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1、实用数控编程与操作,Practical CNC Programming and Operation,（五）,第5章 数控车床编程,5.1 数控车床简介,一、数控车床加工的特点 1.机床功能全，加工质量高2.适合加工各种形状复杂的回转体零件3.可加工特殊螺纹,二、数控车床的组成 数控车床一般由车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。1、车床主体 它是数控车床的主要机械结构部分。（1）主轴箱 比普通车床的结构简化，但制造和装配的精度的要求较高。（2）导轨 保证进给运动的准确性的重要部件。,（3）刀架 常见刀架结构形式有回转刀架和动力刀架。 （a）四工位方刀架 （b）多刀位转塔式刀架 （c）车削中
2、心动力转塔刀架,（4）床身 它是支撑各运动部件的载体。数控卧式车床布局形式(a)平床身；(b)斜床身；(c)平床身斜滑板；(d)立床身,2、数控装置和伺服系统 数控车床与普通车床的区别仅在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。 （1）数控装置 是数控车床的核心部分。 （2）伺服系统 是数控车床的重要组成部分。3、辅助装置 数控车床的一些配套部件。,三、数控车床的分类,1.按主轴位置分类 立式、卧式 2.按加工零件的基本类型分类 卡盘式、顶尖式3.按刀架数量分类 单刀架式、双刀架式4.按功能分类 简易型、经济型、多功能型、车削中心,四、数控车床与普通车床的区别,1、采用了全封闭或半封闭防护装置
3、2、采用自动排屑装置3、主轴转速高，工件装夹安全可靠4、可自动换刀5、主、进给传动分离,5.2 数控车床程序编制,一、程序编制的坐标系统 1、数控车床的坐标轴系 一般是两坐标机床（X、Z轴），功能较强的数控车床带有C轴。 数控车床的坐标轴系 数控车床C轴的正负方向,2、数控车床的编程参考点 参考点是指设计、调试数控机床或编制程序时,为了完成某些功能,使用人员所设立的一些固定的位置点。,各参考点机床坐标系：机床上固有的坐标系。（固定）机床原点：机床坐标系的原点机床零点：机床坐标系中固定不变的极限点。（参考点）工件坐标系：为编程方便而建立的坐标系。（可变）工件原点：工件坐标系的原点。对刀点：建立机
4、床坐标系和工件坐标系之间关系的基准点。换刀点：是指刀具换刀的位置点。通常应注意远离 工件避免碰伤，一般设立在机床零点处或 对刀点处。刀位点：表示刀具特征的点。也是对刀和加工的 基准点。,3、编程方式,数控车床上主要加工轴类、盘类等回转体零件。所以在编制程序时，X轴坐标可以有直径编程和半径编程两种。,各点坐标如下：直径编程：点1 (20, 0);点2 (20, -13.5);点3 (40, -48.5);点4 (70, -60);,1）直径编程和半径编程,半径编程：点1 (10, 0);点2 (10, -13.5);点3 (20, -48.5);点4 (35 ,-60);,注：机床出厂时系统参数
5、设定为直径编程，采用直径尺寸编程与零件图样中的标注直径尺寸一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。,1）绝对坐标（X、Y、Z 或 G90 ）刀具运动位置坐标值相对坐标系原点给出。,2）相对坐标（U、V、W 或 G91 ） 刀具运动位置坐标值相对前一点给出。,2）绝对编程和相对编程,方法1：绝对编程 相对编程G00 X25. Y26.; G00 U15. V11.; G00 X18. Y40.; G00 U-7. V14.;方法2：绝对编程 相对编程G90 G00 X25. Y26.; G91 G00 X15. Y11.; G00 X18. Y40.; G00 X-7.
6、 Y14.;,例：刀具当前位于A点,沿ABC轨迹运动,试采用绝对和相对方式进行编程。,二、数控车床的基本指令,F、S、T指令 M指令（辅助功能） G指令（准备功能）,每转进给量 编程格式： G99 F F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r 例：G99 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r 每分钟进给量 编程格式: G98 F F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min 例：G98 F100 表示进给量为100mm/min,（1）F指令：用于控制刀具的进给速度。,注：当车削螺纹时，F用来指令被加工螺纹的导程。 例：螺纹加工时，F3.0 表示被加工螺纹的导程为3mm。,*
7、 在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用： 恒线速控制 编程格式 G96 S 表示的是恒定的线速度：m/min。 例：G96 S150 表示切削线速度控制在150 m/min。 恒线速取消 编程格式 G97 S 表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定， 将保留G96的最终值。 例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。,（2）S指令：用于控制主轴转速。如：S300表示主轴转速为300r/min。,（3）T指令：指定刀具号及其刀具补偿号 。,编程格式： T T后面通常有两位数或四位数字，根据机床系统参数设置而定。前两位刀具号 后两位刀具补偿号（长度
8、补偿和刀尖圆弧半径补偿）例：T0303 表示选用3号刀具，调用3刀具补偿值； T0305 表示选用3号刀具，调用5号刀具补偿值； T0300 表示取消刀具补偿。,（4） M指令：指令数控机床的辅助动作及其状态。表5-1 M功能指令,1）M00指令和M01指令 M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行； M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效。2） M03指令、M04指令和M05指令 M03：主轴顺时针旋转； M04：主轴逆时针旋转； M05：主轴停止；3） M06：换刀4）M07指令、M08指令和M09指令 M07：
9、2号冷却液开； M08：1号冷却液开； M09：冷却液关；5）M02指令和M30指令 M02：程序停止，系统复位； M30：程序停止，系统复位，并且程序复位到起始位置。6）M98指令和M99指令 M98：调用子程序； M99：返回主程序。,（5）G指令：用来建立数控机床某种加工方式的指令。,注： (1) 表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态指令，一次指定后持续有效，直到被本组其他代码所取代。 (2) 标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。,(1)G00与G01指令,G00（快速定位）刀具以机床规定的最快速度移动到目标点。G01（直线插补）刀具以程序设定的速度移动到目
10、标点。,程序段格式：G00 X Z ； G01 X Z F 注：X、Z目标点坐标； F进给速度。,例：如下图所示加工轨迹,试采用G00、G01指令编制程序(不考虑端面车削), 切削速度F=0.05mm/r。,采用绝对编程方式，编程如下：G00 X20. Z2.; O K（快速进刀）G01 Z-13.5 F0.15； K 2（直线插补，进给速度F0.15mm/r）X40. Z-48.5; 2 3 （同上，G01指令续效,F续效）X70. Z-60.; 3 4 （同上）G00 X100.; 4 P （快速退刀）Z100.; P O（同上， G00指令续效）,注：G00 速度由系统预先设定，不可用指
11、令设定，快速进给 速率调整旋钮调节； G01 速度是由程序中F指令设定，进给速率调整旋钮调节。G00 不可进行切削加工，否则会出现“撞刀”的严重事故； G01 可进行切削加工，它能完成外圆、端面、内孔、锥面等。,G02（顺圆插补）刀具按照程序设定的进给速度对指定的顺圆弧进行切削加工。G03（逆圆插补）刀具按照程序设定的进给速度对指定的逆圆弧进行切削加工。,(2)G02与G03指令,程序段格式：方法一：G02 X Z R F ； / G03 X Z R F ；注： X、Z目标点坐标； R圆弧半径；（数控车削加工中，圆弧均小于180，所以R为正值，号省略） F 进给速度。,方法二：G02 X Z
12、I K F ； / G03 X Z I K F ；注： I圆心相对于起点的X方向变化值;(可能是正值、负值和零，且为半径值)K圆心相对于起点的Z方向变化值;(K可能是正值、负值和零),例：如图所示，试编制刀具沿轮廓轨迹加工的程序, 切削速度F=0.15mm/r。,G00 X0 Z2.； O K （快速进刀）G01 Z0 F100； K O （直线插补，进给速度F100mm/min）X24. Z-28.； O 1 （同上，G01指令续效,F续效）G02 X40. Z-36. R8.； 1 2 （顺圆插补,F续效）(或 G02 X40. Z-36. I7.75 K0.24 ；) G01 Z-49.
13、； 2 3 （直线插补, F续效）G03 X50. Z-55. R8.； 3 4 （逆圆插补, F续效）(或G03 X50. Z-55. I-2.19 K-8.41 ；) G01 Z-83.； 4 5 （直线插补, F续效）G00 X100.； 5 P （快速退刀）Z100.； P O（同上， G00指令续效）,O0001;T0101;M03 S800;,M05;M30;,(3) G04指令,用于暂停进给。格式： G04 P_或G04 X(U)_其中P后面的数字为整数，单位是ms；X(U)后面的数字为带小数点，单位为s。有些机床指刀具或工件空转的圈数。应用：刀具作短时间无进给光整加工，在车槽、
14、钻镗孔时使用，也可用于拐角轨迹控制。举例：在车削环槽时，若进给结束立即退刀，其环槽外形为螺旋面，用暂停指令G04可以使工件空转几秒钟，即能将环形槽外形光整圆，例如欲空转2.5s时其程序段为： G04 X2.5或G04 U2.5或G04 P2500；,（4）G27、G28、G29和G30指令,参考点是CNC机床上的固定点，可以利用参考点返回指令将刀架移动到该点。可以设置最多四个参考点，各参考点的位置利用参数事先设置。接通电源后必须先进行第一参考点返回，否则不能进行其它操作。 参考点返回有两种方法： 手动参考点返回 自动参考点返回, G27指令（返回参考点检查）：用于检验X轴与Z轴是否正确返回参考
15、点。,格式：G27 X(U)_ Z(W)_ X(U)、Z(W)为参考点的坐标。 执行G27指令的前提是机床通电后必须手动返回一次参考点。,G28、G30指令（参考点返回）,G28 X(U)_ Z(W)_； 返回第一参考点，刀具快速移至中间点（X、Z一起移动）后，快速移动到参考点 G30返回第二、三、四参考点 G30 P2 X(U)_ Z(W)_；返回第二参考点，P2可省略 G30 P3 X(U)_ Z (W)_；返回第三参考点 G30 P4 X(U)_ Z(W)_；返回第四参考点 第二、第三和第四参考点返回中的X(U)、Z (W)的含义与G28中的相同。, G29指令（返回参考点）,G29 X
16、(U)_ Z(W)_； 刀具从参考点快速移至G28设的中间点后，再快速移动到G29指定的点。 注：G28、G29一般成对使用。 例1:如图5.14所示,割槽刀割完槽后经B点(中间点)后返回参考点R,此时利用参考点R作为换刀点进行换刀,换上的螺纹刀经B点(中间点)快速定位到C点,准备加工螺纹。B(50,-25)、C(25，5)，试采用G28、G29编制程序段。,程序如下：G28 X50 Z-25； (割刀回中间点B)T0404； (换螺纹刀)G29 X25 Z5； (螺纹刀定位到C点),(5) G41、G42、G40指令（刀尖半径补偿） 虽然采用尖角车刀对加工及编程都很方便，但由于刀头越尖就越容
17、易磨损，并且当刀具太尖而进给速度又较大时，可明显地感觉出一般的轮廓车削将产生车螺纹的效果，即使减小进给速度，也会影响到加工表面的粗糙度。为此，精车时常将车刀刀尖磨成圆弧过渡刃。采用这样的车刀车内、外圆和端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但转角处的尖角肯定是无法车出的，并且在切削锥面或圆弧面时，会造成过切或少切，因此，有必要对此采用刀尖半径补偿来消除误差。,如图所示，有刀尖存在时，对刀尖按轮廓线编程加工，即可以得到理想轮廓，不需要考虑刀补；而用圆弧头车刀时，若还按假想刀尖编程加工而又不考虑刀补，则实际切削得到的轮廓将产生误差，只有考虑刀补(人工考虑刀补量进行编程，即以偏移理想轮廓一个刀具半径
18、的轨迹线计算)编程加工后，方可保证切削得到理想轮廓线。当然也可以按照轮廓轨迹编程，再在程序中适当位置加上刀补代码，让机床自动进行刀补。,利用机床自动进行刀尖半径补偿时，需要使用G40、G41、G42指令。 当系统执行到含T代码的程序指令时，仅仅是从中取得了刀具补偿的寄存器地址号(其中包括刀具几何位置补偿和刀具半径大小)，此时并不会开始实施刀尖半径补偿。只有在程序中遇到G41、G42、G40指令时，才开始从刀库中提取数据并实施相应的刀径补偿。G41刀尖半径左补偿。沿着进给方向看，刀具在零件的左侧进给。G42刀尖半径右补偿。沿着进给方向看，刀具在零件的右侧进给。G40取消刀尖半径补偿。刀尖运动轨迹
19、与编程轨迹一致。,刀补方式的确定,刀位点与刀尖方位 刀位点即是刀具上用于作为编程相对基准的参照点。当执行没有刀补的程序时，刀位点正好走在编程轨迹上；而有刀补时，刀位点将可能行走在偏离于编程轨迹的位置上。按照试切对刀的情况看，对刀所获得的坐标数据就是刀尖的坐标，采用对刀仪，也基本上是按刀尖对刀的。而事实上，对于圆弧头车刀而言，这个刀尖是不存在的，是一个假想的刀尖点(如图 (a)中A点)。当然，也可通过测出刀尖圆弧半径值来推测出刀尖圆弧中心点(图 (a) 中B点)。编程时，通常就是用这样两个参照点来作为刀位点的，刀尖半径补偿也就是围绕这两种情况进行的。,刀位点与刀尖方位,事实上，当采用A点编程补偿
20、方式时，系统内部只对锥面及圆弧面计算刀补，而对车端面与车外圆则不进行刀补。当采用B点编程刀补方式时，则无论什么样的轮廓线都需要进行刀补运算。当然，对有刀补功能的车床来说，无论用哪种补偿方式，我们都只需要按零件最终得到的轮廓线进行编程，至于怎么具体地实施刀补，则是数控系统内部要做的事情。但对于没有刀补功能的车床来说，考虑如何刀补则是编程者必须要考虑的问题，只有正确的刀补编程才能得到准确的轮廓轨迹。,虽然说只要采用刀径补偿，就可加工出准确的轨迹尺寸形状，但若使用了不合适的刀具，如左偏刀换成右偏刀，那么采用同样的刀补算法还能保证加工准确吗？肯定不行。为此，就引出了刀尖方位的概念。图 (b)所示为按假
21、想刀尖方位以数字代码对应的各种刀具装夹放置的情况；如果以刀尖圆弧中心作为刀位点进行编程，则应选用0或9作为刀尖方位号，其他号都是以假想刀尖编程时采用的。只有在刀具数据库内按刀具实际放置情况设置相应的刀尖方位代码，才能保证对它进行正确的刀补；否则，将会出现不合要求的过切和少切现象。,刀径补偿的引入(初次加载) 由没有设定刀径补偿的运动轨迹到首次执行含G41、G42的程序段，即是刀尖半径补偿的引入过程。见图2-43，编程时书写格式为：.G40G00(G01) . ；先取消以前可能加载的刀径补偿(如果 以前未用过G41或G42，则可以不写这一行)G41(G42) G01(G00) .Dxx；在要引入
22、刀补的含坐标移 动的程序行前加上G41或G42,刀补的加载和卸载,刀径补偿的取消(卸载) 执行过刀径补偿G41或G42的指令后，刀补将持续对每一编程轨迹有效；若要取消刀补，则需要在某一编程轨迹的程序行前加上G40指令，或单独将G40作一程序行书写。 注意： (1) 刀径补偿的引入和卸载不应在G02、G03圆弧轨迹程序行上实施。 (2) 刀径补偿引入和卸载时，刀具位置的变化是一个渐变的过程。 (3) 当输入刀补数据时给的是负值，则G41、G42互相转化。 (4) G41、G42指令不要重复规定，否则会产生一种特殊的补偿。,（7）G90、G94指令（简单固定循环）,G90 内外径切削单步循环 切削
23、内外圆柱面及圆锥面；G94 端面车削单步循环 切削端面及带锥度端面。,G90指令,1、该循环主要用于轴类零件的外圆加工。2、格式：1）内外圆圆柱面切削循环 G90 X(U)_Z(W)_F_,在循环加工过程中，除切削加工时，刀具按F指令速度 运动外，刀具在切入、退出工件和返回起始点都是快速进给速度(G00指令的速度)进行的。,2）内外圆圆锥面切削循环 G90(U)_Z(W)_R_F_ R为锥度部分大端与小端之半径差。,G94指令,1、用于在零件的垂直端面或锥形端面上毛坯余量较大或直接从棒料车削零件时进行精车前的粗车，以去除大部分毛坯余量 。2、格式：1）垂直端面车削固定循环 指令格式为： G94
24、 X(U)_Z(W)_F_,2）锥形端面车削固定循环指令格式为： G94 X(U)_Z(W)_R_F_,（8）G70、G71、G72、G73指令（复合固定循环）,G70G76是CNC车床多次固定循环指令，与单次固定循环指令一样，可以用于必须重复多次加工才能加工到规定尺寸的典型工序。主要用于铸、锻毛坯的粗车和棒料车阶梯较大的轴及螺纹加工。利用多次固定循环功能，只要给出最终精加工路径、循环次数和每次加工余量，机床能自动决定粗加工时的刀具路径。在这一组多次固定循环指令中，G70是G71、G72、G73粗加工后的精加工指令，G74是深孔钻削固定循环指令，G75切槽固定循环指令，G76螺纹加工固定循环。
25、,1）精车循环G70,该指令用于在零件用粗车循环指令G71、G72或G73车削后进行精车。格式： G70 P_Q_U_W_； 指令中各参数的意义如下： P：精车程序第一段程序号； Q：精车程序最后一段程序号； U：沿X方向的精车余量； W：沿Z方向的精车余量。,2）G71指令（内、外圆粗车循环）,该指令适用于毛坯料的粗车外径与粗车内径。如图所示为粗车外径的加工路径，图中C是粗加工循环的起点，A是毛坯外径与端面的交点，B时加工终点。该指令的执行过程如图所示，其指令格式为：,格式：G71 U(d) R(e) G71P_Q_U(u)W(w)F_S_T_各参数的意义如下： d：车削深度，无符号。车削方
26、向取决于方向AA。该参数为模态值。 E：退刀量，该参数为模态值。 P：精车削程序第一段程序号。 Q：精车削程序最后一段程序号。 u： X方向精车预留量的距离和方向。 w： Z方向精车预留量的距离和方向。 F、S、T：粗车过程中从程序段号P到Q之间包括的任何F、S、T功能都被忽略，只有G71指令中指定的F、S、T功能有效。,3）端面粗车循环G72,如图所示，G72指令的含义与G71相同，不同之处是刀具平行于X轴方向切削，它是从外径方向往轴心方向切削端面的粗车循环，该循环方式适于圆柱棒料毛坯端面方向粗车。G72端面粗车循环编程指令。 格式： G72 U(d) R(e)； G72P_Q_U(u)W(
27、w)F_S_T_ G72指令中各参数的意义与G71相同,4）仿形粗车循环G73,如图所示，固定形状粗车循环适用于铸、锻件毛坯零件的一种循环切削方式。由于铸、锻件毛坯的形状与零件的形状基本接近，只是外径、长度较成品大一些，形状较为固定，故称之为固定形状粗车循环。格式：G73 U(i)W(k)R_G73P_Q_u(u)w(w)F_S_T_ 各参数的含义： i：沿X轴的退刀距离和方向 k：沿Z轴的退刀距离和方向 其余参数的含义同G71,（9）G32、G92、G76指令（螺纹加工）,数控车床可以加工直螺纹、锥螺纹、端面螺纹，见图所示。加工方法上分为单行程螺纹切削、简单螺纹切削循环和螺纹切削复合循环。,
28、车螺纹时应遵循的几个原则,1.在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速；2.当螺纹加工程序段中的导入长度1和切出长度2比较充裕时，可选择适当高一些的主轴转速；3.当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转速时，则可选择尽量高一些的主轴转速；,4.通常情况下，车螺纹时主轴转速应按其机床或数控系统说明书中规定的计算式进行确定，其计算式为： n螺n允/L(r/min) 5.牙型较深，螺距较大时，可分数次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得之差按递减规律分配，常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量见表2-3、表2-4。,常用公制螺纹切削的进给次数与背吃刀量(双边
29、) (mm),英制螺纹切削的进给次数与背吃刀量 (双边) (英寸),1）单行程螺纹切削G32,格式：G32 X(U)_Z(W)_F_X(U)、Z(W)为螺纹终点坐标，F为螺纹导程。各参数意义如下：L：螺纹导程，当加工锥螺纹时，取X方向和Z方向中螺纹导程较大者；：锥螺纹锥角，如果为零，则为直螺纹；1、2：为切入量与切除量。 一般1=25mm，2=（1/41/2）1。,2）螺纹切削循环指令G92,G92为简单螺纹循环，该指令可以切削锥螺纹和圆柱螺纹，其循环路线与前述的单一形状固定循环基本相同，只是F为螺距值。格式：G92 X(U)_Z(W)_R_F_圆柱螺纹R=0时，可以省略；F为螺距值。螺纹切削
30、退刀角度为45,毛坯35X55，材料45号钢,3）螺纹切削多次循环指令G76,G76螺纹切削多次循环指令较G32、G92指令简洁，在程序中只需指定一次有关参数，则螺纹加工过程自动进行。 格式如下： G76 P(m)(r)(a) Q_R_ G76 X(U) Z(W) R(i) P(k) Q(d ) F(L) m精车重复次数；r螺纹尾端倒角值；a刀具角度；Q最小车削深度；R精车余量；X(U)、Z(W)螺纹终点坐标；i螺纹锥度值；k螺纹高度；d第一次车削深度；L螺距。,G76指令实例,如图所示零件轴上的一段直螺纹，螺纹高度为3.68mm，螺距为6mm，螺纹尾端倒角为1.1L，刀尖角为60，第一次车削
31、深度1.8mm，最小车削深度0.1mm。程序： N16 G76 P011160 Q100 R200； N18 G76 X60.64 Z25.0 P3680 Q1800 F6.0,（10）M98、M99指令（子程序）,M98：调用子程序 M99：返回主程序,例：如图5.29所示， 2号外割刀（刀宽4mm）加工三个槽宽7mm，槽底直径31mm的沟槽，试用M98、M99指令编制程序。,主程序T0202； （外割刀）G00 X40 Z-9 S400； （快速定点K）M98 P31111； （调用三次子程序，子程序名：O1111）G28 U0 W0； 子程序O1111；G01 U-9； （切至槽底）U9； （退回K点）W-3； （Z向移至与槽的左台阶平）U-9； （切入至槽底）U9； （退回切入点）W-9； （Z向移至K点） M99； （返回主程序）%,
