数控车床程序编制资料课件

数控车床程序编制 1 数控车床编程基础数控车床编程基础 2 数控车床数控车床T.M.F.S指令应用指令应用 3 数控车床常用数控车床常用G指令指令 习题与思考题习题与思考题 1 数控车床编程基础数控车床编程基础 1.1 数控车床编程特点数控车床编程特点数控车床的主要编程特点如下：(1)在一个程序段中，可以采用绝对值编程(用X、Z表示)、增量值编程(用U、W表示)或者二者混合编程。(2)直径方向(X方向)用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附方向符号(正向可以省略)。系统默认为直径编程，也可以采用半径编程，但必须更改系统设定。(3)X向的脉冲当量应取Z向的一半。(4)车削加工毛坯余量较大时，为简化编程，数控装置常备有不同形式的固定循环，可以进行多次重复循环切削。(5)编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常被磨成一个圆弧，因此，当编制加工程序时，需要考虑对刀具进行半径补偿。1.2 数控车床的坐标系和参考点数控车床的坐标系和参考点 1机床坐标系机床坐标系是机床固有的坐标系，它是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。在机床经过设计、制造和调整后，机床坐标系就已经由机床生产厂家确定好了，一般情况下用户不能随意改动。数控车床的坐标系规定如图6-1所示。它是以机床原点为坐标原点建立起来的。机床原点是机床上一个固定的点，数控车床的机床原点处于主轴旋转中心与卡盘后端面的交点。图3-1中O点即为机床原点。图6-1 数控车床坐标系2参考点参考点也是机床上一个固定的点，它是刀具退到一个固定不变的位置。该点与机床原点的相对位置如图6-1所示(图中的O即为参考点)。参考点的固定位置由Z向和X向的机械挡块或者电气装置来限定，一般设在车床正向最大极限位置。当进行回参考点(也叫回零)的操作时，装在纵向和横向滑板上的行程开关碰到相应的挡块后，就会向数控系统发出信号，由系统控制滑板停止运动，完成回参考点的操作。对操作者来说，参考点比机床原点更常用、更重要。机床通电后，刀架返回参考点以前，不论刀架位于什么位置，此时CRT屏幕上显示的Z与X的坐标值均为零。当完成返回参考点的操作后，CRT屏幕上则立即显示出此时刀架中心(对刀参考点)在机床坐标系中的位置，这就相当于在数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系。1.3 工件坐标系和工件原点工件坐标系是编程人员在程序编制中使用的坐标系，程序中的坐标值均以此坐标系为依据，因此又称为编程坐标系。在进行数控程序编制时，必须首先确定工件坐标系和坐标原点。零件图样给出以后，首先应该找出图样上的设计基准点，图样上其他各尺寸都是以该基准来进行标注的。同时，在零件加工过程中有工艺基准，设计基准应尽量与工艺基准统一。一般情况下，将该基准称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立起来的坐标系称为工件坐标系。工件坐标系是人为设定的，从理论上讲，工件坐标系的坐标原点选在任何位置都是可以的，但在实际编程过程中，其设定的依据是既要符合图样尺寸的标注习惯，又要便于编程。所以，应合理设定工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。工件坐标系设定后，CRT屏幕上所显示的便是车刀刀尖相对工件原点的坐标值。编程时，工件的各个尺寸坐标都是相对于工件原点而言的。因此，数控车床的工件原点也称为程序原点。通常在车床上将工件原点选择在工件右端面与主轴回转中心的交点上，也可将工件原点选择在工件左端面与主轴回转中心的交点上，这样工件坐标系也就建立起来了。因为一般情况下，车刀是从右端向左端车削，所以将工件原点设在工件的右端面要比设定在工件的左端面换算尺寸方便。本章工件坐标系主要设定在工件的右端面。图3-2所示为数控车床上常用的以工件右端面中心为工件原点建立的工件坐标系。可见，工件坐标系的Z轴与主轴轴线重合，X轴随工件原点的不同而异，各轴正方向与机床坐标系相同。图6-2 工件坐标系与工件原点第3章 数控车床程序编制 T.M.F.S 功能第3章 数控车床程序编制 1.F功能进给功能是表示进给速度，进给速度是用字母F和其后面的若干位数字来表示的。（1）每分钟进给（G98）系统在执行了一条含有G98的程序段后，在遇到F指令时便认为F所指定的进给速度单位为 mm/min。如：F100 即为 100 mm/min。G98 F_G98被执行一次后，系统将保持G98状态，即使断电也不受影响，直至系统执行了含有G99的程序段，G98便被取消，而G99将发生作用第3章 数控车床程序编制（2）每转进给（G99）若系统处于G99状态，则F所指定的进给速度单位为mm/r。如：F0.1 即为 0.1 mm/r。G99 F_ 要取消G99状态，必须重新制定G98。系统默认G99。第3章 数控车床程序编制 2.T功能 刀具功能是表示换刀功能，根据加工需要在某些程序段指令进行选刀和换刀。刀具功能是用字母T和其后的四位数字表示。其中前两位为刀具号，后两位为刀具补偿号。每次刀具加工结束后必须取消其刀具补偿。第3章 数控车床程序编制 输入格式：T （后两位）刀具补偿号 （前两位）刀具序号注：1）刀具的序号与刀盘上的刀位号相对应；2）刀具补偿包括几何形状补偿和磨损补偿；3）刀具序号和刀具补偿序号不必相同，但为了方便尽量一致；4）取消刀具补偿：T00第3章 数控车床程序编制 3.S功能 主轴功能主要是表示主轴转速或线速度，主轴功能是用字母S和其后面的数字表示的。（1）恒线速度控制（G96）G96是执行恒线速度控制的指令。系统执行G96指令后，便认为用S指定的数值表示切削线速度。如：G96 S200表示切削线速度是200 m/min。在恒线速度控制中，数控系统根据刀尖所处的X轴坐标值，作为工件的直径来计算主轴转速，所以在使用G96指令前必须正确地设定工件坐标系。第3章 数控车床程序编制 2）主轴转速控制（G97）G97是取消恒线速度控制的指令。此时，S指定的数值表示主轴每分钟的转速。如：G97 S1000 表示主轴转速为 1000 r/min第3章 数控车床程序编制 3）轴最高速度限定（G50）G50G50除有坐标系的设定功能外，还有主轴最高转速设除有坐标系的设定功能外，还有主轴最高转速设定的功能，即用定的功能，即用S S指令的数值设定主轴每分钟的最指令的数值设定主轴每分钟的最高转速，如：高转速，如：G50 S2000G50 S2000表示把主轴最高转速设表示把主轴最高转速设定为定为2000 r/min2000 r/min。用恒线速度（即用恒线速度（即G96G96）控制加工端面、锥度和圆弧）控制加工端面、锥度和圆弧时，由于时，由于X X坐标不断变化，故当刀具逐渐移近工件坐标不断变化，故当刀具逐渐移近工件旋转中心时，主轴转速会越来越高，工件有可能旋转中心时，主轴转速会越来越高，工件有可能从卡盘飞出。为了防止事故有时必须限制主轴的从卡盘飞出。为了防止事故有时必须限制主轴的最高转速，这时可使用最高转速，这时可使用G50 S_G50 S_指令来达到目的。指令来达到目的。第3章 数控车床程序编制 例：设定主轴转速 G97 S600；取消线速度功能，主轴转速600 r/min G96 S200；线速度恒定，切削速度为200 m/min G50 S1000；用G50指令设定主轴最高转速为1000 r/min 3.数控车床基本功能指令数控车床基本功能指令不同的数控车床，其指令系统也不尽相同。此处以FANUC 0i数控系统为例，介绍数控车床的基本编程指令。基本功能指令通常称为准备功能指令，用G代码表示，称为G码编程，它是用地址字G和后面的两位数字来表示的，见表6-1。表表6-1 常用功能常用功能G G指令指令 表表6-1 常用功能常用功能G G指令指令 3.1 坐标系设定坐标系设定 1用G50指令设定工件坐标系用G50指定设定工件坐标系时，其书写格式为：G50 X_Z _；如图6-3所示，P点是开始加工时刀尖的起始点。欲设定XOZ为工件坐标系，则程序段为：G50 X121.8 Z33.9；设定XOZ为工件坐标系，则程序段为：G50 X121.8 Z109.7；图6-3 数控车床工件坐标系的设定 在这里一定要注意，X方向的尺寸是坐标值的2倍，这种编程方法称为直径编程。另外，G50是模态指令，设定后一直有效。实际加工时，当数控系统执行G50指令时，刀具并不产生运动，G50指令只是起预置寄存作用，用来存储工件原点在机床坐标系中的位置坐标。2工件坐标系的选择指令G54G59使用G54G59指令，可以在机床行程范围内设置6个不同的工件坐标系。这些指令和G50指令相比，在使用时有很大区别。用G50指令设定工件坐标系，是在程序中用程序段中的坐标值直接进行设置；而用G54G59指令设置工件坐标系时，必须首先将G54G59的坐标值设置在原点偏置寄存器中，编程时再分别用G54G59指令调用，在程序中只写G54G59指令中的一个指令。例如，用G54指令设定如图6-4中所示的工件坐标系。首先设置G54原点偏置寄存器：G54 X0 Z85.0；然后再在程序中调用：N010 G54；图6-4 用G54指令设定工件坐标系显然，对于多工件原点设置，采用G54G59原点偏置寄存器存储所有工件原点与机床原点的偏置量，然后在程序中直接调用G54G59指令进行原点偏置是很方便的。因为一次对刀就能加工一批工件，刀具每加工完一件后可回到任意一点，且不需再对刀，避免了加工每件都对刀的操作，所以大批量生产主要采用此种方式。图6-4 用G54指令设定工件坐标系 3.2 基本指令G00、G01、G02、G03、G04和G28必须注意，在数控车床的程序中，X、Z后面跟的是绝对尺寸，U、W后面跟的是增量尺寸。X、Z后所有编入的坐标值全部以编程原点为基准，U、W后所有编入的坐标值全部以刀具前一个坐标位置作为起始点来计算。1快速点位移动G00格式：G00 X(U)_Z(W)_；其中，X(U)_、Z(W)_为目标点坐标值。说明：(1)执行该指令时，刀具以机床规定的进给速度从所在点以点位控制方式移动到目标点。移动速度不能由程序指令设定，它的速度已由生产厂家预先调定。若编程时设定了进给速度F，则对G00程序段无效。(2)G00为模态指令，只有遇到同组指令时才会被取替。(3)X、Z后面跟的是绝对坐标值，U、W后面跟的是增量坐标值。(4)X、U后面的数值应乘以2，即以直径方式输入，且有正、负号之分。如图3-5所示，要实现从起点A快速移动到目标点C。其绝对值编程方式为：G00 X141.2 Z98.1；其增量值编程方式为：G00 U91.8 W73.4；图6-5 快速点定位执行上述程序段时，刀具实际的运动路线不是一条直线，而是一条折线，首先刀具从点A以快速进给速度运动到点B，然后再运动到点C。因此，在使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，对不适合联动的场合，两轴可单动。如果忽略这一点，就容易发生碰撞，而在快速状态下的碰撞就更加危险。图6-5中从A点到C点单动绝对值编程方式如下：G00 X141.2；Z98.1；从A点到C点单动增量值编程如下：G00 U91.8；W73.4；此时刀具先从A点到A点，然后从A点到达C点。2直线插补G01直线插补也称直线切削，该指令使刀具以直线插补运算联动方式由某坐标点移动到另一坐标点，移动速度由进给功能指令F来设定。机床执行G01指令时，如果之前的程序段中无F指令，在该程序段中必须含有F指令。G01和F都是模态指令。格式：G01 X(U)_Z(W)_ F_；其中，X(U)、Z(W)为目标点坐标，F为进给速度。说明：(1)G01指令是模态指令，可加工任意斜率的直线。(2)G01指令后面的坐标值取绝对尺寸还是取增量尺寸，由尺寸地址决定。(3)G01指令进给速度由模态指令F决定。如果在G01程序段之前的程序段中没有F指令，而当前的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动，机床倍率开关在0%位置时机床也不运动。因此，为保险期间G01程序段中必须含有F指令。(4)G01指令前若出现G00指令，而该句程序段中未出现F指令，则G01指令的移动速度按照G00指令的速度执行。例3-1 加工如图6-6所示的零件，选右端面O点为编程原点。图6-6 直线插补 程序(绝对值编程)如下：O0301N010 G50 X200.0 Z100.0；N020 G00 X30.0 Z5.0 S800 T0101 M03；N030 G01 X50.0 Z-5.0 F1.3；N040 Z-45.0；N050 X80.0 Z-65.0；N060G00 X200.0 Z100.0 T0100；N070 M05；N080 M02；程序(增量值编程)如下：O0312；N010 G00 U-170.0 W-95.0 S800 T0101 M03N020 G01 U20.0 W-10.0 F1.3；N030 W-40.0；N040 U30.0 W-20.0；N050 G00 U120.0 W165.0 T0100；N060 M05；N070 M02；3圆弧插补G02、G03圆弧插补指令使刀具在指定平面内按给定的进给速度作圆弧运动，切削出母线为圆弧曲线的回转体。顺时针圆弧插补用G02指令，逆时针圆弧插补用G03指令。数控车床是两坐标的数控机床，只有X轴和Z轴，在判断圆弧的逆、顺时，应按右手定则将Y轴也加上去考虑。观察者让Y轴的正向指向自己，即可判断圆弧的逆、顺方向。应该注意前置刀架与后置刀架的区别。加工圆弧时，经常有两种方法，一种是采用圆弧的半径和终点坐标来编程，另一种是采用分矢量和终点坐标来编程。1)用圆弧半径R和终点坐标进行圆弧插补格式：G18 G02(G03)X(U)_Z(W)_ R _ F_；其中：X(U)和Z(W)为圆弧的终点坐标值，绝对值编程方式下用X和Z，增量值编程方式下用U和W。R为圆弧半径，由于在同一半径的情况下，从圆弧的起点A到终点B有两个圆弧的可能性，为区分两者，规定圆弧对应的圆心角小于等于180时，用“R”表示；反之，用“R”表示。如图3-7中的圆弧1，所对应的圆心角为120，所以圆弧半径用“20”表示；如图6-7中的圆弧2，所对应的圆心角为240，所以圆弧半径用“20”表示。F为加工圆弧时的进给量。例6-2 如图6-8所示零件，试编制加工程序。图6-8 圆弧插补 程序如下：O0302；N001 G50 X100.0 Z52.7；N002 S800 M03；N003 G00 X6.0 Z2.0；N004 G01 Z-20.0 F1.3；N005 G02 X14.0 Z-24.0 R4.0；N006 G01 W-8.0；N007 G03 X20.0 W-3.0 R3.0；N008 G01 W-37.0；N009 G02 U20.0 W-10.0 R10.0；N010 G01 W-20.0；N011 G03 X52.0 W-6.0 R6.0；N012 G02 U10.0 W-5.0 R5.0；N013 G00 X100.0 Z52.7；N014 M05；N015 M02；2)用分矢量和终点坐标进行圆弧插补格式：G18 G02(G03)X(U)_Z(W)_I _K _F_；其中：X(U)和Z(W)为圆弧的终点坐标值，绝对值编程方式下用X和Z，增量值编程方式下用U和W。I、K分别为圆弧的方向矢量在X轴和Z轴上的投影(I为半径值)。圆弧的方向矢量是指从圆弧起点指向圆心的矢量，然后将其在X轴和Z轴上分解，分解后的矢量用其在X轴和Z轴上的投影加上正负号表示，当分矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取负号。如图6-9所示，图中所示I和K均为负值。F为加工圆弧时的进给量。图6-9 圆弧方向矢量和分矢量例6-4 图6-8所示零件，用分矢量加工圆弧所编制的程序如下：O0304；N001 G50 X100.0 Z52.7；N002 S800 M03；N003 G00 X6.0 Z2.0；N004 G01 Z-20.0 F1.3；N005 G02 X14.0 Z-24.0 I4.0 K0；N006 G01 W-8.0；N007 G03 X20.0 W-3.0 I0 K-3.0；N008 G01 W-37.0；N009 G02 U20.0 W-10.0 I10.0 K0；N010 G01 W-20.0；N011 G03 X52.0 W-6.0 I0 K-6.0；N012 G02 U10.0 W-5.0 I5.0 K0；N013 G00 X100.0 Z52.7；N014 M05；N015 M02；3)进行圆弧插补时的注意问题(1)分清圆弧的加工方向，确定是顺时针圆弧，还是逆时针圆弧。(2)顺时针圆弧用G02加工，逆时针圆弧用G03加工。(3)数控车床开机后自动进入XZ坐标平面状态，故G18可以省略。(4)X、Z后跟绝对尺寸，表示圆弧终点的坐标值；U、W后跟增量尺寸，表示圆弧终点相对于圆弧起点的增量值。(5)用分矢量和终点坐标来加工圆弧时，应注意I虽然处于X方向，但是采用半径编程，即I的实际值不用乘以2。(6)当I和K的值为零时，可以省略不写。整圆编程时常用分矢量和终点坐标来加工，如果用圆弧半径R和终点坐标来进行编程，则整圆必须被打断成至少两段圆弧才能进行。可见，加工整圆用分矢量和终点坐标编程较为简单。4暂停指令G04格式：G04 X(P)_；其中，X(P)为暂停时间。X后用小数表示，单位为秒；P后用整数表示，单位为毫秒。如G04 X2.0表示暂停2秒；G04 P1000表示暂停1000毫秒。G04指令常用于车槽、镗平面、孔底光整以及车台阶轴清根等场合，可使刀具做短时间的无进给光整加工，以提高表面加工质量。执行该程序段后暂停一段时间，当暂停时间过后，继续执行下一段程序。G04指令为非模态指令，只在本程序段有效。图6-10 G04指令的应用例如，图3-10为车槽加工，采用G04指令时主轴不停止转动，刀具停止进给3秒，程序如下：G01 U-8.0 F0.8；G04 X3.0；G00 U8.0；5返回参考点指令G27、G281)返回参考点检查指令G27返回参考点检查是这样一种功能，它检查刀具是否能正确地返回参考点。如果刀具能正确地沿着指定的轴返回到参考点，则该轴参考点返回灯亮。但是，如果刀具到达的位置不是参考点，则机床报警。格式：G27 X _Z_；其中，X、Z为参考点坐标值。G27指令是以快速移动速度定位刀具。当机床锁住接通时，既使刀具已经自动返回到参考点，返回完成时指示灯也不亮。在这种情况下，即使指定了G27命令，也不检查刀具是否已返回到参考点。必须注意的是，执行G27指令的前提是机床在通电后刀具返回过一次参考点(手动返回或者用G28指令返回)。此外，使用该指令时，必须预先取消刀具补偿的量。执行G27指令之后，如欲使机床停止，须加入一辅助功能指令M00，否则，机床将继续执行下一个程序段。2)自动返回参考点指令G28G28指令可以使刀具从任何位置以快速点定位方式经过中间点返回参考点。格式：G28 X _Z _；其中，X、Z是中间点的坐标值。执行该指令时，刀具先快速移动到指令值所指定的中间点，然后自动返回参考点，相应坐标轴指示灯亮。和G27指令相同，执行G28指令前，应取消刀具补偿功能。G28指令的执行过程如图6-11所示。图6-11 自动返回参考点3.3 循环加工指令循环加工指令 1外径、内径切削循环指令G90G90指令可实现车削内、外圆柱面和圆锥面的自动固定循环。G90指令车削内、外圆柱面时的程序段格式如下：G90 X(U)_Z(W)_F_；切削过程如图6-12所示。图中，R表示快速移动，F表示进给运动，加工顺序按1、2、3、4进行。U、W表示增量值。在增量编程中，地址U和W后面数值的符号取决于轨迹1和轨迹2的方向。在图6-12中，U和W后的数值取负号。图6-13所示为G90的编程举例。图6-12 G90车削圆柱表面固定循环 图6-13 G90车削圆柱表面固定循环实例 程序如下：G90 X60.0 Z-80.0 F1.3；X50.0；X40.0；X30.0；G90指令车削圆锥面时的程序段格式如下：G90 X(U)_Z(W)_R_F_；其中，R为锥体大端和小端的半径差。若工件锥面起点坐标大于终点坐标时，I后的数值符号取正，反之取负，该值在此处采用半径编程。图6-14 G90车削圆锥表面固定循环 3轮廓切削循环指令G71、G72、G73、G70在数控车床上加工圆棒料时，加工余量较大，加工时首先要进行粗加工，然后进行精加工。进行粗加工时，需要多次重复切削，才能加工到规定尺寸。因此，编制程序非常复杂。应用轮廓切削循环指令，只需指定精加工路线和粗加工的切削深度，数控系统就会自动计算出粗加工路线和加工次数，因此可大大简化编程。1)粗车循环指令G71粗车循环指令G71适用于圆柱毛坯料粗车外径和圆筒毛坯料粗车内径。格式：G71 U(d)R(e)；G71 P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t)；N(ns).N(nf).程序段中各地址的含义如下：d：切削深度(半径给定)，没有正、负号。切削方向取决于AA方向。该值是模态的，直到其他值指定以前不改变。e：退刀量，由参数设定。该值是模态的，直到其他值指定以前不改变。ns：精加工程序中的第一个程序段的顺序号。nf：精加工程序中的最后一个程序段的顺序号。u：X轴方向的精车余量，直径编程。w：Z轴方向的精车余量。f、s、t：仅在粗车循环程序段中有效，在顺序号ns至nf程序段中无效。G71一般用于加工轴向尺寸较长的零件，即所谓的轴类零件，在切削循环过程中，刀具是沿X方向进刀，平行于Z轴切削。G71的循环过程如图6-17所示，图中C为粗加工循环的起点，A是毛坯外径与端面轮廓的交点。只要给出AAB之间的精加工形状及径向精车余量u/2、轴向精车余量w及切削深度d就可以完成A ABA区域的粗车工序。注意，在从A到A的程序段，不能指定Z轴的运动指令。图6-17 G71粗车循环过程 2)精车循环指令G70用G71指令完成粗车循环后，使用G70指令可实现精车循环。精车时的加工量是粗车循环时留下的精车余量，加工轨迹是工件的轮廓线。格式：G70 P(ns)Q(nf)；其中P(ns)和Q(nf)的含义与粗车循环指令中的含义相同。注意：在G71程序段中规定的F、S、T对于G70无效，但在执行G70时顺序号ns至nf程序段之间的F、S、T有效；当G70循环加工结束时，刀具返回到起点并读下一个程序段；G70到G71中ns至nf程序段不能调用子程序。例6-5 图6-18是采用粗车循环指令G71和精车循环指令G70的加工举例。毛坯为棒料，直径是62 mm，刀具从P点开始，先走到C点(即循环起点)，然后开始粗车循环。每次粗车循环深度为4 mm，退刀量为1 mm，进给量为0.3 mm/r，主轴转速为500 r/min，径向加工余量和横向加工余量均为2 mm，精加工时进给量为0.15 mm/r，主轴转速为800 r/min。图6-18 采用G71和G70的加工举例 程序如下：O0305；N010 G50 X100.0 Z52.7；N011 G00 X70.0 Z5.0 M03 S800；N012 G71 U4.0R1.0；N013 G71 P014 Q022 U4.0 W2.0 F0.3 S500；N014 G00 X6.0 S800；N015 G01 Z-24.0 F0.15；N016 X14.0；N017 W-8.0；N018 X20.0；N019 W-50.0；N020 X40.0；N021 W-20.0；N022 X62.0 W-11.0；N023 G70 P014 Q022；N024 G00 X100.0 Z52.7；N025 M05；N026 M30；习题与思考题习题与思考题 6.1 数控车床的编程特点有哪些？6.2 简述数控车床原点和参考点的区别与联系。6.3 数控车床的基本功能指令如何分类？6.4 数控车床的补偿功能有哪些？6.6 说明基本指令G00 G01 G02 G03 G04 G28的意义。6.7 说明圆弧插补指令G02、G03的区别。6.8 说明粗加工循环指令G71的使用格式。G70如何使用？6.9 如习 图6-1所示零件，毛坯直径为40 mm，长度L130 mm，材 料45钢。试编写程序。习图6-1 车削零件