加工中心编程入门：浏览器中运行的模拟器与带评分的练习题

写法以众多机床采用的 FANUC 兼容的 G 代码为基准。由于 FANUC 的使用说明书一般不公开，FANUC 兼容的写法依据三菱电机^[1]、Siemens 的 ISO 方言^[2]、Haas^[4] 的公开资料进行确认，写法不同的机床则逐一注明。在实际机床上，务必遵守该机床的说明书和公司内部规定。

先动手试试：加工中心模拟器

下面的程序只是一个示例：用 φ10 的立铣刀铣 1 条深 2 mm 的槽。按下 ▶，观察刀具依次“换刀 → 旋转 → 移到原点上方 → 下降 → 切削 → 抬起”的动作顺序。修改某一行后再按 ▶，结果就会改变。毛坯为 80×60×20，原点是上表面的左前角。

• 已准备好刀具：T1 = φ20、T2 = φ10 的立铣刀，T3 = φ6.8 的钻头。假定刀具长度补偿 H 和刀具半径补偿 D 中，与刀具号相同的编号里已填入数值
• 与实际机床不同，这里不考虑机床的加减速、刀具的挠曲和参数设置。要看的只是“程序与刀具动作的对应关系”
• 据报告，大学和高专的实习中，也采用先在屏幕上用模拟确认刀具动作、再上实际机床的教学方式。但多数模拟器只画出材料和刀具，看不到与虎钳、夹具、防护罩的碰撞。上实际机床前，要养成自己确认夹具高度和刀具伸出长度的习惯^[19][20]
• 在机床碰撞的研究中，刀具长度的登记错误也被列为事前检查中容易被忽略的原因^[21]。本模拟器假定 H 中已填入正确的长度，所以在实际机床上务必重新核对刀具长度的测量值

坐标：X、Y、Z 与工件原点 G54

立式加工中心的工作台左右方向为 X，前后方向为 Y，主轴上下方向为 Z。各轴均以刀具远离工件的方向为正（JIS B 6310／ISO 841）^[16][17][1]。也就是说，刀具上升的方向是 +Z，切削工件时则向 Z 负方向下降。

机床本来就有机床原点（机床坐标的 0），但机床并不知道工件被夹在虎钳的哪个位置。因此，要测出工件基准角（或中心）在机床坐标中的位置，并将其登记为工件坐标系，在程序中写 G54 来调用它^[1][2]。G54～G59 共 6 个可以分别使用，例如并排放两台虎钳时，第 1 台用 G54，第 2 台用 G55。

• 原点的确定方法：与图纸尺寸的基准（左前角、孔的中心等）对齐，图纸上的数字就能直接写进程序。Z0 通常设在精加工后的上表面
• 原点的测量方法：用寻边器、触碰传感器测量 X、Y，用对刀仪或基准块测量 Z（检测器具）
• 想按机床坐标移动时请使用 G53（仅该行按机床坐标）

程序的形式：开头几行写“安全程序段”

NC 程序是在每一行（程序段）中排列“字母＋数字”形式的字而构成的。1 个程序段的结尾为 EOB（画面上显示为 ;），程序开头写 O 号。这种格式由 ISO 6983-1（JIS B 6315-1）规定^[17][1]。逐行解读示例程序，如下所示。

O2000                  (程序号)
G21 G90 G17 G40 G49 G80 (安全程序段：mm、绝对值、XY 平面、
                          无半径补偿、无长度补偿、无固定循环)
G54                    (调用工件坐标系)
T2 M06                 (换 2 号刀具)
S3200 M03              (主轴 3,200 min-1 正转)
G00 X10. Y30.          (快速移动到槽起点的正上方)
G43 H2 Z30.            (调用 2 号刀具长度补偿并移到 Z30)
M08                    (切削液 ON)
Z2.                    (快速移动到上表面上方 2 mm)
G01 Z-2. F150          (以每分钟 150 mm 下降 2 mm)
X70. F500              (以每分钟 500 mm 切削槽)
G00 Z30.               (抬起)
M09                    (切削液 OFF)
M05                    (主轴停止)
G91 G28 Z0.            (仅 Z 轴回机床原点)
G90                    (恢复为绝对值)
M30                    (程序结束、返回开头)

安全程序段是在最开头把上一个程序或手动操作遗留的状态（英制指令、增量方式、未取消的补偿、未取消的固定循环）清除掉的程序行。许多 G 代码是模态（一旦指令就持续有效，直到被取消），所以每次都在程序开头统一设置才安全^[1][4]。

换刀与刀具长度补偿：T、M06、G43 H

加工中心通过T（刀具号）和 M06（换刀）把刀库中的刀具换到主轴上^[1][12]。换刀之后，用来向机床告知该刀具长度的就是刀具长度补偿 G43 H□。因为每把刀具从主轴端到刀尖的长度不同，所以要按 H 号中登记的长度来偏移 Z，使任何刀具都满足“Z0 = 工件上表面”^[1][9]。

• H 的编号与刀具号保持一致是通常做法（T2 对应 H2）。如果弄错编号，就会按别的刀具的长度运动，Z 位置偏差数十 mm，撞上工件^[9]
• 调用 G43 的程序行，要在工件上方足够高的位置（如 Z30.）。因为一执行补偿，Z 就会立刻移动一个补偿量^[2]
• 补偿的生效方式因机床而异。Haas 的新控制系统（NGC）只要不写 G49、H00，刀具长度补偿就一直有效，换刀时自动切换^[9]。Siemens 原生的写法里没有 H，刀具长度和刀具半径的补偿都由 D 号一并给出^[3]。FANUC 兼容的机床，基本做法是每次都写 G43 H
• 换刀之前先让 Z 回到机床原点是通常做法。G91 G28 Z0. 的意思是“从当前位置经过增量为 0 的点，回到 Z 的机床原点”。如果在 G90 状态下直接写 G28 Z0.，则会先下降到工件坐标的 Z0（工件上表面）再返回，所以很危险^[2][7]
• 不写轴时 G28 的动作也因机床而异。FANUC 兼容的写法只有写出的轴才会返回，而 Haas 在不写轴的 G28 时所有轴都会回原点。Haas 的示例中，Z 轴的退让使用 G53 G49 Z0.（移到机床坐标的 Z0）^[7][2]

转速与进给：S、M03、F（每分钟进给）

主轴用 S（转速 min⁻¹）和 M03（正转）来旋转。加工中心的进给 F，通常是 G94 = 每分钟进给（mm/min）。它与车床的“每转进给（mm/rev）”单位不同，是从车床转过来的人最先容易弄错的地方^[1][2]。转速和进给由刀具厂商样本中的切削速度 Vc 和每齿进给 fz计算得出^[15]。

• 转速 n = 1000 × Vc ÷（π × D），进给速度 Vf = fz × z × n。上面的例子（铝、φ10、3 刃）中 n ≈ 6,366 min⁻¹，Vf ≈ 955 mm/min^[15]
• 攻丝（G84）的 F 在每分钟进给时是 转速 × 螺距（M8×1.25 在 400 min⁻¹ 时为 F500）。如果不对，会压坏螺纹或折断丝锥^[10][2]。不过，也有像三菱电机的同步攻丝（,R1）那样， 直接把螺距写在 F 里的写法，弄混的话进给会差出几个数量级^[1][14]
• 计算出的值只是起点。要根据机床刚性、刀具伸出长度、装夹情况下调（铣刀、立铣刀切削条件的计算、如何延长刀具寿命）

动作：G00、G01、G02、G03

动作的代码有 4 个。G00 是快速移动（定位），G01 是以 F 的速度直线切削，G02、G03 则是圆弧切削。圆弧的方向是：在 XY 平面（G17）上从 +Z 侧（上方）看，顺时针为 G02，逆时针为 G03 ^[1][6]。

• G00 只在材料之外使用：视机床和参数而定，快速移动时各轴以各自的最高速度运动，所以斜向移动时轨迹可能不是直线（狗腿现象）。在靠近工件的地方，要先抬起 Z，再移动 XY
• 圆弧用“终点”加“半径 R”或“圆心 I、J”来写。I、J 是从起点到圆心的距离（X 方向为 I，Y 方向为 J）。用 R 写时，超过 180° 的圆弧规定 R 取负值，而且整圆（一整圈）不能用 R 来写，所以要用 I、J（练习题 3）^[1][6]
• 不要忘记小数点：在许多机床上， X10 不是 10 mm，而是会被读成 0.01 mm（最小单位 0.001 mm × 10）。应当养成写成X10. 的习惯。也有机床可以通过参数改变读法，所以请确认自己机床的设置^[2][1]（忘写小数点）

刀具半径补偿：G41、G42、G40 与 D

按图纸形状切削外周时，刀具的中心必须从形状向外偏出一个刀具半径的距离通过。把这个“偏移半径量”的计算交给 NC 去做的，就是刀具半径补偿。程序中按图纸形状原样书写，刀具的半径则登记在补偿号 D 中^[1][8]。

• G41 偏向进给方向的左侧，G42 偏向右侧。当主轴正转（M03）的立铣刀沿外周顺时针、型腔内侧逆时针走刀时，用的是 G41，切削方式为顺铣。顺铣对加工表面质量和刀具寿命有利，所以在加工中心的精加工中常用 G41（顺铣的定义，以及依据 Haas 的示例：M03、外周顺时针、G41）^[15][5]
• 补偿开始和结束时，需要一行让 XY 移动的直线程序。刀具是随着写有 G41 的那一行的移动而逐渐偏移的，所以这一行要在材料之外，且移动距离要大于刀具半径。取消（G40）也一样，要用远离材料的直线来完成^[2][8][13]
• 比刀具半径小的内侧拐角和槽无法用补偿加工出来（无法施加补偿时会报警，或者过切）。模拟器中也会给出警告
• 在 D 中输入稍大一点的半径进行粗加工，再改回原来的半径进行精加工，这样用同一个程序就能留出加工余量

钻孔：固定循环 G81、G83、G84 与 G98、G99

钻孔要用把“快速移动到 R 点 → 进给到孔底 → 返回”合并为 1 行的固定循环来写。写过一次后，从下一行起只写 X、Y，就会在这些位置重复钻同样的孔。最后用 G80 取消^[1][2][14]。

• G98 返回初始点（循环开始时的高度），G99 返回 R 点。孔与孔之间有夹具或台阶时用 G98，什么都没有时用 G99 加工更快^[1][11]
• 重复次数在 FANUC 兼容或 Siemens 的 ISO 方言中用 K，在三菱电机或 Haas 中用 L 表示（Haas 的 G83 中 I、J、K 另有含义）。与 G91 组合，一行就能钻出等间距的孔。此时 R 和 Z 都是增量（R 是从初始点算起，Z 是从 R 点算起的距离），所以要注意符号（练习题 5。模拟器 K 和 L 都能识别）^[2][1]
• 循环的种类和动作整理在 固定循环一览中，用变量依次改变孔位置的方法整理在 用户宏程序入门中

不同厂商的写法差异

基本的 G 代码遵循 ISO 6983，所以是通用的，但不同控制系统厂商的写法有差异。沿用其他机床的程序时，务必确认以下几点。

练习题：能否按图纸车出（带评分）

蓝色虚线是图纸的形状。在程序中“(---- ... ----)”的那一行写入缺少的动作，按下 ▶，会把切削出的形状与图纸对比并评分（±0.05 mm）。出现警告或错误时，结果也是“还差一点”。参考答案在各题下方。更进阶的题目（带圆角 R 的外周、螺旋下刀的型腔、攻丝、宏程序）在 加工中心页面的练习题中有介绍。

O2001
G21 G90 G17 G40 G49 G80
G54
T1 M06
S2400 M03
G00 X-15. Y0.
G43 H1 Z30.
M08
Z2.
G01 Z-0.5 F300
X95. F800
Y15.
X-15.
Y30.
X95.
Y45.
X-15.
Y60.
X95.
G00 Z30.
M09
M30

O2002
G21 G90 G17 G40 G49 G80
G54
T2 M06
S3200 M03
G00 X10. Y15.
G43 H2 Z30.
M08
Z2.
G01 Z-3. F150
X70. F500
G00 Z2.
X10. Y45.
G01 Z-3. F150
X70. F500
G00 Z30.
M09
M30

O2003
G21 G90 G17 G40 G49 G80
G54
T2 M06
S3200 M03
G00 X40. Y30.
G43 H2 Z30.
M08
Z2.
G01 Z-4. F100
X50. F400
G03 X50. Y30. I-10. J0.
G01 X40.
G00 Z30.
M09
M30

O2004
G21 G90 G17 G40 G49 G80
G54
T2 M06
S3200 M03
G00 X65. Y-10.
G43 H2 Z30.
M08
Z2.
G01 Z-5. F150
G41 D2 Y10. F500
X40.
G02 X40. Y10. I0. J20.
G01 X20.
G40 X10. Y-10.
G00 Z30.
M09
M30

O2005
G21 G90 G17 G40 G49 G80
G54
T3 M06
S1800 M03
G00 X-5. Y30.
G43 H3 Z30.
M08
G91 G99 G81 X15. Y0. Z-12. R-28. K5 F180
G80 G90
G00 Z30.
M09
M30

常见失误（模拟器也会发出警告）

1. 忘记 G43 或写错 H 的编号：Z 会偏差一个刀具长度，撞上工件或虎钳^[9][21]
2. 不调用 G54：会按机床坐标运动，铣到完全不对的地方
3. 忘写小数点：Z-5 会变成 0.005 mm，深度不够；或者 X100 会变成 0.1 mm，刀具向原点靠拢
4. G91 用完不改回来：下一行本想写绝对值的数字，全都变成“从当前位置前进的距离”
5. 在 G90 下写 G28 Z0.：会先经过工件上表面，再回到机床原点^[7]
6. 在材料内部用 G00 移动：不抬起 Z 就快速移动到下一个位置，刀具会折断
7. 在材料上方开始 G41：补偿使刀具逐渐偏移的过程中会过切。补偿要在材料之外，用比刀具半径更长的直线来施加
8. 攻丝的 F 不按转速 × 螺距来设置：会压坏螺纹，或折断丝锥
9. 不用 G80 取消固定循环：在下一个定位行中也会钻孔

常见问题

这个模拟器与实际的加工中心动作一样吗？

不一样，它是学习用的简易版。它能读取 FANUC 兼容的基本代码（G00～G03、G17、G28、G40～G43、G49、G54～G59、G73、G80～G89、G90、G91、G98、G99 以及主要的 M 代码、简单的用户宏程序），但不考虑机床的加减速、刀具的挠曲和参数设置。请把它当作上实际机床之前，用来确认程序与刀具动作对应关系的工具。

G43 的 H 与刀具半径补偿的 D 可以用同一个编号吗？

多数机床中，刀具长度的 H 和刀具半径的 D 放在不同的表里（或同一张表的不同列），一般与刀具号保持一致。表的结构因机床而异，请确认机床的说明书和公司内部规定^[1][9]。

顺铣和逆铣应该用哪一种？

加工中心的精加工中，常用对加工表面和刀具寿命有利的顺铣（向下铣削）。主轴正转的立铣刀使用 G41 沿外周顺时针走刀，就是顺铣。对于黑皮（氧化皮，如铸件表面）或间隙较大的旧机床，也可能选择逆铣^[15]。

也能用于准备技能检定（加工中心作业）吗？

可用来亲手练习确认程序的基础。考试内容和历年试题，请到中央职业能力开发协会的公开页面确认^[22][23]（公开网站上的试题仅供浏览，禁止复制和二次使用）。

下一步，每个代码的含义整理在 G、M 代码词典，钻孔循环整理在 固定循环一览，变量与计算整理在 用户宏程序入门，机床种类与装夹准备整理在 加工中心，车床编程整理在 数控车床编程入门一文中。