第3章 數(shù)控車床編程
3.1 數(shù)控車床編程基礎(chǔ)
3.2 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床程序的編制
3.1 數(shù)控車床編程基礎(chǔ)
3.1.1 數(shù)控車床概述
1．數(shù)控車床的分類
數(shù)控車床品種繁多，按數(shù)控系統(tǒng)的功能和機械構(gòu)成可分為簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟型數(shù)控車床）、多功能數(shù)控車床和數(shù)控車削中心。
（1）簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟型數(shù)控車床）：是低檔次數(shù)控車床，一般是用單板機或單片機進行控制，機械部分是在普通車床的基礎(chǔ)上改進設(shè)計的。
（2）多功能數(shù)控車床：也稱全功能型數(shù)控車床，由專門的數(shù)控系統(tǒng)控制，具備數(shù)控車床的各種結(jié)構(gòu)特點。
（3）數(shù)控車削中心：在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上增加其他的附加坐標軸。
按結(jié)構(gòu)和用途數(shù)控車床主要可分為數(shù)控臥式車床、數(shù)控立式車床和數(shù)控專用車床（如數(shù)控凸輪車床、數(shù)控曲軸車床、數(shù)控絲杠車床等）。
2．數(shù)控車床的基本構(gòu)成
（1）數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)是由CNC裝置、輸入輸出設(shè)備、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置以及位置測量系統(tǒng)等幾部分組成。
（2）主軸箱
（3）主軸伺服電機
（4）夾緊裝置
（5）往復拖板
（6）刀架
（7）控制面板
3．數(shù)控車床的加工特點
數(shù)控車床加工具有如下特點。
（1）加工生產(chǎn)效率高
（2）減輕勞動強度、改善勞動條件
（3）對零件加工的適應性強、靈活性好
（4）加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定
（5）有利于生產(chǎn)管理
3.1.2 數(shù)控車床坐標系統(tǒng)
1．機床坐標系
數(shù)控車床的坐標系以徑向為x軸方向，縱向為z軸方向。指向主軸箱的方向為z軸的負方向，指向尾架方向是z軸的正方向。x軸是以操作者面向的方向為x軸正方向。
x坐標和z坐標指令，在按絕對坐標編程時，使用代碼x和z；按增量坐標（相對坐標）編程時，使用代碼U和W。
2．程序原點
程序原點是指程序中的坐標原點，即在數(shù)控加工時，刀具相對于工件運動的起點，所以也稱為“對刀點”。
3．機械原點
（或稱機床原點）
以L-10MC數(shù)控車銑中心為例介紹x和y軸機械原點。
（1）x軸機械原點
x軸的機械原點被設(shè)定在刀盤中心距離主軸中心500mm的位置。
（2）z軸機械原點
z軸的機械原點可以通過改變擋塊的安裝位置來改變。z軸機械原點擋塊可以被安裝在?、?、?或?4個不同的位置上 。
3.2 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床程序的編制
3.2.1 程序結(jié)構(gòu)
1．程序段的構(gòu)成
N＿G＿X(U)＿Z(W)＿F＿M＿S＿T＿；
其中，N＿：程序段順序號；
G＿：準備；
X(U)＿：x軸移動指令；
Z(W)＿：z軸移動；
F＿：進給功能；
M＿：輔助功能；
S＿：主軸功能；
T＿：工具功能。
2．程序段的要求
程序段格式如下：
N4 G1 X(U)±4.3 Z(W)±4.3 F3.4 M8 S4 T2
其中，
N4：代表第4個程序段，用4位數(shù)（1～9999）表示，不允許為“0”；
X(U)±4.3：坐標可以用正負小數(shù)表示，小數(shù)點以前4位數(shù)，小數(shù)點以后3位數(shù)；
F3.4：進給速度可以用小數(shù)表示，小數(shù)點以前3位數(shù)，小數(shù)點以后4位數(shù)；
幾種等效的表示方法：
N0012 G00 M08 X0012.340 X5000 X5.0
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
N12 G0 M8 X12.34 X5. X5.
3.2.2 準備功能指令
準備功能也稱為G功能（或稱G代碼），它是用來指令機床動作方式的功能。準備功能是用地址G及其后面的數(shù)字來指令機床動作的。如用G00來指令運動坐標快速定位。表3-2為FANUC-0TD系統(tǒng)的準備功能G代碼表。
注：（1）☆號表示電源接通時的G代碼狀態(tài)；
（2）00組的G代碼為一次性G代碼；
（3）一旦指定了G代碼，一覽表中沒有的G代碼顯示報警信號；
（4）無論有幾個不同組的G代碼，都能在同一程序段內(nèi)指令，如果同組的G代碼在同一程序段內(nèi)指令了2個以上時，后指令者有效；
（5）可按組號顯示G代碼。
3.2.2.1 插補功能
1．定位G00
定位指令命令刀具以點位控制方式從刀具所在點快速移動到目標位置，無運動軌跡要求，不需特別規(guī)定進給速度。
輸入格式：
G00 X(U) Z(W) ；
（1）“X(U) Z(W) ”目標點的坐標（下文同）；
（2）X(U)坐標按直徑值輸入；
（3）“；”表示一個程序段的結(jié)束。
2．直線插補指令（G01）
直線插補指令用于直線或斜線運動。可使數(shù)控車床沿x軸、z軸方向執(zhí)行單軸運動，也可以沿x、z平面內(nèi)任意斜率的直線運動。
輸入格式：
G01 X(U) Z(W) F ；
3．圓弧插補指令（G02 G03）
輸入格式：
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）用增量坐標U、W也可以；
（2）C軸不能執(zhí)行圓弧插補指令。
3.2.2.2 螺紋切削指令（G32）
G32指令能夠切削圓柱螺紋、圓錐螺紋、端面螺紋（渦形螺紋）
輸入格式：
G32 X(U) Z(W) F ；“F ”為螺紋的螺距。
3.2.2.3 工件坐標系設(shè)定指令（G50）
工件坐標系設(shè)定指令以程序原點為工件坐標系的中心（原點），指定刀具出發(fā)點的坐標值（如圖3-19所示）。圖3-19 G50設(shè)定工作坐標系
輸入格式：G50 X Z ，其中X Z 為刀具出發(fā)點的坐標（如圖3-19所示）。
3.2.2.4 自動回原點指令（G28）
自動回原點指令使刀具自動返回機械原點或經(jīng)某一中間點回機械原點（如圖3-20和圖3-21所示）。
輸入格式：
G28 X(U) Z(W) T00；
（1）X(U) 和Z(W) 為中間點的坐標。
（2）T00（刀具復位）指令必須寫在G28指令的同一程序段或該程序段之前。
3.2.3 主軸及輔助功能指令
1．主軸功能指令（S指令）和主軸轉(zhuǎn)速控制指令（G96、G97、G50）
主軸功能指令（S指令）是設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速的指令。
（1）主軸最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定（G50）。
（G50） S ；中S 為主軸最高轉(zhuǎn)速。
（2）直接設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速指令（G97），主軸速度用轉(zhuǎn)速設(shè)定，單位為r/min。
（G97） S （M38或M39）；
（G97） ：取消主軸線速度，恒定功能。
S （M38或M39）：設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速（r/min），指令范圍為0～9999。
（3）設(shè)定主軸線速度恒定指令（G96），主軸速度用線速度（m/min）值輸入，并且主軸線速度恒定。
（G96） S （M38或M39）；
（G96） ：主軸轉(zhuǎn)速恒定。
S （M38或M39）：設(shè)定主軸線速度，即切削速度（m/min）。
（1）G96（控制線速度恒定指令）：當工件直徑變化時主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)也隨之變化，這樣就可保證切削速度不變，從而提高了切削質(zhì)量。
（2）主軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化，M38設(shè)定主軸在低速范圍變化（粗加工），M39設(shè)定主軸在高速范圍變化（精加工）。
2．輔助功能指令（M指令）
M指令設(shè)定各種輔助動作及其狀態(tài)，表3-4是數(shù)控車床及車銑中心的M指令說明。
下面介紹幾個特殊M代碼的使用方法。
M03：主軸或旋轉(zhuǎn)刀具順時針旋轉(zhuǎn)（CW）；
M04：主軸或旋轉(zhuǎn)刀具逆時針旋轉(zhuǎn)（CCW）；
M05：主軸或旋轉(zhuǎn)刀具停止旋轉(zhuǎn)；
3.2.4 進給功能指令
1．每轉(zhuǎn)進給量指令（G99）、每分鐘進給量指令（G98）
指定進給功能的指令方法有如下兩種。
（1）每轉(zhuǎn)進給量（G99）（如圖3-23所示）。
輸入格式：G99 （F ）；
F ：主軸每轉(zhuǎn)進給量（進給速度mm/r）。
（2）每分鐘進給量（G98） 。
輸入格式：G98 (F )；
F ：每分鐘進給量
（進給速度mm/min）。
2．暫停指令（G04）
F 指定螺紋的螺距，指令范圍為0.0001～500.0000(mm/r)。
① 每轉(zhuǎn)進給量切螺紋時，快速進給速度沒有指定界限；
② 接入電源時，系統(tǒng)默認G99模式（每轉(zhuǎn)進給量）。
3.2.5 刀具功能指令
1．T功能
T功能也稱為刀具功能，表示選擇刀具和刀補號。
輸入格式： T□□□□
2．刀具半徑補償功能（G40、G41、G42）
（1）刀尖半徑和假想刀尖的概念
① 刀尖半徑
② 假想刀尖
（2）刀尖半徑補償模式的設(shè)定（G40、G41、G42指令）
① G40（解除刀具半徑補償）
② G41（左偏刀具半徑補償）
③ G42（右偏刀具半徑補償）
（3）刀尖半徑補償注意事項
① G41、G42指令不能與圓弧切削指令寫在同一個程序段，可以與G00和G01指令寫在同一個程序段內(nèi)，在這個程序段的下一程序段始點位置，與程序中刀具路徑垂直的方向線過刀尖圓心。
② 必須用G40指令取消刀尖半徑補償，在指定G40程序段的前一個程序段的終點位置，與程序中刀具路徑垂直的方向線過刀尖圓心。
③ 在使用G41或G42指令模式中，不允許有兩個連續(xù)的非移動指令，否則刀具在前面程序段終點的垂直位置停止，且產(chǎn)生過切或少切現(xiàn)象 。
④ 切斷端面時，為了防止在回轉(zhuǎn)中心部位留下少切削的小錐 。
⑤ 加工終端接近卡爪或工件的端面時，指令G40為了防止卡爪或工件的端面被切 。
⑥ 想在工件階梯端面指定G40時，必須使刀具沿階梯端面移動到F點，再指定G40，且XA＞R ；
⑦ 在G74～G76、G90～G92固定循環(huán)指令中不用刀尖半徑補償。
⑧ 在手動輸入中不用刀尖半徑補償。
⑨ 在加工比刀尖半徑小的圓弧內(nèi)側(cè)時，產(chǎn)生報警。
⑩ 在階梯錐面連接處退刀時指定G40，在指定G40的程序段里使用反映斜面方向的I、K地址來防止工件被過切。
3.2.6 固定循環(huán)切削功能指令
3.2.6.1 單一形狀的固定循環(huán)
1．外圓車削循環(huán)G90
G90是單一形狀固定循環(huán)指令，該循環(huán)主要用于軸類零件的外圓、錐面的加工。
指令格式：G90 X(U) Z(W) F ；
利用G90可以切削錐面。
指令格式：G90 X(U) Z(W) I F ；
2．螺紋切削循環(huán)G92
螺紋切削循壞G92可以切削錐螺紋和圓柱螺紋。
指令格式為：
G92 X(U) Z(W) I F ；
3．端面切削循環(huán)G94
G94是用于一些短、面大的工件加工的固定循環(huán)指令。
（1）車大端面循環(huán)切削指令格式：
G94 X(U) Z(W) F ；
（2）車大錐面切削循環(huán)指令格式：
G94 X(U) Z(W) K F ；
3.2.6.2 多重固定循環(huán)
1．圓粗車循環(huán)G71
G71指令將工件切削至精加工之前的尺寸，精加工前的形狀及粗加工的刀具路徑由系統(tǒng)根據(jù)精加工尺寸自動設(shè)定。
輸入格式：
G71 Pns Qnf U?u W?w D?d (F S T )；
其中：ns—精加工程序第一個程序段的序號；
nf—精加工程序最后一個程序段的序號；
U—x軸方向精加工留量（直徑值）；
W—z軸方向精加工留量；
d—精加工每次切深。
2．端面粗車循環(huán)G72
G72指令與G71指令類似，不同之處就是刀具路徑是按徑向方向循環(huán)的，輸入格式同G71指令，刀具循環(huán)路徑如圖3-44所示。
G72 Pns Qnf U?u W?w D?d (F S T )；
其中：?d——粗加工每次切深（半徑值）。其他參數(shù)與G71相同。
3．固定形狀粗車循環(huán)G73
G73指令與G71、G72指令功能相同，只是刀具路徑是按工件精加工輪廓進行循環(huán)的，如圖3-45所示。
輸入格式：
G73 Pns Qnf I?I K?K U?U W?W D?d (F S T )；
其中：?I——x軸方向的退出距離（半徑值）和方向；
k—z軸方向的退出距離和方向；
d—粗切次數(shù)。其他參數(shù)與G71相同。
4．精車循環(huán)G70
輸入格式：
G70Pns Qnf；
參數(shù)與G71相同。
