第五章 数控车床编程

主 讲：程胜文

理论学时： 6 学时

湖北职业技术学院机电工程系

第 5 章　数控车床编程

概述

数控车床的刀具补偿

固定循环

数控车床加工编程实例

5.1.1 数控车削加工的对象

5.1 概述

第 5 章　数控车床编程

主要用于轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 、精度要求高的零件 、特殊的螺旋零件 、淬硬工件的加工等等。

5.1.2 数控车削编程要点 1 、绝对、增量灵活运用 5 、进、退刀采用快速 2 、直径编程更方便 3 、常用固定循环 4 、按工作轮廓编程，采用刀具半径补偿

5.2.1   刀具位置补偿

5.2 数控车床的刀具补偿

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图 5.1 基准刀 图 5.2 刀具位置补偿

刀具在加工过程中出现的磨损也要进行位置补偿

5.2.2   刀具半径补偿

5.2 数控车床的刀具补偿

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图 5.3 刀尖圆弧半径和理想刀尖点

图 5.4 刀尖圆弧半径对加工精度的影响

图 5.5 理想刀尖位置号

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5.2.3   刀具圆弧半径补偿的实现

5.2 数控车床的刀具补偿

G40(G41/G42) G01(G00) X Z FG40 ：取削刀尖圆弧半径补偿，也可用 T××00 取消刀补；G41 ：刀尖圆弧半径左补偿（左刀补）。顺着刀具运动方向看，刀具在工件左侧，如图（ a ）。G42 ：刀尖圆弧半径右补偿（右刀补）。顺着刀具运动方向看，刀具在工件右侧，如图（ b ）。

（ a ） （ b ）

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5.2.3   刀具圆弧半径补偿的实现5.2 数控车床的刀具补偿

1 、 G40 、 G41 、 G42 指令为模态指令， G40 为缺省值。要改变刀尖半径补偿方向，必须先用 G40 指令解除原来的左刀补或右刀补状态。 2 、 G40 、 G41 、 G42 指令不能与G02 、 G03 、 G71 、 G72 、 G73 、 G76 指令出现在同一程序段。 G01 程序段有倒角控制功能时也不能进行刀具补偿。 3 、当刀具磨损、重新刃磨或更换新刀具后，刀尖半径发生变化，这时只需在刀具偏置输入界面中改变刀具参数的R 值，而不需修改已编好的加工程序。 4 、可以用同一把刀尖半径为 R 的刀具按相同的编程轨迹分别进行粗、精加工。设精加工余量为△，则粗加工的刀具半径补偿量为 R △＋ ，精加工的补偿量为 R 。

例：车削如图所示工件。毛坯为锻件，用一把 90° 偏刀分粗、精车两次进给，已知刀尖圆弧半径 R ＝ 0.2mm ，精车余量△＝ 0.3mm 。

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5.2.3   刀具圆弧半径补偿的实现5.2 数控车床的刀具补偿

O0100 主程序N10 G90 G92 X60 Z80N20 M03 N30 M06 T0101N40 M98 P0111N50 T0100 N60 M06 T0102N70 M98 P0111 L1 N80 T0100 N90 M05N100 M02

O0111 子程序 N120 G01 Z40 N130 X40 Z15 N140 Z0 N150 G40 G00 X60 Z80 N160 M99

1 、内 ( 外 ) 径切削循环 G80 5.3.1   简单固定循环

5.3 固定循环

(1) 圆柱面内 ( 外 ) 径切削循环程序段格式为：G80 X Z F

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(2) 圆锥面内 ( 外 ) 径切削循环程序段格式为：G80 X Z I F I 值为切削起点 B 与切削终点C 的 X 坐标值之差（半径值）。

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1 、内 ( 外 ) 径切削循环 G80 5.3.1   简单固定循环

5.3 固定循环

例：如图所示，用 G80 指令编程，毛坯直径 ф34 ，工件直径 ф24 ，分三次车削。用绝对值编程。

O080 N05 M03 S400N10 G90 G92 X60 Z80N15 G00 X40 Z60N20 G80 X30 Z20 N30 G80 X27 Z20 N40 G80 X24 Z20 N50 G00 X60 Z80 N60 M02

2 、端面切削循环 G81 5.3.1   简单固定循环

5.3 固定循环

(1) 端平面切削循环程序段格式为：G81 X Z F

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(2) 端锥面切削循环程序段格式为：G81 X Z K F K 值为切削起点 B 与切削终点C 的 X 坐标值之差（半径值）。

G81 与 G80 的区别只是切削方向的不同， G81 的切削方向是 X 轴方向，主要适用于 X 向进给量大于 Z向进给量的情况

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2 、端面切削循环 G81 5.3.1   简单固定循环

5.3 固定循环

例：如图所示，每次吃刀 2mm ，每次切削起点位距工件外圆面 5mm 。

O0081N10 G54 G90 G00 X60 Z45 M03N20 G81 X25 Z31.5 K-3.5 F100N30 X25 Z29.5 K-3.5N40 X25 Z27.5 K-3.5N50 X25 Z25.5 K-3.5N60 M05N70 M02

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1 、内 ( 外 ) 径粗车复合循环 G71 5.3.2   复合固定循环

5.3 固定循环

程序段格式如下：G71 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T 其中：△ d— 切削深度 (背吃刀量、每次切削量 ) ，半径值，无正负号，方向由矢量 AA′决定；e—每次退刀量，半径值，无正负；ns— 精加工路线中第一个程序段 (即图中AA′ 段 ) 的顺序号；nf-- 精加工路线中最后一个程序段 (即图中 BB′ 段 ) 的顺序号；△ u—X 方向精加工余量，直径编程时为△ u ，半径编程为△ u/2 ；△w—Z 方向精加工余量；

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1 、内 ( 外 ) 径粗车复合循环 G71 5.3.2   复合固定循环

5.3 固定循环

使用 G71 编程时的说明：(1)G71 程序段本身不进行精加工，粗加工是按后续程序段 ns ～ nf 给定的精加工编程轨迹 A→A′→B→B′ ，沿平行于 Z 轴方向进行。(2)G71 程序段不能省略除 F 、 S 、 T 以外的地址符。 G71 程序段中的F 、 S 、 T 只 在 循 环 时 有效， 精 加 工 时处于 ns 到 nf 程 序 段 之间的F 、 S 、 T有效。(3) 循环中的第一个程序段 ( 即 ns 段 ) 必须包含 G00 或 G01 指令，即A→A′ 的动作必须是直线或点定位运动，但不能有 Z 轴方向上的移动。(4) ns 到 nf 程序段中，不能包含有子程序。(5)G71 循环时可以进行刀具位置补偿，但不能进行刀尖半径补偿。因此在G71 指令前必须用 G40 取消原有的刀尖半径补偿。在 ns 到 nf 程序段中可以含有 G41 或 G42 指令，对精车轨迹进行刀尖半径补偿。

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1 、内 ( 外 ) 径粗车复合循环 G71 5.3.2   复合固定循环

5.3 固定循环

例：用 G71 指令编程。如图 5.13 所示，粗车背吃刀量△ d=3mm ，退刀量 e=1mm ， X 、 Z 轴方向精加工余量均为 0.3mm 。

O0071N10 G98 G92 X70 Z90 N20 M06 T0101N30 M03 S700N40 G00 X58 Z62N50 G71 U3 R1 P60 Q140 X0.3 Z0.3 F200N60 G41 G00 X13 Z62 F500N70 G01 X20 Z58.5N80 X20 Z43

N90 G03 X26 Z40 R3N100 G01 X31N110 X34 Z38.5N120 Z25N130 X50 Z15N140 Z-2N150 G00 X70 Y90 G40N160 M05N170 M02

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2 、端面粗车复合循环 G72 5.3.2   复合固定循环

5.3 固定循环

程序段格式如下：

G72 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S TN(ns) …………N(nf) …… G72 指令与 G71 指令的区别仅在于切削方向平行于 X轴，在 ns 程序段中不能有 X方向的移动指令，其它相同。

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3 、封闭轮廓复合循环 G73 5.3.2   复合固定循环

5.3 固定循环

程序段格式如下：

G73 U(△i) W(△k)R(d) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T

△i—X 轴方向粗车的总退刀量，半径值；△ k—Z 轴方向粗车的总退刀量；d— 粗车循环次数；其余同 G71 。在 ns 程序段可以有 X 、 Z 方向的移动。G73 适用于已初成形毛坯的粗加工。

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3 、封闭轮廓复合循环 G73 5.3.2   复合固定循环

5.3 固定循环

例：如图 5.16 所示工件。粗车分三次循环进给，每次背吃刀量为 3mm ， X 、 Z 轴方向的精加工余量为 0.3mm 。

O0073N10 G98 G92 X70 Z90N20 M03N30 G73 U9 W9 R3 P40 Q120 X0.3 Z0.3 F200N40 G00 X13 Z62 F500N50 G01 X20 Z58.5N60 Z43N70 G03 X26 Z40 R3N80 G01 X31N90 X34 Z38.5N100 Z25N110 X50 Z15

N120 Z0N130 G00 X70 Z90N140 M05N150 M02

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1 、螺纹切削 G32 5.3.3   螺纹切削循环

5.3 固定循环

程序段格式：G32 X(U) Z(W) R E P F使用 G32 指令能加工圆柱螺纹、锥螺纹和端面螺纹。程序段中地址 X 省略为圆柱螺纹车削，地址 Z 省略为端面螺纹车削，地址 X 、 Z都不省略为圆锥螺纹车削。 F 为螺纹导程。

注意：螺纹车削加工为成型车削，且切削进给量大，刀具强度较差，一般要求分数次进给加工。在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段 δ 和降速退刀段 δ′ ，以消除伺服滞后造成的螺距误差。

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1 、螺纹切削 G32 5.3.3   螺纹切削循环

5.3 固定循环

例：车削图 5.18 所示工件，车削 M16×1 的螺纹部分，螺纹大径为 ф16mm ，总背吃刀量为 0.65 mm ，三次进给背吃刀量（半径值）分别为 ap1=0.3mm 、 ap2=0.2mm 、 ap3=0.15mm ，进退刀段取 1=2mm 、 2 ＝ 1mm ，进刀方法为直进法。 O032N10 G90 G92 X30 Z2N20 M06 T0302N30 M03 S100N40 G00 X15.4N50 G32 Z 26 F1 N60 G00 X30N70 Z2N80 X15

N90 G32 Z-26 F1N100 G00 X30N110 Z2N120 X14.7 N130 G32 Z26 F1 N140 G00 X30N150 Z2N160 T0300N170 M05N180 M02

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2 、螺纹切削循环 G82 5.3.3   螺纹切削循环

5.3 固定循环

程序段格式：G82 X(U) Z(W) R E C P F 其中： C— 螺纹头数，为 0 或 1时切削单头螺纹；

程序段格式： G82 X(U) Z(W) I R E C P F 其中： I— 螺纹起点 B 与螺纹终点 C 的半径差。其符号为差的符号

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2 、螺纹切削循环 G82 5.3.3   螺纹切削循环

5.3 固定循环

例：车削图 5.18 所示工件，车削 M16×1 的螺纹部分，螺纹大径为 ф16mm ，总背吃刀量为 0.65 mm ，三次进给背吃刀量（半径值）分别为 ap1=0.3mm 、 ap2=0.2mm 、 ap3=0.15mm ，进退刀段取 1=2mm 、 2 ＝ 1mm ，进刀方法为直进法。

O0082N10 G90 G92 X30 Z2N20 M03N30 M06 T0302N40 G82 X15.4 Z-26 F1N50 G82 X15 Z-26 F1 N60 G82 X14.7 Z-26 F1

N70 T0300N80 M05N90 M02

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2 、螺纹切削循环 G82 5.3.3   螺纹切削循环

5.3 固定循环

例：车削如图所示圆锥螺纹。螺距为 3.5mm ，螺纹大径为16mm ，总背吃刀量为 3mm ，三次进给背吃刀量（半径值）均为1mm ，进退刀段取 1=3mm 、 2 ＝ 1.5mm ，进刀方法为直进法。用 G82 指令编程。

O0082N10 M06 T0303N20 M03N30 G82 G91 X-9 Z-44.5 I-12.5 F3.5N40 X-11 Z-44.5 I-12.5 F3.5N50 X-13 Z-44.5 I-12.5 F3.5

N60 T0300N70 M05N80 M02

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3 、螺纹车削复合循环 G76 5.3.3   螺纹切削循环

5.3 固定循环

程序段格式为：

G76C(c)R(r)E(e)A(a)X(x)Z(z)I(i)K(k)U(d)V( d△ min)Q(ap1)P(p)F(l)

c— 螺纹精加工次数r— 螺纹 Z 向退尾长度，e— 螺纹 X 向退尾长度a— 螺纹牙型角i— 螺纹两端的半径差k— 螺纹牙型高度（半径值）；d— 精加工余量；△ dmin—最小背吃刀量 ( 半径值 )

ap1— 第一次背吃刀量（半径值）；p— 主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角；l— 螺纹导程。

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5.3.3   螺纹切削循环 5.3 固定循环

例：车削如图所示工件的 M30×3.5 螺纹。取精加工次数 2 次，螺纹退尾长度为 7mm ，螺纹车刀刀尖角度 60° ，最小背吃刀量取0.1mm ，精加工余量取 0.3mm ，螺纹牙型高度为 2.3mm ，第一次背吃刀量取 0.6mm ，螺纹小径为 25.4mm 。前端倒角 2×45° 。

O0076N10 G92 X80 Z50N20 M03N30 M06 T0101N40 G90 G00 X22 Z2N50 G01 X30 Z-2 F100N60 Z-40N70 X34 N80 Z-55N90 G00 X80 Z50

N100 T0100N110 M06 T0202N120 G00 X45 Z10N130 G76 C2 R7 A60 X-24.6 Z-35 I0 K2.3 U0.3 V0.1 Q0.6 F3.5N140 G00 X80 Z50N150 T0200N160 M05N170 M02

3 、螺纹车削复合循环 G76

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5.4 数控车床加工编程实例 例 1 ：用 G71 和 G82 指令编写车削如图所示工件的加工程序。毛坯直径为ф28mm 。工件外圆分粗、精车，精车余量在 X 轴方向为 0.4mm （直径值），在 Z 轴方向为 0.1mm 。粗车时背吃刀量 1mm ，退刀量 0.7mm 。根据普通螺纹标准和加工工艺， M16 粗牙普通螺纹的大径尺寸为 15.8mm ，螺距为 2mm ，总背吃刀量 1.3mm （半径值），用高速钢螺纹车刀低速七次进给车削，背吃刀量（半径值）分别为ap1=0.4mm 、 ap2=ap3=ap4=0.2mm ， ap5=ap6=ap7=0.1mm ，进退刀段取 1=2mm 、 2=1mm 。1 号刀为 90° 外圆车刀，基准刀； 2 号刀为车槽刀，主切削刃宽 3mm ，左刀尖为刀位点； 3 号刀为 60° 螺纹车刀； 4 号刀为切断刀，主切削刃宽 3mm ，刀头长 30mm ，左刀尖为刀位点。 O0001

N10 G92 X70 Z30N20 M06 T0100 N30 M03 S500N40 G90 G00 X40 Z2N50 G01 X28 F200N60 G71 U1 R0.7 P70 Q130 X0.4 Z0.1 F150 N70 G01 X6.8 Z2N80 X15.8 Z-2.5 F100N90 X15.8 Z-28

N100 X24 Z-38N110 Z-48N120 G02 X24 Z-66 R15N130 G01 Z-80N140 G00 X70 Z30N150 M06 T0202N160 S200N170 G00 X30 Z-28N180 G01 X20 F300 N190 X12 F50N200 G04 X1

N210 G01 X12.8N220 X18.8 Z-25 N230 G00 X70 Z30N240 T0200N250 M06 T0303N260 S150N270 G00 X24 Z2N280 G82 X15 Z-26 F2 N290 X14.6 Z-26 F2N300 X14.2 Z-26 F2N310 X13.8 Z-26 F2

N320 X13.6 Z-26 F2N330 X13.4 Z-26 F2N340 X13.2 Z-26 F2N350 G00 X70 Z30N360 T0300 N370 M06 T0404 N380 S200N390 G00 X30 Z83 N400 G01 X-1 F50N410 G00 X30N420 G00 X70 Z30

N430 T0400 N440 M05N450 M02

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5.4 数控车床加工编程实例 例 2 ：完成如图 5.26 所示零件的加工。毛坯尺寸ф50×114 。 1．图纸分析

（ 1 ）加工内容：此零件加工包括车端面，外圆，倒角，圆弧，螺纹，槽等。（ 2 ）工件坐标系：该零件加工需调头，从图纸上尺寸标注分析应设置 2个坐标系，2个工件零点均定于装夹后的右端面（精加工面）*装夹ф50 外圆，平端面，对刀，设置第 1个工件原点。此端面做精加工面，以后不再加工。* 调头装夹ф48 外圆，平端面，测量总长度，设置第 2个工件原点（设在精加工端面上）（ 3 ）换刀点：（ 120 ， 200 ）（ 4 ）公差处理：尺寸公差取中值。

2．工艺处理 （ 1 ）工步和走刀路线的确定：·装夹 ф50 外圆表面，探出 65mm, 粗加 工 零 件 左 侧 外 轮 廓 ： 2×45° 倒角， ф48 外圆， R20 ， R16 ， R10 圆弧。*精加工上述轮廓。* 手工钻孔，孔深至尺寸要求。*粗加工孔内轮廓。*精加工孔内轮廓。* 调头装夹 ф48 外圆，粗加工零件右侧外轮廓： 2×45° 倒角，螺纹外圆， ф36端面，锥面， ф48 外圆到圆弧面。*精加工上述轮廓。*切槽。*螺纹加工。（ 2 ）刀具的选择和切削用量的确定

2．刀具确定 T0101—— 外 轮 廓 粗 加 工 ： 刀 尖 圆 弧 半 径0.8mm, 切深 2mm ，主轴转速 800r/min, 进给速度 150mm/min 。T0202—— 外 轮 廓 精 加 工 ： 刀 尖 圆 弧 半 径0.8mm, 切深 0.5mm ，主轴转速 1500r/min,进给速度 80mm/min 。T0303—— 切槽：刀宽 4mm ，主轴转速 450r/min, 进给速度 20mm/min 。T0404—— 加工螺纹：刀尖角 60° ，主轴转速 400r/min, 进给速度 2mm/r （螺距）。T0505—— 钻孔：钻头直径 16mm ，主轴转速 450r/min 。T0606—— 内 轮 廓 粗 加 工 ： 刀 尖 圆 弧 半 径0.8mm, 切深 1mm ，主轴转速 500r/min, 进给速度 100mm/min 。T0707—— 内 轮 廓 精 加 工 ： 刀 尖 圆 弧 半 径0.8mm, 切深 0.4mm ，主轴转速 800r/min,进给速度 60mm/min 。

2．数值计算 未知点坐标计算：P1(40.7,-33.52),P2(42.95,-53.36)螺纹尺寸计算：螺纹外圆＝ 32-0.2=31.84．编程设经对刀后刀尖点位于（ 120 ， 200 ），加工前各把刀已经完成对刀。装夹 ф50 外圆，探出 65mm ，手动平端面。 %0001N10 T0101 M03 S800 G00 X60 Z30 G01 X51 Z5 F150 G71 U2 R2 P20 Q30 X0.5 Z0.1 F150 G00 X120 Z200 T0202 M03 S1500 N20 G00 X40 Z2 G01 X47.985 Z-2 F80 Z-22

G03 X40.7 Z-33.52 R20 F60 G02 X42.95 Z-53.36 R16N30 G03 X48 Z-60 R10 G00 X120 Z200 M05 M02 %0002N10 T0606 M03 S500 G00 X15 Z10 G71 U1 R1 P20 Q30 X-0.4 Z0.1 F100 G00 Z200 X120 T0707 M03 S800 N20 G00 X36.015 Z2 G01 Z-10 F60 X20.015 Z-28 Z-45

N30 X15 G00 Z200 X120 M05 M02 %0003 N10 T0101 M03 S800 G00 X60 Z30 G01 X51 Z5 F150 G71 U2 R2 P20 Q30 X0.5 Z0.1 F150 G00 X120 Z200 T0202 M03 S1500N20 G00 X23.8 Z2 G01 X31.8 Z-2 F80 Z-30 X47.985 Z-42

N30 Z-53 G00 X120 Z200 T0303 M03 S450 N40 G00 X38 Z-30 G01 X28 F20 G04 X4 G01 X38 G00 X120 Z200 T0404 M03 S400 N50 G00 X38 Z5 G82 X31.2 Z-27 F2 G82 X30.6 Z-27 F2 G82 X30.2 Z-27 F2 G82 X29.9 Z-27 F2 G82 X29.835 Z-27 F2 G00 X120 Z200 M05 M02