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1、第5章 数控车床编程加工技能目标（1） 了解数控车削编程的特点，学习典型数控系统的常用指令与代码。（2） 掌握数控车床典型数控系统常用指令的编程规则及编程方法。（3） 掌握数控车床典型数控系统固定循环指令的编程格式及编程方法。（4） 编制典型零件的车削加工程序。目前，社会上流行的数控系统有几十种之多，这些数控系统间均存在上述相互间兼容性的问题，这给学习使用者带来了麻烦。但是，从本质上来看，各种不同的数控系统都是为了服务于实际社会生产，其指令系统的各项功能都是因生产实际的需要而设，只是在具体的工作形式上或代码表达上有所不同而已。数控车床具有加工通用性好、加工精度高、加工效率高和加工质量稳定等特点
2、，是理想的回转体零件加工机床。而配有FANUC公司FANUC 0i-TA系统的数控车床，能对轴类和盘类零件自动地完成内外圆柱面、圆锥面、球面、圆柱螺纹、圆锥螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽，钻、扩、铰孔等工序的加工。考虑到目前国内企业使用及各教学培训单位的具体情况，本章将以FANUC 0i-TA系统系统为例介绍数控车床编程加工。5.1 数控车床编程的特点及编程的基本原理5.1.1 数控车床编程的特点1. 在一个程序段中，根据被加工零件的图样标注尺寸，从便于编程的角度出发，可采用绝对尺寸编程、增量尺寸编程或二者混合编程。考虑到开环控制系统数控车床没有位置检测元件，为避免增量尺寸编程可能造成的累
3、积误差，在此类数控车床上加工尺寸精度要求较高的零件时，建议采用绝对尺寸编程。 2. 加工零件的毛坯通常为圆棒料，加工余量较大，要加工到图样标注尺寸，需要一层层切削，如果每层加工都编写程序，编程工作量将大大增加。因此，数控系统有毛坯切削循环等不同形式的循环功能，以减少编程工作量。 3. 对于刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖圆弧半径的变化，都无需更改加工程序，编程人员可以按照工件的实际轮廓尺寸进行编程。数控车床的数控系统具有的刀具补偿功能使编程人员只要将有关参数输入到存储器中，数控系统就能自动进行刀具补偿。这样在电动刀架上不同位置的刀具，虽然在装夹时其刀尖到机床参考点的坐标各不相同，但都可
4、以通过参数的设置实现自动刀具补偿，编程人员只要使用实际轮廓尺寸进行编程并正确选择刀具号即可。4. 由于加工零件的图样尺寸及测量尺寸都是直径值，所以通常采用直径尺寸编程。在用直径尺寸编程时，如采用绝对尺寸编程，X表示直径值；如采用增量尺寸编程，X表示径向位移量的两倍。在用半径尺寸编程时，如采用绝对尺寸编程，X表示半径值；如采用增量尺寸编程，X表示径向位移量。5.1.2 编程基本原理1. 坐标系根据标准坐标系的规定，机床使用右手顺时针直角坐标系，机床中的运动是指刀具和工件间的相对运动。1） 机床坐标系图5-1 数控车床机床坐标系数控车床中坐标系如何建立取决于机床的类型，如图5-1所示为一最基本配置
5、的典型卧式数控车床。在该机床上Z轴通过机床主轴中心线指向尾架，X轴径向离开工件为正，且可以绕Z轴旋转到不同的位置。一般按刀架位置确定X轴的指向，按由中心指向刀架设定X正方向。机床坐标系原点一般设在卡盘端面上，以便于工件安装后位置的设定。机床开机后无法实现回原点运行，一般通过回参考点实现对原点的校验，从而建立起机床坐标系。所谓参考点，即机床上与原点有确定关系的某个固定点。2） 工件坐标系为了便于在编程时对工件的几何要素位置进行描述，编程人员必须在零件图上选择建立一个过渡坐标系，即工件坐标系，也称为编程坐标系，该坐标系的原点即工件原点或编程原 点。数控车床加工工件坐标系Z轴在工件轴线方向，因此X向
6、原点一般就在工件旋转中心上，工件坐标系原点的选择仅为确定Z向位置。工件坐标系原点的选择，原则上应尽量使编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小。一般情况下，工件原点应尽可能选在尺寸标注基准或定位基准上；对称零件编程原点应尽可能选在对称面上；没有特殊情况则常选在工件右端面。如图5-2所示。W：工件零点图5-2 工件坐标系3） 相对坐标系在对一些复杂零件进行几何描述时，如其中的某些结构要素如果选择一个新的原点编程比使用原工件原点更方便，则可以利用可编程零点偏置进行坐标转换，重新确定一个新的零点。新的零点以原工件零点为基准进行偏置。使用可编程零点偏置后产生的一个新的实际工件坐标系即为当前工件坐标系，也
7、称为相对坐标系，如图5-3所示。4）工件装夹位置图5-4 工件在机床上的装夹图5-3 相对坐标系加工工件时，工件必须定位夹紧在机床上，保证工件坐标系坐标轴平行于机床坐标系坐标轴，由此在Z坐标上产生机床原点与工件原点的坐标偏移量，该值作为可设定零点偏移量输入到给定的数据区，即偏置寄存器（如G54）中。当NC程序运行时，此值可以用一个对应的编程指令(如G54)进行选择调用，从而确定工件在机床上的装夹位置，如图5-4所示。2. 程序命名和结构1）程序命名规则为了识别存在存储器中的程序，给每个程序分配一个程序号。它由地址O紧跟4位数值组成，放在程序的开头。如果在程序开头没有指定程序号，则程序开头处的顺
8、序号“N”被当作程序号。如果用了5位数作为顺序号，则低4位作为程序号。如果低4位都是0，则在顺序号加上1作为程序号。但是，要注意N0不能用作程序号。如果在程序的开头没有程序号或者顺序号，那么，在把程序存入存储器时，必须用MDI面板指定一个程序号。由于程序号8000到9999由机床制造商使用，用户不能使用这些号。2）程序结构图5-6 程序段构成图5-5 程序结构为运行机床而送到CNC的一组指令称为程序，其结构如图5-5所示。用指定的指令，刀具沿着直线或圆弧移动，主轴电机按照指令旋转或停止。在程序中，以刀具实际移动的顺序指定指令。一组一步一步的指令叫做程序段。程序是由一系列加工的一组程序段组成的，
9、如图5-6所示。用于区分每个程序段的号叫做顺序号，用于区分每个程序的号叫做程序号。一个程序段用识别程序段的顺序号开始，而以程序段结束代码结束。FANUC用“；”表示程序段结束代码。3. 编程基础编程指令集包含了系统所有的编程指令，它代表了系统编程功能的强弱。1）准备功能跟在地址G后的数字决定了该程序段指令的意义。G代码分为两类，非模态G代码只在指令它的程序段中有效，模态G代码在指令同组其它G代码前该G代码一直有效。FANUC 0i-TA常用准备功能指令见表5-1。表5-1 G代码表G代码组别功能G0001定位 (快速移动)G01直线插补（切削进给）G02顺时针切圆弧 (CW，顺时钟)G03逆时
10、针切圆弧 (CCW，逆时钟)G0400暂停 (Dwell)G07（G107）圆柱插补G10可编程数据输入G11可编程数据输入方式取消G12（G112）21极坐标插补方式G13（G113）极坐标插补方式取消返G1716XY平面选择G18ZX平面选择G19YZ平面选择G2006英制输入G21公制输入（毫米）G2209存储行程检查接通G23存储行程检查断开G2700检查参考点返回G28参考点返回G30返回第2 第3和第4 参考点G331跳转功能G3201螺纹切削G34变螺距螺纹切削G3600自动刀具补偿XG37自动刀具补偿ZG4007取消刀尖半径偏置G41刀尖半径偏置 (左侧)G42刀尖半径偏置 (
11、右侧)G5000修改工件坐标或设置主轴最大的速度设定G50.3工件坐标系预置G50.220多边形车削取消G51.2多边形车削G5200局部坐标系设定G53机床坐标系设定G5414选择工件坐标系1G55选择工件坐标系2G56选择工件坐标系3G57选择工件坐标系4G58选择工件坐标系5G59选择工件坐标系6G6500宏程序调用G7000精加工循环G71内外径粗切循环G72端面粗切循环G73多重车削循环G74排屑钻端面孔G75外径/内径钻孔G76多头螺纹循环G8010取消固定循环G83钻孔循环G84攻丝循环G85正面镗孔循环G87侧面钻孔循环G88侧面攻丝循环G89侧面镗孔循环G9001(内外直径)
12、切削循环G92切螺纹循环G94(端面切削循环G9612恒线速度控制G97恒线速度控制取消G9805每分钟进给率G99每转进给率2）辅助功能M辅助功能代码为M及其后的数值。CNC处理时向机床送出代码信号和一个选通信号，这些信号用于接通/断开机床的强电功能。通常一个程序段中只有一个M代码有效，但是一个程序段中最多可以指定3个M代码(虽然有些机床不会允许那样)。M代码和功能之间的对应关系由机床制造商决定。FANUC 0i-TA常用M功能指令见表5-2。表5-2 M代码表代码功能说明M00程序停止M01选择停止M03主轴顺时针转动M04主轴逆时针转动M05主轴停止M02程序结束M30程序结束并返回M9
13、8调用子程序M99子程序结束并返回说明：CNC允许最多3个M代码在一个程序段中指定。然而，由于受机械操作限制，某些M代码不能同时指定，关于在一个程序段中同时规定多个M 代码的机械操作限制的详细资料，见每个机床制造商的说明书。3）其他功能（1）进给功能FF功能指令是由字符F及其后面的若干位数字组成的。进给率的单位是直线进给率mm/min，还是旋转进给率mm/r，取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。对大多数数控系统而言，当工作在G98方式时为直线进给率，当工作在G99方式时为旋转进给率。（2）主轴功能S 切削工件的时候，刀具相对于工件的速度称为切削速度。对于CNC，切削速度可以用于主轴转速指
14、令，S功能指令是由字母S及其后面的若干位数字组成的，S600表示主轴转速600 r/min。当一个直径为200mm的工件以300m/min的切削速度加工时，由S=1000v/D得到主轴速度约为478r/min。（3）刀具功能T图5-7 用于各种加工的刀具当进行切削加工时必须选择适当的刀具。对每把刀具赋给一个编号，在程序中指令不同的编号时就选择相应的刀具，如图5-7所示。当对粗加工刀具赋给01号，又这把刀放在刀架的01号位时，可用指令T0101选择这把刀具，该功能称为刀具功能。一个程序段只能指定一个T代码（在T后面指定2位或4位数），最后边的1个或2位指定刀偏号。N10 G00 X100.0 Z50.0；N20 T0313；(选择3号刀具和13号刀偏值)N30 M03 S600；5.2 数控车床编程的方法5.2.1 坐标轴运动1. 快速移动指令G00功能：快速指令G00用于快速定位刀具，模态有效。执行G00时不对工件进行加工，并可以在两个坐标轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。格式：G00 X（U）_ Z（W）_；X/Z终点坐标值；U/W刀具移动距离（相对坐标）图5-8 G00应用实例G00使刀具快速移动时，以地址字符F下编程的进给速度无效。如只有X轴需要进行快速移动，程序段中只需指定X即可，Z轴同理。G00一直有效，直到被
