数控车床的编程与操作讲义.doc

数控车床的编程与操作 数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，大约占数控机床总数的25%。本讲义以FANUC0TD系统为例介绍数控车床的编程与操作。1. 数控车床加工的基本知识1.1 数控车床的分类1.1.1 按主轴的布置形式分类：（1）卧式数控车床：机床主轴轴线处于水平位置数控车床。（2）立式数控车床：机床主轴轴线处于垂直位置数控车床。1.1.2 按数控系统控制的轴数分类：（1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转刀架，可实现X、Z两坐标轴联动控制。（2）四轴控制数控车床：机床上只有两个回转刀架，可实现X、Z和U、W四坐标轴联动控制。（3）多轴控制数控车床：机床除了控制X、Z两坐标轴外，还可以控制其他坐标轴，实现多轴控制，如具有C轴控制功能。对于车削加工中心或柔性制造单元，都具有多轴控制功能。1.2 数控车床的加工特点1、 适应性强，用于单件、小批生产的零件的加工在普通车床上加工不同的零件，一般需要调整车床和附件，以使车床适应加工零件的要求。而数控车床加工不同形状的零件时只要重新编制或修改加工程序就可以迅速达到加工要求，大大缩短了生产准备时间。2、 加工精度高，加工出的零件互换性好数控加工的尺寸精度通常在0.0050.1mm之间，不受零件复杂程度的影响。加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定，降低了废品率。3、 具有较高的生产率和较低的加工成本机床的生产率主要是指加工一个零件所需要的时间。其中包括机动时间和辅助时间。数控车床的主轴转速和进给速度变化范围大，并可无级调速，加工时可选用最佳切削速度和进给速度，可实现恒转速（G97）和恒线速(G96)，以使切削参数最优，这就大大的提高生产率，降低了加工成本。1.3 数控车床的主要用途数控车床主要用于加工精度要求高、表面粗糙度值要求小，零件形状复杂，单件、小批生产的轴套类、盘类等回转表面的加工；还可以钻孔、扩孔、镗孔以及切槽加工；还可以在内、外圆柱面上，内、外圆锥面上加工各种螺距的螺纹。1.4 数控系统简介数控系统是数控机床的核心。不同数控机床可能配置不同的数控系统。不同的数控系统，其指令代码也有差别。因此，编成时应根据所使用的数控系统指令代码及格式进行编程。目前FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）等公司的数控系统及产品，在数控机床行业占据主导地位，我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已成为高性能数控系统产业化。本章以FANUC数控系统为主来介绍数控车削编程。2. 数控车削编程的基本知识2.1 数控编程概述2.1.1 数控程序的定义与编制过程按照设备的数控控制系统的指令格式，编制一系列可控制加工动作及相关运动过程要求、并准从相关格式的指令集，用于控制零件的加工过程，此指令集可称为“数控加工程序”，编制此指令集的过程称之为“数控编程”。编制加工程序前，需要对零件的加工工艺进行分析，确定加工工艺路线、加工刀具、工装、数控设备、刀具的运动轨迹、加工参数（切削速度、进给量、背吃刀量）以及各项辅助功能（换刀、主轴正反转、切削液开关等）；然后根据数控机床规定的指令及程序格式编写加工程序单；在把程序记录在相应的介质上（磁盘、硬盘、移动存储介质等）；将程序用指定的方式（手动输入或传输）输入到机床设备上，用于调用加工相应的零件。2.1.2 数控编程分类数控编程可分为手工编程和自动编程两类（1） 手动编程指所有的程序编程过程，包括图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、程序的校验等过程都是以手工的方式完成的。u 图样分析：对零件轮廓进行分析，包括零件的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、技术要求分析及零件材料等内容的分析。u 确定加工工艺：确定加工方式、走刀路线，选择定位与夹紧方式、选择刀具、确定加工参数，选择对刀点、换刀点。u 数值计算：选择编程原点，对零件图样的数据点进行计算，为编程做好准备。u 编写程序单：根据数控机床规定的指令及程序格式编写加工程序。u 制作程序存储介质：将编好的加工程序存储在制定的介质上，以便于程序的保存和传输。u 程序校验：对程序正确与否进行校验，一般用机床模拟运行的方式进行，也可以采用专用的计算机软件进行模拟校验。（2） 自动编程指用计算机或机床编程器编制数控加工程序的过程，它必须有自动编程系统或自动编程软件。实现自动编程的方法主要有语言式自动编程系统和图形交互式自动编程、会话式自动编程等编程方式。目前常用的是图形交互式自动编程方式进行，有集成式的CAD/CAM系统，单独的CAM系统，单独的CAM软件一般需要将零件的数据模型读入后才能进行。2.2 数控车床的编程特点2.2.1. 混合编程FANUC数控系统的数控车床，是用地址符来指令坐标输入形式的，既可以采用“绝对坐标”编程，也可以采用“增量坐标”编程，还可以采用混合编程。X、Z表示绝对坐标，U、W表示增量坐标，X（U）、W（Z）表示混合坐标。有些数控系统（如华中数控系统）的数控车床是用G代码来指令坐标输入形式的（G90：绝对坐标，G91：增量坐标），在同一程序段内不能采用混合坐标编程。2.2.2. 直径编程既可以采用“直径编程”，也可以采用“半径编程”，其结果由车床数控系统的内部参数或G指令来决定。所谓“直径编程”，就是X坐标采用直径值编程；“半径编程”，就是X坐标采用半径值编程。一般情况都“直径量编程”，这是因为回转体零件图纸的径向尺寸标注和加工时的测量都是直径值，也便于编程计算。2.2.3. 具有固定循环加工功能由于车削的毛坯多为棒料、锻件或铸件，加工余量较大，需要多次走刀加工，而固定循环加工功能可以自动完成多次走刀，因而使程序得到了大大的简化。但不同的数控系统固定循环加工功能的指令及格式可能不同。FANUC数控系统的数控车床固定循环加工功能的指令为G90、G94、G92、G70、G71、G72、G73等。2.2.4. 刀尖圆弧半径补偿在数控编程时，常将车刀刀尖看做一个点，而实际刀尖是一个有半径值的圆弧，为了便于编程和提高加工精度，编程时，按刀尖半径为0进行编制，即直接用零件轮廓进行编程，然后采用G41或G42指令对车刀刀尖的半径进行补偿。2.2.5. 圆弧顺逆的判断圆弧的顺逆应从垂直圆弧所在平面的坐标轴正向观察判断，顺时针走向的圆弧为顺圆弧（G02），逆时针走向的圆弧为逆圆弧（G03），所以，数控车床，刀架在前和刀架在后的圆弧插补指令如图2.1所示。(a)图 刀架前置 (b)图 刀架后置 图2.1圆弧顺逆的判断2.2.6. 采用刀具位置补偿数控车床对刀具的操作和工件坐标系的设定通常采用刀具位置补偿的方法进行设置的。2.3 数控车床的坐标系、工件坐标系、机床参考点1、 数控车床的坐标系数控机床加工零件过程，是由数控系统发出指令来控制机床的各种指定动作的。要确定机床运动的方向和移动距离，需要在机床上建立坐标系，此坐标系即称为机床坐标系（也叫标准坐标系）。机床运动可分为刀具运动和工件运动。确定机床坐标系方向时规定：永远假定刀具相对于静止的工件而运动。坐标系采用符合右手定则规定的笛卡尔坐标系。旋转运动方向为绕X轴、Y轴和Z轴的旋转的分别为A、B、C，其正方向按照右旋旋进方向。数控车床的坐标系如图2.2所示，其中：(a)为刀架前置的数控车床的坐标系，(b)为刀架后置的数控车床的坐标系，Z轴为传递切削动力的主轴所在的坐标轴。(a)为刀架前置的数控车床的坐标系 (b)为刀架后置的数控车床的坐标系图2.2 数控车床的坐标系数控车床的坐标系：主轴方向为Z轴方向，且刀具远离工件为正（远离卡盘的方向）；垂直主轴方向的方向为X轴的方向，且刀具远离工件为正（刀架前置X轴的方向朝前，刀架后置X轴的方向朝后）；数控机床坐标系原点也称机械原点，是一个固定点，其位置由制造厂家来确定，一般不允许用户更改。机床原点又是数控机床进行加工和位移的基准点，数控车床坐标系原点一般位于卡盘端面与主轴轴线的交点上（个别数控车床坐标系原点位于正的极限点上）。确定坐标轴时，先根据主轴来确定Z轴，再确定X轴，最后确定Y轴。2、 工件坐标系（亦称编程坐标系）：“工件坐标系”是编程人员根据零件图形状特点和尺寸标注的情况，为了方便计算出编程的坐标值而建立的坐标系，作为编程的基准。工件坐标系的坐标轴方向必须与机床坐标系的坐标轴方向彼此平行，方向一致。工件坐标系原点亦称为“编程原点”，一般选择在装夹完成的工件上某一定位点做为编程或加工的基准点，工件坐标系的原点用“”表示。X方向一般选在工件的回转中心，Z向一般选在加工工件的右端面（O点）或左端面（O），如图2.2所示。 (a)图刀架前置的工件的坐标系 (b)图刀架后置的工件的坐标系 图2.3 工件坐标系3、 机床参考点：“机床参考点”是由机床限位行程开关和基准脉冲来确定的，它与机床坐标系原点有着准确的位置关系。数控车床的参考点一般位于行程的正的极限点上。如图2.4所示。通常机床通过返回参考点的操作来找到机械原点。所以，开机后，加工前首先要进行返回参考点的操作。 (a) 图刀架前置的机床参考点 (b) 图刀架后置的机床参考点图2.4机床参考点2.4 数控车床加工程序结构与格式2.4.1. 程序段结构数控加工程序的定义：按规定格式的符号、代码描述零件几何形状、加工工艺路线及切削方式的数控指令集。 一个完整的程序，一般由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。一般，程序需要个存储名称，这需要对程序存储名称进行专门定义（随后需进行专门培训）。Fanuc系统的数控加工程序是以“Oxxxx”开头，以“%”结束的若干程序段构成，程序段是以程序段号（可省略），以“；”结束的若干个指令字构成。（1） 程序号及程序说明 FANUC系统程序号是O，是四位正整数，可以从0000-9999。如O2255。程序号一般要求单列一段（行），且不需要程序段号。程序说明包括加工程序的零件名、工序号、对应设备、工件材料及编制日期、程序版本等信息，Fanuc系统中，注释行在括号内的内容，即（xxxxxxxxxxx）。例如：%O1202 (PV6003732C1006)(POST 604 - 07/02/11)(TIGHTENING PIECE ROUGH - MACHINED TOP JAW / INTERNAL CLAMPING / TIGHTENING FORCE 1949)(TIGHTENING PIECE FINISH - MACHINED TOP JAW / INTERNAL CLAMPING / TIGHTENING FORCE 468)(* MAG-M_604 * MAT-F316LN *)(DEFINE OPERATION : OP20_HARD).N0010 G50 S800N0020 G40 G21G40N0030 T0101N0040 G00 X100.0 Z100.0N0050 M03 S500 N0060 M08 （冷却液开）.M05 (主轴停)M09（冷却液关）M02（程序结束）M30 （程序结束并返回程序首）%程序主体程序主体是由若干个程序段组成的，表示数控机床要完成的全部动作。每个程序段由一个或多个指令构成，每个程序段一般占一行，用”;”作为每个程序段的结束代码。.G50 S800; N10 T0101 (FACING R1.2); G97S80M3P11;G40;G00X300M8;Z20;X290Z5;Z2.538;G01X173.02 F0.25;Z4.875;G00X175.02Z5.875;X290;Z0.2;G01X173.02;Z2.538;G00X175.02Z3.538;X290;Z5;X300;Z20;G00X250Z200M9;M01;.M30%（2） 程序结束指令。程序结束指令可用M02或M30。一般要求单列一段。2.4.2. 程序段格式现在最常用的是可变程序段格式。每个程序段由若干个地址字构成，而地址字又由表示地址字的英文字母、特殊文字和数字构成，见表1-2。 表1-2 可变程序段格式12345678910N G X U Y V Z W I J K R F S T M 程序段号准备功能坐标尺寸字进给功能主轴功能刀具功能辅助功能例如：N50 G01 X30.0 Z40.0 F100 说明：（1） 程序段号。N为程序段号，由地址符N和后面的若干位数字表示。在大部分系统中，程序段号仅作为“跳转”或“程序检索”的目标位置指示。因此，它的大小及次序可以颠倒，也可以省略。程序段在存储器内以输入的先后顺序排列，而程序的执行是严格按信息在存储器内的先后顺序逐段执行，也就是说，执行的先后次序与程序段号无关。但是，当程序段号省略时，该程序段将不能作为“跳转”或“程序检索”的目标程序段。程序段号也可以由数控系统自动生成，程序段号的递增量可以通过“机床参数”进行设置，一般可设定增量值为10，以便在修改程序时方便进行“插入”操作。（2） 程序段内容。程序段的中间部分是程序段的内容，主要包括准备功能字、尺寸功能字、进给功能字、主轴功能字、刀具功能字、辅助功能字等。但并不是所有程序段都必须包含这些功能字，有时一个程序段内可仅含有其中一个或几个功能字，如下列程序段都是正确的程序段。 N10 G01 X100.0 F100； N80 M05；2.4.3. 数控车床的编程指令体系FANUC0i系统为目前我国数控机床上采用较多的数控系统，其常用的功能指令分为准备功能指令、辅助功能指令及其它功能指令三类。常用的其他功能指令有刀具功能指令、主轴转速功能指令、进给功能指令，这些功能指令的应用，对简化编程十分有利。1. 准备功能指令（G指令）常用的准备功能指令见表2-1表2-1 FANUC系统常用准备功能一览表G指令组别功能程序格式及说明G0001 快速点定位G00 X(U) Z(W) ；G01直线插补G01 X(U) Z(W) F ；G02顺时针方向圆弧插补G02 X(U) Z(W) R F ；G02 X(U) Z(W) I K F ；G03逆时针方向圆弧插补G0400暂停G04 X ； 或G04 U ；或G04 P ；G2006英制输入G20；G21米制输入G21；G2700返回参考点检查G27 X Z ；G28返回参考点G28 X Z ；G30返回第2、3、4参考点G30 P3 X Z ；或 G30 P4 X Z ；G3201螺纹切削G32 X Z F ；(F为导程)G34变螺距螺纹切削G34 X Z F K ；G4007刀尖半径补偿取消G40 G00 X(U) Z(W) ；G41刀尖半径左补偿G41 G01 X(U) Z(W) F ；G42刀尖半径右补偿G42 G01 X(U) Z(W) F ；G500014坐标系设定或主轴最大速度设定G50 X Z ；或G50 S ；G52局部坐标系设定G52 X_Z_；G53选择机床坐标系G53 X_Z_；G54选择工件坐标系1G54；G55选择工件坐标系2G55；G56选择工件坐标系3G56；G57选择工件坐标系4G57；G58选择工件坐标系5G58；G59选择工件坐标系6G59；G6500宏程序调用G65 P L ；G6612宏程序模态调用G66 P L ；G67宏程序模态调用取消G67；G7000精车循环G70 P Q ；G71粗车循环G71 U R ；G71 P Q U W F ；G72端面粗车复合循环G72 W R ；G72 P Q U W F ；G73多重车削循环G73 U W R ；G73 P Q U W F ；G74端面深孔钻削循环G74 R ；G74 X(U) Z(W) P Q R F ；G7500外径/内径钻孔循环G75 R ；G75 X(U) Z(W) P Q R F ；G76螺纹切削复合循环G76 P Q R ；G76 X(U) Z(W) R P Q F ；G9001外径/内径切削循环G90 X(U) Z(W) F ；G90 X(U) Z(W) R F ；G92螺纹切削复合循环G92 X(U) Z(W) F ；G92 X(U) Z(W) R F ；G94端面切削循环G94 X(U) Z(W) F ；G94 X(U) Z(W) R F ；G9602恒线速度控制G96 S ；G97取消恒线速度控制资 料 卡模态指令：一经指定就一直有效，直到被同组的G代码取消为止。非模态指令：只在本程序段中有效，下一段程序需要时必须重写。G97 S ；G9805每分钟进给G98 F ；G99每转进给G99 F ；说明：打的为开机默认指令。00组G代码都是非模态指令。不同组的G代码能够在同一程序段中指定。如果同一程序段中指定了同组G代码，则最后指定的G代码有效。G代码按组号显示，对于表中没有列出的功能指令，请参阅有关厂家的编程说明书。2. 辅助功能指令（M指令）辅助指令也叫M指令或M功能，它由地址M和后面两位数字组成，从M00M99，共100种。辅助功能主要控制机床或系统的开、关灯辅助动作的功能指令，例如冷却液的开、关，主轴的正、反转，程序的结束等。各数控系统和机床的生产厂商不同，M指令也不尽相同，使用时需要参照机床的手册进行。FANUC系统常用的辅助功能指令见表2-2。表2-2 常用M指令一览表序号指令功能序号指令功能1M00程序暂停7M30程序结束并返回程序头2M01程序选择停止8M08冷却液开3M02程序结束9M09冷却液关4M03主轴顺时针方向旋转10M98调用子程序5M04主轴逆时针方向旋转11M99返回主程序6M05主轴停止12M12/M13卡盘松/紧为保证程序以正确的次序执行，有很多M指令，最好以单独程序段进行编程。对于分度功能的机床，M指令还用于指定第二辅助功能，及分度功能。3. 坐标功能坐标功能字用来设定机床各坐标的位置量，它一般用X/Y/Z/U/V/W/P/Q/R（用于指定直线坐标尺寸和A/B/C/D/E（用于指定角度坐标值）及I/J/K（用于指定圆心坐标位置尺寸值）等地址为首，在地址符后跟“+”或“-”及一串数字。增量值：X轴，用地址U；Z轴，用地址W；C轴，用地址H；Y轴，用地址V。X100.00, Y20.5, A+30, I-10.04. 刀具功能（T功能）刀具功能是指系统进行选刀或换刀的功能指令，亦称为T指令。刀具功能用地址T及后缀的数字来表示，常用的刀具功能指令方式有T4位数法和T2位数法。(1) T4位数法：T地址符后跟4为数字表示，可同时指定刀具号和刀具补偿号，头两位指定刀具号，后两位指定刀具补偿的存储器号，刀具号与刀具补偿存储器号不一定相同。T0101 表示选用1号刀和1号刀具补偿存储器中的补偿值；T0506 表示选用5号刀和6号刀具补偿存储器中的补偿值。(2) T2位数法：T地址符后跟2位数字表示。T2位数法只能指定刀具号，刀具补偿存储器号有其它代码选择（如D或H代码）。例如：T02 D03 表示选用2号刀，半径（直径）补偿用3号半径（直径补偿）存储器中的补偿值。目前，Fanuc系统和国产数控车床系统用T4位数法，而绝大多数的加工中心及Simens系统数控车床采用的是T2位数法。5. 进给功能（F功能、G98/G99）用来指定刀具相对工件的运动速度的功能称之为“进给功能（或F功能）”，它由F地址符合后缀数字组成，根据加工需要，可分为“每分钟进给”和“每转进给”两种。(1) 每分钟进给G98直线运动单位为mm/min，主轴回转，则其单位为 /min。每分钟进给通过“准备功能指令”G98（数控铣床及部分数控车床用G94）来指定，其值为大于0的常数，例如G98 G01 X20.0 F100 （进给速度为100mm/min）(2) 每转进给G99（一般为系统缺省状态）在镗孔、加工螺纹及部分精加工中，常用每转进给来指定进给速度，其单位为mm/r，通过准备功能指令G99（数控铣床及部分数控系统用G95）来指定，例如：G99 G01 X20.0 F0.2 （进给速度为0.2mm/r）6. 主轴功能（S功能、G96/G97）用来控制主轴转速的功能称为主轴功能，亦称S功能，由S地址符和后缀数值组成，根据的需要，主轴转速可分为线速度V和转速S两种。(1) 恒主轴转速指令（G97 Sxxx）转速单位为r/min，用“准备功能指令”G97来指定，其值为大于0的常数（缺省为G97），同时，也为取消“恒线速度指令”，指令的格式如下：G97 S1000 （主轴转速为1000r/min）(2) 恒线速度（G96 Sxxxx）为保证表面加工质量，转速度常用恒线速度来指定，其单位为m/min，用准备功能指令G96来指定。指令格式为：G96 S100 主轴转速为100m/min线速度V与转速S有如下换算关系：V = Dn/1000N= 1000v/ D其中，V- 线速度 m/miinD- 切削位置直径，mmn- 主轴转速， r/min 采用恒线速度编程时，注意，为防止转速过高引起事故，一般需要对转速进行限制，即需要预先对最大转速进行限定（Fanuc系统的转速限制指令为G50 Sxxx）。(3) G50：限制主轴最高转速指令编程格式：G50 Sxxxx 例：G50 S3000 表示主轴最高转速为3000r/min在加工过程中，也可通过机床操作面板上的主轴倍率开关对主轴转速积习难改修正，其调整范围为50%-120%。2.4.4. 数控车床编程规则1. 绝对坐标与增量坐标（G90/G91）u Fanuc系统中的绝对与增量坐标的表示直接以X、Z组成的坐标功能字表示绝对坐标值，而用U、W组成的坐标功能字表示增量坐标，绝对坐标值表示坐标原点到该点之间的矢量值，而增量坐标值表示是前一点到该点的矢量值。举例说明。、u Simens中的绝对坐标与增量坐标绝对坐标用G90进行设置。G90 X20 Z10;增量坐标用G91进行设置。G91 X25 Z302. 公制与英制编程（G20/G21）Fanuc系统用准备功能指令来确定编程单位是公制还是英制。G21为公制，G20为英制；Simens系统为G71为英制，G70为公制。3. 小数点编程数字单位以公制单位时，一种以mm为单位，一种以机床的脉冲当量为最小输入单位，常见的机床脉冲当量为0.001mm。一般用mm为单位编制，同时，为编程方便，一般采用不省略小数点的方式进行。例如：X50.0X50.X50000（脉冲当量为0.001mm）2.5 Fanuc数控车削的常用编程指令2.5.1 常用插补G指令1. 快速点定位指令（G00）指令格式： G00 XZ-;例：G00 X40.00 Z20.00坐标点为刀具运动的目标点坐标。可为绝对坐标，也可为增量坐标。G00的快速移动速度由机床系统设定，在操作时，可以通过机床操作面板上的倍率旋钮对速度进行调节（F0，F25，F50，F100）G00的运动轨迹通常为折线型运动，采用此运动方式时注意进、退刀时刀具在机床的相对位置，避免刀具与机床、工装和工件发生碰撞。2. 直线插补指令（G01）指令格式：G01 X-Z-F-；其中，X与Z为刀具运动的目标点坐标，F为刀具切削的进给速度。G01指令时直线运动指令，刀具的运动轨迹为连接起点与终点的直线段。G01必须含有F指令，否则系统会报警或出现问题。3. 圆弧插补指令（G02/G03）指令格式 ： G02(G03) X-Z-R-;G02(G03) XZIK-;G02为顺时针方向的圆弧补偿；G03为逆时针方向的圆弧补偿，X、Z为圆弧终点坐标值，其可为绝对值，也可为增量值。R为圆弧半径；I/J/K分别为圆弧起点相对于圆弧圆心分别在X/Y/Z上的增量值。说明：顺、逆时针的判断：确定机床的Y轴方向，然后逆着Y轴看该圆弧，则顺时针方向用G02表示，逆时针方向用G03表示。I/J/K分别为在X、Y、Z方向上的矢量值，故其有正、负之分，区分正、负值时看从起点到圆心是坐标值增加，则为正，减少，则为负；还需注意的是：I为距离值，不需要乘2。圆弧的半径值：半径值有正负之分，圆心角小于或等于180，则程序中的R值为正值；圆心角大于180并小于360，则R用负值表示。举例说明。4. 暂停功能指令 G04（1）含义：G04指令使前段指令的“进给速度”减小到零后，使刀具进给运动暂停一指定时间；暂停时间结束后立即执行G04后面的程序段。该指令常用于车槽工序，当车槽到位后，不要马上退出，让主轴再转一两转后再退刀，使槽底平整。（2）编程格式：G04 X（P） ；其中：X或P为暂停时间，X为秒，取值范围为09999.999；P为毫秒ms，取值范围为09999，不能有小数点。如：G04 X2.0 G04 P2000 都表示暂停2秒。2.5.2 与坐标系相关的指令（G54-G59）1. 工件坐标系零点偏置指令（G54G59）指令格式：G54 程序中设置工件坐标系零点偏移指令G53 程序中取消工件坐标系的设定，即选择机床坐标系。2. Fanuc系统工件坐标系设定指令（G50）指令格式：G50 XZ-；X、Z后的数据位刀具当前位置相对于新设定的工件坐标系的新坐标值。局部坐标系（坐标平移）指令G52G52 XZ-；设定局部坐标系G52 X0 Z0； 取消局部坐标系3. 返修参考点系指令机床返回参考点的功能多通过开机后手工返回参考点的操作进行的，也可以通过编程指令自动实现。Fanuc系统与返回参考点相关的指令有G27、G28、G29、G30三种。具体可查机床参考手册，了解其详细功能。2.5.3 常用的M功能指令规则不同的机床设备商对M代码的定义略有差异，但部分的M代码，所有设备的含义都相同，常见的有：序号代码功能序号代码功能1M00程序暂停7M30程序结束2M01程序选择停止8M08切削液开3M02程序结束9M09切削液关4M03主轴正转10M98调用子程序5M04主轴反转11M99返回子程序6M05主轴停止1. 主轴停止（M00）执行M00后，机床所有动作停止，以便执行某种手动操作，如尺寸测量等；重新按下循环启动按钮后，再度执行M00指令后的程序。常用于粗加工与精加工之间的精度检测时的暂停。2. 程序选择停止（M01）功能与M00相似，但需要在机床操作面板上打开“选择停止”按钮，指令才有效。该指令常用于检查工件的某些关键尺寸。3. 程序结束（M02）M02指令执行后，表示本加工程序内所有内容以完成，但光标不返回程序开始。4. 程序结束（M30）与M02功能相似，原来用加工纸带时表示加工纸带程序一结束，现用于加工结束。与M02不同之处是M30执行之后，机床主轴、切削液随即关闭，机床上光标返回程序起始段，为下一个工件加工做好准备。5. 主轴功能（M03 /M04 /M05）M03用于主轴顺时针旋转（常称之为“顺转”），M04用于主轴逆时针旋转（简称“反转”），M05表示主轴停止。6. 冷却液开、关（M08 /M09）M08表示冷却液开，M09表示冷却液关闭。7. 子程序调用（M98/M99）在Fanuc系统中，M98为子程序调用指令，M99为子程序运行结束返回主程序。2.5.4 程序实例在卧式数控车床加工图6.7所示的轴类零件，试利用常用编程指令编写其精加工程序。图2.7若对刀点坐标P（100，100），A点坐标A（0，3）。走刀路线为：PAO 123456789P刀具：假定刀尖的半径为0.0（即完全尖刀）其程序内容为：%O1234；（采用直径编程）N10 G50 S1200; （设定最大转速）N15 G00X100.0 Z100.0；N20 M03 S1000；N30 T0101； （调用刀具）N35 X0 Z3.0 M08；N40 G01 Z0 F200；N50 G03 X40.0 Z-20.0 R20.0；N60 G01 Z-40.0；N70 X50.0；N80 Z-70.0；N90 X70.0 W-25.0；N100 W-15.0；N110 G02 X70.0 W-30.0 R70.0；N120 G01 X70.0 Z-150.0；N130 X75.0 M09；N140 G00 X100.0；N150 Z100.0；N155 T0100N160 M05；N170 M30；%3. 数控车削的刀具位置与半径补偿指令3.1 刀具的补偿功能说明与刀位点数控车削的刀具补偿指令包括“刀具位置补偿”（亦称“刀具偏置”）和“刀尖圆弧半径补偿”，在程序中分别用T指令和G41、G42、G40指令来设定。刀位点的概念刀位点，即是编程和加工时，用于控制刀具位置的特征点。3.2 刀具位置补偿（即刀具偏置）指令数控车削采用多把刀具加工时，各把刀具在X和Z方向上的尺寸可能不同，选择其中一把刀具为基准刀，其它刀具与基准刀具在X和Z方向上的尺寸差值X和Y，称为刀具位置偏差，如图3.1所示。刀具偏置分为“刀具几何偏置”和“刀具磨损偏置”两种。在加工时采用设置刀具位置补偿值来弥补因刀具的几何形状和安装位置不同而产生的位置偏差。刀具位置补偿指令由刀具功能字T来指令。T后跟四位数，其中前两位为刀具号，后两位为刀具位置补偿号，用于选择刀具和设定刀具位置补偿。一般规定后两位刀具位置补偿号为0，表示撤消刀具位置补偿。所以，编程格式为：Txxxx 建立刀具位置补偿Txx00 撤消刀具位置补偿图3.1另外，刀具在加工过程中也会有不同程度的磨损，为了减少加工误差，也应进行位置补偿。刀具在加工过程中除了X、Z方向有不同程度的磨损外，刀尖也会磨损，可能出现小圆弧，必要时应考虑刀尖磨损补偿（及称为“刀具磨损补偿”）。3.3 刀尖圆弧半径补偿（G41、G42、G40）3.3.1 刀尖圆弧半径补偿的目的数控车床的编程和对刀操作通常是以理想刀尖为基准的，为了提高刀具寿命和降低表面粗糙度，实际加工中的车刀刀尖不是理想的尖锐，总是有个小圆弧；刀尖的磨损还会改变小圆弧半径。刀尖圆弧半径补偿的目的就是解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。图3.2所示，是一带圆弧的刀尖及方位。编程和对刀使用的是理想刀尖点P，由于刀尖圆弧的存在，实际切削点是刀尖圆弧和加工表面的相切点。车端面时，刀尖圆弧的实际切削点与理想刀尖点P的Z坐标值相同；车内、外圆柱面时，实际切削点与理想刀尖点P的X坐标值相同。因此，车端面和内、外圆柱面时不需要对刀尖圆弧半径进行补偿。图3.2当加工轨迹与坐标轴不平行时（斜线或圆弧）时，则实际切削点与理想刀尖点之间在X、Z轴方向都存在位置偏差，如图3.3所示。以理想刀尖点P编程进给轨迹为实线P1P8，刀尖圆弧的实际切削轨迹为图中虚线所示，有少切和过切现象，造成加工误差。刀尖圆弧半径越大，加工误差就越大。图3.33.3.2 刀尖圆弧半径补偿的基本原理当编制零件加工程序时，不需要计算刀尖圆心的运动轨迹，使用刀尖圆弧半径补偿指令（刀具半径补偿指令），只按零件轮廓编程， 并在操作面板上手工输入刀尖圆弧半径值和刀具方位号，数控系统便能自动计算出刀尖圆弧圆心的轨迹，并按刀尖圆弧圆心的轨迹运动，即执行刀具半径补偿后，道具自动偏离工件轮廓一个刀尖圆弧半径值，从而加工出所要求的工件轮廓，如图6.11所示。图3.43.3.3 刀尖圆弧半径补偿的方法（G41/G42）（1）刀尖圆弧半径补偿的参数：不仅刀尖圆弧半径值对加工精度有影响，刀尖圆弧的位置对加工精度也有影响，所以，刀尖圆弧半径补偿的参数有两个：一个是刀尖圆弧半径值R的大小，另一个是刀尖圆弧位置的刀尖方位号T，如图3.9所示，共有九种，图中A为理想的刀尖点，S为刀尖圆弧中心点，09分别为不同刀尖圆弧位置的刀尖方位号，0和9表示理想刀尖点A与圆弧中心点S重合，也可以理解为不进行刀尖圆弧半径补偿。在加工之前，利用操作面板，通过手动操作，将刀尖圆弧半径R值和刀尖方位号T值，填写到刀补表中即可。图3.5 （2）典型车刀的形状、位置和刀尖方位号之间的关系，见表3-1所示表3.1 典型车刀的形状、位置和刀具方位号之间的关系（3）刀尖圆弧半径补偿指令G41、G42、G40 含义：G41建立刀尖圆弧半径左补偿 G42建立刀尖圆弧半径右补偿 G40撤消刀尖圆弧半径补偿编程格式：G41（G42）G01（G00） X Z F G40 G01(G00) X Z F 其中：G41或G42中的X、Z为建立刀尖圆弧半径补偿段的终点坐标，G40中的X、Z为撤消刀尖圆弧半径补偿段的终点坐标。图6.13所示分别为刀架在前和刀架在后两种情况G41和G42用法。图3.6例1：在卧式数控车床加工图6.14所示的轴类零件，试利用常用编程指令编写其精加工及切断程序。（要求考虑刀具补偿）图3.7若对刀点坐标P（100，100），A点坐标A（0，3）。T01走刀路线为：PAO123456789P ，T02走刀路线为：P7切断7P其程序单：O2234；（采用直径编程）N10 G50 X100.0 Z100.0 T0101；N20 M03 S1000；N30 G00 X0 Z3.0 M08；N40 G42 G01 Z0 F200；N50 G03 X40.0 Z-20.0 R20.0；N60 G01 Z-40.0；N70 X50.0；N80 Z-70.0；N90 X70.0 W-25.0；N100 Z-150.0；N110 X80.0；N120 G40 G00 X100.0 Z-100.0 T0100；N130 S300 T0202；N140 G00 X100.0Z100.0N150 X80.0；N160 G01 X1.0 S30；N140 G00 X100.0 M09；N150 Z100.0；N160 M05；N170 M30；4. 数控车削简化编程指令车削零件的毛坯大多为圆柱棒料或铸造、锻造毛坯，余量较大，如果使用常用编程指令编写粗、精加工程序，会使程序特别长。利用简化编程指令可以大大缩短程序，提高编程效率，对于手工编程，掌握简化编程指令非常重要。本章简化编程指令主要讲：1、子程序 2、倒角、倒圆编程指令 3、单一循环编程指令 4、复合循环编程指令 5、螺纹加工编程指令。4.1 利用子程序编程（M98 /M99）为简化编程，当相同或相似的加工刀位、控制过程需要多次使用时，可以把此相同或相似的程序段编辑为独立的程序进行调用。调用改程序的加工程序成为“主程序”，被调用的程序称之为“子程序（以M99结束）”。主程序与子程序的程序号、程序内容结构基本一致，知识主程序结束一般用M02或M30，子程序的结束用M99。主程序可独立运行，而子程序一般不可独立运行。其编程指令及格式与数控铣削的子程序编程编成方法相同。即：指令含义：M98主程序调用子程序 M99子程序结束并返回主程序编程格式：M98 P L M99其中，调用地址P后跟4位数为子程序号，调用地址L后为调用次数，调用次数为1时，可以省略，允许重复调用次数为999次。编程举例：例1、在卧式数控车床上加工图4.1所示的手柄零件，试利用子程序编写其从粗加工到精加工的程序。毛坯为直径55毫米的圆钢棒料。图4.1(1) 坐标系如图所示，对刀点P（100，100），子程序开始点A（55，5），经计算可知A(17.143,-4.849)、B（25.163，-79.699）、C（23.111，-128.779）、D（40，-140）。(2) 确定切削参数：主轴转速S1000r/min，进给速度F200mm/min，背吃刀量ap5mm(直径值)。(3) 编写程序单：（采用直径编程）O3234；（主程序）N10 G50 X100.0 Z100.0；N20 M03 S1000；N30 G00 X55.0 Z5.0 M08；N40 M98 P2222 L11；N50 G00 X100.0 Z100.0；N60 M05；N70M30；O2222；（子程序）N10 G01 U-5 F200 M08；N20 Z0；N30 G03 U17.143 Z-4.849 R20.0；N40 G02 U8.020 Z-79.669 R80.0；N50 G03 U-2.052 Z-128.779 R50.0；N60 G02 U16.889 Z-140.0；N70 G01 Z160.0；N80 U10.0；N90 Z-170.0；N100 U5 M09；N110 G00 Z5.0；N120 U-55.0；N130 M99；4.2 倒角及倒圆角指令G01倒角和倒圆角是零件上常见的情况，FANUC的数控车削系统提供了在两相邻轨迹的G01程序段之间自动差补倒角或倒圆角的控制功能。如图4.2所示。使用倒角和倒圆角指令，可以省略计算交点和切点的坐标值，给编成带来了方便，达到简化编程的目的。图4.21、倒角指令编程格式：G01 X（U）xx.xx Z（W）xx.xx Cxx.x；其中X（U）、Z（W）的值是相邻直线AD和DE的假想交点D在工件坐标系中的坐标值，如图4.2（a）所示，X、Z为绝对坐标值，U、W为增量坐标值，C值是D点相对于倒角起点B的距离。2、倒圆角指令编程格式：G01 X（U）xx.xx Z（W）xx.x Rxx.x；其中X（U）、Z（W）的值是相邻直线AD和DE的假想交点D在工件坐标系中的坐标值，如图4.2（b）所示，X、Z为绝对坐标值，U、W为增量坐标值。R值是倒圆角的圆弧半径值。编程举例：例2、在卧式数控车床上加工图6-17所示的轴类零件。试利用倒角及倒圆角指令编写其精加工程序。图4.3其程序单为：O4234；（采用直径编程）N10 G50 X100.0 Z100.0；N20 M03 S1000；N30 G00 X0 Z3.0 M08；N40 G42 G01 Z0 F200；N50 G01 X30.0 C3.0；N60 G01 X30.0 Z-20.0 R20；N70 G01 X45.0 Z32.0；N80 G01X70.0 Z-60.0 C10；N90 G01X90.0 W-32.0；N100 G01X90.0Z-120.0 R8；N110 G01X115.0 M09；N120 G40 G00 X100.0 Z100.0；N130 M05；N140 M30；4.3 单一循环（固定程序）指令单一固定循环指令可以把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，从而简化编程。（图中R表示G00快速走刀，F表示G01进给速度走刀）4.3.1 圆柱面和圆锥面切削单一循环指令G90（用于轴类零件）亦称外径粗加工循环指令（轴向切削循环指令）（1）圆柱面单一固定循环切削指