数控工艺培训(数车)和数控机床编程及加工

项目：车削工艺与编程数控加工工艺与编程应用模块

任务1：数控车床与车削编程基础任务2：数控车削加工的步骤任务3：数控车床的对刀及补偿设置任务4：简单轴类零件编程及加工任务5：成形面编程及加工任务6：螺纹编程及加工任务7：数控车削简化编程摘要幻灯片任务1：数控车床与车削编程基础1.1数控车削简介

数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动控制完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。数控车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率。1数控车削基础

数控车加工工艺范围

数控车床的分类1）卧式数控车床卧式数控车床的主轴轴线处于水平设置。卧式数控车床又可分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。倾斜导轨结构可以使数控车床具有更大的刚度，并易于排除切屑。2）立式数控车床立式数控车床的主轴轴线垂直于水平面。主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴联动。2）四轴控制的数控车床：机床上有两个回转刀架，可实现四坐标轴联动。3）多轴控制的数控车床：机床上除了控制X、Z两个坐标外，还可控制其它坐标轴，实现多轴控制，如具有C轴控制功能。车削加工中心或柔性制造单元，都具有多轴控制功能。1）经济型数控车床：一般采用步进电机驱动的开环伺服系统，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，加工精度较低，功能较简单。2）全功能型数控车床：较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿功能、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能。加工能力强，适于加工精度高、形状复杂、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件的加工。3）精密型数控车床：采用闭环控制，不但具有全功能型数控车床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快，在数控车床基础上增加其它附加坐标轴。适于精密和超精密加工。

数控车削的加工对象数控车削是数控加工中用的最多的加工方法之一。同常规加工相比，数控车削加工对象具有下面特点：（1）轮廓形状特别复杂的回转体零件加工车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能，还有部分车床数控装置有某些非圆曲线的插补功能，所以能车削任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件，包括通过拟合计算处理后的、不能用方程描述的列表曲线类零件。如图所示壳体零件封闭内腔的成型面，“口小肚大”，在普通车床上是较难加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。成型内腔壳体零件示例（2）高精度零件的加工零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置、表面精度要求，其中表面精度主要指表面粗糙度。例如：尺寸精度高（达0.001mm或更小）的零件；圆柱度要求高的圆柱体零件；素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件；线轮廓要求高的零件（其轮廓形状精度可超过用数控线切割加工的样板精度）；在特种精密数控车床上，还可以加工出几何轮廓精度极高（达0.0001mm）、表面粗糙度极小（Ra达0.02µm）的超精零件,以及通过恒线速切削功能,加工表面质量要求高的各种变径表面类零件等。（3）特殊的螺旋零件这些螺旋零件是指特大螺距（或导程）、变（增/减）螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺旋面之间作平滑过度的螺旋零件，以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。（4）淬硬工件的加工在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，而在数控车床上可以用陶瓷车刀对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。（5）高效率加工为了进一步提高车削加工效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件。任务2：数控车削加工的步骤分析零件图纸工艺处理数值计算编制加工程序程序的输入、校验与首件试切零件图分析是制定数控车削工艺的首要工作，主要应考虑以下几个方面。（1）尺寸标注方法分析（2）零件轮廓几何要素分析（3）精度和技术要求分析（4）结构工艺性分析在分析零件形状、精度和其它技术要求的基础上，选择在数控车床上加工的内容。该零件为轴类零件主要加工面包括：外圆柱面、外圆锥面、外圆弧（凸弧、凹弧）、外沟槽、外螺纹、内圆面、内沟槽、内螺纹、倒角等。其中多个尺寸有较高的尺寸精度和表面质量，无形位公差要求。2.1数控车削加工工序划分方法数控车削加工工序划分常有以下几种方法：①按安装次数划分工序。以每一次装夹作为一道工序，这种划分方法主要适用于加工内容不多的零件。②按加工部位划分工序。按零件的结构特点分成几个加工部分，每个部分作为一道工序。③按所用刀具划分工序。刀具集中分序法是按所用刀具划分工序，即用同一把刀或同一类刀具加工完成零件所有需要加工的部位，以达到节省时间、提高效率的目的。④按粗、精加工划分工序。对易变形或精度要求较高的零件常用这种方法。这种划分工序一般不允许一次装夹就完成加工，而是粗加工时留出一定的加工余量，重新装夹后再完成精加工。2.2数控车削加工工序设计数控车削加工工序划分后，对每个加工工序都要进行设计。（1）确定装夹方案在数控车床上根据工件结构特点和工件加工要求，确定合理装夹方式，选用相应的夹具。如轴类零件的定位方式通常是一端外圆固定，即用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面，但此定位方式对工件的悬伸长度有一定的限制。工件的悬伸长度过长在切削过程中会产生较大的变形，严重时将无法切削。对于切削长度过长的工件可以采用一夹一顶或两顶尖装夹。（2）选用刀具1)常用数控车刀刀具选择是数控加工工序设计中的重要内容之一。常用数控车刀的种类、形状和用途如图所示。图15-10常用数控车刀的种类、形状和用途l-切断刀2-左偏刀3-右偏刀4-弯头车刀5-直头车刀6-成型车刀7-宽刃精车刀8-外螺纹车刀9-端面车刀10-内螺纹车刀11-内切槽刀12-通孔车刀13-盲孔车刀2）可转位车刀为了充分利用数控设备、提高加工精度及减少辅助准备时间，数控车床上广泛使用机夹可转位车刀，如图所示。刀具在刀架上的安装

自动回转刀架左右手刀的安装

装刀高低对前后角的影响车刀刀尖不对准工件中心的后果车刀装偏对主副偏角的影响（3）确定切削用量1）选择切削用量的一般原则①粗车切削用量选择粗车时一般以提高生产效率为主，兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和背吃刀量都能提高生产效率，由于切削速度对刀具使用寿命影响最大，背吃刀量对刀具使用寿命影响最小，所以，在考虑粗车切削用量时，首先尽可能选择大的背吃刀量，其次选择大的进给速度，最后，在保证刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。②精车、半精车切削用量选择精车和半精车的切削用量选择要保证加工质量，兼顾生产效率和刀具使用寿命。精车和半精车的背吃刀量是由零件加工精度和表面粗糙度要求，以及粗车后留下的加工余量决定的，一般情况一刀切去余量。精车和半精车的背吃刀量较小。产生的切削力也较小，所以，在保证表面粗糙度的情况下，适当加大进给量。2）背吃刀量ap的确定在车床主体、夹具、刀具和零件这一系统刚度允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。粗加工时，在允许的条件下，尽量一次切除该工序的全部余量，背吃刀量一般为2～5mm；半精加工时，背吃刀量一般为0.5～1mm；精加工时，背吃刀量为0.1～0.4mm。3）进给量f的确定实际加工时，可根据经验确定进给量f。粗车时一般取0.3～0.8mm/r，精车时常取0.1～0.3mm/r，切断时宜取0.05～0.2mm/r。进给速度指单位时间内刀具沿进给方向移动的距离：

Vf=f×n粗加工时，进给量根据工件材料、车刀刀杆直径、工件直径和背吃刀量按表2-1进行选取。从表中可以看出，在背吃刀量一定时，进给量随着刀杆尺寸和工件尺寸的增大而增大；加工铸铁时，切削力比加工钢件时小，可以选取较大的进给量。表2-1硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量表2-2按表面粗糙度选择进给量的参考值精加工与半精加工时，进给量可根据加工表面粗糙度要求按表选取，同时考虑切削速度和刀尖圆弧半径因素，如表2-2所示。4）主轴转速的确定①光车时主轴转速光车时，主轴转速的确定应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速计算公式为：

n=1000υc／πd式中n──主轴转速（r/min）；

υc──切削速度（m/min）；

d──工件加工表面或刀具的最大直径（mm）。在确定主轴转速时，首先需要确定其切削速度，而切削速度又与背吃刀量和进给量有关。切削速度确定方法有计算、查表和根据经验确定。表2-3切削速度参考表②车螺纹时主轴转速车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐有不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹的主轴转速计算公式为：

n≤1200／P－k式中：n──主轴转速（r/min）；P—工件螺纹的导程（mm），英制螺纹为相应换算后的毫米值；k—保险系数，一般取的为80。（4）确定走刀路线确定走刀路线的主要工作在于确定粗加工及空行程的进给路线等，因为精加工的进给路线基本上是沿着零件轮廓顺序进给的。走刀路线一般是指刀具从起刀点开始运动起,直至返回该点并结束加工程序所经过的路径为止,包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。1）刀具引入、切出在数控车床上进行加工时，尤其是精车，要妥当考虑刀具的引入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。尤其是车螺纹时，必须设置升速进刀段（空刀导入量）δ1和减速退刀段（空刀导出量）δ2，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。δ1、δ2一般按下式选取：δ1≥1×导程；δ2≥0.75×导程螺纹加工的导入、导出量2）确定最短的空行程路线确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还善于分析，必要时可辅以一些简单计算。①灵活设置程序循环起点。在车削加工编程时，许多情况下采用固定循环指令编程。如图2-5所示，是采用矩形循环方式进行外轮廓粗车的一种情况示例。(a)(b)图2-5起刀点和循环起点(a)起刀点和循环起点重合(b)起刀点和循环起点分离考虑加工中换刀的安全，常将起刀点设在离坯件较远的位置A点处，同时，将起刀点和循环起点重合，其走刀路线如图2-5（a）图所示。若将起刀点和循环起点分开设置，分别在A点和B点处，其走刀路线如图2-5（b）图所示。显然，（b）图所示走刀路线短。②合理安排返回换刀点。在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，编程者有时将每一刀加工完后的刀具通过执行返回换刀点，使其返回到换刀点位置，然后再执行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而降低生产效率。因此，在不换刀的前提下，执行退刀动作时，应不用返回到换刀点。安排走刀路线时，应尽量缩短前一刀终点与后一刀起点间的距离，方可满足走刀路线为最短的要求。补充知识：进刀和退刀方式对于车削加工，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。根据刀具加工零件部位的不同，退刀的路线确定方式也不同。1)斜线退刀方式斜线退刀方式路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀。2)径-轴向退刀方式这种退刀方式是刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀，切槽即采用此种退刀方法。3)轴-径向退刀方式轴-径向退刀方式的顺序与径-轴向退刀方式恰好相反，镗孔即采用此种退刀方式。数控系统除按指定的退刀方式退刀外，还可用G00指令编制退刀路线，原则是第一考虑安全性，即在退刀过程中不能与工件发生碰撞，第二考虑退刀路线最短。相比之下安全是第一位的。3）确定恰当的切削进给路线 切削进给路线短可有效地提高生产效率、降低刀具的损耗。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚度及加工的工艺性要求。(a)(b)(c)图2-6走刀路线(a)矩形走刀(b)沿工件轮廓走刀(c)三角形走刀4）零件轮廓精加工一次走刀完成在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，零件轮廓应由最后一刀连续加工而成，此时，加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续轮廓中安排切人、切出、换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连续的轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。

总之，在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少不必要的刀具耗损及机床进给滑动部件的磨损等。1、加工方案的确定根据零件的加工要求，各表面的加工方案确定为：粗车→精车2、装夹方案的确定此零件需经过二次装夹才能完成。第一次采用三爪自定心卡盘装夹棒料左端完成右端大部分；第二次用三爪自定心卡盘装夹φ36±0.02外圆（包铜皮或用软爪，避免夹伤），完成其余各部分加工，注意找正。3、加工工艺的确定见加工工序卡表（含刀具卡）三爪自定心卡盘夹持φ50棒料的外圆表面工件：材料：45钢制表人：孙磊加工过程刀具及切削参数工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速(r/min)进给速度(mm/r)背吃刀量(mm)装夹1：夹住棒料一头，留出长度约75～80mm，车端面（手动），对刀，调用程序1粗车外轮廓T010193°右偏外圆车刀，rε=0.86000.212精车外轮廓T020293°右偏外圆车刀，rε=0.48000.10.33切退刀槽T0303切槽刀（B=4）6000.0844切螺纹T040460°螺纹车刀6002装夹2：掉头夹φ26外圆面，对刀，车端面保总长90±0.04，钻孔（手动）至φ18，调用程序1粗车外轮廓T010193°右偏外圆车刀，rε=0.48000.212精车外轮廓T010193°右偏外圆车刀，rε=0.410000.10.33粗镗内轮廓T0202内孔镗刀，rε=0.46000.214精镗内轮廓T0202内孔镗刀，rε=0.48000.10.35切退刀槽T0303内槽刀（B=4）4000.0846切内螺纹T0404内螺纹车刀6002备注：4、进给路线的确定1）外轮廓右端精加工进给路线（红色）2）外轮廓左端精加工进给路线（蓝色）编程时的数据处理就是根据零件图样，按照已确定的加工路线和编程误差，计算出编程时所需要数据的过程。其中，主要是计算零件轮廓或刀具中心轨迹的基点和节点坐标。①基点坐标计算基点是构成零件轮廓的不同几何要素的交点或切点。②节点坐标计算CNC系统均具有直线和圆弧插补功能，对于直线和圆弧以外的非圆曲线，一般用直线或圆弧去逼近，逼近的直线和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点称为节点。对于这种轮廓进行数学处理，实质就是计算各节点的坐标。对下图所示的曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。

A、B、C、D、E为基点计算出图中各点坐标：如：5（-24.183，26）、6（-26.759，27.429）、7（-44.143，26.261）、8（-52，34.467）；ACD234B5678910111214.1数控编程格式%（开始符）O2023（程序名）N10G54G00X10.0Y20.0M03S1000（程序主体）N20G01X60.0Y30.0F100T02M08N30X80.0……N200M30（程序结束）%（结束符）1)程序开始符、结束符程序开始符、结束符是同一个字符，ISO代码中是%，EIA代码中是ER，书写时要单列段。2)程序号程序号有两种形式：一种是英文字母O(%或P)和1～4位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字多字符混合组成的程序名(如TEST1等)。一般要求单列一段。3)程序主体程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。4)程序结束程序结束可以用M02或M30指令。一般要求单列一段。程序段由程序段号(字)、地址、数字、符号等组成。“地址”和“数字”的组合称为“程序字”。程序段中字、字符和数据的安排顺序及表达形式称为程序段格式(blockformat)。程序段格式主要有固定顺序程序段格式，带分隔符的程序段格式，以及字地址可变程序段格式等三种。应用最广泛的是字地址可变程序段格式。在数控机床上，将程序中的英文字母和字符称为“地址”；数字称为“数字”。“地址”和“数字”的组合称为“程序字”。地址：X、Y、Z、A、B、C、#数字：0～9(包括小数点、“+”号、“-”号)

程序字(亦称代码指令)是组成数控程序的基本单位。机能地址字母意义程序号O或P或%程序编号地址程序段号N程序段顺序编号地址坐标字X，Y，Z；U，V，W；P，Q，R；A，B，C；D，E；R；I，J，K；直线坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧中心坐标准备功能G指令动作方式辅助功能M，B；开关功能，工作台分度等补偿值H或D补偿值地址暂停P或X或F暂停时间重复次数L或H子程序或循环程序的循环次切削用量S或VF主轴转数或切削速度进给量或进给速度刀具号T刀库中刀具编号

数控车床基本编程指令准备功能G指令准备功能字的地址符是G，所以又称G功能或G指令。它用来指令机床或控制系统的工作方式，为数控系统的插补运算作好准备。在国标中，准备功能字由地址符G和后续两位正整数表示，从G00～G99共100个。在国标中，G代码被分成不同的组，在同一个程序段中可以指定不同组的G代码。有两种G代码：模态G代码(绝大多数)和非模态G代码(如：G04、G43)。 不同的数控系统的G代码的含义不一定相同，所以在使用时要特别加以注意。常用准备功能G指令G指令组号功能G指令组号功能☆G0001快速点定位G7000精车循环G01直线插补G71外圆粗车复合循环G02顺时针圆弧插补G72端面粗车复合循环G03逆时针圆弧插补G73固定形状粗加工复合循环G0400暂停G75切槽循环G2002英制尺寸G76螺纹切削复合循环☆G21米制尺寸G9001单一形状固定循环G3201螺纹切削G92螺纹切削循环☆G4007取消刀具半径补偿G94端面切削循环G41刀尖圆弧半径左补偿G9602恒速切削控制有效G42刀尖圆弧半径右补偿☆G97恒速切削控制取消G5000设定坐标系，设定主轴最高转速G9805进给速度按每分钟设定☆G54～G5914工件坐标系选择☆G99进给速度按每转设定辅助功能字M辅助功能字也称为M功能或M指令。它用来指令数控机床的辅助装置的接通和断开（即开关动作），表示机床各种辅助动作及其状态。下表为FANUC系统中常用M代码。代码功能模态备注M00程序停止非模态M01选择停止非模态M02程序结束非模态M03主轴顺时针方向旋转模态﹡M04主轴逆时针方向旋转模态﹡M05主轴停止模态M06换刀非模态M08冷却液开模态﹡M09冷却液关模态M30程序结束非模态进给功能F指令G98mm/min＊G99mm/r﹜进给速度倍率G96m/min＊G97r/min主轴功能S指令﹜主轴倍率刀具功能T指令T××××前两位是刀具号；后两位为刀具补偿号（长度补偿和刀尖圆弧半径补偿）T0303；T0300数控车床的编程特点(1)在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。大多数数控车床用X、Z表示绝对坐标，用U、W表示增量坐标，而不用G90或G91表示。(2)数控车床的编程有直径、半径两种方法。所谓直径编程是指X轴上的有关尺寸为直径值，半径编程是指X轴上的有关尺寸为半径值。直径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，并附上方向符号(正向可以省略)。(3)为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。(4)数控车床上的工件毛坯大多为圆棒料，加工余量较大，一个表面往往需要进行多次反复的加工，如果对每个加工循环都编写若干个程序段，就会增加编程的工作量。为了简化加工程序，一般情况下，数控车床的数控装置中都有车外圆、车端面和车螺纹等不同形式的循环功能，可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，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧，因此为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。数控车床的数控装置中都有刀具补偿功能。在加工过程中，对刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖的圆弧半径的变化，都无需更改加工程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入到存储器中，刀具便能自动进行补偿（G41、G42）。1、加工右端：以工件右端面与轴线的交点为编程原点建立工件坐标系。加工程序的结构子程序：M98、M99宏程序设定工件坐标系OZX%O2023(Right)T0101M03

S800G00

X55

Z5X52

Z2G90

X48

Z-71

R0

X45X42X39G01

X41

Z2

S1000G90

X38

R0

G73

U8

W0

R3G73

P1

Q2

S800N1

G42

G00

X18G01

X24

Z-1

S1000Z-20X26

Z-21G02

R5G03

R18G02

Z-52

R5G01

X36Z-60N2

X40

Z-62G70

P1

Q2G40

G00

X100Z100

M05T0100T0202M03

S600G00

X28

Z-20G01

X21

X28Z-[#1+16]X21X28G00

X100Z100

M05T0200T0303M03

S600G00

X30Z

5G01

X28G92

Z-18

F2X22G00

X100Z100

M05T0300M30%编制加工程序2、加工左端：以工件左端面与轴线的交点为编程原点建立工件坐标系。%O2023(Left)#1=3#2=38-40*TAN[5]#3=38+2*TAN[5]T0101M03S800G00X55Z5G73U8R3N1G42G00X30G01Z0X#2R2N2X#3Z-21G40G00X100Z200M05T0100T0202M03S600G00X55Z5G71U1R1N3G00X28G01X22Z-1Z-20X20Z-30N4X15G00Z200X100M05T0200T0303M03S600G00X55Z5G01X19Z2Z-20X19Z-[#1+16]X19Z2G00Z200X100M05T0300T0404M03S600G00X55Z5G01X20X24G00Z200X100M05T0400M30%5.程序的输入、校验与首件试切最早期的数控加工程序要制成穿孔带后作为NC系统的控制介质，这种情况早已不存在了，目前的数控加工程序大多在EDIT方式下利用数控面板的键盘输入到CNC系统的存储器中，在输入过程中，系统要进行一般的语法检验。程序应进行空运行检验或图形仿真检验，发现错误要进行修改，最后进行首件试切。在已加工零件被检测无误后，数控编程工作才算正式结束。数控程序也可在其它编程计算机上完成，通过串行接口由编程计算机输入到CNC系统，或通过磁盘输入。任务3：认识数控车床的对刀及补偿设置数控车床坐标系与工件坐标系数控车床对刀及补偿数控车床坐标系与工件坐标系1.标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系。2.刀具相对于工件运动的原则:在编程时，总是把工件看作静止的，刀具的关键点沿着工件轮廓运动进行加工。3.增大工件和刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。

数控车床的坐标系数控机床的坐标系统采用右手笛卡尔直角坐标系1）Z轴及其正向Z轴定义为机床主轴或平行于主轴的坐标轴；刀具离开工件的方向为正方向2）X轴及其正向X轴的方向是在工件的径向并平行于横滑板；刀具离开工件的方向为正方向1

数控车床坐标系的确定常见数控车床坐标系卧式数控车床坐标系统（a）前置刀架：刀架布局在操作者和主轴之间（b）后置刀架：刀架布局在操作者和主轴外侧CNC车床坐标系

(a)前置刀架的数控车床(b)后置刀架的数控车床3.2机床原点和参考点是机床坐标系的原点，又称机床零点。它在机床出厂前就已确定下来的一个固定点。数控车床的原点为主轴轴线与卡盘端面的交点，它是车床参考点及工件坐标系的基准点。在数控机床上，机床参考点一般取在直角坐标轴正方向的极限位置上。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值，其位置参数存放在机床数控系统中。数控系统启动后，通常要进行回零操作，即执行返回参考点操作，使各轴都移至机床参考点。开机回参考点的目的是建立机床坐标系。机床坐标系、机床原点与参考点3.3工件坐标系与工件原点工件坐标系（又称编程坐标系）是以工件设计尺寸为依据建立的坐标系。该坐标系的原点可由编程人员根据具体情况设置，其坐标轴的方向与机床坐标轴的方向一致。建立工件坐标系的目的主要是为了编程方便。工件原点也称编程原点或程序零点，可由编程人员根据具体情况设定，一般是在工件装夹完毕后通过对刀来确定。理论上讲，工件原点可任意设置，但应遵循下列原则：(1)工件原点与设计基准或装配基准重合，以利于编程；(2)工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上；(3)工件原点最好选在工件的对称中心上；(4)要便于测量和检验。工件原点一般设置在主轴中心线与工件左端面或右端面的交点OZX数控车床对刀及补偿刀位点是指程序编制中，用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。

当刀具与工件安装后，工件（编程）零点、刀位点就有了确定的位置，回参考点后，建立了机床坐标，然后就可以操作机床，测量工件坐标与机床坐标间的差别，即对刀测量。FANUC-0TC使用的一种对刀方法，基于上述的原理，对刀方法如下：（选择工件右端面中心为工件零点）：1.选择刀具（如T01），并手对操作试切削工件外圆后，测量当前外圆尺寸（如φ51.020）；2.按MDI键盘中的【OFFSETSETTING】键，按软键〖补正形状〗，显示刀具几何尺寸偏置参数表。3.移动光标至指定的刀补号，输入试切后测量的工件外圆尺寸，如“X51.020”，按〖测量〗软键，然后系统自动计算出X向刀具相对工件零点的几何尺寸偏移值（可称为刀补值）。4.试切端面后输入“Z0”，按“测量”软键后得出Z向刀具相对工件零点的几何尺寸偏移值。5.同理设定其他刀具的刀补参数。6.在刀补设定后可使用MDI操作方式验证刀补的正确性。刀具补偿画面

任务4：简单轴类零件编程及加工掌握FANUC-0iMate数控系统的G50、G96、G97、G98、G99、G00、G01等指令，能编写简单轴类零件的数控加工程序。主轴转速功能设定（G50、G96、G97）进给功能设定（G98、G99）刀具功能（T指令）快速点位运动G00直线插补G01暂停指令G04相关知识G96S150；设定线速度恒定，切削速度150m/min。G50S2500；设定主轴最高转速为2500r/min。┆┆G97S300；取消线速度恒定功能，主轴转速为300r/min主轴转速功能设定（G50、G96、G97）1．每分钟进给量（G98）格式：G982．每转进给量（G99）格式：G99说明：G99为数控车床的初始状态。G98进给量：mm/minG99进给量：mm/r进给功能设定（G98、G99）功能：该指令可指定刀具及刀具补偿。格式：T□□□□说明：1．前两位表示刀具序号（0～99），后两位表示刀具补偿号（01～64）；2．刀具的序号可以与刀盘上的刀位号相对应；3．刀具补偿包括形状补偿和磨损补偿；4．刀具序号和刀具补偿号不必相同，但为了方便通常使它们一致；5．取消刀具补偿的T指令格式为：T00或T□□00。

刀具功能（T指令）快速点位运动G00功能：使刀具以点位控制方式,从刀具所在点快速移动到目标点。格式：G00X（U）

Z（W）

说明：（１）X、Z：绝对坐标方式时的目标点坐标；U、W：增量坐标方式时的目标点坐标。°或45°），它决定于各坐标轴的脉冲当量。

直线插补G01功能：使刀具以给定的进给速度，从所在点出发，直线移动到目标点。格式：G01X（U）Z（W）F说明：（１）X、Z：绝对坐标方式时的目标点坐标；U、W：增量坐标方式时的目标点坐标。（２）F是进给速度。例1：车削外圆柱面，如图所示。程序：G01X60Z-80F0.3；或G01U0W-80F0.3；也可写成：G01Z-80F0.3；或G01W-80F0.3；还可写成：G01X60W-80F0.3；或G01U0Z-80F0.3；例2：车削外圆锥面，如图所示。程序：G01X80Z-80F0.3；或G01U20W-80F0.3；暂停指令（G04）功能：该指令可使刀具做短时间的停顿。格式：G04X（U）或G04P

说明：（１）X、U指定时间，允许小数点；（２）P指定时间，不允许小数点。应用场合：（１）车削沟槽或钻孔时，为使槽底或孔底得到准确的尺寸精度及光滑的加工表面，在加工到槽底或孔底时，应暂停适当时间；（２）使用G96车削工件轮廓后，改成G97车削螺纹时，可暂停适当时间，使主轴转速稳定后再执行车螺纹，以保证螺距加工精度要求。例：若要暂停1秒钟，可写成如下格式：G04X1.0；或：G04P1000；

在FANUC0iMate数控车床上加工如图所示零件。

1．根据零件图确定加工工艺路线（1）车端面；（2）车Φ20外圆，径向走刀；（3）车Φ36外圆，轴向走刀，分两次走刀加工。2．选择刀具切槽刀（刀宽4㎜）

T0101：用于车Φ20外圆90°外圆车刀T0202：用于车Φ36外圆3．切削用量确定加工内容主轴转速S(r/min)进给速度F(mm/r)车Φ20外圆8000.15车Φ36外圆8000.15编程：编程原点选择在工件右端面中心处，数控加工程序编制如下：

O0004程序名N5T0101；调用1号刀（切槽刀）N10M03S800；主轴正转，800r/minN15G00X41Z0；快速定位，准备车端面；车端面N25X41；退刀N30Z-4；定位，准备径向车Φ20圆柱面N35X20；车到Φ20圆柱面N45X41；退刀N50G00X150Z150；退到换刀点N50T0202；换2号刀（90°外圆车刀）N55G00X38Z2；定位，准备车Φ38圆柱面N60G01Z-30；车Φ38外圆N65X41；X向退刀N70G00Z2；Z向退刀N75X36；定位N80G01Z-30；车Φ36外圆N85G00X150；X向退刀N90Z150；Z向退刀N95M05；主轴停转N100M30；程序结束任务5：成形面编程及加工掌握FANUC-0iMate数控系统的G02、G03、G40、G41、G42等指令，能编写成形面零件的精车程序。相关知识圆弧插补G02、G03刀具半径补偿（G41、G42、G40）功能：使刀具从圆弧起点，沿圆弧移动到圆弧终点；其中G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补。圆弧的顺、逆方向的判断：沿与圆弧所在平面（如XOZ）相垂直的另一坐标轴的负方向（如-Y）看去，顺时针为G02，逆时针为G03。图12.2为数控车床上圆弧的顺逆方向。圆弧插补G02、G03格式：G02（G03）X（U）Z（W）IKFG02（G03）X（U）Z（W）RF说明：（１）X（U）、Z（W）是圆弧终点坐标；（２）I、K分别是圆心相对圆弧起点的增量坐标，I为半径值编程；（３）R是圆弧半径，不带正负号；（４）F是进给速度。例1：顺时针圆弧插补（１）绝对坐标方式G02X64.5Z-18.4I15.7K-2.5F0.2；或G02X64.5Z-18.4R15.9F0.2；（２）增量坐标方式G02U32.3W-18.4I15.7K-2.5F0.2；或G02U32.3W-18.4R15.9F0.2；例2：逆时针圆弧插补（１）绝对坐标方式G03X64.6Z-18.4I0K-18.4F0.2；或G03X64.6Z-18.4R18.4F0.2；（２）增量坐标方式G03U36.8W-18.4I0K-18.4F0.2；或G03U36.8W-18.4R18.4F0.2；刀具半径补偿（G41、G42、G40）过切削及欠切削现象指令：G41、G42、G40功能：G41是刀具半径左补偿指令；G42是刀具半径右补偿指令：G40是为取消刀具半径补偿指令。格式：G41G01X（U）Z（W）G42G01X（U）Z（W）G40G00X（U）Z（W）说明：（1）G41、G42、G40必须与G01或G00指令组合完成；（2）X（U）、Z（W）是G01、G00运动的目标点坐标。注意：G41、G42只能预读两段程序。OFFSET01O0005N0040NO.XZRT01025.036002.006000.400102024.052003.500000.800203015.036004.082001.000004010.030–002.006000.602405002.030002.400000.350306012.450000.220001.008507004.000000.506000.3006ACTUALPOSITION(RELATIVE)U22.400WWLSK在FANUC-0iMate数控车床上加工如图所示零件，要求车端面，精车外圆，切断。

1．根据零件图确定加工工艺路线（１）车端面；（２）精车外圆；（３）切断。2．刀具选择90°外圆车刀T0101：用于车端面；95°外圆车刀T0202：用于精车外圆；切断刀（宽4mm）：

T0303用于切断。3．切削用量确定加工内容主轴转速S(r/min)进给速度F(mm/r)车端面10000.15精车外圆10000.15切断3000.05编程：编程原点选择在工件右端面的中心处，在配置后置式刀架的数控车床上加工，数控加工程序编制如下：O0005程序名N5T0101；调用1号外圆刀N10M03S1000；主轴正转，1000r/minN15G00X10Z20；刀具快速定位N20G00X60Z0；快速定位，准备车端面；车端面N30G00X150Z150；刀具回换刀点N35T0202；调用2号刀（35°外圆车刀）N40G00X65Z10；精车外圆；N50X20；N55G03X40Z-10R10；N60G01W-12；N65G02X56Z-30R8；N70G01Z-50；回刀具起点N75G40G00X60Z-55；N80X150Z150；N85S300M03T0303；调用3号刀（切断刀），转速300r/minN90G00X58Z-49；切断；N100G00X150；回刀具起点N105Z150；N110M05；主轴停转N115M30；程序结束任务6：螺纹编程及加工掌握FANUC0iMate数控系统的G32、G92、G76等指令，能编写螺纹的加工程序。车螺纹（G32）螺纹切削单一循环G92车螺纹复合循环G76相关知识车螺纹（G32）该指令用于车削等螺距直螺纹、锥螺纹。格式：G32X（U）Z（W）F说明：（1）X（U）、Z（W）是螺纹终点坐标；（2）F是螺纹螺距。注意：（1）在车螺纹期间进给速度倍率、主轴速度倍率无效（固定100%）；（2）车螺纹期间不要使用恒表面切削速度控制，而要使用G97；（3）车螺纹时，必须设置升速段L1和降速段L2，这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定。通常L1、L2按下面公式计算：

L1=n×P/400，L2=n×P/1800式中，n是主轴转速；P是螺纹螺距。由于以上公式所计算的L1、L2是理论上所需的进退刀量，实际应用时一般取值比计算值略大。

（4）因受机床结构及数控系统的影响，车螺纹时主轴的转速有一定的限制。（5）螺纹加工中的走刀次数和进刀量（背吃刀量）会直接影响螺纹的加工质量，车削螺纹时的走刀次数和背吃刀量可参考下表。

升、降速段示例车外螺纹前外圆直径=公称直径D-0.1P；车削塑性金属的内螺纹底孔直径≈公称直径d-P常用螺纹切削的进给次数与吃刀量（米制螺纹）米制螺纹（直径值，单位：mm）牙深：0.6495×P螺距（P）1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598背吃刀量及切削次数1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.2例：如图所示，用G32进行圆柱螺纹切削。设定升速段为5㎜，降速段为3㎜。螺纹牙底直径=大径－2×牙深=30-2×0.6495×2=27.4㎜。程序如下：┊G00X29.1Z5；G32Z-42.F2；（第一次车螺纹，背吃刀量为0.9㎜）G00X32；Z5；X28.5；（第二次车螺纹,背吃刀量为0.6㎜）G32Z-42.F2；G00X32；Z5；X27.9；G32Z-42.F2；（第三次车螺纹,背吃刀量为0.6㎜）G00X32；Z5；X27.5；G32Z-42.F2；（第四次车螺纹,背吃刀量为0.4㎜）G00X32；Z5；X27.4；G32Z-42.F2；（最后一次车螺纹,背吃刀量为0.1㎜）G00X32；Z5；┊螺纹切削单一循环G92适用于对直螺纹和锥螺纹进行循环切削，每指定一次，螺纹切削自动进行一次循环。（1）直螺纹切削格式：G92X（U）Z（W）F

其中F为螺纹螺距。（2）锥螺纹切削格式：G92X（U）Z（W）RF┊N36T0303；调用3号刀（螺纹刀）N38M03S400；转速400r/minN40G00X32Z3；刀具定位到循环起点N42G92X29.1Z-32F2；第一次车螺纹N44X28.5；第二次车螺纹N46X27.9；第三次车螺纹N48X27.5；第四次车螺纹N50X27.4；最后一次车螺纹N52G00X150Z150；刀具回换刀点┊车螺纹复合循环G76利用螺纹切削复合循环功能，只要编写出螺纹的底径值、螺纹Z向终点位置、牙深及第一次背吃刀量等加工参数，车床即可自动计算每次的背吃刀量进行循环切削，直到加工完为止。指令格式：G76P(m)(r)(a)Q(Δdmin)R(Δc)；G76X(U)Z(W)R(i)P(k)Q(Δd)F(f)；G00X（α1）Z（β1）G76P（mγa）Q（Δdmin）R（Δc）G76X（α2）Z（β2）R（I）P（k）Q（Δd）F（l）说明：(1)α1、β1：螺纹切削循环起点坐标。X向，在切削外螺纹时，应比螺纹大径稍大1~2mm；在切削内螺纹时，应比螺纹小径稍小1~2mm。在Z向必须考虑空刀导入量。(2)m：螺纹精加工重复次数，可取01-99次。由2位数规定，前置0不能省略。(3)γ：螺纹尾部倒角量（斜向退刀）。00-99个单位，取01则退0.1×导程（单位：mm）。由2位数规定，前置0不能省略。(4)a：螺纹刀尖的角度（牙型角度）。可选择80°、60°、55°、30°、29°、0°六个种类。由2位数规定，前置0不能省略。(5)Δdmin：最小切削深度（半径值指定）。单位为μm。(6)Δc：精加工余量，半径值指定，单位为mm。(7)α2：螺纹底径值（外螺纹为小径值，内螺纹为大径值），直径值指定，mm。(8)β2：螺纹的Z向终点位置坐标，必须考虑空刀导出量。(9)I：螺纹部分的半径差。I为零时，表示是直螺纹切削。(10)k：螺纹高度（牙深），按k=649.5P计算，半径值指定，单位为μm。(11)Δd：第一刀切削深度，半径值指定，单位为μm。(12)l：螺纹导程，单位为mm。如果是单线螺纹，则该值为螺距。在FANUC-0iMate数控车床上加工如图所示零件，要求车端面，车M30螺纹大径，切槽，车螺纹，切断。

1．根据零件图确定加工工艺路线（1）车端面、车M30螺纹大径；（2）切Φ20槽；（3）车M30螺纹；（4）切断2．选择刀具90°外圆车刀T0101：用于车端面、螺纹大径；切断刀（宽4mm）T0202：用于切槽和切断

；螺纹刀T0303：用于车螺纹。3．切削用量确定加工内容主轴转速S(r/min)进给速度F(mm/r)车端面、螺纹大径8000.15切Φ20槽、切断3000.05车M30螺纹4002程序１：用G92指令编程O0601程序名N2T0101；调用1号刀（90°外圆车刀）

N4M03S800；主轴正转，转速800r/minN6G00X10Z10；刀具快速定位N8G00X32Z0；快速定位，准备车端面N10G01X0F0.15；车端面N12Z1；N14X24N16X29.8Z-2；倒角

N18Z-40；车螺纹大径N20G00X150；回刀具起点N22Z150；编程：编程原点选择在工件右端面的中心处，采用两种方法编程，数控加工程序分别编制如下：N24T0202；调用2号刀（切断刀）N26M03S300；转速800r/minN28G00X32Z-34；N30G01X20F0.05；切槽N32G00X150；回刀具起点N34Z150；N36T0303；调用3号刀（螺纹刀）

N38M03S400；转速400r/minN40G00X32Z3；刀具定位到循环起点N42G92X29.1Z-32F2；第一次车螺纹N44X28.5；第二次车螺纹N46X27.9；第三次车螺纹N48X27.5；第四次车螺纹N50X27.4；最后一次车螺纹N52G00X150Z150；刀具回换刀点N54T0202；调用2号刀（切断刀）N56M03S300；转速300r/minN58G00X32Z-44；N60G01X1F0.05；切断N62G00X150；N64Z150；刀具回换刀点N66M05；主轴停转N68M30；程序结束

程序2：用G76指令编程O1302N2T0101；调用1号刀（900外圆车刀）N4M03S800；主轴正转，转速800r/minN6G00X10Z10；刀具快速定位N8X32Z0；快速定位，准备车端面N10G01X0F0.15；车端面N12Z1；N14X24；N16X29.8Z-2；倒角N18Z-40；车螺纹大径N20G00X150；刀具回换刀点N22Z150；N24T0202；调用2号刀（切断刀）N26M03S300；转速300r/minN28G00X32Z-34；N30G01X20F0.05；切槽N32G00X150；刀具回换刀点N34Z150；N36T0303；调用3号刀（螺纹刀）N38M03S400；转速400r/minN40G00X32Z3；刀具定位到循环起点N42G76P010060；车螺纹N44G76X27.4Z-32P1200Q400F2；N52G00X150Z150；刀具回换刀点N54T0202；调用2号刀（切断刀）N56M03S300；转速300r/minN58G00X32Z-44；N60G01X1F0.05；切断N62G00X150；N64Z150；刀具回换刀点N66M05；主轴停转N68M30；程序结束任务7：数控车削简化编程掌握FANUC-0iMate数控系统的G90、G94、G70、G71、G72等指令，能编写较复杂轴类零件的加工程序。单一固定循环复合固定循环指令典型零件的数控车削加工相关知识单一固定循环1．内径、外径车削循环指令G90功能：适用于在零件的内、外圆柱面（圆锥面）上毛坯余量较大或直接从棒料车削零件时进行精车前的粗车，以去除大部分毛坯余量。（１）直线车削循环格式：G90X（U）

Z（W）

F

其轨迹如图14.2所示，由4个步骤组成。刀具从定位点A开始沿ABCDA的方向运动，其中X（U）、Z（W）给出C点的位置。图中：1（R）表示第一步是快速运动，2（F）表示第二步按进给速度切削，其余3（F）、4（R）的意义相似。G90直线切削示意图（２）锥体车削循环格式：G90X（U）

Z（W）

R

F

其轨迹如图所示，刀具从定位点A开始沿ABCDA的方向运动，其中X（U）、Z（W）给出C点的位置，R值的正负由B点和C点的X坐标之间的关系确定，图中B点的X坐标比C点的X坐标小，所以R应取负值。G90锥体切削示意图2．端面车削循环指令G94功能：适用于在零件的端面上毛坯余量较大时进行精车前的粗车，以去除大部分毛坯余量。（１）端面车削循环格式：G94X（U）

Z（W）

F

其轨迹如图所示，由4个步骤组成。刀具从循环起点开始沿，其中X（U）、Z（W）给出终点的位置。图中1（R）表示第一步是快速运动，2（F）表示第二步按进给速度切削，其余3（F）、4（R）的意义相似。G94端面车削循环示意图（２）带锥度的端面车削循环格式：G94X（U）

Z（W）

R

F

其轨迹如图所示，刀具从循环起点开始，其中X（U）、Z（W）给出终点的位置，R值的正负由B点和C点的X坐标之间的关系确定，图中B点的X坐标比C点的X坐标小，所以R应取负值。例：用G90指令编写如图所示粗车加工程序。（1）确定编程原点：工件右端面中心处。（2）刀具：900外圆车刀T0101。（3）加工路线①加工Φ31×35圆柱（留加工余量0.5mm）；②加工Φ21×20圆柱（留加工余量0.5mm）。该指令只须指定精加工路线，系统会自动给出粗加工路线，适于车削圆棒料毛坯，如图所示。格式：G71UdReG71PnsQnfUuWwF

S

T

说明：（１）d是切深，无正负号，半径值；（２）e是退刀量，无正负号，半径值；（３）ns是指定精加工路线的第一个程序段的段号；（４）nf是指定精加工路线的最后一个程序段的段号；（５）u是X方向上的精加工余量，直径值；（６）w是Z方向上的精加工余量。（７）粗车过程中从程序段号ns～nf之间的任何F、S、T功能均被忽略，只有G71指令中指定的F、S、T功能有效。

复合固定循环指令1．外径、内径粗车循环指令G71外圆粗车循环加工路线图

端面粗加工循环指令

该指令的执行过程除了其切削进程平行于X轴之外，其它与G71相同，如图所示。格式：G72UdReG72PnsQnfUuWwF

S

T2．端面粗车循环指令G72该指令只