单元14数控车床的程序编制.docx

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单元14数控车床的程序编制

单元14数控车床的程序编制

教学目的

1、熟练应用FANUC和SIEMENS数控系统的各种指令；

2、掌握FANUC和SIEMENS数控系统的各种指令格式和应用范围；

3、熟练进行程序的编制。

教学重点

1、FANUC和SIEMENS数控系统的各种指令格式和应用范围；

2、程序的编制和加工实训。

教学难点

程序的编制和加工实训。

教学方法

理论教学与上机练习相结合

教学内容

一、数控系统的功能

1.数控编程指令功能简介

（1）准备功能（G功能）代码

准备功能也叫G功能或G代码。

它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。

G代码由地址G和后面的两位数字组成，从G00～G99共100种。

G代码分为模态代码（又称续效代码）和非模态代码。

模态代码表示该代码一经在一个程序段中指定，直到出现同组的另一个G代码时才失效。

非模态代码，只在写有该代码的程序段中有效。

（2）辅助功能（M功能）代码

辅助功能也称为M功能。

M功能的作用在于控制机床或者系统的辅助功能动作，例如冷却泵的开、关；主轴的正反转；程序的结束等。

辅助功能用字母M及后在两位数字组成。

M00～M99共100个。

（3）进给功能（F功能）代码

进给功能也称为F功能，用F功能可以直接指定坐标轴移动的进给速度。

一般有两种表示方法；

1）代码法

即F后面跟两位数字，表示机床进给量数列的序号，它不直接表示进给速度的大小。

2）直接代码法

F后面的数字就是进给速度的大小，用字母F与其后的4位整数和3位小数表示。

例如F300表示刀具的进给速度为300mm/min。

F代码为续效代码，一经设定后，再未被重新指定前，则表示先前所设定的进给速度持续有效。

（4）主轴转速功能（S功能）代码

主轴功能也称主轴转速功能或S功能，用来指定主轴的转速，用字母S和其后的1-4位数字表示。

S功能的单位是r/min。

在编程时，S功能代码只是设定主轴转速的大小，并不会使主轴反转，必须用M指令指定正、反转时，主轴才开始转动。

（5）刀具功能（T功能）代码

刀具功能也称T功能，用来进行刀具的选择。

刀具功能用字母T及后面的数字表示。

程序中T代码的数值直接表示选择的刀具号码。

例如T10B表示10号刀。

在数控车床中的T代码后面的数字即包含所选刀具号，也包含刀具补偿号，例如T0402表示选择4号刀，调用2号刀具补偿参数进行刀具长度和半径的补偿。

由于不同的数控系统洋着不同的指令方法和含义，具体应用时应该参照数控机床的编程说明书。

2.数控车削加工程序

下面是一个完整的数控车削加工程序：

％

0001（程序号）

N0010G00Z2S258T01M03；

N0020G01X40.0Z0F120；

N0030G01X60.0Z-10.0；

N0040Z-30；

N0050X80.0；

N0060G03X100.0Z-40.0R10.0；

N0070G01Z-50.0；

N0080G00X120.0；

N0090M30；

在上述数控程序中，可以看出：

编制程序控制数控车床进行加工的顺序规律为：

程序段号（指明加工动作顺序的先后）→设定机床主轴转速→设定机床主轴旋转方向→启动机床主轴→设定加工刀具→工件坐标系设定→从起始点先沿垂直向（Z向）快速接近被加工工件→设定进行加工的平面→设定切削加工的运行速度→指定加工运行轨迹的类型→给定加工运行轨迹的参数（加工运行轨迹的类型与参数即为加工内容）→………返回到换刀点→换刀→继续进行加工，直至加工完毕→………→返回到起始点→换为加工开始时的第一把刀具→关闭机床主轴的转动→程序结束。

程序号。

程序号即为程序的开始部分，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号，在编号前采用程序编号地址码。

如在FANUC数控系统中，一般采用英文字母O作为程序编号地址，而其它系统有的采用“P”，“%”以及“：

”等。

在一个程序中，程序段号可以采用0～9999中的任意值，但各程序段号必须依其在程序中的先后次序由小到大排列。

为了便于在需要的地方插入新的程序段，建议在编程时不要给程序段以连续序号，这样便于插入程序时赋予段号。

程序的内容由若干个程序段组成，程序段由若干字组成，每个字由字母和数字组成，由表示地址的英语字母、特殊文字和数字集合而成。

程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则，最常采用的为字—地址程序段格式

字—地址程序段格式是由语句号字、数据字和程序段结束组成。

各字前有地址，各字的排列顺序要求不严格，数据的位数可多可少，不需要的字以及与上一程序段相同的续效字可以不写。

该格式在目前广泛使用。

字-地址程序段格式的编排格式如下：

N---G---X---Y---Z---I---J---K---P---Q---R---A---B---C---F---S---T---M---

上述程序段中的各种指令并非在加工程序中每个程序段中都必须具有，而是根据各程序段中的具体内容来编写相应的指令。

二、数控车床的编程特点

1.加工坐标系

加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致，X轴对应工件径向，Z轴对应工件轴向，C轴（主轴）的运动方向，则以从机床尾架向主轴看，逆时针为+C向，顺时针为-C向。

加工坐标系的原点选择在便于测量或对刀的基准位置，一般设置在工件的右端面或左端面上。

2.直径编程方式

在数控车削加工的程序编制中，X轴的坐标值取零件图中的直径值。

采用直径尺寸编程与零件图中的尺寸标注一致。

这样可以避免尺寸换算过程中造成的错误，给编程带来很大方便。

3.进刀和退刀

对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点后，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。

切削起点的确定与工件毛坯的余量大小有关，应该以刀具快速运行到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。

三、加工准备类指令

1.S××——主轴转速

书写格式：

S

说明：

（1）用来指定主轴的转速，用字母S和其后的1-4位数字表示。

（2）S功能的单位是r/min。

在编程时，除用S代码指令主轴转速外，还要用M代码指令主轴转向，是顺时针还是逆时针。

（3）在具有恒线速功能的机床上，S功能指令如下使用：

1）最高转速限制。

书写格式：

G50S。

单位为r/min。

2）恒线速控制。

书写格式：

G96S。

单位为m/min。

3）恒线速取消。

书写格式：

G97S。

S的数字表示恒线速取消后的主轴转速。

2.M03——主轴顺时针旋转

3.M04——主轴逆时针旋转

4.M05——主轴停止旋转

5.M08——打开切削液

6.M09——关掉切削液

7.M30——程序结束

8.G21（G20）——米制和英制单位选择

9.G98——每分钟进给模式

书定格式：

G98F

10.G50——工件坐标系设定指令

书定格式：

G50XZ

11.G50——坐标系平移

书定格式：

G50UW

12.G00——快速定位

书定格式：

G00X（U）Z（W）

四、实训项目18加工准备类指令编程实训

（一）实训目的与要求

1.了解数控C车床程序的基本结构。

2.重点了解数控车床程序中准备类编程指令的结构格式。

（二）相关知识概述

数控机床在加工过程中主要进行的是位置控制，通过数控编程，把加工过程中刀具移动的轨迹按一定的顺序和方式编写加工程序单后输送给数控系统，控制数控机床进行自动加工。

不同的数控系统的程序格式一般都有差异，但程序的结构基本相同。

如前所述一个完成的程序由程序名、程序内容（程序段）和程序结束三部分组成。

零件程序的结构组成如下所示：

%××××；程序名

┊；程序段

M30；程序符

将零件程序编制好以后，经过程序校验及加工仿真确认，可以进行加工。

在加工前，还需要进行对刀操作。

对刀是为了确定编程员设定的基准坐标系，即工件坐标系在机床坐标系中的位置。

这个位置由对刀点来确定。

（三）实训内容

1.根据FANUC数控系统（或SIEMENS数控系统）的程序格式，编制数控车削加工准备类指令的基本结构模式。

这样在以后的程序编制中，你只要将数控加工运行类指令加在此后就可以了。

2.实训项目18编写数控车削加工准备类指令的基本结构模式。

（四）实训报告

数控编程是实现数控加工的重要环节。

数控编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等，按照CNC系统的程序段格式和规定的语言记录在程序上的全过程。

实训报告内容：

1.写出数控车床编程的作用、目的。

2.写出数控车床编程的结构和加工准备类指令的内容。

3.写出数控车削加工准备类指令（SIEMENS、FANUC数控系统）的基本结构模式。

五、基本加工类指令

1.G01——直线插补

书定格式：

G01X（U）Z（W）F

2.G02、G03——圆弧插补

书定格式：

G02X（U）Z（W）IKF

G03X（U）Z（W）IKF

3.G01——45°倒角1

书定格式：

G01Z（W）IF

4.G01——45°倒角2

书定格式：

G01X（U）KF

5.G01——任意角度倒角

书定格式：

G01X（U）CF

6.G01——自动倒圆角

书定格式：

G01Z（W）RF

7.G01——自动倒圆角

书定格式：

G01X（U）RF

8.G01——任意角度倒圆角

书定格式：

G01X（U）RF

9.G04——程序暂停

书定格式：

G04P或G04X（U）

10.螺纹切削（G32）

书定格式：

G32X（U）Z（W）F

或G32X（U）Z（W）E

六、实训项目19加工运行类指令编程实训

（一）实训目的与要求

了解掌握数控车床加工运行指令的基本结构和编制注意事项。

（二）实训仪器与设备

1.配置Siemens（或Fanuc）系统的数控车床一台与相关刀具。

2.白腊条或者尼龙棒各一根。

尺寸适实训需要。

（三）相关知识概述

数控机床在加工过程中主要进行的是位置控制，通过数控编程，把加工过程中刀具移动的轨迹按一定的顺序和方式编写加工程序单后输送给数控系统，控制数控机床进行自动加工。

（四）实训内容

1.根据SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的程序格式，编制数控车床加工运行类指令的基本结构模式。

这样在以后的程序编制中，你只要将数控加工准备类指令加在数控加工运行指令前面就可以了。

2.实训项目19数控车削加工运行类指令实训

实训项目19.1

实训项目19.2

实训项目19.3

实训项目19.4

实训项目19.5

实训项目19.6

实训项目19.7

实训项目19.8

实训项目19.9

实训项目19.10

实训项目19.11

（五）实训报告与内容：

1.写出数控加工运行类指令组的作用。

2.写出数控加工运行类指令（SIEMENS、FANUC数控系统）的格式和编制注意事项。

3.按照上述编程的实训项目写出实训报告。

4.绘制出运行程序的轨迹。

七、实训项目20螺纹加工指令实训

（一）实训目的与要求

了解数控机车加工螺纹的加工原理，了解螺纹加工工艺，掌握螺纹加工编程指令的基本结构和编制注意事项。

（二）实训仪器与设备

1.配置Siemens（或Fanuc）系统的数控车床一台与相关刀具。

2.铝棒或者尼龙棒各一根。

尺寸适实训需要。

3.外圆车刀、公制螺纹车刀各一把。

（三）实训内容

1.根据SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的程序格式，编制数控车床加工运行类指令的基本结构模式。

这样在以后的程序编制中，你只要将数控加工准备类指令加在数控加工运行指令前面就可以了。

2.实训项目20螺纹指令加工实训

实训项目20.1

实训项目20.2

（五）实训报告与内容：

1.写出数控转移加工指令的作用。

2.按照上述编程的实训内容写出实训报告。

3.绘制出上述程序的轨迹。

八、循环加工类指令

1.螺纹切削循环（G92）

书定格式：

G92X（U）Z（W）IF

或：

G92X（U）Z（W）IE

2.G76——复合螺纹切削循环

书定格式：

G76PmrαQ△dimRd

G76X（U）Z（W）R（I）F（f）P（k）Q（△d）

3.G90——外圆切削循环

书定格式：

G90X（U）Z（W）F

4.G90——圆锥面切削循环

书定格式：

G90X（U）Z（W）I（或R）F

5.G94——端面切削循环

书定格式：

G94X（U）Z（W）F

6.G70～G76——多重复合固定循环

7.G71——外圆粗加工循环

书定格式：

G71U△dRe

G71PnsQnfU△uW△wFf

或G71PnsQnfU△uW△wD△dFfSs

8.端面粗加工循环（G72）

书定格式：

G72PnsQnfU△uW△wFf

或G72PnsQnfU△uW△wD△dFfSs

9.封闭切削粗加工循环（G73）

书定格式：

G73UiWkRd

G73PnsQnfU△uW△wFf

或G73PnsQnfIiKkU△uW△wDdFfSs

10.G70——精加工复合循环

书定格式：

G70PnsQnf

11.G74——深孔钻削循环

书定格式：

G74ReQk

G74ZWQ△kF

12.G75——外径切槽循环

书定格式：

G75Re

G75XUP△iF

九、实训项目21螺纹循环加工指令实训

（一）实训目的与要求

1.了解数控车床加工螺纹的加工原理，比较其与普通车床加工螺纹的方法的异同。

2.了解螺纹加工工艺，掌握螺纹加工编程指令。

（二）实训仪器与设备

1.配备SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的卧式车床一台。

2.铝棒一根（长100～110mm，直径￠25.5mm，毛坯如图18-4中双点划线部分）。

3.外圆车刀、公制螺纹车刀各一把。

（三）相关知识概述

由于螺纹加工属于成型加工；且为了保证螺纹的导程，加工时主轴旋转一周，车刀的进给量必须等于螺纹的导程（称为转进给），进给量较大；另外，螺纹车刀的强度一般较差，故螺纹牙型往往不是一次加工而成的，需分多次进行切削，如欲提高螺纹的表面质量，可增加几次光整加工。

螺纹循环加工指令G82、G76。

1.螺纹切削循环指令（G82）

G82为直螺纹切削循环指令：

格式：

G82X（U）一Z（W）一R一E一C一P一F一

2.螺纹切削复合循环指令（G76）

螺纹切削复合循环指令格式：

G76C（c）R（r）E（e）A（a）X（x）Z（z）I（i）k（k）U（d）V（△dmin）Q（△d）P（p）F（L）

在该循环下，只进行单边切削，减小了刀尖的受力。

第一次切削时，切削深度为△d，第n次的切削总深度为

。

每次循环的背吃刀量为

。

（四）实训内容

实训项目21螺纹循环加工指令实训

1.实训项目内容：

（1）装夹定位方式的确定

（2）加工起点、换刀点及工艺路线的确定

（3）加工刀具确定

（4）切削用量

（5）参考程序

（6）输入零件程序。

（7）进行程序校验及加工轨迹仿真，修改程序。

（8）进行对刀操作。

（9）使车刀向X轴负向退出一定距离，在单段方式下加工。

测量修调。

（10）到对刀位，自动加工。

（11）请你按照现场的数控系统的实际情况将此程序补偿完整。

（五）、实训报告

1.写出螺纹循环加工指令的作用。

2.零件加工过程概述（零件图、刀具运行轨迹、加工程序及过程概述）。

3.根据本实验，总结数控车床加工零件的全过程。

并按照上述编程的实训内容写出实训报告。

4.车削螺纹时为何要分多次吃刀？

5.绘制出运行程序的轨迹。

十、实训项目22外（内）表面循环加工指令实训

（一）实训目的与要求

1.了解数控车床加工循环加工指令的原理和作用。

2.了解掌握数控车床加工循环加工编程指令的结构。

（二）实训仪器与设备

1.配备SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的卧式车床一台。

2.铝棒一根（长100～110mm，直径￠25.5mm）。

3.外圆车刀、公制螺纹车刀各一把。

（三）相关知识概述

（四）实训内容

实训项目22外表面循环加工指令实训

实训项目22.1圆柱面固定循环切削程序编制

实训项目22.2圆锥面固定循环切削程序编制

实训项目22.3端面切削循环程序编制

实训项目22.4带有锥面的端面切削循环程序编制

实训项目22.5外圆粗加工切削循环程序编制

实训项目22.6封闭切削粗加工循环程序编制

实训项目22.7进行深孔钻削循环程序编制

实训项目22.8

实训项目22.9

（五）、实训报告

1.写出循环加工指令的作用。

2.零件加工过程概述（零件图、刀具运行轨迹、加工程序及过程概述）。

3.根据本实验，总结数控车床加工零件的全过程。

并按照上述编程的实训内容写出实训报告。

4.绘制出运行程序的轨迹。

十一、返回类指令

1.G27——回参考点检验

书定格式：

G27X（U）Z（W）T0000

2.自动返回参考点（G28）

书定格式：

G28X（U）Z（W）T0000

3.刀具安排与中途换刀点换刀

编制程序时，首先应考虑零件的工艺过程，零件加工的工艺路线以及如何安排刀具，确定坐标系及尺寸，考虑工件的按照方法和尺寸，最后编写出程序。

通常程序编制中的换刀位置设置在机床参考点上。

设置中途换刀点时，在编程前应先计算1号刀与2号刀在参考点的尺寸差值，利用其差值在中途换刀点也相同的原理来设置换刀点。

十二、刀具参数补偿指令

1.刀具补偿功能

（1）刀具的几何、磨损补偿

刀具的补偿功能由程序中指定的T代码来实现。

T代码由字母T后面跟4位数码组成。

其中前两位为刀具号，后两位为刀具补偿号。

（2）刀尖半径补偿

加工中当系统执行到含有T代码的程序段时，是否对刀具进行半径补偿，取决于G40、G41、G42指令

G40：

取消刀具半径补偿。

刀尖运动轨迹与编程轨迹一致。

G41：

刀具半径左补偿。

沿进给方向看，刀尖位置在编程轨迹的左边。

G42：

刀具半径右补偿。

沿进给方向看，刀尖位置在编程轨迹的右边。

2.使用刀尖半径补偿的注意事项

在使用G41、G42指令之后的程序段，不能出现连续两个或两个以上的不移动指令，否则G41、G42指令会失效。

在使用G76、G92指令时，不能使用刀尖半径补偿功能。

在G71、G72、G73指令状态下，如以刀尖圆弧中心轨迹编程时，必须指定指令中的精车余量△u和△w。

3.刀尖半径补偿功能

G41、G42、G40三个指令是选择功能。

如果系统没有这三个功能，就要用计算的方法来完成刀尖半径的补偿。

（1）按假想刀尖编程加工锥面

（2）按假想刀尖编程加工圆弧

（3）按刀尖圆弧中心轨迹编程

十三、实训项目23刀具参数补偿指令实训

（一）实训目的与要求：

1.了解数控编程中刀具半径补偿功能、控制原理和作用。

2.掌握数控加工编程中刀具半径补偿指令的使用。

（二）实训义器与设备

1.配备SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的立式钻床（或数控铣床）一台。

2.蜡模一块。

尺寸适实训需要。

3.圆柱铣刀（￠12）一把。

（三）实训内容

实训项目23数控刀具半径补偿指令实训

根据SIEMENS数控系统的程序格式，编制零件的外形精加工程序。

在SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）中输入零件程序，进行校验和仿真，先进行对刀操作并进行加工。

（四）实训总结

数控系统一般具有半径补偿功能，根据工件轮廓尺寸编制的加工程序以及预先存放在数控系统内存中的刀具中心偏移量，系统自动计算刀具中心轨迹，并控制刀具进行加工。

如没有刀具半径补偿功能，当刀具因更换或重磨而改变半径等原因造成刀具中心产生偏移量时，都要按刀具中心轨迹重新编制加工程序，这将极其繁琐，并且影响生产的正常运行。

上述程序中，D01为数控系统的内存地址。

在运行程序进行加工之前，要用数控系统的手动键盘，将刀具中心的偏移量送入内存址D01中。

如果偏移量有了改变，则要将偏移量的新值送入。

G40是撒销刀具半径补偿的指令，指令本程序段和其后的程序不做刀具补偿运算。

（五）实训报告

1.写出刀具补偿指令的作用。

2.概括叙述零件加工过程（零件图、刀具运行轨迹、加工程序及过程概述）。

3.刀具半径补偿指令有几种？

其含义是什么？

4.绘出本实验零件加工程序中刀具的中心轨迹，并标出轨迹各段对应的程序段号。

十四、子程序指令

在程序中，当某一部分程序反复出现（例如工件上相同的切削路线需要重复）时，可以把这类程序作为子程序，并事先存储起来，使程序简化。

1.调用子程序（M98）

书定格式：

M98PL

2.子程序的格式

O（EIA代码）或：

（ISO代码）****

┉

M99

其中M99指令为子程序结束并返回主程序M98PL的下一个程序段，继续执行主程序。

十五、实训项目24子程序编制及加工实训

（一）实训目的与要求

1.掌握SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）常用指令及子程序的编程技巧。

2.通过对零件的加工，了解数控车床的工作原理。

3.了解典型零件的数控车削加工工艺。

（二）实训仪器与设备

1.配备SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的卧式车床一台。

2.尼龙棒一根（长50～60mm），外圆端面车刀一把。

（三）相关知识概述

子程序调用指令（M98）及子程序返回指令（M99）

M98用来调用子程序。

M99表示子程序结束，执行指令M99将使控制系统返回到主程序。

子程序的格式如下所示。

％××××；在子程序开头，必须规定子程序号以作为调入口地址

……

M99；在子程序的结尾用M99，以使控制系统执行完该子程序后返回到主程序

调用子程序的格式如下所示；M98PL

（四）实训内容

实训项目24子程序指令实训

根据SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）的程序格式，编制零件的加工程序。

（1）工艺分析

（2）加工工艺的确定

1）装夹定位方式的确定

2）刀具加工起点及工艺路线的确定

3）加工刀具的确定：

外圆端面车刀（刀具主偏角93°，刀具材料为高速钢）。

4）切削用量：

主轴转速460r/min，进给速度80mm/min。

（3）数学计算。

1）假设程序原点，建立工件坐标系（以工件后端面与轴线的交点为程序原点）。

2）计算各节点相对位置坐标值。

（4）参考程序

在SIEMENS数控系统（或FANUC数控系统）中输入程序进行校验和仿真，并加工。

（五）实训总结

数控机床适合加工形状复杂的零件，对工人的技能不高，且不受人为因素的影响;对于批量加工的,零件，其一至性好，加工效率高。

对于加工余量较大且相对均匀的零件的加工，可采取调用子程序的方法。

（六）实训报告

1.写出数控循环加工指令的作用。

2.零件加工过程概述（零件图、刀具运行轨迹、加工程序及过程概述）。

3.根据本实验，总结数控铣床加工零件的全过程