实用数控车床编程与操作

（五）第5章数控车床编程5.1数控车床简介一、数控车床加工的特点1.机床功能全，加工质量高2.适合加工各种形状复杂的回转体零件3.可加工特殊螺纹二、数控车床的组成数控车床一般由车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。1、车床主体它是数控车床的主要机械结构部分。（1）主轴箱比普通车床的结构简化，但制造和装配的精度的要求较高。（2）导轨保证进给运动的准确性的重要部件。（3）刀架常见刀架结构形式有回转刀架和动力刀架。（a）四工位方刀架（b）多刀位转塔式刀架（c）车削中心动力转塔刀架（4）床身它是支撑各运动部件的载体。数控卧式车床布局形式(a)—平床身；(b)—斜床身；(c)—平床身斜滑板；(d)—立床身(a)(b)(c)(d)2、数控装置和伺服系统数控车床与普通车床的区别仅在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。（1）数控装置是数控车床的核心部分。（2）伺服系统是数控车床的重要组成部分。3、辅助装置数控车床的一些配套部件。三、数控车床的分类1.按主轴位置分类立式、卧式2.按加工零件的基本类型分类卡盘式、顶尖式3.按刀架数量分类单刀架式、双刀架式4.按功能分类简易型、经济型、多功能型、车削中心四、数控车床与普通车床的区别1、采用了全封闭或半封闭防护装置2、采用自动排屑装置3、主轴转速高，工件装夹安全可靠4、可自动换刀5、主、进给传动分离5.2数控车床程序编制一、程序编制的坐标系统1、数控车床的坐标轴系一般是两坐标机床（X、Z轴），功能较强的数控车床带有C轴。数控车床的坐标轴系数控车床C轴的正负方向2、数控车床的编程参考点参考点是指设计、调试数控机床或编制程序时,为了完成某些功能,使用人员所设立的一些固定的位置点。各参考点机床坐标系：机床上固有的坐标系。（固定）机床原点：机床坐标系的原点机床零点：机床坐标系中固定不变的极限点。（参考点）工件坐标系：为编程方便而建立的坐标系。（可变）工件原点：工件坐标系的原点。对刀点：建立机床坐标系和工件坐标系之间关系的基准点。换刀点：是指刀具换刀的位置点。通常应注意远离工件避免碰伤，一般设立在机床零点处或对刀点处。刀位点：表示刀具特征的点。也是对刀和加工的基准点。3、编程方式数控车床上主要加工轴类、盘类等回转体零件。所以在编制程序时，X轴坐标可以有直径编程和半径编程两种。各点坐标如下：直径编程：点1(20,0);点2(20,-13.5);点3(40,-48.5);点4(70,-60);4321ZOX1）直径编程和半径编程半径编程：点1(10,0);点2(10,-13.5);点3(20,-48.5);点4(35,-60);注：机床出厂时系统参数设定为直径编程，采用直径尺寸编程与零件图样中的标注直径尺寸一致，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。1）绝对坐标（X、Y、Z或G90）刀具运动位置坐标值相对坐标系原点给出。2）相对坐标（U、V、W或G91）刀具运动位置坐标值相对前一点给出。2）绝对编程和相对编程方法1：绝对编程相对编程G00X25.Y26.;G00U15.V11.;G00X18.Y40.;G00U-7.V14.;方法2：绝对编程相对编程G90G00X25.Y26.;G91G00X15.Y11.;G00X18.Y40.;G00X-7.Y14.;例：刀具当前位于A点,沿ABC轨迹运动,试采用绝对和相对方式进行编程。二、数控车床的基本指令F、S、T指令M指令（辅助功能）G指令（准备功能）每转进给量编程格式：G99F～F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r每分钟进给量编程格式:G98F～F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min例：G98F100表示进给量为100mm/min（1）F指令：用于控制刀具的进给速度。注：当车削螺纹时，F用来指令被加工螺纹的导程。例：螺纹加工时，F3.0表示被加工螺纹的导程为3mm。*在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用：恒线速控制编程格式G96S～表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96S150表示切削线速度控制在150m/min。恒线速取消编程格式G97S～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：G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/min。（2）S指令：用于控制主轴转速。如：S300表示主轴转速为300r/min。（3）T指令：指定刀具号及其刀具补偿号。编程格式：T～T后面通常有两位数或四位数字，根据机床系统参数设置而定。前两位—刀具号后两位—刀具补偿号（长度补偿和刀尖圆弧半径补偿）例：T0303表示选用3号刀具，调用3刀具补偿值；T0305表示选用3号刀具，调用5号刀具补偿值；T0300表示取消刀具补偿。（4）M指令：指令数控机床的辅助动作及其状态。表5-1M功能指令1）M00指令和M01指令M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLESTART）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。2）M03指令、M04指令和M05指令M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴停止；3）M06：换刀4）M07指令、M08指令和M09指令M07：2号冷却液开；M08：1号冷却液开；M09：冷却液关；5）M02指令和M30指令M02：程序停止，系统复位；M30：程序停止，系统复位，并且程序复位到起始位置。6）M98指令和M99指令M98：调用子程序；M99：返回主程序。（5）G指令：用来建立数控机床某种加工方式的指令。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。(1)G00与G01指令G00（快速定位）——刀具以机床规定的最快速度移动到目标点。G01（直线插补）——刀具以程序设定的速度移动到目标点。程序段格式：G00XZ；G01XZF注：X、Z——目标点坐标；F——进给速度。例：如下图所示加工轨迹,试采用G00、G01指令编制程序(不考虑端面车削),切削速度F=0.05mm/r。采用绝对编程方式，编程如下：…G00X20.Z2.;O″—K（快速进刀）G01Z-13.5F0.15；K—2（直线插补，进给速度F0.15mm/r）X40.Z-48.5;2—3（同上，G01指令续效,F续效）X70.Z-60.;3—4（同上）G00X100.;4—P（快速退刀）Z100.;P—O″（同上，G00指令续效）…注：①G00速度由系统预先设定，不可用指令设定，快速进给速率调整旋钮调节；G01速度是由程序中F指令设定，进给速率调整旋钮调节。②G00不可进行切削加工，否则会出现“撞刀”的严重事故；G01可进行切削加工，它能完成外圆、端面、内孔、锥面等。G02（顺圆插补）—刀具按照程序设定的进给速度对指定的顺圆弧进行切削加工。G03（逆圆插补）—刀具按照程序设定的进给速度对指定的逆圆弧进行切削加工。(2)G02与G03指令程序段格式：方法一：G02XZRF；/G03XZRF；注：X、Z——目标点坐标；R——圆弧半径；（数控车削加工中，圆弧均小于180°，所以R为正值，＋号省略）F——进给速度。方法二：G02XZIKF；/G03XZIKF；注：I——圆心相对于起点的X方向变化值;(可能是正值、负值和零，且为半径值)K——圆心相对于起点的Z方向变化值;(K可能是正值、负值和零)例：如图所示，试编制刀具沿轮廓轨迹加工的程序,切削速度F=0.15mm/r。G00X0Z2.；O″—K（快速进刀）G01Z0F100；K—O（直线插补，进给速度F100mm/min）X24.Z-28.；O—1（同上，G01指令续效,F续效）G02X40.Z-36.R8.；1—2（顺圆插补,F续效）(或G02X40.Z-36.I7.75K0.24；)G01Z-49.；2—3（直线插补,F续效）G03X50.Z-55.R8.；3—4（逆圆插补,F续效）(或G03X50.Z-55.I-2.19K-8.41；)G01Z-83.；4—5（直线插补,F续效）G00X100.；5—P（快速退刀）Z100.；P—O″（同上，G00指令续效）O0001;T0101;M03S800;M05;M30;(3)G04指令用于暂停进给。格式：G04P____或G04X(U)____其中P后面的数字为整数，单位是ms；X(U)后面的数字为带小数点，单位为s。有些机床指刀具或工件空转的圈数。应用：刀具作短时间无进给光整加工，在车槽、钻镗孔时使用，也可用于拐角轨迹控制。举例：在车削环槽时，若进给结束立即退刀，其环槽外形为螺旋面，用暂停指令G04可以使工件空转几秒钟，即能将环形槽外形光整圆，例如欲空转2.5s时其程序段为：G04X2.5或G04U2.5或G04P2500；（4）G27、G28、G29和G30指令参考点是CNC机床上的固定点，可以利用参考点返回指令将刀架移动到该点。可以设置最多四个参考点，各参考点的位置利用参数事先设置。接通电源后必须先进行第一参考点返回，否则不能进行其它操作。参考点返回有两种方法：手动参考点返回自动参考点返回①G27指令（返回参考点检查）：用于检验X轴与Z轴是否正确返回参考点。格式：G27X(U)____Z(W)____X(U)、Z(W)为参考点的坐标。执行G27指令的前提是机床通电后必须手动返回一次参考点。G28、G30指令（参考点返回）G28X(U)____Z(W)____；返回第一参考点，刀具快速移至中间点（X、Z一起移动）后，快速移动到参考点G30返回第二、三、四参考点G30P2X(U)____Z(W)____；返回第二参考点，P2可省略G30P3X(U)____Z(W)____；返回第三参考点G30P4X(U)____Z(W)____；返回第四参考点第二、第三和第四参考点返回中的X(U)、Z(W)的含义与G28中的相同。②③G29指令（返回参考点）G29X(U)____Z(W)____；刀具从参考点快速移至G28设的中间点后，再快速移动到G29指定的点。注：G28、G29一般成对使用。例1:如图5.14所示,割槽刀割完槽后经B点(中间点)后返回参考点R,此时利用参考点R作为换刀点进行换刀,换上的螺纹刀经B点(中间点)快速定位到C点,准备加工螺纹。B(50,-25)、C(25，5)，试采用G28、G29编制程序段。CA中间点BG29G28o(回参考点换刀)参考点Rzx程序如下：…G28X50Z-25；(割刀回中间点B)T0404；(换螺纹刀)G29X25Z5；(螺纹刀定位到C点)…(5)G41、G42、G40指令（刀尖半径补偿）虽然采用尖角车刀对加工及编程都很方便，但由于刀头越尖就越容易磨损，并且当刀具太尖而进给速度又较大时，可明显地感觉出一般的轮廓车削将产生车螺纹的效果，即使减小进给速度，也会影响到加工表面的粗糙度。为此，精车时常将车刀刀尖磨成圆弧过渡刃。采用这样的车刀车内、外圆和端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但转角处的尖角肯定是无法车出的，并且在切削锥面或圆弧面时，会造成过切或少切，因此，有必要对此采用刀尖半径补偿来消除误差。如图所示，有刀尖存在时，对刀尖按轮廓线编程加工，即可以得到理想轮廓，不需要考虑刀补；而用圆弧头车刀时，若还按假想刀尖编程加工而又不考虑刀补，则实际切削得到的轮廓将产生误差，只有考虑刀补(人工考虑刀补量进行编程，即以偏移理想轮廓一个刀具半径的轨迹线计算)编程加工后，方可保证切削得到理想轮廓线。当然也可以按照轮廓轨迹编程，再在程序中适当位置加上刀补代码，让机床自动进行刀补。利用机床自动进行刀尖半径补偿时，需要使用G40、G41、G42指令。当系统执行到含T代码的程序指令时，仅仅是从中取得了刀具补偿的寄存器地址号(其中包括刀具几何位置补偿和刀具半径大小)，此时并不会开始实施刀尖半径补偿。只有在程序中遇到G