編程方式適合形狀簡單的零件或刀具移動控制簡單的加工，并且要求編程人員對數控系統非常了解。手工編制的數控程序結構簡單，并可充分利用數控系統提供的功能，可以編制出適用性較強的數控程序和一些特殊控制程序。

手工編程的基本過程如下：

1）分析零件圖樣

對零件圖樣進行分析，明確加工的內容及加工要求，確定加工方案，選擇合理的數控機床，確定夾具的基本形式。

2）工藝設計

在對零件圖樣進行分析的基礎上，進行零件加工工藝設計，確定零件加工工藝路線，明確零件定位裝夾方法，安排工序內容，選擇加工機床，選擇刀具及工藝參數，形成工藝堆積文件，需要時進行夾具設計形成夾具設計文件。

3）數學處理

根據零件裝夾特點確定零件加工的原點及加工坐標系，根據零件的幾何尺寸、加工路線和刀具尺寸計算刀具運動軌跡的控制點（節點），獲得刀位數據。

4）零件加工數控程序編制

根據使用機床數控系統的指令格式及得到的刀位數據，逐段編寫程序代碼。編程人員應對數控機床的性能、數控指令系統非常熟悉，才能編寫出合格的零件加工程序。對于比較復雜的數控程序，需要經過試切檢查才能開始正式零件加工。

對于復雜形狀的零件或大型零件，由于幾何元素增多或具有復雜的幾何元素使得數據計算工作量大大增加，若再采用手工編程的方式其工作效率根本大法不能滿足生產需要。計算機輔助編程特點是采用計算機代替人工勞動，編程人員在計算機上建立零件模型，通過簡單的人機關交互確定必要的參數數據，由計算機完成數據計算、指令處理、加工程序生成工作，大大減輕了編程人員的勞動量并提高了計算數度，使得數控程序編制效率得到極大提高。

計算機輔助編程系統經過幾十年的發展已經達到了比較完善的程序，有許多商品化的軟件可供選擇，用戶可根據實際需要選用，如UG、CATIA、Pro/Engineer、MasterCAM等。計算機輔助數控編程技術的發展主要經歷了以下幾個階段：

（1）APT（Automatically Programmed Tool）語言，20世紀50年代由美國麻省理工學院（MIT）開發。APT語言采用專用語句書寫源程序，通過計算機中的APT處理程序經過編譯和運動，輸出刀位數據，再經過后置處理，把通用的刀位數據轉換成適應數控系統要求的指令格式。

（2）APT II、APT III：20世紀60年代，麻省理工學院組織美國各大飛機公司共同開發。

（3）APT IV、APT-AC：20世紀70年代后繼續開發，同時世界各國也衍生出一系列數似系統。

（4）CADAM系統：基于圖形交互終端，具有圖形設計、繪圖和數控編程一體化的系統，1972年由美國洛克希德加利福尼亞飛機公司開發。

（5）CATIA系統：具有三維設計、分析與數控編程一體化功能，1978年由法國達索飛機公司開發并持續發展至今。

（6）UG系統：1983年由美國McDonnel Douglas Automation（后合并到其他公司）開發的三維CAD/CAM系統，并持續發展至今。

（7）20世紀80年代后，以三維線框、實體造型、特征造型為基礎的CAD/CAM系統不斷發展，出現多種不同形式的商品化軟件。

計算機輔助編程過程中加工方法選擇是根據工件的工序加工要求，選擇對應的加工方式，如平面銑、槽腔銑、輪廓銑等；幾何元素選擇是確定被加工區的邊界，包括輪廓、底面、約束等；加工軌跡定義是根據選定的加工方法和加工區幾何元素，確定刀具移動的方向、路徑、終到位置等。定義了必要的參數后，刀位軌跡數據由軟件系統進行計算，同時，軟件系統提供了必要的刀位軌跡檢查手段供使用者對刀位軌跡的正確性進行檢查。