数控车床编程的基本知识范本.ppt

数控车床程序的编制,内容提要：数控加工对象数控车床编程的基础知识数控车床的基本功能指令数控车床程序段格式与组成数控车床编程的基本方法,第一节数控车削的主要加工对象,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，,数控机床上的有关点,在数控机床中，刀具的运动是在坐标系中进行的。在一台机床上，有各种坐标系与零点。理解他们对使用、操作以及编程都有作用。1.机床原点机床原点是机床坐标系的原点。对某一具体的机床来说，机床原点是固定的，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置2.机床参考点是用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标和控制的点，也称为机床零点。参考点相对于机床原点来讲是一个固定值。,参考点相对于机床原点来讲是一个固定值。它是在加工之前和加工之后，用控制面板上的回零按钮使移动部件移动到机床坐标系中的一个固定不变的极限点。数控机床在工作时，移动部件必须首先返回参考点，测量系统置零，之后测量系统即可以以参考点作为基准，随时测量运动部件的位置。3.工件坐标系和工件零点用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系。工件坐标系的原点就是工件零点,工件零点的一般选用原则：工件零点选在工件图样的尺寸基准上，这样可以直接用图纸标注的尺寸作为编程点的坐标值，减少计算工作量；能使工件方便地装卡、测量和检验；工件零点尽量选择尺寸精度较高、粗糙度比较低地工件表面上，以提高加工精度和同一批零件的一致性；对于有对称形状地几何零件，工件零点最好选择对称中心上。,4.程序原点为了编程方便，在图纸上选择一个适当位置作为程序原点，也叫编程原点或程序零点。对于简单零件，工件零点就是程序零点，这时的编程坐标系就是工件坐标系。对于形状复杂的零件，需要编制几个程序或子程序，为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置。程序原点一般用G92或G54G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）指定,第二节数控车床编程的基础知识,1、机床坐标系按JB305182的规定，车床主轴中心线为Z轴，垂直于Z轴的为X轴，车刀远离工件的方向为两轴的正方向。机床原点（机床零点）一般定在主轴中心线（即Z轴）和主轴安装夹盘面的交点上。为使数控装置得知机床原点所在位置的信息，常借助访问参考点来完成，机床参考点是由机床制造厂在机床装配、调试时确定的一个点，此点坐标值为X参、Z参。,2、对刀,对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。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。,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a。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间。此方法较为落后。,图a相对位置检测对刀,图b机外对刀仪对刀,图c自动对刀,*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b所示。,*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c所示。,3、数控车床的编程特点,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，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。,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。,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，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。如图所示。,第二节、数控车床编程的基本功能指令,1，准备功能指令准备功能指令又称G指令或G代码，它是建立机床或控制数控系统工作的一种指令,规定了机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀偏、暂停等多种操作。G指令由字母G和其后两位数字组成，不同的数控车床，其指令系统也不尽相同。G00:快速定位G01：直线插补G02：圆弧插补（顺时针）G03：圆弧插补（逆时针）G04：暂停G20：英制输入G21：公制输入,G32:螺纹切削G40:取消刀具半径补偿G41:刀具半径左补偿G42:刀具半径右补偿G50:坐标设定，主轴最大转速设定G70:精加工符合循环G71:外圆粗加工复合循环G72:断面粗加工复合循环G73:固定形状粗加工复合循环G74:端面切槽、钻孔复合循环,G75:外圆切槽复合循环G76:螺纹切削复合循环G90:外圆切削循环G92:螺纹切削循环G94：断面切削循环G96:主轴横线速控制G97:主轴横转速控制取消G98：每分钟进给G99:每转进给,2，辅助功能指令辅助功能指令又称M指令或M代码，这类指令的作用是控制机床或系统的辅助功能动作，如：冷却液的开、关；主轴的正、反转；程序结束等。M指令由字母M和其后两位数字组成。,注意：在同一程序段中，若有两个或两个以上的辅助功能指令，则读后面的指令,M00:程序停止M01:程序选择停止M02:程序结束M03:主轴正传M04:主轴反转M05:主轴停止,M08:冷却液开M09:冷却液关M30:程序结束M98:调用子程序M99:程序结束并返回主程序,3，F、S、T功能能指令（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。每转进给量编程格式G99FF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G98FF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。,（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。最高转速限制编程格式G50SS后面的数字表示的是最高转速：r/min。例：G50S3000表示最高转速限制为3000r/min。恒线速控制编程格式G96SS后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96S150表示切削点线速度控制在150m/min。,例：对图中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000150(40)=1193r/minB：n=1000150(60)=795r/minC：n=1000150(70)=682r/min,恒线速取消编程格式G97SS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：G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/min。,（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。,字地址可变程序段：地址指明指令的意义，字的数目可变。,NGXYFSTMLF,序号,准备功能,坐标运动尺寸,速度指令,转速指令,刀具指令,辅助指令,结束指令,第三节、数控加工程序的格式与组成,1、.程序段格式,2、小数点输入,（1）对于距离，小数点的单位是mm或in；对于时间，小数点的位置单位是s例如：X35.0即为X(坐标）35mm或35inF1.35即为F1.35mm/r或1.35mm/min（米制）G04X2.0表示暂停2s（2）程序中有无小数点的含义不同无小数点时，与参数设定的最小输入增量有关G21X1.0即为X1inG21X1即为X0.001mm或0.01mm（因参数设定不同）,一般的数控系统允许使用小数点输入数值，也可以不用。小数点可以用于距离、时间和速度等单位。,3、零件加工程序的结构,例：%O0600N001G92X0Y0Z1.0;N002S300M03;N003G90G00X5.5Y6.0;:N014G00X5.0Y10.0Z3.0;N015X0Y0;N016M30;%,一个完整的加工程序由若干程序段组成，每个程序段由若干指令组成，每个指令又由字母、数字、符号组成。,程序开头,程序内容部分,程序结束,由此可见：一个完整的程序必须包括程序开始部分、程序内容部分和程序结束部分。,第四节、数控车床编程的基本方法,CNC车床编程时，可以采用绝对值编程方式、相对值编程方式或混合编程方式。1、绝对值编程坐标指令绝对值编程是用刀具移动的终点位置的坐标值进行编程方法，它是用绝对坐标指令X、Z进行编程。格式如下：X_Z_为绝对值坐标指令，地址X后的数字为直径值。2、相对值坐标指令相对值编程时用刀具移动量直接编程的方法，程序段中的轨迹坐标都是相对前一位置坐标的增量尺寸，用U、W及其后面的数字分别表示X、Z方向的增量尺寸。U_W_为相对值坐标指令，地址U后的数字为X方向移动量的二倍,不同的数控系统，其编程格式及指令大同小异，现以FANUC0T/18T系统的数控车床的基本编程方法说明如下：,一：坐标值编程方式,3、混合编程坐标指令,在以程序段中，可以混合使用绝对值坐标（X或Z)和相对值坐标指令(U或W)进行编程。混合编程坐标指令有两组，一组指令是X轴以绝对值，Z轴以相对值坐标指令（X,W),另一组是X轴以相对值，Z轴以绝对值的坐标指令（U，Z),例如：X_W_,地址X后面的数字为直径值U_Z_,地址U后面的数字为X方向实际移动量的二倍,二、快速定位指令G00,G00是指令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运行到下一个目标点的位置，它是快速定位，而无运动轨迹要求。,程序格式：G00X(U）Z(W)其中X(U)、Z(W)为目标点的坐标。说明：执行该指令时，移动速度不需要在程序中设定，其速度有机床生产厂家预先调好，若程序中编入进给速度F,则它对G00程序无效。G00指令为模态指令，在下一程序段中连续有效。,三、直线插补编程指令G01,直线插补也称直线切削，它的特点是刀具以直线插补运算联动方式由某坐标点移动到另一座标点，有移动进给功能指令F来设定，机床执行G01指令时，在该程序中必须有F指令,程序格式：G01X(U)Z(W)F程序中的X(U)、Z(W)为目标点坐标，F为进给速度,说明：G01指令是模态指令，具有续效性。进给速度由F指定。如果在G01之前的程序段中没有F指令，而当前的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。,四、圆弧插补指令G02、G03,圆弧插补指令使刀具在指定平面内按给定的进给速度作圆弧插补运动，切削出圆弧曲线。数控车床是两个坐标的机床，只有X轴和Z轴，在判断圆弧的逆、顺时，应按照右手定则将Y轴也加以考虑。从Y轴的正向向Y轴的负方向看去，判断XZ平面内所加工圆弧曲线的方向，顺时针圆弧插补用,G02,指令，逆时针圆弧插补用G03指令。,加工圆弧时经常采用如下两种编程方法：,1、用圆弧终点坐标和半径R编写程序格式：G02(G03)X(U)Z(W)RF,说明：所谓圆弧七点坐标就是开始切削圆弧时的位置，圆弧终点坐标就是结束切削圆弧的位置。,2.用分矢量I、K和圆弧终点坐标编写圆弧加工程序程序格式：G02(G03)X（U)Z(W)IKF,说明：用分矢量I、K和圆弧重点坐标编写圆弧加工程序时，应首先找到圆弧的方向矢量，即从圆弧起点指向圆心的矢量，然后将其在X轴和Z轴上分解，分解后的矢量分别用在X轴和Z轴上的投影I、K加上正负号表示，当分矢量I、K的方向一致时取正号，不一致时取负号。,用圆弧半径和终点坐标加工圆弧时，由于在同一半径的情况下，从圆弧起点到终点有两个圆弧的可能性，为区分两者，规定圆心角小于或等于180时，用“+R”表示，圆心角大于180而小于360，用“-R”表示。,五、暂停指令G04,使刀具在指令规定的时间内停止移动的功能，本指令最主要的共用在于切槽或钻孔时能将切削及时切断，以利于继续切削；或是在横向车槽加工凹槽底部时，以此功能来使刀具进给暂停，使凹槽底部能切除未切齐的部分，保证凹槽底部平整；或是拐角处的精度要求很严格。,指令格式：G04X或G04U或G04P,最大指令时间为9999.999秒，最小为16ms。例如：暂停2.5s，G04X2.5或G04U2.5或G04P2500.,注意：使用P不能有小数点，最末一位数的单位是ms；G04功能只能在单独程序段中指令才起作用。,第四节数控车床编程,六、倒角、倒圆编程,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a所示。其编程格式为G01Z(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b所示。编程格式G01X(U)Kk。,a)Z轴向X轴,b)X轴向Z轴,第四节数控车床编程,任意角度倒角在直线进给程序段尾部加上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，如图所示。例：G01X50C10X100Z-100,第四节数控车床编程,倒圆角编程格式G01Z(W)Rr时，圆弧倒角情况如图a所示。编程格式G01X(U)Rr时，圆弧倒角情况如图b所示。,a)Z轴向X轴,b)X轴向Z轴,第四节数控车床编程,任意角度倒圆角若程序为G01X50R10F0.2X100Z-100则加工情况如图所示。,第四节数控车床编程,七、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a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b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a刀尖圆角R,图b刀尖圆角R造成的少切与过切,G40-取消刀具半径补偿，按程序路径进给。G41-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c。,第四节数控车床编程,图c刀尖圆角R的确定方法,第四节数控车床编程,例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工如图所示零件刀尖位置编码：3N10G50X200Z175T0101N20M03S1500N30G00G42X58Z10M08N40G96S200N50G01Z0F1.5N60X70F0.2N70X78Z-4N80X83N90X85Z-5N100G02X91Z-18R3F0.15N110G01X94N120X97Z-19.5N130X100N140G00G40G97X200Z175S1000N150M30,第四节数控车床编程,八、单一固定循环,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a、b所示，圆锥面单一固定循环如图c所示。,图a圆柱面切削循环,图bG90的用法（圆柱面）,第四节数控车床编程,编程格式G90X(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b所示零件。N10G50X200Z200T0101N20M03S1000N30G00X55Z4M08N40G01G96Z2F2.5S150N50G90X45Z-25F0.2,N60X40N70X35N80G00X200Z200N90M30,图c圆锥面切削循环,图d端面切削循环,第四节数控车床编程,图e锥面端面切削循环,图fG94的用法（锥面）,圆锥面切削循环编程格式G90X(U)Z(W)IF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；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c所示。,第四节数控车床编程,例：应用圆锥面切削循环功能加工图c所示零件。G01X65Z2G90X60Z-35I-5F0.2X50G00X100Z200,（2）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d所示。平面端面切削循环编程格式G94X(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d所示零件。G00X85Z5G94X30Z-5F0.2Z-10Z-15,第四节数控车床编程,锥面端面切削循环编程格式G94X(U)Z(W)KF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e所示。例：应用端面切削循环功能加工图f所示零件。G94X20Z0K-5F0.2Z-5Z-10,第四节数控车床编程,九、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）外圆粗切循环外圆粗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，如图所示。编程格式：G71U(d)R(e)G71P(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。,第四节数控车床编程,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：按如图所示尺寸编写外圆粗切循环加工程序。N10G50X200Z140T0101N20G00G42X120Z10M08N30G96S120N40G71U2R0.5N50G71P60Q120U2W2F0.25N60G00X40/nsN70G01Z-30F0.15N80X60Z-60N90Z-80N100X100Z-90N110Z-110N120X120Z-130/nfN130G00X125N140X200Z140N150M02,第四节数控车床编程,（2）端面粗切循环端面粗切循环是一种复合固定循环。端面粗切循环适于Z向余量小，X向余量大的棒料粗加工，如图所示。编程格式G72U(d)R(e)G72P(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段号；nf-精加工轮廓程序段中结束程序段段号；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。,第四节数控车床编程,（2）端面粗切循环端面粗切循环是一种复合固定循环。端面粗切循环适于Z向余量小，X向余量大的棒料粗加工，如图所示。编程格式G72U(d)R(e)G72P(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。,第四节数控车床编程,（3）封闭切削循环封闭切削循环是一种复合固定循环，如图所示。封闭切削循环适于对铸、锻毛坯切削，对零件轮廓的单调性则没有要求。编程格式G73U(i)W(k)R(d)G73P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t)式中：i-X轴向总退刀量；k-Z轴向总退刀量（半径值）；d-重复加工次数；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。,第四节数控车床编程,例：按如图所示尺寸编写封闭切削循环加工程序。N01G50X200Z200T0101N20M03S2000N30G00G42X140Z40M08N40G96S150N50G73U9.5W9.5R3N60G73P70Q130U1W0.5F0.3N70G00X20Z0/nsN80G01Z-20F0.15N90X40Z-30N100Z-50N110G02X80Z-70R20N120G01X100Z-80N130X105/nfN140G00X200Z200G40N150M30,第四节数控车床编程,（4）精加工循环由G71、G72、G73完成粗加工后，可以用G70进行精加工。精加工时，G71、G72、G73程序段中的F、S、T指令无效，只有在ns-nf程序段中的F、S、T才有效。编程格式G70P(ns)Q(nf)式中：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。例：在G71、G72、G73程序应用例中的nf程序段后再加上“G70PnsQnf”程序段，并在ns-nf程序段中加上精加工适用的F、S、T，就可以完成从粗加工到精加工的全过程。,第四节数控车床编程,十、深孔钻循环,深孔钻循环功能适用于深孔钻削加工，如图所示。编程格式G74RG74XZPQF式中：R为每次循环进给后的退刀量X、Z为终点坐标值；P为X方向每次切削深度，半径值，无正负号；Q为Z方向每次切削深度，无正负号；F为刀具切削进给速度。注意：程序中P、Q后的值不能写成小数；钻孔时P项不需要写，每切一个深度P,即退一个R,再切削时，从退刀位置开始，进给Q.一直循环切削至终点后才退回起点。第一位置切削至深度尺寸后，退回至循环起始位置后，沿X方向移动P,再继续进行Z方向深度切削。例：采用深孔钻削循环功能加工如图所示深孔，试编写加工程序。其中：e=1，k=20，F=0.1。N10G50X200Z100T0202N20M03S600N30G00X0Z1N40G74R1N50G74Z-80Q20F0.1N60G00X200Z100N70M30,第四节数控车床编程,十一、外径切槽循环,外径切削循环功能适合于在外圆面上切削沟槽或切断加工。编程格式G75RG75XZPQF式中：R为每次循环进给后的退刀量X、Z为终点坐标值；P为X方向每次切削深度，半径值，无正负号；Q为Z方向每次切削移动量，无正负号；F为刀具切削进给速度。注意：程序中P、Q后的值不能写成小数；每切一个深度P,即退一个R,再切削时，从退刀位置开始，进给一个深度P.第一位置切削至直径尺寸后，刀具