数控车床程序编制

第6章第一节数控车床程序编制6.1数控车床编程基础6.2数控车床G指令应用6.3数控车床T指令6.4数控车床M指令习题与思考题6.1数控车床编程基础6.1.1数控车床编程特点数控车床的主要编程特点如下：(1)在一个程序段中，可以采用绝对值编程(用X、Z表示)、增量值编程(用U、W表示)或者二者混合编程。(2)直径方向(X方向)用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附方向符号(正向可以省略)。系统默认为直径编程，也可以采用半径编程，但必须更改系统设定。(3) X向的脉冲当量应取Z向的一半。(4)车削加工毛坯余量较大时，为简化编程，数控装置常备有不同形式的固定循环，可以进行多次重复循环切削。(5)编程时，常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，车刀刀尖常被磨成一个圆弧，因此，当编制加工程序时，需要考虑对刀具进行半径补偿。6.1.2数控车床的坐标系和参考点1．机床坐标系机床坐标系是机床固有的坐标系，它是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。在机床经过设计、制造和调整后，机床坐标系就已经由机床生产厂家确定好了，一般情况下用户不能随意改动。数控车床的坐标系规定如图6-1所示。它是以机床原点为坐标原点建立起来的。机床原点是机床上一个固定的点，数控车床的机床原点处于主轴旋转中心与卡盘后端面的交点。图3-1中O点即为机床原点。图6-1数控车床坐标系X机床坐标系机床原点旋转中心机床参考点O′ZO2．参考点参考点也是机床上一个固定的点，它是刀具退到一个固定不变的位置。该点与机床原点的相对位置如图6-1所示(图中的O即为参考点)。参考点的固定位置由Z向和X向的机械挡块或者电气装置来限定，一般设在车床正向最大极限位置。当进行回参考点(也叫回零)的操作时，装在纵向和横向滑板上的行程开关碰到相应的挡块后，就会向数控系统发出信号，由系统控制滑板停止运动，完成回参考点的操作。对操作者来说，参考点比机床原点更常用、更重要。机床通电后，刀架返回参考点以前，不论刀架位于什么位置，此时CRT屏幕上显示的Z与X的坐标值均为零。当完成返回参考点的操作后，CRT屏幕上则立即显示出此时刀架中心(对刀参考点)在机床坐标系中的位置，这就相当于在数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系。6.1.3工件坐标系和工件原点工件坐标系是编程人员在程序编制中使用的坐标系，程序中的坐标值均以此坐标系为依据，因此又称为编程坐标系。在进行数控程序编制时，必须首先确定工件坐标系和坐标原点。零件图样给出以后，首先应该找出图样上的设计基准点，图样上其他各尺寸都是以该基准来进行标注的。同时，在零件加工过程中有工艺基准，设计基准应尽量与工艺基准统一。一般情况下，将该基准称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立起来的坐标系称为工件坐标系。工件坐标系是人为设定的，从理论上讲，工件坐标系的坐标原点选在任何位置都是可以的，但在实际编程过程中，其设定的依据是既要符合图样尺寸的标注习惯，又要便于编程。所以，应合理设定工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。工件坐标系设定后，CRT屏幕上所显示的便是车刀刀尖相对工件原点的坐标值。编程时，工件的各个尺寸坐标都是相对于工件原点而言的。因此，数控车床的工件原点也称为程序原点。通常在车床上将工件原点选择在工件右端面与主轴回转中心的交点上，也可将工件原点选择在工件左端面与主轴回转中心的交点上，这样工件坐标系也就建立起来了。因为一般情况下，车刀是从右端向左端车削，所以将工件原点设在工件的右端面要比设定在工件的左端面换算尺寸方便。本章工件坐标系主要设定在工件的右端面。图3-2所示为数控车床上常用的以工件右端面中心为工件原点建立的工件坐标系。可见，工件坐标系的Z轴与主轴轴线重合，X轴随工件原点的不同而异，各轴正方向与机床坐标系相同。图6-2工件坐标系与工件原点工件旋转中心工件原点O起刀点ZX6.1.4数控车床基本功能指令不同的数控车床，其指令系统也不尽相同。此处以FANUC0i数控系统为例，介绍数控车床的基本编程指令。基本功能指令通常称为准备功能指令，用G代码表示，称为G码编程，它是用地址字G和后面的两位数字来表示的，见表6-1。表6-1准备功能指令代码功能代码功能G00快速点位移动G54选择工件坐标系1G01直线插补G55选择工件坐标系2G02顺圆插补G56选择工件坐标系3G03逆圆插补G57选择工件坐标系4G04暂停G58选择工件坐标系5G10可编程数据输入G59选择工件坐标系6G11注销可编程数据输入G65宏程序调用G18ZX平面选择G66宏程序模态调用G20英寸输入G67宏程序模态调用取消G21毫米输入G70精车循环G22存储行程检查接通G71轮廓粗车循环G23存储行程检查断开G72轮廓粗车循环G27返回参考点检查G73轮廓粗车循环G28返回参考点G74排屑钻端面孔G30返回第2、第3和第4参考点G75外径/内径钻孔G31跳转功能G76螺纹循环G32等螺距螺纹切削G90固定循环G34变螺距螺纹加工G92螺纹循环G40注销刀具半径补偿G94固定循环/每分钟进给G41刀具半径补偿(左)G95每转进给G42刀具半径补偿(右)G96恒表面切削速度控制G50工件坐标系的设立G97恒表面切削速度控制取消表6-1准备功能指令6.1.5数控车床的补偿功能数控车床的补偿功能是其主要功能之一，它分为两大类，即刀具的位置补偿(亦称刀具尺寸补偿、轮廓补偿、偏置补偿)和刀尖圆弧半径补偿。这两类功能主要是用来补偿刀具实际安装位置和实际刀尖圆弧半径与理论编程位置和刀尖圆弧半径之差的一种功能。假定以刀架中心作为编程起点，当实际刀具安装以后，由于实际刀尖与编程起点不能重合，必然会存在着一定的偏移量，其偏移值主要表现在X方向和Z方向。如果测量出这两个偏移量，并将其输入到相应的存储器中，当程序执行到刀具补偿功能时，原来的编程起点就会被实际刀尖所取代，从而简化了编程。当刀具磨损或者更换了刀具以后，只要修正X方向和Z方向的偏移量即可自动实现补偿。数控车床的刀具位置补偿包括刀具的几何补偿和磨损补偿。在实际编程时，通常都选用一把刀具作为标准刀具。实际刀具与标准刀具在X方向和Z方向的差值称为几何补偿；磨损补偿是指刀具磨损以后和实际值之间的偏差。为了提高刀具强度和工件表面加工质量，延长刀具寿命，通常将车刀刀尖磨成圆弧状。在车削过程中，刀尖圆弧半径中心与编程轨迹会偏移一个刀尖圆弧半径值，用指令来补偿这种偏置功能，称为刀具半径补偿。这样，在编制程序时，不需要重新计算刀尖半径中心轨迹，只要按照工件轮廓编程即可。刀具位置补偿一般是用T指令来实现的。刀具半径补偿一般是用G代码来实现的。系统对刀具的补偿或者取消，都是通过滑板的移动来实现的。6.2数控车床G指令应用6.2.1坐标系设定1．用G50指令设定工件坐标系用G50指定设定工件坐标系时，其书写格式为：G50X_Z_；如图6-3所示，P点是开始加工时刀尖的起始点。欲设定XOZ为工件坐标系，则程序段为：G50X121.8Z33.9；设定X'O'Z为工件坐标系，则程序段为：G50X121.8Z109.7；工件旋转中心工件原点O109.7X′O′33.9P60.9ZX图6-3数控车床工件坐标系的设定在这里一定要注意，X方向的尺寸是坐标值的2倍，这种编程方法称为直径编程。另外，G50是模态指令，设定后一直有效。实际加工时，当数控系统执行G50指令时，刀具并不产生运动，G50指令只是起预置寄存作用，用来存储工件原点在机床坐标系中的位置坐标。2．工件坐标系的选择指令G54～G59使用G54～G59指令，可以在机床行程范围内设置6个不同的工件坐标系。这些指令和G50指令相比，在使用时有很大区别。用G50指令设定工件坐标系，是在程序中用程序段中的坐标值直接进行设置；而用G54～G59指令设置工件坐标系时，必须首先将G54～G59的坐标值设置在原点偏置寄存器中，编程时再分别用G54～G59指令调用，在程序中只写G54～G59指令中的一个指令。例如，用G54指令设定如图6-4中所示的工件坐标系。首先设置G54原点偏置寄存器：G54X0Z85.0；然后再在程序中调用：N010G54；图6-4用G54指令设定工件坐标系机床坐标系O85X′PZXG54坐标系显然，对于多工件原点设置，采用G54～G59原点偏置寄存器存储所有工件原点与机床原点的偏置量，然后在程序中直接调用G54～G59指令进行原点偏置是很方便的。因为一次对刀就能加工一批工件，刀具每加工完一件后可回到任意一点，且不需再对刀，避免了加工每件都对刀的操作，所以大批量生产主要采用此种方式。机床坐标系O85X′PZXG54坐标系图6-4用G54指令设定工件坐标系6.2.2基本指令G00、G01、G02、G03、G04和G28必须注意，在数控车床的程序中，X、Z后面跟的是绝对尺寸，U、W后面跟的是增量尺寸。X、Z后所有编入的坐标值全部以编程原点为基准，U、W后所有编入的坐标值全部以刀具前一个坐标位置作为起始点来计算。1．快速点位移动G00格式：G00X(U)_Z(W)_；其中，X(U)_、Z(W)_为目标点坐标值。说明：(1)执行该指令时，刀具以机床规定的进给速度从所在点以点位控制方式移动到目标点。移动速度不能由程序指令设定，它的速度已由生产厂家预先调定。若编程时设定了进给速度F，则对G00程序段无效。(2) G00为模态指令，只有遇到同组指令时才会被取替。(3) X、Z后面跟的是绝对坐标值，U、W后面跟的是增量坐标值。(4) X、U后面的数值应乘以2，即以直径方式输入，且有正、负号之分。如图3-5所示，要实现从起点A快速移动到目标点C。其绝对值编程方式为：G00X141.2Z98.1；其增量值编程方式为：G00U91.8W73.4；图6-5快速点定位XA′BC70.624.7AO24.770.698.1Z执行上述程序段时，刀具实际的运动路线不是一条直线，而是一条折线，首先刀具从点A以快速进给速度运动到点B，然后再运动到点C。因此，在使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，对不适合联动的场合，两轴可单动。如果忽略这一点，就容易发生碰撞，而在快速状态下的碰撞就更加危险。图6-5中从A点到C点单动绝对值编程方式如下：G00X141.2；Z98.1；从A点到C点单动增量值编程如下：G00U91.8；W73.4；此时刀具先从A点到A'点，然后从A'点到达C点。2．直线插补G01直线插补也称直线切削，该指令使刀具以直线插补运算联动方式由某坐标点移动到另一坐标点，移动速度由进给功能指令F来设定。机床执行G01指令时，如果之前的程序段中无F指令，在该程序段中必须含有F指令。G01和F都是模态指令。格式：G01X(U)_Z(W)_F_；其中，X(U)、Z(W)为目标点坐标，F为进给速度。说明：(1) G01指令是模态指令，可加工任意斜率的直线。(2) G01指令后面的坐标值取绝对尺寸还是取增量尺寸，由尺寸地址决定。(3) G01指令进给速度由模态指令F决定。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，机床倍率开关在0%位置时机床也不运动。因此，为保险期间G01程序段中必须含有F指令。(4) G01指令前若出现G00指令，而该句程序段中未出现F指令，则G01指令的移动速度按照G00指令的速度执行。例3-1加工如图6-6所示的零件，选右端面O点为编程原点。805020455×45°5X10015100ZO图6-6直线插补程序(绝对值编程)如下：O0301N010G50X200.0Z100.0；N020G00X30.0Z5.0S800T0101M03；N030G01X50.0Z-5.0F1.3；N040Z-45.0；N050X80.0Z-65.0；N060G00X200.0Z100.0T0100；N070M05；N080M02；程序(增量值编程)如下：O0312；N010G0