1、 第 2 章 数控车床的操作与编程2.1 数控车床及其组成 2.1.1 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
2、类零件。便于装卸工件。（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机
3、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
4、。CK7815 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）。CK93
5、30 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、急停及超程保护控制）等，由于主轴采用的是一般
6、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 2-1 CK7815 数控车床图 2-2 CK9330 数控车床的组成2.1.2 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
7、，一般不超过 4500 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
8、响。实际速度还应乘以速度修调的倍率。CK9330 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）。表 2-1 CK9330 主轴变速列表CK9330 数控车床的纵向 Z 轴进给由 4NM的三相六拍感应式步进电机直接带动普通丝杠实现，横向 X 轴进给由 1N
9、M 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 300 mm最大工件长度 500 mm刀架上最大工件回转直径 140 mm图 2-4 CK9330 的主轴变速皮带接法 主轴转速（r/min）C 160D 250E 400F 630G 1000H 1600主轴通孔直径 26 mm主轴孔莫氏锥度 NO.4.刀架最大横向行程 160 mm刀架最大纵向行程 100 mm 加工公制螺纹种数 1
10、4加工公制螺纹螺距 0.5-3 (或更大)加工英制螺纹种数 20加工英制螺纹螺距 11-40 1/n 纵、横向进给量级数 无级调速主轴每转刀架的纵、横向进给量 无级调速主轴转速范围 160-1600 r/min主轴转速级数 6 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。2.1.3 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
11、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
12、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。
13、图 2-5 CK9330 数控车床的操作面板2.1.4 控制软件界面和菜单结构HCNC-1T 控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：当前默认的 G 代码模态值（如 G00G91G21G94）；点动操作方式：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、x1
14、000 (四种步进倍率) X 轴进给或 Z 轴进给；屏幕中间为工件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。图 2-6 控制软件的环境界面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
15、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 F1 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。
16、 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 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
17、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。（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
18、床操作面板上的“X”或“Z”键，则刀具向 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
19、而退出到非超程区，然后才可进行其它操作。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”；图 2-7 点动操作时画面（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）；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
20、作面板上的“+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“X”或“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
21、选择“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。5MDI 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。其操作步骤为：（1）在主菜单下，按
22、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”功能，则所输入的程序将立即运行，如图
23、 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，但主轴图 2-9 MDI 操作时画面并不停转，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，
24、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
25、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
26、左端轴心处，这样程序中的各坐标值基本都是正值，比较（a）刀架后置式 （b）刀架前置式图 2-10 车床坐标系方便；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。2G92 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：
27、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）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
28、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 G54 G59 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 G54G59 共预置六个工件原点的功能。G54G59 与
29、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、G55 G59 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，在程序运行前就已设
30、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 2-12 所示。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：上下值是用于控制纵轴的显示边界范围的，左右
31、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刀具类型与装夹常用车刀类型如图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）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
32、 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）基准车刀的对刀。（a）普通转塔刀架 （b）12 位自动回转刀架图 2-14 刀具在刀架上的安装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
33、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
34、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
35、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（X t+a-D，Z t+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（X 0，Z 0），可以算出该位置在工件坐标系中的坐标值应该是（D+X 0-Xt，L+Z 0-Zt）。在运行程序前保持此起刀点位置不变的情况下，根据此计算结果值改写程序中“G92 X Z ”，指令为“G92 X (
36、D+X0-Xt) Z (L+Z0-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+X0-Xt) Z (L+Z0-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 0-Xt， L+Z0-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
37、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；图 2-15 利用机床坐标数据试切对刀 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“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
38、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，编写程序时就应用“G92X0Z0;”指令建立工件坐标系。从图（c）可以看出，此位
39、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
40、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 2.6.3。2.3 基本编程指令与程序调试2.3.1 程序中用到的各功能字1G 功能( 格式： G2 G 后可跟 2 位数 )表 2-2 常用 G 功能指令图 2-16 无参考点机床的对刀代码 组 意义 代码 组 意义 代码 组 意义*G00 快速点定位 *G40 刀补取消 G73 车闭环复合循环G01 直线插补 G41 07 左刀补 G7600 车螺纹复合循环G02 顺圆插补 G42 右刀补 G80 车外圆固定循环G03 逆圆
41、插补 G52 00 局部坐标系设置 G81 车端面固定循环G3201螺纹切削 G54 零 点 G8201车螺纹固定循环G04 00 暂停延时 G5911 偏 置*G90 绝对坐标编程G20 英制单位 G65 00 简单宏调用 G9103 增量坐标编程*G2102 公制单位G66 宏指令调用 G92 00 工件坐标系指定G27 回参考点检查 G6712 宏调用取消* G98 每分钟进给方式G28 06 回参考点 G71 车外圆复合循环 G9905 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
42、，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。2M 功能 ( 格式：M2 M 后可跟 2 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3T 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
43、刀具补偿号。如：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。4S 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=250 rpm ( 转/分钟 ) 则在程序中指令 S250; 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
44、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。2.3.2 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 X
45、60.0 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: G90G01X50.0Z50.
46、0;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1G00、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 G00 X xb Z zb ; 增量：G91 G00 X (xb-xa) Z (zb-za) ; 绝对：G90 G01 X xb Z zb F f ; 图 2-17 编程方式示例图
47、 2-18 点、线控制增量：G91 G01 X(xb-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
48、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。2G02、G03 - 圆弧控制。格式:G90 (G91) G02 X. Z. R. ( I. K.) F.G90 (G91) G03 X. Z. R. ( I. K. ) F.如图 2-20 所示弧 AB，编程计算方法如下：绝对: G90 G02 X xb Z zb R r1 F f; - R 编程或 G90 G02 X xb Z zb I(x1-xa)/2 K(z1-za) F f ; 增量: G91 G02 X(xb-xa) Z(zb-za) R
