数控车床的程序编制

数控车床的整体结构组成基本与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架及其拖板和尾座等基本部件。数控柜、操作面板是数控机床特有的部件。数控车床的机械部件和普通车床也具有很大的区别。如：1数控车的主轴箱内部省掉了机械式的齿轮变速部件，因而结构就非常简单了；2车螺纹也不再需要另配丝杆和挂轮了；3滚珠丝杠。下面以CK7815数控车床为例，简单介绍一下数控车床的结构组成。数控车床的程序编制CK7815型数控车床是长城机床厂的产品，可选配FANUC－6T或FANUC－5T系统，为两坐标联动半闭环控制的CNC车床。该车床能车削直线(圆柱面)、斜线(锥面)、圆弧(成形面)、公制和英制螺纹(圆柱螺纹、锥螺纹及多头螺纹)，能对盘形零件进行钻、扩、铰和镗孔加工。CHANGCHENG转位刀架防护门尾座主轴机械操作面板数控面板数控柜光电读带机床体防护门转位刀架主轴机械操作面板数控面板数控柜光电读带机床体尾座数控车床的传动及速度控制主轴由AC－6型5.5kW交流调速电动机或DC－8型1.1kW直流调速电动机驱动，靠电器系统实现无级变速。由于电机调速范围的限制，故采用两级宝塔皮带轮实施高、低两挡速度的手工切换，在其中某挡的范围内可由程序代码S任意指定主轴转速。结合数控装置还可进行恒线速度切削。但最高转速受卡盘和卡盘油缸极限转速的制约，一般不超过4500r/min。主轴电机尾座宝塔带轮伺服电机伺服电机主轴脉冲编码器同步齿形带传动刀盘转位电机蜗杆副主轴纵轴丝杠横轴转位刀盘丝杠Z轴X轴液压缸主轴转速高速区低速区直流电机38～3000r/min22～1800r/min交流电机37.5～5000r/min15～2000r/min进给速度：0.01～500mm/r0.0001～50in/r1～2000mm/min0.01～600in/min快进速度：纵向Z轴12m/min横向X轴9m/minCK7815的主要速度指标为：数控车床的加工对象数控车床与普通车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。（1）精度要求高的零件由于数控车床有刚性好、精度高等优点，故加工精度高。有些场合可以以车代磨。（2）表面粗糙度好的回转体零件线速度切削功能——在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。（3）轮廓形状复杂的零件数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。（4）带一些特殊类型螺纹的零件传统车床只能加工等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能加工任何等节距直、锥面，公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹。数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等，下面将结合FANUC-6T数控系统（CK7815型数控车床，2轴联动）讨论数控车床基本编程方法。数控车床的基本编程方法1.机床坐标系1)机床原点：为机床上的一个固定点，数控车床一般将其定义在主轴前端面的中心。2)机床坐标系：是以机床原点为坐标原点建立的X、Z轴两维坐标系。Z轴与主轴中心线重合，为纵向进刀方向；X轴与主轴垂直，为横向进刀方向；3)机床参考点:在数控机床上设定一个特定的机械位置,是指刀架中心退离距机床原点最远的一个固定点。该点在机床制造厂出厂时已调试好，并将数据输入到数控系统中。数控车床开机时，必须先确定机床参考点，我们也称其为刀架返回机床参考点的操作或称为回零操作。只有机床参考点确定后，刀架移动才有了依据，否则，不仅编程无基准，还会发生碰撞事故。机床参考点的位置由设置在机床X向、Z向滑板上的机械档块来确定。当刀架返回机床参考点时，装在X向、Z向滑板上的档块分别压下对应的行程开关，向数控系统发出信号，停止滑板的移动，即完成了返回机床参考点的操作。在机床通电后，刀架返回机床参考点之前，不论刀架处于什么位置，此时CRT屏幕上显示X、Z坐标值为0。当完成了返回机床参考点的操作后，CRT屏幕上立即显示出刀架在机床坐标中的坐标值，即建立起了机床坐标系。刀架返回机床参考点的操作有两种。一种是手动操作，一种是编程操作。①自动返回参考点（G28）指令格式：G28X__Z;X、Z是返回参考点的中间点的位置坐标值。G28程序段的操作首先是快速进给使被指令的轴移向中间点，然后从该中间点向参考点进行快速进给定位。程序运行时G28指令的坐标值作为中间点的坐标值，存储在控制器中。即使G28没有指令坐标值，系统仍然使用前指令的G28的坐标值作为中间点的坐标值。②返回参考点检验（G27）：用来检验程序执行了返回参考点的指令后，是否能正确地返回参考点。指令格式：G27X__Z；X__Z：参考点的坐标位置前提：机床通电后已返回过参考点一次。③从参考点返回（G29）：使被指令的轴经过中间点，移到所指定的位置。指令格式：G29X__Z；X__Z：要移动到的坐标位置例G28U40.0W100.0；T0202G29U-80.0W50.0；前提：机床刀架在参考点。工件坐标系是为了确定工件几何图形上各几何要素（如点、直线、圆弧等）的位置而建立的坐标系。工件坐标系是一个以工件原点为坐标系原点的坐标系。工件坐标系设定后，CRT屏幕上显示的是车刀刀尖相对工件原点的坐标值。2工件坐标系的确定建立工件坐标系使用G50准备功能指令。指令格式：G50X＿Z;当X、Z为绝对指令时，就可直接得到刀具在当前设定工件坐标中的位置。当X、Z为相对指令时，则指令前的刀具坐标值和当前指令值相加所得的坐标值就是刀具在该坐标系中的位置。G50还有一个功能：坐标平移。G50U＿W;U、W的数值就是旧坐标原点在新坐标中的位置。坐标原点设置的方法坐标原点设置设在工件左端面设在工件右端面程序G50X200.0Z180.0G50X200.0Z110.0刀尖距原点距离X=200,Z=180X=200,Z=110从实践可知，将工件坐标系的原点设定在工件的右端面要比设定在工件左端面时计算各尺寸的坐标值方便，从而给编程带来方便。数控车床工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面的交点处。这个坐标系的特点是：1）x方向的坐标系零点在主轴回转中心线上。2）z方向的坐标系零点可以根据图纸技术要求，设在右端面或在左端面，也可以设在其它位置。3.对刀车刀的对刀就是在加工前测定出加工起始点(起刀点)处，刀具刀位点(如刀尖)在预想的工件坐标系(编程坐标系)中的相对坐标位置。对刀操作通常是在建立工件坐标系以前进行的，只有通过对刀才可确保建立一个和编程坐标系一致的工件坐标系。①试切法对刀试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法。②对刀仪自动对刀现在很多高级车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差，大大提高对刀精度。试切法对刀：对于数控车床而言，在经过回参考点操作后，由于机床原点是已知的、固定不变的，因此在参考点处显示的是刀架上某参照点(如刀架中心)在机床坐标系中的位置坐标。对刀操作在机床坐标系控制下进行，当刀具装夹好后，刀架中心和刀具刀位点之间的距离即是固定的，因此，可以通过刀架中心在机床坐标系中的坐标变化来推测出刀具刀位点在设想的工件坐标系中的坐标。可以说，刀架中心点是用于对刀的参照点。其试切对刀的过程大致如下：①先进行手动返回参考点的操作。②试切外圆。③试切端面。④对刀。⑤建立工件坐标系。①先进行手动返回参考点的操作。②试切外圆。用MDI方式操纵机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在X轴方向上的位置不变，沿Z轴方向退刀，记下此时显示器上显示的刀架中心在机床坐标系中的X坐标值Xt，并测量工件试切后的直径D，此即当前位置上刀尖在工件坐标系中的X值。(通常X零点都选在回转轴心上。)③试切端面。用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具Z坐标不变，沿X方向退刀，记下此时刀架中心在机床坐标系中的Z坐标值Zt，且测出试切端面至预定的工件原点的距离L，此即当前位置处刀尖在工件坐标系中的Z值。LZtbXWXMZt＋b－LDXtaXt＋a－DZMW④对刀。将刀具移至使显示器上所显示的刀架中心在机床坐标系中的坐标值为(Xt+a−D，Zt+b−L)的位置。⑤建立工件坐标系。G50XaZb;编程规程1.尺寸单位FANUC数控系统以G20表示英制单位编程，G21是以公制单位编程，机床通电后自动使G21生效。指令格式：G20；输入数据单位为英制G21；输入数据单位为公制公、英制转换的G代码要写在程序的开头，在坐标系设定之前并用单独语句来指令。当G代码转换时，输入数据的单位就分别设定为公制或英制的最小单位。需要提醒的是，G20和G21不要在程序运行中途转换。2.绝对值编程与增量值编程1)绝对值编程绝对值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。即采用绝对值编程时，首先要指出编程原点的位置，并用地址X、Z进行编程（X为直径值）。2)增量值编程增量值编程是根据与前一个位置的坐标值来表示位置的一种编程方法。即程序中的终点坐标是相对起点坐标而言的，并用地址进行编程。U、W的正负由行程方向确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正，反之为负。3)混合编程绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法。编程时也必须先设定编程原点。采用上述三种不同方法编程时程序如下：（a）绝对值编程：（b）增量值编程:（c）混合编N04G01X30.0Z0F60;N05X40.0Z-25.0;N05G01U10.W-25.F60;N05G01U10.W-25.F60;N06X60.0Z-40.0;N06U20.W-15.0;N06X60.W-15.0;3.直径编程和半径编程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，如图所示：图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40，60）。采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。N、F、T、S、M功能1.N顺序号字2.F进给功能字进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。如F100表示进给速度为100mm/min1）每分钟进给(G98)系统在执行了G98指令后再遇到F指令时，便认为F所指定的进给速度单位为m/m或in/min，并一直有效，直至系统又执行了含有G99的程序段，则G98被否定，而G99发生作用。2）每转进给(G99)若系统执行了含有G99的程序段，则所指定的进给速度单位为mm/r或in/r。要取消G99状态，必须重新指定G98。注：G98、G99可相互注销，G98为缺省值。3.T刀具功能字字刀具功能主要用于系统对各种刀具的选择．它是由地址下和其后的四位数字表示。其中前位为选择的刀具号，后两位为选择的刀具偏置号。每一刀具加工结束后必须取消其刀偏偏置值。即将后两位数设为“00”，取消刀具偏置值。指令格式：T□□□□N02M06T0101：（用“01”号刀加工，刀具偏号为“01”)N03G00G90Z40N04G01X40Z30F100；N05G00X50Z50T0100;（取消“01“号刀偏）N06M024.S主轴转速功能字用于指定主轴转速。单位为r/min。切削速度可以直接用数值指定。当加工工件直径变化时，CNC可使主轴转速不断变化，以保持切削速度不变，这就叫很恒线速度控制功能。在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面。G96S＿；恒线速度控制指令，S后面是端面周速即切削速度（m/min或ft/min）；G97S＿；恒角速度控制指令，S后面是主轴转速(r/min)；5.M辅助功能字辅助功能字是用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，工件或刀具的夹紧和松开，刀具的更换等机床辅助装置的开关动作。编程指令一、直线加工1.快速点定位指令G00G00指令是模态代码，它命令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到