数控车床编程教案数控车床编程教案

1.1 数控车床编程基础

1.2 FANUC系统数控车床程序的编制

1.1.1 1.1.1 数控车床概述数控车床概述11 ．数控车床的分类．数控车床的分类

数控车床品种繁多，按数控系统的功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。

1.1 1.1 数控车床编程基数控车床编程基础础

（ 1 ）简易数控车床（经济型数控车床）：是低档次数控车床，一般是用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。

（ 2 ）多功能数控车床：也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。

（ 3 ）数控车削中心：在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。

按结构和用途数控车床主要可分为数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、数控丝杠车床等）。

22 ．数控车床的基本构成．数控车床的基本构成（ 1 ）数控系统：数控车床的数控系统是

由 CNC 装置、输入输出设备、可编程控制器（ PLC ）、主轴驱动装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成。

（ 2 ）主轴箱（ 3 ）主轴伺服电机（ 4 ）夹紧装置（ 5 ）往复拖板（ 6 ）刀架（ 7 ）控制面板

33 ．数控车床的加工特点．数控车床的加工特点数控车床加工具有如下特点 :（ 1 ）加工生产效率高（ 2 ）减轻劳动强度、改善劳动条件（ 3 ）对零件加工的适应性强、灵活性好（ 4 ）加工精度高、质量稳定（ 5 ）有利于生产管理

1.1.2 1.1.2 数控车床坐标系统数控车床坐标系统11 ．机床坐标系．机床坐标系

机床上的一个作为加工基准的特定点叫做机床零点。机床制造商为每台机床设置机床零点。用机床零点作为原点的坐标系叫做机床坐标系。

数控车床的坐标系以径向为 x轴方向，纵向为 z轴方向。指向主轴箱的方向为 z轴的负方向，指向尾架方向是 z轴的正方向。 x轴是以操作者面向的方向为 x轴正方向。

x坐标和 z坐标指令，在按绝对坐标编程时，使用代码 X 和 Z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码 U和W。

22 ．程序原点．程序原点程序原点是指程序中的坐标原点，即在数

控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。

33 ．机械原点．机械原点（或称机床原点） （或称机床原点）

根据不同的厂商设定，可将机床原点设置在卡盘的中心点或者 X 、 Z 轴的正向极限位置处。

车床程序编制时的注意事项（与铣床相比）：车床程序编制时的注意事项（与铣床相比）：

11 、、 XX 向用直径编程向用直径编程

22 、表示增量的方法（、表示增量的方法（ UU 、、 WW ））

33 、每转进给／每分进给、每转进给／每分进给

1.2 FANUC1.2 FANUC 系统数控车床程序的编制系统数控车床程序的编制

1.2.1 1.2.1 程序结构程序结构11 ．程序段的构成．程序段的构成

N ＿ G ＿ X(U) ＿ Z(W) ＿ F ＿ M ＿ S ＿T ＿；

其中， N ＿：程序段顺序号； G ＿：准备；

X(U) ＿： x轴移动指令；Z(W) ＿： z轴移动；F ＿：进给功能；M ＿：辅助功能；S ＿：主轴功能；T ＿：工具功能。

22 ．程序段的要求．程序段的要求程序段格式如下：N20 G1 X(U)±4.3 Z(W)±4.3 F1.5 M8 S4 T2N20 G1 X(U)±4.3 Z(W)±4.3 F1.5 M8 S4 T2

其中，N20 ：代表第 20 个程序段，用 4 位数（ 1 ～ 9999 ）表示，不允许为“ 0” ；X(U)±4.3 ：坐标可以用正负小数表示，小数点以前 4 位数，小数点以后 3 位数；

F1.5 ：进给速度可以用小数表示，小数点以前 3 位数，小数点以后 4 位数；

几种等效的表示方法：N0012 G00 M08 X0012.340 X5000 X5.0

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

N12 G0 M8 X12.34 X5. X5.

1.2.2 1.2.2 准备功能指令准备功能指令准备功能也称为 G 功能（或称 G 代码），

它是用来指令机床动作方式的功能。准备功能是用地址 G 及其后面的数字来指令机床动作的。如用 G00 来指令运动坐标快速定位。表 1-2 为 F

ANUC-0TD 系统的准备功能 G 代码表。

表 1-2 G 代码表

注：（ 1）☆号表示电源接通时的 G代码状态；也就是初态。

（ 2） 00 组的 G代码为一次性 G代码；除了 00组处，其他的 G代码均为模态（指代码在程序运行过程中一直有效，直到被同组的代码取代）。

（ 3）一旦指定了 G代码，一览表中没有的 G代码显示报警信号。

（ 4）无论有几个不同组的 G代码，都能在同一程序段内指令，如果同组的 G代码在同一程序段内指令了 2个以上时，后指令者有效。

1.2.2.1 1.2.2.1 插补功能插补功能11 ．定位．定位 G00G00

G00 指令是在工件坐标系中以快速移动速度移动刀具到达由绝对或增量指令指定的位置。

非线性插补定位：非线性插补定位：刀具以每轴的快速移动速度定位，刀具轨迹通常不是直线。

线性插补定位：线性插补定位：刀具轨迹与直线插补相同，刀具以不大于每轴的快速移动速度在最短的时间内定位。

快速移动速度不能在地址 F 中规定。在使用该命令时，要确保刀具不碰到工件。

输入格式：G00 X(U) Z(W) ；（ 1 ）“ X(U) Z(W) ” 目标点的坐标（下

文同）；（ 2 ） X(U) 坐标按直径值输入；（ 3 ）“；”表示一个程序段的结束。

22 ．直线插补指令（．直线插补指令（ G01G01 ））直线插补指令用于直线或斜线运动。可使

数控车床沿 x轴、 z轴方向执行单轴运动，也可以沿 x、 z平面内任意斜率的直线运动。

输入格式：

G01 X(U)G01 X(U) Z(W)Z(W) FF ；；

刀具以刀具以 FF 指定的进给速度沿直线移动到指定的位指定的进给速度沿直线移动到指定的位置。置。

FF 中指定的进给速度一直有效，直到指定新值。因中指定的进给速度一直有效，直到指定新值。因此不必对每个程序段都指定此不必对每个程序段都指定 FF 。如果没有指令。如果没有指令 FF 代码，代码，进给速度被当作进给速度被当作 0 0 。。

33 ．圆弧插补指令（．圆弧插补指令（ G02/G03G02/G03 ） ） 输入格式：

G02 X Z I K F ； 或 G02 X Z R F ；

G03 X Z I K F ； 或 G03 X Z R F ；（ 1 ）用增量坐标 U 、 W 也可以； （ 2 ） C轴不能执行圆弧插补指令。

ZX 平面的“顺时针”（ G02 ）和“逆时针”（ G03 ）是在直角坐标系中从 Y 坐标的正到负方向来观察 ZX 平面而定义的。

对于增量值，是指令从圆弧起点向圆弧终点看的距离。

圆心是用地址 I 和 K( 分别对应于 X 或 Z 坐标 ) 指定的。但是， I 或 K 后面跟的数值是从圆弧起点向圆心看的矢量分量，并且总是以增量值指定，而与 G90 和 G91无关，如图所示。

I0 和 K0 可以忽略。当 X 和 Z 被忽略 ( 终点与起点相同 ) 且圆心用

I 和 K 指定时，即指定了一个 360° 的圆弧 (圆 ) 。圆弧和包含该圆弧的圆的中心之间的距离可以

用该圆的半径 R 指令而不用 I 和 K 。在这种情况下，要考虑小于 180° 的圆弧和大于 180° 的圆弧的问题。不能指定等于或大于 180° 的圆弧。如果 X 和 Z 都被忽略，如果终点与起点位于同一位置，当使用 R编程时，就是编了一个 0° 的圆弧。

G02R ； ( 刀具不移动 )如果地址 I 、 K 和 R 同时指定，由地址 R 指

定的圆弧优先，其余被忽略。

1.2.2.3 工件坐标系设定指令（ G50 ）用于工件加工的坐标系叫做工件坐标系。工件坐标

系由 CNC预先设定（设定工件坐标系 ) 。加工程序设定工件坐标系 ( 工件坐标系选择 ) 。

工件坐标系设定指令以程序原点为工件坐标系的中心（原点），指定刀具出发点的坐标值（如图 1-19 所示）。图 1-19 G50 设定工作坐标系

输入格式： G50 X Z ，其中 X Z 为刀具出发点的坐标（如图 1-19 所示）。

1.2.3 1.2.3 主轴及辅助功能指令主轴及辅助功能指令1 ．主轴功能指令（ S 指令）和主轴转速控

制指令（ G96 、 G97 、 G50 ）

主轴功能指令（ S 指令）是设定主轴转速的指令。

（ 1 ）主轴最高转速的设定（ G50 ）。 G50 S ；中 S 为主轴最高转速。

（ 2 ）恒表面速度切削（在 S 后指定表面速度，即刀具与工件间的相对速度，主轴回转而表面速度保持恒定，与刀具位置无关）的控制指令（ G96 ），单位为米／分或英尺／分。

G96 S ；（ 3 ）恒表面速度切削的取消指令（ G97 ），

单位为 rpm 。 G97 S ；

22 ．辅助功能指令（．辅助功能指令（ MM 指令）指令）M 指令设定各种辅助动作及其状态，表

1-4 是数控车床及车铣中心的 M 指令说明。

下面介绍几个常用 M 代码M02 ：主程序结束；M03 ：主轴或旋转刀具顺时针旋转（ CW ）；M04 ：主轴或旋转刀具逆时针旋转（ CCW ）； M05 ：主轴或旋转刀具停止旋转；M08 ：冷却液开；M09 ：冷却液关；M30 ：自动运行停止且 CNC 装置被复位，在指

令程序结束的程序段执行后，控制返回到程序的开头。M98 ：子程序调用；M99 ：子程序返回；

1.2.4 1.2.4 进给功能指令进给功能指令1 ．每转进给量指令（ G99 ）、每分钟进

给量指令（ G98 ）指定进给功能的指令方法有如下两种。（ 1 ）每转进给量（ G99 ）。输入格式： G99 （ F ）；F ：主轴每转进给量（进给速度 mm/r ）。

（ 2 ）每分钟进给量（ G98 ） 。

输入格式： G98 (F ) ；

F ：每分钟进给量

（进给速度 mm/min ）。

22 ．暂停指令（．暂停指令（ G04G04 ））暂停 , 按指令时间延迟执行下个程序段。 G04 X ； / G04 U ； / G04 P ；X ；指定时间（允许小数点，单位为秒或转）U ；指定时间（允许小数点，单位为秒或转）P ；指定时间（不允许小数点，单位为 0.001

秒或转）

33 ．进给功能指令（．进给功能指令（ FF 指令）指令）进给功能指令指定刀具的进给速度，有 3 种形

式。（ 1 ）每转进给量（ mm/r ），如图 1-26 所示。(G99) F ；F : 主轴每转刀具进给量小数点输入指令范围

为 0.0001 ～ 500.0000(mm/r) 。

（ 2 ）每分钟进给量（ mm/min ）。

(G98) F ； 其中 F 为每分钟刀具进给量，指令范围为1 ～ 15000(mm/min) 。

（ 3 ）螺纹切削进给速度（ mm/r ）。

F 指定螺纹的螺距。

① 每转进给量切螺纹时，快速进给速度没有指定界限；

② 接入电源时，系统默认 G99 模式（每转进给量）。

1.2.5 1.2.5 刀具功能指令刀具功能指令11 ．． TT 功能功能

T 功能也称为刀具功能，表示选择刀具和刀补号。

输入格式： T□□□□

1.2.6 1.2.6 固定循环切削功能指令固定循环切削功能指令1.2.6.1 1.2.6.1 单一形状的固定循环单一形状的固定循环11 ．内／外径切削循环．内／外径切削循环 G90G90

G90 是单一形状固定循环指令，该循环主要用于轴类零件的外圆、锥面的加工。

指令格式： G90 X(U) Z(W) F ；利用 G90 可以切削锥面。指令格式： G90 X(U) Z(W) R F ；

直线切削循环直线切削循环

锥形切削循环锥形切削循环

在增量编程中，地址 U 、 W 和 R 后的数值的符号与刀具轨迹之间的关系如图所示

在锥形切削循环中数值的符

在锥形切削循环中数值的符

号号

22 ．螺纹切削循环．螺纹切削循环 G92G92

螺纹切削循坏 G92 可以切削锥螺纹和圆柱螺纹。

指令格式为：

G92 X(U)G92 X(U) Z(W)Z(W) RR FF ；；

在螺纹切削期间，按下进给暂停按钮时，刀具立即按斜线回退，然后回到 X 轴起点再回到 Z 轴起点。在回退期间，不能进行另外的进给暂停。倒角量与终点处的倒角量相同。

33 ．端面切削循环．端面切削循环G94G94G94 是用于一些短、面大的工件加工的固定循环指令。 （ 1 ）车大端面循环切削指令格式：G94 X(U) Z(W) F ；（ 2 ）车大锥面切削循环指令格式：G94 X(U) Z(W) K F ；

平端面切削循环平端面切削循环

锥面切削循环锥面切削循环

锥锥面面切切削削循循环环中中指指定定的的数数值值符符号号

1.2.6.2 1.2.6.2 多重固定循环多重固定循环11 ．端面粗车循环．端面粗车循环 G72G72

G72 指令与 G71 指令类似，不同之处就是刀具路径是按径向方向循环的，输入格式同 G71指令，刀具循环路径如图所示。

22 ．固定形状粗车循环．固定形状粗车循环 G73G73

G73 指令与 G71 、 G72 指令功能相同，只是刀具路径是按

工件精加工轮廓进行循环的，如图 3-45 所示。

△ i ： x 向退刀量（半径给定）△ k ： z 向退刀量d ：分割次数。即粗切重复次数ns ：精车加工程序第一个 程序段的顺序号nf ：精车加工程序最后一个 程序段的顺序号△ U ： X 方向精加工余量的 距离和方向△ W ： Z 方向精加工余量的 距离和方向f ， s ， t ：包含在 ns 到 nf 程序 段中的任何 F ， S 或 T 功能在循环中被忽略， 而在 G71 程序段中的 F ， S 或 T 功能有效

33 ．外圆粗车循环．外圆粗车循环 G71G71

G71 指令将工件切削至精加工之前的

尺寸，精加工前的形状及粗加工的刀具路

径由系统根据精加工尺寸自动设定。

△ d ：切削深度（半径给定）E ：退刀量ns ：精车加工程序第一个 程序段的顺序号nf ：精车加工程序最后一个 程序段的顺序号△ U ： X 方向精加工余量的 距离和方向△ W ： Z 方向精加工余量的 距离和方向f ， s ， t ：包含在 ns 到 nf程序 段中的任何 F ， S 或T 功能在循环中被忽略， 而在 G71 程序段中的F ， S 或 T 功能有效

44 ．精车循环．精车循环 G70G70

G71 、 G72 、 G73 粗切后，用下面的指令实现精加工：

格式： G70 P ns Q nf ；注意：

1 、在 G71 、 G72 、 G73 程序段中规定的 F ， S 和 T 功能无效，但在执行

G70 时顺序号“ ns” 和“ nf” 之间指定的 F 、 S 和 T 有效。

2 、当 G70 循环加工结束时，刀具返回到起点并读下一个程序段。

3 、 G70 到 G73 中 ns 到 nf 间的程序段不能调用子程序。

5. 数控车床程序编制 5.1 回顾数控车床常用编程指令：

(1). 准备功能指令（ G ）G00 快速点定位 G01 直线切削 G02/G03 顺 / 逆圆弧切削 G90/G91 绝对/ 相对坐标编程 G04 暂停 G54 建立工作坐标系 G99/G98 每转 / 每分钟进给 G71 外圆粗车复合循环 G70 外圆精车复合循环 G92 螺纹切削循环

(2). 辅助功能指令（ M ）M08/M09 冷却液开 / 关 M03 主轴正转 M05 主轴停止 M30 程序结束并返回到起始程序段 M02 程序结束

5.2 实例讲解 如图所示：编制 的铝棒程序。

1 、分析零件图纸，确定加工工艺 加工方式：卧车； 加工刀具： 4# 刀：外圆车刀、 6# 刀： 3mm 切槽刀 、 8# 刀：螺纹车刀； 切削用量如下表所示：

走刀路线 ：外圆柱 --- 槽 --- 螺纹 2. 进行数学处理

小结：（ 1 ）注意编程步骤： 分析零件图纸，确定加工工艺： 加工方式： CK7150 数控车床 加工刀具：三把（ 4 号刀：外圆车刀 6 号刀：切槽刀 8 号刀：螺纹刀） 加工时切削用量：外圆： S600 F0.3 切槽： S200 F0.05

螺纹： S180 F 导程 走刀的路线：外圆柱 --- 槽 --- 螺纹（ 2 ） G71 指令应用于零件外形尺寸轮廓单调递增或递减的情况下，如零件外形轮

廓尺寸既有增又有减且尺寸变化较大时，不能使用；在使用 G71 时， G71 后的第一个程序不能带 Z 轴坐标。

（ 3 ） G92 螺纹切削时，底径的计算方法：底径 = 大径 -1.326 P