第71章华中数控系统数控车床手工编程课件

7、1华中数控系统的

数控车床手工编程

教学提示

根据数控车床编程的特点，数控车床编程有不同的编程方法，突出数控车床的编程特征，以满足不同零件编程的需要。数控车床编程系统的工作过程强调，对编程参数的选择，典型工艺参数的选取，通常由选择合理的数控车床的功能指令来描述。即采用数控车床语句结构的格式来实现。创新消化学习教学要求

根据数控车床的结构特点，数控车床有不同的编程方法，明确数控车床对编程语句结构的要求；典型语句描述的含义，重点理解数控车床X—Z轴编程与工作原理的概念，包括：数控车床基本程序编程的理解，数控车床基本程序指令的理解，掌握数控车床基本程序编程的基本原理，同时掌握数控车床典型程序编程的特点，并能灵活的应用。创新消化学习7.1.1

华中数控系统的基本功能

准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。后续数字一般为1～3位正整数(参见表7-1)GGG1、准备功能（G功能）表7.1G功能字含义表G功能字华中世纪星HNC-21T系统G00快速移动点定位G01直线插补G02顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补G17XY平面选择G18ZX平面选择G19YZ平面选择G40刀具补偿注销G41刀具半径左补偿G42刀具半径右补偿G54零点偏置/建立工件坐标系G90绝对尺寸G91增量尺寸G94每分钟进给mm/minG95每转进给mm/revG96恒线速m/minG97恒转速rev/min

辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为1～3位正整数，又称为M功能或M指令。2．辅助功能字M用于指定数控机床辅助装置的开关动作。MMM表7.2M功能字含义表M功能字含义M03主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转M05主轴旋转停止M07切削液打开M08切削液打开M09冷却液关M30程序结束并返回开始处

主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。

单位为r/min。对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的S指令用来指定车削加工的线速度数。3．主轴转速功能字SFFF进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。4．进给功能字F

对于数控机床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺距。

刀具功能字的地址符是T，

又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。5．刀具功能字TTTT请问，下面刀具号的含义？T0101T0102刀具的快速定位G00刀具的加工定位G00刀具进入切削位置定位G01刀具切削端面G01刀具切削外圆G01退刀G01刀具退离工件G00外圆车刀加工零件实例主轴旋转M04冷却液开M08冷却液关M09M30结束7.1.2数控车床程序编制的基本方法

1、有关单位设定的G功能1）尺寸单位选择G20，G21格式：G20G21说明：G20：英制输入制式；G21：公制输入制式；G21G21G7.1.2数控车床程序编制的基本方法

2）进给速度单位的设定G94、G95 1．

在G95码状态下，F后面的数值表示的是主轴每转的切削进给量。

格式：G95

F_

例如：

G95F0.5表示进给量0.5mm／r

格式：G94F_例如：

G94F200表示进给量为200mm／min。

2．在G94码状态下，表示每分钟进给量。2、有关坐标系和坐标的G功能

1）绝对值编程G90与相对值编程G91

格式：

G90G91说明：G90：绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值

是相对于程序原点的。G91：相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值

是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的

距离。

看例题理解G90、G91例1.如图7-1所示，使用G90、G91编程：要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点，然后回到原点。

2）

坐标系设定G92

格式：

G92X_Z_说明：

X、Z：对刀点到工件坐标系原点的有向距离。G92X180Z254;以工件左端面为工件原点时：

请问：以工件右端面为工件原点时：坐标系如何设定？3)坐标系选择G54～G59

格式

：

说明：

G54~G59是系统预定的6个坐标系可根据需要任意选用。例3．如图7-4所示，使用工件坐标系编程。要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点。

3.进给控制指令

1)快速定位G00格式：

G00X（U）_

Z（W）_

说明：X、Z：为绝对编程时，快速定位终点在工件坐标系中的坐标；U、W：为增量编程时，快速定位终点相对于起点的位移量；3.进给控制指令2)线性进给G01格式：

G01X（U）_

Z（W）

_F_

；说明：X、Z：为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标；U、W：为增量编程时终点相对于起点的位移量；F_：合成进给速度。

例4．如图7-5所示，用直线插补指令编程。参考程序：%3305N1G92X100Z10（设立坐标系，定义对刀点的位置）N2G00X16Z2M03（移到倒角延长线，Z轴2mm处）N3G01U10W-5F300（倒3×45°角）N4Z-48（加工Φ26外圆）N5U34W-10（切第一段锥）N6U20Z-73（切第二段锥）N7X90（退刀）N8G00X100Z10（回对刀点）N9M05（主轴停）N10M30（主程序结束并复位）3)圆弧进给G02/G03

1.顺时针圆弧插补的指令格式:G02X(U)Z(W)IKF；

G02X(U)Z(W)RF；

2.逆时针圆弧插补的指令格式：

G03X(U)____Z(W)____I____K____F____；

G03X(U)____Z(W)___R___F____；注意:

（１）圆心位置的指定可以用R，也可以用I、K，R为圆弧半径值；（２）I、K为圆心在X轴和Z轴上相对于圆弧起点的坐标增量;3)圆弧进给G02/G03

G02顺时针圆弧插补3)圆弧进给G02/G03

G03逆时针圆弧插补G02/G03中的地址：指令格式:…G02X…Z…I…K……G03

X…Z…I…K…X和Z

是终点E的坐标。A是圆弧的起点.AAG02/G03中的地址指令格式:…G02X…Z…I…K……G03X…Z…I…K…I和K是起点A相对于到圆心M的增量坐标。i和K的长度是从起点A和圆心M的距离，且与X和Z轴平行的直线。I和

K

为增量I

属于X,K

属于Z3)圆弧进给G02/G03用圆弧插补指令编程。%3308N1G92X40Z5（设立坐标系，定义对刀点的位置）N2M03S400（主轴以400r/min旋转）N3G00X0（到达工件中心）N4G01Z0F60（工进接触工件毛坯）N5G03U24W-24R15（加工R15圆弧段）N6G02X26Z-31R5（加工R5圆弧段）N7G01Z-40（加工Φ26外圆）N8X40Z5（回对刀点）N9M30（主轴停、主程序结束并复位）4)螺纹切削G32格式：

G32X（U）__Z（W）__R__E__P__F__说明：X、Z：为绝对编程时，有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标；U、W：为增量编程时，有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量；F：螺纹导程，即主轴每转一圈，刀具相对于工件的进给值；R、E：螺纹切削的退尾量，R表示Z向退尾量；E为X向退尾量，R、E在绝对或增量编程时都是以增量方式指定，其为正表示沿Z、X正向回退，为负表示沿Z、X负向回退。使用R、E可免去退刀槽。R、E可以省略，表示不用回退功能；根据螺纹标准R一般取2倍的螺距，E取螺纹的牙型高。P：主轴基准脉冲处距离螺纹切削起始点的主轴转角。

螺纹切削参数螺纹编程实例%3312N1G92X50Z120（设立坐标系，定义对刀点的位置）N2M03S300（主轴以300r/min旋转）N3G00X29.2Z101.5（到螺纹起点，升速段1.5mm，吃刀深0.8mm）N4G32Z19F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点，降速段1mm）N5G00X40（X轴方向快退）N6Z101.5（Z轴方向快退到螺纹起点处）N7X28.6（X轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深0.6mm）N8G32Z19F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点）N9G00X40（X轴方向快退）N10Z101.5（Z轴方向快退到螺纹起点处）N11X28.2（X轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深0.4mm）N12G32Z19F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点）N13G00X40（X轴方向快退）N14Z101.5（Z轴方向快退到螺纹起点处）N15U-11.96（X轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深0.16mm）N16G32W-82.5F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点）螺纹切削参考程序：4.暂停指令G04格式：

G04P_说明：

P：暂停时间，单位为s。5.恒线速度指令G96、G97格式：G96S

G97S

说明：G96：恒线速度有效G97：取消恒线速度功能

S：G96后面的S值为切削的恒定线速度，

单位为m/min；

G97后面的S值为取消恒线速度后，

指定的主轴转速，单位为r/min；

如缺省，则为执行G96指令前的主轴转速度。用恒线速度功能编程%3314N1G92X40Z5（设立坐标系，定义对刀点的位置）N2M03S400（主轴以400r/min旋转）N3G96S80（恒线速度有效，线速度为80m/min）N4G00X0（刀到中心，转速升高，直到主轴到最大限速）N5G01Z0F60（工进接触工件）N6G03U24W-24R15（加工R15圆弧段）N7G02X26Z-31R5（加工R5圆弧段）N8G01Z-40（加工Φ26外圆）N9X40Z5（回对刀点）N10G97S300（取消恒线速度功能，设定主轴按300r/min旋转）N11M30（主轴停、主程序结束并复位）参考程序：6.复合循环华中数控HNC-T系统有四类复合循环，分别是G71：内（外）径粗车复合循环；G72：端面粗车复合循环；G73：封闭轮廓复合循环；G76：螺纹切削复合循环；复合循环复合循环复合循环 G71u（Δd）R（e） G71P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F（f）S（s）T（t）式中Δd——背吃刀量； e——退刀量； ns——精加工形状程序段中的开始程序段号； nf－－精加工形状程序段中的结束程序段号； Δu——X轴方向精加工余量； ΔW——Z轴方向的精加工余量； f，s，t——F，S，T代码。

1.)内（外）径粗车复合循环G71

在此应注意以下几点： l）在使用G71进行粗加工循环时，只有含在G71程序段中的F、S、T功能才有效。而包含在ns→nf程序段中的F、S、T功能，即使被指定对粗车循环也无效。 2）A→B之间必须符合X轴、Z轴方向的共同单调增大或减少的模式。 3）可以进行刀具补偿。【例】试按图示尺寸编写粗车循环加工程序。 O1 N10G50X200Z140T0101 N20G90G40G97S240M03 N30G00G42X120Z10M08 N40G96SI20 N50G71U2R0.l N60G71P70Q130U2W2F0.3 N70G00X40（ns） N80G01Z-30F0.15SI50 N90X60Z-60 N100Z-80 N110X100Z-90 N120Z-110 NI30X120Z-130（nf） N140G00X125G40 N150X200Z140 N160M02

（2）端面粗加工循环（G72）G72与G71均为粗加工循环指令，而G72是沿着平行于X轴进行切削循环加工的（如图6.26所示），编程格式为 G72U（Δd）R（e） G72P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F（f）S（s）T（t）其中参数含义与G71相同。

【例】图6.27所示零件的加工程序为

N10G50X200T0101 N20G90G40G97S220M03 N30G00G41X176G2M08 N40G96S120 N50G72U3R0.1 N60G72P70Q120U2W0.5F0.3 N70G00X160Z60（ns） N80G01X120Z70F0.15S150 N90Z80 N100X80Z90 N110Z110 N120X36Z132（nf） N130G00G40X200Z200 N140M02 (3)封闭切削循环（G73）所谓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。G73循环方式如图6.28所示。

指令格式G73U（i）W（k）R（d） G73P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw、）F（f）S（s）T（t）

式中i—X轴上总退刀量（半径值）； k—Z轴上的总退刀量； d—重复加工次数。

其余与G71相同。用G73时，与G71、G72一样，只有G73程序段中的F、S、T有效。

【例】图6.29程序为 N10G50X200Z200T0101 N20G97G40S200M03 N30G00G42X140Z40M08 N40G96S120 N50G73U9.5W9.5R3 N60G73P70Q130U1.0W0.5F0.3 N70G00X20Z0（ns） N80G01Z-20F0.15S150 N90X40Z-30 N100Z-50 N110G02X80Z-70R20 N120G01X100Z-80 N130X105（nf） N140G00X200Z200G40 N150M02（4）精加工循环（G70）由G71、G72完成粗加工后，可以用G70进行精加工。

指令格式:G70P（ns）Q（nf）其中ns和nf与前述含义相同。

在这里G71、G72、G73程序段中的F、S。T的指令都无效，只有在ns～nf程序段中的F、S、T才有效，以图6.29的程序为例，在N130程序段之后再加上： N140G70P70Q130就可以完成从粗加工到精加工的全过程。

（3）复合螺纹切削循环（G76）用G76时一段指令就可以完成复合螺纹切削循环加工程序。

指令格式G76P（m）(r)(α)Q（Δdmin）R(d) G76X（U）Z（w）R（i）P（k）Q(Δd)F(f)式中m——精加工最终重复次数（1～99）； R——倒角量； α——刀尖的角度，可以选择80°，60°，55°，30°，29°，0°六种，其角度数值用2位数指定；m、r、α可用地址一次指定，如m=2，.r=1.2,α=60°时可写成：P021.260； Δdmin——最小切入量；

d——精加工余量X（U），Z（W）——终点坐标； i——螺纹部分半径差（i=0时为圆柱螺纹）； k——螺牙的高度（用半径值指令X轴方向的距离）； Δd——第一次的切入量（用半径值指定）； F——螺纹的导程（与G32螺坊切削时相同）。螺纹切削方式如图6.38所示。…… G76P021260Q0.1R0.1 G76X60.64Z25P3.68Q1.8F6……6.2.6编程举例

加工图样、刀具布置图及刀具安装尺寸见图6.40所示。加工程序如下：

%0001 N10G50X200Z350T0101建立工件坐标系 N20G97S630M03主轴起动 N30G00X41.8Z292M08快进至准备加工点；切削液开 N40G01X47.8Z289F0.15倒角 N50Z230精车螺纹大径 N6OX50退刀 N70X62W-60精车锥面 N80Z155精车φ62mm外圆 N90X78退刀 N100X80W-l倒角 N110W-19精车φ80mm外圆 N120G02W-60R70精车圆弧 N130G01Z65精车φ80mm外圆 N140X90退刀 N150G00X200Z350T0100M09返回起刀点，取消刀补，切削液关 N160M06T0202换刀，建立刀补 N170S315M03主轴起动 N180G00X51Z230M08快进至加二：准备点；切削液开 N190G01X45F0.16车φ45mm槽 N200G00X51退刀 N210X200Z350T0200M09返回起刀点，取消刀补，切削液关 N220M06T0303换刀，建立刀补

N230S200M03主轴起动 N240G00X62Z296M08快进至准备加工点，切削液开 N250G92X47.54Z232.5F1.5螺纹切削循环 N260X46.94 N270X46.54 N280X46.38 N290G00X200Z350T0300M09返回起刀点，取消刀补，切肖液关 N300M05主轴停 N310M30程序结束7.刀具补偿功能指令

刀具的补偿包括刀具的偏置和磨损补偿，

刀尖半径补偿。

图形的数学处理（补充内容）

1选择原点及尺寸的换算

同一个零件，同样的加工，原点选择不同，尺寸字中的数据就不一样，所以编程之前先要选定原点。

车削件的程序原点X向均应取在零件的回转中心，即车床主轴轴线上，所以原点位置只在Z向作选择。原点选定后，就应将各点的尺寸换算成从原点开始的坐标值，并重新标注。一般先换算大轮廓的基点。

编程时可以用基本尺寸换算到原点的坐标值，但最好还是用公差中值换算出的坐标值来编程，这样在实际车削中比较容易控制尺寸误差。图6.43中，H点之外的七点均采用公差中值。

假如H点的Z向也采用公差中值，那么7°40′和57°20′这两个角度就会有所变化。车削光坯时应该保证这两个角度较为准确，这样H点的位置就应通过列解直线方程组求得。过G、H的直线方程和过J、H的直线方程分别为 x＝一tg7°40′×z十83.058525 X＝tg32°40′×z一19．636845

解方程组得

Z＝60.613412 X＝74．899178

这就是H点的坐标值。下面来看零件图样中B、E、J、M、S五个倒角处的细部（参看图6.43，W处与S处呈Z向对称，故不必另作计算），倒角处的各尺寸一律取公差中值，这样A、C、D、K、L、N、P、U八点的坐标值可简单换算得到，F和I点的坐标值用三角函数也可很快算出来，余下的Q、T两个基点及五个圆弧的圆心位置要作一些计算才能得到。

2、

基点坐标值的计算

对于外径上的四个倒角，都要标出圆心。它们均是已知圆上两点的坐标及半径，求圆心位置。这里介绍推导出来的一组公式（用X—Y坐标系）：如果已知A点和B点的坐标分别为（XA，YA）和（XB，YB），那么通过这两点的半径为R的圆心坐标值（X0，Y0）分别为： X。＝［J土］／（M2＋l） Y。＝N＋YA－MX0其中： M＝（XA－XB）／（YA－YB） N＝（XA2－XB2＋YA2－YB2）／（2YA－2YB）－YA J＝MN＋XA T＝N2＋XA2－R2

符合上述条件的圆有两个，公式中的正负号分别对应于AB直线右侧圆与左侧圆，分别将各点的参数值代入公式计算，即可得到四个圆弧的圆心坐标值。（计算略）下面求S处有关点的坐标，见图6－44。以S为坐标原点，先求圆心O的坐标。通过P点的α角度斜线方程是 Y＝cotα·X＋a

其左侧与它平行，距离为R的直线方程为 Y＝cotα＋a＋R／sinα（6－l）

通过U点的β角度斜线方程为 Y＝tanβ·X＋btgβ

其上侧与它平行，且距离为R的直线方程为

Y＝tgβ·X＋btgβ＋R／cosβ（6－2）

联立式（6－l）和式（6－2），代入已知条件就可得O点坐标值（计算略）。切点Q、T的坐标值则可很容易得到。典型零件的程序编制

一、

轴承内圈的数控加工工艺设计及程序编制 1．确定工序和装夹方式2．设计和选择工艺装备 3．选择刀具和确定走刀路线 4．选择刀片和决定切削用量 5．程序编制

二、锥孔螺母套零件的数控加工工艺设计及程序编制

1.零件图样分析

锥孔螺母套的加下表面由内外圆柱面、圆锥面、圆弧面及内螺纹等组成，其中φ28孔。φ60外圆及25、43两个长度尺寸的尺寸精度及形位公差的要求较高。零件形状描述清晰完整，尺寸标注完整，基本符合数控加工尺寸标注要求，切削加工性能较好，适于采用数控车床加工。 2．加工工艺性分析

毛坯为φ80mm×85mm的锻件，毛坯余量适中。对零件图样中标注公差的尺寸，编程时均应转换为对称公差，以转变后的轮廓尺寸编程。因而 φ800＋0.033改为φ28．016±0．016 φ600-0.025改为φ59．988±0012 φ25O-0.084改为φ24．958±0．042

左右端面均为多个尺寸的设计基准面，相应工序加工前，应先加工左右两端面，并作为Z向编程原点。内孔内螺纹加工完成后，需掉头再加工其他表面。 3．确定工序和装夹方式

加工顺序按由内到外、由粗到精的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。针对本零件的结构特点，可先粗、精加工外圆及内孔各表面，再精加工内孔各表面，然后精加工外轮廓表面。加工内孔时，先以毛坯外圆定位（见图6.48），用三爪自定心卡盘夹紧进行右端面、外圆、内螺纹等加工；掉头后（见图6.49），以精车过的外圆定位，加工端面、内孔和圆锥孔。加工外轮廓时，为保证同轴度要求和便于装夹，用一心轴以左端面和内孔定位，如图6.50所示；同时，将心轴右端用尾座顶尖顶紧以提高工艺系统刚性。 4．选择刀具和确定走刀路线

所选用刀具如表6.4所示。

确定走刀路线时，主要以表面切削要求为主。由于零件为单件小批量生产，要适当考虑最短进给路线或最短空行程路线。 5切削用量选择

根据被加工表面质量要求、工件材料和刀具材料，可参考切削用量手册或选定品牌刀具的使用手册来确定切削速度、进给量、背吃刀量等参数。 6．拟定工序卡片

将上述确定的各项内容综合后，填写以下数控加工工序卡片（见表6.5），作为数控程序编制人员及调整、操作人员的指导性文件。

将上述确定的各项内容综合后，填写以下数控加工工序卡片（见表6.5），作为数控程序编制人员及调整、操作人员的指导性文件。 7．编制加工程序

（1）外圆及螺纹孔加工如图6.48所示，用三爪自定心卡盘装夹零件后，编程原点设在零件右端面。其加工程序如下：

%1111 N10G50X200Z140T0110 N20G90G40G97S320M03 N30G00G41X85Z7M08 N40G96S120 N50G94X0Z4F60车端面 N60G00Z3 N70G94X0Z1F30 N80G00Z2 N90G94X0Z0F30N100G00G40X200Z140 N110G97S320 N120G00G41X85Z2T0202车外圆 N130G71U1R0.5 N140G71P150Q170U0.5W1F60S320 N150G00X72 N160G01Z-60F30 N170G00X75 N175G70P150Q170 N180G00G40X200Z140 N190G00X0Z2T0303S950钻中心 N200G01Z-2F30 N210G00Z10 N220G00X200Z140 N230G00X0Z2T0404S320钻孔 N240G01Z-75F10 N250G00G40X200Z140 N260G00G41X75Z10T0505S320镗孔 N270G71U1R0.5 N280G71P290Q330U0.5W0.5F40 N290G00X40.2Z1F30 N300G01X34.2Z-2 N310G01Z-22 N320G00X33 N330G00Z10 N335G70P290Q330 N340G00X200Z140 N350G00X33Z2T0606S320