数控车床编程实例详解

编程时数控系统不同，其编程指令也不尽相同。下面以FANUC 0T数控系统为例，对数控车床的编程做简单介绍。

1.数控车床程序编制的基础

（1）编程原则

数控车床编程时，可采用绝对值编程、增量值编程或两者混合编程。由于被加工零件径向尺寸在图样上标注和测量时都是以直径值表示，因此在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，用径向实际位移量的二倍值表示，并带上方向符号。

机床的坐标系在出厂前已经预调好，一般情况下，不允许用户随意改动。

绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出坐标尺寸的绝对值进行编程的一种方法。编程时首先找出编程原点的位置，并用地址X、Z进行编程，例如X50.0Z80.0语句中的数值表示终点的绝对值坐标。

增量值编程是根据与前一位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法，即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。采用增量值编程时，常用U、W代替X、Z进行编程。U、W的正负由行程方向来确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正，反之为负。例如U50.0 W 80.0表示终点相对于前一加工点的坐标差值在X轴方向上为50，在Z轴方向上为80。

在设定工件坐标系后，采用绝对值编程与增量值编程相混合进行编程的方法叫混合编程。

如图2-13所示，应用以上三种不同方法编程时程序分别如下。

①绝对值编程。

…

N10 G01 X30.0 Z0 F100；

N15 X40.0 Z-25.0；

N20 X60.0 Z-40.0；

…

②增量值编程。

…

N10 G01 U10.0 W-25.0 F100；

N15 U20.0 W-15.0；

…

③混合编程。

…

N10 G01 U10.0 Z-25.0 F100；

N15 X60.0 W-15.0；

…

图2-13 编程实例

以上三段用不同方法编程的程序都表示从P₀点经过P₁点运动到P₂点。

（2）脉冲数编程与小数点编程

数控编程时，可以用脉冲数编程，也可以使用小数点编程。

当使用脉冲数编程时，与数控系统最小设定单位（脉冲当量）有关。当脉冲当量为0.001时，表示一个脉冲，运动部件移动0.001mm。程序中移动距离数值以μm为单位，例如X60000表示移动60000μm，即移动60mm。若小数点后面的数位超过4位时，数控系统则按四舍五入处理。

当使用小数点输入编程时，以mm为单位，要特别注意小数点的输入。例如X60.0表示采用小数点编程移动距离为60mm；而X60则表示采用脉冲数编程，移动距离为60μm（0.06mm）。小数点编程时，小数点后的零可省略，如X60.0与X60.是等效的。

2.常用的G指令

对数控车床来说，采用不同的数控系统，其编程方法也不尽相同。因此，在编程之前，一定要了解机床系统的功能及有关参数。

（1）工件坐标系设定G50

该指令是规定刀具起刀点距工件原点的距离。坐标值X、Z为刀位点在工件坐标系中的起始点（即起刀点）位置。当刀具的起刀点空间位置一定时，工件原点选择不同，刀具在工件坐标系中的坐标X、Z也不同。其指令格式：

G50＿XZ＿；

如图2-14所示，假设刀尖的起始点距工件原点的Z向尺寸和X向尺寸分别为a和b（直径值），则执行程序段G50后，系统内部即对a和b进行记忆，并显示在面板显示器上，就相当于系统内部建立了一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系。

显然，当a、b不同或改变了刀位点在工件坐标系中的确定位置后，所设定的工件坐标系的工件原点也不同。

（2）快速点定位G00

图2-14 工件坐标系设定

G00指令是模态代码，它以点定位控制方式，控制刀具从所在点快速运动到下一个目标位置。它只是快速定位，而无运动轨迹要求，也无切削加工过程。其指令书写格式为：

G00＿X（U）Z（W）＿。

当采用绝对值编程时，刀具分别以各轴所设定的快速进给速度运动到工件坐标系（X、Z）点；当采用增量值编程时，刀具以各轴的快速进给速度运动到距离现有位置为U、W的点。

图2-15 快速点定位

如图2-15所示，从起点A快速运动到B点。

绝对值编程为G00 X120.0 Z100.0；

增量值编程为G00 U80.0 W80.0。

说明：G00为模态指令；有的CNC系统需要用G90来指定绝对值编程；移动速度不能用程序指令设定，由机床生产厂家预调；执行时刀具由程序起始点加速到最大速度，然后快速移动，最后减速至终点，实现快速点定位；刀具的实际运动路线可能是直线，也可能是折线，这与系统参数设定有关，使用时注意刀具是否和工件发生干涉。

（3）直线插补指令G01

G01指令是模态代码，它是直线运动的命令，规定刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式，按指定的F进给速度做任意斜率的直线运动。

当采用绝对值编程时，刀具以F指令的进给速度进行直线插补，一直运动到工件坐标系（X、Z）点。当采用增量值编程时，刀具以F进给速度运动到距离现有位置为U、W的点上。其中，F进给速度在没有新的F指令以前一直有效，不必在每个程序段中都写入F指令。

其指令书写格式为：

G01＿X（U）Z（W）＿F＿。

如图2-16所示，从起点A运动到B点（O点为工件原点）。

图2-16 直线插补实例

使用绝对值编程为：G01 X45.0 Z13.0 F30；

使用增量值编程为：G01 U20.0 W-20.0 F30。

说明：G01程序中必须含有F指令用来指定进给速度，F指令也是模态指令。

（4）圆弧插补指令G02/G03

圆弧插补指令是命令刀具在指定平面内按给定的F进给速度做圆弧运动，切削出圆弧轮廓。其中，G02为顺圆插补，G03为逆圆插补。

1）指令的格式 在车床上加工圆弧时，不仅需要用G02或G03指出圆弧的顺逆方向，用X（U）、Z（W）指定圆弧的终点坐标，而且还要指定圆弧的中心位置。常用指定圆心位置的方法有两种。

①用I、K指定圆心位置，其格式为：

②用圆弧半径R指定圆心位置，其格式为：

说明：采用绝对值编程时，用X、Z表示圆弧终点在工件坐标系中的坐标值；采用增量值编程时，用U、W表示圆弧终点相对于圆弧起点的增量值；圆心坐标I、K为圆弧起点到圆弧中心所作矢量分别在X、Z轴方向上的分矢量（矢量方向指向圆心），均为增量坐标；当分矢量方向与坐标轴的方向一致时为“+”号，反之为“-”号。

用半径R指定圆心位置时，由于在同一半径R的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，因此，在编程时规定圆心角小于或等于180°的圆弧R值为正；圆心角大于180°的圆弧R值为负。另外，程序段中同时给出I、K和R值时，以R值优先，I、K无效。用半径指定圆心位置时，不能描述整圆，只能使用分矢量编程。

2）圆弧顺逆的判断 圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03。数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴。因此，按右手定则的方法考虑Y轴进出方向，然后观察者从Y轴的正方向向Y轴的负方向看去，即可正确判断出圆弧的顺逆，如图2-17所示。

图2-17 圆弧顺逆的判断

a）右手法则 b）顺圆和逆圆

3）编程举例 顺时针圆弧插补如图2-18所示。

图2-18 顺时针圆弧插补

方法一：用I、K表示圆心位置。

①绝对值编程。

…

N05 G00 X20.0 Z2.0；

N10 G01 Z-30.0 F80；

N15 G02 X40.0 Z-40.0 I10.0 K0 F60；

…

②增量值编程。

…

N05 G00 U-80.0 W-98.0；

N10 G01 U0 W-32.0 F80；

N15 G02 U20.0 W-10.0 I10.0 K0 F60；

…

方法二：用R表示圆心位置。

…

N05 G00 X20.0 Z2.0；

N10 G01 Z-30.0 F80；

N15 G02 X40.0 Z-40.0 R10.0 F60；

…

（5）暂停（延时）指令G04

该指令为非模态指令，常在进行锪孔、车槽、车台阶轴等加工时，要求刀具在很短时间内实现无进给光整加工，此时可以用G04指令实现暂停，暂停结束后，继续执行下一段序。其程序格式为：G04 P＿（ms）或G04 X（U）＿（s）；

其中，X、U、P为暂停时间；P后面的数值为整数，单位为ms；X（U）后面为带小数点的数，单位为s。例如欲停留1.5s的时间，则程序段为：G04 X1.5或G04 P1500。

（6）米制输入G21与英制输入G20

如果一个程序段开始用G20指令，则表示程序中相关的一些数据为英制（in）；如果一个程序段开始用G21指令，则表示程序中相关的一些数据为米制（mm）。机床出厂时一般设为G21状态，机床刀具各参数以米制单位设定。两者不能同时使用。停机断电前后，G20、G21仍起作用，除非再重新设定。

（7）回参考点检验G27、自动返回参考点G28、从参考点返回G29

1）回参考点检验G27程序格式为：G27 X（U）Z（W）T0000；

该指令用于检查X轴与Z轴是否正确返回参考点。但执行G27指令的前提是机床在通电后必须返回过一次参考点。如果定位结束后检测到开关信号发令正确，参考点的指示灯亮，说明滑板正确回到了参考点的位置；如果检测到的信号不正确，系统报警。

执行该指令之后，如果欲使机床停止，须加入M00指令。否则，机床将继续执行下一个程序段。

2）自动回参考点G28程序格式为：G28X（U）Z（W）T0000；

执行该指令时，刀具先快速移动到指令中X（U）、Z（W）所指的中间点坐标位置，然后自动返回参考点。到达参考点后，相应的坐标指示灯亮，如图2-19所示。

图2-19 自动返回参考点

注意：使用G27、G28指令时，必须预先取消补偿量值（T0000），否则会发生W4不0.正0确T的00动00作。。例如：G28 U40.0

3）从参考点返回G29程序格式为：G29 X（U）Z（W） ；

执行该指令后，各轴由中间点移动到指令中所指的位置处定位。其中，X（U）、Z（W）为返回目标点的绝对坐标或相对G28中间点的增量坐标值，如图2-20所示。

图2-20 从参考点返回

举例如下：

G28 U40.0 W100.0；（A—B—R）

T0202；（换刀）(www.xing528.com)

G29 U-80.0 W50.0；（R—B—C）

（8）单一形状固定循环

1）外圆切削循环（G90）

①圆柱面固定循环。

如图2-21所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，最后又回到循环起点。图中的刀具路径中，R为快速移动，F为工作进给速度运动。

编程格式为：G90 X＿（U）＿Z（W）＿F＿；

图2-21 外圆切削循环

式中，X、Z为圆柱面切削终点坐标值；U、W为圆柱面切削终点相对循环起点的增量值。

②锥面固定循环。

如图2-22所示为锥面切削固定循环。

编程格式为：

G90 X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；

式中，X、Z为圆锥面切削终点坐标值；U、W为圆锥面切削终点相对循环起点的增量值；R为切削始点与圆锥面切削终点的半径差。

图2-22 锥面切削循环

2）端面切削循环（G94）

①平端面车削固定循环。

其指令格式为：G94 X（U）＿Z（W）＿F＿；

如图2-23所示，X、Z为端平面切削终点的坐标值，U、W为端面切削终点相对循环起点的坐标量。刀具从循环起点开始按矩形循环，最后又回到循环起点。图中的刀具路径中，R为快速移动，F为工作进给速度运动。

②锥形端面切削固定循环。

其编程格式为：G94 X（U）＿Z（W）＿K（或R）＿F＿；

如图2-24所示，式中的X、Z为圆锥面切削终点坐标值；U、W为圆锥面切削终点相对循环起点的增量值；K（或R）为端面切削始点与切削终点的在Z方向的坐标增量。

图2-23 平面端面车削循环

图2-24 带锥形的端面车削循环

（9）复合固定循环

1）内/外圆粗车循环（G71）如图2-25所示，G71适用于圆柱毛坯料粗车外圆和圆筒毛坯料粗车内径。图中C是粗车循环的起点，A是毛坯外径与端面轮廓的交点。

编程格式如下：

G71 U（Δd）R（e）；

G71 P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F S T；

其中，Δd是深切半径值；e是退刀量半径值；ns指定精加工路线的第一个程序段的段号；nf指定精加工路线的第一个程序段的段号；Δu是X方向上的加工余量，直径值；Δw是Z方向上的加工余量，直径值；粗车过程中程序段号为ns～nf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。

2）端面粗车循环（G72）G72适用于圆柱毛坯端面方向粗车，图2-26所示为从外径方向往轴心方向车削端面时的走刀路径。

图2-25 外圆粗车循环G71的加工路径

图2-26 端面粗车循环G72的加工路径

编程格式如下：

G72 U（Δd） R（e）；

G72 P（ns） Q（nf）U（Δu）W（Δw）F＿S＿T＿；

G72程序中的地址含义与G71相同。

3）固定形状粗车循环（G73）如图2-27所示，该指令适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近的毛坯件的加工。其格式如下：

G73 U（Δi）W（Δk）R（d）；G73 P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F S T ；

其中，Δi是X轴总退刀量半径值；Δk是Z轴总退刀量半径值；d是循环次数；ns指定精加工路线的第一个程序段的段号；nf指定精加工路线的最后一个程序段的段号；Δu是X方向上的加工余量，直径值；Δw是Z方向上的加工余量，直径值；粗车过程中程序段号为ns～nf的任何F、S、T功能均被忽略，只有G73指令中指定的F、S、T功能有效。

4）精车循环（G70）当用G71、G72、G73粗车工件后，用G70来指定精车循环，切除粗加工的余量，其格式为：G70 P（ns）Q（nf）。

图2-27 固定形状粗车循环G73的走刀路径

其中，ns指定精加工路线的第一个程序段的段号；nf指定精加工路线的最后一个程序段的段号。

（10）其他循环

还有切槽循环、钻孔循环、切螺纹循环等。

G74为端面切槽（钻孔循环）；

G75为径向切槽（钻孔循环）；

G32为单行程螺纹切削；

G92为螺纹切削循环；

G76为螺纹切削复合循环；

G80～G89为钻孔固定循环。

3.数控车床加工实例

（1）零件图样分析

如图2-28所示的零件，其材料为45钢，需要加工端面、外圆，并且切断。毛坯选用直径ϕ65mm、长130mm圆钢。对轴类零件的数控车削编程，需先按零件图样计算各几何元素的交点，然后按零件的长度确定装卡方法。通常将长度与直径比值小于4（l/d<4）的轴类零件称为短轴，可用三爪卡盘装卡一端进行车削加工。

（2）确定工件的装卡方式

用三爪自定心卡盘装夹。三爪自定心卡盘能自动定心，工件装卡后一般不需要找正，装卡效率高，但只适于装卡圆柱形、正三角形、正六边形等形状规则的零件。如果工件是精基准表面，为防止夹伤工件表面，可以使用软爪；如果工件伸出卡盘较长，则仍需找正。三爪卡盘上一般有一副正反都可使用的卡爪，各卡爪都有编号，在装配卡爪时应按编号顺序安装。

图2-28 端面及阶梯外圆数控车削

（3）确定数控加工工序

根据零件的加工要求，粗车端面及外圆用90°硬质合金机夹偏刀；精车外圆使用高速钢90°外圆车刀，以确保表面粗糙度的要求；使用切断刀切断。

该零件的数控加工工序卡如表2-2所示。

表2-2 数控加工工序卡

1）工件坐标系原点 编写程序前，需要根据工件的情况选择工件原点，X轴工件原点通常设在工件的轴线上。如图2-29a所示，Z轴原点的选择，一般根据工件的设计基准，选择在工件轴向的右端面或工件的左端面，如图2-29b所示。图2-29工件的轴向尺寸基准在工件左端，所以选工件左端面为Z轴原点。

2）走刀路线中的关键位置确定

①程序起始点（也称对刀点）：确定好工件原点后，还必须确定程序中刀具起始位置，这一位置称为对刀点。FANUC-0T系统中，用G50指令设定工件坐标系，G50后的坐标是对刀点在工件坐标系中的坐标。代表刀具位置的点可以取在刀尖上，如图2-29a所示；也可取在刀座基点上，如图2-29b所示。程序开始时，通过手动移动刀具，使刀具上代表刀具位置的点位于对刀点位置，这一过程称为对刀。在编制加工程序时，刀具起始位置通常在对刀点位置上。在一般情况下，对刀点既是加工程序开始的起点，也是加工程序结束的终点。图2-29中的对刀点在（120，110）处。

图2-29 对刀点与工件坐标系的设定

a）刀尖为刀位点 b）刀座基点为刀位点

②换刀点：换刀点是指在多刀加工程序中，设置的一个自动换刀的位置。为了防止在换刀时碰撞到工件或夹具，除特殊情况外，其换刀点都设置在被加工工件的外面，并留有一定的安全区。具体的位置应根据工序内容而定，通常可在机床的第二参考点换刀（第二参考点位置由存储在参数1241中的值指定）。这使编程简单，又使换刀动作的同时完成了程序回零，防止程序零点漂移。本例在第二参考点换刀。

③各工步的始点：在本例编程时，还要考虑粗、精端面车削的始点，粗、精车削外圆的始点以及切断的起始点。如果毛坯余量较大，应进行多次走刀粗车，最后进行一次精车，那么每次的车削始点都不相同，如图2-28所示。

（4）编写数控程序

其数控车削ϕ40mm外圆采用两次粗车，一次精车；其余表面采用两次粗车，两次精车单边余量为0.2mm。数控程序编写如下：

O0001程序编号O0001

N05 G50 X85.0 Z170.0；设置工件原点在左端面

N10 G30 U0 W0；返回第二参考点

N20 G50 S1500 T0101 M08；限制最高主轴转速为1500r/min，01号刀具，M08为打开切削液

N30 G96 S50 M03；指定恒切削速度为50m/min，主轴逆时针旋转

N40 G00 X50.0 Z115.0；刀具快速走到外圆粗车始点（50，115）

N50 G01 Z40.2 F0.3；以 进 给 率0.3mm/r，粗车一次ϕ40mm外 圆到ϕ50mm

N60 X60.4；台阶车削

N70 Z-5.0；粗车ϕ60mm外圆到尺寸ϕ60.4mm

N75 G00 X62.0 Z115.0；刀具快速退到（62，115）

N80 X40.4；刀具快速走到外圆粗车始点（40.4，115）

N85 G01 Z40.2 F0.3；进给率0.3mm/r，二次粗车ϕ40mm外圆到ϕ40.4mm

N90 X61.0；台阶车削

N95 G00 X45.0 Z110.4；刀具快速走到粗车端面始点（45，110.4）

N100 G01 X-1.0 F0.1；粗车削右端面，X-1.0为保证端面中心车削完整

N110 G00 Z115.0；刀具快速退到点（-1.0，115.0）

N120 G30 U0 W0；直接回第二参考点以进行换刀

N130；（Finishing）精车开始

N140 G50 S1500 T0202；限制最高主轴转速为1500r/min，换02号刀

N150 G96 S150；指定恒切削速度150m/min

N160 G00 X40.0 Z120.0；刀具快速走到外圆精车始点（40，120）

N170 G42 G01 Z112.0 F0.05；调02号刀尖半径补偿，右偏

N180 Z40.0；精车ϕ40.0mm外圆到指定尺寸

N190 X60.0；台阶精车

N200 Z-5.0；精车ϕ60mm外圆到指定尺寸

N210 G40 G00 X60.0 Z115.0；取消刀具补偿，刀具快速走到点（60.0，115.0）

N220 X50.0 Z110.0；刀具快速走到点（50，110）

N225 G96 S30；指定恒切削速度30m/min

N230 G41 G01 X42.0 F0.1；调刀尖半径补偿，左偏

N240 G01 X-1.0；精车右端面

N250 G40 G00 Z115.0；取消刀具补偿

N260 G30 U0 W0；返回第二参考点

N265 G50 S1000 T0303；限制最高主轴转速为1000r/min，换03号刀

N270 G96 M30；指定恒切削速度30m/min

N275 G00 X65.0 Z0；刀具快速走到切断始点（65，0）

N280 G01 X-1.0 F0.1；切断

N290 G00 X85.0 Z170.0 M05 M09；返回程序始点

N333 M30程序结束