数控车床程序编制理论课件

第3章数控车床加工概述数控车床的主要加工对象数控车床主要用于加工轴类、套类和盘类等回转体零件的加工；加工零件精度可达IT5～IT6级，表面精度可达1.6

数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。数控车床结构及分类数控车床与普通车床在结构上具有明显差异。数控车床与普通车床结构差别

右图是同一品牌的数控车床与普通车床。结构上具有明显差异——数控系统；床身稳固装有防护门；保留主轴箱、尾座；取消挂轮箱、进给箱、溜板箱、光杆、丝杆等；增加脉冲编码器配备自动刀架\对刀仪\自动排屑等辅助设备。伺服系统；数控车床结构及分类数控车床结构及分类按数控系统功能分按主轴的配置形式分按数控系统控制的轴数分全功能型数控型卧式立式两轴控制四轴控制数控车床编程特点同一程序中可以采用绝对编程，也可以采用增量编程，还可经采用混合编程大多具有循环功能，可简化加工程序具有刀具补偿功能，可对刀具进行尺寸和半径补偿横向脉冲当量是纵向脉冲当量的一半，因此，数控车床编程时，X方向取直径值数控车床坐标系经济型数控车床只有X、Z两轴ZX主轴中心线方向工件径向水平方向坐标轴方向机床某一部件的运动增大刀具与工件之间距离定为该轴的正方向。机床原点机床坐标系机床参考点其它点开机时，必须首先回机床参考点开机时，必须首先回机床参考点关机后再开机机床解除急停状态后超程报警解除后机床坐标系与工件坐标系G50指令编程举例：当以工件左端面为工件原点时：G50X200.0Z150.0工件坐标系

G50指令编程举例：当以工件左端面为工件原点时：G50X200.0Z263.0当以工件右端面为工件原点时：G50X200.0Z123.0当以卡爪前端面为工件原点时：G50X200.0Z253.0工件坐标系

数控车通用夹具的装夹

两顶尖之间装夹卡盘和顶尖装夹双三爪定心卡盘装夹常用装夹方式数控车削加工的对刀对刀点的选择原则便于用数字处理和简化程序编制在机床上找正容易，加工中便于检查引起的加工误差小

对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。但必须与零件的定位基础有一定的尺寸关系。数控车削加工的对刀试切对刀机外对刀仪对刀ATC对刀自动对刀对刀方法二、数控车削加工工艺分析

切削参数的选择Vd

切削速度

切削刃选定点所对应的工件或刀具的回转直径

背吃刀量根据余量确定，其原则是尽量选择大的背吃刀量，减少进给次数。精车时的主轴转速

S＝1000v/πd切削用量的确定

可根据实际经验或查阅有关手册。数控机床的使用说明书上一般都会给出切削参数的推荐值。1.主轴转速n根据切削速度v(m/min)来选定2.进给速度F(mm/min)3.切削深度4.对于表面粗糙度和精度要求高的零件，要留有足够的精加工余量。数控机床的精加工余量可比普通机床小一些。

D——刀具(或工件)直径(mm)

V——切削速度，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料及刀具的材料和刀具的耐用度等因素。

切削速度的确定依据：零件的精度要求、刀具、材料原则：1、在质量可保证的情况下，选择较高的切削速度；100~200mm/min2、在切断、加工深孔或用高速钢刀具时，宜选较低速度；20~50mm/min3、当加工精度要求高，表面精度要求低，切削速度应小；20~50mm/min4、空行程时，特别是距离工件较远时，用最高切削速度。背吃刀量（切削深度）粗车时，尽可能选择大的切削深度，以提高效率精车时，为保证加工精度和表面质量，应选用较小的切削深度在安排粗精车切削用量时，应根据机床说明书给定的允许切削用量数控车削刀具1．对刀具的要求A、为使粗车能大吃刀、大走刀，要求粗车刀具强度高、耐用度好；B、精车首先是保证加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。C、为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能多地采用机夹刀。D、多数情况下应采用涂层硬质合金刀片。E、数控车床对刀片的断屑槽有较高的要求。数控车削刀片常采用三维断屑槽F、数控车床还要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能。

3．数控车刀可转位刀具的介绍：(1)数控车床可转位刀具特点

数控车床所采用的可转位车刀，其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的可转位刀具具体要求和特点如下要求特

点目

的精度高采用M级或更高精度等级的刀片；

多采用精密级的刀杆；

用带微调装置的刀杆在机外预调好。保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度。可靠性高采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀；

采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其它结构。断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑；适应刀架快速移动和换位以及整个自动切削过程中夹紧不得有松动的要求。换刀迅速采用车削工具系统；

采用快换小刀夹。迅速更换不同形式的切削部件，完成多种切削加工，提高生产效率。刀片材料刀片较多采用涂层刀片。满足生产节拍要求，提高加工效率。刀杆截形刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆。刀杆与刀架系统匹配。(2)可转位车刀的种类可转位车刀按其用途可分为外圆车刀、仿形车刀、端面车刀、内圆车刀、切槽车刀、切断车刀和螺纹车刀等

类型主偏角适用机床外圆车刀900、500、600、750、450普通车床和数控车床仿形车刀930、107.50仿形车床和数控车床端面车刀900、450、750普通车床和数控车床内圆车刀450、600、750、900、910、930、950、107.50普通车床和数控车床切断车刀普通车床和数控车床螺纹车刀普通车床和数控车床切槽车刀普通车床和数控车床结构工艺性分析零件结构工艺性使设计的零件结构要便于加工成型而且成本低、效率高。要充分反映数控加工的特色

两种结构的定位销

结构工艺性分析零件结构工艺性使设计的零件结构要便于加工成型而且成本低、效率高。审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否符合数控加工的特点

对于数控加工来说，最好是在零件图纸上以同一基准引注尺寸和直接给出坐标尺寸。

结构工艺性分析零件结构工艺性使设计的零件结构要便于加工成型而且成本低、效率高。审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分、正确。

图纸中圆弧与斜线的几何关系为相切，但是经过计算，数据显示为相交。

图纸中给定的数据自相矛盾，零件分段长度之和不等于总长。

结构工艺性分析零件结构工艺性使设计的零件结构要便于加工成型而且成本低、效率高。审查与分析在数控车床上进行加工时零件结构的合理性。

在数控加工中需要使用三把不同的切槽刀具或使用一把切槽刀具多次进行切削。在无特殊需要时，显然是不合理的。如若改为图b所示结构，一把切槽刀具就可完成加工。减少了刀具的数量和节省了加工中的运行和换刀时间。

精度与技术要求分析分析的主要内容：精度要求与各项技术要求是否齐全、合理本工序车削精度是否达到图纸要求，注意给其它工序留有余量较高位置精度的表面应在一次装夹中完成表面粗糙度较高表面应确定恒线速切削零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定编程原点的选择：选在设计基准上容易找正对刀编程方便位置能够容易准确的确定零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定编程原点的选择：例：

选取零件的球心作为编程原点（图中O点），这样可以使得零件轨迹中各节点的编程尺寸计算较为方便。

零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定编程尺寸确定的步骤：基本尺寸换算成平均尺寸保持原重要的几何关系不变并修改一般尺寸计算未知结点坐标尺寸编程尺寸的最后形成数控加工的数值计算是程序编制中一个关键的环节。零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定

该零件中的、、、四个直径尺寸都是最大尺寸，如果按此基本尺寸进行编程，考虑到车削加工外圆尺寸时的刀具磨损和加工中的让刀运动，零件外圆的实际加工尺寸将偏大，难以满足零件的加工要求。所以，必须按照平均尺寸确定编程尺寸。这些尺寸的修改，就不能保证圆弧和球面以及圆弧与圆弧相切的几何关系，因此需要对有关尺寸进行修正，才能最终确定编程尺寸值。工序的划分数控车削加工工序的划分：以一次安装进行的加工作为一道工序以一个完整数控程序连续加工的内容为一道工序以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序以粗、精加工划分工序数控车削加工工艺过程的拟订

工序顺序的安排先加工定位面

先加工平面后加工孔，先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状。

对于零件精度要求高，粗、精加工需要分开的零件，先进行粗加工后进行精加工。

以相同定位、夹紧方式安装的工序，应该连接进行，以便减少重复定位次数和夹紧次数。数控车削加工工艺过程的拟订

加工中间穿插有通用机床加工工序的零件加工，要综合考虑合理安排加工顺序。

工步顺序的安排先粗后精先近后远内外交叉保证工件加工刚度同一把刀连续加工一般原则工步顺序的安排先粗后精对于粗、精加工安排在一道工序内进行的，先对各表面进行粗加工，全部粗加工结束后，再进行半精加工和精加工逐步提高加工精度。

数控车削加工中工步顺序安排的一般原则是：粗车在较短的时间内先将零件件各表面上的大部分加工余量切除，既要提高金属切除率，又要满足精车余量的均匀性。如果粗车后所留余量的均匀性满足不了精车时的要求，则要安排半精车，以此为精车做准备。此原则实质是在一个工序内分阶段进行加工，这样才能保证零件的加工精度，适用于精度要求高的零件加工，但在加工中会增加换刀的次数和加工路线的长度。工步顺序的安排

所谓远和近，是指加工部位相对于对刀点（起刀点）的距离远近而言的。在一般情况下，先加工距对刀点距离近的部位，后加工距对刀点距离远的部位，以便缩短刀具的移动时间，提高工作效率。

例如加工图示零件，如果按照零件直径尺寸先大后小的顺序安排进行车削，一定会增加刀具返回对刀点的空运行时间，还会使得各端面处产生毛刺。对于这类直径相差不大的台阶轴，以第一刀的进给深度在数控车床允许的范围内，零件直径尺寸以先小后大，对刀点（起刀点）相对于零件的起始加工部位以先近后远的顺序加工为好。

先近后远工步顺序的安排

对于既有内腔型面加工又有外表型面加工的回转体零件，安排其加工顺序时，应先进行零件外、内表面的粗加工，后进行零件外、内表面的精加工。先将零件的一部分表面全部加工完毕、再进行零件其它部位的加工进给路线是不可取的。内外交叉数控加工工艺的制定工步顺序的安排

在一道工序中需要进行多工步加工时，应该先安排对零件刚性破坏较大的工步，以保证零件的刚度要求。因此应该先加工与装夹部位距离较远和在后续加工中受力较小的部位。零件中刚性较差且在后续加工中受力较大的部位一定要安排在后工步进行。保证工件加工刚度数控加工工艺的制定工步顺序的安排

在加工中使用一把刀，就可以把零件的所有加工部位连续加工出来，以便减少换刀次数，缩短刀具移动距离。特别是在精加工时，同一表面一定要连续切削加工。该原则与先粗后精原则在加工中有时有矛盾，如何选用应该以满足加工精度要求为准。

同一把刀连续加工数控加工工艺的制定数控车削加工进给路线的确定

进给路线也称为加工路线。它泛指刀具从对刀点开始，直至返回该点并结束加工程序所经过的所有路线，包括切削加工的路径以及刀具切入、切出等空运行路线。它不但包括了工步的内容，也反映了工步的顺序。进给路线是编写程序的依据之一。因此在确定进给路线时，最好画一张工序简图，内容包括所有拟订进给路线（包括进、退刀路线）。

确定数控车削加工进给路线的主要原则：①首先按照拟定的工步顺序，确定零件各加工表面进给路线的顺序；②确定的进给路线应该能保证工件轮廓表面加工后的精度和表面粗糙度要求；③寻求最短的进给路线（包括空行程路线和进给加工路线），以便提高加工效率；④要选择工件在加工时变形小的路线，对细长零件或薄壁零件应该采用分几次走刀加工到最后尺寸，或者用对称地去除加工余量的方法来安排进给路线。

确定进给加工路线的重点，主要在于确定粗加工切削过程与空行程的进给路线；精加工切削过程的进给路线，基本上都是沿着零件轮廓的顺序进行的。数控车削加工进给路线的确定

粗加工进给路线的确定

“矩形”循环进给路线

沿轮廓形状等距线循环进给路线

常用的粗加工进给路线

数控车削加工进给路线的确定

粗加工进给路线的确定

双向切削进给路线

常用的粗加工进给路线

数控车削加工进给路线的确定

精加工进给路线的确定

在安排进行一刀或多刀加工的精车进给路线时，零件的最终成型轮廓应该由最后一刀连续加工完成，并且要考虑到加工刀具的进刀、退刀位置；尽量不要在连续的轮廓轨迹中安排切入、切出以及换刀和停顿，以免造成工件的弹性变形、表面划伤等缺陷。

零件成型轮廓的进给路线

数控车削加工进给路线的确定

精加工进给路线的确定

主要根据工步顺序的要求来决定各把加工刀具的先后顺序以及各把加工刀具进给路线的衔接。加工中需要换刀的进给路线

数控车削加工进给路线的确定

精加工进给路线的确定

尽量选取在有空刀槽，或零件表面间有拐点和转角的位置处，曲线要求相切或者光滑连接的部位不能作为加工刀具切入、切出以及接刀点的位置。

刀具切入、切出以及接刀点的位置选择

数控车削加工进给路线的确定

精加工进给路线的确定

如果零件各加工部位的精度要求相差不大，应以最高的精度要求为准，一次连续走刀加工完成零件的所有加工部位；如果零件各加工部位的精度要求相差很大，应把精度接近的各加工表面安排在同一把车刀的走刀路线内来完成加工部位的切削，并应先加工精度要求较低的加工部位，再加工精度要求较高的加工部位。精度接近的表面安排在同一把车刀的走刀路线内完成数控车削加工进给路线的确定

最短空行程进给路线的确定

对刀点和起刀点重合

巧用起刀点

节省时间，减少磨损

起刀点与对刀点分离，加工路线较短

数控车削加工进给路线的确定

最短空行程进给路线的确定

巧设换刀点

将换刀点设置在图b中的B点位置，可以缩短加工中空行程的距离，但是在加工过程中一定要注意不能让刀具与工件发生碰撞。

数控车削加工进给路线的确定

最短空行程进给路线的确定

合理安排“回零”路线

在手工编制较为复杂零件的轮廓的加工程序时，要想使其计算过程简化，不出错，又便于校核，在编制程序中，可在每把刀加工完后的刀具终点，通过执行“回零”指令使其返回对刀点位置，待检测校核后，再执行后续加工程序。这样做可保证零件加工的精度.但这样处理也会增加进给路线的距离，降低生产效率，所以只适用于单件和小批量加工。数控车床编程方法第三章第二节S功能1．主轴功能指令（S指令）（G96、G97）（1）直接设定主轴转速指令（G97），主轴速度用转速设定，单位为r/min。（G97）S

：取消主轴线速度，恒定功能。（2）设定主轴线速度恒定指令（G96），主轴速度用线速度（m/min）值输入，并且主轴线速度恒定。（G96）S

：主轴转速恒定。

G94——每分钟进给模式G95——每转进给模式格式：G94F___格式：G95F___

说明：此指令在F后面直接指定刀具每分钟的进给量，如图所示。G94为模态指令，在程序中指定后，直到G94指令被重新指定前，一直持续有效。

F功能G95进给G94进给F功能

M00——程序停止每次执行都有效，按“启动键”才能继续执行程序M01——选择停止只有当“选择停止键”开启时才有效，大多用于零件抽检M02——程序结束与M30相似，但M30会自动返回加工初始状态，而M02仅结束加工程序M03——主轴顺时针旋转程序里写有M03指令，主轴结合S功能，按给定的S转速，顺时针方向旋转。M04——主轴逆时针旋转程序里写有M04指令，主轴结合S功能，按给定的S转速，向逆时针方向旋转。M05——主轴停止旋转程序里出现M05指令，坐标指令运行结束后，主轴旋转立即停止。M30——程序结束M30表示加工程序结束，用户可以返回进行其它功能操作或重新启动机床

辅助功能类指令

M08——打开切削液M08功能在本段程序开始执行，打开切削液。M09——关掉切削液M09功能在本段程序运行完毕后，关掉切削液。M98——调子程序M98指示开始调用子程序M99——返回主程序M99表示子程序结束，并返回主程序

辅助功能类指令

G50——工件坐标系设定指令格式：G50X___Z___

说明：（1）G50规定刀具起点（或换刀点）至工件原点的距离（刀具起始点的坐标值）。坐标值X、Z为刀尖（刀位点）在工件坐标系中的起始点（即起刀点）的位置。假使刀尖的起始点距工件原点的Z向尺寸和X向尺寸分别为β和α（直径值），执行该程序段，相当于系统内部建立了一个以工件原点为坐标原点的的工件坐标系。（2）G50XαZβ前，必须先行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀点位置上。（3）在G50指令中如果将X、Z各轴数值设置为零时，则工件坐标系原点与刀具起始点重合。（4）G50指令的作用只是分离工件坐标系原点和刀具起始点，加工中并不产生运动。注：SIEMENS数控系统使用的代码为G92。加工准备类指令

G50指令编程举例：当以工件左端面为工件原点时：G50X200.0Z150.0加工准备类指令

G50指令编程举例：当以工件左端面为工件原点时：G50X200.0Z263.0当以工件右端面为工件原点时：G50X200.0Z123.0当以卡爪前端面为工件原点时：G50X200.0Z253.0加工准备类指令

G00——快速定位

格式：G00X（U）___Z（W）___

说明：（1）此指令是使刀具以系统预先设定的速度快速移动定位所指定的位置。（2）不运动的坐标可以省略。（3）X、Z表示快速点定位终点的绝对坐标值，U、W表示终点相对于起点的增量坐标值。小数点前最多允许4位数，小数点后最多允许3位，正数可以省略“+”号。（4）用G00编程时，也可以定作G0。绝对值方式编程：G00X50Z6.0增量方式编程：G00U-70.0W-84.0加工准备类指令

加工准备类指令

G00指令发生碰撞加工准备类指令

正确使用G00指令加工准备类指令

基本加工类指令

G01——直线插补格式：G01X（U）___Z（W）___F___说明：（1）G01：刀具直线插补；（2）X，Z：直线插补终点坐标值；U，W：直线插补终点相对于起点坐标增量值；（3）F：直线插补的速度，指令为续效指令，在没有新的F指令前一直有效，并且不必在每个程序段中都写入F指令。

例：绝对值方式编程：G01X45.0Z13.0F120增量方式编程：G01U20.0W-20.0F120基本加工类指令

G02、G03——圆弧插补格式：G02X（U）___Z（W）___I___K___（R___）F___G03X（U）___Z（W）___I___K___（R___）F___说明：（1）圆弧指令G02、G03使刀具相对工件以F指令指定的进给速度从当前点（起始点）向终点进行圆弧插补。G02指令是顺时针圆弧插补指令，G03是逆时针圆弧插补指令。如图所示。（2）绝对尺寸编程时，X、Z为圆弧终点坐标值；增量尺寸编程时，U、W为园弧终点相对于园弧始点的坐标增量值；R是圆弧半径，当圆弧所对圆心角为0～180°，R取正值；当圆弧所对圆心角为180～360°，R取负值。当圆心角为360°时，不能使用R编程；（3）I、K为圆心相对园弧始点的坐标增量值，当I、K为零时可以省略；如果I、K和R同时出现在程序段上，则以R优先，I、K无效。

基本加工类指令

G03指令G02指令例：绝对值方式编程：G02X46.0Z-15.078I22.204K6.0F125绝对值方式R编程（半径编程）：G02X46.0Z-15.078R23.0F125增量方式编程：G02U26.0W-15.078I22.204K6.0F125基本加工类指令

G04——程序暂停格式：G04P___或G04X（U）___

说明：（1）X、U、P的指令时间是暂停时间，其中P后面的数值为整数，单位为μs，X（U）后面为带小数点的数值，单位为s。（2）该指令除用于切削或钻、镗孔外，还用于拐角轨迹控制。由于数控系统自动加、减速运行，刀具在拐角处的轨迹不是直角。如果拐角处的精度要求很高，其轨迹必须是直角时，就应在拐角处使用暂停指令。此功能也用在车削加工螺纹时，指令暂停一段时间，使主轴转速稳定后再执行车削螺纹，以保证螺距的加工精度。（3）此指令为非模态指令，只在本程序段中有效。编程举例：G04X2.5或G04U1.5或G04P1500基本加工类指令

G32——螺纹切削格式：G32X（U）___Z（W）___F___

说明：（1）螺纹导程用F（单位0.01mm/min）指定。（2）对于锥螺纹切削，其斜角α≤45°以下时，螺纹导程以Z轴方向的准备坐标值指定；斜角α在45°～90°时，螺纹导程以X轴方向的坐标值指定。（3）圆柱螺纹切削时，格式为：G32Z（W）

F___

端面螺纹切削时，格式为：G32X（U）

F___

（4）螺纹切削应注意在螺纹两端设置切入和切出的空行程δ1和δ2，以避免电动机升降速过程对螺纹加工质量造成影响。如果螺纹深度较大或螺距较大时，可分为数次进刀，每次进刀的深度用螺纹深度减去精加工切削深度所得的差按递减规律分配。

基本加工类指令

圆柱螺纹切削加工举例：螺纹导程为3mm，δ1=3mm，δ2=1.5mm，若第一刀切削的深度为1mm，第二刀为0.5mm。则前两刀的程序为：G00U-62.0G32W-74.5F3.0G00U62.0W74.5U-63.0G32W-74.5G00U63.0W74.5基本加工类指令

G90——外径切削循环切削固定循环加工类指令G90——外圆切削循环格式：G90X（U）___Z（W）___F___

说明：（1）圆