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1、3数控车床的程序编制第3章 数控车床的程序编制数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。3.1 数控车床程序编制的基础针对回转体零件加工的数控车床，在车削加工工艺、车削工艺装备、编程指令应用等方面都有鲜明的特色。为充分发挥数控车床的效益，下面将结合HM077数控车床的使用，分析数控车床加工程序编制的基础，首先讨论以下三个问题

2、：数控车床的工艺装备；对刀方法；数控车床的编程特点。3.1.1数控车床的工艺装备由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用通用三爪卡盘夹具，因而在工艺装备中，我们将以WALTER系列车削刀具为例，重点讨论车削刀具的选用及使用问题。1、数控车床可转位刀具特点数控车床所采用的可转位车刀，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表3.1所示。 表3.1可转位车刀特点要求 特点 目的 精度高 采用M级或更高精度等级的刀片； 多采用精密级的刀杆； 用带微调装置的刀杆在机外预调好。

3、保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度。 可靠性高 采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀； 采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其他结构。 断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑； 适应刀架快速移动和换位以及整个自动切削过程中夹紧不得有松动的要求。 换刀迅速 采用车削工具系统； 采用快换小刀夹。 迅速更换不同形式的切削部件，完成多种切削加工，提高生产效率。 刀片材料 刀片较多采用涂层刀片。 满足生产节拍要求，提高加工效率。 刀杆截形 刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆。 刀杆与刀架系统匹配。 2、数控车床刀具的选刀过程数控车床刀

4、具的选刀过程，如图3.1所示。从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过十个基本步骤，以图3.1中的10个图标来表示。选刀工作过程从第1图标“零件图样”开始，经箭头所示的两条路径，共同到达最后一个图标“选定刀具”，以完成选刀工作。其中，第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统、选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽型代码或ISO断屑范围代码、选择加工条件脸谱，这条路线主要考虑工件的情况。综合这两条路线的结果，才能确定所选用的刀具。下面将讨论每一图标的内容及选择办法。图3.1 数控车床刀具的选刀过程(1)

5、机床影响因素“机床影响因素”图标如图3.2所示。为保证加工方案的可行性、经济性，获得最佳加工方案，在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素：1）机床类型：数控车床、车削中心；2）刀具附件： 刀柄的形状和直径，左切和右切刀柄；3）主轴功率；4）工件夹持方式。图3.2机床影响因素2)选择刀杆图3.3选择刀杆“选择刀杆”图标如图3.3所示。其中，刀杆类型尺寸见表3.2。表3.2 刀杆类型尺寸刀杆类型外圆加工刀杆内孔加工刀杆 柄部截面形状 刀杆尺寸柄部直径 D 柄部长度 l1主偏角选用刀杆时，首先应选用尺寸尽可能大的刀杆，同时要考虑以下几个因素：1）夹持方式；2）切削层截面形状，即切削深度和进给量；3

6、）刀柄的悬伸。(3)刀片夹紧系统 刀片夹紧系统常用杠杆式夹紧系统，“杠杆式夹紧系统”图标如图3.4所示。图3.4杠杆式夹紧系统1） 杠杆式夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为：定位精度高,切屑流畅,操作简便,可与其它系列刀具产品通用。2）螺钉夹紧系统特点：适用于小孔径内孔以及长悬伸加工(4)选择刀片形状图3.5选择刀片形状“选择刀片形状”图标如图3.5所示。主要参数选择方法如下：1） 刀尖角刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，应选择尽可能大的刀尖角。通常这个角度在35o到90o之间。图3.5中R型圆刀片，在重切削时具有较好的稳定性，但易产生较大

7、的径向力。表3.3刀片形状适用场合-首选-次选图3.6工件影响因素2） 刀片基本类型刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。选择方法见表3.3。(5)工件影响因素“工件影响因素”图标如图3.6所示。选择刀具时，必需考虑以下与工件有关的因素：1）工件形状：稳定性；2）工件材质：硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型；3）毛坯类型：锻件、铸件等；4）工艺系统刚性：机床夹具、工件、刀具等；5）表面质量；6）加工精度；7）切削深度；8）进给量；

8、9）刀具耐用度。(6)选择工件材料代码“选择工件材料代码”图标如图3.7所示。图3.7 选择工件材料代码表3.4选择工件材料代码加工材料组代码钢：非合金和合金钢高合金钢不锈钢，铁素体，马氏体P（蓝）不锈钢和铸钢：奥氏体铁素体奥氏体M（黄）铸铁：可锻铸铁，灰口铸铁，球墨铸铁K（红）NF金属：有色金属和非金属材料N（绿）难切削材料：以镍或钴为基体的热固性材料钛，钛合金及难切削加工的高合金钢S（棕）硬材料：淬硬钢，淬硬铸件和冷硬模铸件，锰钢H（白）按照不同的机加工性能，加工材料分成6个工件材料组，他们分别和一个字母和一种颜色对应，以确定被加工工件的材料组符号代码，见表3.4。(7)确定刀片的断屑槽型

9、代码或ISO断屑范围代码“确定刀片的断屑槽型代码或ISO断屑范围代码”图标如图3.8所示。ISO标准按切削深度ap和进给量的大小将断屑范围分为A、B、C、D、E、F六个区，其中A、B、C、D为常用区域，WALTER标准将断屑范围分为图中各色块表示的区域，ISO标准和WALTER标准可结合使用，如图3.8所示。根据选用标准，按加工的切削深度和合适的进给量来确定刀片的WALTER断屑槽型代码或ISO分类范围。表3.5选择加工条件机床，夹具和工件系统的稳定性 加工方式 很好好不足 无断续切削加工表面已经过粗加工 带铸件或锻件硬表层，不断变换切深轻微的断续切削 中等断续切屑 严重断续切削 (9)选定刀

10、具 “选定刀具”图标如图3.10所示。选定工作分以下两方面：1）选定刀片材料 根据被加工工件的材料组符号标记、WALTER槽型、加工条件脸谱，就可得出WALTER推荐刀片材料代号，见表3.6和表3.7。2）选定刀具根据工件加工表面轮廓，从刀杆订货页码中选择刀杆。根据选择好的刀杆，从刀片订货页码中选择刀片图3.10 选定刀具表3.6选定刀片材料（选择负型刀片）工件材料组ISO分类范围WALTER槽代码P（蓝）AB.-NS4WAK10WAP20WAM20B.-NS8WAP10WAP20WAP30BC.-NM4WAP10WAP20WAP30C.-NM7WAP10WAP20WAP30CD.-NR7WA

11、P10WAP20WAP30M（黄）AB.-NS4WAM20WAM20WAM20BC.-NM4WAP30WAM20WAM20CD.-NR7WAP30WAP30WAP30K（红）-.-NS4WAK10WAP20WAP20-.-NS8WAK10WAP20WAP30-.-NM4WAK10WAK10WAP30-.NMAWAK10WAK10-表3.7选定刀片材料(选择正型刀片）工件材料组ISO分类范围WALTER槽代码P（蓝）AB.-PS4WAK10WAP20WAM20BC.-PM5WAP10WAP20WAP30M（黄）AB.-PS4WAM20WAM20WAM20BC.-PM5WAP30WAP30WAP3

12、0K（红）-.-PS4WAK10WAK20WAP20-.-PM5WAP10WAP20WAP30N（绿）-.-PM2WK1WK1WK13.1.2对刀数控车削加工中，应首先确定零件的加工原点，以建立准确的加工坐标系，同时考虑刀具的不同尺寸对加工的影响。这些都需要通过对刀来解决。1、一般对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。下面以Z向对刀为例说明对刀方法，见图3.11。刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿X向退刀，将右端面与加工原点距离N输入数控系统，即完成这把刀具Z向对刀过程。手动对刀是基本对刀方法，但它还是没跳出传统车床的“试切-测量-调整”的对刀模式，占用较多的在机床上时

13、间。此方法较为落后。2、机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用，如图3.12所示。3、自动对刀自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。自动对刀过程如图3.13所示.图3.11 相对位置检测对刀图3.12 机外对刀仪对刀图3.13 自动对刀3.1.3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轴对应径向，Z轴对应轴向

14、，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，如图3.14所示： 加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置，一般在工件的右端面或左端面上。2、直径编程方式在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值取为零件图样上的直径值，如图3.15所示：图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40，60）。采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。3、进刀和退刀方式对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，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余量大小有关

15、，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。如图3.16所示。图3.14数控车床坐标系图3.15 直径编程图3 .16切削起始点的确定3.2数控车床的基本编程方法数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等，在分析了数控车床工艺装备和数控车床编程特点的基础上，下面将结合配置FANUC-0T数控系统的HM-077数控车床重点讨论数控车床基本编程方法。 3.2.1 F功能 F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。1、 每转进给量 编程格式 G95 F F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。例：G95 F

16、0.2 表示进给量为0.2 mm/r。2、每分钟进给量编程格式G94 F F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。例：G94 F100 表示进给量为100mm/min。 图3.17 恒线速切削方式3.2.2 S功能S功能指令用于控制主轴转速。编程格式 SS后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用。1、最高转速限制编程格式 G50 SS后面的数字表示的是最高转速：r/min。例：G50 S3000 表示最高转速限制为3000r/min。2、恒线速控制 编程格式 G96 S S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。 例：G96

17、 S150 表示切削点线速度控制在150 m/min。 对图3.17中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150 m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000150(40)=1193 r/minB：n=1000150(60)=795r/minC：n=1000150(70)=682 r/min3、恒线速取消 编程格式 G97 S S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。 例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。3.2.3 T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式 TT后面通常有两位数表示所选择的

18、刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。 例：T0303 表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。3.2.4 M功能M00： 程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。3.2.5加工坐标系设置编程格式 G50 X Z式中X、Z的值是起刀点相对

19、于加工原点的位置。G50使用方法与G92类似。在数控车床编程时，所有X坐标值均使用直径值，如图3.19所示。 例：按图3.18设置加工坐标的程序段如下：G50 X128.7 Z375.13.18设定加工坐标系3.2.6倒角、倒圆编程1、45倒角由轴向切削向端面切削倒角，即由Z轴向X轴倒角，i的正负根据倒角是向X轴正向还是负向,如图3.19a所示。 其编程格式为 G01 Z(W) Ii 。由端面切削向轴向切削倒角，即由X轴向Z轴倒角，k的正负根据倒角是向Z轴正向还是负向，如图3.19b所示。编程格式 G01 X(U) Kk。a)Z轴向X轴 b)X轴向Z轴图3.19 倒角2、 任意角度倒角在直线进

20、给程序段尾部加上C，可自动插入任意角度的倒角。C的数值是从假设没有倒角的拐角交点距倒角始点或与终点之间的距离，如图3.20所示。 例：G01 X50 C10 X100 Z-100图3.20 任意角度倒角3、 倒圆角 编程格式 G01 Z(W) Rr时，圆弧倒角情况如图3.21a所示。 编程格式 G01 X(U) Rr时，圆弧倒角情况如图3.21b所示。a)Z轴向X轴 b)X轴向Z轴图3.21 倒圆角4、任意角度倒圆角 若程序为 G01 X50 R10 F0.2X100 Z-100则加工情况如图3.22所示。图3.22 任意角度倒圆角例：加工图3.23所示零件的轮廓，程序如下： G00 X10

21、Z22 G01 Z10 R5 F0.2 X38 K-4 Z0 3.2.7刀尖圆弧自动补偿功能编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，如图3.24所示。当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，如图3.25所示。具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生。图3.24 刀尖圆角R图3.25刀尖圆角R造成的少切与过切图3.26 刀尖圆角R的确定方法图3.27 刀具补偿编程G40-取消刀具半径补偿，按程序路径进给。G41-

22、左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给。G42-右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。在设置刀尖圆弧自动补偿值时，还要设置刀尖圆弧位置编码，指定编码值的方法参考图3.26。例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图3.27所示零件：刀尖位置编码：3N10 G50 X200 Z175 T0101 N20 M03 S1500N30 G00 G42 X58 Z10 M08N40 G96 S200N50 G01 Z0 F1.5N60 X70 F0.2N70 X78 Z-4N80 X83N90 X85 Z-5N100 G02 X91 Z-18 R3 F0.15N110 G0

23、1 X94N120 X97 Z-19.5N130 X100N140 G00 G40 G97 X200 Z175 S1000 N150 M303.2.8单一固定循环图3.28圆柱面切削循环图3.29 G90的用法（圆柱面）图3.30 圆锥面切削循环图3.31 端面切削循环图3.32 锥面端面切削循环图3.33 G94的用法（锥面）单一固定循环可以将一系列连续加工动作，如“切入-切削-退刀-返回”，用一个循环指令完成，从而简化程序。1、圆柱面或圆锥面切削循环 圆柱面或圆锥面切削循环是一种单一固定循环，圆柱面单一固定循环如图3.28所示，圆锥面单一固定循环如图3.30所示。（1）圆柱面切削循环编程格

24、式 G90 X(U) Z(W) F式中：X、Z- -圆柱面切削的终点坐标值；U、W-圆柱面切削的终点相对于循环起点坐标分量。例：应用圆柱面切削循环功能加工图3.29所示零件。N10 G50 X200 Z200 T0101 N20 M03 S1000N30 G00 X55 Z4 M08N40 G01 G96 Z2 F2.5 S150N50 G90 X45 Z-25 F0.2N60 X40N70 X35N80 G00 X200 Z200 N90 M30（2）圆锥面切削循环编程格式 G90 X(U) Z(W) I F式中：X、Z- 圆锥面切削的终点坐标值；U、W-圆柱面切削的终点相对于循环起点的坐标

25、；I- 圆锥面切削的起点相对于终点的半径差。如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标，I值为负，反之为正。如图3.30所示。例：应用圆锥面切削循环功能加工图3.30所示零件。G01 X65 Z2 G90 X60 Z-35 I-5 F0.2 X50G00 X100 Z2002、端面切削循环端面切削循环是一种单一固定循环。适用于端面切削加工，如图3.31所示。（1）平面端面切削循环编程格式 G94 X(U) Z(W) F式中：X、Z- 端面切削的终点坐标值；U、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标。 例：应用端面切削循环功能加工图3.31所示零件。 G00 X85 Z5 G94 X30 Z-5

26、F0.2 Z-10 Z-15 （2）锥面端面切削循环 编程格式 G94 X(U) Z(W) K F式中：X、Z- 端面切削的终点坐标值；U、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标；K- 端面切削的起点相对于终点在Z轴方向的坐标分量。当起点Z向坐标小于终点Z向坐标时K为负，反之为正。如图3.32所示。 例：应用端面切削循环功能加工图3.33所示零件。 G94 X20 Z0 K-5 F0.2 Z-5 Z-10 3.2.9复合固定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、外圆粗切循环图3.34 外圆粗切循环图3.35 G71程序例图外圆粗

27、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，如图3.34所示。 编程格式： G71 U(d) R(e) G71 P(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；f、s、t-F、S、T代码。 注意： 1、nsnf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，nsnf程序段中第一条指令必须在X、Z向同时有运动。 例：按图3.35所示尺寸编写外圆粗切循环加工程序。 N10 G50 X200 Z140 T0101 N20 G00 G42 X120 Z10 M08 N30 G96 S120 N40 G71 U2 R0.5 N50 G71 P60 Q120 U2 W2 F0.25 N60 G00 X40 /ns N70 G01 Z-30 F0.15 N80 X60 Z-60 N90 Z-80 N100 X100 Z-90 N110 Z-110 N120 X120 Z-130 /nf N130 G00 X125 N140 X200 Z140 N150 M02 2、端面粗切