数控基础技术 5

第三章数控车床加工基础§3-1数控车床编程基础§3-2固定循环功能§3-3综合零件编程实例§3-4数控车床的操作§3—1数控车床编程基础一、数控车床编程基础知识二、常用准备功能指令介绍三、刀具圆弧半径补偿一、数控车床编程基础知识

1．直径编程和半径编程§3—1数控车床编程基础

（1）用直径指定时称为直径编程。（2）用半径指定时称为半径编程。2．小数点编程数字单位以公制为例分为两种，一种以mm为单位，另一种以脉冲当量（机床的最小设定单位）为单位。现在大多数数控机床常用的脉冲当量为0.001mm。§3—1数控车床编程基础对于数字的输入，有些系统可省略小数点，有些系统则可通过系统参数来设定是否可以省略小数点，大部分系统小数点不可省略。对于不可省略小数点编程的系统，当使用小数点编程时，数字以mm为输入单位；而当不用小数点编程时，则以机床的最小设定单位作为输入单位。在应用小数点编程时，数字后面可以写“.0”，如“X50.0”，也可以直接写“.”，如“X50.”。若忽略了小数点，则指令值将变为原来的1/1000，此时若加工，则可能造成事故。此外，脉冲当量为0.001mm的系统采用小数点编程，其小数点后的位数超过三位时，数控系统按四舍五入处理。§3—1数控车床编程基础绝对值编程：X70.0Z40.0；增量值编程：U40.0W-60.0；混合编程：X70.0W-60.0；或U40.0Z40.0；3．绝对值编程、增量值编程和混合编程§3—1数控车床编程基础

1．快速点定位指令（G00）（1）指令格式

G00X（U）

Z（W）

；二、常用准备功能指令介绍G00指令使刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置。X、Z：刀具目标点的绝对坐标值；U、W：刀具目标点相对于起点的增量坐标值。§3—1数控车床编程基础

（2）示例如图所示，要求刀具快速从A点移动到B点，编程格式如下：1）绝对值编程G00X50.0Z80.0；2）增量值编程G00U-40.0W-40.0；§3—1数控车床编程基础G01指令是直线插补指令，规定刀具在两坐标间以插补联动方式按指定的进给速度做任意斜率的直线运动。

（1）指令格式

G01X（U）__Z（W）__F__；2.直线插补指令（G01）X、Z：刀具目标点的绝对坐标值；U、W：刀具目标点相对于起点的增量坐标值；F：刀具切削进给速度，可以是每分钟进给（mm/min），也可以是每转进给（r/min）。§3—1数控车床编程基础

（2）示例用G01编写，从A→B→C的刀具轨迹。1）绝对值编程为：G01X25.0F0.3；A→BG01Z13.0；B→C2）增量值编程为：G01U-25.0F0.3；A→BG01W-22.0；B→C课堂练习试用G00、G01指令编写图3-4所示工件的右端精加工程序。§3—1数控车床编程基础

3．圆弧插补指令（G02/G03）

§3—1数控车床编程基础圆弧插补指令使刀具相对工件以指定的速度从当前点向终点进行圆弧插补。G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补。（1）指令格式§3—1数控车床编程基础§3—1数控车床编程基础提示在使用圆弧插补指令时，需要判断刀具是沿顺时针还是逆时针方向加工工件。判别方法是：处在垂直于圆弧所在平面（数控车床为XOZ平面）的另一个轴（数控车床为Y轴）的正方向看该圆弧，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。在判别圆弧的顺、逆方向时，一定要注意刀架的位置及Y

轴的方向，如图所示。

（2）圆心坐标的确定圆心坐标I、K值为圆弧起点到圆弧圆心的矢量在X、Z轴上的投影。§3—1数控车床编程基础I

=10－20=－10mmK

=20－40=－20mm

（3）圆弧半径的确定圆弧半径R有正值与负值之分。通常情况下，在数控车床上所加工的圆弧的圆心角小于180°。§3—1数控车床编程基础

（4）示例编制圆弧精加工程序。§3—1数控车床编程基础§3—1数控车床编程基础课堂练习试用G02或G03编制下图零件的精加工程序。§3—1数控车床编程基础

4．螺纹插补指令（G32）§3—1数控车床编程基础（1）指令格式G32X（U）

Z（W）

F

；X（U）、Z（W）：螺纹终点坐标。X（U）省略时为圆柱螺纹切削，Z（W）省略时为端面螺纹切削，X（U）、Z（W）均不省略时为圆锥螺纹切削。F：螺纹导程，单位为mm。（2）指令说明1）螺纹切削应在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2。§3—1数控车床编程基础

编制螺纹加工程序时，为何设置升速进刀段和降速退刀段？δ1和δ2的数值与机床拖动系统的动态特性有关，还与螺纹的螺距P和螺纹的精度有关。δ1一般取（2～3）P，对大螺距和高精度的螺纹，取较大值；δ2一般取（1～2）P。若螺纹退尾处没有退刀槽，其δ2=0，这时该处的收尾形状由数控系统的功能设定。2）加工多线螺纹时，在加工完一条螺旋槽后，用G00或G01指令将车刀移动一个螺距，再按要求编程，加工下一条螺旋槽。

§3—1数控车床编程基础（2）示例如图所示圆柱螺纹M30×1.5，δ1＝2mm，δ2＝2mm，编写该螺纹的加工程序。

§3—1数控车床编程基础1）相关计算螺纹大径：d1=D-0.13P=30mm-0.13×1.5mm=29.805mm。螺纹小径：d2=D-1.08P=30mm-1.08×1.5mm=28.38mm。2）螺纹加工程序（见表3-3）

§3—1数控车床编程基础

§3—1数控车床编程基础§3—1数控车床编程基础课堂练习试用G32编写下图所示零件的螺纹加工程序。§3—1数控车床编程基础三、刀具圆弧半径补偿

1．刀具圆弧半径补偿的目的

当使用带有刀尖圆弧半径的刀具加工锥面和圆弧面时，必须将假设的刀尖点的路径作适当的修正，使切削加工出来的工件能获得正确的尺寸，这种修正方法称为刀具圆弧半径补偿。假想刀尖示意图

实际上真正的刀尖是不存在的，这里所说的刀尖只是一“假想刀尖”。刀尖圆弧和刀尖§3—1数控车床编程基础§3—1数控车床编程基础刀尖圆弧对加工的影响

§3—1数控车床编程基础2．刀具圆弧半径补偿指令后置刀架刀具圆弧半径补偿前置刀架刀具圆弧半径补偿§3—1数控车床编程基础刀具圆弧半径补偿的过程分为三步：（1）刀补的建立（2）刀补的进行（3）刀补的取消

3．刀具圆弧半径补偿的过程§3—1数控车床编程基础

4．刀具方位的确定假想刀尖方位共有9种，如图所示。后置刀架前置刀架§3—1数控车床编程基础（1）G41、G42、G40指令不能与圆弧插补指令写在同一个程序段内，可与G01、G00指令在同程序段出现，即通过直线运动来建立或取消刀尖圆弧半径补偿。（2）在调用新刀具前或要更改刀尖圆弧半径补偿方向时，必须先取消刀尖圆弧半径补偿，以避免产生加工误差或干涉。（3）在使用G41或G42指令进行刀尖圆弧半径补偿后，必须使用G40指令来取消补偿，格式为：G41（或G42）；G40；程序最后必须以取消刀尖圆弧半径补偿状态结束，否则刀具不能在终点准确定位。（4）G41、G42、G40是模态指令。§3—2固定循环功能一、单一形状固定循环二、复合固定循环§3—2固定循环功能一、单一形状固定循环1．内外圆车削循环（G90）（1）内外圆柱面车削循环1）指令格式G90X（U）__Z（W）__F__；X（U）、Z（W）：X、Z为圆柱面切削终点绝对坐标值，U、W为圆柱面切削终点相对于起点的增量坐标值§3—2固定循环功能2）示例加工如图所示的零件，编写加工程序。§3—2固定循环功能课堂练习试用G90指令编写如图3-20所示零件的右端轮廓加工程序。§3—2固定循环功能（2）内外圆锥面车削循环1）指令格式G90X（U）__Z（W）__R__F__；

X（U）、Z（W）：X、Z为圆锥面切削终点绝对坐标值，U、W为圆锥面切削终点相对于起点的增量坐标值，即图3-21所示C点的坐标。R：车削圆锥面时起点半径与终点半径的差值。F：进给速度。§3—2固定循环功能2）指令说明图3-21所示为圆锥面车削循环的加工轨迹，刀具A→B为快速进给（在编程时，A点在轴向上要离开工件一段距离，以保证快速进刀时的安全）；刀具B→C为切削进给（按照指令中的F值进给）；刀具C→D也为切削进给（为了提高生产率，D点在径向上不要离毛坯轮廓太远）。§3—2固定循环功能

2）示例加工如图所示零件，试用G90编写加工程序。§3—2固定循环功能

§3—2固定循环功能2．端面车削循环（G94）（1）圆柱端面车削循环1）指令格式G94X（U）__Z（W）__F__；2）指令说明①圆柱端面车削循环的加工轨迹如图3-23所示。刀具从A点出发，第1段沿Z轴方向快速移动到B点，第2段以F指令的进给速度切削到达C点，第3段切削进给退到D点，第4段快速退回到循环起点A，完成一个切削循环。§3—2固定循环功能②G94指令的特点是选用刀具的端面切削刃作为主切削刃，以车端面的方式进行循环加工。G90与G94指令的区别在于G90指令是在工件径向做分层粗加工，而G94指令是在工件轴向做分层粗加工；G94指令第一步是刀具先沿Z轴方向运动，而G90指令则是刀具先沿X轴方向运动。§3—2固定循环功能2）示例加工如下图所示零件，试用G94编写加工程序。

§3—2固定循环功能§3—2数控车床编程基础1）指令格式G94X（U）__Z（W）__R__F__；（2）圆锥端面车削循环R：端面切削的起点相对于终点在Z轴方向上的增量坐标值，圆台左大右小取正值，反之为负值。2）指令说明G94指令的加工轨迹如下：刀具从A点出发，第1段沿Z轴方向快速移动到达B点，第2段以F指令的进给速度切削到达C点，第3段切削进给退到D点，第4段快速退回到出发点A点，完成一个切削循环，如图3-25所示。§3—2固定循环功能3．螺纹车削循环（G92）（1）指令格式G92X（U）__Z（W）__R__F__；X、Z：螺纹终点的绝对坐标值。U、W：螺纹终点相对于螺纹起点的增量坐标值。R：圆锥螺纹起点与终点的半径差；加工圆柱螺纹时R值为零，可省略。F：刀具切削进给速度。（2）指令说明G92指令的加工轨迹如图3-26所示。刀具从循环起点开始按矩形或梯形循环，最后又回到循环起点。§3—2固定循环功能

（2）示例加工如图所示的M30×2—6g普通圆柱螺纹，试用G92指令编制加工程序。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能课堂练习试用G92编制下图所示螺纹的加工程序。二、复合固定循环§3—2固定循环功能

1．精加工复合固定循环（G70）

（1）指令格式

G70P（ns）Q（nf）；

采用复合固定循环G71、G72、G73指令进行粗车后，用G70指令可进行精车循环车削。ns：精加工程序的第一个程序段的段号。nf：精加工程序的最后一个程序段的段号。§3—2固定循环功能（2）指令说明执行G70指令时，ns～nf程序段中指定的F、S、T有效；如果ns～nf程序段中不指定F、S、T，粗车循环中指定的F、S、T有效。在使用G70指令精车时，要特别注意快速退刀路线，防止刀具与工件发生干涉。§3—2固定循环功能2．内外圆复合固定粗车循环（G71）（1）指令格式G71U（Δd）R（e）；G71P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F_S_T_；Δd：X向背吃刀量，半径量，不带正负号。e：粗加工每次车削循环的X向退刀量，半径量，无符号。ns：精加工程序第一个程序段的段号。nf：精加工程序最后一个程序段的段号。Δu：X向精加工余量（直径量）。Δw：Z向精加工余量。F、S、T：粗加工循环中的进给速度、主轴转速和刀具功能。§3—2固定循环功能（2）指令说明1）G71指令的加工轨迹如图3-29所示，A点为粗加工循环起点，B点为精加工路线的第一点，D点为精加工路线的最后一点。2）在B→D的移动指令中，指令F、S、T功能仅在精车中有效。3）A→B的刀具运动轨迹由顺序号ns的程序段指定。4）B→D的工件形状，X轴和Z轴都必须是单调增大或减小的图形。5）在编程时，A点在G71程序段之前指定。§3—2固定循环功能6）X向、Z向精加工余量Δu和Δw的符号如图3-30所示。§3—2固定循环功能

（2）示例如图3-31所示为G71指令应用示例（棒料毛坯加工）。粗加工背吃刀量为3mm，退刀量为1mm，进给速度为0.3mm/r，主轴转速为500r/min；精加工余量X向为1mm（直径值）、Z向为0.5mm，进给速度为0.15mm/r，主轴转速为800r/min。程序起点如图3-31所示。试编写加工程序。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能3．端面复合固定粗车循环（G72）（1）指令格式G72W（Δd）R（e）；G72P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F

S

T

；Δd：粗加工每次背吃刀量（正值，Z向）。e：粗加工每次车削循环的Z向退刀量。ns：精加工程序的第一个程序段的段号。nf：精加工程序的最后一个程序段的段号。Δu：X向精加工余量（直径量）。Δw：Z向精加工余量。F、S、T：粗加工循环中的进给速度、主轴转速和刀具功能。§3—2固定循环功能（2）指令说明端面复合固定粗车循环指令的刀具运动轨迹与G71指令类似，不同之处是刀具平行于X轴方向切削，是从外径方向往轴线方向切削端面的粗车循环，该循环方式适用于长径比较小的盘类零件端面的粗车。（3）示例如图3-32所示为G72指令应用实例（棒料毛坯的加工）。粗加工Z向背吃刀量为4mm，进给速度为0.3mm/r，主轴转速为500r/min；精加工余量X向为1mm（直径值）、Z向为0.5mm，进给速度为0.15mm/r，主轴转速为800r/min。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能4．形状复合固定粗车循环（G73）（1）指令格式G73U（Δi）W（Δk）R（Δd）；G73P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F_S_T_；Δi：粗车时X向切除的总余量（半径值）。Δk：粗车时Z向切除的总余量。Δd：循环次数。其他参数含义与G71指令格式中的参数相同。§3—2固定循环功能（2）指令说明：G73指令的加工轨迹如图3-33所示。执行G73指令时，每一刀的切削路线的轨迹形状是相同的，只是位置不同。每走完一刀，就把切削轨迹向工件移动一个距离，因此对于经锻造、铸造等粗加工已初步成形的毛坯，可用G73指令进行高效加工。（3）示例：如图3-33所示，粗加工总余量X向为9mm，Z向为3mm，进给速度为0.3mm/r，主轴转速为500r/min；精加工余量X向为1mm（直径值）、Z向为0.1mm，进给速度为0.15mm/r，主轴转速为800r/min。试用G73指令编写加工程序。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能础5．镗孔与深孔钻削复合固定循环（G74）（1）指令格式G74R(e)；G74X(U)_Z(W)_P(Δi)Q(Δk)R(Δd)F_；e：每次切削的回退量，模态值。X：切削终点的X向绝对坐标值，如图3-34中B点X向绝对坐标值。Z：切削终点的Z向绝对坐标值，如图3-34中C点Z向绝对坐标值。U：切削终点相对于切削起点的X向增量，如图3-34中A点至B点的X向增量。W：切削终点相对于切削起点的Z向增量，如图3-34中A点至C点的Z向增量。Δi：刀具完成一次轴向切削后在X向的偏移量，用不带符号的半径量表示。§3—2固定循环功能础Δk：Z向每次切削进给的切深，无正负符号，单位为μm。Δd：切削到终点的退刀量，为防止打刀，一般设为0。F：刀具切削进给速度。（2）指令说明1）G74指令的加工轨迹如图3-34所示。2）G74指令中，若指定X轴地址和X轴移动量，则为镗孔加工；若不指定X轴地址和X轴移动量，则为端面深孔钻削加工。3）深孔钻削时，刀具一定要精确定位到工件的旋转中心。4）F值为粗加工循环中的进给速度，如未指定则沿用前面程序段中的F值。§3—2固定循环功能

（2）示例在数控车床上加工如图所示直径为5mm、深为50mm的深孔，试用G74指令编制加工程序。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能6．内外圆切槽复合固定循环（G75）（1）指令格式G75R(e)；G75X(U)_Z(W)_P(Δi)Q(Δk)R(Δd)；e：切槽过程中径向退刀量，半径值，单位为mm。X（U）、Z（W）：切槽终点处坐标。Δi：切槽过程中径向每次切入量，用不带符号的半径量表示，单位为μm。Δk：沿径向切完一个刀宽后退出在Z向的移动量，用不带符号的值表示，单位为μm。Δd：刀具切到槽底后，在槽底沿Z向的退刀量。F：进给速度。§3—2固定循环功能（2）指令说明1）G75指令加工轨迹如图3-36所示。2）切槽刀起点A的X向位置应比槽口最大直径大2～3mm，以免在刀具快速移动时发生撞刀，Z向位置与切槽起始位置是从槽的左侧开始还是从槽的右侧开始有关。如图3-37所示，左刀尖作为刀位点，当切槽起始位置从左侧开始时Z为-30mm，当切槽起始位置从右侧开始时Z为-24mm（槽左侧尺寸20mm加刀宽4mm）。3）在切单个宽槽时须注意Δk值应小于刀宽，以使每次切削轨迹在宽度上都有重叠。4）Δd一般取0，以免断刀。5）指令中的Δi、Δk值为脉冲当量值，如P1500表示径向每次切深量为1.5mm。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能（3）示例加工如图3-37所示槽，工件材料为45钢，选用刀具为4mm宽切槽刀，试编写加工程序。§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能7．螺纹复合固定切削循环（G76）

§3—2固定循环功能§3—2固定循环功能§3—2数控车床编程基础

（2）示例用G76指令加工螺纹，零件如图所示。§3—2数控车床编程基础§3—2数控车床编程基础§3—3综合零件编程实例

一、实例一二、实例二三、实例三§3—3综合零件编程实例

一、实例一加工如图3-40所示零件，毛坯尺寸为φ40mm×150mm，材料为45钢。§3—3综合零件编程实例

1.确定加工工艺（1）图样分析§3—3综合零件编程实例

（2）工艺分析加工步骤：1）夹住毛坯外圆，毛坯伸出长度大于75mm，粗、精加工工件轮廓。2）用切槽刀加工螺纹退刀槽和宽为5mm的槽。3）加工M20×2mm螺纹。4）切断，保证总长。§3—3综合零件编程实例

（3）相关工艺卡片的填写§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

4．程序编制（1）建立工件坐标系（2）计算基点坐标值（见表3-15）§3—3综合零件编程实例

（3）轮廓加工参考程序（见表3-16）§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

（4）切断参考程序（见表3-17）§3—3综合零件编程实例

二、实例二加工如图3-42所示工件，毛坯尺寸为φ50mm×105mm，材料为45钢。§3—3综合零件编程实例

1．确定加工工艺（1）图样分析（2）确定装夹方式及工艺路线§3—3综合零件编程实例

（3）填写相关工艺卡片§3—3综合零件编程实例

（3）填写相关工艺卡片§3—3综合零件编程实例

2.相关计算螺纹大经：d大＝D－0.13P＝30－0.13×1.5≈29.8mm螺纹小径：d小＝D－2×0.6495P＝30－2×0.6495×1.5＝28.05mm3.程序编制编制零件右端加工程序。编制零件左端加工程序。§3—3综合零件编程实例

（1）零件右端加工程序（见表3-20）§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

（2）零件左端加工程序（见表3-21）§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

三、实例三加工如图3-45所示套类零件，毛坯尺寸为φ50mm×60mm，材料为45钢。§3—3综合零件编程实例

1．确定加工工艺（1）图样分析（2）工艺分析§3—3综合零件编程实例

（3）相关工艺卡片的填写§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

2.编制程序（1）粗加工右端轮廓1）建立工件坐标系2）编制加工程序（见表3-24）§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

（2）粗、精加工左端外轮廓及内孔1）建立工件坐标系2）编制加工程序（见表3-25）M24内螺纹的牙深：H=0.5413×1.5mm≈0.812mm§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

（3）精加工右端轮廓1）建立工件坐标系§3—3综合零件编程实例

2）编制加工程序（见表3-26）§3—3综合零件编程实例

§3—3综合零件编程实例

§3—4数控车床的操作一、系统控制面板二、机床操作面板三、数控车床的手动操作四、手动数据输入（MDI）操作五、对刀操作六、数控程序处理七、自动加工方式§3—4数控车床的操作一、系统控制面板FANUC0i系统数控车床的系统控制面板主要由显示器、MDI键盘和功能软键组成，如图3-49所示。§3—4数控车床的操作MDI键盘如图3-50所示，各按键的名称和作用见表3-27。§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作二、机床操作面板图3-51所示为配备FANUC0i车床数控系统的机床操作面板§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作§3—4数控车床的操作按下控制面板上的电源启动按钮打开机床总电源开关开启急停按钮1．开机和关机操作（1）机床的启动三、数控车床的手动操作§3—4数控车床的操作按下控制面板上的电源关闭按钮关掉机床电源总开关（2）机床的关停按下急停按钮§3—4数控车床的操作1234选择小的快速移动倍率按住回参考点相应的进给轴按钮对其他轴也执行同样的操作

2．回参考点操作按下回参考点模式按钮§3—4数控车床的操作3．手动进给（JOG进给）操作（1）按下JOG模式按钮，若指示灯亮，系统进入手动进给模式。（2）按住选定进给轴移动按钮，刀具沿选定坐标轴及选定方向及按参数设定的进给速度移动，按钮一释放机床就停止移动。（3）手动进给速度可由进给速度倍率旋钮调整。（4）若在按下进给轴和方向选择开关期间，按下了快速移动按钮，刀具将按快速移动速度运动。在快速移动期间，快速移动倍率按钮有效。4．手轮进给操作

（1）按下手轮模式按钮，若指示灯亮，系统进入手轮进给操作模式。（2）选择一个机床要移动的轴。（3）选择合适的手轮进给倍率。（4）旋转手摇脉冲发生器，机床沿选择轴移动。§3—4数控车床的操作

5．刀架的转位操作

在JOG或手轮模式下，按手动换刀按钮，则回转刀架上的刀台逆时针转动一个刀位。

6．主轴手动操作

按手动操作按钮CW、CCW、STOP控制主轴正转、反转、停止。调节主轴转速修调开关，对主轴转速进行