数控车床加工程序的编制及实例分析

[内容摘要] 本文通过对数控车床加工程序的分类，掌握合适的编程方法，并对零件

图样进行合理的分析，确定合理的走刀路线，合理调用G命令和安排“回零”路线，合理选择切削用量。并通过实例分析掌握常见零件加工程序的编制。学会编程中细节问题的处理。

[关键词] 数控车床 程序 精加工 刀补

数控车床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控车床的发展与普及，利用数控车床来加工零件变得越来越普遍。在数控车削中，程序贯穿整个零件的加工过程。由于每个人的加工方法不同，编制加工程序也各不相同，但最终的目的是为了提高数控车床的生产效率，因此对于选择最合理的加工路线显得尤为重要。 一、 编程方法分类

数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用

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自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。 二、 零件图样分析

零件图样分析是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的编制及加工结果。主要包括以下几项内容：

（1）分析加工轮廓的几何条件：主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。

（2）分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。

（3）分析形状和位置公差要求：对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。在车削中，如沿Z坐标轴运动的方向与其主轴轴线不平形时，则无法保证圆柱度这一形状公差要求；又如沿X坐标轴运动的方向与其主轴轴线不垂直时，则无法保证垂直度这一位置公差要求。因此，进行编程前要考虑进行技术处理的有关方案。 （4）分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。 三、 确定合理的走刀路线，并使其最短

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确定走刀路线的工作是加工程序编制的重点，由于精加工切削程序走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此主要内容是确定粗加工及空行程的走刀路线。走刀路线泛指刀具从对刀点开始运动起，直到返回该点并结束加工程序所经过的路径。包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。使走刀路线最短可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损。 四、 合理调用G命令使程序段最少

按照每个单独的几何要素(即直线、斜线和圆弧等)分别编制出相应的加工程序，其构成加工程序的各条程序即程序段。在加工程序的编制工作中，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少出错的几率及提高编程工作的效率。粗车时可采用复合循环命令G71进行编程，大大缩短编程时间。而在螺纹加工时可采用螺纹切削复合循环G76同样可令程序简短，而且G76比G32更方便从而节约时间。 五、合理安排“回零”路线

在编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”指令（即返回对刀点），使其全返回对刀点位置，然后在执行后续程序。这样会增加走刀距离，降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即满足走刀路线最短的要求。

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六、 合理选择切削用量

数控车削中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动大小的重要参数，包括切削深度、主轴转速、进给速度。它们的选择与普车所要求的基本对应一致，但数控车床加工的零件往往较复杂，切削用量按一定的原则初定后，还应结合零件实际加工情况随时进行调整，调整方法是利用数控车床的操作面板上各种倍率开关，随时进行调整，来实现切削用量的合理配置，这对操作者来说应该具有一定的实际生产加工经验。 七、 编程中细节问题处理 1、注意G04的合理使用

G04为暂停指令，其作用是刀具在一个指令的时间内暂停止加工。该指令由于不做实际的切削运动，常常被忽略。但它在对于保证加工精度及在切槽、钻孔改变运动等方面都有很好的好处，常用于以下几种情况： （1）切槽、钻孔时为了保证槽底、孔底的的尺寸及粗糙度应设置G04命令。

（2）当运行方向改变较大时，应在该改变运行方向指令间设置G04命令。

（3）当运行速度变化很大时应在其运行指令改变时设置 G04命令。 （4）利用G04进行断削处理，根据粗加工的切削要求，可对以连续运动轨迹进行分段加工安排，每相邻加工段中间用G04指令将其隔开。加工时，刀具每进给一段后，即安排所设定较短的延时时间（0.5秒）实施暂停，紧

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接着在进给一段，直至加工结束。其分段数的多少，视断削要求而定，当断削不够理想时，要增加分段数。 2、粗精加工分开编程

为了提高零件的精度并保证生产效率，车削工件轮廓的最后一刀，通常由精车刀来连续加工完成，因此，粗精加工应分开编程。并且，刀具的进、退位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿，以免因切削力的突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接的轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。

3、编程时常取零件要求尺寸的中值作为编程尺寸依据。如果遇到比机床所规定的最小编程单位还要小的数值时，应尽量向其最大实体尺寸靠拢并圆整。如图纸尺寸为Ø 80 +0.026则编程时写X80.013。

4、编程时尽量符合各点重合的原则。也就是说，编程的原点要和设计的基准、对刀点的位置尽量重合起来，减少由于基准不重合所带来的加工误差。在很多情况下，若图样上的尺寸基准与编程所需要的尺寸基准不一致，故应首先将图样上的各个基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。当需要掌握控制某些重要尺寸的允许变动量时，还要通过尺寸链解算才能得到，然后才可进行下一步编程工作。

5、巧利用切断刀倒角。对切断面带一倒角的零件，在批量车削加工中比较普遍，为了便于切断并避免掉头倒角，可巧利用切断刀同时完成车倒角和

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切断两个工序，效果较好。同时切刀有两个刀尖，在编程中要注意使用哪个刀尖及刀宽问题，防止对刀加工时出错。 八、 编程实例分析 1、编程步骤

拿到一张零件图纸后，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或切点）的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。 2、实例分析

数控车床主要是加工回转体零件，典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。例如，要加工形状如图所示的零件，采用手工编程方法比较合适。以世纪星车床数控系统（HNC-21/22T）为例，进行如下操作。

材质：铝材 尺寸：Φ45mm×110mm 数量：1件

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（1）确定加工路线

按先主后次，先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令G71对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，最后加工螺纹。然后掉头加工，先粗加工，然后精加工，最后切槽。 （2）装夹方法和对刀点的选择

采用三爪自定心卡盘自定心夹紧，对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。 (3)选择刀具

根据加工要求，选用三把刀，1号为93º外圆车刀，3号为切槽刀，4号为车螺纹刀。采用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。 (4)确定切削用量

车外圆，粗车主轴转速为800r/min，进给速度为F100，精车主轴转速为1000r/min，进给速度为F80，切槽和车螺纹时，主轴转速为300r/min。进给速度为F20。

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(5)程序编制

确定轴心线与右端面中点为编程原点，零件的加工程序如下

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N10 M03 S800

N20 T0101 (93º外圆车刀) N30 M08 （冷却液开） N40 G00X47Z5

N50 G71U1.0R1.0P90Q140X0.3Z0.1F100 （循环加工指令） N60 G00X100Z200

N70 M03 S1000 （精加工加速） N80 G00X47Z5

N90 G00G42X24Z1 （加入刀尖圆弧半径补偿） N100 G01X29.8Z-1.9F80 N110 Z-20 N120 X40 N130 Z-40

N140 G02X40Z-60R15F80 N150 G01X45F120

N160 G00G40X100Z200 （取消刀尖圆弧半径补偿） N170 M09 （冷却液关） N180 M05 （主轴停转） N190 M00 （调整刀补）

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N200 T0303 （4mm切槽刀） N210 M03 S300

N220 M08 （冷却液开） N230 G00X45Z-20 N240 G01X26F20

N250 G04X0.5 （停0.5秒光整槽底） N260 G01X45F300 N270 G00X100Z200

N280 M09 （冷却液关） N290 M05 （主轴停转） N300 M00 （调整刀补） N310 T0404 （普通螺纹车刀） N320 M03 S300

N330 M08 （冷却液开） N340 G00X29.8Z2

N350 G76C4A60X27.402Z-17K1.299U0.1V0.1Q0.4F2 N360 G00X100Z200 N370 M09 （冷却液关） N380 M30 （结束） O0002

（掉头加工）

N10 T0101 (93º外圆车刀) N20 M03 S800

N30 M08 （冷却液开）

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（螺纹加工复合循环） N40 G00X47Z5

N50 G71U1.0R1.0P90Q110X0.3Z0.1F100 （循环加工指令） N60 G00x100Z150

N70 M03 S1000 （精加工加速） N80 G00X0Z5 N90 G01X0Z0F120 N100 G01X40 N110 Z-42

N120 G00X100Z150 N130 M09 （冷却液关） N140 M05 （主轴停转）

N150 M00 （调整刀补） N160 T0303 （4mm切槽刀）N170 M03 S300

N180 M08 （冷却液开） N190 G00X42Z-24 N200 G01X34F20 N210 X42F200 N220 Z-22 N230 G01X34F20 N240 X42F200 N250 Z-20 N260 G01X34F20 N270 Z-24

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N280 X42F200 N290 G00X100Z150 N300 M09 （冷却液关） N310 M30 （结束）

九、小结

总之，数控车床的编程总原则是先粗后精、先进后远、先内后外、程序段最少、走刀路线最短，这就要求我们在编程时，特别注意理论联系实际，并在大量的实践中，对所学的知识进行验证或修正，做到编制的程序最实用。本文虽然只对一例数控车床加工零件进行了编程分析，但它具

有一定的代表性。由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。

[参考文献]

1、《数控车工（中、高级）》 浙江省职业技能鉴定中心

组织编写 2005 浙江省劳动和社会保障厅

2、《数控机床加工技术》 孙建东 袁锋 高等教育出版社2006

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