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数控车床编程 第一节数控车床编程基础 一 数控车床编程特点 1 在一个程序段中 可以采用绝对坐标编程 增量坐标编程或二者混合编程 2 用绝对坐标编程时 坐标值X取工件的直径 增量坐标编程时 用径向实际位移量的2倍值表示 并附上方向符号 3 为提高工件的径向尺寸精度 X向的脉冲当量取Z向的一半 4 由于车削加工的余量较大 因此 为简化编程数控装置常具备不同形式的固定循环 5 编程时 常认为刀尖是一个点 而实际中刀尖为一个半径不大的圆弧 因此需要对刀具半径进行补偿 二 编程规则 1 绝对编程与增量编程 1 绝对编程 绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法 即采用绝对值编程时 首先要指出编程原点的位置 并用地址X Z进行编程 X为直径值 G00X30 0Z70 0 G00U 30 0W 40 0 增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法 即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的 2 增量值编程 3 混合编程 绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程 编程时也必须先设定编程原点 采用增量编程时 用地址U W代替X Z进行编程 U W的正负方向由行程方向确定 行程方向与机床坐标方向相同时为正 反之为负 2 直径编程与半径编程 用直径值编程时 称为直径编程法 车床出厂时设定为直径编程 所以 编制与X轴有关的各项尺寸时 一定要用直径值编程 A 30 0 80 0 B 40 0 60 0 用半径值编程时 称为半径编程法 如需用半径编程 则要改变系统中相关的参数 3 米制与英制编程 程序输入方式 1 米制输入G21 2 英制输入G20 A 15 0 80 0 B 20 0 60 0 4 模态与非模态 编程中指令 模态指令也称续效指令 一经程序段中指定 便一直有效 与上段相同的模态指令可省略不写 直到以后程序中重新指定同组指令时才失效 非模态指令 非模态指令 非续效指令 其功能仅在本程序段中有效 与上段相同的非模态指令不能省略不写 5 其他 1 小数点输入 一般的数控系统允许使用小数点输入数值 也可以不用 小数点可用于距离 时间和速度等单位 1 对于距离 小数点的位置单位是mm或in 对于时间 小数点的位置单位是s 例 X35 0表示x坐标为35mm或35in2 程序中有无小数点的含义不同 输入小数点表示指令值单位为mm或in 无小数点时的指令值为最小设定单位 3 在程序中 小数点的有无可混合使用 二 坐标系统 数控车床是以机床主轴轴线方向为Z轴方向 刀具远离工件的方向为Z轴的正方向 X轴位于与工件安装面相平行的水平面内 垂直于工件旋转轴线的方向 且刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向 回参考点是建立机床坐标系的唯一方法 1 机床坐标系 4 可使用小数点指令的地址 X Y Z U V W A B C I J K R F 故暂停指令中 小数点只许用于地址x和u 不许用于地址P 5 比最小设定单位小的指令值被舍去 例如X1 23456 最小设定单位为0 001mm时为X1 234 最小设定单位为0 0001mm时为X1 2345 2 工件坐标系 工件坐标系的各轴与机床坐标轴平行 工件坐标系的原点 工件原点或编程原点 便于编程与加工 尽可能与图纸上的尺寸标注基准重合 车削零件编程原点一般选在零件左 右端面与轴线的交点处 如果是左右对称的零件 编程原点可选在对称面与轴线的交点处 工件坐标系及其设定 工件坐标系的各轴与机床坐标轴平行 工件坐标系的原点 工件原点或编程原点 便于编程与加工 尽可能与图纸上的尺寸标注基准重合 车削零件编程原点一般选在零件左 右端面与轴线的交点处 如果是左右对称的零件 编程原点可选在对称面与轴线的交点处 工件坐标系及其设定 工件坐标系设定方法 采用可设定零点偏置 G54 等功能工件装夹到机床上后 工件原点与机床原点之间各坐标的偏置量即已确定 通过测量后将其数值输入到机床可设定零点偏置寄存器 G54 G55等 中 加工时在程序中用相应的可设定零点偏置指令G54 G55直接调用寄存器中的偏置量 建立起工件坐标系 在之后的程序中出现的坐标信息就是该工件坐标系下的目标位置 工件坐标系设定方法 采用工件坐标系设定功能G50通过后续坐标值设定程序启动时刀具出发点在工件坐标系中的位置 从而确定工件坐标系在机床上的位置 G50XZ 执行该指令前 必须先对刀 通过调整机床 将刀尖放在程序所要求的起刀点上 对刀就是确定刀尖在工件坐标系中的位置 常用的对刀方法为试切法 根据试切后工件的尺寸确定刀尖的位置 程序结构与程序段格式 程序结构 O0030 N0010G00Z2S10T01M03 N0020G01Z 1F120 N0030G01G91X20Y20 N0040X30Y10 N0050X30 N0060G03X15Y15I0J15 N0070G01G90X20Y20 N0080X0Y0 N0090G00Z5M05 N0100M02 M30 程序内容 程序号 程序结束 用4位数 1 9999 表示 字地址程序段格式N0010G01Z2F120S10T01M03 字符 地址 数字 字 S10 顺序号字 准备功能字G00 G99 尺寸字 进给功能字 主轴转速功能字 刀具功能字 辅助功能字M00 M99 程序段结束符 程序结构与程序段格式 数控编程步骤 FANUC数控系统的功能代码 准备功能G 设定机床运动模式 共100个辅助功能M 设定机床开关量模式 共100个刀具功能T主轴转速功能S进给功能F 一 加工准备类指令 1 S 主轴转速单位是r min 还要用M代码指定主轴转向 在具有恒转速功能的机床上 S功能指令使用如下 最高转速限制 G50 或G92 S 单位r min 恒线速度控制 G96S 单位m min 恒线速度取消 G97S S的数字表示恒线速度取消后的主轴转速 一 加工准备类指令 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 切削液开6 M09 切削液关7 M30 程序结束 一 加工准备类指令 8 G21 G20 公制和英制单位选择G21和G20指令断电前后一致 即停机前使用的是G21和G20指令 在下次开机时仍然有效 除非重新设定 9 G98 G99 每分钟 每转 进给与F指令配合使用 10 G50 工件坐标系设定指令格式 G50XZ 规定刀具起点至工件原点的距离 在系统内部建立了一个以工件原点为坐标系原点的工件坐标系 执行该指令前 必须先对刀 通过调整机床 将刀尖放在程序所要求的起刀点上 若指令中X0Z0 则工件原点与起刀点重合 一 加工准备类指令 1 以工件左端面为工件原点 G50X260 0Z270 0 1 以工件右端面为工件原点 G50X260 0Z140 0 1 以卡盘前端面为工件原点 G50X260 0Z260 0 11 G00 快速定位格式 G00X U Z W 刀具以预先用参数设定的速度快速移动到所指定的位置 一 加工准备类指令 绝对坐标编程为 G00X40 0Z6 0 相对坐标编程为 G00U 40 0W 84 0 12 F 进给速度设定G98F180 0 每分钟 工作台进给180mm G99F3 0 主轴每转一转 工作台进给3mm 13 T功能 刀具功能 根据加工需要 在某些程序段中要加入选刀和换刀指令 该指令是由地址符T和其后四位数字来表示 其中前两位为刀具号 后两位为刀具补偿号 一 加工准备类指令 如果调用第3号刀具 并进行刀具补偿时可以用指令 T0303 若要取消刀具补偿时可将后两位数字为00即T0300 在调用刀具时 必须在取消刀具补偿状态下调用刀具 例如 N10G50X100 OZ100 O N20T0101 N30Sl000M03 N40GOOX42 0Z1 0 N50G01Z一50 0F100 N60G00X100 0Z100 0T0l00 取消1号刀补 N70T0202 调用二号刀 并进行2号刀具补偿 N80S300M03 N90G00 一 加工准备类指令 二 基本加工类指令 1 G01 直线插补格式 G01X U Z W F 刀具以F指令指定的进给速度沿直线到终点 F为续效指令 一经指定一直有效 直到被新的F指令取代 绝对坐标编程为 G01X40 0Z 80 0F0 4 相对坐标编程为 G01U0 0W 80 0F0 4 2 G02 G03 圆弧插补格式 G02 G03X U Z W R F G02 G03X U Z W I K F 顺逆圆判断 顺着圆弧所在平面的垂直轴的负方向看 圆弧为顺就用G02 圆弧为逆就用G03 二 基本加工类指令 2 G02 G03 圆弧插补格式 G02 G03X U Z W R F G02 G03X U Z W I K F 绝对尺寸编程时 X Z为圆弧终点坐标值 增量尺寸编程时 U W为终点相对起点的坐标值 R是圆弧半径 车削中圆弧都是 180 圆弧 R为正 I K为圆心在X Z轴上相对于起点的增量 二 基本加工类指令 A 绝对坐标编程 1 顺圆插补G02 半径法 G02X60 0Z 23 0R23F30 圆心法 G02X60 0Z 23 0I23K0F30 B 相对坐标编程 半径法 G02U46 0W 23 0R23F30 圆心法 G02U46 0W 23 0I23K0F30 2 逆圆插补G03 A 绝对坐标编程 半径法 G03X60 0Z 30 0R30F30 圆心法 G03X60 0Z 30 0I0K 30F30 B 相对坐标编程 半径法 G03U60 0W 30 0R30F30 圆心法 G03U60 0W 30 0I0K 30F30 3 G04 程序暂停格式 G04P或G04X U P X U后的数值为暂停时间 其中P后面的数值可为整数 单位为ms X U 后带小数 单位为s 该指令使指令暂停执行 但主轴不停转 用于车削环槽 不通孔 拐角轨迹控制 非模态指令 只在本程序段内有效 例 G04P1500 G04X1 5 G04U2 5 二 基本加工类指令 G04P1000 4 G32 螺纹切削格式 G32X U Z W F X U Z W 是螺纹终点的绝对 相对坐标 螺纹导程用F mm r 指定 切圆柱螺纹 G32Z W F 切端面螺纹 G32X U F 螺纹切削应注意在螺纹两端设置引入距离 2 3mm 和引出距离 1mm 以避免电机升降速过程对螺纹导程造成误差 螺距较大时 要分多次进刀 每次进刀深度按递减规律分配 二 基本加工类指令 例1如图所示的圆柱螺纹 螺纹导程为1 5mm G32X U Z W F或E G00X40 0Z104 0 X29 3 ap1 0 35G32Z56 0F1 5 G00X40 0 Z104 0 X28 9 ap2 0 2G32Z56 0 G00X40 0 Z104 0 X28 5 ap2 0 2 例2如图3 11所示的圆锥螺纹 螺纹导程为3 5mm 1 2mm 2 1mm 每次背刀量为1mm 本例中只进行了两次进刀 G00X12 0 G32X41 0W 43 0F3 5 G00X50 0 W43 0 X10 0 G32X39 0W 43 0 G00X50 0 W43 0 三 循环加工类指令 1 G92 螺纹切削循环格式 G92X U Z W R F 用于切削锥螺纹和柱螺纹 X Z为螺纹终点坐标值 U W为螺纹终点相对于循环起点的坐标增量 R为螺纹起点与螺纹终点的半径差 加工柱螺纹时 R为零 可以省略 G50X270 0Z260 0 坐标设定G97S300 主轴300r minT0101M03 主轴正转G00X35 0Z104 0 G92X29 2Z56 0F1 5 切削循环1X28 6 切削循环2X28 2 切削循环3G00X270 0Z260 0T0000M05 回起刀点 主轴停M02 程序结束 例3车如3 12所示的圆柱螺纹 例4车如3 13所示的圆锥柱螺纹 G50X270 0Z260 0 G97S300 M03 T0101 G00X80 0Z62 0 G92X49 6Z12 0I 5 0F2 0 X48 7 X48 1 X47 5 X47 1 G00X270 0Z260 0T0000M05 M02 2 G90 外圆切削循环格式 G90X U Z W F 刀具走矩形循环 X Z为圆柱面切削的终点坐标值 U W为圆柱面切削的终点相对于循环起点的坐标增量 三 循环加工类指令 2 G90 外圆切削循环 三 循环加工类指令 例6如图3 16所示 用循环方式编制一个粗车外圆的加工程序 每次切深2mm 解 T 40 20 2 10mm 余量 S 2mm 切深 则 P T S 10 2 5 循环次数 40 X 36 40 N1T0101 N2G50X60 0Z100 0 设定坐标系N3S600M03 N4G00X44 0Z2 0 到循环起点N5G90X36 0Z 30 0F100 循环N6X32 0 N7X28 0 N8X24 0 N9X20 0 循环5次后回到循环起点N10G00X60 0Z100 0 回起刀点N11M05 N12M02 从起刀点到AA B1 C1 D AA B2 C2 D AA B3 C3 D AA B4 C4 D AA B5 C5 D A从A回到起刀点 三 循环加工类指令 G90X U Z W I F 刀具走梯形循环 X Z为圆锥面切削的终点坐标值 U W为圆锥面切削的终点相对于循环起点的坐标增量 I为圆锥面的切削起点相对于切削终点的半径差 3 G90 圆锥面切削循环 N1G00X50 0Z2 0 N2G90X40 0Z 40 0R 5 0F0 3 N3X36 0 N4X32 0 N5X28 0 圆锥面固定循环切削加工举例 G90X40 0Z20 0I 5 0F30 0 A B C D AX30 0 A E F D AX20 0 A G H D A G90X U Z W F X Z为端平面切削终点坐标值 U W为端平面切削终点相对于循环起点的坐标增量 4 G94 端面切削循环 三 循环加工类指令 端面固定循环切削加工举例 G94X50 0Z16 0F30 0 A B C D AZ13 0 A E F D AZ13 0 A G H D A 4 G94 端面切削循环 G90X U Z W R F X Z为锥端面切削终点坐标值 U W为锥端面切削终点相对于循环起点的坐标增量 R为锥端面切削起点至锥端面切削终点在Z轴上的坐标增量 三 循环加工类指令 带有锥面的端面固定循环切削加工举例 G90X15 0Z33 48K 3 48F30 0 A B C D AZ31 48 A E F D AZ28 78 A G H D A 四 复合循环加工类指令 运用复合循环G代码 只需指定精车加工路线和粗车加工的吃刀量 系统就会自动计算出粗加工路线和加工次数 因此可大大简化编程 在多重循环中 只须指定精加工路线和粗加工的背吃刀量 系统就会自动计算出粗加工路线和走刀次数 a 外圆粗车循环G71 G71U d R e G71P ns Q nf U u W w F S T N ns N nf 四 复合循环加工类指令 d 切深 半径值 无正负号 e 每次退刀量 半径值 无正负ns 精加工路线中第一个程序段的顺序号 nf 精加工路线中最后一个程序段的顺序号 u X方向精加工余量 直径编程时为 u w Z方向精加工余量 C为粗车循环的起点 A是毛坯外径与轮廓端面的交点 四 复合循环加工类指令 切削深度为5mm 退刀量为1mm X向精车余量为2mm Z向精车余量为2mm 四 复合循环加工类指令 N20G00Xl70 0Z180 0S750T0202M03 N30G71U5 0R1 0 N35G71P40Q100U4 0W2 0F0 3S500 N40G00X45 0S750 N50G01Z140 0F0 1 N60X65 0Z110 N70Z90 0 N80X140 0Z80 0 N90Z60 0 N100Xl50 0Z40 0 四 复合循环加工类指令 b 端面车加工循环G72 G72U d R e G72P ns Q nf U u W w F S T N ns N nf 四 复合循环加工类指令 G72沿着平行于X轴进行切削循环加工 参数同G71 端面车加工循环 四 复合循环加工类指令 假设粗车深度为1mm 退刀量为0 3mm X向精车余量为0 5mm Z向精车余量为0 25mm 四 复合循环加工类指令 N40G00X176 0Z130 25 N50G72U1 0R0 3 N60G72P70Q120U1 0Z0 25F0 3S500 N70G00Z56 0S600 N80G01X120 0Z70 0F0 15 N90W10 0 N100X80 0Wl0 0 N110W20 0 N120X36 0W22 0 四 复合循环加工类指令 c 封闭切削循环循环G73 G73U i W k R d G73P ns Q nf U u W w F S T N ns N nf i为沿X轴方向的总退刀量 半径编程 k为沿Z轴方向的总退刀量 d为重复加工次数 封闭切削循环就是按照一定的切削形状逐渐地接近最终形状 这种方式对于铸造或锻造毛坯的切削是一种效率很高的方法 四 复合循环加工类指令 四 复合循环加工类指令 N30G73U14 0W14 0R3 N40G73P50Q100U0 5W0 25F0 3S180 N50G00X80 0W 40 0 N60G01W 20 0F0 15S600 N70X120 0W 10 0 N80W 20 0S400 N90G02X160 0W 20 0R20 0 N100G01X180 0W 10 0S280 N110G70P50Q100 N120G00X260 0Z220 0 N130M30 四 复合循环加工类指令 d 精车循环G70 在采用G71 G72 G73指令进行粗车后 用G70指令可以作精加工循环切削 程序段格式为G70PnsQnf ns 精加工程序第一个程序段的序号 nf 精加工程序最后一个程序段的序号 注意 在精加工循环G70状态下 ns nf程序段中指定的F S T有效 当ns nf程序段中不指定F S T时 粗加工循环时的F S T有效 e 螺纹切削复合循环 G76 1 格式G76PmraQ dminRdG76X U Z W RiPkQ dFf 2 说明m表示精加工重复次数 r表示斜向退刀量单位数 0 01 9 9f 以0 1f为一单位 用00 99两位数字指定 a表示刀尖角度 d表示第一次粗切深 半径值 dmin表示最小切削深度 当切削深度 dn小于 dmin 则取 dmin作为切削深度 X表示D点的X坐标值 U表示由A点至D点的增量坐标值 Z表示D点Z坐标值 W表示由C点至D点的增量坐标值 i表示锥螺纹的半径差 k表示螺纹高度 X方向半径值 d表示精加工余量 f表示螺纹导程 五 子程序 M98 M99 目的和作用减少编程重复 简化编程1 调用子程序格式 M98XXXXXXXX循环次数子程序号 说明 省略循环次数时 默认循环次数为一次 子程序可以由主程序调用 并且已被调用的子程序还可调用其他子程序 从主程序调用的于程序称为一重 一共可以调用4重 例如 M98P51002 此条指令表示子程序号为1002的子程序连续被调用5次 也可把M98P 与移动指令放在同一个程序段中 例如 Xl00 0M98P1200 此条指令表示X移动结束后 调用子程序号为1200的子程序 2 子程序格式 FANUC 格式 OXXXX子程序号 M99 程序结束 例题 调用子程序 六 刀具参数补偿指令 刀具的几何 磨损补偿为什么要补偿 刀具几何补偿与磨损补偿又称为刀具位置补偿或刀具偏移补偿 在实际加工中 加工一个工件通常要使用多把刀具 而编程时是以其中一把刀为基准设定工件坐标系的 因此必须将所有刀具的刀尖都移到此基准点 利用刀具位置补偿功能 即可完成 每把刀具在加工过程中都有不同程度的磨损 而磨损后刀具的刀尖位置与编程位置存在差值 这势必造成加工误差 因此 应对偏移量或磨损量 X Z进行补偿 使刀尖位置B移王位置A 如何补偿 刀具的补偿功能由程序中指定的T代码来实现 T 刀具半径补偿建立与取消指令G41 G42 G40 一般车刀均有刀尖半径 即在车刀刀尖部分有一圆弧构成假想圆的半径值 用假想刀尖 实际不存在 编程时 当车外径或端面时 刀尖圆弧大小并不起作用 当车削倒角 锥面或圆弧时 则会引起过切或欠切 刀尖半径补偿指令程序段格式为G41 G42X U Z W 刀尖方位号 刀具位置偏置 是对编程时所用刀具 基准刀具 与实际使用的刀具的位置偏差进行自动补偿的功能 刀具的几何 磨损补偿偏移量补偿必须在一个程序段的执行过程中完成 刀具补偿程序段中必须有G00或G01功能才有效 G00X20 0Z10 0T0202调用2号刀具 具有刀具补偿 补偿量在02号存储器中 在调用刀具时 必须在取消刀具补偿状态下调用刀具 六 刀具参数补偿指令 例 车削如图5 65所示零件 应用半径补偿指令 解 未采用刀具半径补偿指令时 刀具以假想刀尖轨迹运动 圆锥面产生误差 如图a所示 采用刀具半径补偿指令后 系统自动计算刀具圆弧中心软迹 使刀具按刀尖圆弧中心轨迹运动 无表面形状误差 如图b所示 例7在CK7815型数控车床上对图3 19 a 所示的零件进行精加工 图中 85mm不加工 要求编制 精加工程序 a b 图3 19例7图 80 85 80 62 50 M48X1 5 65 60 20 60 60 3X 45 R70 1X45 155 290 44 8 200 T01 T02 T03 35 15 5 35 35 5 O 350 X 2 螺纹车刀 外圆车刀 切槽刀 Z 1X45 1 首先根据图纸要求按先主后次的加工原则 确定工艺路线 1 先从左至右切削外轮廓面 其路线为 倒角 切削螺纹的实际外圆 切削锥度部分 车削 62mm外圆 台阶 倒角 车 80mm外圆 切削圆弧部分 车削 80mm外圆 3 车M48 1 5的螺纹 2 切3mm 45mm的槽 2 选择刀具并绘制刀具布置图 根据加工要求需选用三把刀具 如图3 19 b 所示 T01号外圆车刀 T02号切槽刀 T03号螺纹车刀 3 编制的程序 N0001G50X200 0Z350 0T0101设定起刀点 N0002S630M03主轴正转 转速630r min N0003G00X41 8Z292 0M08快进至X 41 8mm Z 292mm 开切削液 N0004G01X47 8Z289 0F0 15工进至X 47 8mm Z 289mm 速度0 15mm r 倒角 Z227 0Z向工进至Z 227mm 精车 47 8mm螺纹外径 X50 0X向工进至X 50mm 退刀 X62 0W 60 0X向工进至X 62mm 退刀 Z向工进60mm 精车锥面 Z155 0Z向工进至Z 155mm 精车 62mm外圆 X78 0X向工进至X 78mm 退刀 X80 0W 1 0X向工进至X 80mm 退刀 Z向工进1mm 倒角 W 19 0 Z向工进19mm 精车 80mm外圆 N0005G02W 60 0I63 25K 30 0顺圆 Z向工进60mm 精车圆弧 N0006G01Z65 0Z向工进至Z 65mm 精车 80mm外圆 X90 0X向工进至X 90mm N0007G00X200 0Z350 0T0100M09返回起刀点 取消刀具补偿 同时