1、数控技术教学2.3数控车床和车削中心编程2.3.1 数控车床和车削中心编程基础数控车床，其总体布局和结构形式与普通车床类似，主要还是由床身、主轴箱、刀架、进给系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。由于应用了计算机数控系统、动力源采用了伺服电动机，使得主运动和进给运动系统机械结构大大简化。特别是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的进给箱、溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电动机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架，实现进给运动，它可以连续控制刀具的纵向(Z轴)和横向(X轴)运动，从而完成各类回转体工件内外型面加工。车削中心是一种以车削加工模式为主、添加铣削动力刀头后又可进行铣削加工模式的车铣合
2、一的数控机床。车削中心的主要特征是主轴( 称为C轴) 可以分度和进行伺服控制，回转刀架上除了安装车削刀具外，还可以安装钻削和铣削等自驱动刀具。在保证数控车床基本功能的同时，使工件在一次装夹下实现回转体的端面或圆柱面的铣削、钻削、镗削和攻丝的加工。这样工件在一次装夹下可以完成更多的加工工序，不仅提高效率，而且能大大提高加工精度。车削中心加工回转体工件时，工件的旋转是主运动，刀具的横向或纵向移动是从运动。而在进行铣削加工时，主轴及工件将转换成分度旋转运动，装在刀架台上的刀具的旋转运动是主运动，由内置于刀架台内的伺服电机带动。（一） 数控车床和车削中心的编程特点（1）由于被加工零件的径向尺寸在图纸上
3、和测量时，都是以直径值表示，所以直径方向用绝对值编程时，通常X以直径值表示，用增量值编程时，通常以径向实际位移量的二倍值示，并附上方向符号（正向可以省略）。车床出厂时一般设定为直径编程，所以在编程时与X轴有关的各项尺寸一定要用直径编程。如果需要用半径编程，则要改变系统中相关的几项参数，使系统处于半径编程状态。（2）由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，所以为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。（3）编程时，认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧，为提高工件的加工精度，编制圆头刀程序时，需要对刀具半
4、径进行补偿。大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能(G41、G42)，这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。图2-17 数控车床坐标系（4）车削中心是在数控车床的基础上发展起来的，编程方法大部分与数控车床相同，所不同的多了一个第三轴（C轴），为此数控系统也增加了专门用于车削中心的编程指令。（三）数控车床编程中的坐标系数控车床是以机床主轴线方向为Z轴方向，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。X轴位于与工件安装面相平行的水平面内，垂直于工件旋转轴线的方向，且刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向。车床的机床原点定义为主轴旋转中心线与卡盘后端面的交点，如图2-17所示，O点即为机床原点。机床坐标系即以
5、机床原点为原点，由X轴和Z轴组成的直角坐标系。参考点与机床原点的相对位置如图2-17所示，点O即为参考点，是离机床原点最远的极限点。其位置由Z向与X向的机械挡块来决定。当进行回参考点的操作时，安装在纵向和横向滑扳上的行程开关碰到相应的挡块后数控系统发出信号，由系统控制滑板停止运动，完成回参考点的操作。从理论上讲，工件坐标系的原点（即工件原点）可以选在任何位置，但实际上，为了编程方便以及各尺寸较为直观，工件坐标系的Z向一般取在工件的回转中心即主轴的轴线上，X向一般在左端面或右端面两者之中选择，即工件的原点可选在主轴回转中心与工件右端面的交点O上，也可选在主轴回转中心与工件左端面的交点O上（如图2
6、-18所示）。图2-18 数控车床工件坐标系2.3.2FANUC系统数控车床和车削中心常用指令的编程方法（一）FANUC系统编程概述1. FANUC的G代码系统在ISO数控编程语言中，有A、B、C三种G代码系统，一般情况下，FANUC采用A系统。A、B、C系统中G代码的含义见附表1。2. FANUC程序的结构FANUC-0i CNC存储器最多能够保存200个主程序和子程序可以从存储的主程序中选择一个主程序来操作机床。FANUC程序由若干程序段组成，由程序号开始，由程序代码结束。程序区结构 程序区程序号 O0001程序段1 N1G91G00X120.0Y80.0；程序段2 N2G43Z-32.0
7、H01；: :程序段n NnZ0；程序结束 M30；为了识别存在存储器中的程序，给每个程序分配一个程序号，它由地址O 紧跟4位数值组成，放在程序的开头。一个程序由若干指令组成，一个指令单位叫做一个程序段，用程序段结束代码EOB 把一个程序段与另一个程序段分隔开。FANUC系统EOB代码为“；”号。在程序段的开头可以放置一个顺序号，它由地址N 后跟一个不超过5位的数值(19999)组成。顺序号可以随意指定，也可以没有顺序号，可以跳过任何号。可以为所有的程序段指定顺序号，也可以只为那些程序中想要加顺序号的程序段指定顺序号，但是通常还是习惯于按照与加工步骤相协调的递增次序分配顺序号。一个程序段由一个
8、或多个地址字组成，一个字由一个地址和其后的数值组成，如G01，X70.0等。当在程序段的开头指定一个斜杠后跟一个数值(/n(n=19)，且机床操作面板上的选择程序段跳过开关接通时，在纸带工作方式或存储器工作方式中与指定的开关n对应的/n 程序段中所包含的信息被忽略。当选择程序段跳过开关为断开时，以/n指定的程序段中的信息有效，这意味着操作者能够决定是否跳过含有/n的程序段。/1中的号1 可以忽略。在任何地方，一对圆括号之间的内容为注释部分，NC对这部分内容只显示，在执行时不予理会。3. 绝对值编程、增量值编程与混合编程X轴和Z轴移动量的编程方法有绝对值编程、增量值编程和二者混合编程三种。绝对值
9、编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法。增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法。即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程。编程时也必须先设定编程原点。采用A系统时，用X、Z表示X轴与Z轴的坐标值；增量值编程时，用U、W表示在X轴和Z轴上的移动量。如图2-19所示，绝对值编程时为X30.0，Z70.0，增量值编程时为U-30.0，W-40.0。也可采用混合编程，如X30.0，W-40.0。 （a）绝对值编程 （b）增量值编程图2-19绝对值编程和增量值编程4. 小数点编程FANUC系统编
10、程时，一般采用小数点编程。带小数点数值的单位为毫米（公制）和度。例如：从A(0，0)移动到B(50，0)点，当使用小数点编程时，有以下两种表示方式： X50.0 X50.对于编程不带小数点的值，需和一个换算系数相乘。存在两种不同的换算系数，IS-B和IS-C。对于公制尺寸，IS-B线性轴的换算系数为0.001mm，回转轴的换算系数为0.001度，因此，当选择IS-B时，X1000相当于X1.0；IS-C线性轴的换算系数为0.0001mm，回转轴的换算系数为0.0001度，因此，当选择IS-C时，X1000相当于X0.1。通常采用IS-B。5. 英制和米制输入指令（G20，G21）G20表示英制
11、（inch）输入，G21表示米制（mm）输入。G20和G21是两个互相取代的代码，机床出厂前一般设定为G21状态，机床的各项参数均以米制单位设定，所以数控车床一般适用于米制尺寸工件的加工。在一个程序内，不能同时使用G20与G21指令，且必须在程序的开始设定坐标系之前在一个单独的程序段中指定。G20和G21指令断电前后一致，即停电前使用G20或G21指令，在下次开机后仍有效，除非重新设定。（二）插补功能1. 快速点定位指令G00G00指令是模态代码，使刀具以点位控制方式，从刀具所在点快速移动到目标点。G00移动速度是机床参数设定的空行程速度，与程序段中的进给速度F无关。格式：G00 X(U)_
12、Z (W)_；G00有非线性插补定位和线性插补定位两种方式，由机床参数设定。当采用非线性插补定位时，刀具以每轴的快速移动速度定位，只是快速定位，对中间空行程无轨迹要求，刀具轨迹通常不是直线，而是折线，折线的起始角是固定的，取决于各轴的快速移动速度；当采用线性插补定位时，刀具轨迹与直线插补(G01)相同，刀具以不大于每轴的快速移动速度在最短的时间内定位。即使指定了线性插补定位，当用G53指令以及用G28指定在参考位置和中间位置之间定位时，还是用非线性插补定位，所以使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，图2-20 快速点定位指令示意图以避免发生碰撞。如图2-20所示，从起点快速移动到
13、终点，绝对值方式编程为：G00 X40.0 Z56.0；增量值方式编程为：G00 U-60.0 W-30.5；增量值方式编程中的X轴向增量为U-60.0，这是由于按直径编程方式，终点X向坐标增量为终点处的直径减去起点处直径。2. 直线插补指令G01G01指令命令刀具在两坐标或三坐标间以F指令的进给速度进行直线插补运动。G01指令是模态指令，其书写格式是：G01 X(U)_ Z(W)_ F_；采用绝对编程时，刀具以F指令的进给速度进行直线插补，移至坐标值为X、Z的点上；采用增量编程时，刀具则移至距起始点(即当前点)距离为U、W值的点上。 F代码是进给速度的指令代码，在没有新的F指令以前一直有效，
14、不必在每个程序段中部写入F指令。如果在G01程序段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。F指令可用G00指令取消。X、Z坐标值也具有继承性，即如果本段程序的X（或Y或Z）坐标值与上一段程序的X（或Y或Z）坐标值相同，则本段程序可以不写X（或Y或Z）坐标。图2-21直线插补指令示意如图2-21所示，要求刀具从P0快速移动到P1，再从P1直线插补到P2，最后从直线插补到P3。采用绝对值编程（选右端面O为编程原点），其程序为 N03 G00 X50.0 Z2.0 S800 T01 M03；（P0P1点）N04 G01 Z-40.0 F80；（刀尖从P1点按F值运
15、动到P2点）N05 X80.0 Z-60.0；（P2P3点）N06 G00 X200.0；（P3P0点） 采用增量值编程，其程序为： N03 G00 U-150.0 W-98.0 S800 T01 M03；N04 G01 W-42.0 F80；N05 U30.0 W-20.0；N06 G00 U120.0 W160.0； 3. 圆弧插补指令G02/G03刀具在XZ坐标平面内以一定进给速度进行圆弧插补运动，从当前位置(圆弧的起点)，沿圆弧移动到指令给出的目标位置，切削出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。其书写格式为：X(U)_ Z(W)_ R_ F_；（用圆弧半径
16、R指定圆心位置）X(U)_ Z(W)_ I_ K_ F_；（用I、K指定圆心位置）图2-22 顺时针圆弧插补和逆时针圆弧插补X、Z表示圆弧终点在工件坐标系中的坐标值，U、W表示圆弧终点相对于圆弧起点的增量值。I、K为圆弧中心在X轴和Z轴上相对于圆弧起点的坐标增量，有正负号，当X 和Z被忽略(终点与起点相同)且圆心用I 和K指定时，即指定了一个360的圆弧(圆)。R为圆弧半径，用其编程时，不能描述整圆。F为沿圆弧切线方向的进给率或进给速度，单位与G01指令中的相同。圆弧插补的顺逆判定方法是沿圆弧所在平面(如XZ平面)的垂直轴的负方向(-Y)看去，顺时针方向为G2，逆时针方向为G03，如图2-22
17、所示。例如，图2-23(a)中所示的圆弧从起点到终点为顺时针方向，其走刀指令可编写如下：绝对值编程：G02 X50.0 Z30.0 I25.0 F60；或 G02 X50.0 Z30.0 R25.0 F60；增量值编程：G02 U20.0 W-20.0 I25.0 F60；图2-23 圆弧插补指令示意图或G02 U20.0 W-20.0 R25.0 F60；如图2-23（b）中所示的圆弧从P1点到P2点为逆时针方向，其走刀指令可如下编写：绝对值编程： G03 X87.98 Z50.0 I-30.0 K-40.0 F60；增量值编程： G03 U37.98 W-30.0 I-30.0 K-40.
18、0 F60；当用半径R指定圆心位置时，由于在同一半径R的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，为区别二者，规定圆心角180时，用“+R”表示，如图2-24中的圆弧1。180时，用“-R”表示，如图2-24中的圆弧2。4. 极坐标插补G12.1、G13.1极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指令转换成一个直线轴运动(刀具的运动)和一个回转轴的运动(工件的回转)， 这种方法用于在车削中心上切削端面和磨削凸轮轴。其书写格式是：图2-24 圆弧插补时R与-R的区别G12.1; 启动极坐标插补方式（使极坐标插补有效） G13.1；极坐标插补方式取消可用G112和G113分别代替G12.
19、1和G13.1。FANUC系统极坐标的概念与数学中的极坐标概念有所不同，如果采用传统的极轴、极角（,）形式，需要借助于宏指令和复杂的数学公式来编程，复杂费时，因而数控系统允许用户将其当作X-C 直角坐标系来描述加工轨迹。在与Z轴垂直的平面内，由相互垂直的实轴（第一轴）X和虚轴（第二轴）C组成极坐标系，坐标原点与程序原点重合，且虚轴C的单位不是度或弧度，而是与实轴X轴的单位一样，均为mm，如图2-25所示。图2-25 极坐标插补平面使用极坐标编程时的注意事项:执行G12.1和G13.1指令时必须在程序中单独使用，且G12.1、G13.1必须成对。程序中的实轴X的坐标用直径值指定，虚轴C的坐标用半
20、径值指定。刀具半径补偿G41/G42在极坐标插补模式下算法与其它坐标模式下算法不同，因而进入极坐标插补时必须是G40半径补偿取消方式。如果在极坐标中使用了半径补偿，退出极坐标之前必须先执行G40。在极坐标插补方式下能用的G指令有：G01、G02、G03、G04（暂停）、G40、G41、G42、G65/G66/G67（用户宏程序指令）、G98/G99（每分钟/每转进给）。在极坐标插补平面中为圆弧插补（G02/G03）指令圆弧半径时，I、J、K参数的选用取决于插补平面中的第一轴（直线轴），当直线轴是X轴时，看做Xp-Yp平面，使用I、J。如图2-26为极坐标插补编程实例。图2-26 极坐标插补程序
21、示例O0001；N010 T0101；N0100 G00 X120.0 C0 Z_； 定位起始位置N0200 G12.1； 极坐标插补开始N0201 G42 G01 X40.0 F_; 加工几何形状开始N0202 C10.0;N0203 G03 X20.0 C20.0 R10.0;N0204 G01 X-40.0;N0205 C-10.0;N0206 G03 X-20.0 C-20.0 I10.0 J0;N0207 G01 X40.0;N0208 C0;N0209 G40 X120.0; 加工几何形状结束N0210 G13.1 极坐标插补取消N0300 Z_;N0400 X_ C_;N0900
22、 M30；5. 圆柱插补指令G07.1车削中心的Z-C 坐标面，即柱面坐标系，主要用于加工圆柱凸轮槽。圆柱插补功能主要在圆柱表面展开的状态下进行程序编写，Z轴的单位为mm，C轴的单位为（）。其书写格式是：G07.1 IP r； 启动圆柱插补方式G07.1 IP 0； 圆柱插补方式取消IP为旋转轴的名称，用字母C或H表示（H为C的增量坐标字代码），r为工作半径。可以用G107代替G07.1。例如：N06 G07.1 C125.0；执行圆柱插补指令的旋转轴是C轴，工作半径125mmG07.1 C0； 圆柱插补指令取消图2-27 工作平面选择使用圆柱插补时的注意事项:用数控系统的1022号参数指定回
23、转轴是X或Y轴的平行轴。当设定1022参数第五位（与X轴平行的轴）时，圆弧插补指令为：G18 Z_ C_;G02(G03) Z_ C_ R_;当设定1022参数第六位（与Y轴平行的轴）时，圆弧插补指令为：G19 Z_ C_;G02(G03) Z_ C_ R_;程序中，G18、G19为工作平面选择指令，分别用于选择Xp-Zp平面和Yp-Zp平面。车削的工作平面定义如图2-27所示。圆弧插补时，圆弧半径不能用字地址符I、J或K指定。为了在圆柱插补方式执行刀具补偿，在进入圆柱插补方式之前应取消任何正在进行的刀具补偿方式，然后, 在圆柱插补方式内开始和结束刀具补偿。图2-28 圆柱插补程序示例如图2-
24、28所示为圆柱插补程序示例。O0001；N01 G00 Z100.0 C0;N02 G01 G18 W0 H0; 设定切削平面（W、H为Z、C的增量坐标字代码）N03 G07.1 C57.3; 圆柱插补功能开始，插补半径为57.3mmN04 G01 G42 Z120.0 D01 F250;N05 C30.0;N06 G02 Z90.0 C60.0 R30.0;N07 G01 Z70.0;N08 G03 Z60.0 C70.0 R10.0;N09 G01 C150.0;N10 G03 Z70.0 C190.0 R75.0;N11 G01 Z110.0 C230.0;N12 G02 Z120.0
25、C270.0 R75.0;N13 G01 C360.0;N14 G40 Z100.0;N15 G07.1 C0; 圆柱插补功能取消N16 M30;（三）进给功能进给功能控制刀具的进给速度。进给功能有两种，当指定了定位命令(G00)时刀具以CNC(1420号参数)设定的快速移动速度运动。当使用G01、G02、G03等插补指令切削进给时，刀具以程序中编制的进给速度运动，由地址符F和其后面的指令进给速度的数字组成。用机床操作面板上的开关可对快速移动速度或切削进给速度实施倍率控制。为防止机床震动刀具在运动的开始和结束时自动实施加速/减速。用1422号参数可设定切削进给速度的上限，如果实际切削进给速度(
26、用了倍率后)超过指定的上限，则进给速度为上限值。1. 每分钟进给G98系统在执行了有G98的程序段后，在遇到F指令时，便认为F所指定的进给速度单位为mm/min（或inch/min）。G98是模态指令，被执行后，系统将保持G98状态，直至系统又执行了含有G99的程序段，此时 G98便被否定，而G99将发生作用。2. 每转进给G99系统在执行了有G99的程序段后，在遇到F指令时，便认为F所指定的进给速度单位为mm/r（或inch/r）。G99是模态指令，被执行后，系统将保持G99状态，直至系统又执行了含有G98的程序段，此时 G99便被否定，而G98将发生作用。3. 暂停指令G04该指令可使刀具
27、短时间(几秒钟)无进给，以进行光整加工，主要应用于车削环槽、不通孔及自动加工螺纹等场合，也可用于拐角轨迹控制。例如，在车削环槽时，若进给结束立即退刀，其环槽外形为螺旋面，用G04指令可使工件空转几秒钟，将环槽外形光整。G04指令的书写格式为：G04 P_；或G04 X(U)_；式中P后面的数字为整数，当采用IS-B时，单位为ms； X(U)后面的数字为带小数点的数，单位s。例：欲暂停1.5s时，程序段为：G04 X1.5；或 G04 U1.5；或 G04 P1500；（四）参考点数控机床的参考点（也称基准点或零点），是联系机床坐标系和工件坐标系的关系点，其作用是使机床的零点与机床的电气零点同步
28、，即电气坐标系与机械坐标系统一。参考点坐标值是相对于机床零点设置的，通常机床在此点停止加工或交换刀具。采用增量式位移测量系统的数控机床每次起动后，首先都要进行回归参考点操作。数控机床各轴归参考点后，只要不发生坐标轴实际坐标计数器计数出错( 多记或少记) 故障，不管该轴进行多少次往复运动与操作，机床控制系统就能够保证以参考点为基准，实际坐标与实际位置完全一致。FANUC 0i系统可在机床坐标系中设定4个参考点。一般来说，“回零”操作也就是回“参考点”，指得是第一参考点，主要作用是建立机床坐标系。如果机床上有自动换刀、自动托盘交换器等，就需要第二、三、四参考点，也就是确定它们在机床上的确定位置后，
29、才能执行换刀或是交换托盘等动作。1. 返回参考点确认G27指令书写格式为： G27 X(U)_ Z(W)_ ；X(U)、 Z(W)为参考点在工件坐标系中的坐标。 G27指令用于检查X轴与Z轴是否能正确返回参考点。执行G27的前提是机床在通电后必须返回一次参考点。执行该指令后，各轴按指令中给定的坐标值快速定位，相应轴的参考点指示灯点亮。如果刀具到达的位置不是参考点，则显示092号报警。在刀具补偿方式中使用该指令，刀具到达的位置将是加上补偿量的位置，此时刀具将不能到达参考点因而指示灯也不亮，因此执行该指令前，应先取消刀具补偿。2. 自动返回参考点G28指令书写格式为： G28 X(U)_ Z(W)
30、_；执行该指令时，刀具快速移到指令值所指定的中间点位置，然后自动返回参考点，同时相应坐标方向的指示灯亮。只有在命令里指派了中间点坐标的轴执行其原点返回命令，省略了坐标的轴不移动。在执行原点返回命令时，每一个轴是独立执行的，通常刀具路径不是直线，因此设置中间点，是为防止刀具返回参考点时与工件或夹具发生干涉。3. 返回第2、第3、第4参考点G30指令书写格式为：G30 Pn X(U)_ Z(W)_；该指令的使用和执行都和G28非常相似，唯一不同的就是G30使指令轴返回第2、3、4参考点。如：G30 P3 X30. Z50.；表示经中间点X30.0 Z50.0返回第三参考点。如果省略了P，则第二参考
31、点被选中。采用增量式位移测量系统的数控机床第2、3、4参考点是以第1参考点为基准建立的，在参数里可设置，第一参考点改变后，其他参考点参数也要调整。因此，只有在执行过自动返回参考点（G28）或手动返回参考点之后才可使用第2 、3、4参考点返回功能。（五）坐标系1. 选择机床坐标系G53指令书写格式为：G53 X_Z_；该指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中X、Z后的值为机床坐标系中的坐标值。G53是非模态指令，即G53只在其指令的程序段中有效。G53指令必须用绝对值指定，如果指定了增量值，G53命令被忽略。如果要将刀具移到机床的特定位置，如换刀位置，应该用G53编制在机床坐标系的移动程序。如果指定了G53命令，就取消了刀尖半径补偿和刀具偏置。2. 工件坐标系（1）设定工件坐标系可以用三种方法设定工件坐标系：在程序中G50指令之后指定一个值来设定工件坐标系；在手动参考点返回完成后自动设定工件坐标系；用MDI面板可预先设定工件坐标系1、工件坐标系2、工件坐标系6等6个工件坐标系。G50指令一般作为第一条指令放在整个程序的最前面。其指
