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．?dāng)?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(jī)械構(gòu)成可分為簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟(jì)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(jì)型數(shù)控車床）：是低檔次數(shù)控車床，一般是用單板機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行控制，機(jī)械部分是在普通車床的基礎(chǔ)上改進(jìn)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(diǎn)。
（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(biāo)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．?dāng)?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(jìn)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(jī)
（4）夾緊裝置
（5）往復(fù)拖板
（6）刀架
（7）控制面板
3．?dāng)?shù)控車床的加工特點(diǎn)
數(shù)控車床加工具有如下特點(diǎn)。
（1）加工生產(chǎn)效率高
（2）減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件
（3）對零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、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(biāo)系統(tǒng)
1．機(jī)床坐標(biāo)系
數(shù)控車床的坐標(biāo)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(fù)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(biāo)和z坐標(biāo)指令，在按絕對坐標(biāo)編程時，使用代碼x和z；按增量坐標(biāo)（相對坐標(biāo)）編程時，使用代碼U和W。
2．程序原點(diǎn)
程序原點(diǎn)是指程序中的坐標(biāo)原點(diǎn)，即在數(shù)控加工時，刀具相對于工件運(yùn)動的起點(diǎn)，所以也稱為“對刀點(diǎn)”。
3．機(jī)械原點(diǎn)
（或稱機(jī)床原點(diǎn)）
以L-10MC數(shù)控車銑中心為例介紹x和y軸機(jī)械原點(diǎn)。
（1）x軸機(jī)械原點(diǎn)
x軸的機(jī)械原點(diǎn)被設(shè)定在刀盤中心距離主軸中心500mm的位置。
（2）z軸機(jī)械原點(diǎn)
z軸的機(jī)械原點(diǎn)可以通過改變擋塊的安裝位置來改變。z軸機(jī)械原點(diǎn)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(jìn)＿S＿T＿；
其中，N＿：程序段順序號；
G＿：準(zhǔn)備；
X(U)＿：x軸移動指令；
Z(W)＿：z軸移動；
F＿：進(jìn)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(biāo)可以用正負(fù)小數(shù)表示，小數(shù)點(diǎn)以前4位數(shù)，小數(shù)點(diǎn)以后3位數(shù)；
F3.4：進(jìn)給速度可以用小數(shù)表示，小數(shù)點(diǎn)以前3位數(shù)，小數(shù)點(diǎn)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(zhǔn)備功能指令
準(zhǔn)備功能也稱為G功能（或稱G代碼），它是用來指令機(jī)床動作方式的功能。準(zhǔn)備功能是用地址G及其后面的數(shù)字來指令機(jī)床動作的。如用G00來指令運(yùn)動坐標(biāo)快速定位。表3-2為FANUC-0TD系統(tǒng)的準(zhǔn)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(bǔ)功能
1．定位G00
定位指令命令刀具以點(diǎn)位控制方式從刀具所在點(diǎn)快速移動到目標(biāo)位置，無運(yùn)動軌跡要求，不需特別規(guī)定進(jìn)給速度。
輸入格式：
G00 X(U)  Z(W)  ；
（1）“X(U)   Z(W)  ”目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)（下文同）；
（2）X(U)坐標(biāo)按直徑值輸入；
（3）“；”表示一個程序段的結(jié)束。
2．直線插補(bǔ)指令（G01）
直線插補(bǔ)指令用于直線或斜線運(yùn)動?？墒箶?shù)控車床沿x軸、z軸方向執(zhí)行單軸運(yùn)動，也可以沿x、z平面內(nèi)任意斜率的直線運(yùn)動。
輸入格式：
G01 X(U)   Z(W)  F  ；
3．圓弧插補(bǔ)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(biāo)U、W也可以； 
（2）C軸不能執(zhí)行圓弧插補(bǔ)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(biāo)系設(shè)定指令（G50）
工件坐標(biāo)系設(shè)定指令以程序原點(diǎn)為工件坐標(biāo)系的中心（原點(diǎn)），指定刀具出發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)值（如圖3-19所示）。圖3-19  G50設(shè)定工作坐標(biāo)系
輸入格式：G50 X   Z  ，其中X  Z  為刀具出發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)（如圖3-19所示）。
3.2.2.4  自動回原點(diǎn)指令（G28）
自動回原點(diǎn)指令使刀具自動返回機(jī)械原點(diǎn)或經(jīng)某一中間點(diǎn)回機(jī)械原點(diǎn)（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(diǎn)的坐標(biāo)。
（2）T00（刀具復(fù)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(dāng)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(jìn)給功能指令
1．每轉(zhuǎn)進(jìn)給量指令（G99）、每分鐘進(jìn)給量指令（G98）
指定進(jìn)給功能的指令方法有如下兩種。
（1）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（G99）（如圖3-23所示）。
輸入格式：G99   （F   ）；
F  ：主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（進(jìn)給速度mm/r）。
（2）每分鐘進(jìn)給量（G98） 。
輸入格式：G98   (F   )；
F   ：每分鐘進(jìn)給量
（進(jìn)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(jìn)給量切螺紋時，快速進(jìn)給速度沒有指定界限；
② 接入電源時，系統(tǒng)默認(rèn)G99模式（每轉(zhuǎn)進(jìn)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(bǔ)號。
輸入格式：  T□□□□
2．刀具半徑補(bǔ)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(bǔ)償模式的設(shè)定（G40、G41、G42指令）
① G40（解除刀具半徑補(bǔ)償）
② G41（左偏刀具半徑補(bǔ)償）
③ G42（右偏刀具半徑補(bǔ)償）
（3）刀尖半徑補(bǔ)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(diǎn)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(bǔ)償，在指定G40程序段的前一個程序段的終點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，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(bǔ)償。
⑧ 在手動輸入中不用刀尖半徑補(bǔ)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(jìn)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。