數(shù)控車編程技巧探析

王帥 唐博 趙幼芳

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)（沈陽(yáng) 110036）

隨著數(shù)控車床的廣泛應(yīng)用，企業(yè)對(duì)掌握數(shù)控車床加工編程和熟悉數(shù)控加工技術(shù)的人才需求量不斷增加。數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復(fù)雜工件。本文就數(shù)控車床編程技巧進(jìn)行深入探討。

1 數(shù)控車床中的坐標(biāo)體系

為描述數(shù)控車床各軸運(yùn)動(dòng)，方便編程，簡(jiǎn)化程序編制。在數(shù)控車床中其運(yùn)動(dòng)方向和坐標(biāo)系都以進(jìn)行了已標(biāo)準(zhǔn)化。

1.1 機(jī)床坐標(biāo)系

為了確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向和移動(dòng)距離，需要在機(jī)床上建立一個(gè)坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系就是機(jī)床坐標(biāo)系。數(shù)控機(jī)床上的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系，如圖1所示。

圖1 二軸數(shù)控車床坐標(biāo)系

1.2 工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素（點(diǎn)、直線和圓?。┑奈恢枚⒌淖鴺?biāo)系。車床工件零點(diǎn)一般設(shè)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(biāo)系

1.3 絕對(duì)坐標(biāo)與相對(duì)坐標(biāo)

絕對(duì)坐標(biāo)：坐標(biāo)系內(nèi)所有坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)植均從某一固定點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)量的坐標(biāo)系，稱為絕對(duì)坐標(biāo)系；相對(duì)坐標(biāo)：坐標(biāo)系內(nèi)某一位置的坐標(biāo)尺寸用相對(duì)于前一位置的坐標(biāo)尺寸的增量進(jìn)行計(jì)量的坐標(biāo)系，稱為相對(duì)坐標(biāo)系。

2 數(shù)控機(jī)床編程的內(nèi)容和步驟

數(shù)控車床的編程分為手工編程和自動(dòng)編程兩種編程方式。其中手動(dòng)編程適用于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件；自動(dòng)編程則能夠完成煩瑣的數(shù)值計(jì)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(shù)控車床為例進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 編程基礎(chǔ)知識(shí)

(1)常用指令

數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼分為二大類：準(zhǔn)備功能代碼和輔助功能代碼。準(zhǔn)備功能G代碼由地址字符G與后面的二位數(shù)字組成，其功能代碼主要用于控制刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工。其主要常用指令有：

G00快速定位 G01直線插補(bǔ)

G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)

G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)

G17 XY平面 G41 左補(bǔ)償

G18 XZ平面 G42 右補(bǔ)償

G19 YZ平面 G43 取消補(bǔ)償

G49 取消補(bǔ)償 G44 負(fù)刀補(bǔ)G92 設(shè)定工件坐標(biāo)系

G54-G59 工件坐標(biāo)系1-6

輔助功能M代碼由地址字符M與后面的二位數(shù)字組成，主要用于控制機(jī)床的輔助設(shè)備，如主軸、刀架和冷卻泵的工作，由繼電器的通電與斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制過(guò)程。

M00 程序停止 M02 程序結(jié)束

M01 計(jì)劃停止 M03 主軸正轉(zhuǎn)

M04 主軸反轉(zhuǎn) M05 主軸停止

M06 刀具交換 M99返回主程序

M30 程序結(jié)束返回到開(kāi)始狀態(tài)

(2)程序的結(jié)構(gòu)

一個(gè)完整的數(shù)控程序應(yīng)由程序號(hào)開(kāi)始，后接程序的內(nèi)容并由程序結(jié)束符結(jié)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(shù)，還應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；其次，計(jì)算輪廓相鄰幾何元素的交點(diǎn)的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)終點(diǎn)和圓弧的圓心坐標(biāo)值；最后，根據(jù)計(jì)算出的加工參數(shù)及輔助動(dòng)作，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標(biāo)指令代碼和程序段格式編寫程序，并輸入到數(shù)控車床的存儲(chǔ)器中。

下面以圖 3為例，數(shù)控車削端面、外圓。FUNAC數(shù)控車編程如下：

圖3 實(shí)例零件圖

3 編程過(guò)程中細(xì)節(jié)

3.1 參考點(diǎn)的靈活設(shè)置

在數(shù)控車床編程中參考點(diǎn)非常重要，程序每執(zhí)行結(jié)束時(shí)，刀具都必須返回參考點(diǎn)位置，準(zhǔn)備執(zhí)行下一條程序。因此，執(zhí)行每一條程序前，應(yīng)該調(diào)整主軸和刀具的位置，使之和坐標(biāo)方向一致。當(dāng)然，參考點(diǎn)的位置并不是不斷變化的。程序編程者可以根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)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(shí)不便于固定，導(dǎo)致加工時(shí)無(wú)法保證精度。正常情況下，程序沒(méi)執(zhí)行完一次，則加工完一個(gè)零件，這就造成了機(jī)床導(dǎo)軌局部過(guò)度磨損等嚴(yán)重后果；并且彈簧夾緊部位動(dòng)作頻繁，容易造成致控制電器的損壞。針對(duì)上述問(wèn)題，我們加大彈簧夾頭夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作間隔和主軸送進(jìn)長(zhǎng)度。為保證高的加工效率，我們假設(shè)在一次程序中加工一些較小零件，使主軸送進(jìn)長(zhǎng)度為小零件長(zhǎng)度的倍數(shù)，并且也使彈簧夾頭夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間間隔進(jìn)行延長(zhǎng)。最重要的是，加工的過(guò)程中，單件零件的輔助時(shí)間平均分在多個(gè)小零件上，因此，一個(gè)零件的輔助時(shí)間有了大幅減小，這就相應(yīng)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(gè)零件的命令字段放在子程序中，加工的過(guò)程中由主程序調(diào)用子程序來(lái)完成加工，單個(gè)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(guò)程中，刀具的空行程也是至關(guān)重要的。它是指刀具削切完畢后返回參考點(diǎn)的距離。也就是說(shuō)刀具空行程相應(yīng)減少，加工效率才行進(jìn)了提高。在加工前機(jī)床調(diào)整時(shí)，應(yīng)盡量將刀具的初始位置靠近要加工的零件；編寫程序時(shí)，要根據(jù)所加工零件的特性，盡量減少刀具使用的次數(shù)，且使刀具盡可能分散，這樣在接近要加工的零件時(shí)時(shí)彼此不會(huì)發(fā)生相互干涉。如果刀具的實(shí)際初始位置偏離了初始位置，這就需要在編寫的程序中對(duì)刀具參考點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的修改。總之，盡量減小刀具的空行程，提高加工效率。

3.4 平衡刀具負(fù)荷和優(yōu)化參數(shù)

在加工零件的過(guò)程中，隨著零件結(jié)構(gòu)的變化，刀具切削負(fù)荷也可能隨之變化；另外刀具在剛度、強(qiáng)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(guò)程中也使應(yīng)該考慮到得，否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果?？傊?，在編程的過(guò)程中應(yīng)充分考慮零件的剛度。強(qiáng)度以及所選用的刀具因素。這樣不僅提高了硬件加工的質(zhì)量，而且可以對(duì)刀具造成較小的磨損，降低加工成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于數(shù)控加工，編程是其加工的關(guān)鍵。本文詳細(xì)闡述了數(shù)控車床的編程步驟，并且結(jié)合實(shí)例對(duì)車床程序進(jìn)行了深入的分析；詳細(xì)分析了數(shù)控車床編程過(guò)程中的細(xì)節(jié)問(wèn)題。正是由于數(shù)控車床可以加工普通車床無(wú)法加工的復(fù)雜物件且加工精度較高、質(zhì)量好，有廣闊的發(fā)展前景，因此掌握數(shù)控車床的加工編程技術(shù)更為重要。

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[2]余喚春,高宏挺.淺談數(shù)控機(jī)床的手工編程.助力中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新,2010.

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