第2章-数控车床的操作与编程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2章数控车床的操作与编程,第2章数控车床的操作与编程,2.1 数控车床及其组成,2.2 数据车床的位置调整与坐标系的设定,2.3 基本编程指令与程序调试,2.4 车削循环程序编写与调试,2.5 螺纹车削程序的编写与调试,2.6 刀具补偿与换刀程序的处理,2.7 综合车削技术,思考与练习题,2.1 数控车床及其组成,2.1.1 数控车床的类型及基本组成,1数控车床的类型,1) 水平床身(即卧式车床),它有单轴卧式和双轴卧式之分。由于刀架拖板运动很少需要手摇操作，所以刀架一般安放于轴心线后部，其主要运动范围亦在轴心线后半部，可使操作者易接近工件。采用短床身占地小，宜于加工盘类零件。双轴型便于加工零件正反面。,2) 倾斜式床身,它在水平导轨床身上布置三角形截面的床鞍。其布局兼有水平床身造价低、横滑板导轨倾斜便于排屑和易接近操作的优点。它有小规格、中规格和大规格三种。,3) 立式数控车床,它分单柱立式和双柱立式数控车床。采用主轴立置方式，适用于加工中等尺寸盘类和壳体类零件。便于装卸工件。,4) 高精度数控车床,它分中、小规格两种。适于精密仪器、航天及电子行业的精密零件。,5) 四坐标数控车床,四坐标数控车床设有两个X、Z坐标或多坐标复式刀架。可提高加工效率，扩大工艺能力。,6) 车削加工中心,车削中心可在一台车床上完成多道工序的加工，从而缩短了加工周期，提高了机床的生产效率和加工精度。若配上机械手，刀库料台和自动测量监控装置构成车加工单元，用于中小批量的柔性加工。,7) 各种专用数控车床,专用数控车床有数控卡盘车床、数控管子车床等。,2数控车床的基本组成,数控车床的整体结构组成基本与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架及其拖板和尾座等基本部件，但数控柜、操作面板和显示监控器却是数控机床特有的部件。即使对于机械部件，数控车床和普通车床也具有很大的区别。如数控车的主轴箱内部省掉了机械式的齿轮变速部件，因而结构就非常简单了；车螺纹也不再需要另配丝杆和挂轮了；刻度盘式的手摇移动调节机构也已被脉冲触发计数装置所取代。下面以CK7815数控车床和CK9330型数控车床为例，简单介绍一下数控车床的结构组成。,CK7815型数控车床是长城机床厂的产品，可选配FANUC6T或FANUC5T系统，为两坐标联动半闭环控制的CNC车床。该车床能车削直线(圆柱面)、斜线(锥面)、圆弧(成形面)、公制和英制螺纹(圆柱螺纹、锥螺纹及多头螺纹)，能对盘形零件进行钻、扩、铰和镗孔加工。,CK7815数控车床如图2-1所示。其床身导轨为60倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩形，刚性很好。主轴由直流(配5T系统时)或交流(配6T系统时)调速电机驱动，主轴尾端带有液压夹紧油缸，可用于快速自动装夹工件。床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔刀架，刀盘可选配8位、12位小刀盘和12位大刀盘。纵横向进给系统采用直流伺服电机带动滚珠丝杠，使刀架移动。尾座套筒采用液压驱动。可采用光电读带机和手工键盘程序输入方式，带有CRT显示器、数控操作面板和机械操作面板。另外还有液动式防护门罩和排屑装置。若再配置上下料的工业机器人，就可以形成一个柔性制造单元(FMC)。,图2-1 CK7815数控车床,CK9330型数控车床配有由华中数控研制开发的HCNC1T数控系统，直接由PC电脑通过数控软件进行加工控制的新型CNC系统。该机床是一开环控制的台式车床，其机械部分由床身、床头箱、工作台、大小拖板、普通刀架、尾座、主轴电机和XZ轴步进电机(4NM,1NM各一个)等组成，控制部分由机床强电控制柜、机械操作面板、PC电脑和它的数控软件等组成。CK9330数控车床的组成如图2-2所示。,图2-2 CK9300数控车床的组成,CK9330型数控车床能够控制的主要有X、Z轴的运动(包括移动量及移动速度的控制，能进行直线和圆弧的插补加工控制)，一些电器开关的通断(包括主轴正反转及停转、进给随意暂停和重启、急停和超程保护控制)等。由于主轴采用的是一般交流电机，故主轴转速不可任意调节。该机床可用于车削内外圆表面、锥面、平面、复杂的回转表面和公制、英制螺纹等。,2.1.2 数控车床的传动及速度控制,图2-3是CK7815型数控车床的传动系统图。主轴由AC6型5.5 kW交流调速电动机或DC8型1.1 kW直流调速电动机驱动，靠电器系统实现无级变速。由于电机调速范围的限制，故采用两级宝塔皮带轮实施高、低两挡速度的手工切换，在其中某挡的范围内可由程序代码S任意指定主轴转速。结合数控装置还可进行恒线速度切削。但最高转速受卡盘和卡盘油缸极限转速的制约，一般不超过4500 r/min。,图2-3 CK7815数控车床传动系统,纵向Z轴进给由直流伺服电机直接带动滚珠丝杠实现；横向X轴进给由直流伺服电机驱动；通过同步齿形带带动横向滚珠丝杠实现，这样可减小横轴方向的尺寸。,刀盘转位由电机经过齿轮及蜗杆副实现，可手动或自动换刀。排屑机构由电机、减速器和链轮传动实现。,CK7815的主要速度指标为：,主轴转速,高速区,低速区,直流电机,383000 r/min,221800 r/min,交流电机,37.55000 r/min,152000 r/min,工作转速：0.01500 mm/ r 0.000150 in/ r,12000 mm/ min 0.01600 in/ min,快进速度：纵向Z轴 12 m/ min,横向X轴 9 m/ min,工进速度和快进速度还受控制面板上相应的速度修调旋钮影响。实际速度还应乘以速度修调的倍率。,CK9330型数控车床的传动系统较为简单，该机床主轴是由电机经三角胶带传至车头主轴，由皮带塔轮传动实施有级变速。主轴转速不受S代码的控制，其调整需靠手工进行。按图2-4所示变换各皮带位置，即可得到表2-1中所列的六种主轴转速。由于主轴转速不可无级调控，所以在螺纹车削时，只有靠编码器检测主轴的实际转速并反馈到数控系统后，再由系统自动调整进给轴的进给速度来保证。(主轴每转一圈，刀架移动一个螺距值),图2-4 CK9330 的主轴变速,表2-1 CK9330主轴变速列表,CK9330数控车床的纵向Z轴进给由4NM的三相六拍感应式步进电机直接带动普通丝杠实现，横向X轴进给由1NM的步进电机带动一对18/27的减速齿轮后再带动普通丝杠实现。由于小拖板上的丝杠手柄调节位移量不计入数控装置，因此只用于加工前对刀时的辅助调节，它在加工过程中的任何移动都将影响尺寸精度。,CK9330型数控车床的主要规格与技术参数为：,床身上最大工件回转直径 300 mm,最大工件长度 500 mm,刀架上最大工件回转直径 140 mm,主轴通孔直径 26 mm,主轴孔莫氏锥度 NO.4.,刀架最大横向行程 160 mm,刀架最大纵向行程 100 mm,加工公制螺纹种数 14,加工公制螺纹螺距 0.53 (或更大),加工英制螺纹种数 20,加工英制螺纹螺距 1140 牙/英寸,纵、横向进给量级数 无级调速,主轴每转刀架的纵、横向进给量 无级调速,主轴转速范围 1601600 r/min,主轴转速级数 6,此外，还有些车床的主轴虽然采用的是机械式的有级变速，但配合一定的电液动控制系统，也可通过S代码自动实现主轴的变速，当然那也只能是有级变速。,2.1.3 数控车床的控制面板及其功能,用PC电脑作控制系统的数控车床，其程序输入、数据设定和NC控制等操作均可由PC键盘进行，文字和图形信息由显示器显示。CK9330数控车床操作面板的布局如图2-5所示。,图2-5 CK9330数控车床的操作面板,面板顶行为一排指示灯，分别为指示机床电柜电源的“强电”指示灯，表示机床与计算机数控软件是否联系上的“联机”指示灯，数控系统内部是否有故障的“数控”报警和控制轴行程是否超界的“超程”报警指示灯以及回参考点指示灯。右上部按菱形布置的几个按钮为拖板移动用的手动操作按钮，相当于普通车床上的旋转手柄，轴移动方向遵循标准规定。当按住某轴移动方向按钮的同时再按住中间的快移按钮，则该轴将以内部设定的最快速度向指定方向移动；否则，将以当前设定的速度修调率移动。指示灯下方的旋钮为速度修调钮，“自动”的各挡用于控制机床自动及MDI方式下的进给速度修调率，“手动”各挡用于控制点动及步进移动时的X、Z轴移动速度，“增量”各挡则用于决定步进方式下点按一下轴移动按钮所产生的移动量。左下方的NC锁匙电源是为机床提供的又一道电源开关。右下方的急停按钮是用于紧急情况下强行切断电源的。中部为以下几个功能控制按钮：, 超程解除当Z轴正负方向出现硬性行程超界时，可同时按此钮和Z轴相反方向的按钮以解除超程。, 进给保持和循环启动用于自动运行中暂停进给和持续加工。, 单段执行-在自动运行方式下，若按下此钮，则每执行一段程序后都将暂停等待，需按循环启动方可执行下一段程序。, 机床锁住若此按钮按下，则程序执行时只是数控系统内部进行控制运算，可模拟加工校验程序，但机械部件被锁住而不能产生实际的移动。, 主轴正转、反转和停转用于手动控制主轴的正转、反转和停转。,2.1.4 控制软件界面和菜单结构,图2-6 控制软件的环境界面,屏幕顶行为状态行，用于显示工作方式及运行状态等，工作方式按主菜单变化，运行状态在不同的工作方式下有不同的显示。例如：,自动运行时显示：5%140%(自动运行的进给速度修调倍率)；,循环停止(自动运行处于暂停状态)；,机床锁住(机械锁住有效时)；,程序单段(单段运行有效时)等。,MDI方式时显示：当前默认的G代码模态值(如G00G91G21G94)。,点动操作方式：5%100%(最大速度百分比)；,X轴进给或Z轴进给。,步进功能方式：1、10、100、1000(四种步进倍率)；,X轴进给或Z轴进给。,屏幕中间为工件加工的坐标显示和图形跟踪显示或加工程序内容显示。,屏幕下部为提示输入行和菜单区(多级菜单变化都在同一行中进行)。,屏幕右部为信息检索显示区：ON索引处，显示自动运行中的O代码(主程序号)和N代码(程序段号)；P L索引处，显示自动运行中的P代码(子程序调用)和L代码(调用次数)；MT索引处，显示自动运行中的M代码(辅助功能)和T代码(刀具号和刀补号)；机械坐标处，显示刀具在机床坐标系中的坐标变化。,控制软件系统的菜单结构见附录B。整个菜单的显示切换均在屏幕底行上进行，菜单选取由功能键F1F10操作。第一级子菜单的调出和所有下级菜单的往上退回均靠F1功能键实施。例如：在主菜单级显示时，按下F2键选中自动运行方式后该按钮呈凹下状，但需要再按F1键方可切换到自动运行方式的下级菜单。然后，在本级菜单显示时，按下相应的选用功能键即可自动调用显示下级菜单或执行相应的菜单项功能。(即除第一级子菜单调出需按F1键外，往下层次的子菜单调出，则不需按F1键，均可自动调出。) 若从本级菜单返回到上一级菜单，以及当本级某菜单项执行完后又想执行本级的另一菜单项功能时，则需要按F1功能键，而不是按ESC键；若在主菜单显示时按了ESC键，则自动退出控制软件系统。,2.2 数控车床的位置调整与坐标系的设定,2.2.1 手动位置调整及MDI操作,1回参考点操作,对于具有参考点功能的数控车床而言，当系统接通电源、复位后，首先应进行机床各轴回参考点的操作，以建立机床坐标系。,(1) 先检查一下各轴是否在参考点的内侧。如不在，则应手动回到参考点的内侧，以避免回参考点时产生超程。,(2) 在主菜单下按F3功能键，选择“回零功能”。,(3) 分别按+X、+Z轴移动方向按键，使各轴返回参考点。返回参考点后，相应的指示灯将点亮。,返回参考点后，屏幕上即显示此时刀具(或刀架)上某一参照点在机床坐标系中的坐标值。对某机床来说，该值应该是固定的。系统将凭这一固定距离关系而建立起机床坐标系，机床原点通常就设在车床主轴端头(或卡盘)的回转中心处。,2点动操作,(1) 在主菜单下选择“点动操作”，即按F6功能键，此时屏幕显示如图2-7。,图2-7 点动操作时的画面,(2) 将机床操作面板上的进给修调旋钮旋转至所需的进给百分比(自动的8挡和手动的4挡)；此时，实际移动速度 = 最大移动速度进给百分比。,例如：若某轴的最大移动速度为6 m/min，则5%挡时，点动移动速度为0.3 m/min；100% 挡时，点动移动速度为6 m/min;,(3) 按机床操作面板上的“+X”或“+Z”键，则刀具向X或Z轴的正方向移动；按机床操作面板上的“?X”或“?Z”键，则刀具向X或Z轴的负方向移动。,(4) 如欲使某坐标轴快速移动，只要在按住某轴的“+”或“?”键的同时，按住“快移”键即可。,说明： 一次只能使一个坐标轴运动。, 系统通电启动时，主菜单默认方式为“点动操作”。, 快速移动的速度为系统设定的该轴的最大移动速度(同G00速度)。, 机械移动的同时，计算机屏幕上的坐标显示和图形追踪也跟着同步变化。,无论用何种移动操作方式，当某轴移动导致刀架拖板碰到机床上的限位挡块时，限位行程开关将会产生相应的动作，数控系统将出现某轴超程的警告信息，即超程报警。此时，只可在点动方式下，同时按住操作面板上的“超程解除”按钮和该轴反方向的移动按钮而退出到非超程区，然后才可进行其他操作。自动运行时，若出现超程报警的话，运行状态无法持续，程序执行将中止。所以，当要用某程序进行自动加工控制前，必须先进行空程校验，确保无误后方可进行实际加工。,3步进功能,(1) 在主菜单下，按F7选择“步进功能”。,(2) 将机床操作面板上的进给倍率修调旋钮旋至所需的倍率(增量1. 10. 100. 1000等4挡)；,例如：1挡即表示移动单位为1个脉冲当量(本系统一个脉冲对应0.001 mm)；,100挡即表示移动单位为100个脉冲当量，即0.1 mm；,10、1000挡即分别为移动0.1 mm、1 mm。,(3) 按机床操作面板上的“+X”或“+Z”键，则向X或Z轴的正向移动相应脉冲当量的距离；按机床操作面板上的“?X”或“?Z”键，则向X或Z轴的负向移动相应脉冲当量的距离。,说明： 一次只能使一个坐标轴运动。, 通常步进功能是以按键触发的次数来进行脉冲计数的，即按下某轴向按键后,无论持续多久都只视为按动一次。, 在机械移动的同时，计算机屏幕上的坐标显示和图形追踪也跟着同步变化。,和点动不同的是其坐标变化是以倍率当量为单位跳变的。,4手摇操作,如果机床配置了MPG手持单元，即可进行手摇操作控制。MPG手持单元由手摇脉冲发生器和坐标轴选择开关组成，如图2-8所示。手摇操作时：,(1) 在主菜单下，按F4键选择“手摇进给”。,(2) 将手持单元上的增量倍率修调旋钮旋至所需的倍率(增量1、10、100等3挡，分别对应于0.001、0.01、0.1 mm的增量值)。,(3) 将手持单元的坐标轴选择开关置于所要移动的“X”轴或“Z”轴挡。,(4) 顺时针/逆时针旋转手摇脉冲发生器一格，可控制相应的轴向正向或负向移动一个增量值。,注：手摇移动小刀架或手摇旋动各轴端把手是无法进行坐标计数的。,图2-8 MPG手持单元,5MDI操作,MDI操作就是指命令行形式的程序执行方法，即当场输入一段程序指令后，立即就可令其执行。从本义上讲，它属于自动运行的范畴，但一般都习惯将它作为手动调整操作的手段。其操作步骤为：,(1) 在主菜单下，按F5键选择MDI功能，此时系统的模态信息将显示在屏幕顶行的“运行状态”处；启动系统时的模态值为G91-增量编程方式，G00快进状态，G20-公制单位，G94每分钟进给速度方式。,(2) 再按F1键，切入到MDI功能的子菜单。,(3) 按F4键，选择“程序进给”菜单项，则在菜单行上部的提示输入行上将出现光标。,(4) 在光标处输入想要执行的MDI程序段，此时可左右移动光标以修改程序。,(5) 如果前面输入的程序都不要，可按 ESC 键全部删除，重新输入。,(6) 按F10键，执行“循环启动”功能，则所输入的程序将立即运行，如图2-9所示。,(7) 在运行过程中，选择F9键，执行“循环停止”功能，则刀具将停止运动，但主轴并不停转。此时，再按F10键，即可继续运行程序。,(8) 在运行过程中或程序输入时，按F1键，即可退出该级菜单而返回到主菜单，但并不影响已运行程序的继续执行。,注：本级菜单中的“循环启动”，“循环停止”和机床操作面板上相应的硬键功能等效。,图2-9 MDI操作时画面,2.2.2 数控车床坐标系统的设定,1车床坐标系统的组成,坐标系有机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系等坐标系统。,机床坐标系是数控机床安装调试时便设定好的一固定的坐标系统。对带参考点设定功能的车床而言，其机床坐标原点就在车床主轴端头(或卡盘)的中心，沿轴心方向作为Z轴，其正向指向尾座顶尖。以刀架横向拖板运动方向作为X轴，其正向由主轴回转中心指向工件外部。,对于刀架后置式(刀架活动范围主要在回转轴心线的后部)的车床来说，X轴正向是由轴心指向后方，如图2-10(a)所示；而对于刀架前置式的车床来说，X轴的正向应是由轴心指向前方，如图2-10(b)所示。由于车削加工是围绕主轴中心前后对称的，因此无论是前置还是后置式的，X轴指向前后对编程来说并无多大差别。为适应笛卡尔坐标习惯，编程绘图时都按如图2-10(a)所示后置式的方式表示(从俯视方向看)，机床坐标系在进行回参考点操作后便开始在数控系统内部自动建立了。,图2-10 车床坐标系,(a) 刀架后置式；(b) 刀架前置式,编程坐标系是在对图纸上零件编程计算时就建立的，程序数据便是用的基于该坐标系的坐标值。,工件坐标系则是当系统执行“G92X.Z.”后才建立起来的坐标系，或用G54G59预置的坐标系。对刀操作就是用来沟通机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系三者之间的相互关系的，由于坐标轴的正负方向都是统一的，因此实际上是确立坐标原点的位置。由对刀操作，找到编程原点在机床坐标系中的坐标位置，然后通过执行G92或G54G59的指令创建和编程坐标系一致的工件坐标系。可以说，工件坐标系就是编程坐标系在机床上的具体体现。编程(工件)坐标原点通常选在工件右端面、左端面或卡爪的前端面。当用G90编程方式时，通常将工件原点设在工件左端轴心处，这样程序中的各坐标值基本都是正值，比较方便；当用G91编程时，取在工件右端较为方便，因为加工都是从右端开始的。工件坐标系建立以后，程序中所有绝对坐标值都是相对于工件原点的。,2G92指令工件坐标系的建立,数控程序中所有的坐标数据都是在编程坐标系中确立的，而编程坐标系并不和机床坐标系重合，所以在工件装夹到机床上后，必须告诉机床，程序数据所依赖的坐标系统，这就是工件坐标系。通过对刀取得刀位点数据后，便可由程序中的G92(有的机床控制系统用G50)设定。当执行到这一程序段后即在机床控制系统内建立了一工件坐标系。其指令格式为：,G92 ( G50 ) X. Z. ;,该指令是声明刀具起刀点(或换刀点) 在工件坐标系中的坐标，通过声明这一参照点的坐标而创建工件坐标系。X、Z后的数值即为当前刀位点(如刀尖)在工件坐标系中的坐标，在实际加工以前通过对刀操作即可获得这一数据。换言之，对刀操作即是测定某一位置处刀具刀位点相对于工件原点的距离。一般地，在整个程序中有坐标移动的程序段前，应由此指令来建立工件坐标系。(整个程序中全用G91方式编程时可不用G92指令。),说明：,(1) 在执行此指令之前必须先进行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀点位置上。,(2) 此指令并不会产生机械移动，只是让系统内部用新的坐标值取代旧的坐标值，从而建立新的坐标系。,3预置工件坐标系 G54G59,具有参考点设定功能的机床还可用工件零点预置G54G59指令来代替G92建立工件坐标系。它是先测定出欲预置的工件原点相对于机床原点的偏置值，并把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数数据库中，因而该值无论断电与否都将一直被系统所记忆，直到重新设置为止。当工件原点预置好以后，便可用“G54G00 X_ Z_；”指令让刀具移到该预置工件坐标系中的任意指定位置。不需要再通过试切对刀的方法去测定刀具起刀点相对于工件原点的坐标，也不需要再使用G92指令了。很多数控系统都提供G54G59指令，完成共预置六个工件原点的功能。,G54G59与G92之间的区别是：用G92时，后面一定要跟坐标地址字；而用G54G59时，则不需要后跟坐标地址字，且可单独作一行书写。若其后紧跟有地址坐标字，则该地址坐标字是附属于前次移动所用的模态G指令的，如G00，G01等。用 G54等设立工件原点可由“数据设定”“零点偏置”层次菜单项中进行，如图2-11所示。在运行程序时若遇到G54指令，则自此以后的程序中所有用绝对编程方式定义的坐标值均是以G54指令的零点作为原点的。直到再遇到新的坐标系设定指令，如G92、G55G59等后，新的坐标系设定将取代旧的。G54建立的工件原点是相对于机床原点而言的，在程序运行前就已设定好而在程序运行中是无法重置的，G92建立的工件原点是相对于程序执行过程中当前刀具刀位点的。可通过编程来多次使用G92而重新建立新的工件坐标系。,图2-11 预置工件坐标系的设定,4图形显示的设定,通过在数控软件系统中按“数据设定”“图形参数”层次结构选择菜单功能项，即可设定用于图形跟踪显示的区域，改变图形跟踪显示的效果，如图2-12所示。,说明：,(1) 平面选择设定值： 0XZ平面；1XY平面。,(2) 坐标系设定： 0+X向右 +Z向下；,1+X向上 +Z向右；,2+X向左 +Z向上；,3+X向右 +Z向上。,(3) 图形上、下、左、右坐标值：上下值是用于控制纵轴的显示边界范围的，左右值是用于控制横轴的显示边界范围的。,(4) 图形放大系数：如为1，显示为1:1；如为2，显示放大两倍。,操作：先移动光标到所需行，在“INPUT:”提示符后键入新值，回车即可。在退出本菜单时，即自动将设定数据存盘，一次更改，持续有效。,图2-12 图形显示设定,2.2.3 刀具装夹与对刀调整,1刀具类型与装夹,常用车刀类型如图2-13所示，刀具装夹结构如图2-14所示。对于数控车床，较适合的应该是可转位刀片式车刀。当某零件加工需要用到多把车刀时，所用刀架可用如图2-14(a)所示的普通转塔刀架。如果不能自动转位换刀，换刀动作得由人工在程序中进行适当处理。也有很多机床采用如图2-14(b)所示的刀架形式，图(b)所示为12位自动回转刀架，最多可安装12把车刀，其中可装外圆车刀6把，内孔刀具6把，此类系统可由程序控制实现自动换刀。,图2-13 常用车刀类型,图2-14 刀具在刀架上的安装,(a) 普通转塔刀架；(b) 12位自动回转刀架,2对刀调整,数控车床的对刀可分为基准车刀的对刀和各个刀具相对位置偏差的测定两部分。先从所需用到的众多车刀中选定一把作为基准刀具，进行对刀操作，再分别测出其他各刀具与基准刀具刀位点的位置偏差值(这可通过分别测量各刀具相对于刀架中心或相对于刀座装刀基准点在X、Z方向的偏置值来得到)，不必对每把刀具都进行对刀操作。,1) 基准车刀的对刀,基准车刀的对刀就是在加工前测定出加工起始点(起刀点)处，刀具刀位点(如刀尖)在预想的工件坐标系(编程坐标系)中的相对坐标位置。对刀操作通常是在建立工件坐标系以前进行的，只有通过对刀才可确保建立一个和编程坐标系一致的工件坐标系。,对于具有参考点功能的数控车床而言，在经过回参考点操作后，由于机床原点是已知的、固定不变的，因此在参考点处显示的是刀架上某参照点(如刀架中心)在机床坐标系中的位置坐标。对刀操作在机床坐标系控制下进行，当刀具装夹好后，刀架中心和刀具刀位点之间的距离即是固定的，因此，可以通过刀架中心在机床坐标系中的坐标变化来推测出刀具刀位点在设想的工件坐标系中的坐标。可以说，刀架中心点是用于对刀的参照点。其试切对刀的过程大致如下：, 先进行手动返回参考点的操作。, 试切外圆。用MDI方式操纵机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在X轴方向上的位置不变，沿Z轴方向退刀，记下此时显示器上显示的刀架中心在机床坐标系中的X坐标值Xt，并测量工件试切后的直径D，此即当前位置上刀尖在工件坐标系中的X值。(通常X零点都选在回转轴心上。), 试切端面。用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具Z坐标不变，沿X方向退刀，记下此时刀架中心在机床坐标系中的Z坐标值Zt，且测出试切端面至预定的工件原点的距离L，此即当前位置处刀尖在工件坐标系中的Z值，如图2-15所示。,图2-15 利用机床坐标数据试切对刀, 对刀。根据上述得到的四个数据，可用如下两种方法进行对刀。,方法一,若已经在将要运行的程序中写好了“G92 Xa Zb；”的程序行，那么就应该用手动或MDI方法移动刀具，将刀具移至使显示器上所显示的刀架中心在机床坐标系中的坐标值为(X,t,+aD，Z,t,+bL)的位置。这样就实现了将刀尖放在程序所要求的起刀点位置(a，b)上的对刀要求。,方法二,将刀具移到工件外可作为起刀点的任意某位置，记下此时刀架中心在机床坐标系中的坐标如(X,0,，Z,0,)，可以算出该位置在工件坐标系中的坐标值应该是(D+X,0,X,t,，L+Z,0,Z,t,)。在运行程序前保持此起刀点位置不变的情况下，根据此计算结果值改写程序中“G92 X_ Z_”，指令为“G92 X (D+X,0,X,t,) Z (L+Z,0,Z,t,)”。, 建立工件坐标系。可在上述对刀完成后，在保持当前刀具位置不变的情形下，用MDI 方式运行“G92 Xa Zb；”(方法一)或“G92 X (D+X,0,X,t,) Z (L+Z,0,Z,t,)；”(方法二)的程序指令，或者直接开始运行编好的程序，则显示器中将显示当前刀尖在工件坐标系中的位置坐标(a，b)或(D+X,0,X,t,，L+Z,0,Z,t,)。,对于无参考点功能的数控车床，因为没有固定的机床坐标原点，所以不能利用机床坐标系来对刀。若系统不能对当前坐标位置进行断电自动记忆，则中途因某些原因退出了控制系统的话，就必须重新对刀。如下试切对刀的方法，可供参考：, 装夹好工件及刀具后，在主菜单下按F6键选择“点动操作”，后按?X、?Z轴移动键，使刀具慢慢靠近工件，并调好一定的吃刀深度为车外圆作准备，再按+Z方向键稍离开工件。, 按主轴正转按钮，启动主轴。, 在主菜单下，按F5键选择“MDI功能”，再按F1、F4键直至出现光标，在输入“G91G01Z-20F15”后，按F10键开始执行(即让车刀以15 mm/min的速度向Z轴负向移动20 mm进行车外圆，见图2-16(a)，车完后，再输入“G91G01Z25F100”退出。按“主轴停转”按钮，使主轴停转。,图2-16 无参考点机床的对刀, 测量加工后工件的外径值，记为D。, 置点动操作方式，点按一下?Z方向键，调整好用于端面车削的吃刀深度，然后正转启动主轴。, 切换至“MDI功能”，按F1、F4键后，在光标处输入：“G91G01X-D/2F15”，然后再按F10键执行(由工件外圆面处向轴心处进给以车端面，见图2-16(b)。,注：?D/2应为按步骤实测值计算的结果。, 待车完端面后，让主轴停转，则刀尖就已经定位在工件右端回转轴心处，见图2-16(c)。按F1键返回到第一层菜单后再按F9键执行“坐标清零”，则当前坐标位置即被设为相对零点。如果工件坐标原点就设在此右端轴心处的话，编写程序时就应用“G92X0Z0;”指令建立工件坐标系。从图(c)可以看出，此位置点距当前机床坐标原点有一定的距离。由于图形跟踪总是按机床坐标系来显示的，所以为便于观察，有必要令工件坐标系和机床坐标系重合，为此重新启动软件进入控制系统，即可将此位置点重置为新的机床零点，见图2-16(d)。, 若要执行的程序中指令为“G92XaZb;”，则应在运行程序之前，先用MDI方式执行指令“G91G00XaZb;”，让刀架移到屏幕坐标显示为(a, b)的位置，见图2-16(e)。,2) 其他各刀具的对刀,其他各刀具的对刀就是测定出每一把刀具转位到加工方位时，其刀位点相对于基准车刀刀位点在X、Z两方向上的位置偏差；然后，将偏差值存入对应的刀具数据库即可。这样，只需要在加工程序中用指令标明所用的刀具，则执行到刀具指令时，机床会自动移动调整刀架，直到新刀具刀位点与前一把刀具刀位点重合。整个程序均可按基准车刀刀位点进行编写。各刀具的具体对刀过程可参阅本章2.6.3节。,2.3 基本编程指令与程序调试,2.3.1 程序中用到的各功能字,1G功能(格式：G2，G后可跟2位数),表2-2 常用G功能指令,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。,2M功能(格式：M2，M后可跟2位数),车削中常用的M功能指令有：,M00进给暂停 M01条件暂停 M02程序结束,M03-主轴正转 M04-主轴反转 M05-主轴停转,M07、M08开切削液 M09关切削液,M30-程序结束并返回到开始处 M98子程序调用 M99子程序返回,3T功能(格式：T2 或T4 ),有的机床T后只允许跟2位数字，即只表示刀具号，刀具补偿则由其他指令表示。,有的机床T后则允许跟4位数字，前2位表示刀具号，后2位表示刀具补偿号。,例如：T0211表示用第二把刀具，其刀具偏置及补偿量等数据在第11号地址中。,4S功能(格式：S4，S后可跟4位数),用于控制带动工件旋转的主轴的转速。实际加工时，还受到机床面板上的主轴速度修调倍率开关的影响。按公式：N=1000Vc / (D，可根据某材料查得切削速度Vc，然后即可求得N。例如：若要求车直径为60 mm的外圆时切削速度控制到48 mm/min，则换算得：N=250 r/min(转/分钟)，则在程序中指令为S250。,车削中有时要求用恒线速加工控制，即不管直径大小，其切向速度V为定值。这样当进行直径由大到小的端面加工时，转速将越来越大，以致于可能会产生因转速过大而将工件甩出的危险，因此，就必须限制其最高转速。当超出此值时，就强制截取在低于此极值的某一速度下工作。有的机床是通过参数来设置此值；而有的机床则利用G功能来指定，如：“G50 S1600;”即表示限制最高转速为1600 r/min。,2.3.2 车床的编程方式,1绝对编程方式和增量编程方式,绝对编程是指程序段中的坐标点值均是相对于坐标原点来计量的，常用G90来指定。增量(相对)编程是指程序段中的坐标点值均是相对于起点来计量的，常用G91来指定。如对图2-17所示的直线段AB编程为：,绝对编程：G90 G01 X100.0 Z50.0;,增量编程：G91 G01 X60.0 Z?100.0;,图2-17 编程方式示例,注：在某些机床中用X、Z表示绝对编程，用U、W表示相对编程，允许在同一程序段中混合使用绝对和相对编程方法。如上图直线AB，可用：,绝对：G01 X100.0 Z50.0；,相对：G01 U60.0 W?100.0;,混用：G01 X100.0 W?100.0；,或 G01 U60.0 Z50.0;,这种编程方法不需要在程序段前用G90或G91来指定。,2直径编程与半径编程,当地址X后所跟的坐标值是直径时，称直径编程，如前所述直线AB 的编程例子。,当地址X后所跟的坐标值是半径时，称半径编程，则应写为: G90G01X50.0Z50.0;,注：(1) 直径或半径编程方式可在机床控制系统中用参数来指定；,(2) 无论是直径编程还是半径编程，圆弧插补时R、I和K的值均以半径值计量。,2.3.3 基本编程指令,1G00、G01-点、线控制,格式：G90 (G91) G00 X. Z.,G90 (G91) G01 X. Z. F.,G00用于快速点定位、G01用于直线插补加工。,如图2-18所示从A到B，其编程计算方法如下：,绝对：G90 G00 X xb Z zb ;,增量：G91 G00 X (xb?xa) Z (zb?za) ;,绝对：G90 G01 X xb Z zb F f ;,增量：G91 G01 X(xb?xa) Z(zb?za) F f;,图2-18 点、线控制,说明：,(1) 在G00时，X、Z轴分别以该轴的快进速度向目标点移动，行走路线通常为折线。图2-18所示的AB段，在G00时，刀具先以X、Z的合成速度方向移到C点，然后再由余下行程的某轴单独地快速移动而走到B点。,(2) 在G00时，轴移动速度不能由F代码来指定，只受快速修调倍率的影响。一般地，G00代码段只能用于工件外部的空程行走，不能用于切削行程中。,(3) 在G01时，刀具以F指令的进给速度由A向B进行切削运动，并且控制装置还需要进行插补运算，合理地分配各轴的移动速度，以保证其合成运动方向与直线重合。在G01时的实际进给速度等于F指令速度与进给速度修调倍率的乘积。,HCNC1T系统中G01指令还可用于在两相邻轨迹线间自动插入倒角或倒圆控制功能。,图2-19 倒角控制图例,在指定直线插补或圆弧插补的程序段尾，若：,加上C.，则插入倒角控制功能；,加上R.，则插入倒圆控制功能。,C后的数值表示倒角起点和终点距未倒角前两相邻轨迹线交点的距离，R后的值表示倒圆半径。,如图2-19所示几段轨迹间，可使用倒角或倒圆控制功能编程。对应部分程序为：,O0001,G91 G01 Z-75.0 R6.0;,X40.0 Z-10.0 C3.0;,Z-80.0;,M02;,注：,(1) 第二直线段必须由点B而不是从点C开始。,(2) 在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指令。,(3) X、Z轴指定的移动量比指定的R或C小时，系统将报警。,2G02、G03圆弧控制,格式：G90 (G91) G02 X. Z. R. ( I. K.) F.,G90 (G91) G03 X. Z. R. ( I. K. ) F.,如图2-20所示弧AB，编程计算方法如下：,绝对: G90 G02 X x,b,Z z,b,R r,1,F f,;,R编程,或 G90 G02 X x,b,Z z,b,I(x,1,x,a,)/2 K(z,1,z,a,) F f ;,增量: G91 G02 X(x,b,x,a,) Z(z,b,z,a,) R r,1,F f ;,或 G91G02 X(x,b,x,a,) Z(z,b,z,a,)I(x,1,x,a,)/2 K(z,1,z,a,)F f;,图2-20 圆弧控制,图示弧BC，编程计算方法如下：,绝对: G90 G03 X x,b,Z z,c,R r,2,Ff ; R编程,或 G90 G03 X x,b,Z z,c,I(x,2,x,b,)/2 K(z,2,z,b,) Ff ;,增量: G91 G03 X(x,c,x,b,) Z(z,c,z,b,) R r,2,F f ;,或 G91 G03 X(x,c,x,b,) Z(z,c,z,b,) I(x,2,x,b,)/2 K(z,2,z,b,) F f ;,说明：,(1) G02、G03时，刀具相对工件以F指令的进给速度，从当前点向终点进行插补加工；G02为顺时针方向圆弧插补；G03为逆时针方向圆弧插补。,(2) 圆弧半径编程时，当加工圆弧段所对的圆心角为 0180时，R取正值，当圆心角为180360时，R取负值。同一程序段中I、K、R同时指令时，R优先，I、K无效。,(3) X、Z同时省略时，表示起终点重合；若用I、K指令圆心，相当于指令了360的弧；若用R编程时，则表示指令为0的弧。,G02 (G03) I. ; 整圆 G02 (G03) R. ; 不动,(4) 无论用绝对还是用相对编程方式，I、K都为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，为零时可省略。(也有的机床厂家指令I、K为起点相对于圆心的坐标增量。),3G04暂停延时,格式：G04 P. 后跟整数值，单位ms(微秒),或 G04 X ( U ) . 后跟带小数点的数，单位s(秒),由于在两不同轴进给程序段转换时存在各轴的自动加减速调整，可能导致刀具在拐角处的切削不完整。如果拐角精度要求很严，其轨迹必须是直角时，应在拐角处使用暂停指令。,例如：欲停留1.5 s时，程序段为：G04 X1.5; 或：G04 P1500 ;,4G20、G21-输入数据单位设定，即单位制式(英制和公制)的设定,G20和G21是两个互相取代的G代码，机床出厂时将根据使用区域设定默认状态，但可按需要重新设定。在我国一般均以公制单位设定(如G21)，常用于公制(单位: mm)尺寸零件的加工。如果一个程序开始用G20指令，则表示程序中相关的一些数据均为英制(单位：in/10)；在一个程序内，不能同时使用G20与G21指令，且必须在坐标系确定之前指定。系统对本指令状态具有断电记忆功能，一次指定，持续有效，直到被另一指令取代。,图2-21 精车轮廓编程图例,2.3.4 编程实例,该零件车削的整体程序由程序头、程序主干和程序尾组成。,一般地，程序头包括程序番号，建立工件坐标系，启动主轴，开启切削液，从起刀点快进到工件要加工的部位附近等准备工作。程序主干则是由具体的车削轮廓的各程序段组成，有必要的话可含子程序调用。程序尾包括快速返回起刀点，关主轴和切削液，程序结束停机等。,若以工件右端轴心为原点，则程序如下：,O0003,G92 X70.0 Z64.0;,S630 M03;,G90 G00 X20.0 Z2.0;,G01 Z8.0 F10;,G02 Z22.0 R12.0;,G01 Z26.0;,G04 X2.0;,G01 X24.0;,G03 X44.0 Z36.0 R10.0;,G01 Z66.0;,X55.0;,G00 X70.0 Z64.0;,M05;,M02;,程序头,程序主干,程序尾,2.3.5 程序输入及上机调试,现以HCNC1T系统为例讲述程序输入与上机调试。,1程序输入及编辑修改,方法一,利用一般的文本编辑器，输入编辑程序。程序编写完成后以O0001作文件名保存，不要带后缀(扩展名)。,方法二,可直接在CNC软件环境中进行。由第二层菜单中的“零件程序”“编辑程序”“打开程序”进行。之后在光标处输入程序号并回车，然后即可开始输入编辑程序。程序编写完成后可按F3功能键保存。,HCNC1T数控系统要求程序必须以“O”作为开头的第一个字母；否则，程序调入时就要出错。此外，还要求每一程序行行尾必须以“；”作结束，程序中尽量避免写入系统不能识别的指令。应牢记，程序格式的基本组成是一个字母后跟一些数字，不允许出现连续两个字母，或缺少字母的连续两组数字，特别是，字母“O”和数字“0”不能写混。编写的程序存成文件时，文件名必须也是以”O“作首字母，后跟四位数字，不用带后缀。,2程序调用,要想调入已编写好的程序，应按“自动方式”“内存方式”菜单层次项，至出现程序列表后，再移动光标到需调入的程序号处并回车即可；若当前页没有所需程序，可按“Pgup”、“Pgdn”前后翻页查找。,只要修改过程序，就必须重新用内存方式调用，才可按修改后的程序内容运行；否则，运行的还是修改前的程序内容。如果程序执行时被非正常中止，则必须先按F9键取消自动运行状态，然后才可进行其他操作，如点动、步进和程序编辑等。,3自动运行,当用上述方法调入某程序，并对好刀后，即可按F10键或按机床上的“循环启动”键，开始自动运行。如中途想暂停运行，可按机床面板上的“进给保持”键，则X、Z轴方向的进给将暂时停止，直至再按“循环启动”时便可继续执行。(此时，主轴并不停转；若要主轴停，应按“主轴停转”键；但按循环启动前，必须先按“主轴正转”键以启动主轴。) 若想彻底中断程序的继续运行，可按键盘上的功能键F9，取消运行。,2.4 车削循环程序编写与调试,2.4.1 简单车削循环,1G80-外圆车削循环,格式：G90 ( G91 ) G80 X. Z. I. F.,算法：G90 G80 X x,b,Z z,b,I (x,c,/2x,b,/2) F f,或 G91 G80 X(x,b,x,a,) Z(z,b,z,a,)I(x,c,/2x,b,/2) F f,如图2-22所示，刀具从循环起点A开始，按着箭头所指的路线行走，先走X轴快进(G00速度，用R表示)，到外圆锥面切削起点C后，再工进切削(F指令速度，用F表示)，到外圆锥面的切削终点B；然后，轴向退刀；最后，又回到循环起点A。当用绝对编程方式时，X、Z后的值为外圆锥面切削终点的绝对坐标值；当用增量编程方式时，X、Z后的值为外圆锥面切削终点相对于循环起点的坐标增量。而无论用何种编程方式，I后的值总是外圆锥面切削起点(并非循环起点)与外圆锥面切削终点的半径差。当I值为零省略时，即为圆柱面车削循环。X、Z、I后的值都可正可负。也就是说，本固定循环指令既可用于轴的车削，也可用于内孔的车削，如图2-23所示。,图2-22 外圆车削循环,图2-23 不同I值时的情形,2G81端面车削循环,格式：G90 ( G91 ) G81 X. Z. K. F.,算法：G90 G81 X x,b,Z z,b,K (z,c,z,b,) F f,或 G91 G81 X(x,b,x,a,) Z(z,b,z,a,) K (z,c,z,b,) F f,如图2-24所示，刀具从循环起点开始，按箭头所指的路线行走(先走Z轴)，最后又回到循环起点。当用绝对编程方式时，X、Z后的值为锥端面切削终点的绝对坐标值；当用增量编程方式时，X、Z后的值为锥端面切削终点相对于循环起点的坐标增量。无论用何种编程方式，K后的值总为锥面切削终点与锥面切削起点(并非循环起点)的Z坐标之差。当K值为零省略时，即为端平面车削循环。X、Z、K后的值都可正可负。也就是说，本固定循环指令既可用于外部轴端面的车削，也可用于孔内端面的车削，如图2-25所示。,图2-24 端面车削循环,图2-25 不同K值时的情形,例1,如图2-26及图2-27所示零件。,切削路线： 第一刀 ABCDA,第二刀 AEFDA,第三刀 AGHDA,图2-26 外圆车削图例,图2-27 外圆车削图例,采用直径、绝对编程方式编程如下：,O0004 O0005,G92 X56.0 Z70.0; G92 X35.0 Z41.48;,S1000M03; S1000M03;,G90 G80 X40.0 Z20.0 I?5.0 F30.0; G90 G81 X15.0 Z33.48 K?3.48 F30.0;,G80 X30.0 Z20.0 I?5.0; G81 X15.0 Z31.48 K?3.48;,G80 X20.0 Z20.0 I?5.0; G81 X15.0 Z28.78 K?3.48;,M05M02; M05M02;,直径、增量编程方式：,O0006 O0007,S400 M03; S400 M03;,G91 G80 X?16.0 Z?50.0 I?5.0 F30.0; G91 G81 X?20.0 Z?8.0 K?3.48 F30.0;,G80 X?26.0 Z?50.0 I?5.0; G81 X?20.0 Z?10.0 K?3.48;,G80 X?36.0 Z?50.0 I?5.0; G81 X?20.0 Z?12.7 K?3.48;,M05M02; M05M02;,图2-28 阶梯轴车削,例2,如图2-28所示阶梯轴零件，先用G80循环两次车至30的外圆柱面，再用G81循环四次车锥端面和前端15的圆柱面。,两次车削循环的起点分别为a和A，设其坐标位置分别为：A(75,35)、a(72,45)，两次的切削路线分别为：,矩形循环区aba;,梯形循环区ABA。,用直径、绝对方式编程：,O0008,S400 M03,;,G92 X45.0 Z72.0,;,G90 G80 X38.0 Z20.0 F30.0,;,G80 X30.0 Z20.0,;,G00 X35.0 Z75.0,;,M00; 手工换刀,G81 X15.0 Z65.0 K13.33 F30.0,;,G81 X15.0 Z60.0 K13.33,;,G81 X15.0 Z55.0 K13.33,;,G81 X15.0 Z50.0 K13.33,;,M02,2.4.2 粗车复合循环程序,1G71-外圆粗车复合循环,如图2-29所示，工件成品形状为A1B，若留给精加工的余量为(u/2和(w，每次切削用量为(d，则程序格式为：,G71 U(d) R(e) P(ns) Q(nf) X(u)