第五章 数控车床的程序编制 第1节 数控车床编程基础 第2节 基本编程指令与简单程序编写 第3节车削循环指令及编程 第4节螺纹车削编程 四川机电职业技术学院 第五章 数控车床的程序编制 第1节 数控车床编程基础 第2节 基本编程指令与简单程序编写 第3节车削循环指令及编程 第4节螺纹车削编程 第5节刀尖圆弧自动补偿功能 第6节数控车削加工综合举例

5.1 数控车床的编程基础 5.1.1 数控车床编程特点 一、坐标系统 机床坐标系:是数控机床安装调试时便设定好的一固定的坐标系统。 机床原点在主轴端面中心，参考点在X轴和Z轴的正向极限位置处 编程坐标系:是在对图纸上零件编程时就建立的，程序数据便是基 于该坐标系的坐标值。 工件坐标系时编程坐标系在机床上的具体体现。由相应的编程指令 建立。 由对刀操作建立三者之间的相互联系

机床原点、工件原点、参考点 工件原点 a 刀架后置式 b 刀架前置式 Z X a 刀架后置式 b 刀架前置式 说明：由于车削加工是围绕主轴中心前后对称的，因此无论是前置还是后置式的，X 轴指向前后对编程来说并无多大差别。为适应笛卡尔坐标习惯，编程绘图时按后置式的方式进行表示

二、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的编程方式。与设计、标注一致、减少换算。 如图所示：图中A点的坐标值为（30，80）， B点的坐标值为（40,60）。 Z 编程方式可由指令指定。也可由参数设定。 一般默认直径方式。 如：华中数控 G36|—直径编程 G37—半径编程 西门子 G22—直径编程 G23—半径编程

三、进刀和退刀方式 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。 退刀时，沿轮廓延长线工进退出至工件附近，再快速退刀。一般先退X轴，后退Z轴。

四、 绝对编程与增量编程 绝对编程：指令轮廓终点相对于工件原点绝对坐标值的编程方式。 数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧的端点的坐标来进行的。 绝对编程：指令轮廓终点相对于工件原点绝对坐标值的编程方式。 增量编程：指令轮廓终点相对于轮廓起点坐标增量的编程方式。 有些数控系统还可采用极坐标编程

绝对编程G90 增量编程G91 均为模态指令 绝对编程：G90 G01 X100.0 Z50.0;

X、Z表示绝对编程 U、W表示增量编程 绝 对 编 程 和 增 量 编 程 在越来越多车床中 允许同一程序段中二者混合使用 直线A→B ,可用： 绝对: G01 X100.0 Z50.0; 相对: G01 U60.0 W-100.0; 混用: G01 X100.0 W-100.0; 或 G01 U60.0 Z50.0;

5.2 指令介绍 一、关于建立工件坐标系指令 1、设定工件坐标系 指令：坐标系设定G92 （G50） 格式：G92（G50） X _ Z_ 5.2 指令介绍 一、关于建立工件坐标系指令 1、设定工件坐标系 指令：坐标系设定G92 （G50） 格式：G92（G50） X _ Z_ 参数说明：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。

例: G92 X 100. Z 50. G92 X 100. Z 110. 若设定工件原点O1 , 则程序段为: 以刀具当前所在位置为起刀点 X Z 若设定工件原点O1 , 则程序段为: G92 X 100. Z 50. 若设定工件原点O2 , 则程序段为: G92 X 100. Z 110.

执行G92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。 若起刀点位置向左移动20mm,则执行上述指令时,结果怎样呢? G92 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。

说明 1、一旦执行G92指令建立坐标系，后续的绝对值 指令坐标位置都是此工件坐标系中的坐标值。 3、执行此指令刀具并不会产生机械位移，只建 立一个工件坐标系. 4、执行此指令之前必须保证刀位点与程序起点 （或对刀点）符合。 5、该指令为非模态指令。

X、Z 取值原则： 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；

2、 预置工件坐标系 指令：工件坐标系选择G54～G59 格式 它是先测定出欲预置的工件原点相对于机床原点的偏置值，并把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数数据库中。

当工件原点预置好以后，便可用 “G54 G00 X— Z — ” 指令让刀具移到该预置工件坐标系中的任意指定位置。 G54～G59 方式在机床坐标系中直接设定工件原点，与起刀点的位置无关。

说明 1、G54～G59是系统预置的六个坐标系，可根据需要选用。 3、G54～G59预置建立的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值可用 MDI 方式输入，系统自动记忆。 4、使用该组指令前，必须先回参考点。 5、G54～G59为模态指令，可相互注销。

例:如下图所示,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. 机床原点 G59 G54 30 Z X 40 50 80 A B G54 G00 G90 X40.Z30. G59 G00 X30. Z30.

3、T 指令建立工件坐标系 越来越多的数控车床采用 T 指令建立工件坐标系。 把对刀过程记录的坐标值以MDI方式输入到某刀偏表地址码中（如 01 地址号），则在编程中直接用指令 TXX01 即可自动按机床坐标系的绝对偏置坐标关系建立起工件坐标系。 这种方式与 G54 预置的方式实质是一样的，只不过不用去记录和计算预置的 X、Z轴坐标，而是数控系统自动计算这两个值。

二、有关单位设定 1、尺寸单位选择： 格式：G 20 英制输入制式 英寸输入 G 21 公制输入制式 毫米 输入 (默认) 2、进给速度单位的设定 每分钟进给 G94 （G98） ：mm/min (默认) 每转进给 G95 （G99） ：r/mm 以上均为模态指令,可互相注销.

三、主轴功能 S 在具有恒线速度功能的机床上，S 功能还有其它作用： 1、恒线速控制 编程格式 G96 S～ S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。 例：G96 S150 表示切削点线速度控制在150 m/min。(主轴转速非恒定)

S 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：G97 S1000 2、恒线速取消(恒转速) 编程格式 G97 S～ 单位:r/min。 S 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：G97 S1000 表示恒线速控制取消后主轴转速1000 r/min。 (恒转速控制一般在车螺纹或车削工件直径变化不大时使用)

为什么要用恒线速度和限制主轴最高转速？ 3、主轴最高转速限定： 格式：G 50 — 例如：G50 S2000 表示限制主轴的最高转速为2000 r/min. 为什么要用恒线速度和限制主轴最高转速？ 在车削端面或工件直径变化较大时,为了保证车削表面质量一致性,使用恒线速度控制. 用恒线速度控制加工端面、锥面和圆弧面时,由于X轴的值不断变化,当刀具接近工件的旋转中心时,主轴的转速会越来越高.采用主轴最高转速限定指令,可防止因主轴转速过高,离心力太大,产生危险及影响机床寿命. 返回上层

5.3 车削循环指令及编程

车削循环指令概述 车削循环指令是指用含G功能的一个程序段来完 成本来需要用多个程序段指令的编程指令，使程 序简化。 车削循环一般用在去除大部分余量的粗加工中。 各类数控系统循环指令的形式和编程方法相差甚 大. 本节主要介绍华中数控系统的车削循环指令.

一、车削循环指令分类 车削循环 简单车削循环 复合车削循环 外圆车削循环 端面车削循环 外圆粗车复合循环 端面粗车复合循环 环状粗车复合循环

二、简单车削循环指令 1、外圆车削循环—G80 动作组成 指令格式 G80 X... Z... I... F... 参数意义

G80 U(xb-xa) W(zb-za) I(xc/2-xb/2) F f 编程算法： G80 X xb Z zb I (xc/2-xb/2) F f G80 U(xb-xa) W(zb-za) I(xc/2-xb/2) F f (Xa, Za) (Xc, Zc) (Xb, Zb) 适于：毛坯轴向余量比径向余量多

G80 可用于加工外（内）圆柱面和外（内）圆锥面（I取不同值时）

G80 编程举例1

G80 编程举例2 (φ70,50) O0005 G92 X70 Z50 G00 X40 Z3 S400 M03 G80 X30 Z-30 I-5.5 F10 G80 X27 Z-30 I-5.5 G80 X24 Z-30 I-5.5 G00 X70 Z50 M05 M30

2、端面车削循环—G81 动作组成 指令格式 G81 X... Z... K... F... 参数意义 适于：毛坯径向余量比轴向余量多 K 表示切削起点与切削终点的Z坐标差值。 F 切削速度 端面车削循环 适于：毛坯径向余量比轴向余量多

G81 U(xb-xa) W(zb-za) K(Zc-Zb) F f 编程算法： G81 X xb Z zb K (Zc-Zb) F f G81 U(xb-xa) W(zb-za) K(Zc-Zb) F f (Xa, Za) (Xc, Zc) (Xb, Zb)

G81 可用于加工外（内）圆柱端面和外（内）锥端面（K 取不同值时）

G81 编程举例1

G80、G81综合 编程举例

三、复合车削循环指令 要完成一个多型面粗车过程,，用简单车削循环编程需要人工计算分配车削次数和吃刀量，再一段段地用简单循环程序实现。 比用基本加工指令要简单，但使用起来还是很麻烦。 若使用复合车削循环则只须指定精加工路线和吃刀量，系统就会自动计算出粗加工路线和加工次数。可大大简化编程工作。

三、复合车削循环指令 1、外圆粗车复合循环—G71 （1）粗车外径走刀路线 精车路线： A→A1→B→A （2）适于：圆柱毛坯料粗车外圆 圆筒毛坯料粗车内径

数控车编程及 仿真操作

内（外）径粗车复合循环 G71及应用 一、复习 1.简单循环 :外径切削简单循环G80X_Z_F_的轨迹 2.简单循环的特点: 有没有一种办法，用一条指令就能完成粗加工多层切削，使毛坯形状接近工件形状呢?答案是肯定的。

二、外径粗车复合循环G71 （一） G71的功能：粗车复合循环,完成多层切削，使毛坯形状接近工件形状(见仿真）。 （二） G71粗加工循环指令刀具的轨迹： 1.观察仿真轨迹 2.分析G71加工轨迹：如右图所示

（三） 格式： G71 U(△d) R(r) P(ns) Q(nf) X(△x) Z(△z) F(f) S(s) T(t)； （四）参数说明： △d：切削深度(每次切入量) r：每次退刀量； ns：精加工路径第一程序段的段号； nf：精加工路径最后程序段段号； △x：X 方向精加工余量； △z：Z 方向精加工余量； f，s，t：粗加工时所用的走刀速度、主轴转速、刀具号； （四） G71的特点： （1）自动进行多次循环，实现多层切削,使毛坯形状接近工件形状。 （2）切削进给方向平行于Z轴；

例14：用外径粗加工复合循环编制右图所示零件的加工程序： （五）、G71编程实例 例14：用外径粗加工复合循环编制右图所示零件的加工程序： 1．工艺：用粗加工循环粗加工→沿工件轮廓精加工； ２．工艺参数： △d： 1.5mm r： 1mm △x： 0.4mm △z： 0.1mm S：400 F：100 T：01 ３．要求循环起始点在A(50，5)

%3327 N1G92X50Z5 N2 T01 N3 M03 S400 N4 G00 X50Z5( 循环） N5 G71U1.5R1P6Q13X0.4 Z0.1F100 （粗切量1.5mm 精切量： X0.4mm Z0.1mm） N6 G00 X4 z1 N7 G01 X10 Z-2 N8 Z-20 N9 G02 U10 W-5 R5 N10 G01 W-10 N11 G03 U14 W-7 R7 N12 G01 Z-52 N13 U10 W-10 N14W-20 N15 X50 N16G00 X80 Z80 N17 M05 N18 M30

三、小结： 1.格式： G71 U(△d) R(r) P(ns) Q(nf) X(△x) Z(△z) F(f) S(s) T(t)； 2. G71的特点： 只要指定精加工的加工路线及粗加工的吃刀量，系统会自动计算粗加工走刀路线和走刀次数； 四、作业： （1）阅读教材理解G71粗加工循环参数的含义，及用G71粗加工循环编程的方法; （2）P107 4-12 。

（3）指令格式 （4）参数说明： 无凹槽加工时 外 圆 粗 车 复 合 循 环—G71 G71 U(d) R(e) P(ns) Q(nf) X(u) Z(w) F(f) S(s) T(t) （4）参数说明： d— 每次吃刀深度(半径值) e —退刀量 ns —精加工程序段的开始程序行号 nf — 精加工程序段的结束程序行号 u —径向（X轴方向）的精加工余量(直径值) w —轴向（Z轴方向）的精加工余量 F、S、T — 粗切时的进给速度、主轴转速、刀补设定 精车的F、S、T 在ns→ nf 的程序段中指定。

有凹槽加工时 G71 U(d) R(e) P(ns) Q(nf) E(e) F(f) S(s) T(t) e — 精加工余量,其为X轴方向的等高距离

外 圆 粗 车 复 合 循 环—G71 （4）G71 指令编程举例 精车路线： A→A1→B1→A2→A

O0007 G92 X0 Z0; G90 G00 X40.0 Z5.0 M03 ; G71 U2 R0.5 P100 Q200 X0.2 Z0.2 F50 ; N100 G00 X18.0 Z5.0 ; G01 X18.0 Z-15.0 F30 ; X22.0 Z-25.0 ; X22.0 Z-31.0 ; G02 X32.0 Z-36.0 R5.0 ; G01 X32.0 Z-40.0 ; N200 G01 X36.0 Z-50.0 ; G00 X40.0 Z5.0 ; M05 M02 ;

2、端面粗车复合循环—G72 （1）粗车走刀路线 精车路线： A→A1→B→A （2）适于：圆柱毛坯料粗车外圆 圆筒毛坯料粗车内径

（3）指令格式 （4）参数说明： 端 面 粗 车 复 合 循 环—G72 G72 W(d) R(e) P(ns) Q(nf) X(u) Z(w) F(f) S(s) T(t) （4）参数说明： d— 每次吃刀深度 e —退刀量 ns —精加工程序段的开始程序行号 nf — 精加工程序段的结束程序行号 u —径向（X轴方向）的精加工余量 w —轴向（Z轴方向）的精加工余量 F、S、T — 粗切时的进给速度、主轴转速、刀补设定 精车的F、S、T 在ns→ nf 的程序段中指定。

端 面 粗 车 复 合 循 环—G72 （4）G72 指令编程举例 精车路线： A→A2→B1→A1→A

3、环状粗车复合循环—G73 （1）粗车走刀路线 精车路线： A→A1→B→A （2）适于：铸、锻成型毛坯

复 合 粗 车 复 合 循 环—G73 （3）指令格式 G73 U(i) W(k) R(m) P(ns) Q(nf) X(u) Z(w) F(f) S(s) T(t) （4）参数说明： i、 k— 分别为起始时X轴和Z轴方向上的缓冲距离 i—(径向)X轴粗车总余量 k—(轴向)Z轴粗车总余量 ns —精加工程序段的开始程序行号 m —粗切次数 nf — 精加工程序段的结束程序行号 u —径向（X轴方向）的精加工余量 w —轴向（Z轴方向）的精加工余量 F、S、T — 粗切时的进给速度、主轴转速、刀补设定 精车的F、S、T 在ns→ nf 的程序段中指定。

(4)封闭切削循环编程举例： 按图示尺寸编写封闭切削循环加工程序。 N01 G50 X200 Z200 T0101 N20 M03 S2000 N30 G00 G42 X140 Z40 M08 N40 G96 S150 N50 G73 U9.5 W9.5 R3 N60 G73 P70 Q130 U1 W0.5 F0.3 N70 G00 X20 Z0 //ns N80 G01 Z-20 F0.15 N90 X40 Z-30 N100 Z-50 N110 G02 X80 Z-70 R20 N120 G01 X100 Z-80 N130 X105 //nf N140 G00 X200 Z200 G40 N150 M30

5.4 螺纹车削编程 一、螺纹加工的类型 内（外）圆柱螺纹 内（外）圆锥螺纹 单头螺纹和多头螺纹 恒螺距与变螺距螺纹

二、螺纹加工指令分类 数控系统不同，螺纹加工指令也有差异。 基本螺纹车削指令（G32） 螺纹车削固定循环指令（G82） 螺纹车削指令 (以华中数控为例) 螺纹车削复合循环指令（G76）

三、螺纹车削基本指令G32 1、格式:G32 X... Z..... F... G32 U... W.... F... F为螺纹导程（螺距）， 单位：mm/r

螺 纹 车 削 基 本 指 令 G32 2、两种特殊格式 G32 Z..... F... G32 X... Z..... F... 图2-34 圆柱螺纹车削编程图例 螺 纹 车 削 基 本 指 令 G32 2、两种特殊格式 G32 X... Z..... F... 圆锥螺纹 G32 Z..... F... 圆柱螺纹 G32 X... F... 端面螺纹

（1）螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进 刀段δ1 和降速退刀段δ2 。 3、说明： （1）螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进 刀段δ1 和降速退刀段δ2 。 （2）在螺纹切削过程中，进给速度修调功能和 进给暂停功能无效，若此时进给暂停键按下，刀 具将在螺纹段加工完后才停止运动。 （3）在螺纹（锥螺纹）加工过程中不要使用恒 线速控制功能。从粗加工到精加工，主轴转速必 须保持一常数。否则，螺距将发生变化。

（4）对锥螺纹的F指令值，当锥度斜角在45°以 下时，螺距以Z轴方向的值指令；45～90°时， 以X轴方向的值指令。 （5）螺纹起点与终点径向尺寸的确定 径向起点（螺纹大径）由外圆车削保证。按螺纹 公差确定其尺寸范围。 径向终点（螺纹小径）一般分数次进给达到。 常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量见列表。

常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量 (米制、双边) ( mm )

4、当加工轴上无退刀槽、加工多头螺纹时 G32 X（U）... Z（W）.....R±… E.±.... P..... F... R—Z 向退尾量。一般 R =2 F，退尾方向与Z轴正向一致时取“+”，反之取“—”（多用） E—X 向退尾量。一般 E =牙型高，退尾方向与X轴正向一致时取“+” （多用） ，反之取“—” P—螺纹起点处的主轴转角，单头时为0，省略。

G32 编 程 举 例 1 例1、如下图所示圆柱螺纹，螺纹导程为1.0 mm。δ1=2 mm , δ2=1mm。 试编写螺纹加工程序 1

G32 编 程 举 例 2 例2、如下图所示圆锥螺纹，螺纹导程为1.5 mm。δ1=2 mm , δ2=1mm。 试编写螺纹加工程序

四、螺纹车削固定循环指令G82 1、格式: G82 X... Z..... I... F... 图2-34 圆柱螺纹车削编程图例 四、螺纹车削固定循环指令G82 1、格式: G82 X... Z..... I... F... G82 U... W.... I... F... 其中：X、Z 为螺纹终点绝对坐标值。 U、W 为螺纹终点相对循环起点坐标增量。 I 为螺纹 起点相对螺纹终点的半径差

2、编程算法 G82 X xb Z zb I (xc/2-xb/2) F f ; G82 U(xb-xa) W(zb-za) I (xc/2-xb/2) F f

3、当加工轴上无退刀槽、加工多头螺纹时 格式:G82 X... Z..... I.... R±… E.±... C..... P..... F... C—螺纹头数。 单头（0或1）省略，P也省略 双头螺纹：C=2，P=180（相邻螺纹头切削起点之间对应的主轴转速）。

G82 编 程 举 例 1 例1、如下图所示圆柱螺纹，螺纹导程为1.0 mm。δ1=2 mm , δ2=1mm。 试编写螺纹加工程序 1

G82 编 程 举 例 2 例2、如下图所示圆锥螺纹，螺纹导程为1.5 mm。δ1=2 mm , δ2=1mm。 试编写螺纹加工程序

图2-34 圆柱螺纹车削编程图例 五、螺纹车削复合循环指令G76 G76 C(m) R(r) E(e) A(a) X(U) Z(W) I(i) K(k) U(d) V(dmin) Q(d) F(f) ; 其中：m – 精整次数（取值01～99） r – 螺纹Z向退尾长度(00～99) e – 螺纹X向退尾长度(00～99) a -- 牙型角（取80º，60º，55º，30º，29º，0º）通常为60º U、W – 绝对编程时为螺纹终点的坐标值； 相对编程时，为螺纹终点相对于循环起点A的有向距离。 i -- 锥螺纹的起点与终点的半径差 k -- 螺纹牙型高度（半径值） d -- 精加工余量 d -- 第一次切削深度（半径值） f -- 螺纹导程（螺距） dmin -- 最小进给深度 d -- 第一次切削深度（半径值）

G76 参数图示 循环起点 螺纹退尾 螺纹终点 螺纹起点

六、螺纹加工方法 螺纹加工常用切削循环方式。 两种方式：直进法（G32、G82） 斜进法（G76） 一般应用： 直进法：导程小于3mm的螺纹加工 斜进法：导程大于3mm的螺纹加工 （斜进法使刀具单侧刃加工减径负载）

5.5 刀尖圆弧自动补偿功能 2.5.1.为什么需要刀具补偿? 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，如下图 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，如下图所示。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。

5.5.2.补偿的方法 (1) 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。 (2)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。 (3)G40--取消刀具半径补偿，按程序路径进给。 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下图

5.5.3.考虑刀尖半径补偿编程实例 例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图示零件： 刀尖位置编码：3 N10 G50 X200 Z175 T0101 N20 M03 S1500 N30 G00 G42 X58 Z10 M08 N40 G96 S200 N50 G01 Z0 F1.5 N60 X70 F0.2 N70 X78 Z-4 N80 X83 N90 X85 Z-5 N100 G02 X91 Z-18 R3 F0.15 N110 G01 X94 N120 X97 Z-19.5 N130 X100 N140 G00 G40 G97 X200 Z175 S1000 N150 M30

5.6 数控车削加工综合举例 下面以图示的零件来分析数控车削工艺制订和加工程序的编制。 5.6 数控车削加工综合举例 下面以图示的零件来分析数控车削工艺制订和加工程序的编制。 　　该零件（如图3.49所示）毛坯是直径145mm的棒料。分粗精加工两道工序完成加工。夹紧方式采用通用三爪卡盘。根据零件的尺寸标注特点及基准统一的原则，编程原点选择零件左端面。

程序编制 G50 X200 Z150 T0101 M03 S600 G00 X101 Z0 G95 G01 Z32 F0.1 G71 U1.5 R1 G71 P10 Q20 N10 G00 X99 Z0.1 G01 X100 Z-0.4 F0.1 Z-10 X109 X110 Z-10.5 Z-20 X119 X120 Z-20.5 Z-30 X110 Z-50 Z-65 X129 X130 Z-65.5 Z-75 G02 X131.111 Z-105.714 R25 (I20 K-15) G03 X140 Z-118.284 R20 (I-15.555 K-12.571) G01 Z-125 X145 Z-130 N20 X150 F0.35 G00 U80 W218 T0202 G70 P10 Q20 G00 U80 W218 M30