CNC编程语言精要：程序结构、指令代码与G/M码详解

学习目标

完成本单元学习后，您将能够：

• 阅读理解标准CNC程序结构与块执行顺序
• 掌握字母地址代码（地址码）的含义、模态/非模态特性
• 识别特殊字符功能（程序开始/结束、注释、屏蔽、块结束）
• 熟记核心G码与M码功能及典型组合
• 理解关键G码（G00/G01/G02/G03/G40~G43/G54/G80~G84/G90/G91/G98/G99）的几何与工艺含义

CNC程序结构：安全、可读、可维护

NC程序 = 按执行顺序排列的指令块。像读书一样：从上到下、从左到右。每行一个块，块内指令同时生效。

标准程序块序列（单刀具单操作最小模型）

1. 程序开始 %
2. 程序号 Oxxxx
3. 刀具信息注释 (T1 D=6.0 ENDMILL)
4. 安全块：G17 G20 G40 G49 G80 G90（XY平面/英制/取消刀补/取消刀长/取消固定循环/绝对编程）
5. 换刀 T1 M06
6. 主轴启动 S9200 M03（9200转/分，顺时针）
7. 冷却开 M08
8. 快移至工件上方安全平面 G00 X... Y... Z...
9. 加工操作（插补/固定循环）
10. 冷却关 M09
11. 主轴停 M05
12. 移至安全位置 G00 Z... / G28...
13. 程序结束 M30（或 M02）
14. 程序结束符 %

多刀具程序：重复步骤4~11（换刀→主轴/冷却→定位→加工→退刀→关冷却/主轴）。

示例程序解析：方形轮廓铣削 + 定点钻孔

%
O1234
(T1 0.25 END MILL)
G17 G20 G40 G49 G80 G90
T1 M6
S9200 M3
G54
M8
G00 X-0.025 Y-0.275
G43 Z1. H1
Z0.1
G01 Z-0.1 F18.
G41 Y0.1 D1 F36.
Y2.025
X2.025
Y-0.025
X-0.025
G40 X-0.4
G00 Z1.
M5
M9
(T2 0.25 DRILL)
T2 M6
S3820 M3
M8
X1. Y1.
G43 Z1. H2
Z0.25
G98 G81 Z-0.325 R0.1 F12.
G80
Z1.
M5
M9
G91 G28 Z0
G91 G28 X0 Y0
G90
M30
%

关键块解读

• G43 Z1. H1：调用H1刀长补偿，快移至Z=1.0(工件坐标系)安全平面。
• G01 Z-0.1 F18.：以18 ipm进给切入至Z=-0.1切深。
• G41 Y0.1 D1 F36.：左刀补(G41)启动，引入切(Y=0.1)，调用D1刀径补偿，进给36 ipm。
• 四条G01直线完成方形轮廓。
• G40 X-0.4：取消刀补并引出切(避免在工件上留痕)。
• G98 G81 Z-0.325 R0.1 F12.：G98(回初始平面)钻孔固定循环，孔底Z=-0.325, R平面Z=0.1, 进给12 ipm。
• G91 G28 Z0 / X0 Y0：增量模式回机床零点（Z轴先回、XY后回，防碰撞）。
• G90：恢复绝对模式（安全收尾习惯）。

字母地址代码完整参考表

地址码 = 字母 + 数值。模态码：持续有效直到被同组其他码取消；非模态码：仅本块有效（G04、G28、G53、M00、M01、M02、M06、M30等）。

特殊字符代码

G码与M码核心速查表

G码 (预备功能)

M码 (辅助功能)

重点G码展开解析

G00 快速定位 — 非插补、各轴独立全速

G00 X0 Y0 → X、Y轴各自以最大快移速度独立运动，轨迹呈“折线/犬牙”而非直线（见下图）。优势：最快到达；风险：中间轨迹不可控，极易碰撞夹具/工件/刀具。首次运行必须开快移倍率覆盖(25%/50%)，单段模式验证。

G01 线性插补 — 直线切削、多轴联动、受F控制

• F字：进给速率。G01 X10 Y20 F200 → 刀尖沿直线以200mm/min移动至(10,20)，X/Y轴按矢量分速联动。
• 单行多坐标 = 插补运动(直线/圆弧/螺旋)；分行 = 顺序单轴运动。
• Z轴单独编块策略：先XY定位、再Z下切，便于观察避让夹具/工件凸台，防碰撞。

G02/G03 圆弧插补 — 圆心矢量IJK vs 半径R

圆弧 = 起点(当前点) + 终点(XYZ) + 圆心矢量(IJK)。

• I/J/K：起点到圆心的增量矢量(带符号)。推荐唯一使用IJK，无歧义、数值稳定。
• R：半径值。正R<180°，负R>180°；但同一终点/半径有两个圆心解(大/小圆弧)，控制器按最近/最远策略可能选错 → 生产环境禁用R编程圆弧。

示例：起点(0,2) 终点(2,0) 圆心(0,0) 顺时针：
G02 X2 Y0 I0 J-2

G17/G18/G19 平面选择

圆弧/刀补/固定循环必须在选定平面内。默认G17(XY)。车铣复合/五轴常切换G18(ZX)、G19(YZ)。

G40/G41/G42 刀具半径补偿 (CDC) — 精加工关键

刀具磨损/偏摆导致实际切削轮廓偏小/偏大。CDC让控制器自动偏移刀具中心路径：

• G41：左补(刀具左偏 D寄存器值/2)
• G42：右补(刀具右偏)
• G40：取消补偿
• D寄存器存磨损补偿值(通常为负，如-0.015)，几何尺寸由CAM按刀具中心轨迹已补偿。

D寄存器表示例：

操作员对加工尺寸实测 → 计算偏差 → 写入D寄存器 → 下一刀自动补偿。

G43 刀具长度补偿 (TLO)

G43 H1 Z1.0：激活H1刀长补偿，移动至工件坐标系Z=1.0位置。控制器内部：机床Z = 程序Z + G54_Z_offset + H1_TLO。H寄存器表示例：

G54 工件坐标系偏移

工作偏移寄存器表：

X/Y = 机床零点到工件零点距离；Z = 刀具设定基准面(如1-2-3块顶面)到工件Z零点距离。G54通常为首次装夹坐标系，多面加工用G55~G59/G54.1 Pn。

单元测试题

1. 描述CNC程序指令的执行顺序与结构特点。
2. 所有CNC程序以什么字符开始和结束？
3. 解释字母地址代码的模态与非模态特性。
4. 列举三个特殊字符代码及其功能。
5. 概述G码与M码的分类与核心功能差异。
6. 解读指令组合：G00 G90 G54 X0 Y0。
7. 解读指令组合：G00 G90 G43 H1 Z1.。
8. G00与G01的根本区别是什么？
9. G02与G03的区别是什么？圆心定义推荐用IJK还是R？为什么？
10. 解释F字与S字的含义、单位、模态性。