数控车床编程1.docx

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数控车床编程1

第一节数控车床的基本术语和编程设定

一、数控程序编制的一般知识

数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。

（1）分析零件图样和制定工艺方案

这项工作的内容包括：

对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。

这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。

（2）数学处理

在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。

数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。

当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。

（3）编写零件加工程序

在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。

程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。

程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。

（4）程序检验

将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。

一般在正式加工之前，要对程序进行检验。

通常可采用机床空运转的方式，来检查

二、 数控车床的分类及相关设定

1.按数控系统的功能分类

（1）经济型数控车床

一般用单板机、单片机进行开环控制，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，加工精度较低，功能较简单。

机械部分多为在普通车床基础上改进

（2）全功能型数控车床

较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适宜于加工精度高、形状复杂、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件的加工

（3）精密型数控车床

采用闭环控制，不但具有全功能型数控车床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快，在数控车床基础上增加其他附加坐标轴。

适用于精密和超精密加工。

2.机床坐标系和编程坐标系

机床坐标系

以机床原点为坐标系原点建立起来的X、Z轴直角坐标系，称为机床坐标系。

车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。

机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。

参考点是机床上的一个固定点。

该点是刀具退离到一个固定不变的极限点

工件坐标系（编程坐标系）

数控编程时应该首先确定工件坐标系和工件原点。

零件在设计中有设计基准，在加工过程中有工艺基准，同时应尽量将工艺基准与设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。

以工件原点为坐标原点建立起来的X、Z轴直角坐标系，称为工件坐标系。

程序格式与相关编程知识

一、程序段格式

程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。

一个数控加工程序是若干个程序段组成的。

程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。

现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。

地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写。

这种功能字称之为续效字。

二、子程序及其调用

子程序支持重复调用和多重嵌套，即子程序可以被主程序多次调用，在子程序中也可嵌套用其它子程序。

三、刀位点与手动对刀

1.刀位点

2.手动对刀

四、刀具位置补偿

刀具位置补偿就是数控系统在换刀后，对刀具的安装位置和刀具形状引起的刀位点位置偏差进行的自动补偿

五、关于数控编程的其他说明

1）公制单位或英制单位

2）绝对坐标和增量坐标

3）直径、半径方式编程

通用数控代码在数控车床上的应用

一、M指令（或辅助功能）的应用

定义：

辅助功能是用地址字M及二位数字表示的它主要用于机床加工操作时的工艺性指令其特点是靠继电器的通、断来实现其控制过程。

M00程序暂停执行M00后，机床所有动作均被切断，重新按程序启动按键后，再继续执行后面的程序段。

M01程序计划停止

M03主轴正转启动M04主轴反转启动

M05主轴停止转动

M07切削液打开M08切削液打开

M09切削液停止

M30程序结束并返回程原点M02程序结束

M98调用子程序

M99子程序结束

二、G指令应用

1、快速定位方式G00（模态）

格式：

G00XZ；

G00轨迹是直线，速度由系统确定，后面的坐标值为终点坐标值，应用于空行程、快进、快退，节省时间，提高效率。

2、直线插补指令G01（模态）

格式：

G01XZF；

*程序中首次出现的插补指令（G01、G02、G03）一定要有F指令，否则出错！

后续程序中如速度相同可省略。

如速度改变不可省略。

3、圆弧插补指令G02、G03（模态）

G02--顺圆插补（在车床上为逆圆插补）

G03--逆圆插补（在车床上为顺圆插补）

格式：

G02（G03）X（u）z（w）IJ（R）F；

I、J值为圆心相对于圆弧起点的增量值，且总为增量值；

R值为圆弧半径，该值的正负取决于圆弧的大小，若圆弧小于或等于180度，则R为正值，若圆弧大于180度，则R值为负。

F值为圆弧插补的进给速度。

4、G33X（Y）ZF；

若为直螺纹可省略X（或Y），这里指令导程的字是F，有的标准规定螺纹导程用IJ字。

5、G41（G42）刀具半径补偿指令格式：

G41XY；

G42YZ；

G41：

左侧刀具半径补偿

G42：

右侧刀具半径补偿

G40：

取消半径补偿

6、G90（G91）绝对（增量）方式

1）绝对坐标编程指令G90（模态）

格式：

G90；

以后出现的坐标值均为绝对坐标值，即刀具运动的位置坐标是指刀具相对于程序原点的坐标。

2）相对坐标编程指令G91（模态）

格式：

G91；

以后出现的坐标值均为相对坐标值，即刀具运动的位置坐标是指刀具从当前位置到下一位置之间的增

数控车床用切削刀具和车削用量的选择

一、车削刀具材料简介

常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。

选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。

刀片形状的选择

刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。

二、机夹硬质合金车刀

1.刀具结构与紧固方式

2.刀片形状

3.硬质合金涂层刀片

三、机夹刀片的型号表示方法

根据ISO标准对可转位刀片型号的规定，刀片型号使用字母和数字来区分。

四、切削用量的选用原则

（1）背吃刀量αp的确定

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。

为了保证加工表面质量，可留少许精加工余量，一般为0.2~0.5mm。

（2）切削速度v的确定

切削速度是指切削时，车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度（m/min），又称为线速度。

与普通车削加工时一样，根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

主要根据实践经验来确定。

（3）主轴转速

由于交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。

常用数控车床系统介绍

一、国内代表产品

1.南京华兴数控系统

2.广州数控系统

3.北京凯恩帝数控系统

二、日本代表产品

1.日本FANUC数控系统

2.日本三菱数控系统

三、欧盟代表产品

1.德国西门子数控系统

2.欧盟其他产品

指令详解

1.直线插补指令G01

定义:

G01指令命令机床刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。

指令格式：

G01X（U）_Z（W）_F；

X（U）——X轴切削终点的绝对（相对）坐标

Z（W）——Z轴切削终点的绝对（相对）坐标

其中F是切削进给率或进给速度，单位为mm/r或mm/min，取决于该指令前面程序段的位置。

使用G01指令时可以采用绝对坐标编程，也可采用相对坐标编程。

当采用绝对坐标编程时，数控系统在接受G01指令后，刀具将移至坐标值为X、Z的点上；当采用相对坐标编程时，刀具移至距当前点的距离为U、W值的点上。

例：

G01X60.0Z7.0;（绝对编程）

G01U20.0W-25.0（相对编程）

2.G04指令用于暂停进给。

格式：

G04P——或G04X（U）——

G04——暂停进给，该指令可以使刀具作短时间的无进给光整加工，在车槽、钻镗孔时使用，也可用于拐角轨迹控制。

P——P后用整数表示，单位：

豪秒

X（U）——X后用整数表示，单位：

秒（※注：

此处的X与坐标系中的X无关）

3.返回机械零点G28

指令功能：

从起点开始，以快速移动速度到达X（U）、Z（W）指定的中间点后再同时回机械零点。

指令格式：

G28X（U）Z（W）

其中：

X：

中间点X向的绝对坐标；

U：

中间点与起点X向绝对坐标的差值

Z：

中间点Z向的绝对坐标；

W：

中间点与起点Z向绝对坐标的差值。

4.螺纹切削指令G32

指令格式：

G32X（U）__Z（W）__F（I）__；

指令功能：

刀具的运动轨迹是从起点到终点的一条直线，从起点到终点位移量（X轴按半径值）较大的坐标轴称为长轴，另一个坐标轴称为短轴，运动过程中主轴每转一圈长轴移动一个螺距，短轴与长轴作直线插补，刀具切削工件时，在工件表面形成一条等螺距的螺旋切槽，实现等螺距螺纹的加工。

F、I指令字分别用于给定公制、英制螺纹的螺距，执行G32指令可以加工公制或英制等螺距的直螺纹、锥螺纹和端面螺纹：

起点和终点的X坐标值相同（不输入X或U）时，进行直螺纹切削；

起点和终点的Z坐标值相同（不输入Z或W）时，进行端面螺纹切削；

起点和终点X、Z坐标值都不相同时，进行锥螺纹切削。

G32为模态G指令。

F：

公制螺纹螺距（0.001～500mm），为主轴转一圈长轴的移动量，F指令值执行后保持有效，直至再次执行给定螺纹螺距的F指令字。

I：

每英寸螺纹的牙数（0.06～25400牙/英寸），为长轴方向1英寸（25.4mm）长度上螺纹的牙数，也可理解为长轴移动1英寸（25.4mm）时主轴旋转的圈数。

I指令值执行后不保持，每次加工英制螺纹都必须输入I指令字。

5.G34变螺距螺纹加工

格式：

G34X（U）__Z（W）__F__K__

6.工件坐标系设定G50

指令功能：

设置当前位置的绝对坐标，通过设置当前位置的绝对坐标在系统中建立工件坐标系（也称浮动坐标系）。

执行本指令后，系统将当前位置作为程序零点，执行回程序零点操作时，返回这一位置。

工件坐标系建立后，绝对坐标编程按这个坐标系输入坐标值，直至再次执行G50。

建立新的工件坐标系。

G50为非模态G指令。

7.G96恒线速度控制

格式：

G96S__

S指用户给定的线速度

8.轴向切削循环G90

定义：

为了简化编程，本系统提供了只用一个程序段完成快速移动定位、直线，最后快速移动返回起点的单次加工循环的G指令：

格式：

G90X（U）_Z（W）_F_;（圆柱切削）

G90X（U）__Z（W）__R__F__；（圆锥切削）

切削起点：

直线插补（切削进给）的起始位置；

切削终点：

直线插补（切削进给）的结束位置；

X：

切削终点X轴绝对坐标；

U：

切削终点与起点X轴绝对坐标的差值；

Z：

切削终点Z轴绝对坐标；

W：

切削终点与起点Z轴绝对坐标的差值；

R：

切削起点与切削终点X轴绝对坐标的差值（半径值），当R与U的符号不一致时，要求RU/2。

G90为模态指令，指令的起点和终点相同，径向（X轴）进刀、轴向（Z轴或X、Z轴同时）切削，实现柱面或锥面切削循环。

9.螺纹切削循环G92

指令格式：

G92X（U）__Z（W）__F__；（公制直螺纹切削循环）

G92X（U）__Z（W）__I__；（英制直螺纹切削循环）

G92X（U）__Z（W）__R__F__；（公制锥螺纹切削循环）

G92X（U）__Z（W）__R__I__；（英制锥螺纹切削循环）

切削起点：

螺纹插补的起始位置；

切削终点：

螺纹插补的结束位置；

X：

切削终点X轴绝对坐标；

U：

切削终点与起点X轴绝对坐标的差值；

Z：

切削终点Z轴绝对坐标；

W：

切削终点与起点Z轴绝对坐标的差值；

R：

切削起点与切削终点X轴绝对坐标的差值（半径值），当R与U的符号不一致时，要求RU/2。

G92为模态指令，指令的起点和终点相同，径向（X轴）进刀、轴向（Z轴或X、Z轴同时）切削，实现等螺距的直螺纹、锥螺纹切削循环。

执行G92指令，在螺纹加工结束前有螺纹退尾过程：

在距离螺纹切削终点固定长度（称为螺纹的退尾长度）处，在Z轴继续进行螺纹插补的同时，X轴沿退刀方向指数式加速退出，Z轴到达切削终点后，X轴再以快速移动速度退刀（循环过程③）。

G92指令的螺纹退尾功能可用于加工没有退刀槽的螺纹，但仍需要在实际的螺纹起点前留出螺纹引入长度。

10.径向切削循环G94

格式：

G94X（U）_Z（W）_F_;（端面切削）

G94X（U）__Z（W）__R__F__；（锥度端面切削）

切削起点：

直线插补（切削进给）的起始位置；

切削终点：

直线插补（切削进给）的结束位置；

X：

切削终点X轴绝对坐标；

U：

切削终点与起点X轴绝对坐标的差值；

Z：

切削终点Z轴绝对坐标；

W：

切削终点与起点Z轴绝对坐标的差值；

R：

切削起点与切削终点Z轴绝对坐标的差值，当R与U的符号不同时，要求RW。

固定循环指令的注意事项

1）在固定循环指令中，X（U）、Z（W）、R一经执行，在没有执行新的固定循环指令重新给定X（U），Z（W），R时，X（U），Z（W），R的指令值保持有效。

如果执行了除G04以外的非模态（00组）G指令，或执行了G00、G01、G02、G03、G32时，X（U）、Z（W）、R保持的指令值被清除；

2）在G90、G92或G94程序段的下一程序段为无移动的指令字时，执行该无移动的程序段时，G90、G92或G94程序段的动作会再次执行，为避免出现这种情况，必须在固定循环指令之后用其它的G指令取消循环动作；

课堂作业：

根据下列图形，编写程序。

多重复合循环

在复合固定循环中，对零件的轮廓定义之后，即可完成从粗加工到精加工的全过程，使程序得到进一步简化。

1、外圆粗切循环

外圆粗切循环是一种复合固定循环。

适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工。

编程格式：

G71U（△d）R（e）

G71P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）

式中：

△d-背吃刀量；

e--退刀量；

ns--精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；

nf--精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；

△u--X轴向精加工余量；

△w--Z轴向精加工余量；

注意：

1、ns→nf程序段中的F、S、T功能，即使被指定也对粗车循环无效。

2、零件轮廓必须符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减少；X轴、Z轴方向非单调时，ns→nf程序段中第一条指令必须在X、Z向同时有运动。

2、端面粗切循环

编程格式:

G72U（△d）R（e）

G72P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）

式中：

△d-背吃刀量；

e-退刀量；

ns-精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；

nf-精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；

△u-X轴向精加工余量；

△w-Z轴向精加工余量；

注意：

（1）ns→nf程序段中的F、S、T功能，即使被指定对粗车循环无效。

（2）零件轮廓必须符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减少。

3、封闭切削循环

　　封闭切削循环是一种复合固定循环，如图4.38所示。

封闭切削循环适于对铸、锻毛坯切削，对零件轮廓的单调性则没有要求。

编程格式G73U（i）W（k）R（d）

G73P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）

式中：

i--X轴向总退刀量；

k--Z轴向总退刀量（半径值）；

d--重复加工次数；

ns--精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；

nf--精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；

△u--X轴向精加工余量；

△w--Z轴向精加工余量；

深孔钻循环功能适用于深孔钻削加工，如图3.40所示。

编程格式G74R（e）

6.G74Z（W）Q（△k）F

式中：

e--退刀量；

Z（W）--钻削深度；

∆k--每次钻削长度（不加符号）。

例：

采用深孔钻削循环功能加工图4.40所示深孔，试编写加工程序。

其中：

e=1，∆k=20，F=0.1。

N10G50X200Z100T0202

N20M03S600

N30G00X0Z1

N40G74R1

N50G74Z-80Q20F0.1

N60G00X200Z100

N70M30

7.外径切槽循环

外径切削循环功能适合于在外圆面上切削沟槽或切断加工。

编程格式G75R（e）

G75X（U）P（△i）F~

式中：

e-退刀量；

X（U）-槽深；

△i-每次循环切削量。

8.复合螺纹切削循环指令

　　复合螺纹切削循环指令可以完成一个螺纹段的全部加工任务。

它的进刀方法有利于改善刀具的切削条件，在编程中应优先考虑应用该指令

编程格式G76P（m）（r）（α）Q（△dmin）R（d）

G76X（U）Z（W）R（I）F（f）P（k）Q（△d）

式中：

m-精加工重复次数；r-倒角量；α-刀尖角；

△dmin--最小切入量；

d-精加工余量；

X（U）Z（W）-终点坐标；

I-螺纹部分半径之差，即螺纹切削起始点与切削终点的半径差。

加工圆柱螺纹时，i=0。

加工圆锥螺纹时，当X向切削起始点坐标小于切削终点坐标时，I为负，反之为正。

k-螺牙的高度（X轴方向的半径值）；

△d-第一次切入量（X轴方向的半径值）；

f-螺纹导程。

课堂作业：

根据下列图形，编写程序。