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1、数控车床的编程与操作 数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，大约占数控机床总数的25%。本讲义以FANUC0TD系统为例介绍数控车床的编程与操作。1. 数控车床加工的基本知识1.1 数控车床的分类1.1.1 按主轴的布置形式分类：（1）卧式数控车床：机床主轴轴线处于水平位置数控车床。（2）立式数控车床：机床主轴轴线处于垂直位置数控车床。1.1.2 按数控系统控制的轴数分类：（1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转刀架，可实现X、Z两坐标轴联动控制。（2）四轴控制数控车床：机床上只有两个回转刀架，可实现X、Z和U、W四坐标轴联动控制。（3）多轴控制数控车床：机
2、床除了控制X、Z两坐标轴外，还可以控制其他坐标轴，实现多轴控制，如具有C轴控制功能。对于车削加工中心或柔性制造单元，都具有多轴控制功能。1.2 数控车床的加工特点1、 适应性强，用于单件、小批生产的零件的加工在普通车床上加工不同的零件，一般需要调整车床和附件，以使车床适应加工零件的要求。而数控车床加工不同形状的零件时只要重新编制或修改加工程序就可以迅速达到加工要求，大大缩短了生产准备时间。2、 加工精度高，加工出的零件互换性好数控加工的尺寸精度通常在0.0050.1mm之间，不受零件复杂程度的影响。加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定，降低了废品率。3、
3、 具有较高的生产率和较低的加工成本机床的生产率主要是指加工一个零件所需要的时间。其中包括机动时间和辅助时间。数控车床的主轴转速和进给速度变化范围大，并可无级调速，加工时可选用最佳切削速度和进给速度，可实现恒转速（G97）和恒线速(G96)，以使切削参数最优，这就大大的提高生产率，降低了加工成本。1.3 数控车床的主要用途数控车床主要用于加工精度要求高、表面粗糙度值要求小，零件形状复杂，单件、小批生产的轴套类、盘类等回转表面的加工；还可以钻孔、扩孔、镗孔以及切槽加工；还可以在内、外圆柱面上，内、外圆锥面上加工各种螺距的螺纹。1.4 数控系统简介数控系统是数控机床的核心。不同数控机床可能配置不同的
4、数控系统。不同的数控系统，其指令代码也有差别。因此，编成时应根据所使用的数控系统指令代码及格式进行编程。目前FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）等公司的数控系统及产品，在数控机床行业占据主导地位，我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已成为高性能数控系统产业化。本章以FANUC数控系统为主来介绍数控车削编程。2. 数控车削编程的基本知识2.1 数控编程概述2.1.1 数控程序的定义与编制过程按照设备的数控控制系统的指令格式，编制一系列可控制加工动作及相关运动过程要求、并准从相关格式的指令集，用于控制零件的加工过程，此指令集可称为“数
5、控加工程序”，编制此指令集的过程称之为“数控编程”。编制加工程序前，需要对零件的加工工艺进行分析，确定加工工艺路线、加工刀具、工装、数控设备、刀具的运动轨迹、加工参数（切削速度、进给量、背吃刀量）以及各项辅助功能（换刀、主轴正反转、切削液开关等）；然后根据数控机床规定的指令及程序格式编写加工程序单；在把程序记录在相应的介质上（磁盘、硬盘、移动存储介质等）；将程序用指定的方式（手动输入或传输）输入到机床设备上，用于调用加工相应的零件。2.1.2 数控编程分类数控编程可分为手工编程和自动编程两类（1） 手动编程指所有的程序编程过程，包括图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、程序的校验等过程都是
6、以手工的方式完成的。u 图样分析：对零件轮廓进行分析，包括零件的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、技术要求分析及零件材料等内容的分析。u 确定加工工艺：确定加工方式、走刀路线，选择定位与夹紧方式、选择刀具、确定加工参数，选择对刀点、换刀点。u 数值计算：选择编程原点，对零件图样的数据点进行计算，为编程做好准备。u 编写程序单：根据数控机床规定的指令及程序格式编写加工程序。u 制作程序存储介质：将编好的加工程序存储在制定的介质上，以便于程序的保存和传输。u 程序校验：对程序正确与否进行校验，一般用机床模拟运行的方式进行，也可以采用专用的计算机软件进行模拟校验。（2） 自动编程指用计算机或机床编程器
7、编制数控加工程序的过程，它必须有自动编程系统或自动编程软件。实现自动编程的方法主要有语言式自动编程系统和图形交互式自动编程、会话式自动编程等编程方式。目前常用的是图形交互式自动编程方式进行，有集成式的CAD/CAM系统，单独的CAM系统，单独的CAM软件一般需要将零件的数据模型读入后才能进行。2.2 数控车床的编程特点2.2.1. 混合编程FANUC数控系统的数控车床，是用地址符来指令坐标输入形式的，既可以采用“绝对坐标”编程，也可以采用“增量坐标”编程，还可以采用混合编程。X、Z表示绝对坐标，U、W表示增量坐标，X（U）、W（Z）表示混合坐标。有些数控系统（如华中数控系统）的数控车床是用G代
8、码来指令坐标输入形式的（G90：绝对坐标，G91：增量坐标），在同一程序段内不能采用混合坐标编程。2.2.2. 直径编程既可以采用“直径编程”，也可以采用“半径编程”，其结果由车床数控系统的内部参数或G指令来决定。所谓“直径编程”，就是X坐标采用直径值编程；“半径编程”，就是X坐标采用半径值编程。一般情况都“直径量编程”，这是因为回转体零件图纸的径向尺寸标注和加工时的测量都是直径值，也便于编程计算。2.2.3. 具有固定循环加工功能由于车削的毛坯多为棒料、锻件或铸件，加工余量较大，需要多次走刀加工，而固定循环加工功能可以自动完成多次走刀，因而使程序得到了大大的简化。但不同的数控系统固定循环加工
9、功能的指令及格式可能不同。FANUC数控系统的数控车床固定循环加工功能的指令为G90、G94、G92、G70、G71、G72、G73等。2.2.4. 刀尖圆弧半径补偿在数控编程时，常将车刀刀尖看做一个点，而实际刀尖是一个有半径值的圆弧，为了便于编程和提高加工精度，编程时，按刀尖半径为0进行编制，即直接用零件轮廓进行编程，然后采用G41或G42指令对车刀刀尖的半径进行补偿。2.2.5. 圆弧顺逆的判断圆弧的顺逆应从垂直圆弧所在平面的坐标轴正向观察判断，顺时针走向的圆弧为顺圆弧（G02），逆时针走向的圆弧为逆圆弧（G03），所以，数控车床，刀架在前和刀架在后的圆弧插补指令如图2.1所示。(a)图
10、刀架前置 (b)图 刀架后置 图2.1圆弧顺逆的判断2.2.6. 采用刀具位置补偿数控车床对刀具的操作和工件坐标系的设定通常采用刀具位置补偿的方法进行设置的。2.3 数控车床的坐标系、工件坐标系、机床参考点1、 数控车床的坐标系数控机床加工零件过程，是由数控系统发出指令来控制机床的各种指定动作的。要确定机床运动的方向和移动距离，需要在机床上建立坐标系，此坐标系即称为机床坐标系（也叫标准坐标系）。机床运动可分为刀具运动和工件运动。确定机床坐标系方向时规定：永远假定刀具相对于静止的工件而运动。坐标系采用符合右手定则规定的笛卡尔坐标系。旋转运动方向为绕X轴、Y轴和Z轴的旋转的分别为A、B、C，其正方
11、向按照右旋旋进方向。数控车床的坐标系如图2.2所示，其中：(a)为刀架前置的数控车床的坐标系，(b)为刀架后置的数控车床的坐标系，Z轴为传递切削动力的主轴所在的坐标轴。(a)为刀架前置的数控车床的坐标系 (b)为刀架后置的数控车床的坐标系图2.2 数控车床的坐标系数控车床的坐标系：主轴方向为Z轴方向，且刀具远离工件为正（远离卡盘的方向）；垂直主轴方向的方向为X轴的方向，且刀具远离工件为正（刀架前置X轴的方向朝前，刀架后置X轴的方向朝后）；数控机床坐标系原点也称机械原点，是一个固定点，其位置由制造厂家来确定，一般不允许用户更改。机床原点又是数控机床进行加工和位移的基准点，数控车床坐标系原点一般位
12、于卡盘端面与主轴轴线的交点上（个别数控车床坐标系原点位于正的极限点上）。确定坐标轴时，先根据主轴来确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。2、 工件坐标系（亦称编程坐标系）：“工件坐标系”是编程人员根据零件图形状特点和尺寸标注的情况，为了方便计算出编程的坐标值而建立的坐标系，作为编程的基准。工件坐标系的坐标轴方向必须与机床坐标系的坐标轴方向彼此平行，方向一致。工件坐标系原点亦称为“编程原点”，一般选择在装夹完成的工件上某一定位点做为编程或加工的基准点，工件坐标系的原点用“”表示。X方向一般选在工件的回转中心，Z向一般选在加工工件的右端面（O点）或左端面（O），如图2.2所示。 (a)图刀架前置的工
13、件的坐标系 (b)图刀架后置的工件的坐标系 图2.3 工件坐标系3、 机床参考点：“机床参考点”是由机床限位行程开关和基准脉冲来确定的，它与机床坐标系原点有着准确的位置关系。数控车床的参考点一般位于行程的正的极限点上。如图2.4所示。通常机床通过返回参考点的操作来找到机械原点。所以，开机后，加工前首先要进行返回参考点的操作。 (a) 图刀架前置的机床参考点 (b) 图刀架后置的机床参考点图2.4机床参考点2.4 数控车床加工程序结构与格式2.4.1. 程序段结构数控加工程序的定义：按规定格式的符号、代码描述零件几何形状、加工工艺路线及切削方式的数控指令集。 一个完整的程序，一般由程序号、程序内
14、容和程序结束三部分组成。一般，程序需要个存储名称，这需要对程序存储名称进行专门定义（随后需进行专门培训）。Fanuc系统的数控加工程序是以“Oxxxx”开头，以“%”结束的若干程序段构成，程序段是以程序段号（可省略），以“；”结束的若干个指令字构成。（1） 程序号及程序说明 FANUC系统程序号是O，是四位正整数，可以从0000-9999。如O2255。程序号一般要求单列一段（行），且不需要程序段号。程序说明包括加工程序的零件名、工序号、对应设备、工件材料及编制日期、程序版本等信息，Fanuc系统中，注释行在括号内的内容，即（xxxxxxxxxxx）。例如：%O1202 (PV6003732C
15、1006)(POST 604 - 07/02/11)(TIGHTENING PIECE ROUGH - MACHINED TOP JAW / INTERNAL CLAMPING / TIGHTENING FORCE 1949)(TIGHTENING PIECE FINISH - MACHINED TOP JAW / INTERNAL CLAMPING / TIGHTENING FORCE 468)(* MAG-M_604 * MAT-F316LN *)(DEFINE OPERATION : OP20_HARD).N0010 G50 S800N0020 G40 G21G40N0030 T0101N0040 G00 X100.0 Z100.0N0050 M03 S500 N0060 M08 （冷却液开）.M05 (主轴停)M09（冷却液关）M02（程序结束）M30 （程序结束并返回程序首）%程序主体程序主体是由若干个程序
