§7.1 数控车床编程基础 §7.2 数控车床编程实例 练习与思考

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1 §7.1 数控车床编程基础 §7.2 数控车床编程实例 练习与思考
第七章 数控车编程 §7.1 数控车床编程基础 §7.2 数控车床编程实例 练习与思考

2 §7.1 数控车床编程基础 一、数控车床编程特点 二、数控车编程常用指令 三、数控车刀具 四、主要加工方式

3 一、数控车床编程特点 数控车床加工的是回转体类的零件。车床主轴上装夹的不是刀具，而是待加工的工件，高速旋转的是工件，刀具则安装在刀架上，只能在二维平面内移动，所以其数控加工程序有如下特点：

4 一）坐标系 坐标系是程序编制前首先要搞清楚的重要概念。数控车床编程也分机床坐标系（或机械坐标系）和工件坐标系（或编程坐标系）两种。与前面所讲到的所有数控机床不同的是，数控车床的坐标系为左手坐标系。由于数控车床是回转体加工机床，一般只有两个坐标轴：X轴和Z轴。其规定为：

5 1．机床坐标系 机床坐标系的原点为主轴旋转中心线与工件卡盘后端面的交点处；其Z轴与车床导轨平行，是主轴的回转轴线，远离卡盘（或工件）方向为Z轴的正方向，趋近卡盘（或工件）方向为Z轴的负方向；X轴是与Z轴垂直的径向，刀架远离主轴轴线方向为X的正向，趋近主轴轴线方向为X的负向。

6 机床坐标系原点也是机床原点，机床坐标系就是以机床原点为坐标系原点建立的由Z轴和X轴组成的左手坐标系。当车床回零时，刀架上的对刀参考点与机床原点重合。对刀参考点是机床的另一固定点，是由Z向与X向的机械挡块确定的，常用作程序起点。车工件前，刀架必须先进行回零操作，这样刀架在机床坐标系中才有正确的位置显示。

7 2．工件坐标系 工件坐标系是同机床坐标系规定相同的左手坐标系，其原点是程序员根据零件图纸人为设定的一个基准点。一般工件坐标系原点常选在工件右端面的中心处。 工件坐标系的建立指令因机床的控制系统不同而不同。一般有两种方式：一是指定刀尖起始位置距工件坐标系原点的方位；二是指定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。即：

8 1）设工件装夹以后，刀尖距工件坐标系原点的X向尺寸和Z向尺寸分别为a 、b，可用以下指令：
G92 X a Z b 或 G50 X a Z b 其中，a、b一般应取正值，是加工过程刀尖的起始位置及加工过程中的换刀位置。G92 或G50均是以绝对值方式输入。

9 2）若机床坐标系指令为G59（CK0630数控车床的控制系统），工件右端面中心位于机床坐标系的（0，300）处，则工件坐标系的建立指令为：
G59 X0 Z300． 这样系统内部就建立了一个以工件右端面中心为原点的坐标系，即工件坐标系。工件坐标系一旦建立，就取代了原来的机床坐标系。进入自动加工状态后，屏幕上显示的是加工刀具的刀尖在工件坐标系中的绝对坐标值。

10 3.工件坐标系与机床坐标系的转换 设X、Z为机床坐标系下的坐标值，Xp、Zp为工件坐标系下的坐标值，则机床坐标系与工件坐标系的关系如下：
X = Xp Z = Zp + 工件外伸长度 + 卡盘厚度（CK0630车床的卡盘厚度为20mm）

11 注意 ： 1）在机床坐标系中，坐标值是刀架中心相对于机床原点的距离； 2） 在工件坐标系中，坐标值是刀尖相对于工件原点的距离。

12 二）输入方式 与其他数控机床加工程序不同的是，在数控车的加工程序中，同一程序段中刀位的输入方式可以是绝对输入方式也可以是增量输入方式。一般，用X— Z— 表示绝对输入方式，用U— W— 表示增量输入方式，在一条加工指令中，X（U）— Z（W）— 可以混合使用。其中，X— 或U— 都是径向上的直径值或直径增量。 当然，也有其他数控系统仍用G90、G91指令明确指定输入方式。在这种系统中，同一程序段中两种输入方式不能混合使用。

13 三）F功能（进给量） 在数控车床加工中，F指令有两种形式： 1.若F后面用小数表示，如 F0．3 或 F1．
表示刀具切削进给量是mm / r（毫米/转）； 2.若F后面用整数表示，如 F 或 F300 表示刀具进给量是mm / min（毫米/分）。

14 四）刀具指令 数控车程序中的刀具指令常见的有两种： 1．Txx T后跟两位数字，第一位表示刀具号；第二位表示补偿号，0表示无补偿。
2．Txxxx T后跟四位数字，头两位表示刀具号；后两位表示补偿号，00表示无补偿。 ▪ 换刀动作不同的系统所用的指令不尽相同，有的用M06与T结合表示换刀；有的直接用T表示换刀。本章采用后一种换刀方式，T10表示无刀具半径补偿，T11表示调用刀具半径补偿功能。

15 二、数控车编程常用指令 不同的数控车床，其编程功能指令基本是相同的，但也有个别的功能指令定义有所不同，这里以CK0630数控车床为例介绍数控车床的基本编程指令，其控制系统为FANUC OTE-A系统。 常用的具有独特功能的准备功能指令有以下几个：

16 1）G28 使刀架沿X轴方向（即径向）快速返回程序起始点（或对刀点）的径向位置。
2）G29 使刀架沿Z轴方向快速返回程序起始点（或对刀点）的Z轴位置。 3）G33 是螺纹加工指令，可控制刀架按预定的方式加工螺纹。 4）G36 是子程序调用指令，G36将程序运行从主程序转至子程序。 5）G37 是子程序的开始语句。 6）G38 是子程序的结束语句.它与G37成对使用。

17 7）G80 表示一个循环的结束。 8）G81 表示一个循环的开始。 9）G96 主轴恒线速度控制指令。即G96 S50表示切削线速度为50 m / min 。 10）G97 恒线速度控制取消指令。G97之后的S 则表示主轴转速为200 r / min。 11）G98 表示每分钟进给量。 12）G99 表示每转进给量。 而G00、G01等准备功能指令及辅助功能指令M__与数控铣加工程序中的规定基本相同。这里不再赘述。

18 三、数控车刀具 由于数控车床的主轴上安装的是加工工件而不是刀具，所以其车削加工成型主要取决于所用的刀具，了解数控车刀具的形状，可以更清楚地了解数控车的加工原理。数控车床常用的刀具有外圆左右向车刀、内孔左右向车刀、端面车刀、槽刀、内外螺纹刀、及中心钻等。

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20 四、主要加工方式 1.柱面加工 2.圆弧加工 3.锥面加工 4.螺纹加工 5.循环程序 6.子程序

21 1.柱面加工 例 用外圆刀T3，精车图7-2所示柱面，其中Φ60不加工。程序如下：

22 2.圆弧加工 数控车中，圆弧面的加工指令格式为： G02 / G03 X__ Z__ I__ K__ F__
其中，G02、G03的选取如图7-3所示；X__、Z__为圆弧终点坐标；I__、K__为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，而I__为直径增量值。

23 例 精车图7-3所示零件。程序如下

24 3．锥面加工 锥面可以分为正锥面和倒锥面。正锥面的走刀路线如图7-4所示。对于图7-4（a）的走刀路线，需要计算终刀距L’，假设锥的大端直径为D，小端直径为d，吃刀深度为L，锥长为A ,则由相似三角形可得 （D – d）/ 2A = L / L’ L’ = 2AL /（D- d） 图7-4（b）的走刀路线不需要计算。倒锥面走刀路线如右图。

25 例 用外圆刀T5车图7-6所示正锥面。 若采用图7-4（a）的走刀方式，每次进刀2mm，根据公式计算可知，每次切削锥面的长度分别为：6、12、18、24、30mm，程序可编制如下：

26 3．螺纹加工 螺纹加工指令格式为： G33 D__ I__ X__ L__ P__ Q_

27 G33 D__ I__ X__ L__ P__ Q__ D：螺纹顶径，外螺纹为大径，内螺纹为小径。 I：螺纹底径，外螺纹为小径，内螺纹为大径。 X：每次径向切深（直径值）。 L：螺纹有效段长度，不包括升降速段，数控系统自动将升降速段计入Z向实际行程，车右螺纹取负值，车左螺纹取正值。 P：导程（单头螺纹即为螺距）。 Q：锥螺纹的锥角所对应的直径值或锥螺纹大小端直径之差，圆柱螺纹时Q值为0。

28 螺纹加工指令使用说明： 1）螺纹车削必须以增量方式进入。例如： G91 G33 D__ I__ X__ L__ P__ Q__ G90
2）螺纹加工必须设置2mm升速进刀段与2mm降速退刀段，如图7-7所示。螺纹加工前刀尖至图中A点（X方向位于螺纹顶径处、Z方向位于距螺纹有效段起点2mm的处），螺纹加工循环自动完成后，刀尖返回A点，然后以A点为起点编写后续程序段。

29 例 已知毛坯Φ72mm ，L = 80mm，加工如图7-8所示内螺纹工件。
选用外圆刀T1， 中心钻T2， T3为宽2mm的割刀， T4为Φ36mm钻头， T6为内圆车刀， T8内螺纹刀， 编程如下：

30 4．循环程序 当车削加工的余量比较大时，如图7-6中的锥面加工，可采用循环方法编程，这样可以减少程序段的数量，减少程序所占内存，并使程序简短明了。因此，同一形状，非一刀能加工完成的部分均可用一个循环程序段来执行多次加工过程。 格式与说明。

31 循环编程的格式为： G81 P__ 循环开始指令 ┆ ┆ 循环体 G 循环结束指令

32 说明： 1）P为循环次数，最多为99次； 2）循环必须以增量方式进入，即在循环指令开始前，必须先调用G91指令；
3）循环体必须建立在G81和G80之间，G80必须位于G81之后； 4）循环不能嵌套，也不能调用子程序。 根据重复车削的刀具轨迹，分矩形循环、梯形循环及组合循环三种。车外圆和内圆时是矩形循环，车锥面时为梯形循环，当车削面有多种几何元素组成时为组合循环。

33 矩形循环 如图7-9所示，设待车外圆（内加工时为内孔）直径为d，加工目标直径为D，每次切深为s，则单边径向加工余量T = |d – D| / 2 ，循环次数P = T / s ，若车削长度为L，则循环程序结构为：

34 车外圆 车内孔 G00 X （d + 2s） ZB G00 X （d - 2s） ZB 循环起始位置B G91 G81 P（T / s） G91 G81 P（T / s） 增量方式进入循环 G00 X -4s G00 X 4s 径向进刀B至C G01 Z –L F__ G01 Z –L F__ 轴向切削C至D G01 X 2s G01 X -2s 径向退刀D至E G00 Z L G00 Z L 轴向快退E至F G G 循环程序结束标志

35 例 如图7-10所示，用循环方式编制一个粗车外圆的加工程序（每次切深2mm）。
由图可知，单边径向切削余量T = （40 – 20）/ 2 = 10mm，s = 2mm，循环次数P = T/ s = 5，则加工程序可编制如下：

36 例 如图7-11所示，在已有Φ20内孔的棒内扩Φ30、深40mm的孔，粗车内孔的加工程序（每次切深1mm）。
由图可知，单边径向切削余量T = （30 – 20）/ 2 = 5mm，s = 1mm，循环次数P = T/ s = 5，则加工程序可编制如下：

37 梯形组合循环 车削面由多种几何元素组成，如图7-12所示，若待加工外圆直径为d，径向单边总余量为T，每次切深为s，车削长度分别为L1、L2，循环次数P = T / s，则这种梯形组合循环程序的结构为：

38 G00 X（d + 2T） ZB 刀尖快速移至循环起点 G91 G81 P（T / s） 增量方式进入循环 G00 X-（2T + 2s） 径向进刀 G01 Z-(L1+ 2) F__ 轴向车柱面 G01 X（2T） Z-L2 F__ 轴向车锥面 G00 Z （L1 + L2+ 2） 轴向快退 G 循环体结束

39 例 如图7-13所示，编制粗车所示零件的加工程序（每次切深2mm）。
由图可知，径向单边总余量T=（60 – 40）/ 2 = 10mm，每次切深 a = 2mm，循环次数P = T/a = 5，利用循环方式加工的程序可编制如下

40 例 零件如图7-14所示，螺纹螺距为1.5，已知坯件为Φ100mm，长175mm的棒料。
这是一个由多种几何元素组成的轴类零件。采用循环方式编程，设每次切深2mm，径向单边余量T = 100 / 2 = 50mm，循环次数P = 25。加工工序为：用1号外圆刀T1车工件外形；再用3号宽为5mm的槽刀T3车螺纹与锥面之间的槽；最后用5号螺纹刀T5车端部螺纹。加工程序可编制如下：

41 6．子程序 在一个零件上，凡是有两处或两处以上形状和大小都相同的部分，均可以用子程序调用来加工。例如车槽，若槽为等距的，则用循环比较简单，若为不等距的，则用子程序比较简单。 格式、说明与调用方式

42 子程序格式： G37 A __ ┆ ┆ 子程序体 G38

43 说明： 1）A 为子程序标示符，__ 可从01—99； 2）子程序中不得有循环体；
3）子程序必须在M02以后建立，其作用如同一个固定循环，供主程序调用； 4）G38必须位于子程序的最后，表示该子程序结束，返回主程序。

44 子程序调用方式： G36 A ---- 本指令的功能是调用A所指定编号的子程序。需要注意的是：子程序必须以增量方式进入。

45 例 加工零件如图7-15所示。已知毛坯Φ32mm，长 77mm。
由图可知，工件上四个槽的尺寸相同，但间距不同，采用子程序比较适宜。加工工序为：先用1号外圆刀T1车端面及柱面，再用宽为2mm的3号槽刀T3车槽及割断。零件加工程序可编制如下：

46 §7.2 数控车床编程实例 例 图7-16中实线为零件外形，双点划线为Φ25×70的坯料，粗车每次切深约1mm，精车余量为0.5，试编写加工程序。

47 思考与练习 1.有棒类零件如图7-17所示，C1.0表示1×45°倒角，试编写精加工程序，其中Φ58mm柱面不加工。

48 2.试用循环程序编写图7-18所示零件的加工程序单。

49 3. 精车图7-19所示带螺纹的工件，试编程。

50 精车图7-19所示带螺纹的工件，试编程。

51 精车图7-19所示带螺纹的工件，试编程。

52 4.试用子程序编写图7-20所示零件的槽加工程序。

53 5. 综合练习（一） , 试编程。

54 5综合练习（二） , 试编程。

55 5综合练习（三） , 试编程。