數控車編程技巧探析

王帥 唐博 趙幼芳

沈陽航空航天大學（沈陽 110036）

隨著數控車床的廣泛應用，企業對掌握數控車床加工編程和熟悉數控加工技術的人才需求量不斷增加。數控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件。本文就數控車床編程技巧進行深入探討。

1 數控車床中的坐標體系

為描述數控車床各軸運動，方便編程，簡化程序編制。在數控車床中其運動方向和坐標系都以進行了已標準化。

1.1 機床坐標系

為了確定機床的運動方向和移動距離，需要在機床上建立一個坐標系，這個坐標系就是機床坐標系。數控機床上的標準坐標系采用右手直角笛卡兒坐標系，如圖1所示。

圖1 二軸數控車床坐標系

1.2 工件坐標系

工件坐標系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素（點、直線和圓弧）的位置而建立的坐標系。車床工件零點一般設在主軸中心線上，工件的右端面或左端面。如圖2所示。

圖2 工件坐標系

1.3 絕對坐標與相對坐標

絕對坐標：坐標系內所有坐標點的坐標植均從某一固定點坐標原點計量的坐標系，稱為絕對坐標系；相對坐標：坐標系內某一位置的坐標尺寸用相對于前一位置的坐標尺寸的增量進行計量的坐標系，稱為相對坐標系。

2 數控機床編程的內容和步驟

數控車床的編程分為手工編程和自動編程兩種編程方式。其中手動編程適用于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件；自動編程則能夠完成煩瑣的數值計算和人工難以完成的工作，且效率可提高幾十倍甚至上百倍。

本文中以FANUC Mate O系列的數控車床為例進行說明。

2.1 編程基礎知識

(1)常用指令

數控系統的指令代碼分為二大類：準備功能代碼和輔助功能代碼。準備功能G代碼由地址字符G與后面的二位數字組成，其功能代碼主要用于控制刀具對工件進行切削加工。其主要常用指令有：

G00快速定位 G01直線插補

G02順時針圓弧插補

G03逆時針圓弧插補

G17 XY平面 G41 左補償

G18 XZ平面 G42 右補償

G19 YZ平面 G43 取消補償

G49 取消補償 G44 負刀補G92 設定工件坐標系

G54-G59 工件坐標系1-6

輔助功能M代碼由地址字符M與后面的二位數字組成，主要用于控制機床的輔助設備，如主軸、刀架和冷卻泵的工作，由繼電器的通電與斷電來實現其控制過程。

M00 程序停止 M02 程序結束

M01 計劃停止 M03 主軸正轉

M04 主軸反轉 M05 主軸停止

M06 刀具交換 M99返回主程序

M30 程序結束返回到開始狀態

(2)程序的結構

一個完整的數控程序應由程序號開始，后接程序的內容并由程序結束符結束。例如：

2.2 編程基本步驟

我們拿到一張零件圖以后，首先，分析零件，確定其加工方法、加工路線及工藝參數，還應進行數值計算；其次，計算輪廓相鄰幾何元素的交點的坐標值，得出各幾何元素的起點終點和圓弧的圓心坐標值；最后，根據計算出的加工參數及輔助動作，結合數控系統規定使用的坐標指令代碼和程序段格式編寫程序，并輸入到數控車床的存儲器中。

下面以圖 3為例，數控車削端面、外圓。FUNAC數控車編程如下：

圖3 實例零件圖

3 編程過程中細節

3.1 參考點的靈活設置

在數控車床編程中參考點非常重要，程序每執行結束時，刀具都必須返回參考點位置，準備執行下一條程序。因此，執行每一條程序前，應該調整主軸和刀具的位置，使之和坐標方向一致。當然，參考點的位置并不是不斷變化的。程序編程者可以根據情況進行調整，最終提高車床的效率。

3.2 化零為整法編程方法

有些要精加工的具體零件，其尺寸比較小，這就造成了使用車床加工時不便于固定，導致加工時無法保證精度。正常情況下，程序沒執行完一次，則加工完一個零件，這就造成了機床導軌局部過度磨損等嚴重后果；并且彈簧夾緊部位動作頻繁，容易造成致控制電器的損壞。針對上述問題，我們加大彈簧夾頭夾緊機構的動作間隔和主軸送進長度。為保證高的加工效率，我們假設在一次程序中加工一些較小零件，使主軸送進長度為小零件長度的倍數，并且也使彈簧夾頭夾緊機構的動作時間間隔進行延長。最重要的是，加工的過程中，單件零件的輔助時間平均分在多個小零件上，因此，一個零件的輔助時間有了大幅減小，這就相應提高了加工的效率。此外，我們可以將加工零件的命令放在主程序中，單個零件的命令字段放在子程序中，加工的過程中由主程序調用子程序來完成加工，單個零件加工完成以后返回主程序。

3.3 減少刀具加工空行程

加工的過程中，刀具的空行程也是至關重要的。它是指刀具削切完畢后返回參考點的距離。也就是說刀具空行程相應減少，加工效率才行進了提高。在加工前機床調整時，應盡量將刀具的初始位置靠近要加工的零件；編寫程序時，要根據所加工零件的特性，盡量減少刀具使用的次數，且使刀具盡可能分散，這樣在接近要加工的零件時時彼此不會發生相互干涉。如果刀具的實際初始位置偏離了初始位置，這就需要在編寫的程序中對刀具參考點進行相應的修改?？傊?，盡量減小刀具的空行程，提高加工效率。

3.4 平衡刀具負荷和優化參數

在加工零件的過程中，隨著零件結構的變化，刀具切削負荷也可能隨之變化；另外刀具在剛度、強度和形狀方面也使不盡相同的。所有的這些因素在編程的過程中也使應該考慮到得，否則可能導致嚴重的后果。總之，在編程的過程中應充分考慮零件的剛度。強度以及所選用的刀具因素。這樣不僅提高了硬件加工的質量，而且可以對刀具造成較小的磨損，降低加工成本。

4 結 語

對于數控加工，編程是其加工的關鍵。本文詳細闡述了數控車床的編程步驟，并且結合實例對車床程序進行了深入的分析；詳細分析了數控車床編程過程中的細節問題。正是由于數控車床可以加工普通車床無法加工的復雜物件且加工精度較高、質量好，有廣闊的發展前景，因此掌握數控車床的加工編程技術更為重要。

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