第4章数控车床编程与操作数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。与普通车床相比，数控车床是将编好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类、盘套类等回转体零件。数控车床上常用的数控系统有日本FANUC公司的OT、6T、OTC、OTD、OTE、160/180TC、0i-MateTC等，德国SIEMENS公司的802S、802C、802D、810D、840D、840Di、840C等，以及美国ACRAMATIC数控系统、西班牙FAGOR数控系统等。同一种数控系统可以配置在不同型号和规格的机床上，而同种型号和规格的机床根据其功能和性能要求，也可选配不同的数控系统。本章以典型FANUCOi-MateTC系统为例，介绍数控车床的编程与操作方法，具有一般性。4.1数控车床及其控制系统简介图4.1为南京第二机床厂生产的CK6136型数控车床，该数控车床为两坐标连续控制的卧式车床，典型配用系统为FANUC数控系统。其导轨经超音频淬火并精磨而成，耐磨性好，精度高。主轴采用变频无级调速控制，交流#牌#屋福伺服电机驱动，两轴传动采用高精密滚珠丝#迎啤围欢汉路杠，可装气动或液压卡盘，配有四工位自动#音玖旅吧回转刀架或六工位转塔刀架。该机床能自动完成对零件的端面、内外圆柱面、任意锥面圆弧面、公制/英制螺纹、圆柱螺纹、锥螺纹以及多头螺纹切削等工序的连续加工。尤以加工台阶或带有锥度及圆弧等复杂表面的零件，更能显示其优越性。下面介绍该数控车床的主要技术参数和系统功能。图4.1.CK6136型数控车床外观图1.数控车床主要技术参数CK6136型数控车床主要技术参数见表4-1。表4-1CK6136型数控车床主要技术参数最大工件回转直径360 mm最大工件长度650,750mm（四工位）主轴通孔直径52mm主轴转速范围100~2000r/min（无级变速）X向（横向）移动速度3~6000mm/min（X轴）Z向（纵向）移动速度6~8000mm/min（Z轴）自动回转刀架工位数4/6（可选）脉冲当量X轴：0.005mm,z轴：0.01mm主电机功率5.5KW机床外形尺寸（长×宽×高）2055mmX1050mmX1466mm2.数控系统主要功能及特点1
1 第 4 章 数控车床编程与操作 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。与普通车床相比，数控车床是将编好的加 工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床 X、Z 坐标轴的伺服电动机去控制车床进给 运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状 不同的轴类、盘套类等回转体零件。 数控车床上常用的数控系统有日本 FANUC 公司的 0T、6T、0TC、0TD、0TE、160/180TC、 0i-Mate TC 等，德国 SIEMENS 公司的 802S、802C、802D、810D、840D、840Di、840C 等， 以及美国 ACRAMATIC 数控系统、西班牙 FAGOR 数控系统等。同一种数控系统可以配置在不 同型号和规格的机床上，而同种型号和规格的机床根据其功能和性能要求，也可选配不同的数 控系统。本章以典型 FANUC 0i-Mate TC 系统为例，介绍数控车床的编程与操作方法，具有一 般性。 4.1 数控车床及其控制系统简介 图 4.1 为南京第二机床厂生产的 CK6136 型数控车床，该数控车床为两坐标连续控制的 卧式车床，典型配用系统为 FANUC 数控系统。其导轨经超音频淬火并精磨而成，耐磨性好， 精度高。主轴采用变频无级调速控制，交流 伺服电机驱动，两轴传动采用高精密滚珠丝 杠，可装气动或液压卡盘，配有四工位自动 回转刀架或六工位转塔刀架。该机床能自动 完成对零件的端面、内外圆柱面、任意锥面、 圆弧面、公制/英制螺纹、圆柱螺纹、锥螺 纹以及多头螺纹切削等工序的连续加工。尤 以加工台阶或带有锥度及圆弧等复杂表面 的零件，更能显示其优越性。下面介绍该数 控车床的主要技术参数和系统功能。 图 4.1 CK6136 型数控车床外观图 1．数控车床主要技术参数 CK6136 型数控车床主要技术参数见表 4-1。 表 4-1 CK6136 型数控车床主要技术参数 最大工件回转直径 360 mm 最大工件长度 650, 750mm（四工位） 主轴通孔直径 52mm 主轴转速范围 100~2 000 r/min（无级变速） X 向（横向）移动速度 3~6 000 mm/min（X 轴） Z 向（纵向）移动速度 6~8 000 mm/min（Z 轴） 自动回转刀架工位数 4/6（可选） 脉冲当量 X 轴：0.005mm, Z 轴:0.01mm 主电机功率 5.5KW 机床外形尺寸（长×宽×高） 2055mm×1050mm×1466mm 2．数控系统主要功能及特点
FANUC数控系统具有高质量、高性能和较齐全的功能，市场占有率很高。高性价比的Oi系列为整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。其中Oi-MB/MA用于加工中心和铣床，四轴四联动：Oi-TB/TA用于车削中心，四轴四联动：Oi-MateMA用于铣床，三轴三联动：Oi-MateTC用于车床，二轴二联动。FANUCOiMateTC系统均为模块化结构，系统包括主板和I/O两个模块。主板模块除了主CPU及外围电路之外，还集成了内存、PMC控制模块、主轴控制模块、伺服控制模块等；I/O模块集成了I/O接口、通讯接口、MDI控制、显示控制等。其集成度较FANUC0系统的集成度更高。因此0i控制单元的体积更小，便于安装排布。0i系统的界面、操作、参数等与具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列基本相同。此外，FANUC0i系统比FANUCOM、FANUCOT等产品配备了更强大的诊断功能和操作信息显示功能，给机床用户使用和维修带来了极大方便。4.2数控车床程序编制方法4.2.1数控车削的加工工艺与编程特点1.数控车削的加工工艺特点工艺分析与设计是数控车削加工的前期工艺准备工作。加工工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地制定好零件的数控车削加工工艺。（1）数控车削加工工艺的基本特点数控车削加工工艺是指从工件毛坏（或半成品）的定位、装夹开始，直到工件正常车削加工完毕，机床复位的整个工艺执行过程。该过程又汇集在加工程序单及其说明的工艺文件中。普通车床上用的工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通车床受控于操作工人，因此在普通车床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，切削加工中的切削用量、走刀路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。而数控车床加工程序是数控车床加工中的指令性文件。数控车床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动执行的。因此，数控车床加工程序与普通车床加工工艺规程有较大的差别，涉及的内容比较广。数控车床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具以及车床的运动过程等。因此，要求编程人员必须对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法等都要非常熟悉才行。(2）数控车削加工工艺的主要内容：数控车削加工工艺主要包括以下内容：①选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。②分析待加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。③确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序，安排加工顺序，处理与非数控加工工序的衔接等。④加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步划分、刀具选择以及切削用量的确定等。刀具的选择很重要，图4.2给出了常用车刀的种类、形状和用途。目前，数控车床常用机夹不重磨可转位车刀的标准化刀具。5数控加工程序的调整。如选取对刀点和换力点、确定刀具补偿以及加工路线等。2
2 FANUC 数控系统具有高质量、高性能和较齐全的功能，市场占有率很高。高性价比的 0i 系列为整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。其中 0i-MB/MA 用于加 工中心和铣床，四轴四联动；0i-TB/TA 用于车削中心，四轴四联动；0i-Mate MA 用于铣床， 三轴三联动；0i-Mate TC 用于车床，二轴二联动。 FANUC 0i Mate TC 系统均为模块化结构，系统包括主板和 I/O 两个模块。主板模块除 了主 CPU 及外围电路之外，还集成了内存、PMC 控制模块、主轴控制模块、伺服控制模块 等；I/O 模块集成了 I/O 接口、通讯接口、MDI 控制、显示控制等。其集成度较 FANUC 0 系统的集成度更高。因此 0i 控制单元的体积更小，便于安装排布。0i 系统的界面、操作、 参数等与具有网络功能的超小型、超薄型 CNC 16i/18i/21i 系列基本相同。此外，FANUC 0i 系统比 FANUC 0M、FANUC 0T 等产品配备了更强大的诊断功能和操作信息显示功能，给 机床用户使用和维修带来了极大方便。 4.2 数控车床程序编制方法 4.2.1 数控车削的加工工艺与编程特点 1．数控车削的加工工艺特点 工艺分析与设计是数控车削加工的前期工艺准备工作。加工工艺制定的合理与否，对程 序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。因此，应遵循一般的工艺原则并 结合数控车床的特点，认真而详细地制定好零件的数控车削加工工艺。 (1）数控车削加工工艺的基本特点 数控车削加工工艺是指从工件毛坯（或半成品）的定位、装夹开始，直到工件正常车削加 工完毕，机床复位的整个工艺执行过程。该过程又汇集在加工程序单及其说明的工艺文件中。 普通车床上用的工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通车床受控于操作工 人，因此在普通车床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，切削加工中的切削用量、 走刀路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。而数控车床加工程序是数控车床加 工中的指令性文件。数控车床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动执行的。 因此，数控车床加工程序与普通车床加工工艺规程有较大的差别，涉及的内容比较广。数控 车床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具以及车 床的运动过程等。因此，要求编程人员必须对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统、 切削规范以及工件的装夹方法等都要非常熟悉才行。 (2）数控车削加工工艺的主要内容： 数控车削加工工艺主要包括以下内容： ① 选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。 ② 分析待加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。 ③ 确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序，安排加工顺序，处理 与非数控加工工序的衔接等。 ④ 加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步划分、刀具选择 以及切削用量的确定等。刀具的选择很重要，图 4.2 给出了常用车刀的种类、形状和用途。 目前，数控车床常用机夹不重磨可转位车刀的标准化刀具。 ⑤ 数控加工程序的调整。如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿以及加工路线等
021-切断刀：2-90°左偏刀：3-90°右偏刀：4-弯头车刀：5-直头车刀：6-成型车刀：7-宽刃精车刀：8-外螺纹车刀：9-端面车力：10-内螺纹车力：11-内槽车力：12-通孔车刀：13-盲孔车图4.2常用车刀的种类、形状和用途2.数控车床的编程特点（1）绝对值编程与增量值编程在一个程序段中，既可以采用绝对值编程，也可以采用增量值编程，还可以采用混合编程。一般情况下，利用自动编程软件编程时，通常采用绝对值编程。（2）直径编程与半径编程编程轴类零件的加工程序时，因其横截面为圆形，所以尺寸有直径和半径指定两种方法。采用直径编程时，称为直径编程不法；采用半径编程时，称为半径编程法。数控车床出厂时均设定为直径编程，所以在编程时凡是与X轴有关的各项尺寸一定要用直径值编程。如果需用半径编程，则要改变系统中的相关参数，使系统处于半径编程状态。一般零件的径向尺寸是用直径值来表示的，所以采用直径编程更为简单、直观。（3）公制尺寸与英制尺寸的输入FANUC系统的G20和G21（SIEMENS802S/C系统的G70/G71）是两个可互相取代的指令代码，机床出厂前一般设定为G21（G71）状态，即车床的各项参数均以公制单位设定。G20/G21（或G70/G71）指令断电前后一致，除非再次重新设定。需要注意的时，数控系统不同，公制/英制尺寸指令就不同。（4）循环功能由于车床上工件的毛坏多是圆棒料或铸造件、锻件，加工余量较大，同一个表面可能需要进行多次反复的加工。为简化编程，数控系统中备有车外圆、车螺纹等不同形式的循环功能，实现多次循环切削。（5）刀具补偿功能数控车床的控制系统中，都有刀具补偿功能。刀具自动补偿又包括刀具位置（长度）补偿和刀具半径自动补偿功能两种。编程时，认为车刀刀尖是理想的一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧。因此，刀具的补偿功能为编程提供了方便。对在加工过程中，刀具位置的变化、刀具几何形状的变化，刀尖的圆弧半径，编程人员可以直接按照工件的实际轮廓尺寸编制程序，无需更改程序或更改已制好的穿孔带，而只要将变化的尺寸或刀尖圆弧半径输入到系统的存储器中，刀具便能实现自动补偿。4.2.2程序段的一般格式3
3 1-切断刀；2-90º左偏刀；3-90º右偏刀；4-弯头车刀； 5-直头车刀； 6-成型车刀； 7-宽刃精车刀；8-外螺纹车刀； 9-端面车刀； 10-内螺纹车刀； 11-内槽车刀；12-通孔车刀；13-盲孔车刀 图 4.2 常用车刀的种类、形状和用途 2．数控车床的编程特点 (1）绝对值编程与增量值编程 在一个程序段中，既可以采用绝对值编程，也可以采用增量值编程，还可以采用混合编 程。一般情况下，利用自动编程软件编程时，通常采用绝对值编程。 (2）直径编程与半径编程 编程轴类零件的加工程序时，因其横截面为圆形，所以尺寸有直径和半径指定两种方法。 采用直径编程时，称为直径编程不法；采用半径编程时，称为半径编程法。数控车床出厂时 均设定为直径编程，所以在编程时凡是与 X 轴有关的各项尺寸一定要用直径值编程。如果 需用半径编程，则要改变系统中的相关参数，使系统处于半径编程状态。一般零件的径向尺 寸是用直径值来表示的，所以采用直径编程更为简单、直观。 (3）公制尺寸与英制尺寸的输入 FANUC 系统的 G20 和 G21（SIEMENS 802 S/C 系统的 G70/G71）是两个可互相取代的 指令代码，机床出厂前一般设定为 G21（G71）状态，即车床的各项参数均以公制单位设定。 G20/G21（或 G70/G71）指令断电前后一致，除非再次重新设定。需要注意的时，数控系统 不同，公制/英制尺寸指令就不同。 (4）循环功能 由于车床上工件的毛坯多是圆棒料或铸造件、锻件，加工余量较大，同一个表面可能需 要进行多次反复的加工。为简化编程，数控系统中备有车外圆、车螺纹等不同形式的循环功 能，实现多次循环切削。 (5）刀具补偿功能 数控车床的控制系统中，都有刀具补偿功能。刀具自动补偿又包括刀具位置（长度）补 偿和刀具半径自动补偿功能两种。编程时，认为车刀刀尖是理想的一个点，而实际上为了提 高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧。因此，刀具的补偿功能 为编程提供了方便。对在加工过程中，刀具位置的变化、刀具几何形状的变化，刀尖的圆弧 半径，编程人员可以直接按照工件的实际轮廓尺寸编制程序，无需更改程序或更改已制好的 穿孔带，而只要将变化的尺寸或刀尖圆弧半径输入到系统的存储器中，刀具便能实现自动补 偿。 4.2.2 程序段的一般格式
1.加工程序的一般格式一个零件加工程序一般由程序名、程序内容和程序结束语三部分组成，如表4-2所示。表4-2加工程序的一般格式02008;程序名（程序号）N10G54G21G98F100:N20S600M03;N30T0101;N40G00X34 ZO:N50 G01 X-1;程序内容N60G00X34Z2:N70 X24ZO;N80G01X28Z-15F50S1000;.N90M02程序结束由表4-2可知，加工程序的一般格式与数控铣、加工中心类同。2.程序段的一般格式程序段格式现多采用字一地址可变程序段格式，也与数控铣、加工中心类同，其一般格式如下所示。N(数字)G(数)2(激)()(数字)F(数字)TS(数字)M;U（激数）=激R（数）其中：X、Z为绝对坐标值，X通常由系统参数设定为直径值：U、W为相对坐标值，U由系统参数设定为直径值之差。程序段格式举例：N10G03X28.0W-15.0R5.0F50T0101S1000M03;其中：N10程序段号（第10号程序段）：G03圆弧插补(逆圆);X28.0沿X坐标方向的位移量(直径值)：W-15.0沿Z坐标方向的位移量(增量值)：R5.0圆弧半径R5：F50进给速度是50mm/min；T0101调用第1号刀具并执行第1号刀补：S1000主轴转速是1000r/min;M03主轴按顺时针方向旋转（主轴正转）：:程序段结束符。4.2.3常用准备功能指令1.工件坐标系选择与设定指令（G54~G59/G50）(1）工件坐标系选择指令（G54~G59）G54~G59设定工件坐标系1~6，系统上电后，默认工件坐标系是G54（工件坐标系1），4
4 1．加工程序的一般格式 一个零件加工程序一般由程序名、程序内容和程序结束语三部分组成，如表 4-2 所示。 表 4-2 加工程序的一般格式 O 2008； 程序名（程序号） N10 G54 G21 G98 F100； N20 S600 M03； N30 T0101； N40 G00 X34 Z0； N50 G01 X-1； N60 G00 X34 Z2； N70 X24 Z0； N80 G01 X28 Z-15 F50 S1000； 程序内容 . N90 M02； 程序结束 由表 4-2 可知，加工程序的一般格式与数控铣、加工中心类同。 2．程序段的一般格式 程序段格式现多采用字—地址可变程序段格式，也与数控铣、加工中心类同，其一般 格式如下所示。 N(数字)G△△ F(数字)T△△△△S(数字)M△△； 其中: X、Z 为绝对坐标值，X 通常由系统参数设定为直径值； U、W 为相对坐标值，U 由系统参数设定为直径值之差。 程序段格式举例： N10 G03 X28.0 W-15.0 R5.0 F50 T0101 S1000 M03； 其中： N10 程序段号（第 10 号程序段）； G03 圆弧插补(逆圆)； X28.0 沿 X 坐标方向的位移量(直径值)； W-15.0 沿 Z 坐标方向的位移量(增量值)； R5.0 圆弧半径 R5； F50 进给速度是 50 mm/min; T0101 调用第 1 号刀具并执行第 1 号刀补； S1000 主轴转速是 1000 r/min; M03 主轴按顺时针方向旋转（主轴正转）； ； 程序段结束符。 4.2.3 常用准备功能指令 1．工件坐标系选择与设定指令（G54~G59/ G50） (1) 工件坐标系选择指令（G54~G59） G54~G59 设定工件坐标系 1~6，系统上电后，默认工件坐标系是 G54（工件坐标系 1）
在系统内部的工件坐标系设定里其默认值为G54X0Z0。编程时，在程序首段可写G54，亦可省略。若编程时，选择了其它工件坐标系如G55，并通过操作面板将其值如G55X0Z10.0输入到规定的坐标系设定区，则该程序新建工件坐标系的工件原点是以原G54的工件原点为基础向Z轴正方向偏移10mm得到的。程序中所有坐标均是以新的工件原点为基准。即如运行同一个程序，则刀具轨迹整体向右偏移10mm。如图4.3所示：+X +X4XR8.00800-090S+7+25.00[(G54)（G5530.0080.00图4.3选择工件坐标系图4.4指定起刀点位置程序可以通过选择相应的G54~G59来设定新的工件坐标系原点。这适合于加工不同零件时，毛坏伸出长度不同，为了不需重新对刀及测刀补（实际只需乙向变化刀补），这时只要在系统设定区调整相应的G54~G59值即可。(2）工件坐标系设定指令（G50）工件坐标系的设定，即指定起刀点相对工件坐标系原点的位置。编程格式：G50XZ_；注：指定起刀点坐标只能用X、Z表示。轴向尺寸X用直径指定。如图4.4所示，程序段为：G50X80.0Z110.0；2.快速定位与插补指令（G00~G03）指令功能与数控铣、加工中心定义相同。GO0用于快速定位刀具，没有对工件进行加工，运动过程中有加速和减速，对运动轨迹没有要求。用于当刀具要快速趋进工件或在切削完毕后使刀具退离工件的情况。(1）编程格式编程格式分别为：G00 X(U)Z(W)G01X (U)Z(W)F[G02X(U)Z(W)G03R注：①X、Z为绝对值编程时刀具移动到的目标点（终点）坐标，而U、W为刀具目标点相对起始点（当前点）的位移量。绝对坐标编程和相对坐标编程可在同一程序段中混合使用。5
5 在系统内部的工件坐标系设定里其默认值为 G54 X0 Z0。编程时，在程序首段可写 G54，亦 可省略。 若编程时，选择了其它工件坐标系如 G55，并通过操作面板将其值如 G55 X0 Z10.0 输 入到规定的坐标系设定区，则该程序新建工件坐标系的工件原点是以原 G54 的工件原点为 基础向 Z 轴正方向偏移 10mm 得到的。程序中所有坐标均是以新的工件原点为基准。即如 运行同一个程序，则刀具轨迹整体向右偏移 10 mm。如图 4.3 所示： 图 4.3 选择工件坐标系 图 4.4 指定起刀点位置 程序可以通过选择相应的 G54~G59 来设定新的工件坐标系原点。这适合于加工不同零 件时，毛坯伸出长度不同，为了不需重新对刀及测刀补（实际只需 Z 向变化刀补），这时只 要在系统设定区调整相应的 G54~G59 值即可。 (2) 工件坐标系设定指令（G50） 工件坐标系的设定，即指定起刀点相对工件坐标系原点的位置。 编程格式：G50 X_ Z_； 注：指定起刀点坐标只能用 X、Z 表示。轴向尺寸 X 用直径指定。 如图 4.4 所示，程序段为：G50 X80.0 Z110.0； 2．快速定位与插补指令（G00~G03） 指令功能与数控铣、加工中心定义相同。 G00 用于快速定位刀具，没有对工件进行加工，运动过程中有加速和减速，对运动轨迹 没有要求。用于当刀具要快速趋进工件或在切削完毕后使刀具退离工件的情况。 (1) 编程格式 编程格式分别为： G00 X(U) _Z(W)_； G01 X（U）_Z(W)_F_； F_ R_ I_K_ X(U)_Z(W)_ G03 G02 ; 注：① X、Z 为绝对值编程时刀具移动到的目标点（终点）坐标，而 U、W 为刀具目标点 相对起始点（当前点）的位移量。绝对坐标编程和相对坐标编程可在同一程序段 中混合使用