分享第2章数控车床的操作与编程

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1、国第2章 数控车床的操作与编程2.1数控车床及其组成数控车床的类型及基本组成1.数控车床的类型（1 ）水平床身（即卧式车床）有单轴卧式和双轴卧式之分。由于刀架拖板运动很少需要手摇操作，所以刀架一般安放于轴心线后部，其主要运动范围亦在轴心线后半部，可使操 作者易接近工件。采用短床身占地小，宜于加工盘类零件。双轴型可便于加工零件正反面。（2）倾斜式床身 在水平导轨床身上布置三角形截面的床鞍。其布局兼有水平床身造价 低、横滑板导轨倾斜便于排屑和易接近操作的优点。有小规格、中规格、大规格三种。（3）立式数控车床 分单柱立式和双柱立式数控车床。采用主轴立置方式，适用于加工 中等尺寸盘类和壳体类零件。便于

2、装卸工件。（4 ）高精度数控车床 分中、小规格两种。适于精密仪器、航天及电子行业的精密零件。（5 ）四坐标数控车床 机床设有两个 X、Z坐标或多坐标复式刀架。可提高加工效率，扩 大工艺能力。（6）车削加工中心 车削中心可在一台车床上完成多道工序的加工。从而缩短了加工周 期，提高了机床的生产效率和加工精度。若配上机械手，刀库料台和自动测量监控装置构成 车加工单元，用于中小批量的柔性加工。（7）各种专用数控车床 如数控卡盘车床、数控管子车床等。2 .数控车床的基本组成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、 尾座等基本部件，但数控柜、操作面板及显示监控器却是数控

3、机床特有的部件。即使对于机 械部件，数控车床和普通车床也具有很大的区别。如数控车的主轴箱内部省掉了机械式的齿 轮变速部件，因而结构已非常简单了；车螺纹也不再需要另配丝杆和挂轮了；刻度盘式的手 摇移动调节机构也已被脉冲触发计数装置所取代。下面以CK7815数控车床和 CK9330型数控车床为例简单介绍一下数控车床的结构组成。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。CK

4、7815数控车床如图2-1所示。其床身导轨为 60倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩 形，刚性很好。主轴由直流（配5T系统时）或交流（配 6T系统时）调速电机驱动，主轴尾端带有液压夹紧油缸，可用于快速自动装夹工件。床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔 刀架，刀盘可选配 8位、12位小刀盘和12位大刀盘。纵横向进给系统采用直流伺服电机带 动滚珠丝杠，使刀架移动。尾座套筒采用液压驱动。可采用光电读带机和手工键盘程序输入 方式，带有CRT显示器、数控操作面板和机械操作面板。另外还有液动式防护门罩和排屑装 置。若再配置上下料的工业机器人，就可以形成一个柔性制造单元（FMC）。图 2-1 CK7815 数

5、控车床CK9330 型数控车床配有由华中数控研制开发的 HCNC-1T 数控系统， 直接由 PC 电脑通 过数控软件进行加工控制的新型 CNC 系统。 该机床是一开环控制的台式车床， 其机械部分由 床身、床头箱、工作台、大小拖板、普通刀架、尾座、主轴电机、XZ 轴步进电机（ 4NM,1NM各一个） 等组成， 控制部分由机床强电控制柜、 机械操作面板、 PC 电脑及其数控软件等组成。 如图 2-2 所示。CK9330 型数控车床能够控制的主要有 X、 Z 轴的运动（包括移动量及移动速度的控制， 能进行直线、圆弧的插补加工控制）、一些电器开关的通断（包括主轴正反转及停转、进给 随意暂停和重启、急停

6、及超程保护控制）等，由于主轴采用的是一般交流电机，故主轴转速 不可任意调节。该机床可用于车削内外圆表面、锥面、平面、复杂的回转表面和公、英制螺 纹等。图 2-2 CK9330 数控车床的组成数控车床的传动及速度控制如图2-3所示为CK7815型数控车床的传动系统图。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、低两档速度的手工切换，在其中某档的范围内可由 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4500

7、 r/min 。纵向Z轴进给由直流伺服电机直接带动滚珠丝杠实现，横向X轴进给由直流伺服电机驱动，通过同步齿形带带动横向滚珠丝杠实现，这样可减小横轴方向的尺寸。刀盘转位由电机经过齿轮及蜗杆副实现，可手动或自动换刀。排屑机构由电机、减速器 和链轮传动实现。CK7815的主要速度指标为：主轴转速 直流电机 交流电机（无级）工进速度：0.01500 mm/ r 0.000150 in/ r12000 mm/ min 0.01600 in/ min快进速度：纵向Z轴12 m/ min横向X轴9 m/ min工进速度和快进速度还受控制面板上相应的速度修调旋钮影响。实际速度还应乘以速度 修调的倍率。CK93

8、30型数控车床的传动系统较为简单，该机床主轴是由电机经三角胶带传至车头主 轴，由皮带塔轮传动实施有级变速。主轴转速不受S代码的控制，其调整需靠手工进行。按图2-4所示变换各皮带位置，即可得到表2-1中所列的六种主轴转速。由于主轴转速不可无级调控，所以在螺纹车削时只有靠编码器检测主轴的实际转速并反馈到数控系统后再由系统 自动调整进给轴的进给速度来保证（主轴每转一圈，刀架移动一个螺距值）。皮带接法主轴转速（r/min）C160D250E400F630G1000H1600图2-4 CK9330 的主轴变速表2-1 CK9330 主轴变速列表CK9330数控车床的纵向Z轴进给由4NM的 三相六拍感应式

9、步进电机直接带动普通丝杠实 现，横向X轴进给由1NM的步进电机带动一对 18/27的减速齿轮后再带动普通丝杠实现。由于小拖板上的丝杠手柄调节位移量不计入数控装置， 因此只用于加工前对刀时的辅助调节，其在加工 过程中的任何移动都将影响尺寸精度。CK9330型数控车床的主要规格与技术参数 为：床身上最大工件回转直径0 300mm最大工件长度500 mm刀架上最大工件回转直径0 140 mm主轴通孔直径 主轴孔莫氏锥度0 26 mmNO.4.刀架最大横向行程 刀架最大纵向行程 加工公制螺纹种数 加工公制螺纹螺距 加工英制螺纹种数 加工英制螺纹螺距160 mm100 mm140.5-3 （ 或更大 ）

10、2011-40 1/n纵、横向进给量级数 主轴每转刀架的纵、横向进给量无级调速无级调速主轴转速范围主轴转速级数160-1600 r/min6另外，还有些车床的主轴虽然采用的是机械式的有级变速，但配合一定的电液动控制系 统，也可通过 S 代码自动实现主轴的变速，当然那也只能是有级变速。数控车床的控制面板及其功能用 PC 电脑作控制系统的数控车床，其程序输入、数据设定及 NC 控制等操作均可由 PC 键盘进行，文字及图形信息由显示器显示。 CK9330 数控车床操作面板的布局如图 2-5 所示。面板顶行为一排指示灯，分别为指示机床电柜电源的“强电”指示灯、表示机床与计算 机数控软件是否联系上的“联

11、机”指示灯、数控系统内部是否有故障的“数控”报警和控制 轴行程是否超界的“超程”报警指示灯以及回参考点指示灯。右上部菱形布置的几个按钮为 拖板移动用的手动操作按钮，相当于普通车床上的旋转手柄，轴移动方向遵循标准规定，当 按住某轴移动方向按钮的同时再按住中间的快移按钮，则该轴将以内部设定的最快速度向指 定方向移动，否则将以当前设定的速度修调率移动。指示灯下方的旋钮为速度修调钮，“自 动”的各档用于控制机床自动及 MDI 方式下的进给速度修调率，“手动”各档用于控制点动 及步进移动时的 X、 Z 轴移动速度，“增量”各档则用于决定步进方式下点按一下轴移动按 钮所产生的移动量。左下 NC 锁匙电源是

12、为机床提供的又一道电源开关，右下急停按钮是用 于紧急情况下强行切断电源的，中部几个为功能控制按钮。超程解除 当 Z 轴正负方向出现硬性行程超界时， 可同时按此钮和 Z 轴相反方向的按钮以解除超程进给保持和循环启动 用于自动运行中暂停进给和持续加工。单段执行 自动运行方式下若按下此钮，则每执行一段程序后都将暂停等待，需按循环启动方可执行下一段程序。机床锁住 若此按钮按下，则程序执行时只是数控系统内部进行控制运算，可模拟加工校验程序，但机械部件被锁住而不能产生实际的移动。主轴正转、反转和停转 用于手动控制主轴的正转、反转和停转。图 2-6 控制软件的环境界面控制软件界面和菜单结构HCNC-1T 控

13、制软件系统的环境界面如图 2-6 所示。 屏幕顶行为状态行，用于显示工作方式及运行状态等，工作方式按主菜单变化，运行状 态在不同的工作方式下有不同的显示。如：自动运行时显示：5%140% （ 自动运行的进给速度修调倍率 ） 循环停止 （自动运行处于暂停状态） 机床锁住 （机械锁住有效时）程序单段 （单段运行有效时）等；MDI 方式时显示： 点动操作方式：当前默认的 G 代码模态值（如 G00G91G21G94 ）；5%100% （最大速度百分比）X 轴进给或 Z 轴进给；步进功能方式：x1 、 x10 、 x100 、 x1000 （ 四种步进倍率 ） X 轴进给或 Z 轴进给；屏幕中间为工件

14、加工的坐标显示和图形跟踪显示或加工程序内容显示。屏幕下部为提示输入行和菜单区（多级菜单变化都在同一行中进行）。屏幕右部为信息检索显示区： O - N 索引处显示自动运行中的 O 代码（主程序号）和 N 代码（程序段号），P-L索引处显示自动运行中的 P代码（子程序调用）和L代码（调用次数）, M - T索引处显示自动运行中的 M代码（辅助功能）和T代码（刀具号和刀补号），机械坐标处显 示刀具在机床坐标系中的坐标变化。不得用于商业用途控制软件系统的菜单结构见附录2 。整个菜单的显示切换均在屏幕底行上进行，菜单选取由功能键 F1 - F10 操作，第一级子菜单的调出和所有下级菜单的往上退回均靠 F

15、1 功能键 实施。如：在主菜单级显示时按下 F2 键选中自动运行方式后该按钮呈凹下状，但需要再按 F1 键方可切换到自动运行方式的下级菜单。 然后在本级菜单显示时按下相应的选用功能键即 可自动调用显示下级菜单或执行相应的菜单项功能 （即除第一级子菜单调出需按 F1 键外，往 下层次的子菜单调出则不需按 F1 键，均可自动调出） 。从本级菜单返回到上一级以及当本级 某菜单项执行完后又想执行本级的另一菜单项功能时则需要按 F1 功能键，而不是按 ESC 键， 若在主菜单显示时按了 ESC 键，则自动退出控制软件系统。2.2 数控车床的位置调整与坐标系的设定本节主要以 CK9330 型数控车床及其

16、HCNC-1T 控制系统为例介绍其基本操作。2.2.1 手动位置调整及 MDI 操作1回参考点操作 对于具有参考点功能的数控车床而言，当系统接通电源、复位后首先应进行机床各轴回 参考点的操作，以建立机床坐标系。（1）先检查一下各轴是否在参考点的内侧，如不在，则应手动回到参考点的内侧，以避 免回参考点时产生超程。（ 2）在主菜单下按 F3 选择“回零功能”；（3）分别按 +X、+Z 轴移动方向按键，使各轴返回参考点，回参考点后，相应的指示灯 将点亮。返回参考点后，屏幕上即显示此时刀具（或刀架）上某一参照点在机床坐标系中的 坐标值，对某机床来说，该值应该是固定的。系统将凭这一固定距离关系而建立起机

17、床 坐标系，机床原点通常就设在车床主轴端头（或卡盘）的回转中心处。2点动操作（1）在主菜单下选择“点动操作”，即按F6 功能键，此时屏幕显示如图 2-7 。图 2-7 点动操作时画面（2）将机床操作面板上的进给修调旋钮旋至所需的进给百分比（自动的8 档和手动的 4档）；此时， 实际移动速度 = 最大移动速度 x 进给百分比如：若某轴的最大移动速度为 6 m/min 则：5% 档时点动移动速度为 0.3 m/min; 100% 档 时点动移动速度为 6 m/min;（3）按机床操作面板上的“ +X ”或“ +Z”键，则刀具向X或Z轴的正方向移动，按机床操作面板上的“一 X”或“一Z”键，则刀具向

18、X或Z轴的负方向移动；（ 4）如欲使某坐标轴快速移动，只要在按住某轴的“”或“”键的同时，按住“快 移”键即可。说明： 一次只能使一个坐标轴运动； 系统通电启动时，主菜单默认方式为“点动操作”； 快速移动的速度为系统设定的该轴的最大移动速度（同 G00 速度）； 机械移动的同时，计算机屏幕上的坐标显示和图形追踪也跟着同步变化。 无论用何种移动操作方式，当某轴移动导致刀架拖板碰到机床上的限位档块时，限位行程开关将会产生相应的动作，数控系统将出现某轴超程的警告信息，即超程报警。此时只可 在点动方式下，同时按住操作面板上的“超程解除”按钮和该轴反方向的移动按钮而退出到 非超程区，然后才可进行其它操作

19、。自动运行时若出现超程报警的话，运行状态无法持续。 程序执行将中止。所以当要用某程序进行自动加工控制前，必须先进行空程校验，确保无误 后方可进行实际加工。3步进功能（ 1 ）在主菜单下按 F7 选择“步进功能”；(2) 将机床操作面板上的进给倍率修调旋钮旋至所需的倍率(增量 x1. 10. 100. 1000 等4 档)；图 2-9 MDI 操作时画面如： x1 档即表示移动单位为 1 个脉冲当量(本系统一个脉冲对应 0.001mm ) x100 档即表示移动单位为 100 个脉冲当量，即 0.1mm x10 、 x1000 档即分别为移动 0.1mm 、 1mm 。(3) 、按机床操作面板上

20、的“ +X”或“ +Z”键，则向X或Z轴的正向移动相应脉冲当 量的距离，按机床操作面板上的“一 X”或“一Z”键，则向X或Z轴的负向移动相应脉冲当 量的距离；说明：一次只能使一个坐标轴运动； 通常步进功能是以按键触发的次数来进行脉冲计数的，亦即按下某轴向按键后 无论持续多久都只视为按动一次。 机械移动的同时，计算机屏幕上的坐标显示和图形追踪也跟着同步变化。和点 动不同的是其坐标变化是以倍率当量为单位跳变的。4手摇操作如果机床配置了 MPG 手持单元，即可进行手摇操作控制。 MPG 手持单元由手摇脉冲发 生器、坐标轴选择开关组成，如图 2-8 所示。手摇操作时：( 1 )在主菜单下按 F4 选择

21、“手摇进给”；(2) 将手持单元上的增量倍率修调旋钮旋至所需的倍率(增量x1、 x10、 x100 等 3档， 分别对应于 0.001 、 0.01 、 0.1mm 的增量值)；(3) 将手持单元的坐标轴选择开关置于所要移动的“X”轴或“ Z ”轴档；(4) 顺时针 /逆时针旋转手摇脉冲发生器一格，可控制相应的轴向正向或负向移动一个 增量值。注：手摇移动小刀架或手摇旋动各轴端把手是无法进行坐标计数的。5 MDI 操作MDI 操作就是指命令行形式的程序执行方法，即当场输入一段程序指令后，马上就可令 其执行。 从本义上讲其属于自动运行的范畴， 但一般地都习惯将其作为手动调整操作的手段。 其操作步骤

22、为：( 1)在主菜单下， 按 F5 键选择 MDI 功能，此时系统的模态信息将显示在屏幕顶行的 “运 行状态”处；启动系统时的模态值为G91-增量编程方式，G00-快进状态，G20-米制单位，G94- 每分钟进给速度方式。( 2)再按 F1 键切入到 MDI 功能的子菜单；( 3)按 F4 键选择“程序进给”菜单项，则在菜单行上部的提示输入行上将出现光标( 4)在光标处输入想要执行的 MDI 程序段，此时可左右移动光标以修改程序；如输入： G90 G01 X20.0 Z20.0 F200；( 5)如果前面输入的程序都不要，可按ESC 键全部删除，重新输入；( 6)按 F10 键执行“循环启动”

23、功能，则所输入的程序将立即运行，如图2-9 所示；( 7)在运行过程中，选择 F9 键执行“循环停止”功能，则刀具将停止运动，但主轴并 不得用于商业用途（a）刀架后置式（b）刀架前置式图 2-10 车床坐标系不停转，此时再按 F10 键即可继续运行程序；（ 8）在运行过程中或程序输入时，按 F1 键即可退出该级菜单而返回到主菜单，但并不 影响已运行程序的继续执行。注：本级菜单中的“循环启动”，“循环停止”和机床操作面板上相应的硬键功能等效。2.2.2 数控车床坐标系统的设定1车床坐标系统的组成坐标系有机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系等概念。 机床坐标系是数控机床安装调试时便设定好的一固定的坐

24、标系统，对带参考点设定功能 的车床而言，其机床坐标原点就在车床主轴端头（或卡盘）的中心，沿轴心方向作为 Z 轴， 其正向指向尾座顶尖。以刀架横向拖板运动方向作为 X 轴，其正向由主轴回转中心指向工件 外部。如图 2-10 （a）所示，对于刀架后置式（刀架活动范围主要在回转轴心线的后部）的 车床来说， X 轴正向是由轴心指向后方，而对于刀架前置式的车床来说， X 轴的正向应是由 轴心指向前方，如图 2-10（b）所示。由于车削加工是围绕主轴中心前后对称的，因此无论 是前置还是后置式的， X 轴指向前后对编程来说并无多大差别。为适应笛卡尔坐标习惯，编 程绘图时都按如图 2-10（a）所示后置式的方

25、式进行表示（从俯视方向看），机床坐标系在 进行回参考点操作后便开始在数控系统内部自动建立了。编程坐标系是在对图纸上零件编程计算时就建立的，程序数据便是用的基于该坐标系的 坐标值。工件坐标系则是当系统执行 “G92X.Z. ”后才建立起来的坐标系， 或用 G54G59 预置 的坐标系。对刀操作就是用来沟通机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系三者之间的相互关 系的，由于坐标轴的正负方向都是统一的，因此实际上是确立坐标原点的位置。由对刀操作， 找到编程原点在机床坐标系中的坐标位置，然后通过执行G92 或 G54G59 的指令创建和编程坐标系一致的工件坐标系，可以说，工件坐标系就是编程坐标系在机床上的具

26、体体现。编 程（工件）坐标原点通常选在工件右端面、左端面或卡爪的前端面。当用G90 编程方式时，通常将工件原点设在工件左端轴心处，这样程序中的各坐标值基本都是正值，比较方便；当 用G91编程时，取在工件右端较为方便，因为加工都是从右端开始的。工件坐标系建立以后，程序中所有绝对坐标值都是相对于工件原点的。2. G92指令-工件坐标系的建立数控程序中所有的坐标数据都是在编程坐标系中确立的，而编程坐标系并不和机床坐标 系重合，所以在工件装夹到机床上后，必须告诉机床，程序数据所依赖的坐标系统，这就是 工件坐标系。通过对刀取得刀位点数据后，便可由程序中的 G92 （有的机床控制系统用G50 ）设定，当执

27、行到这一程序段后即在机床控制系统内建立了一工件坐标系。其格式为：G92 （ G50 ） X. Z.；该指令是声明刀具起刀点（或换刀点）在工件坐标系中的坐标，通过声明这一参照点的坐 标而创建工件坐标系。X、Z后的数值即为当前刀位点（如刀尖）在工件坐标系中的坐标，在实际加工以前通过对刀操作即可获得这一数据。换而言之，对刀操作即是测定某一位置处刀具 刀位点相对于工件原点的距离。一般地，在整个程序中有坐标移动的程序段前应由此指令来 建立工件坐标系。（整个程序中全用G91方式编程时可不用 G92指令）说明：（1）在执行此指令之前必须先进行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀 点位置上。（2）

28、此指令并不会产生机械移动，只是让系统内部用新的坐标值取代旧的坐标值，从而 建立新的坐标系。3 .预置工件坐标系 G54G59具有参考点设定功能的机床还可用工件零点预置G54G59指令来代替 G92建立工件坐标系。它是先测定出欲预置的工件原点相对于机床原点的偏置值，并把该偏置值通过参数 设定的方式预置在机床参数数据库中，则该值无论断电与否都将一直被系统所记忆，直到重 新设置为止。当工件原点预置好以后，便可用“G54G00 X Z的指令让刀具移到该预置工件坐标系中的任意指定位置。不需要再通过试切对刀的方法去测定刀具起刀点相对于工 件原点的坐标，也不需要再使用G92指令了。很多数控系统都提供从G54

29、G59共预置六个工件原点的功能。G54G59与G92之间的区别是： 用G92时后面一定要跟坐标地址字，而用G54G59时则不需要后跟坐标地址字，且可单独作一行书写。若其后紧跟有地址坐标字，则该地址坐 标字是附属于前次移动所用的模态G指令的，如G00 , G01等。用G54等设立工件原点可由“数据设定”-“零点偏置”层次菜单项中进行，如图2-11所示。在运行程序时若遇到 G54指令，则自此以后的程序中所有用绝对编程方式定义的坐标值均是以G54指令的零点作为原点的。直到再遇到新的坐标系设定指令，如G92、G55G59等后，新的坐标系设定将取代旧的。G54建立的工件原点是相对于机床原点而言的，在程序

30、运行前就已设定好而在程序运 行中是无法重置的，G92建立的工件原点是相对于程序执行过程中当前刀具刀位点的。可通过编程来多次使用 G92而重新建立新的工件坐标系。4图形显示的设定通过在数控软件系统中按“数据设定”-“图形参数”层次结构选择菜单功能项，即可设不得用于商业用途2-12 所示。定用于图形跟踪显示的区域，改变图形跟踪显示的效果，如图 说明：（1）平面选择设定值： 0 - X-Z 平面； 1 - X-Y 平面（2）坐标系设定： 0 - +X 向右 +Z 向下1 - +X 向上 +Z 向右 2 - +X 向左 +Z 向上3 - +X 向右 +Z 向上（3）图形上、下、左、右坐标值： 上下值是

31、用于控制纵轴的显示边界范围的，左右值是用于控制横轴的显示边界范围的。 （ 4）图形放大系数：如为 1，显示为 1:1 ；如为 2，显示放大两倍。 操作：先移动光标到所需行，在“ INPUT: ”提示符后键入新值，回车即可。退出本菜单 时即自动将设定数据存盘，一次更改，持续有效。2.2.3 刀具装夹与对刀调整1刀具类型与装夹（a）普通转塔刀架（b） 12位自动回转刀架常用车图 2-14 刀具在刀架上的安装刀类型如图2-13 所示， 刀具装夹结 构如图 2-14 所示。对于 数控车床， 较适合的应 该是可转位 刀片式车 刀。当某零 件加工需要 用到多把车 刀时，所用 刀架可用如图 2-14 （a）

32、所示的普通转塔刀架。如果不能自动转位换刀，换刀动作得由人工 在程序中进行适当处理。也有很多机床采用如图2-14（ b）所示的刀架形式，图（b）所示为12 位自动回转刀架，最多可安装 12 把车刀，其中可装外圆车刀 6 把，内孔刀具 6 把，此类 系统可由程序控制实现自动换刀。2对刀调整 数控车床的对刀可分为基准车刀的对刀和各个刀具相对位置偏差的测定两部分。先从所 需用到的众多车刀中选定一把作为基准刀具，进行对刀操作，再分别测出其它各刀具与基准 刀具刀位点的位置偏差值（这可通过分别测量各刀具相对于刀架中心或相对于刀座装刀基准 点在 X、Z 方向的偏置值来得到），不必对每把刀具都进行对刀操作。（1

33、）基准车刀的对刀。基准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图2-15利用机床坐标数据试切对刀以前进行的，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。对于具有参考点功能的数控车床而言，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

34、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： 先进行手动返回参考点的操作。 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。） 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

35、坐标系中的Z值。如图2-15所示。 对刀。根据上述得到的四个数据，可用如下两个方法进行对刀。方法之一：若已经在将要运行的程序中写好了“G92 Xa Zb ； ”的程序行，那么就应该用手动或MDI方法移动刀具，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。这样就实现了将刀尖放在程序所要求的起刀点位置（a，b）上的对刀要求。方法之二：将刀具移到工件外可作为起刀点的任意某位置，记下此时刀架中心在机床坐 标系中的坐标如（X0，Z0），可以算出该位置在工件坐标系中的坐标值应该是（D+X0-Xt，L+Z o-Zt）。在运行程序前保持此起刀点位置不变的

36、情况下，根据此计算结果值改写程序中 “ G92X _ Z _”，指令为“ G92 X （D+X 0-Xt） Z （L+Z o-Zt）”。 建立工件坐标系。可在上述对刀完成后，在保持当前刀具位置不变的情形下，用MDI方式运行“ G92 Xa Zb ； ” （方法一）或“ G92 X （D+X o-Xt） Z （L+Z o-Zt）； ” （方法二）的程序指令， 或者直接开始运行编好的程序，则显示器中将显示当前刀尖在工件坐标系中的位置坐标（a，b ）或（D+X o-Xt，L+Zo-Zt）。对于无参考点的功能的数控车床，因为没有固定的机床坐标原点，所以不能利用机床坐 标系来对刀。若系统不能对当前坐标位

37、置进行断电自动记忆，则中途因某些原因退出了控制 系统的话，就必须重新对刀。如下试切对刀的方法，可供参考： 装夹好工件及刀具后，在主菜单下按F6键选择“点动操作”，后按-X、-Z轴移动键，使刀具慢慢靠近工件，并调好一定的吃刀深度为车外圆作准备，再按+Z方向键稍离开工件。 按主轴正转按钮，启动主轴； 在主菜单下按 F5键选择“ MDI功能”，再按 F1、F4直至出现光标后，输入图2-16无参考点机床的对刀“G91G01Z-20F15 ”后按F10键开始执行（即让车刀以15mm/min的速度向Z轴负向移动20mm 进行车外圆，见图 2-16（ a），车完后，再输入“ G91G01Z25F100 ”退

38、出。按“主轴停转” 按钮，使主轴停转。 测量加工后工件的外 径值，记为D。 置点动操作方式，点按一下-Z方向键，调整好用 于端面车削的吃刀深度，然后正转启动主轴。 切换至“ MDI功能”， 按F1、F4键后，在光标处输 入如：“ G91G01X-D/2F15 ”， 然后再按F10执行（由工件 外圆面处向轴心处进给以车端面，见图2-16 （b）。注：-D/2应为按步骤实测值计算的结果。 待车完端面后，让主轴停转。则刀尖就已经定位在工件右端回转轴心处，见图2-16（c）。按F1返回到第一层菜单后再按F9执行“坐标清零”，则当前坐标位置即被设为相对零点。如果工件坐标原点就设在此右端轴心处的话，编写程

39、序时就应用“G92X0Z0 ；”指令建立工件坐标系。从图（C ）可以看出，此位置点距当前机床坐标原点有一定的距离。由于图形跟踪总 是按机床坐标系来显示，所以为便于观察，有必要令工件坐标系和机床坐标系重合，为此重 启动软件进入控制系统即可将此位置点重置为新的机床零点。见图2-16（ d ）。 若要执行的程序中指令为“ G92XaZb; ”，则应在运行程序之前，先用MDI方式，执行指令“ G91G00XaZb； ”，让刀架移到屏幕坐标显示为（a，b）的位置。见图2-16 （ e）。（2）其它各刀具的对刀其它各刀具的对刀就是测定出每一把刀具转位到加工方位时其刀位点相对于基准车刀刀位点在X、Z两方向上

40、的位置偏差，然后将偏差值存入对应的刀具数据库即可。这样，只需 要在加工程序中用指令标明所用的刀具，则执行到刀具指令时，机床会自动移动调整刀架， 直到新刀具刀位点与前一把刀具刀位点重合。整个程序均可按基准车刀刀位点进行编写。各 刀具的具体对刀过程可参阅本章2.3基本编程指令与程序调试程序中用到的各功能字1 . G功能（格式：G2 G后可跟2位数）表2-2 常用G功能指令代码组意义代码组意义代码组意义*G00快速点定位*G4007刀补取消G7300车闭环复合循环G01直线插补G41左刀补G76车螺纹复合循环G0201顺圆插补G42右刀补G80车外圆固定循环G03逆圆插补G5200局部坐标系设置G8

41、101车端面固定循环G32螺纹切削G5411零点G82车螺纹固定循环G0400暂停延时G59偏置*G9003绝对坐标编程G2002英制单位G6500简单宏调用G91增量坐标编程*G21公制单位G6612宏指令调用G9200工件坐标系指定G27回参考点检查G67宏调用取消* G9805每分钟进给方式G2806回参考点G71车外圆复合循环G99每转进给方式G29参考点返回G7200车端面复合循环（1）、表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其它组为模态指令，一次指定后持续有效,直到被本组其它代码所取代。（2）、标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。2. M功能（格式：M2 M后可跟2

42、位数）车削中常用的M功能指令有：M00-进给暂停 M01-条件暂停 M02-程序结束M03-主轴正转 M04-主轴反转 M05-主轴停转M07、M08-开切削液 M09-关切削液M30-程序结束并返回到开始处M98-子程序调用 M99-子程序返回3. T功能（格式：T2或T4 ）有的机床T后只允许跟2位数字，即只表示刀具号，刀具补偿则由其它指令。有的机床T后则允许跟4位数字，前2位表示刀具号，后 2位表示刀具补偿号。 女口： T0211表示用第二把刀具，其刀具偏置及补偿量等数据在第11号地址中。4. S功能（格式：S4 S后可跟4位数）用于控制带动工件旋转的主轴的转速。实际加工时，还受到机床面

43、板上的主轴速度修调 倍率开关的影响。按公式：N=1000Vc /D可根据某材料查得切削速度Vc，然后即可求得N.例如：若要求车直径为 60mm的外圆时切削速度控制到48mm/min，则换算得： N=250rpm （转/分钟）则在程序中指令 S250;图 2-18 点、线控制 车削中有时要求用恒线速加工控制， 即不管直 径大小， 其切向速度 V 为定值， 这样当进行直径由 大到小的端面加工时，转速将越来越大，以致于可 能会产生因转速过大而将工件甩出的危险。因此， 就必须限制其最高转速。当超出此值时，就强制截图 2-17 编程方式示例 取在低于此极值的某一速度下工作。 有的机床是通 过参数来设置此

44、值。 而有的机床则利用 G 功能来指 定，如： G50 S1600; 即表示限制最高转速为 1600 rpm 。车床的编程方式 1绝对编程方式和增量编程方式。 绝对编程是指程序段中的坐标点值均是相对于坐标原点来计量的，常用 G90 来指定。增量 (相对 )编程是 指程序段中的坐标点值均是相对于起点来计量的。 常用 G91 来指定。如对图 2-17 所示的直线段 AB 编程绝对编程： G90 G01 X100.0 Z50.0;增量编程： G91 G01 X60.0 Z-100.0;(注：在某些机床中用 X、Z表示绝对编程，用 U、W表示相对编程，允许在同一程序段中混合使 用绝对和相对编程方法。如

45、上图直线 AB , 可用：绝对: G01 X100.0 Z50.0;相对: G01 U60.0 W-100.0;混用 : G01 X100.0 W-100.0; 或 G01 U60.0 Z50.0;这种编程方法不需要在程序段前用 G90 或 G91 来指定。 ) 2直径编程与半径编程 当地址 X 后所跟的坐标值是直径时，称直径编程。如前所述直线AB 的编程例子。当地址 X 后所跟的坐标值是半径时，称半径编程。则上述应写为: 注：( 1 )直径或半径编程方式可在机床控制系统中用参数来指定。(2)无论是直径编程还是半径编程，圆弧插补时R、I 和 K 的值均以半径值计量。2.3.3 基本编程指令1G

46、00 、G01 点、线控制。 格式： G90 (G91) G00 X. Z.G90 (G91) G01 X. Z. F.G00 用于快速点定位、 G01 用于直线插补加工。如图2-18所示从A到B，其编程计算方法如下：绝对:G90 GOO X x b Z Zb ;增量： G91 G00 X (x b-xa) Z (zb-za) ;绝对： G90 G01 X x b Z Zb F f ;图2-20圆弧控制增量：G91 G01 X(x b-Xa) Z(Zb-Za) F f ；说明:（1）G00时X、Z轴分别以该轴的快进速度向目标点移动，行走路线通常为折线。 图示AB段，G00 时，刀具先以X、Z的

47、合成速度方向移到 C点，然后 再由余下行程的某轴单独地快速移动而走到B点。（2）G00时轴移动速度不能由 F代码来指定，只受快速修调倍率的影响。一般地，G00代码段只能用于工件外部的空程行走，不能用于切削行程中。（3）G01时，刀具以F指令的进给速度由 A向 B进行切削运动，并且控制装置还需要进行插补运算，合理地分配各轴的移动速度，以保证其合成运动方向与直线重合。G01时的实际进给速度等于 F指令速度与进给速度修调倍率的乘积。HCNC-1T系统中G01指令还可用于在两相邻轨迹线间自动插入倒角或倒圆控制功能。 在指定直线插补或圆弧插补的程序段尾，若加上C_，则插入倒角控制功能；加上R_，则插入倒

48、圆控制功能。C后的数值表示倒角起点和终点距未倒角前两相邻轨迹线交点的距离，R后的值表示倒圆半径。如图2-19所示几段轨迹间，可使用倒角或倒圆控制功能编程。对应部分程序为：O0001G91 G01 Z-75.0 R6.0;X40.0 Z-10.0 C3.0;Z-80.0;M02;注：（1） 第二直线段必须由点B而不是从点C开始；（2）在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指令；（3） X、Z轴指定的移动量比指定的R或C小时，系统将报警。2. G02、G03 -圆弧控制。格式:G90 （G91） G02 X. Z. R. （ I . K.） F.G90 (G91) G03 X. Z. R. ( I .

49、 K. ) F. 如图2-20所示弧AB，编程计算方法如下： 绝对：G90 G02 X x b Z Zb R n F f; - R 编程 或 G90 G02 X x b Z zb I (x1-xa)/2 K(z 1-za) F f ; 增量：G91 G02 X(x b-xa) Z(z b-Za) R r 1 F f ;或 G91G02 X(x b-xa) Z(Zb-Za)l(X1 -Xa)/2 K(Z1-Za) F f ; 图示弧BC,编程计算方法如下：绝对 : G90 G03 X x b Z zc R r2 Ff ;-R 编程 或 G90 G03 X x b Z zc I (x2-xb)/2

50、 K(z 2-zb) Ff ;增量 : G91 G03 X(x c-xb) Z(z c-zb) R r 2 F 图 2-21 精车轮廓编程图例f ;或 G91 G03 X(x c-xb) Z(z c-zb) I (x 2-x b)/2 K(z2-zb) F f ;说明：(1) G02 、G03 时，刀具相对 工件以 F 指令的进给速度从当前点 向终点进行插补加工， G02 为顺时 针方向圆弧插补， G03 为逆时针方 向圆弧插补。(2) 圆弧半径编程时，当加工 圆弧段所对的圆心角为0180 时，R取正值，当圆心角为 180 360时， R 取负值。同一程序段中 I、K、R 同时指令时， R 优

51、先， I、K 无效。(3) X、Z 同时省略时，表示起终点重合，若用I、K 指令圆心，相当于指令了 360的 弧，若用 R 编程时，则表示指令为 0的弧。G02 (G03) I . ; 整圆G02 (G03) R. ; 不动。(4) 无论用绝对还是用相对编程方式，I 、K 都为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，为 零时可省略。 (也有的机床厂家指令 I、K 为起点相对于圆心的坐标增量 )3 G04 暂停延时格式： G04 P. 后跟整数值，单位 m s (微秒) 或 G04 X ( U ) . 后跟带小数点的数，单位s (秒 )由于在两不同轴进给程序段转换时存在各轴的自动加减速调整，可能导致刀具在

52、拐角处 的切削不完整。如果拐角精度要求很严，其轨迹必须是直角时，应在拐角处使用暂停指令。如：欲停留 1.5s 时，程序段为： G04 X1.5 ; 或： G04 P1500 ; 4G20、G21 输入数据单位设定，即单位制式 ( 英制和米制 )的设定。G20 和 G21 是两个互相取代的 G 代码，机床出厂时将根据使用区域设定默认状态，但 可按需要重新设定，在我国一般均以米制单位设定(如 G21 )，常用于米制 ( 单位: mm )尺寸 零件的加工。如果一个程序开始用 G20 指令，则表示程序中相关的一些数据均为英制 ( 单位: in/10 ) ；在一个程序内，不能同时使用 G20 与 G21

53、 指令，且必须在坐标系确定之前指定。系 统对本指令状态具有断电记忆功能，一次指定，持续有效，直到被另一指令取代。2.3.4 编程实例 精车如图 2-21 所示零件。 该零件车削的整体程序由程序头、程序主干及程序尾组成。 不得用于商业用途一般地，程序头包括程序番号、建立工件坐标系，启动主轴、开启切削液、从起刀点快进到工件要加工的部位附近等准备工作，如例题中程序前部带下划线的程序段；程序主干则是由具体的车削轮廓的各程序段组成，有必要的话可含子程序调用；程序尾包括快速返回起刀点、关主轴和切削液、程序结束停机等，如例题中程序后部带下划线的程序段。其通用加工程序如下：若以工件右端轴心为原点，则程序如下：

54、0000200003程G92 X70.0 Z150.0 ;建立工件坐标系G92 X70.0 Z64.0;序S630 M03:让主轴以630 rpm正转S630 M03:头G90 G00 X20.0 Z88.0 M08:刀具快速移到毛坯的右端G90 G00 X20.0 Z2.0:G01 Z78.0 F100 :工进车外圆F20G01 Z-8.0 F10:程G02 Z64.0 R12.0 :车R12圆弧成型面G02 Z-22.0 R12.0:G01 Z60.0 :车外圆F20G01 Z-26.0:序G04 X2.0 :转角处暂停G04 X2.0:G01 X24.0 :车端面G01 X24.0:主G

55、03 X44.0 Z50.0 R10.0 :车转角圆弧R10G03 X44.0 Z-36.0 R10.0;G01 Z20.0 :车外圆F44G01 Z-66.0:干X55.0 :车端面并退岀到工件外X55.0:G00 X70.0 Z150.0 M09 :返回起刀点G00 X70.0 Z64.0:程M05:主轴停转M05:序M30:程序结束M02:尾（可试试用1、K取代R对圆弧段进行编程。或用G91方式，或用半径编程方式进行编程)2.3.5程序输入及上机调试（以HCNC-仃系统为例）1 .程序输入及编辑修改方法一、利用一般的文本编辑器，输入编辑程序。程序编写完成后以 00001作文件名保存, 不

56、要带后缀（扩展名）。方法二、可直接在 CNC软件环境中进行。由第二层菜单中的“零件程序”7“编辑程序” 打开程序”进行。之后在光标处输入程序号并回车，然后即可开始输入编辑程序。程序编写完成后可按 F3功能键保存。HCNC-1T数控系统要求程序必须以“ 0”作为开头的第一个字母，否则程序调入时就要 出错。另外，还要求每一程序行行尾必须以“；”作结束，程序中尽量避免写入系统不能识 别的指令，应牢记，程序格式的基本组成是一个字母后跟一些数字，不允许出现连续两个字 母，或缺少字母的连续两组数字，特别地，字母“0”和数字“ 0”不能写混。编写的程序存成文件时，文件名必须也是以”0 “作首字母，后跟四位数

57、字，不用带后缀。2 程序调用要想调入已编写好的程序，应按“自动方式”-“内存方式”菜单层次项，至出现程序列不得用于商业用途图 2-24 端面车削循环 表后再移动光标到需调入的程序号处并回车即可， 若当前页没有所需程序，可按“ Pgup ”、“ Pgdn” 前后翻页查找。只要修改过程序，就必须重新用内存方式调用 才可按修改后的程序内容运行。否则运行的还是修 改前的程序内容。如果程序执行时被非正常中止， 则必须先按 F9 取消自动运行状态， 然后才可进行其 它操作，如点动、步进、程序编辑等。3自动运行 当用上述方法调入某程序，并对好刀后，即可 按 F10 键或按机床上的“循环启动”键开始自动运行。

58、如中途想暂停运行，可按机床面板上 的“进给保持”键，则X 、Z 轴方向的进给将暂时停止，直至再按“循环启动”时便可继续执行(此时主轴并不停转，若要主轴停应按“主轴停转”键，但按循环启动前必须先按“主 轴正转”键启动主轴)。若想彻底中断程序的继续运行，可按键盘上的功能键 F9 取消运行。2.4 车削循环程序编写与调试车削循环编程通常是指用含 G 功能的一个程序段来完成本来需要用多个程序段指令的加 工操作，从而使程序得以简化。车削循环一般用在去除大部分余量的粗车加工中。2.4.1 简单车削循环1 G80 外圆车削循环格式： G90 ( G91 ) G80 X. Z. I. F. ;算法: G90

59、G80 X x b Z zb I (xc/2- xb/2) F f ;或 G91 G80 X(x b-xa) Z(zb-za) I(xc/2- xb/2) F f ;如图 2-22 所示，刀具从循环起点 A 开始，按着箭头所指的路线行走， 先走 X 轴快进( G00 速度，用 R 表示)到外圆锥面切削起点 C 后，再工进切削( F 指令速度，用 F 表示)到外圆 锥面的切削终点 B,然后轴向退刀，最后又回到循环起点A。当用绝对编程方式时，X、Z后的值为外圆锥面切削终点的绝对坐标值；当用增量编程方式时，X、Z后的值为外圆锥面切削终点相对于循环起点的坐标增量。 而无论用何种编程方式， I 后的值总

60、为外圆锥面切削起点(并非循环起点 )与外圆锥面切削终点的半径差。当 I 值为零省略时， 即为圆柱面车削循环。 X、 Z、I 后的值都可正可负，也就是说，本固定循环指令既可用于轴的车削，也可用于内孔的车削， 如图 2-23 所示。2 G81 端面车削循环格式： G90 ( G91 ) G81 X. Z. K. F. ;算法 : G90 G81 X x b Z zb K (zc-zb) F f ; 或 G91 G81 X(x b-xa) Z(z b-za ) K (zc-zb) F f ;如图 2-24 所示，刀具从循环起点开始，按着箭头所指的路线行走 (先走 Z 轴)，最后又回 到循环起点。当用

61、绝对编程方式时， X、 Z 后的值为锥端面切削终点的绝对坐标值；当用增量图22-2276 外圆车削图例编程方式时， X、Z 后的值为锥端面切削终点相对于循 环起点的坐标增量。而无论用何种编程方式，K 后的值总为锥面切削终点与锥面切削起点（并非循环起点）的 Z 坐标之差。当 K 值为零省略时，即为端平面车削 循环。 X、Z、K 后的值都可正可负，也就是说，本固 定循环指令既可用于外部轴端面的车削，也可用于孔 内端面的车削，如图 2-25 所示。例 1 :如图 2-26 及图 2-27 所示零件。 切削路线:第一刀 AtBtCtDtA第二刀 AtEtFtDtA第三刀AtGtHtDtA采用直径、绝对编程方式编程如下：O0004O0005G92 X56.0 Z70.0 ;S1000M03;G92 X35.0 Z41.48 ;S1000M03 ;G90 G80 X40.0 Z20.0 I -5.0 F30.0 ;G90 G81 X15.0 Z33.48 K-3.48 F30.0 ;G80 X30.0 Z20.0 I-5.0 ;G80 X20.0 Z20.0 I-5.0 ;M05M02 ; 直径、增量编程方式:G81 X15.0 Z31.48 K-3.48 ;G81 X15