课题2数控车削加工编程技术电子教案 数控车削加工编程与操作.doc

数控车削加工编程与操作日期 年 月 日 NO. 02 课题名称数控车削加工编程技术课题号授课班级授课日期目的与要求熟悉数控车系统基础指令的格式和编程方法，熟练掌握简单形体的编程技术。课时安排 8学时检测手段 课堂检查安全及注意事项1、遵守实训场地安全文明生产制度；2、遵守数控车床的安全操作规程；课后分析教学过程：数控车削加工编程技术数控编程是数控加工的重要步骤。用数控机床对零件进行加工时，要按照加工工艺要求，根据所用数控机床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削用量以及相关辅助动作（包括换刀、主轴正/反转、切削液开/关等）编写成加工程序，输入到数控装置中，从而指挥机床加工零件。一、数控车床的坐标系及运动方向数控车床的坐标系及其运动方向，在国际标准（ISO）中有其统一规定，我国机械工业部标准与之等效。（一）坐标系数控车床的坐标系是以径向为X轴方向，纵向为Z轴方向。经济型普通卧式前置刀架数控车床指向主轴箱的方向为Z轴负方向，而指向尾架的方向为Z轴的正方向。X轴的正方向是指向操作者的方向，负方向为远离操作者的方向。由此，根据右手法则，Y轴的正方向应该垂直指向地面（编程中不涉及Y坐标）。图2-1所示为数控车床的坐标系。 a） b）a）普通卧式前置刀架数控车床坐标系b）普通卧式后置刀架数控车床坐标系图2-1 数控车床的坐标系在按绝对坐标编程时，使用代码X和Z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。也可以采用混合坐标指令编程，即同一程序中，既出现绝对坐标指令，又出现相对坐标指令。U和X坐标值，在数控车床的编程中一般是以直径方式输入的，即按绝对坐标系编程时，X输入的是直径值；按增量坐标编程时，U输入的是径向实际位移值的二倍，并附上方向符号（正向可以省略）。（二）原点1、机械原点（参考点）机械原点是由生产厂家在生产数控车床时设定在机床上的，它是一个固定的坐标点。每次在操作数控车床的时候，启动机床之后，必须首先进行机械原点回归操作，使刀架返回到机床的机械原点。一般地，根据机床规格不同，X轴机械原点比较靠近X轴正方向的超程点；Z轴机械原点比较靠近Z轴正方向超程点。2、编程原点编程原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。在编制数控车削程序时，首先要确定作为基准的编程原点。对于某一加工工件，编程原点的设定通常是将主轴中心设为X轴方向的原点。将加工工件的精切后的右端面或精切后的夹紧定位面设定为Z轴方向的原点。分别如图2-2（a）（b）所示。（a） （b）图2-2 编程原点值得一提的是，以机械原点为原点建立的坐标系一般称为机床坐标系，它是一台机床固定不变的坐标系；而以编程原点为原点建立的坐标系一般称为工件坐标系或编程坐标系，它随着加工工件的改变而改变位置。二、程序结构与格式（一）程序的结构程序是控制机床的指令，与我们学习Basic、C语言编程一样，必须先了解程序的结构，以指导我们读懂程序。下面，我们以一个简单的数控车削程序为例，分析加工程序的结构。例2-1：以经济型数控车床加工图2-3所示工件(毛坯直径为50)。图2-3 车削外圆参考程序如下：O0001； 程序名(程序号)N05 G90 G54 M03 S800；N10 T0101； N15 G00 X49 Z2；N20 G01 Z-100 F0.1； 程序内容N25 X51；N30 G00 X60 Z150； N35 M05；N40 M30； 程序结束对于初学者来说,程序中每个指令的意义可能还不理解,但我们可以看出它大致分成程序名(程序号)、程序内容和程序结束三个部分。1、程序名（程序号） 程序号为程序开始部分。在数控装置中，程序的记录是靠程序号来辨别的，调用某个程序可通过程序号来调出，编辑程序也要首先调出程序号。2、程序内容 程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令组成，表示数控机床要完成的全部动作。3、程序结束 以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。（二）程序段格式程序段是可以作为一个单位来处理的连续字组，从例2-1可见，程序段构成的一般形式如下：N G X（U） Z（W） F M S T ；程序段 准备 尺寸字 进给 辅助 主轴 刀具 程序段顺序号 功能 功能 功能 功能 功能 结束三、辅助功能M代码辅助功能也叫M功能或M代码，由地址字M和其后的两位数字组成，从M00M99共100种。主要用于控制零件程序的走向和机床及数控系统各种辅助功能的开关动作。各种数控系统的M代码规定有差异，必须根据系统编程说明书选用。M功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。非模态M功能(当段有效代码)只在书写了该代码的程序段中有效；模态M功能(续效代码)是一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。另外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能二类。前作用M功能在程序段编制的轴运动之前执行；后作用M功能在程序段编制的轴运动之后执行。常用的M功能代码见表2-1。表2-1 M功能代码一览表代码是否模态功能说明代码是否模态功能说明M00非模态程序停止M03模态主轴正转起动M01非模态选择停止M04模态主轴反转起动M02非模态程序结束M05模态主轴停止转动M30非模态程序结束并返回M07模态切削液打开M98非模态调用子程序M08模态切削液打开M99非模态子程序结束M09模态切削液停止四、准备功能G代码准备功能G代码由G后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。（一）快速点定位指令（G00）该指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别指定移动速度。输入格式：G00 IP ；注：1、“IP ”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示；2、X（U）坐标按直径值输入；3、快速点定位时，刀具的路径通常不是直线。例2-2：如图2-4所示，以G00指令刀具从A点移动到B点。图2-4 G00快速点定位绝对指令：G00 X40 Z2；增量指令：G00 U-60 W-50；相关知识点：1、符号“”代表编程原点；2、在某一轴上相对位置不变时，可以省略该轴的移动指令；3、在同一程序段中绝对坐标指令和增量坐标指令可以混用；4、从图中可见，实际刀具移动路径与理想刀具移动路径可能会不一致，因此，要注意刀具是否与工件和夹具发生干涉，对不确定是否会干涉的场合，可以考虑每轴单动；5、刀具快速移动速度由机床生产厂家设定。（二）直线插补指令（G01）该指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿X轴、Z轴方向执行单轴运动，也可以沿XZ平面内任意斜率的直线运动。输入格式：G01 IP F ；注：1、“IP ”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示；2、“F ”指令刀具的进给速度。例2-3：外圆柱切削。如例2-1所示。图2-5 G01指令切外圆锥例2-4：外圆锥切削。（图2-5）绝对指令：G01 X40 Z-30 F0.4；增量指令：G01 U20 W-30 F0.4；或采用混合坐标系编程：G01 X40 W-30 F0.4；（三）圆弧插补指令（G02 G03）该指令能使刀具沿圆弧运动，切出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。表2-2列出了G02、G03程序段中各地址代码含义。输入格式：G02 IP_I_K_F_；或G02 IP_R_F_； G03 IP_I_K_F_；或G03 IP_R_F_；表2-2 G02 G03程序段中各指令的含义考虑的因素指令含义回转方向G02刀具轨迹按顺时针圆弧插补G03刀具轨迹按逆时针圆弧插补终点位置IPX、Z（U、W）工件坐标系中圆弧终点的X、Z（U、W）值从圆弧起点到圆弧中心的距离I、KI：圆心相对于圆弧起点在X方向的坐标增量K：圆心相对于圆弧起点在Z方向的坐标增量圆弧半径R指圆弧的半径，取小于180º的圆弧部分相关知识点：1、圆弧顺、逆的方向判断：沿圆弧所在平面（XOZ）相垂直的另一坐标轴（y轴），由正向负看去，起点到终点运动轨迹为顺时针使用G02指令，反之，使用G03指令，如图2-6所示。2、X、Z（U、W）代表圆弧终点坐标；3、到圆弧中心的距离不用I、K指定，可以用半径R指定。当I、K和R同时被指定时，R指令优先，I、K无效；a） b）图2-6 圆弧的顺、逆判断4、I0，K0可以省略；5、若省略X、Z（U、W），则表示终点与始点是在同一位置，此时使用I、K指令中心时，变成了指令360º的圆弧（整圆）；6、圆弧在多个象限时，该指令可以连续执行；7、在圆弧插补程序段中不能有刀具功能（T）指令；8、使用圆弧半径R指令时，指定圆心角小于180º圆弧；9、圆心角接近于180º圆弧，当用R指定时，圆弧中心位置的计算会出现误差，此时请用I、K指定圆弧中心。例2-5：顺时针圆弧插补。（图2-7）图2-7 G02顺时针圆弧插补（I、K）指令：G02 X50.0 Z-20.0 I25 K0 F0.5； G02 U20.0 W-20.0 I25 F0.5；（R）指令： G02 X50 Z-20 R25 F0.5； G02 U20 W-20 R25 F0.5；例2-6：逆时针圆弧插补。（图2-8）图2-8 G03逆时针圆弧插补（I、K）指令：G03 X50 Z-20 I-15 K-20 F0.5； G03 U20 W-20 I-15 K-20 F0.5；（R）指令： G03 X50 Z-20 R25 F0.5； G03 U20 W-20 R25 F0.5；四、螺纹切削指令（G32/G33）螺纹加工的类型包括：内（外）圆柱螺纹和圆锥螺纹、单头螺纹和多头螺纹、恒螺距与变螺距螺纹。数控系统提供的螺纹加工指令包括：单一螺纹指令和螺纹固定循环指令。前提条件是主轴上有位移测量系统。数控系统的不同，螺纹加工指令也有差异，实际应用中按所使用的机床要求编程。G32/G33指令可以执行单行程螺纹切削，车刀进给运动严格根据输入的螺纹导程进行。但是，车刀的切入、切出、返回均需编入程序。几种典型数控系统的单行程螺纹加工的编程格式见表2-3。表2-3 典型数控系统的单行程螺纹编程指令数控系统编程格式说 明HNC-21TG32 IP_R_E_P_F_IP：代表终点的坐标；F：螺纹导程（即单线螺纹的螺距）；R、E：螺纹切削的退尾量；P：切削起始点的主轴转角。FANUCG32 IP_F_；（G33 IP_F_；）IP：代表终点的坐标；F：螺纹导程（即单线螺纹的螺距）。SIEMENSG33 IP K SF （G33 IP I SF ）K：用于指令圆柱螺纹的导程和锥角小于45°的圆锥螺纹导程；I：用于指令锥角大于45°的圆锥螺纹导程；SF：起始点偏移量。FAGORG33 IP L Q IP：代表终点的坐标；L：螺纹导程（即单线螺纹的螺距）；Q：表示多头螺纹时的主轴角度。例2-7：以FANUC系统G33指令编写圆柱螺纹切削程序。（图2-9）螺纹导程：4mm 1=3 mm2=1.5 mm若切深2mm，分两次切削（每次切深1mm）（公制输入，直径指定）图2-9 圆柱螺纹切削切削螺纹部分程序如下： G00 U-62； G33 W-74.5 F4.0； G00 U62；W74.5；U-64；（第二次再切深1mm）G33 W-74.5 F4.0；G00 U64； W74.5；相关知识点：1、图中1、2有其特殊的作用，由于螺纹切削的开始及结束部分，伺服系统存在一定程度的滞后，导致螺纹导程不规则，为了考虑这部分螺纹尺寸精度，加工螺纹时的指令要比需要的螺纹长度长（1+2）；2、螺纹切削时，进给速度倍率开关无效，系统将此倍率固定在100%；3、螺纹切削进给中，主轴不能停。若进给停止，切入量急剧增加，很危险，因此进给暂停在螺纹切削中无效。例2-8：以FANUC系统G32指令编写圆锥螺纹切削程序。（图2-10）螺纹导程：Z方向3.5mm 1=2 mm2=1 mm若切深2mm，分两次切削（每次切深1mm）（公制输入，直径指定）图2-10 圆锥螺纹切削切削锥螺纹部分程序如下： G00 X12 Z72； G32 X41 Z29 F3.5； G00 X50； Z72； X10；（第二次再切深1mm） G32 X39 Z29 F3.5； G00 X50； Z72；相关知识点：关于圆锥螺纹的导程，如图2-11所示，当45º时，导程为LZ；当45º时，导程为LX。图2-11 圆锥螺纹的导程五、暂停指令（G04）该指令可使刀具作短时间的无进给光整加工，常用于车槽、镗平面、锪孔等场合。如图2-12所示。输入格式：G04 P ； 或 G04 X ； 或 G04 U ；注：P ：时间或主轴转数的指定（不能用小数点）X ：时间或主轴转数的指定（可以用小数点）U ：时间或主轴转数的指定（可以用小数点）图2-12 G04暂停指令六、典型数控车削系统G功能代码一览表表2-4 华中世纪星HNC-21/22T数控车系统的G代码G代码组功 能G代码组功 能G0001快速定位G5711坐标系选择G01直线插补G58G02顺圆插补G59G03逆圆插补G65宏指令简单调用G0400暂停G71外径、内径车削复合循环G2008英寸输入G7206端面车削复合循环G21毫米输入G73闭环车削复合循环G2800返回参考点G76螺纹切削复合循环G29参考点返回G80车内外径复合循环G3201螺纹切削G81端面车削复合循环G3617直径编程G82螺纹切削固定循环G37半径编程G9013绝对编程G4009取消半径补偿G91相对编程G41左刀补G9200工件坐标系设定G42右刀补G9414每分钟进给G5411坐标系选择G95每转进给G55G9616恒线速度切削G56G97取消恒线速度切削表2-5 FANUC 0i-T数控车系统的G代码G代码组功 能G代码组功 能ABCABCG00G00G0001快速定位G70G70G7200精加工循环G01G01G01直线插补G71G71G73外圆粗车循环G02G02G02顺圆插补G72G72G74端面粗车循环G03G03G03逆圆插补G73G73G75多重车削循环G04G04G0400暂停G74G74G76排屑钻端面孔G10G10G10可编程数据输入G75G75G77外径/内径钻孔循环G11G11G11可编程数据输入方式取消G76G76G78多头螺纹循环G20G20G7006英制输入G80G80G8010固定钻削循环取消G21G21G71公制输入G83G83G83钻孔循环G27G27G2700返回参考点检查G84G84G84攻丝循环G28G28G28返回参考位置G85G85G85正面镗循环G32G33G3301螺纹切削G87G87G87侧钻循环G34G34G34变螺距螺纹切削G88G88G88侧攻丝循环G36G36G3600自动刀具补偿XG89G89G89侧镗循环G37G37G37自动刀具补偿ZG90G77G2001外径/内径车削循环G40G40G4007取消刀尖半径补偿G92G78G21螺纹车削循环G41G41G41刀尖半径左补偿G94G79G24端面车削循环G42G42G42刀尖半径右补偿G96G96G9602恒表面切削速度控制G50G92G9200坐标系或主轴最大速度设定G97G97G97恒表面切削速度控制取消G52G52G5200局部坐标系设定G98G94G9405每分钟进给G53G53G53机床坐标系设定G99G95G95每转进给G52-G5914选择工件坐标系1-6G90G9003绝对值编程G65G65G6500调用宏指令G91G91增量值编程表2-8 SIMENS 802S/C数控车系统的G代码G代码功 能G代码功 能G90，G91绝对/增量尺寸G33定螺距螺纹切削G71，G70公制/英制尺寸G74回参考点G22，G23半径/直径尺寸G75接近固定点G158可编程零点偏置G9，G60，G64准确停/连续路经加工G52-G57，G500，G53可设定零点偏置G601/G602在准确停时的段转换G0快速定位G25，G26主轴速度限制G1直线插补G96/G97恒线速度切削G2，G3顺/逆圆插补G40取消半径补偿G4暂停G41，G42左/右刀补G5中间点的圆弧插补G450，G451转角处加工从表中可以看出，同一G代码，不同的数控系统所代表的含义不完全一样。