一、任务引入
加工如图4-2-1 所示零件，毛坯选用φ40 mm×60 mm 的铝棒，试编写其FANUC 系统数控车床加工程序并进行加工。
图4-2-1 单台阶零件加工
二、相关知识
1.F、S、T 指令功能
（1）进给量指令F
F 指令具有指定刀具相对于工件运动速度的功能，称为进给功能，由地址符F 及后面的一组数字组成。根据加工的需要，进给功能分为每分钟进给和每转进给两种，并以其对应的功能字进行转换。
①每分钟进给。直线运动的单位为毫米/分钟（mm/min）。数控车床FANUC 系统每分钟进给通过准备功能字G98 来指定，其值为大于0 的常数。
例：G98 G01 X20 F100； （进给速度为100 mm／min）
②每转进给。如在加工米制螺纹过程中，常使用每转进给来指定进给速度（该进给速度即表示螺纹的螺距或导程），其单位为毫米/转（mm·r-1），通过准备功能字G99 来指定。
例：G99 G01 Z-50F0.2； （进给速度为0.2 mm·r-1）
在编程时，进给速度不允许用负值来表示，一般也不允许用F0 来控制进给停止。但在除螺纹加工的实际操作过程中，均可通过操作机床面板上的进给倍率旋钮来对进给速度值进行实时修正。这时，通过倍率开关，可以将其进给速度的值变为0。
在工厂的实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查表的方式来进行选取。常用硬质合金或涂镀硬质合金刀具切削不同材料时的切削用量推荐值见表4-2-1。
表4-2-1 硬质合金或涂镀硬质合金刀具切削用量的推荐值
注：当进行切深进给时，进给量取表4-2-1 中相应取值的一半；
数控车床通常选用每转进给量，而数控铣床、加工中心通常选用每分钟进给量。
（2）主轴转速指令S
用S 指令控制主轴转速的功能称为主轴功能，S 指令由地址符S 及其后面的一组数字组成。根据加工的需要，主轴的转速分为线速度v 和转速n 两种。
转速n 的单位是转/分钟（r·min-1），用准备功能G97 来指定，其值为大于0 的常数。
例：G97 S1000；（主轴转速为1 000 r·min-1）
在加工中为了保证工件的表面质量，主轴需要满足其线速度恒定不变的要求而自动实时调整转速，这种功能即称为恒线速度。线速度v 的单位为米/分钟（m/min），用准备功能G96 来指定。
例：G96 S100；（主轴恒线速度为100 m／min）
如图4-2-2 所示，线速度v 与转速n 之间可以相互换算，其换算关系为式（4-2-1）。
图4-2-2 线速度与转速的关系
式中：v为线速度，m/min；
D为刀具直径，mm；
n为主轴转速，r·min-1。
例：G96 S150；（切削点线速度控制在150 m／min）
对图4-2-2 中所示的零件，为保持A、B、C 各点的线速度在150 m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：
A：nA=1 000 ×150 ÷ （π×40）=1 193 （r·min-1）
B：nB=1 000 ×150 ÷ （π×60）=795 （r·min-1）
C：nC=1 000 ×150 ÷ （π×70）=682 （r·min-1）
在编程时，主轴转速不允许用负值来表示，但允许用S0 使转动停止。在实际操作过程中，可通过机床操作面板上的主轴倍率旋钮来对主轴转速值进行修正，其调整范围一般为50%～120%。
（3）刀具指令T
T 表示刀具地址符，后跟4 位数字，前两位数表示刀具号，后两位数表示刀具补偿号，通过刀具补偿号调用刀具数据库内刀具补偿参数。
刀具号与刀具补偿号可以相同，也可以不同，如T0101 表示选1 号刀具并执行1 号刀补；T0102 则表示选1 号刀具并选2 号刀具补偿号中的补偿值。FANUC 数控系统及部分国产系统数控车床大多采用Txxxx 的指令格式。
2.M 指令功能
辅助功能又称M 功能或M 指令，它由地址符M 和后面的两位数字组成，从M00～M99共100 种。辅助功能主要控制机床或系统的各种辅助动作，如机床/系统的电源开、关，切削液的开、关，主轴的正、反、停及程序的结束等，在进行数控编程时，一定要严格按照机床说明书的规定进行。
在同一程序段中，既有M 指令又有其他指令时，M 指令与其他指令执行的先后次序由机床系统参数设定，因此，为保证程序以正确的次序执行，有很多M 指令如M30、M02、M98 等最好以单独的程序段进行编程。
不同的机床生产厂家对部分M 指令定义了不同的功能，但对于多数常用的M 指令，在所有机床上都具有通用性，这些常用的M 指令可参见上节内容。
3.G 指令功能
（1）快速进给指令G00
1）指令格式
G00 X_Z_；
其中，X_Z_为刀具目标点坐标，当使用增量方式时，X_Z_为目标点相对于起始点的增量坐标，不运动的坐标可以不写。G00 轨迹实例如图4-2-3 所示。
例：G00 X30 Z10；
2）指令说明
G00 不用来指定移动速度，其移动速度由机床系统参数设定。在实际操作时，也能通过机床面板上的按钮“F0”“F25”“F50”和“F100”对G00 移动速度进行调节。
快速移动的轨迹通常为折线形轨迹，如图4-2-3 所示，图中快速移动轨迹OA 和BD 的程序段如下所示：
图4-2-3 G00 轨迹实例
OA：G00 X20 Z30；
BD：G00 X60 Z0；
对于OA 程序段，刀具在移动过程中先在X 轴和Z 轴方向移动相同的增量，即图中的OB 轨迹，然后再从B 点移动至A 点。同样，对于BD 程序段，则由轨迹BC 和CD 组成。
由于G00 的轨迹通常为折线形轨迹，因此，要特别注意采用G00 方式进、退刀时刀具相对于工件、夹具所处的位置，以避免在进、退刀过程中刀具与工件、夹具等发生碰撞。
（2）直线插补指令G01
1）指令格式
G01 X_Z_F_；
其中，X_Z_为刀具目标点坐标，当使用增量方式时，X_Z_为目标点相对于起始点的增量坐标，不运动的坐标可以不写；F_为刀具切削进给的进给速度。
例：G01 X40 Z0 F0.2；（图4-2-4 中切削运动轨迹CD 的程序段）
2）指令说明
G01 指令是直线运动指令，它命令刀具在两坐标轴间以插补联动的方式按指定的进给速度作任意斜率的直线运动。因此，执行G01 指令的刀具轨迹是直线形轨迹，它是连接起点和终点的一条直线，如图4-2-4 所示。
图4-2-4 G01 轨迹实例
在G01 程序段中必须含有F 指令。如果在G01 程序段中没有F 指令，而在G01 程序段前也没有指定F 指令，则机床不运动，有的系统还会出现系统报警。
三、任务实施
1.编程准备
（1）分析零件图样
本任务加工内容较为简单，主要内容为台阶面的切削加工，加工后零件的尺寸精度为0～-0.03 mm，表面粗糙度达Ra3.2 μm。
本例工件的编程较为简单，只需掌握数控编程规则、常用指令的指令格式等理论知识及简单的G00 及G01 指令即可完成编程。
（2）选择数控机床
本任务选用的机床为CKA6150 型FANUC 0i 系统数控车床。
（3）选择刀具、切削用量及夹具
加工本例工件时，选择如图4-2-5 所示95°外圆车刀（又称95°正偏刀，刀片材料为硬质合金）进行加工，采用三爪自定心卡盘进行装夹。切削用量推荐值如下：切削速度n=750 r·min-1；进给量f=0.1～0.2 mm·r-1；背吃刀量ap=1～3 mm。
图4-2-5 95°外圆车刀
2.编写数控加工工艺
编写数控加工工艺方案，填写数据加工工序卡如表4-2-2 所示。
3.编写加工程序(www.xing528.com)
（1）选择编程原点
如图4-2-6 所示，选择工件右端面的中心作为工件编程原点。
表4-2-2 单台阶零件数控加工工序卡
（2）设计加工路线
加工本例工件时，刀具的运动轨迹如图4-2-6 所示（S-A-O-S-B-C-D-S-E-F-D），S为起刀点。
图4-2-6 单台阶零件加工路线
（3）编制数控加工程序
采用基本编程指令编写的数控车床加工程序见表4-2-3。
表4-2-3 单台阶零件数控加工程序
续表
注意：
编程完毕后，根据所编写的程序手工绘出刀具在平面XZ 内的轨迹，以验证程序的正确性。另外，编程时应注意模态代码的合理使用。
①考虑进刀的安全性，起刀点位置在径向比毛坯直径大1～2 mm、轴向距端面1～5 mm处，初学时取较大值。
②为防止过切并减少毛刺及锐边的产生，考虑沿切线方向切入工件，切入点M 位置取在距右端面1～2 mm 处。
③考虑退刀的安全性以及减少毛刺及锐边的产生，切出点位置应在径向比毛坯直径略大处。
④加工轨迹中，虚线表示快速移动，用快速点定位指令G00；实线表示切削进给，用直线插补指令G01。
4.程序调试与校验
数控车床操作的加工步骤为开机、安装工件、输入程序、轨迹检查、对刀、参数设置、自动加工、零件尺寸测量。
（1）FANUC 开机操作
①打开机床侧面总电源ON；
②打开系统面板电源（绿色）；
③旋开急停按钮（顺时针）。
（2）机床挂挡
①工作方式选择“MDI”；
②输入“M03 S750；”；
③按下“启动”键循环启动；
④按复位键“RESET”停转。
（3）试运行
①按下“手摇”，打开脉冲，用按键转换方向，移动-Z、＋Z、-X、＋X （注意：X、Z 不要撞及软硬限位）；
②按下“手动（Jog）”状态，移动-Z、＋Z、-X、＋X （同样注意：X、Z 不要撞及软硬限位），在手动方式下按下快速“
”键后，再按下移动键则可以快速移动机床刀具。
（4）程序的输入、修改及模拟
1）程序的输入
将编制好的工件加工程序输入到数控系统中去，以实现数控车床对工件的自动加工。程序的输入方法有两种：一种是通过MDI 键盘手动输入，另一种是自动输入。使用MDI 键盘输入程序按下面步骤进行：
①工作方式选择“编辑”方式；
②按“PROGRAM”键，用MDI 键盘上的“地址/数字”键，输入程序号地址O，再输入程序号数字xxxx，按“INSERT”键，程序名被输入；
③按“
”键，再按“INSERT”键，则程序结束符号“；”被输入；
④用手动数据输入方法依次输入各程序段，每输入一个程序段后，按“
”键，再按“INSERT”键，直到完成全部程序段的输入。自动输入程序的方法，主要是通过车床上的输入/输出通讯接口，操作数控局部网络系统，把计算机中存储的程序自动送入到车床数控系统的存储器中。
2）程序的修改
对程序的输入或检查中发现的错误必须进行修改，具体操作步骤介绍如下：
①工作方式选择“编辑”方式；
②按“PROG”键，用手动数据输入方法输入被修改程序的程序名，按“移动光标”键“↓”后，CRT 屏幕显示存储器中被修改的程序；
③按“移动光标”键“↓”后，在当前的页面移动光标到要编辑的位置，若后面的页面有要修改编辑的地方，可按“翻页”键，再移动光标到要编辑的位置；
④将光标移到要更改的字符下面，使用“地址/数字”键，输入要更正的新字符后，按“ALTER”键即可完成错误字符的修改；若在两个字符之间插入新的字符，则将光标移到第1 个字符的下面，使用“地址/数字”键，输入要插入的新字符后，按“INSERT”键，即可完成字符的插入；若将光标移到要删除的字符下面，按“DELETE”键即可完成字符的删除。
3）程序的模拟
选择AUTO 方式，按下“机床锁住”“Z 轴锁住”与“空运行”按键，选择加工程序后，光标放在程序名上，按下操作面板上的启动按键（绿色），即可查看图形界面。
（5）对刀参数输入
1）刀具参数清零
对于“OFF SET SETTING”键按第一次进入坐标设置页面，按第二次进入刀具补偿参数页面。进入不同的页面以后，可用“PAGE”按键切换。具体步骤为：“PAGE”按键→坐标系“EXT”等→X、Z 按“0”“INPUT”→“形状”“磨耗”→X、Z 按“0”“INPUT”。
2）Z 轴方向的对刀（车削端面）
①按“MDI”键→M03 S800；T0101；→按“启动”键。
②按“手摇”键→（ ×10/选择轴）逼近工件端面外5 mm 处→车刀（ ×10）Z 轴负方向轻碰端面→选择X 轴×10→车刀X 轴正方向退刀。
③“OFF SET SETTING”键→按第一次进入坐标设置页面，按第二次进入刀具补偿参数页面→选择坐标系→工件坐标系设定→光标放在（EXT）Z 处→输入Z0→测量（扩展键）→判断按“POS”键→Z0。
3）X 轴方向的对刀（车削外圆）
①按“手摇”键→（ ×10/选择轴）车刀轻碰工件外圆（或者试车一刀）→选择Z 轴×10：车刀Z 轴正方向退出5～10 mm→按“RESET”键复位停车→测量：游标卡尺和千分尺配套使用→细心读出：直径值。
②按系统面板上的“OFF SET SETTING”→补正→形状→番号→G01 （当前刀号）X→光标放在此处→输入X39.85→测量（X39.85 是测量数据）。
4）检验坐标
①手动或手摇→（ ×100）刀具离开工件至安全位置。
②按“MDI”键→输入当前刀号T0101→按“启动”键。
③按“手摇”键→（ ×10）→车刀逼近工件。
④在MDI 面板上按“POS”键→观察主页面绝对坐标与刀具位置是否一致。
⑤判断对刀是否正确。
（6）运行加工程序
①选择AUTO 方式，选择加工程序后，按下操作面板上的启动键（ST，绿色）后加工程序即开始运行。
②运行中可按下程序暂停键“SP”使程序暂停运行，按下启动键“ST”后程序继续执行。程序运行过程中如方式选择开关换到其他方式，程序暂停运行，当重新进入自动方式后按启动键“ST”后继续执行暂停运行的程序。
③在程序运行过程中如需中断执行，可按系统面板上的复位键“RESET”，程序中断并返回程序头，主轴和冷却泵也将停止。
④在程序运行过程中如需暂停程序并停止主轴，可先按下暂停键“SP”后，切换方式选择开关到手动方式，按主轴手动操作键停止主轴，完成后可用手动操作键重新启动主轴，切换方式选择开关置于自动MEM 方式，用启动键“SP”继续执行加工程序。
⑤对新编写的加工程序，可选择“单段”键（SBK）进行逐段执行加工程序，减少并提前发现编程或设定的错误。
（7）关机操作
①选择工作方式为“手动”状态；
②按下＋Z，将刀架运动至导轨尾部，靠近尾座，按下＋X 至床身平齐；
③按下“急停”按键；
④关“系统停止”电源；
⑤关侧面总电源“OFF”。
四、加工练习
加工如图4-2-7 所示零件，毛坯选用φ40 mm×60 mm 的45 钢，试编写其FANUC 系统数控车床加工程序并进行加工。
图4-2-7 台阶零件
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