第三節數控車床的編程

1.數控車床簡介 數控車床的組成：數控系統、床身、主軸、進給系統、回轉刀架、操作面板和輔助系統等。

數控車床分為立式數控車床和臥式數控車床兩種類型。

立式數控車床用于回轉直徑較大的盤類零件車削加工。

臥式數控車床用于軸向尺寸較長或小型盤類零件的車削加工。按功能可進一步分為經濟型數控車床、普通數控車床和車削加工中心。第三章數控車床的編程

2.液壓卡盤和液壓尾架

液壓卡盤是數控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉類零件可采用普通液壓卡盤；對零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要采用專用卡盤；用棒料直接加工零件時需要采用彈簧卡盤。 對軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要采用安裝在液壓尾架上的活頂尖對零件尾端進行支撐，才能保證對零件進行正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可編程液壓尾架。第三章數控車床的編程

3.數控車床的刀架

數控車床可以配備兩種刀架：(1)專用刀架由車床生產廠商自己開發，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優點是制造成本低，但缺乏通用性。(2)通用刀架根據一定的通用標準(如VDI，德國工程師協會)而生產的刀架，數控車床生產廠商可以根據數控車床的功能要求進行選擇配置。（見圖）第三章數控車床的編程圖3.4通用刀架第三章數控車床的編程

4.銑削動力頭 數控車床刀架上安裝銑削動力頭后可以大大擴展數控車床的加工能力。如：利用銑削動力頭進行軸向鉆孔和銑削軸向槽。5.數控車床的刀具 在數控車床或車削加工中心上車削零件時，應根據車床的刀架結構和可以安裝刀具的數量，合理、科學地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在靜止和工作時，刀具與機床、刀具與工件以及刀具相互之間的干涉現象。 數控車床上常用的刀具如圖3.5，圖3.6所示。第三章數控車床的編程圖3.5數控車床刀具第三章數控車床的編程圖3.6數控車床刀具第三章數控車床的編程3.2數控車床編程3.2.1數控車床編程基礎1.公制（米制）與英制編程 數控車床使用的長度單位量綱有公制（米制）和英制兩種，由專用的指令代碼設定長度單位量綱，如FANUC-0TC系統用G20表示使用英制單位量綱，G21表示使用公制（米制）單位量綱。系統通電開機后，機床自動處于公制尺寸狀態。2.直徑編程和半徑編程(1)直徑編程:采用直徑編程時，數控程序中X軸的坐標值即為零件圖上的直徑值。

第三章數控車床的編程(2)半徑編程:采用半徑編程，數控程序中X軸的坐標值為零件圖上的半徑值。考慮使用上的方便，一般采用直徑編程。CNC系統缺省的編程方式為直徑編程。

a)直徑編程

b)半徑編程圖3.7數控車削編程分類

a)A:(30.0,80.0)，B:(40.0,60.0)

b)A:(15.0,80.0)，B:(20.0,60.0)第三章數控車床的編程3.車床的前置刀架與后置刀架 數控車床刀架布置有兩種形式：如圖3.8所示圖3.8車床的前置刀架與后置刀架第三章數控車床的編程4.刀尖半徑補償

在數控車削編程中為了編程方便，把刀尖看作為一個尖點，數控程序中刀具的運動軌跡即為該假想尖點的運動軌跡。（如圖3.9所示）圖3.9假想刀尖與刀尖半徑第三章數控車床的編程 刀尖圓弧半徑補償指令： 指令格式

G41(G42、G43)G01(G00)X(U)_Z(W)

指令功能

G41為刀尖圓弧半徑左補償；

G42為刀尖圓弧半徑右補償；

G40是取消刀尖圓弧半徑補償。 指令說明

順著刀具運動方向看，刀具在工件的左邊為刀尖圓弧半徑左補償；刀具在工件的右邊為刀尖圓弧半徑右補償。只有通過刀具的直線運動才能建立和取消刀尖圓弧半徑補償。第三章數控車床的編程5.數控機床的初始狀態 初始狀態:指數控機床通電后具有的狀態，也稱為數控系統內部默認的狀態，一般設定絕對坐標方式編程、使用米制長度單位量綱、取消刀具補償、主軸和切削液泵停止工作等狀態作為數控機床的初始狀態。3.2.2數控車床基本指令

1.常用編程指令的應用 車削加工編程一般包含X和Z坐標運動及繞Z軸旋轉的轉角坐標C。(1)快速定位(G00或G0)刀具以點位控制方式從當前所在位置快速移動到指令給出的目標位置。 指令格式：G00X(U)

Z(W)

；第三章數控車床的編程(2)直線插補(G01或G1)刀具以一定的進給速度從當前所在位置沿直線移動到指令給出的目標位置。 指令格式：G01X(U)

Z(W)

F

；圖3.10快速定位

圖3.11直線插補第三章數控車床的編程圖3.10快速定位

圖3.11直線插補

G00X40.0Z56.0；

G01X40.0Z20.1F0.2；

/絕對坐標，直徑編程；

/絕對坐標，直徑編程

G00U-60.0W-30

G01U20.0W-25.9F0.2；

/增量坐標，直徑編程

/增量坐標，直徑編程

(3)圓弧插補(G02或G2，G03或G3)

1)指令格式:G02X(U)_Z(W)_I_K_F_；

G02X(U)

Z(W)

R

F

；

G03X(U)_Z(W)_I_K_F_；

G03X(U)

Z(W)

R

F

；

第三章數控車床的編程

2)指令功能:G02、G03指令表示刀具以Ｆ進給速度從圓弧起點向圓弧終點進行圓弧插補。

3)指令說明: ①G02為順時針圓弧插補指令，G03為逆時針圓弧插補指令。圓弧的順、逆方向判斷見圖3.12左圖，朝著與圓弧所在平面相垂直的坐標軸的負方向看，順時針為G02，逆時針為G03，圖3.12右圖分別表示了車床前置刀架和后置刀架對圓弧順與逆方向的判斷；第三章數控車床的編程圖3.12圓弧的順逆方向

②如圖3.13，采用絕對坐標編程，X、Z為圓弧終點坐標值；采用增量坐標編程，U、W為圓弧終點相對圓弧起點的坐標增量，R是圓弧半徑，當圓弧所對圓心角為0°～180°第三章數控車床的編程圖3.13圓弧絕對坐標,相對坐標時，Ｒ取正值；當圓心角為180°～360°時，R取負值。I、K為圓心在X、Z軸方向上相對圓弧起點的坐標增量（用半徑值表示），I、K為零時可以省略。第三章數控車床的編程圖3.14圓弧插補G02X50.0Z30.0I25.0F0.3；

G03X87.98Z50.0I-30.0K-40.0F0.3；

G02U20.0W-20.0I25.0F0.3；

/絕對坐標，直徑編程G02X50.Z30.0R25.0F0.3；

G03U37.98W-30.0I-30.0K-40.0F0.3；G02U20.0W-20.0R25.0F0.3；

/相對坐標，直徑編程

第三章數控車床的編程(4)主軸轉速設置(S)車床主軸的轉速(r／min)為：

因此主軸轉速應為478r／min，表示為S478。式中υ為圓周切削速度，單位缺省為m／min、D為工件的外徑，單位為mm。例如，工件的外徑為200mm，要求的切削速度為300m／min，經計算可得第三章數控車床的編程(5)主軸速度控制指令

數控車削加工時，按需要可以設置恒切削速度(例如，為保證車削后工件的表面粗糙度一致，應設置恒切削速度)，車削過程中數控系統根據車削時工件不同位置處的直徑計算主軸的轉速。 恒切削速度設置方法如下：G96S

；其中S后面數字的單位為r／min。 設置恒切削速度后，如果不需要時可以取消，其方式如下:G97S

；其中S后面數字的單位為r／min。第三章數控車床的編程(6)進給率和進給速度設置指令 在數控車削中有兩種切削進給模式設置方法，即進給率(每轉進給模式)和進給速度(每分鐘進給模式)。1)進給率，單位為mm/r，其指令為：

G99；/進給率轉換指令，

G01X

Z

F

；/F的單位為mm／r2)進給速度，單位為mm／min，其指令為：

G98；/進給速度轉換指令，G01X

Z

F

；/F的單位為mm／min第三章數控車床的編程圖3.16進給率和進給速度

圖a：G99G01Z-27.1F0.3;

圖b：G98G01Z-10.0F80;

表示進給率為0.3mm／r

表示進給速度為80mm／minCNC系統缺省進給模式是進給率，即每轉進給模式。

第三章數控車床的編程(7)工件原點設置 工件坐標系的原點有兩種設置方法。

1)用G50指令進行工件原點設置，分以下兩種設置情況：圖3.17工件原點設置第三章數控車床的編程①坐標原點設置在卡盤端面 如圖a所示，這種情況下z坐標是正值。 工件原點設置在卡盤端面：

G50X85.Z210.；/*將刀尖當前位置的坐標值定為工件坐標系中的一點(85.，210.)。②坐標原點設置在零件右端面 如圖b所示，這種情況下Z坐標值是負值。 工件原點設置在工件右端面：G50X85.0Z90.0； 在這種情況下，如果設置指令寫成：

G50X0Z0； 則刀尖當前位置即為工件坐標系原點。第三章數控車床的編程(8)端面及外圓車削加工 端面及外圓的車削加工要用到插補指令G01。 為正確地編寫數控程序，應在編寫程序前根據工件的情況選擇工件原點。確定好工件原點后，還必須確定刀具的起始點。圖3.18確定車削原點

a)工件原點在左端面時

b)工件原點在右端面時第三章數控車床的編程實例：

如下圖所示零件圖3.45數控車削綜合編程實例第三章數控車床的編程 N0050G01X32Z0;

N0110G02X16Z-15R2; N0060G01X-0.5;

N0120G01X20; N0070G00Z1;

N0130G01Z35; N0080G00X10;

N0140X26; N0090G01X12Z1;

N0150Z50; N0100G01X12Z1;

N0160X32;第三章數控車床的編程2.循環加工指令 當車削加工余量較大，需要多次進刀切削加工時，可采用循環指令編寫加工程序，這樣可減少程序段的數量，縮短編程時間和提高數控機床工作效率。根據刀具切削加工的循環路線不同，循環指令可分為單一固定循環指令和多重復合循環指令。(1)單一固定循環指令

對于加工幾何形狀簡單、刀具走刀路線單一的工件，可采用固定循環指令編程，即只需用一條指令、一個程序段完成刀具的多步動作。固定循環指令中刀具的運動分四步：進刀、切削、退刀與返回。第三章數控車床的編程1)外圓切削循環指令（G90） 指令格式:G90

X（U）_Z（W）_R_F_

指令功能:實現外圓切削循環和錐面切削循環。

刀具從循環起點按圖3.19與圖3.20所示走刀路線，最后返回到循環起點，圖中虛線表示按Ｒ快速移動，實線表示按F指定的工件進給速度移動。圖3.19外圓切削循環第三章數控車床的編程圖3.20錐面切削循環指令說明:①X、Z表示切削終點坐標值；②U、W表示切削終點相對循環起點的坐標分量；③R表示切削始點與切削終點在Ｘ軸方向的坐標增量（半徑值），外圓切削循環時R為零，可省略；④Ｆ表示進給速度。

第三章數控車床的編程例題如圖3.21所示，運用外圓切削循環指令編程。

G90X40Z20F30

A-B-C-D-A

X30

A-E-F-D-A

X20

A-G-H-D-A圖3.21外圓切削循環例題第三章數控車床的編程例題如圖3.22所示，運用錐面切削循環指令編程。

G90X40Z20R-5F30

A-B-C-D-A

X30

A-E-F-D-A

X20

A-G-H-D-A

圖3.22錐面切削循環例題第三章數控車床的編程2)端面切削循環指令（G94）

指令格式:G94X（U）_Z（W）_R_F_

指令功能:實現端面切削循環和帶錐度的端面切削循環。 刀具從循環起點，按圖3.23與圖3.24所示走刀路線，最后返回到循環起點，圖中虛線表示按R快速移動，實線按Ｆ指定的進給速度移動。圖3.23端面切削循環

圖3.24帶錐度的端面切削循環

第三章數控車床的編程指令說明:①X、Z表示端平面切削終點坐標值；②U、W表示端面切削終點相對循環起點的坐標分量；③R表示端面切削始點至切削終點位移在Z軸方向的坐標增量，端面切削循環時R為零，可省略；④F表示進給速度。第三章數控車床的編程例題:

如圖3.25所示，運用端面切削循環指令編程。

G94X20Z16F30

A-B-C-D-A

Z13

A-E-F-D-A

Z10

A-G-H-D-A圖3.25端面切削循環例題

圖3.26帶錐度的端面切削循環第三章數控車床的編程例題:如圖3.26所示，運用帶錐度端面切削循環指令編程。

G94X20Z34R-4F30

A-B-C-D-A

Z32

A-E-F-D-A

Z29

A-G-H-D-A 2)多重復合循環指令（G70——G76)

在這組指令中，G71、G72、G73是粗車加工指令，G70是G71、G72、G73粗加工后的精加工指令，G74是深孔鉆削固定循環指令，G75是切槽固定循環指令，G76是螺紋加工固定循環指令。

第三章數控車床的編程

1)外圓粗加工復合循環（G71） 指令格式：G71

UΔd

Re

G71

Pns

Qnf

UΔu

WΔwFfSsTt

指令功能：切除棒料毛坯大部分加工余量，切削是沿平行Z軸方向進行，如圖3.27所示。

A為循環起點，A-A'-B為精加工路線。圖3.27外圓粗加工復合循環

圖3.28端面粗加工復合循環第三章數控車床的編程

例題:如圖3.29所示，運用外圓粗加工循環指令編程。圖3.29外圓粗加工復合循環例題第三章數控車床的編程N010G50X150Z100N020G00X41Z0N030G71U2R1N040G71P50Q120U0.5W0.2F100N050G01X0Z0N060G03X11W-5.5R5.5N070G01W-10N080X17W-10N090W-15N100G02X29W-7.348R7.5N110G01W-12.652N120X41N130G70P50Q120F30

第三章數控車床的編程

2)端面粗加工復合循環（G72） 指令格式:G72WΔdRe

G72Pns

Qnf

UΔu

WΔwFfSs

Tt

指令功能:除切削是沿平行X軸方向進行外，該指令功能與G71相同，如圖3.28所示。 指令說明:

Δd

、e、ns、nf、Δu、Δw的含義與G71相同。第三章數控車床的編程

例題:如下圖，運用端面粗加工循環指令編程。圖3.30端面粗加工復合循環

圖3.31固定形狀切削復合循環第三章數控車床的編程N010G50X150Z100N020G00X41Z1N030G72W1R1N040G72P50Q80U0.1W0.2F100N050G00X41Z-31N060G01X20Z-20N070Z-2N080X14Z1N090G70P50Q80F30第三章數控車床的編程

3)固定形狀切削復合循環（G73）

指令格式:G73UΔi

WΔkRd

G73Pns

Qnf

UΔu

WΔwFfSs

Tt

指令功能:適合加工鑄造、鍛造成形的一類工件指令說明:

Δi

表示X軸向總退刀量（半徑值）；

ΔK表示Z軸向總退刀量；

d表示循環次數；

ns表示精加工路線第一個程序段的順序號；

nf

表示精加工路線最后一個程序段的順序號；

Δu

表示X方向的精加工余量（直徑值）；

Δw

表示Z方向的精加工余量。第三章數控車床的編程

4)精車復合循環（G70） 指令格式：G70

Pns

Qnf

指令功能：用G71、G72、G73指令粗加工完畢后，可用精加工循環指令。指令說明：

ns表示指定精加工路線第一個程序段的順序號；

nf表示指定精加工路線最后一個程序段的順序號；

G70～G73循環指令調用N(ns)至N(nf)之間程序段，其中程序段中不能調用子程序。第三章數控車床的編程

5)復合固定循環舉例（G71與G70編程）3.螺紋加工自動循環指令

(1)單行程螺紋切削指令G32（G33,G34） 指令格式：G32

X（U）_Z（W）_F_

指令功能：切削加工圓柱螺紋、圓錐螺紋和平面螺紋。指令說明： 格式中的X（U）、Z（W）為螺紋中點坐標，F為以螺紋長度L給出的每轉進給率。L表示螺紋導程，對于圓錐螺紋（圖3.34），其斜角α在45°以下時，螺紋導程以Z軸方向指定；斜角α在45°～90°時，以X軸方向指定。第三章數控車床的編程 ①圓柱螺紋切削加工時，X、U值可以省略，格式為：

G32Z（W）_F_； ②端面螺紋切削加工時，Z、W值可以省略，格式為：

G32X（U）_F_； ③螺紋切削應注意在兩端設置足夠的升速進刀段δ1和降速退刀段δ2，即在程序設計時，應將車刀的切入、切出、返回均應編入程序中。圖3.34螺紋切削

圖3.35螺紋切削應用第三章數控車床的編程 例題：

如圖3.35所示，走刀路線為A-B-C-D-A，切削圓錐螺紋，螺紋導程為4mm,δ1=3mm，δ2=2mm，每次背吃刀量為１mm，切削深度為2mm。

G00X16 G32X44

W-45F4 G00X50

W45X14 G32X42

W-45F4 G00X50

W45第三章數控車床的編程

(2)螺紋切削循環指令（G92）

指令格式:G92

X（U）_Z（W）_R_F_

指令功能:切削圓柱螺紋和錐螺紋 例題:如圖3.38所示，運用圓柱螺紋切削循環指令編程。圖3.38切削圓柱螺紋第三章數控車床的編程

G50X100Z50 G97S300T0101M03 G00X35Z3 G92X29.2Z-21F1.5

X28.6

X28.2

X28.04 G00X100Z50T0000M05 M02

(3)螺紋切削復合循環（G76） 指令格式:G76Pm

raQΔdminRd

G76X（U）_Z（W）_Ri

Pk

QΔdFf第三章數控車床的編程

指令功能：該螺紋切削循環的工藝性比較合理，編程效率較高，螺紋切削循環路線及進刀方法如圖3.40所示。圖3.40螺紋切削復合循環路線及進刀法第三章數控車床的編程3.3數控加工的刀具半徑補償

在車削過程中，刀尖圓弧半徑中心與編程軌跡會偏移一個刀尖圓弧半徑值r,用指令補償因刀尖半徑引起的偏差的這種偏置功能，稱為刀具半徑補償。 在執行刀具半徑補償時，刀具會自動偏移一個刀具半徑值；

當刀具磨損，刀尖半徑變小；刀具更換，刀尖半徑變大時，只需更改輸入刀具半徑的補償值，不需修改程序。第三章數控車床的編程

1.刀具半徑補償的方法

把實際的刀具半徑存放在一個可編程刀具半徑偏置寄存器中D##；（可編程刀具半徑偏置寄存器號。）

假設刀具的半徑為零，直接根據零件的輪廓形狀進行編程;

CNC系統將該編號（寄存器號）對應的刀具半徑偏置寄存器中存放的刀具半徑取出，對刀具中心軌跡進行補償計算，生成實際的刀具中心運動軌跡。第三章數控車床的編程2.刀具半徑補償指令a)刀具半徑左補償

b)刀具半徑右補償圖3.42刀具半徑補償刀具半徑補償分為：

(1)刀具半徑左補償：用G41定義，刀具位于工件左側；(2)刀具半徑右補償：用G42定義，刀具位于工件右側；(3)取消刀具半徑補償：G40。(4)刀具半徑偏置寄存器號：用非零的D##代碼選擇；第三章數控車床的編程3.4數控車床綜合加工實例

根據下圖所示的待車削零件，材料為45號鋼，其中Ф85圓柱面不加工。在數控車床上需要進行的工序為：切削Ф80mm和Ф62mm外圓；R70mm弧面、錐面、退刀槽、螺紋及倒角。要求分析工藝過程與工藝路線，編寫加工程序。第三章數控車床的編程3.4數控車床綜合加工實例

根據下圖所示的待車削零件，材料為45號鋼，其中Ф85圓柱面不加工。在數控車床上需要進行的工序為：切削Ф80mm和Ф62mm外圓；R70mm弧面、錐面、退刀槽、螺紋及倒角。要求分析工藝過程與工藝路線，編寫加工程序。第三章數控車床的編程圖3.43車削零件圖第三章數控車床的編程1.零件加工工藝分析

(1)設定工件坐標系

按基準重合原則，將工件坐標系的原點設定在零件右端面與回轉軸線的交點上，如圖中Op點，并通過G50指令設定換刀點相對工件坐標系原點Op的坐標位置（200,100）

(2)選擇刀具

根據零件圖的加工要求，需要加工零件的端面、圓柱面、圓錐面、圓弧面、倒角以及切割螺紋退刀槽和螺紋，共需用三把刀具。第三章數控車床的編程

1號刀，外圓左偏刀，刀具型號為：CL-MTGNR-2020/R/1608ISO30。安裝在1號刀位上。

3號刀，螺紋車刀，刀具型號為：TL-LHTR-2020/R/60/1.5ISO30。安裝在3號刀位上。

5號刀，割槽刀，刀具型號為：ER-SGTFR-2012/R/3.0-0IS030。安裝在5號刀位上。

(3)加工方案 使用1號外圓左偏刀，先粗加工后精加工零件的端面和零件各段的外表面，粗加工時留0.5mm的精車余量；使用5號割槽刀切割螺紋退刀槽；然后使用３號螺紋車刀加工螺紋。第三章數控車床的編程

(4)確定切削用量

切削深度：粗加工設定切削深度為3mm，精加工為0.5mm。 主軸轉速：根據45號鋼的切削性能，加工端面和各段外表面時設定切削速度為90m/min；車螺紋時設定主軸轉速為250r/min。 進給速度：粗加工時設定進給速度為200mm/min，精加工時設定進給速度為50mm/min。車削螺紋時設定進給速度為1.5mm/r。第三章數控車床的編程2.編程與操作

(1)編制程序

(2)程序輸入數控系統 將程序在數控車床MDI方式下直接輸入數控系統，或通過計算機通信接口將程序輸入數控機床的數控系統。然后在CRT屏幕上模擬切削加工，檢驗程序的正確性。

(3)手動對刀操作 通過對刀操作設定工件坐標系，記錄每把刀的刀尖偏置值，在運行加工程序中，調用刀具的偏置號，實現對刀尖偏置值的補償。第三章數控車床的編程

(4)自動加工操作

選擇自動運行方式，然后按下循環啟動按鈕，機床即按編寫的加工程序對工件進行全自動加工。 Ｏ0001

程序代號

N005G50X200Z100

建立工件坐標系

N010G50S3000

主軸最高轉速限定為3000r/min N015