课题四：数控车削加工编程技术

课题四：数控车削加工编程技术 一：目的与要求熟悉数控车系统基础指令的格式和编程方法，熟练掌握简单形体的编程技术。二：课时安排 8学时三：检测手段课堂检查四：安全及注意事项 1、遵守实训场地安全文明生产制度； 2、遵守数控车床的安全操作规程；上一页下一页最后页首页

数控编程是数控加工的重要步骤。用数控机床对零件进行加工时，要按照加工工艺要求，根据所用数控机床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削用量以及相关辅助动作（包括换刀、主轴正/反转、切削液开/关等）编写成加工程序，输入到数控装置中，从而指挥机床加工零件。数控编程是数控加工的重要步骤。用数控机床对零件进行加工时，要按照加工工艺要求，根据所用数控机床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削用量以及相关辅助动作（包括换刀、主轴正/反转、切削液开/关等）编写成加工程序，输入到数控装置中，从而指挥机床加工零件。一、数控车床的坐标系及运动方向数控车床的坐标系及其运动方向，在国际标准（ISO）中有其统一规定，我国机械工业部标准与之等效。上一页下一页最后页首页

（一）坐标系 数控车床的坐标系是以径向为X轴方向，纵向为Z轴方向。经济型普通卧式前置刀架数控车床指向主轴箱的方向为Z轴负方向，而指向尾架的方向为Z轴的正方向。X轴的正方向是指向操作者的方向，负方向为远离操作者的方向。由此，根据右手法则，Y轴的正方向应该垂直指向地面（编程中不涉及Y坐标）。图4-1所示为数控车床的坐标系。 a） b） a）普通卧式前置刀架数控车床坐标系 b）普通卧式后置刀架数控车床坐标系图4-1 数控车床的坐标系上一页下一页最后页首页

在按绝对坐标编程时，使用代码X和Z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。也可以采用混合坐标指令编程，即同一程序中，既出现绝对坐标指令，又出现相对坐标指令。在按绝对坐标编程时，使用代码X和Z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。也可以采用混合坐标指令编程，即同一程序中，既出现绝对坐标指令，又出现相对坐标指令。 U和X坐标值，在数控车床的编程中一般是以直径方式输入的，即按绝对坐标系编程时，X输入的是直径值；按增量坐标编程时，U输入的是径向实际位移值的二倍，并附上方向符号（正向可以省略）。（二）原点 1、机械原点（参考点）机械原点是由生产厂家在生产数控车床时设定在机床上的，它是一个固定的坐标点。每次在操作数控车床的时候，启动机床之后，必须首先进行机械原点回归操作，使刀架返回到机床的机械原点。一般地，根据机床规格不同，X轴机械原点比较靠近X轴正方向的超程点；Z轴机械原点比较靠近Z轴正方向超程点。 2、编程原点编程原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。在编制数控车削程序时，首先要确定作为基准的编程原点。对于某一加工工件，编程原点的设定通常是将主轴中心设为X轴方向的原点。将加工工件的精切后的右端面或精切后的夹紧定位面设定为Z轴方向的原点。分别如图4-2（a）（b）所示。上一页下一页最后页首页

图4-2 编程原点 值得一提的是，以机械原点为原点建立的坐标系一般称为机床坐标系，它是一台机床固定不变的坐标系；而以编程原点为原点建立的坐标系一般称为工件坐标系或编程坐标系，它随着加工工件的改变而改变位置。二、程序结构与格式（一）程序的结构程序是控制机床的指令，与我们学习Basic、C语言编程一样，必须先了解程序的结构，以指导我们读懂程序。下面，我们以一个简单的数控车削程序为例，分析加工程序的结构。上一页下一页最后页首页

例4-1：以经济型数控车床加工图4-3所示工件(毛坯直径为Φ50)。例4-1：以经济型数控车床加工图4-3所示工件(毛坯直径为Φ50)。参考程序如下： O0001；程序名(程序号) N05 G90 G54 M03 S800； N10 T0101； N15 G00 X49 Z2； N20 G01 Z-100 F0.1；程序内容 N25 X51； N30 G00 X60 Z150； N35 M05； N40 M30；程序结束图4-3 车削外圆上一页下一页最后页首页

对于初学者来说,程序中每个指令的意义可能还不理解,但我们可以看出它大致分成程序名(程序号)、程序内容和程序结束三个部分。对于初学者来说,程序中每个指令的意义可能还不理解,但我们可以看出它大致分成程序名(程序号)、程序内容和程序结束三个部分。 1、程序名（程序号）程序号为程序开始部分。在数控装置中，程序的记录是靠程序号来辨别的，调用某个程序可通过程序号来调出，编辑程序也要首先调出程序号。 2、程序内容程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令组成，表示数控机床要完成的全部动作。 3、程序结束以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。（二）程序段格式程序段是可以作为一个单位来处理的连续字组，从例4-1可见，程序段构成的一般形式如下： N G X（U）Z（W）F M S T；程序段准备尺寸字进给辅助主轴刀具程序段顺序号功能功能功能功能功能结束上一页下一页最后页首页

三、辅助功能M代码 辅助功能也叫M功能或M代码，由地址字M和其后的两位数字组成，从M00～M99共100种。主要用于控制零件程序的走向和机床及数控系统各种辅助功能的开关动作。各种数控系统的M代码规定有差异，必须根据系统编程说明书选用。 M功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。非模态M功能(当段有效代码)只在书写了该代码的程序段中有效；模态M功能(续效代码)是一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。另外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能二类。前作用M功能在程序段编制的轴运动之前执行；后作用M功能在程序段编制的轴运动之后执行。常用的M功能代码见表4-1。上一页下一页最后页首页

表4-1 M功能代码一览表 上一页下一页最后页首页

四、准备功能G代码 准备功能G代码由G后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。（一）快速点定位指令（G00）该指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别指定移动速度。输入格式：G00 IP；注：1、“IP”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示； 2、X（U）坐标按直径值输入； 3、快速点定位时，刀具的路径通常不是直线。上一页下一页最后页首页

图4-4 G00快速点定位 绝对指令：G00 X40 Z2；增量指令：G00 U-60 W-50；相关知识点： 1、符号“”代表编程原点； 2、在某一轴上相对位置不变时，可以省略该轴的移动指令； 3、在同一程序段中绝对坐标指令和增量坐标指令可以混用； 4、从图中可见，实际刀具移动路径与理想刀具移动路径可能会不一致，因此，要注意刀具是否与工件和夹具发生干涉，对不确定是否会干涉的场合，可以考虑每轴单动； 5、刀具快速移动速度由机床生产厂家设定。上一页下一页最后页首页

（二）直线插补指令（G01） 该指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿X轴、Z轴方向执行单轴运动，也可以沿XZ平面内任意斜率的直线运动。输入格式：G01 IP F；注：1、“IP”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示； 2、“F”指令刀具的进给速度。例4-3：外圆柱切削。如例4-1所示。例4-4：外圆锥切削。（图4-5）绝对指令：G01 X40 Z-30 F0.4；增量指令：G01 U20 W-30 F0.4；或采用混合坐标系编程：G01 X40 W-30 F0.4 图4-5 G01指令切外圆锥上一页下一页最后页首页

（三）圆弧插补指令（G02 G03） 该指令能使刀具沿圆弧运动，切出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。表4-2列出了G02、G03程序段中各地址代码含义。输入格式：G02 IP__I__K__F__；或G02 IP__R__F__； G03 IP__I__K__F__；或G03 IP__R__F__；表4-2 G02 G03程序段中各指令的含义上一页下一页最后页首页

相关知识点： 1、圆弧顺、逆的方向判断：沿圆弧所在平面（XOZ）相垂直的另一坐标轴（y轴），由正向负看去，起点到终点运动轨迹为顺时针使用G02指令，反之，使用G03指令，如图4-6所示。 2、X、Z（U、W）代表圆弧终点坐标； 3、到圆弧中心的距离不用I、K指定，可以用半径R指定。当I、K和R同时被指定时，R指令优先，I、K无效； a） b）图4-6 圆弧的顺、逆判断上一页下一页最后页首页

4、I0，K0可以省略； 5、若省略X、Z（U、W），则表示终点与始点是在同一位置，此时使用I、K指令中心时，变成了指令360º的圆弧（整圆）； 6、圆弧在多个象限时，该指令可以连续执行； 7、在圆弧插补程序段中不能有刀具功能（T）指令； 8、使用圆弧半径R指令时，指定圆心角小于180º圆弧； 9、圆心角接近于180º圆弧，当用R指定时，圆弧中心位置的计算会出现误差，此时请用I、K指定圆弧中心。例4-5：顺时针圆弧插补。（图4-7）（I、K）指令：G02 X50.0 Z-20.0 I25 K0 F0.5； G02 U20.0 W-20.0 I25 F0.5；（R）指令： G02 X50 Z-20 R25 F0.5； G02 U20 W-20 R25 F0.5；图4-7 G02顺时针圆弧插补上一页下一页最后页首页

例4-6：逆时针圆弧插补。（图4-8） （I、K）指令：G03 X50 Z-20 I-15 K-20 F0.5； G03 U20 W-20 I-15 K-20 F0.5；（R）指令： G03 X50 Z-20 R25 F0.5； G03 U20 W-20 R25 F0.5；图4-8 G03逆时针圆弧插补四、螺纹切削指令（G32/G33）螺纹加工的类型包括：内（外）圆柱螺纹和圆锥螺纹、单头螺纹和多头螺纹、恒螺距与变螺距螺纹。数控系统提供的螺纹加工指令包括：单一螺纹指令和螺纹固定循环指令。前提条件是主轴上有位移测量系统。数控系统的不同，螺纹加工指令也有差异，实际应用中按所使用的机床要求编程。上一页下一页最后页首页

G32/G33指令可以执行单行程螺纹切削，车刀进给运动严格根据输入的螺纹导程进行。但是，车刀的切入、切出、返回均需编入程序。几种典型数控系统的单行程螺纹加工的编程格式见表4-3。表4-3 典型数控系统的单行程螺纹编程指令上一页下一页最后页首页

例4-7：以FANUC系统G33指令编写圆柱螺纹切削程序。（图4-9）例4-7：以FANUC系统G33指令编写圆柱螺纹切削程序。（图4-9）螺纹导程：4mm δ1=3 mm δ2=1.5 mm 若切深2mm，分两次切削（每次切深1mm）（公制输入，直径指定）图4-9 圆柱螺纹切削 W74.5； U-64；（第二次再切深1mm） G33 W-74.5 F4.0； G00 U64； W74.5；切削螺纹部分程序如下： G00 U-62； G33 W-74.5 F4.0； G00 U62；上一页下一页最后页首页

相关知识点： 1、图中δ1、δ2有其特殊的作用，由于螺纹切削的开始及结束部分，伺服系统存在一定程度的滞后，导致螺纹导程不规则，为了考虑这部分螺纹尺寸精度，加工螺纹时的指令要比需要的螺纹长度长（δ1+δ2）； 2、螺纹切削时，进给速度倍率开关无效，系统将此倍率固定在100%； 3、螺纹切削进给中，主轴不能停。若进给停止，切入量急剧增加，很危险，因此进给暂停在螺纹切削中无效。例4-8：以FANUC系统G32指令编写圆锥螺纹切削程序。（图4-10）切削锥螺纹部分程序如下： G00 X12 Z72； G32 X41 Z29 F3.5； G00 X50； Z72； X10；（第二次再切深1mm） G32 X39 Z29 F3.5； G00 X50； Z72；图4-10 圆锥螺纹切削上一页下一页最后页首页

相关知识点： 关于圆锥螺纹的导程，如图4-11所示，当α≤45º时，导程为LZ；当α≥45º时，导程为LX。图4-12 G04暂停指令图4-11 圆锥螺纹的导程五、暂停指令（G04）该指令可使刀具作短时间的无进给光整加工，常用于车槽、镗平面、锪孔等场合。如图4-12所示。输入格式：G04 P；或 G04 X；或 G04 U；注：P：时间或主轴转数的指定（不能用小数点） X：时间或主轴转数的指定（可以用小数点） U：时间或主轴转数的指定（可以用小数点）上一页下一页最后页首页

六、典型数控车削系统G功能代码一览表 表4-4 华中世纪星HNC-21/22T数控车系统的G代码上一页下一页最后页首页

表2-5 FANUC 0i-T数控车系统的G代码 上一页下一页最后页首页

表2-8 SIMENS 802S/C数控车系统的G代码 从表中可以看出，同一G代码，不同的数控系统所代表的含义不完全一样。上一页下一页最后页首页

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