《数控原理与编程》-第3章 数控车床的程序编制1

3.1数控车床编程概述

3.1.1数控车床的编程特点1.直径方向(X方向)系统默认为直径编程，即绝对坐标编程时坐标值为直径值，增量坐标编程时，取径向位移的2倍。

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的编程方式。与设计、标注一致、减少换算。当然，也可以采用半径编程，但必须更改系统设定。2.在一个程序段中，根据图样标注特点，可以采用绝对值编程(用X、Z表示)、增量值编程(用U、W表示)或者二者混合编程。

在越来越多车床中，X、Z表示绝对编程U、W表示增量编程，且允许同一程序段中二者混合使用。对图3-1编程加工可按下列几种方式编程：绝对:G01X100.0Z50.0F80增量:G01U60.0W-100.0F80混用:G01X100.0W-100.0F80或G01U60.0Z50.0F80图3-1绝对坐标与增量坐标编程3.X向的脉冲当量应取Z向的一半。其目的是提高径向尺寸精度。4.采用固定循环，简化编程。5.编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上为圆弧，因此，当编制加工程序时，需要考虑对刀具进行半径补偿。6.刀具位置补偿分为长度补偿和刀尖方位补偿，且不需要刀具补偿指令调用数据。而是在调用刀具指令中，同时调用刀补。7.第三坐标指令I、K在圆弧插补和固定循环程序中都有使用，但作用不同。3.1.2数控车床的坐标系统1.机床坐标系

对于数控车床的机床原点一般定在机床主轴轴线与装夹卡盘的法兰盘端面的交点上，如图3-2所示。在大多数数控机床都用回参考点的方式来确认机床原点的位置。参考点一般设在各个坐标轴的最大极限位置。图3-2数控车床机床坐标系与参考点之间关系2.工件坐标系

理论上讲，工件坐标系原点可以选在任何位置，但为了编程方便，数控车床的工件坐标系原点一般选在工件的左端面、右端面和卡盘前端面的主轴中心线交点上。如图3-3所示。图3-3数控车床加工工件坐标的选择3.起刀点和换刀点

数控车削加工时．因为有方刀架或者回转刀架，经常使用多把刀具进行加工，换刀是不可避免的。换刀点的选择也是应当注意的问题之一，换刀时既要保证刀架旋转时不打坏刀具，同时，也要考虑换刀点离工件不宜太远，以提高加工效率，在批量生产时尤为重要。换刀点可以利用G00指令快速定位，自行指定换刀位置，或者用G28指令返回参考点换刀，也可以利用G30指令通过中间点快速移动到第2参考点处进行换刀。3.2车床数控系统的功能

不同的数控系统其编程指令是不同的，同一种系统不同的版本其编程指令也是有所差异的，即使是相同的系统装在不同的机床上，其编程指令也不尽相同。

如果我们熟练掌握了一种系统基本编程方法，在学习其他系统会触类旁通，很容易学会。本教材以FANUC-0iT为例介绍数控车削系统编程指令3.2.1常用功能指令1.准备功能G指令书中表3.1给出了FANUC-0iT指令集G代码的含义。下面我们着重介绍圆弧插补指令(G02／G03)。指令格式一：G02(G03)X(U)_Z(W)_R_F_；指令格式二：G02(G03)X(U)_Z(W)I_K_F_；说明：G02/G03—指定圆弧插补的运动方向，分别表示顺时针／逆时针圆弧插补；

X(U)_Z(W)_—指令的是圆弧终点位置坐标，X、Z为终点位置的绝对坐标值；U、W为终点位置的增量坐标，可以混合编程；I_K_—指定圆心位置，分别为圆弧起点到圆弧中心在X、Z相应坐标轴的增量，它与圆弧终点坐标位置是绝对值指令还是增量值指令无关，始终为增量值坐标，同时，I值始终为半径值，对于尺寸字I0、K0可以省略，指令时没有顺序要求；R—为带符号的圆弧半径。小于等于180°时R为正值，大于180°的圆弧R为负值。F—为圆弧插补方向的进给速度。

数控车床圆弧插补方向的判别是，沿X轴负方向看过去．从圆弧起点到圆弧重点是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。图3-4是圆弧方向判断示意图。

对于前置刀架X轴的方向向下。

对于后置刀架，X轴的方向向上。前置刀架前置刀架

图3-4圆弧顺逆判断圆弧插补指令使用时应注意以下几点（1）用R指定圆弧时，不能加工整圆，需要将整圆至少分为两段。（2）I、K编程虽然可以编制出大于180°的圆弧，甚至编制出360°的圆弧．但对于车削加工，由于刀具结构方面的原因，一般不超过180°。2.辅助功能M指令

辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为2位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，FANUC-0iT常见辅助功能指令见表3.2。代码功能

代码

功能

M00程序停止

M13误差检测取消M01选择性程序停止

M30纸带结束M02程序结束

M40主轴齿轮在中间位置

M03主轴正转

M41主轴齿轮在低速位置

M04主轴反转

M42主轴齿轮在高速位置

M05主轴停

M68液压卡盘夹紧

M07切削液启动(雾状)M69液压卡盘松开

M08切削液启动(液状)M78尾架前进

M09切削液停止

M79尾架后退

M10车螺纹450退刀M98子程序调用

M11车螺纹直退刀M99子程序结束

M12误差检测表3.2FANUC-0iTM功能字含义表3.2.2坐标系设定功能

数控车床坐标系设定有三种方法，用G50设定、用G54~G59偏置、用刀具功能指令T设定等。1.用G50设定工件坐标系指令格式：G50X_Z_;说明：

式中X、Z为当前刀具位置相对于将要建立的工件原点的坐标值。X_Z_只能是绝对坐标编程。

例:如图3-5所示。刀具基准点选在刀尖上，若执行指令：G50X25.0Z350.0即建立了工件坐标系X1O1Z1，若执行指令：G50X25.0Z10.0即建立了工件坐标系X2O2Z2图3-5工件坐标系设定

G50设置的工件原点是随刀具当前位置（起始位置）的变化而变化的。执行G50指令时，是通过刀具当前所在位置（刀具起始点）来设定工件坐标系的。若起起刀点位置向左移动20mm，则执行上述指令时，结果就会放生变化。所以这种坐标系设定指令，实践中已经应用很少了。用G50设定工件坐标系时，X、Z取值要遵循一定原则：①方便数学计算和简化编程；②容易找正对刀；③不要与机床、工件发生碰撞；④方便拆卸工件；⑤空行程不要太长；

将预建立的工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值输入相应的刀具补偿存储器中，建立起工件坐标系相对于机床坐标系的补偿矢量,其输入在存储器中的坐标值就相当于补偿矢量在X和Z坐标轴的矢量分量。如图3-6所示。3.用刀具几何补偿设定工件坐标系a）工件坐标几何偏设置原理b)两把刀具的设置示意图图3-6刀具几何补偿建立工件坐标3.2.3刀具功能

T代码用于选刀，T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。数控车床上的T指令调用时，同时调入刀补寄存器中的刀补值，T指令是模态指令，调入的刀补值也一直有效，直到被其它刀具或刀补指令取代。在刀具补偿号指定的存储器中，操作者可以实现存入希望的刀具补偿值(又称刀补、刀偏即刀具补偿)。当数控系统调用相应的刀具工作时，数控系统会将刀具移动指令指定的移动位置加上相应的刀具半径补偿和位置补偿，最终确定刀具的实际位置。数控车床程序中刀具指令通常有以下两种格式指令格式：1.TXXXX（FANUC）2.TXXDXX（SIEMENS）说明：(1)前两位代表刀具号，后两位代表刀具补偿号；(2)数控车床上换刀指令直接用T指令完成。这是因为一般车床上都是用回转或者方刀架自动换刀，而不是机械手换刀，所以只有自动选刀T指令而没有机械手换刀指令M06；应当注意的是：当刀具号为00时．则不选择刀具。当刀具补偿号为00时，其补偿值为0，即相当于取消刀具补偿。同一把刀具可以调用不同的补偿号。一般来说，刀具的补偿存储器的数量远大于刀具数。1.刀具长度补偿1)刀具几何位置补偿由于刀具的几何尺寸不同和刀具安装位置的不同而产生的。确定刀具几何位置补偿方法：找出一把刀作为基准刀如图3-7所示（a），计算其它刀具的位置与基准刀的差值（比基准刀具短取负值）并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，刀具的实际位置就代替了原来位置。3.2.4数控车床的刀具补偿

包括长度补偿和刀尖圆弧半径补偿。（a）基准刀选择（b）刀补数值的计算图3-7刀具几何位置补偿2）刀具磨损补偿

磨损补偿主要是针对某把车刀而言，当某把车刀批量加工一批零件后，刀具自然磨损后而导致刀尖位置尺寸的改变，此即为该刀具的磨损补偿。3）刀具总补偿刀具的总补偿值等于几何补偿值与磨损补偿值的矢量和，其各轴的矢量分量是代数和。如图3-8所示。字母G和W分别代表几何补偿值和磨损补偿值。LX=GX+WX；LZ=GZ+WZ；式中LX、LZ是刀具X、Z轴的总补偿。3-8刀具总补偿图

数控车床调用刀具指令可直接调用刀具位置补偿，所以在车床上不使用刀具长度补偿指令G43、G44。

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3-9所示，图中理想刀尖点是在对刀时与工件坐标系原点重合的点，也即为车刀的刀位点。

2．刀尖圆弧半径补偿

图3-9刀尖圆角R▲当用理想刀尖点根据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，不会产生误差的。▲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3-10所示。图3-10刀尖圆角R造成的少切与过切为解决车削加工过程中的少切与过切问题，数控系统均设置有刀尖圆弧半径补偿功能，自动计算并进行补偿，以补偿这种误差。1)．理想刀尖的方位理想刀尖的方位是刀尖圆弧的中心相对于理想刀尖的位置，它由切削时刀具的方位决定，系统用T表示理想刀尖的方位号，并事先与刀尖半径补偿值一同存储在刀具补偿存储器中。a)后置刀架图3-11理想刀尖方位号b)前置刀架图3-11理想刀尖方位号2）刀尖半径补偿指令(G41/G42/G40)。指令格式：G00(G01)G41(G42)X(U)_Z(W)_；式中:G41—刀尖半径左补偿 G42—刀尖半径右补偿X(U)_Z(W)—为建立刀补或取消刀补的终点坐标；G41、G42都是模态代码,可相互注销。

取消刀补用G40，也是模态代码。注意:（1)G41G42不带参数,其补偿号(代表所用刀具对应的刀尖半径补偿值和刀尖方位)由T代码指定；（2)左补偿和右补偿的判定:从虚拟轴Y正方向看,沿着刀具前进方向,刀具在工件的左侧为左补偿,在右侧为右补偿，如图3-12所示；a)后置刀架b)前置刀架图3-20刀具补偿指令G41与G42判定（3）G40、G41、G42指令不能与G02、G03、G71、G72、G73、G76指令出现在同一程序段。G01程序段有倒角控制功能时也不能进行刀具补偿。（4）在刀尖圆弧半径补偿存储器中,定义了车刀刀尖圆弧半径值及刀尖的方位号；加入刀尖半径补偿指令后，刀具在运动过程中，刀尖圆弧始终保持与工件接触。（5）当刀具磨损、重新刃磨或更换新刀具后，刀尖半径发生变化，这时只需在刀具补偿输入界面中改变刀具参数的R值，而不需修改已编好的加工程序。（6）可以用同一把刀尖半径为R的刀具按相同的编程轨迹分别进行粗、精加工。设精加工余量为△，则粗加工的刀具半径值为R＋△，精加工的刀具半径值为R。

由于数控车床刀尖半径存在引起的加工误差，只在加工与坐标轴不平行的斜线，圆弧或曲线加工时才产生。因为刀剑圆弧半径很小（常用刀具中多为0.2㎜、0.4㎜、0.6㎜、0.8㎜、1.0㎜等），所以只有在加工精度要求高时，调用刀尖圆弧半径补偿指令加左刀补或者右刀补，而刀具补偿值在刀具指令中已经调用。这里不再涉及补偿号。

例1应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图3-13所示零件：图3-13刀尖半径补偿实例2O3015N10T0101N20M03S1500N30G00G42X58.0Z10.0M08N40G96S200N50G01Z0.0F1.5N60X70.0F0.2N70X78.0Z-5.0N80X83.0N90X85.0Z-5.0N100Z-15.0N110G02X91.0Z-18.0R3.0F0.15N120G01X94.0N130X97.0Z-19.5N140X100.0N150G00G40G97X200.0Z175.0S1000N160M05N170M303.2.5坐标值与尺寸单位设定功能1.绝对值／增量值指令数控车床刀具移动量的指令方法有绝对值指令与增量值指令两种，在绝对值指令中，刀具运动的终点位置相对的是编程原点或工件原点；在增量值指令中，

刀具运动的终点位置相对的是前一个运动点位置，

绝对值和增量值编程的指令地址字分别为X_Z_和U_W_。数控车床编程可以用绝对编程或增量编程，也可以绝对与增量混合编程。

2.英制／公制指令(G20／G21)程序中G代码的单位可以是英制或公制，具体可由指令G20/G21指定。

英制单位指令：G20，单位为inc(1in＝25.4mm)。公制单位指令：G21，单位为mm。注意：1）英制(G20)转换为公制(G21)以及相反转换时，刀具补偿值必须重新设置。但是当5006号参数的O位(0IM)是1时，刀具补偿值自动变换而不需要重新设置。2）国内机床的默认设置一般是米制单位(由参数0000设定)。也可通过MDI面板上OFFSET/SETTING键进入设定数据SETTING画面进行设定。因此很多人编程时往往省略不写G21指令。3.尺寸字数值的小数点编程

尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。1）用小数点表示法。即数值的表示用小数点“．”明确地标示出个位的位置。“X12.89”其中“2”为个位，故数值大小很明确。2）不用小数点表示法。即数值中没有小数点者，这时数控装置会将此数值乘以最小移动量（米制：0．001mm,英制：0．0001in）作为输入数值。如“Ｘ35”，则数控装置会将35×0．001=0．035mm作为输入数值。4.直径编程与半径编程使用直径编程时的注意事项：1）坐标系设定(G50)用直径值指定坐标值。2）固定循环参数，如沿X轴切深U(△d)、P（△i）用半径值指定。3）圆弧插补中的I值用半径值指定。3.3数控车床基本编程指令3.3.1G00、G01指令的简单应用图3-14G00G01编程实例程序(绝对值编程)如下：O0301N010G50X200.0Z100.0；N020G00X30.0Z5.0S800T0101M03；N030G01X50.0Z-5.0F1.3；N040Z-45.0；N050X80.0Z-65.0；N060G00X200.0Z100.0T0100；N070M05；N080M02；程序(增量值编程)如下：O0312；N010G00U-170.0W-95.0S800T0101M03N020G01U20.0W-10.0F1.3；N030W-40.0；N040U30.0W-20.0；N050G00U120.0W165.0T0100；N060M05；N070M02；3.3.2圆弧插补G02、G03的简单应用

如图3-15所示零件，试编制其外表面精加工程序。

已知：刀具T0101，主轴转速800r／min,进结速度0.2mm/r，工件坐标系设定在工件右端面中心，基于刀具几何补偿设定工件坐标系，起刀点为(100，200)。图3-15圆弧插补G02、G03编程实例精加工程序如下：O0334M03S800；G00X100.0Z200.OT0101GOOX62.0ZO.0；G01X0.0F0.2；C00X5.0Z2.0；G01X15.OZ-3.O；X15.OZ-14.5；G02X38.0Z-26.0R11.5；G01Z-45.0；G03X58.OZ-63.OR20.0G01Z-71.0；X62.；G00X100.0Z200.O；T0100；M05M30；3.3.4暂停指令G04简单应用指令格式：G04X(P)_；其中:X(P)为暂停时间。X后用小数表示，单位为秒；P后用整数表示，单位为毫秒。如：G04X2.0表示暂停2秒；G04P1000表示暂停1000毫秒。

如图3-16为车槽加工，采用G04指令时主轴不停止转动，刀具停止进给3秒。程序如下:G01X8.0F0.8；G04X3.0；

G00U8.0；图3-16暂停指令G04实例3.3.5G01自动倒角、倒圆

1.自动倒角、倒圆指令（G01）1)45°倒角(1)Z轴向X轴倒角Z轴向X轴倒角,即由轴向切削向端面切削倒角。编程格式:G01Z(W)_I±i。

式中：Z_为虚交点B的绝对坐标值，W_为点A到虚交点B的坐标增量。i为B到C或C’的距离。i的正负根据倒角是向X轴正向还是负向。

如图3-17a所示从图中可以看出：从虚交点B到C方向为X轴正向,i值为正,从虚交点B到C’方向为X轴负向,i值为负。a)Z轴向X轴图3-1745°倒角(2)X轴向Z轴倒角X轴向Z轴倒角,即由端面切削向轴向切削倒角。编程格式G01X(U)_K±k。

式中：X_为虚交点B的绝对坐标值，