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1第四章数控车床编程4.1数控车床基本指令数控车床主要加工:轴类零件和法兰类零件；使用四爪卡盘和专用夹具也能加工出复杂的零件。装在数控车床上的工件随同主轴一起作回转运动，数控车床的刀架在X轴和Z轴组成的平面内运动，主要加工回转零件的端面、内孔和外圆。一、数控车床编程基础1.米制与英制编程数控车床使用的长度单位有米制和英制两种，由指令代码设定长度单位，如FANUC-0TC系统用G20表示使用英制，G21表示使用米制纲。2.直径与半径编程数控车有两种编程方法：1)直径编程把X坐标值表示为回转零件的直径值，称为直径编程。由于图纸上都用直径表示零件的回转尺寸，用此种方法编程，X坐标值与回转零件直径尺寸保持一致，不需要尺寸换算，比较方便。2)半径编程把X坐标值表示为回转零件的半径值，称为半径编程。这种表示方法符合直角坐标系的表示方法。3.车床的前置刀架与后置刀架数控车床刀架布置有两种形式:(如图4-1所示)前置刀架位于Z轴的前面，与传统卧式车床刀架的布置形式一样，刀架导轨为水平导轨，使用四工位电动刀架。2后置刀架位于Z轴的后面，刀架的导轨位置与正平面倾斜，这样的结构形式便于观察刀具的切削过程、切屑容易排除、后置空间大，可以设计更多工位的刀架，一般全功能的数控车床都设计为后置刀架。图4-1车床的前置刀架与后置刀架4.M指令功能有效性M指令功能有效性指在同一程序段中M指令功能与其它指令功能有效的顺序，与指令在程序段中排列次序无关。有的M指令功能在其它指令功能执行前有效，如M03与G01指令；有的M指令功能在其它指令功能执行后有效，如G00与M02指令。5.数控机床的初始状态所谓数控机床的初始状态指数控机床通电后具有的状态，也称为数控系统内部默认的状态，一般设定绝对坐标方式编程、使用米制长度单位量纲、取消刀具补偿、主轴和切削液泵停止工作等状态作为数控机床的初始状态。二、F、S、T指令功能1.进给量指令指令格式F_指令功能F表示进给地址符。指令说明F表示主轴每转进给量，单位为mm/r；也可以表示进给速度，单位为mm/min。其量纲通过G指令设定。32.主轴转速指令指令格式S_指令功能S表示主轴转速地址符，指令说明S表示主轴转速，单位为r/min；也可以表示切削速度，单位为m/min。其量纲通过G指令设定。3.刀具号指令指令格式T_指令功能T表示刀具地址符，前两位数表示刀具号，后两位数表示刀具补偿号。通过刀具补偿号调用刀具数据库内刀具补偿参数。三、G指令应用1.设定工件坐标系指令（Ｇ50）指令格式G50X_Z_指令功能通过刀具起点或换刀点的位置设定工件坐标系原点。指令说明G50指令后面的坐标值表示刀具起点或换刀点在工件坐标系中的坐标值。在编写加工程序时，将工件坐标系的原点设定在工件的设计基准与工艺基准处，工件坐标系又称编程坐标系，其坐标系原点又称编程原点或编程零点。见图4-2中的0p点，这样对编写程序带来很大的方便。G50指令的功能通过设置刀具起点或换刀点相对于工件坐标系的坐标值来建立工件坐标系，这里的刀具起点或换刀点是指车刀或镗刀的刀尖位置。设置换刀点的原则：既要保证换刀时刀具不碰撞工件，又要保证换刀时的辅助时间最短。如图4-2所示，设定换刀点距工件坐标系原点在Z轴方向距离为B，在X轴方向4距离为A（直径值），执行程序段中指令G50XAZB后，在系统内部建立了以0p为原点的工件坐标系。图4-2刀具起点设置(工件坐标系)图4-3设置工件坐标系设置工件坐标系时，刀具起点位置可以不变，通过G50指令的设定，把工件坐标系原点设在所需要的工件位置上，如图4-3所示。工件坐标系原点设定在工件左端面位置：G50X200Z210工件坐标系原点设定在工件右端面位置：G50X200Z100工件坐标系原点设定在卡爪前端面位置：G50X200Z190显然，当G50指令中相对坐标值A、B不同或改变刀具的刀具起点位置，所设定工件坐标系原点的位置也发生变化。有的数控系统用G54—G59指令确定工件坐标系XpOpZp相对机床坐标系XOZ的位置，以此方法建立工件坐标系，指令中X、Z表示工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。例题4-1设Op点为工件坐标系原点，Op点在机床坐标系中的坐标值为（0,150），用G54指令设置工件坐标系。G54X0Z15052.快速进给指令（G00）指令格式G00X（U）_Z（W）_指令功能G00指令表示刀具以机床给定的快速进给速度移动到目标点，又称为点定位指令。指令说明采用绝对坐标编程，X、Z表示目标点在工件坐标系中的坐标值；采用增量坐标编程，U、W表示目标点相对当前点的移动距离与方向。例题4-2如图4-4所示，刀具从换刀点Ａ（刀具起点）快进到Ｂ点，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编写G00程序段。绝对坐标编程：G00X40Z122增量坐标编程：G00U-60W-80图4-4快速定位3.直线插补指令（G01）指令格式G01X（U）_Z（W）_F_指令功能G01指令使刀具以设定的进给速度从所在点出发，直线插补至目标点。指令说明采用绝对坐标编程，X、Z表示目标点在工件坐标系中的坐标位置；采用增量坐标编程U、W表示目标点相对当前点的移动距离与方向，其中F表示进给速度，在无新的F指令替代前一直有效。例题4-3如图4-5所示，设零件各表面已完成粗加工，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编写G00，G01程序段。6图4-5直线插补绝对坐标编程：增量坐标编程：G00X18Z2;A-BG00U-62W-58;A-BG01X18Z-15F50;B-CG01Ｗ-17Ｆ50;Ｂ-ＣG01X30Z-26;C-DG01U12W-11;Ｃ-ＤG01X30Z-36;D-EG01W-10;Ｄ-ＥG01X42Z-36;E-FG01U12;Ｅ-Ｆ4.圆弧插补指令（G02，G03）指令格式G02X（U）_Z（W）I_K_(R)F_G03X（U）_Z（W）I_K_(R)F_指令功能G02、G03表示刀具以Ｆ进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补。指令说明1）G02为顺圆插补指令，G03为逆圆插补指令。圆弧的顺、逆方向判断见图4-6左图，朝着与圆弧所在平面相垂直的坐标轴的负方向看，顺时针为G02，逆时针为G03，图4-6右图分别表示了车床前置刀架和后置刀架对圆弧顺与逆方向的判断；2）如图4-7，采用绝对坐标编程，X、Z为圆弧终点坐标值；采用增量坐标编程，U、W为圆弧终点相对圆弧起点的坐标增量，R是圆弧半径，当圆弧所图4-6圆弧的顺逆方向对圆心角为0°～180°时，Ｒ取正值；当圆心角为180°～360°时，R取负值。I、K为圆心在X、Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量（用半径值表示），I、K为零时可以省略。7图4-7圆弧插补例题4-4如图4-8所示，走刀路线为A-B-C-D-E-F，试分别用绝对坐标方式和增量坐标方式编程。图4-8圆弧插补应用绝对坐标编程G03X34Z-4K-4（或R4）F50;A-BG01Z-20;B-CG02Z-40R20;C-DG01Z-58;D-EG02X50Z-66I8（或R8）;E-F增量坐标编程G03U8W-4k-4（或Ｒ4）Ｆ50;A-BG01W-16;B-CG02W-20R20;C-DG01W-18;D-EG02U16W-8I8（或R8）;E-F5.螺纹切削指令（G32）指令格式G32X（U）_Z（W）_F_指令功能切削加工圆柱螺纹、圆锥螺纹和平面螺纹。指令说明1)Ｆ表示长轴方向的导程，如果Ｘ轴方向为长轴，Ｆ为半径值。对于圆锥螺纹（图4-9），其斜角α在450以下时，Ｚ轴方向为长轴；斜角α在450～900时，Ｘ轴方向为长轴；2)圆柱螺纹切削加工时，Ｘ、Ｕ值可以省略，格式为G32Z（W）_F；83)端面螺纹切削加工时，Ｚ、Ｗ值可以省略，格式为G32X（U）_F；4)螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2。图4-9螺纹切削图4-10螺纹切削应用例题3-1-5如图3-1-10所示，走刀路线为A-B-C-D-A，切削圆锥螺纹，螺纹导程为4mm,δ1=3mm，δ2=2mm，每次背吃刀量为１mm，切削深度为2mm。G00X16；G32X44W-45F4；G00X50；W45；X14；G32X42W-45F4；G00X50；W45；四、刀尖圆弧半径补偿1.刀尖圆弧半径补偿的目的数控机床是按假想刀尖运动位置进行编程，如图4-11中A点，实际刀尖部位是一个小圆弧，切削点是刀尖圆弧与工件的切点，如图4-12所示，在车削圆柱面和端面时，切削刀刃轨迹与工件轮廓一致；在车削锥面和圆弧时，切削刀刃轨迹会引起工件表面的位置与形状误差（图中δ值为加工圆锥面时产生的加工误差值），直接影响工件的加工精度。9图4-11刀尖与刀尖圆弧图4-12假想刀尖的加工误差如果采用刀尖圆弧半径补偿方法，如图4-13所示，把刀尖圆弧半径和刀尖圆弧位置等参数输入刀具数据库内，这样我们可以按工件轮廓编程，数控系统自动计算刀心轨迹，控制刀心轨迹进行切削加工，如图4-14所示，这样通过刀尖圆弧半径补偿的方法消除了由刀尖圆弧而引起的加工误差。图4-13刀尖圆弧位置图4-14刀尖圆弧半径补偿102.刀尖圆弧半径补偿指令指令格式G41（G42、G40）G01（G00）X（U）_Z（W）_指令功能G41为刀尖圆弧半径左补偿；G42为刀尖圆弧半径右补偿；G40是取消刀尖圆弧半径补偿。指令说明顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边为刀尖圆弧半径左补偿；刀具在工件的右边为刀尖圆弧半径右补偿。只有通过刀具的直线运动才能建立和取消刀尖圆弧半径补偿。例题4-6如图4-14，运用刀尖圆弧半径补偿指令编程。G00X20Z2;快进至A0点G42G01X20Z0;刀尖圆弧半径右补偿A0-A1Z-20;A1-A2X40Z-40;A2-A3-A4G40G01X80Z-40;退刀并取消刀尖圆弧半径补偿A4-A5114.2数控车床循环指令应用当车削余量较大，需多次进刀切削时，可采用循环指令编写程序，这样可减少程序段的数量，缩短编程时间和提高工作效率。据刀具切削加工的循环路线不同，循环指令可分为单一固定循环指令和多重复合循环指令。一、单一固定循环指令对于加工几何形状简单、刀具走刀路线单一的工件，可采用固定循环指令编程，即只需用一条指令、一个程序段完成刀具的多步动作。固定循环指令中刀具的运动分四步：进刀、切削、退刀与返回。1.外圆切削循环指令（G90）指令格式G90X（U）_Z（W）_R_F_指令功能实现外圆切削循环和锥面切削循环，刀具从循环起点按图4-15与图4-16所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按Ｒ快速移动，实线表示按F指定的工件进给速度移动。指令说明X、Z表示切削终点坐标值；U、W表示切削终点相对循环起点的坐标分量；R表示切削始点与切削终点在Ｘ轴方向的坐标增量（半径值），外圆切削循环时R为零，可省略；Ｆ表示进给速度。图4-15外圆切削循环图4-16锥面切削循环12例题4-7如图4-17所示，运用外圆切削循环指令编程。G90X40Z20F30A-B-C-D-AX30A-E-F-D-AX20A-G-H-D-A例题4-8如图4-18所示,运用锥面切削循环指令编程。G90X40Z20R-5F30A-B-C-D-AX30A-E-F-D-AX20A-G-H-D-A2.端面切削循环指令（G94）指令格式G94X（U）_Z（W）_R_F_指令功能实现端面切削循环和带锥度的端面切削循环，刀具从循环起点，按图4-19与图4-20所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按R快速移动，实线按Ｆ指定的进给速度移动。指令说明X、Z表示端平面切削终点坐标值；U、W表示端面切削终点相对循环起点的坐标分量；R表示端面切削始点至切削终点位移在Z轴方向的坐标增量，端面切削循环时R为零，可省略；F表示进给速度。图4-17外圆切削循环应用图4-18锥面切削循环应用13图4-19端面切削循环图4-20带锥度的端面切削循环图4-21端面切削循环应用图4-22带锥度的端面切削循环应用例题4-9如图4-21所示，运用端面切削循环指令编程。G9