第四章 数控车床编程

1. 第四章 数控车床编程 §4.1 数控车床编程基础 §4.2 车削固定循环 §4.3螺纹车削加工 §4.4典型数控车床编程实例 练习与思考

2. §4.1 数控车床编程基础 一、数控车床编程特点 二、数控系统的基本功能 三、常用的准备功能 四、刀具补偿功能

3. 一、数控车床编程特点 • 1.可以采用绝对值编程，增量编程或二者混合编程 根据被加工零件的图样标注尺寸，从便于编程角度出发，在一个程序段中，可以采用绝对坐标值编程、增量编程或二者混合编程。按绝对坐标编程时，用坐标字X、Z表示；按增量坐标编程时，用坐标字U、W表示。

4. 与其他数控机床加工程序不同的是，在数控车的加工程序中，同一程序段中刀位的输入方式可以是绝对输入方式也可以是增量输入方式。一般，用X— Z—表示绝对输入方式，用U— W—表示增量输入方式，在一条加工指令中，X（U）— Z（W）—可以混合使用。其中，X—或U—都是径向上的直径值或直径增量。 • 当然，也有其他数控系统仍用G90、G91指令明确指定输入方式。在这种系统中，同一程序段中两种输入方式不能混合使用。

5. 2.可以采用直径值编程或半径值编程 在数控车削加工中，X坐标值有直径值编程和半径值编程两种表达方法。数控系统默认的编程方式为直径值编程，这是由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，都是以直径值表示的，因而采用直径值编程最方便，即在直径方向，用绝对值编程时，以直径表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略）。

6. 3.具有各种不同形式的固定循环功能 由于车削加工常用圆棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，要加工到图样尺寸，需要一层一层切削，如果每层切削加工都编写程序，编程工作量会大大增加。因此，为简化编程数控装置通常具有各种不同形式的固定循环功能，如车内、外圆柱表面固定循环车端面、车螺纹固定循环等。

7. 4.具有刀具自动补偿功能 大多数数控车床都具有刀具自动补偿功能，利用此功能可以实现刀尖圆弧半径补偿、刀具磨损补偿以及在安装刀具时产生的位置误差补偿。加工前操作人员只要将相关补偿值输入到规定的存储器中，数控系统就能自动进行刀具补偿。无论刀尖圆弧半径、刀具磨损还是刀具位置的变化都无需更改加工程序，因而编程人员可以按照工件的实际轮廓尺寸进行编程。

8. 5.具有恒表面切削速度控制和主轴最高转速限定功能5.具有恒表面切削速度控制和主轴最高转速限定功能 在加工端面、圆弧、圆锥以及阶梯直径相差较大的零件时，沿X轴方向进给时，虽然进给速度不变，但切削速度却在不断变化，导致加工表面质量变化。为了保证加工表面质量，数控车床一般具有恒表面切削速度控制功能。该功能可以使数控系统根据刀尖所处X坐标值，作为工件的直径值来计算主轴转速，使切削速度保持恒定。

9. 当刀具逐渐移进工件旋转中心时，主轴转速越来越高，工件有从卡盘中飞出的危险，为了防止出现事故，数控车床具有主轴最高转速限定功能。

10. 5.车床坐标系 数控车床加工的是回转体类的零件。车床主轴上装夹的不是刀具，而是待加工的工件，高速旋转的是工件，刀具则安装在刀架上，只能在二维平面内移动，所以其数控加工程序有如下特点：

11. 一）坐标系 • 坐标系是程序编制前首先要搞清楚的重要概念。数控车床编程也分机床坐标系（或机械坐标系）和工件坐标系（或编程坐标系）两种。由于数控车床是回转体加工机床，一般只有两个坐标轴：X轴和Z轴。其规定为：

12. 1．机床坐标系 • 机床坐标系的原点为主轴旋转中心线与工件卡盘后端面的交点处；其Z轴与车床导轨平行，是主轴的回转轴线，远离卡盘（或工件）方向为Z轴的正方向，趋近卡盘（或工件）方向为Z轴的负方向；X轴是与Z轴垂直的径向，刀架远离主轴轴线方向为X的正向，趋近主轴轴线方向为X的负向。 • 机床坐标系原点也是机床原点，机床坐标系就是以机床原点为坐标系原点建立的由Z轴和X轴组成的坐标系

13. 2．工件坐标系 • 工件坐标系是同机床坐标系规定相同的坐标系，其原点是程序员根据零件图纸人为设定的一个基准点。一般工件坐标系原点常选在工件右端面的中心处。 • 工件坐标系的建立指令因机床的控制系统不同而不同。一般有两种方式：一是指定刀尖起始位置距工件坐标系原点的方位；二是指定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。即：

14. 1）设工件装夹以后，刀尖距工件坐标系原点的X向尺寸和Z向尺寸分别为a 、b，可用以下指令： • G50 X a Z b • 其中，a、b一般应取正值，是加工过程刀尖的起始位置及加工过程中的换刀位置。G92 或G50均是以绝对值方式输入。

15. 二、数控系统的基本功能 • （一）准备功能指令 准备功能也称为G功能（或称G代码），它是用来指令机床动作方式的功能。准备功能是用地址G及其后面的数字来指令机床动作的。如用G00来指令运动坐标快速定位。表为FANUC-0i系统的准备功能G代码表。

17. （二）辅助功能指令（M指令） • M指令设定各种辅助动作及其状态，表是数控车床及车铣中心的M指令说明。

18. （三）进给功能指令（ F指令） • 在数控车床加工中，F指令有两种形式： 1.若F后面用小数表示，如 F0．3 或F1． 表示刀具切削进给量是mm / r（毫米/转，用G99指定）； (G99) F； F:主轴每转刀具进给量小数点输入指令范围为0.0001～500.0000(mm/r)。

19. 每转进给量

20. 2.若F后面用整数表示，如 F100 或 F300 表示刀具进给量是mm / min（毫米/分，用G98指定）。 (G98) F； 其中F为每分钟刀具进给量，指令范围为1～15000(mm/min)。 螺纹切削进给速度（mm/r），如图所示。

21. 每分钟进给量 螺纹切削

22. 在程序启动第一个G01或G02或G03功能时，必须同时启动F指令。F指令为模态指令，即当前F值一直有效，直到被新的F值所取代。在程序启动第一个G01或G02或G03功能时，必须同时启动F指令。F指令为模态指令，即当前F值一直有效，直到被新的F值所取代。

23. （四）刀具指令 数控车程序中的刀具指令常见的有两种： 1．Txx T后跟两位数字，第一位表示刀具号；第二位表示补偿号，0表示无补偿。 2．Txxxx T后跟四位数字，头两位表示刀具号；后两位表示补偿号，00表示无补偿。 在FANUC-0i系统中，采用T2＋2形式表示，例如T0101表示采用1号刀具和1号刀补。

24. （五）主轴功能指令（S指令）和主轴速度控制（ G96、G97 ） • 主轴功能指令（S指令）是用以设定主轴转动速度的指令，用S指令和其后的数字组成，数字表达的含义有两种：主轴切削线速度和主轴的转速。 • 1.主轴速度以转速设定（单位：r/min） 指令格式：G97 S；该指令之后的程序段工作时，主轴转速为S指令后的数值（以r/min为单位），是恒转速。例如：G97 S800表示主轴转速为800 r/min。

25. 2. 主轴速度以线速度设定（单位：m/min） • 指令格式G96 S;该指令之后的程序段工作时，主轴转速为S指令后的数值（以m/min 为单位），是恒切削速度（线速度）。例如 G96 S100表示切削速度是100 m/min。

26. 例1 • 用1号刀具切削外形时用G96设置切削速度为100m/min，并限定最高主轴转速为1500r/min；用2号刀具（钻头）钻中心孔时，用G97取消恒切削速度，并设置主轴恒转速为800r/min。两部分程序开头如下：

28. 三、常用准备功能（一）工件坐标系原点设定指令G50三、常用准备功能（一）工件坐标系原点设定指令G50 • 一般G50作为第一条指令放在整个程序的前面，告诉数控系统，刀尖起始点相对于工件坐标系原点的位置，从而设定了一个坐标系。 • G50是一个非运动指令，只起预置寄存的作用，即执行G50指令时机床运动部件不产生任何运动。

29. 例2 • 如图所示工件，建立工件坐标系的方法如下 • 选工件右端面O点为工件原点时，其程序段为G50 X150.0 Z20.0 • 若选工作左端面O’点为工件原点时，则程序应写成G50 X150.0 Z100.0

30. （二）快速点定位指令G00 • 使刀具以机床厂设定的最快速度按点位控制方式从当前所在位置（起点）快速移动到指令给出的目标点位置（终点）。该指令没有运动轨迹的要求，也不需特别规定进给速度。 • 指令格式 G00 X(U) Z(W); 或 G0 X(U) Z(W); 也可以将增量坐标和绝对坐标指令混用，如 G00 X W; 或G00 U Z; 当在某一坐标轴上相对位置不变时，可以省略该轴坐标值，如G00 X ; G00 Z ;

31. 注意： • 1）该指令只能用于快速定位，不能用于切削加工 • 2）G00指令的移动速度是机床厂设定的空行程速度，与程序中的进给速度无关 • 3）该指令由于无运动轨迹的要求，因此刀具移动的轨迹不再是标准的直线插补轨迹。

32. 例3 如图所示，刀具快速进给的程序： G00 X50.0 Z6.0; 或 G00 U-70.0 W-84.0

33. （三）直线插补指令G01 • 使刀具按程序中给定的进给速度F以直线运动方式，从当前点移动到指令给出的目标位置。该指令可以使刀具沿X轴方向或Y方向作直线运动，也能以两轴联动方式在X、Z平面内作任意斜率的直线运动。

34. 指令格式 G01 X(U)Z(W) F; 如G01 X10. Z100. F0.3 • 说明 进给速度的方向是直线。若进给速度F已在前段程序中给定且不需改变，本段程序也可不写出；若某轴没有进给，则指令中可省略该轴坐标。

35. 例1 切削如图所示外圆柱面，程序如下： G01 X60.0 Z-80.0 F0.3; 或 G01 U0.0 W-80.0 F0.3; G01 Z-80.0 F0.3; G01 W-80.0 F0.3; G01 X60.0 W-80.0 F0.3; G01 U0.0 Z-80.0 F0.3; G01车削外圆柱面

36. 例2 切削如图所示外圆锥面，程序如下： G01 X80.0 Z-80.0 F0.3; 或 G01 U20.0 W-80.0 F0.3 G01指令切削外圆锥面

37. （四）圆弧插补指令G02或G03 • 使机床在X、Z坐标平面内执行圆弧插补运动，切削出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。 1.圆弧顺、逆方向的判断 沿垂直于-Y轴看去，刀具相对于工件转动方向顺时针运动为G02，逆时针运动为G03为。

38. 2.指令格式 • G02/G03给定方向 • X(U)，Z(W)给圆弧终点坐标 • 圆弧圆心位置，圆弧半径两种方式

39. 3.说明 • 1）圆弧终点坐标的确定。 采用绝对坐标值编程时，圆弧的终点坐标为圆弧终点在坐标系中的坐标值，用X、Z表示。采用增量值编程时，圆弧的终点坐标为圆弧终点相对于圆弧起点的增量坐标值，用U、W表示。

40. b a 2） I、K值确定 I、K总是表示圆心相对于圆弧起点在X、Z轴方向上的增量值。 当圆弧圆心坐标值I、K与圆弧起点在同一坐标位置时，在程序中I、K可以省略。 c

41. 3）圆弧半径R值的确定 同一圆弧半径R的情况下，从圆弧起点到圆弧终点有两条圆弧路径。 • 圆心角α≤180°时，R用正值表示，如圆弧1； • 圆心角α>180°时， R用负值表示，如圆弧2。 • 用圆弧半径R指定圆心位置时，不能进行整圆编程。 圆弧用R编程

42. 4）圆弧半径R不能与I、K同时使用，如果同时指定了I、K和R，则R指令优先， I、K值无效。 • 5）进给速度F的方向为圆弧切线方向，即线速度的方向。

43. 例1 顺时针圆弧插补

46. 例2 逆时针圆弧插补 • 方法一 用I、K指定圆心位置

47. 方法一 用I、K指定圆心位置

48. 方法二：用圆弧半径R指定圆心位置

49. （五）刀具进给速度与进给量设置指令G98或G99 • 车削加工中，刀具的进给速度表达方式有如下两种： 1.每转进给量指令G99 指令G99设定主轴每转一转时刀具的进给量（每转进给量），单位为mm/r。在含有G99程序段后面，指令F后面的数值是以主轴每转一转刀具的移动距离来计算的。

50. 2.每分钟进给量指令G98 指令G98设定主轴每分钟刀具的进给量，单位为mm/min。在含有G98程序段后面，指令F后面的数值是以主轴每分钟刀具的移动距离来计算的。