數(shù)控車床加工工藝與編程操作資源第十二講和數(shù)控機床編程及加工

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《數(shù)控加工技術》吳明友編第十二講（90Min、2節(jié)課）2023/5/101第四章數(shù)控車床（華中數(shù)控）編程與操作（二）

第二節(jié)華中（HNC-21/22T）系統(tǒng)基本編程指令（二）

10．刀具補償功能指令（20Min）⑴刀具偏置（幾何）補償和刀具磨損補償。刀具的補償包括刀具的偏置和磨損補償、刀尖半徑補償。⑴刀具偏置（幾何）補償和刀具磨損補償。編程時，設定刀架上各刀在工作位置時，其刀尖位置是一致的。但由于刀具的幾何形狀及安裝的不同，其刀尖位置是不一致的，其相對于工件原點的距離也是不同的。因此需要將各刀具的位置值進行比較或設定，稱為刀具偏置補償。刀具偏置補償可使加工程序不隨刀尖位置的不同而改變。刀具偏置補償有兩種形式：2023/5/1021）相對補償形式。如圖4-9所示，在對刀時，通常先確定一把刀為基準（標準）刀具，并以其刀尖位置A為依據建立工件坐標系。這樣，當其他各刀轉到加工位置時，刀尖位置B相對基準刀刀尖位置A就會出現(xiàn)偏置，原來建立的坐標系就不再適用，因此應對非基準刀具相對于基準刀具之間的偏置值△x、△z進行補償，使刀尖位置B移至位置A。2）絕對補償形式。即機床回到機床零點時，工件坐標系零點相對于刀架工作位置上各刀刀尖位置的有向距離。當執(zhí)行刀偏補償時，各刀以此值設定各自的加工坐標系，如圖4-10所示。2023/5/1032023/5/104圖4-9刀具偏置的相對補償形式刀具使用一段時間后，會因磨損而使產品尺寸產生誤差，因此需要對其進行補償。該補償與刀具偏置補償存放在同一個寄存器的地址號中。各刀的磨損補償只對該刀有效（包括基準刀）。刀具的補償功能由T代碼指定，其后的4位數(shù)字分別表示選擇的刀具號和刀具偏置補償號。例如T0303表示選用3號刀具和3號刀補。刀具補償號是刀具偏置補償寄存器的地址號，該寄存器存放刀具的X軸和Z軸偏置補償值、刀具的X軸和Z軸磨損補償值。T加補償號表示開始補償功能。補償號為00表示補償量為0，即取消補償功能。系統(tǒng)對刀具的補償或取消都是通過拖板的移動來實現(xiàn)的。2023/5/1052023/5/106圖4-10刀具偏置的絕對補償形式⑵刀尖圓弧半徑補償指令G41/G42/G40。數(shù)控程序一般是針對刀具上的某一點即刀位點，按工件輪廓尺寸編制的。車刀的刀位點一般為理想狀態(tài)下的假想刀尖點或刀尖圓弧圓心點。但實際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一理想點，而是一段圓弧。切削加工時，刀具切削點在刀尖圓弧上變動，在切削內孔、外圓及端面時，刀尖圓弧不影響加工尺寸和形狀，但在切削錐面和圓弧時，會造成過切或少切現(xiàn)象（見圖4-11）。此時，可以用刀尖半徑補償功能來消除誤差。刀尖圓弧半徑補償是通過G41/G42/G40代碼及T代碼指定的刀尖圓弧半徑補償號來加入或取消半徑補償?shù)?。其程序段格式為：XZ2023/5/1072023/5/108圖4-11刀尖圓角造成的少切和過切G40為取消刀尖半徑補償。G41為左刀補（在刀具前進方向左側補償），G42為右刀補（在刀具前進方向右側補償），如圖4-12所示。2023/5/109圖4-12左刀補和右刀補a）上手刀，刀架在操作者的外側

b）下手刀，刀架在操作者的內側注意：①G41／G42不帶參數(shù)，其補償號（代表所用刀具對應的刀尖半徑補償值）由T代碼指定。其刀尖圓弧補償號與刀具偏置補償號對應。②刀尖半徑補償?shù)慕⑴c取消只能用G00或G01指令，不能用G02或G03。③注意上手刀和下手刀G41/G42的區(qū)別，見圖4-12。刀尖圓弧半徑補償寄存器中，定義了車刀圓弧半徑及刀尖的方向號。車刀刀尖的方向號定義了刀具刀位點與刀尖圓弧中心的位置關系，從0～9有十個方向，如圖4-13所示，·表示刀具刀位點，＋表示刀尖圓弧中心位置。2023/5/10102023/5/1011圖4-13車刀刀尖位置碼定義a）上手刀，刀架在操作者的外側b）下手刀，刀架在操作者的內側2023/5/1012例4-5考慮刀尖半徑補償，編制圖4-8所示工件的加工程序。圖4-8圓弧插補編程實例％0005；

程序名N10G92X40Z5T0101；

建立工件坐標系，換1號刀，定義起刀點的位置N20M03S1000；

主軸正轉，轉速1000r/minN30G96S80；

恒線速度有效，線速度為80m/minN40G00X0；

刀到中心，轉速升高，直到主軸到最大限速N50G95G01G42Z0F0.1；加入刀具圓弧半徑補償，工進接觸工件，每轉進給N60G03U24W-24R15；

加工R15圓弧段N70G02X26Z-31R5；

加工R5圓弧段N80G01Z-40；

加工φ26外圓N90G00G40X40Z5；

取消半徑補償，快退回起刀點N100G97S300；

取消恒線速度功能，設定主軸按300r/min旋轉N110M30；

主軸停轉、主程序結束并復位2023/5/101311．螺紋切削指令G32

（25Min）

指令格式為：G32X（U）Z（W）REPF；螺紋切削分為單行程螺紋切削、螺紋切削循環(huán)和螺紋切削復合循環(huán)。單行程螺紋切削指令G32程序段格式為：G32X（U）Z（W）REPF；G32指令可以執(zhí)行單行程螺紋切削，車刀進給運動嚴格根據輸入的螺紋導程進行，如圖4-14所示。切削螺紋一般分四步形成一個循環(huán)：進刀（AB）→切削（BC）→退刀（CD）→返回（DA）。這四個步驟均需編入程序。2023/5/1014X、Z：絕對編程時，為有效螺紋終點在工件坐標系中的坐標。U、W：增量編程時，為有效螺紋終點相對螺紋切削起點的增量。F：螺紋導程，即主軸每轉一圈，刀具相對工件的進給值。R、E：螺紋切削的退尾量，R為Z向退尾量；E為X向退尾量，R、E在絕對或增量編程時都是以增量方式指定，其值如正表示沿Z、X正向回退，如負表示沿Z、X負向回退。使用R、E可免去退刀槽。R、E如省略，表示不用回退功能。根據螺紋標準R一般取～倍的螺距，E取螺紋的牙型高。P為主軸基準脈沖處距離螺紋切削起始點的主軸轉角，默認值為0。2023/5/10152023/5/1016圖4-14圓柱螺紋加工對圓柱螺紋，由于車刀的軌跡為一直線，所以X（U）為0，其格式為：G32Z（W）REPF錐螺紋（見圖4-15）的斜角α在45°以下時，螺紋導程以Z軸方向指定，在45°以上至90°時，以X軸方向指定，該指令一般很少使用。2023/5/10172023/5/1018圖4-15圓錐螺紋加工螺紋切削時應注意的問題：①從螺紋粗加工到精加工，主軸的轉速必須保持一常數(shù)。②在沒有停止主軸的情況下，停止螺紋的切削將非常危險，因此螺紋切削時進給保持功能無效，如果按下進給保持按鍵，刀具在加工完螺紋后停止運動。③在螺紋加工中不使用恒定線速度控制功能。④螺紋加工中，徑向起點（編程大徑）的確定決定于螺紋大徑。徑向終點（編程小徑）的確定取決于螺紋小徑。螺紋小徑d′可按經驗公式d′＝d－2×（～）P確定。式中：d

為螺紋公稱直徑；d′為螺紋小徑（編程小徑）；P為螺距。2023/5/1019⑤在螺紋加工軌跡中應設置足夠的升速進刀段（空刀導入量）δ1和降速退刀段（空刀導出量）δ2，如圖4-15所示，以消除伺服滯后造成的螺距誤差。δ1的數(shù)值與工件螺距和主軸轉速有關，按經驗，一般δ1取1～2倍螺距，δ2取倍螺距以上。⑥在加工多頭螺紋時，可先加工完第一條螺紋，然后在加工第二條螺紋時，車刀的軸向起點與加工第一條螺紋的軸向起點偏移一個螺距P即可。⑦分層背吃刀量，如果螺紋牙型較深、螺距較大，可分幾次進給。每次進給的背吃刀量用螺紋深度減精加工背吃刀量所得的差按遞減規(guī)律分配。2023/5/1020例4-6。編制圖4-16所示普通螺紋（）的加工程序，其中δ1＝3mm，δ2＝1mm（1）計算螺紋底徑d′：d'＝d-2P＝（）＝（2）確定背吃刀量分布：1mm、、、2023/5/10212023/5/1022圖4-16圓柱螺紋加工（3）加工程序%0006；

程序名N100S300M03；

主軸正轉，轉速300r/minN105T0303；

換3號螺紋刀N110G00X23Z3；

快速進刀至螺紋起點N115G32Z-23F1.5；

切削螺紋，背吃刀量1mm

（或）N120G00X30；

X軸向快速退刀N125G00Z3；

Z軸快速返回螺紋起點處N130G00X22.5；

X軸快速進刀至螺紋起點處N135G32Z-23F1.5；

切削螺紋，背吃刀量N140G00X30；

X軸向快速退刀N145G00Z3；

Z軸快速返回螺紋起點處2023/5/1023N150G00X22.2；

X軸快速進刀至螺紋起點處N155G32Z-23F1.5；

切削螺紋，背吃刀量N160G00X30；

X軸向快速退刀N165G00Z3；

Z軸快速返回螺紋起點處N170G00X22.14；

X軸快速進刀至螺紋起點處N175G32Z-23F1.5；

切削螺紋，背吃刀量N180G00X100；

退回換刀點N185G00Z100；

退回換刀點N190M00；

程序暫停2023/5/1024例4-7。

編制圖4-17所示圓錐螺紋的加工程序，其中螺距P＝2mm，δ1＝3mm，δ2＝2mm。（1）計算錐螺紋小端小徑：＝d1－P＝35-2×0.62×2＝（2）計算錐螺紋大端小徑：＝d2－P＝55-2×0.62×2＝（3）確定背吃刀量分布：1mm、、、、2023/5/10252023/5/1026圖4-17圓錐螺紋加工2023/5/1027（4）加工程序：%0007；程序名N100T0303；換3號螺紋刀N105S300M03；主軸正轉，轉速300r/minN110G00X70Z3；快速進刀N115G00X34；

X軸快速進刀至螺紋起點處N120G32X54Z-42F2；切削錐螺紋，背吃刀量1mmN125G00X70；X軸向快速退刀N130Z3；Z軸快速返回螺紋起點處N135X33.3；X軸快速進刀至螺紋起點處N140G32X53.3Z-42F2；切削錐螺紋，背吃刀量N145G00X70Z3；快速退刀N150X32.8；X軸快速進刀至螺紋起點處N155G32X52.8Z-42F2；切削錐螺紋，背吃刀量N160G00X70Z3；快速退刀N165X32.6；X軸快速進刀至螺紋起點處N170G32X52.6Z-42F2；切削錐螺紋，背吃刀量N175G00X70Z3；快速退刀N180X32.52；X軸快速進刀至螺紋起點處N185G32X52.52Z-42F2；切削錐螺紋，背吃刀量N190G00X100Z100；退回換刀點N195M30；程序結束2023/5/102812．螺紋切削循環(huán)指令G82

（25Min）

直螺紋指令格式為：G82X（U）Z（W）RECPF；錐螺紋指令為：G82X（U）Z（W）IRECPF；螺紋切削循環(huán)指令G82可切削圓柱螺紋和圓錐螺紋。圖4-18為圓柱螺紋循環(huán)，圖4-19為圓錐螺紋循環(huán)。刀具從循環(huán)起點A開始，按A→B→C→D→A進行自動循環(huán)。X、Z：絕對編程時，為有效螺紋終點在工件坐標系中的坐標。U、W：增量編程時，為有效螺紋終點相對螺紋切削起點的增量。I：為錐螺紋起點B與螺紋終點C的半徑差。2023/5/1029R、E：螺紋切削的退尾量，R為Z向退尾量；E為X向退尾量，R、E在絕對或增量編程時都是以增量方式指定，其值如正表示沿Z、X正向回退，如負表示沿Z、X負向回退。使用R、E可免去退刀槽。R、E如省略，表示不用回退功能。C：螺紋頭數(shù)，0或1時為切削單頭螺紋。P：單頭螺紋切削時，為主軸基準脈沖處距離切削起始點的主軸轉角（默認值為0）；多頭螺紋切削時，為相鄰螺紋頭的切削起始點之間對應的主軸轉角。F：螺紋導程，即主軸每轉一圈，刀具相對工件的進給值。2023/5/10302023/5/1031圖4-18圓柱螺紋切削循環(huán)2023/5/1032圖4-19圓錐螺紋切削循環(huán)例4-8

用G82螺紋循環(huán)指令編制圖4-17所示圓錐螺紋的加工程序。％0008；

程序名N100T0303；

換3號螺紋刀N105S300M03；

主軸正轉，轉速300r/minN110G00X70Z3；

快速進刀N115G82X54Z-42I-10F2；

錐螺紋切削循環(huán)1，背吃刀量1mm2023/5/1033N120X53.3；

錐螺紋切削循環(huán)2，背吃刀量N125X52.8；

錐螺紋切削循環(huán)3，背吃刀量N130X52.6；

錐螺紋切削循環(huán)4，背吃刀量N135X52.52；

螺紋切削循環(huán)5，背吃刀量N140G00X100Y100；

退回起刀點N145M30；

程序結束例4-9。

用G82螺紋循環(huán)指令編制圖4-20所示雙頭螺紋的加工程序。δ1＝4mm，δ2＝。2023/5/10342023/5/1035圖4-20G82切削雙頭螺紋％0009程序名N5G55G00X35Z104；建立G55工件坐標系，快進至循環(huán)起點N10S300M03；

主軸正轉，轉速300r/minN15T0303；

換3號螺紋刀N20G82X29.2Z18.5C2P180F3；螺紋切削循環(huán)1，背吃刀量N25X28.6Z18.5C2P180F3；螺紋切削循環(huán)2，背吃刀量N30X28.2Z18.5C2P180F3；

螺紋切削循環(huán)3，背吃刀量N35X28.14Z18.5C2P180F3；螺紋切削循環(huán)4，背吃刀量N40M30；

正轉停轉，主程序結束并復位2023/5/1036

13．螺紋切削復合循環(huán)指令G76

（20Min）

G76指令格式為：G76C（c）R（r）E（e）A（a）X（x）Z（z）I（i）K（k）U（d）V（△dmin）Q（△d）P（p）F（L）螺紋切削固定循環(huán)指令G76執(zhí)行如圖4-21所示的加工軌跡。其單邊切削及參數(shù)如圖4-22所示。其中：c：精整次數(shù)（1～99），模態(tài)值。r：螺紋Z向退尾長度（00～99），模態(tài)值。e：螺紋X向退尾長度（00～99），模態(tài)值。a：刀尖角度（螺紋牙型角），模態(tài)值；一般為60°。2023/5/1037x、z：絕對值編程時，為有效螺紋終點C在工件坐標系中的坐標。增量值編程時，為有效螺紋終點C相對于循環(huán)起點A的增量。i：錐螺紋始點與終點的半徑差；如I＝0，為直螺紋（圓柱螺紋）切削方式。k：螺紋高度，該值由X軸方向上的半徑值指定?！鱠min：最小背吃刀量（半徑值）；當?shù)趎次背吃刀量（△d

－△d

），小于△dmin時，則背吃刀量設定為△dmin。

d：精加工余量（半徑值）。△d：第一次背吃刀量（半徑值）。p：主軸基準脈沖處距離切削起始點的主軸轉角。L：螺紋導程，即主軸每轉一圈，刀具相對工件的進給值。2023/5/10382023/5/1039

圖4-21螺紋切削復合循環(huán)指令G762023/5/1040圖4-22G76循環(huán)單邊切削及其參數(shù)注意：按G76程序段中的X（x）和Z（z）指令實現(xiàn)循環(huán)加工，增量編程時，要注意u和w的正負（由刀具軌跡AB和CD段的方向決定）。G76循環(huán)進行單邊切削，減小了刀尖的受力。第一次切削時背吃刀量為△d，第n次的切削總深度為△d，每次循環(huán)的背吃刀量（△d－△d）。2023/5/1041圖4-21中，B到C點的切削速度由F代碼指定，其他軌跡均為快速進給。例如：圖4-16所示圓柱螺紋的加工程序為：。圖4-17所示圓錐螺紋的加工程序為：G76C2A60X52.52Z-40I-10K1.24U0.1V0.1Q0.9F2。2023/5/1042數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質量和生產效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z