数控车床的程序编制.doc

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第3章 数控车床的程序编制 数控车床主要用来对旋转体零件进行车削、镗削、钻削、铰削、攻丝等工序的加工。一般能自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、圆柱螺纹、槽及端面等工序的切削加工。 现代数控车床都具有X、Z两轴的联动功能、刀具位置和刀尖圆弧半径的补偿功能、以及加工固定循环功能。 3.1 数控车床的结构 一、数控车床简介 数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。 立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件的车削加工。 卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。 卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心 1经济型数控车床 采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。 成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。 (见图） 2普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。 数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。 （见图） 3车削加工中心 在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。 由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。 数控车床的组成 数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和辅助系统等 二、液压卡盘和液压尾架 液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。 对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。 三、数控车床的刀架 数控车床可以配备两种刀架： 1专用刀架 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。 2通用刀架 根据一定的通用标准(如VDI，德国工程师协会)而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。 （见图) 四、铣削动力头 数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。 如：利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。 五、数控车床的刀具 在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。 数控车床上常用的刀具如图4.2所示。 4.2 数控车床编程 4.2.1 数控车床编程基础 1. 公制（米制）与英制编程 数控车床使用的长度单位量纲有公制（米制）和英制两种，由专用的指令代码设定长度单位量纲，如FANUC-0TC系统用G20表示使用英制单位量纲，G21表示使用公制（米制）单位量纲。 系统通电开机后，机床自动处于公制尺寸状态。 2. 直径编程和半径编程 (1)直径编程 采用直径编程时，数控程序中X轴的坐标值即为零件图上的直径值。 (2)半径编程 采用半径编程，数控程序中X轴的坐标值为零件图上的半径值。 考虑使用上的方便，一般采用直径编程。 CNC系统缺省的编程方式为直径编程。 图4.3 数控车削编程分类 A:(30.0,80.0)，B:(40.0,60.0) ；A：(15.0,800)，B：(20.0,60.0) 3 车床的前置刀架与后置刀架 数控车床刀架布置有两种形式：如图4.4所示 （1）前置刀架。前置刀架位于Z轴的前面，与传统卧式车床刀架的布置形式一样，刀架导轨为水平导轨，使用四工位电动刀架； （2）后置刀架。后置刀架位于Z轴的后面，刀架的导轨位置与正平面倾斜，这样的结构形式便于观察刀具的切削过程、切屑容易排除、后置空间大，可以设计更多工位的刀架，一般多功能的数控车床都设计为后置刀架。 4刀尖半径补偿 在数控车削编程中为了编程方便，把刀尖看作为一个尖点，数控程序中刀具的运动轨迹即为该假想尖点的运动轨迹。（图4.5） 数控系统中引入了刀尖半径补偿: 在数控程序编写完成后，将已知刀尖半径值输入刀具补偿表中，程序运行时数控系统会自动根据对应刀尖半径值对刀具的实际运动轨迹进行补偿。 数控加工中一般都使用可转位刀片，每种刀片的刀尖圆角半径是一定的，选定了刀片的型号，对应刀片的刀尖圆角半径值即可确定。 图4.5 假想刀尖与刀尖半径 5. 数控机床的初始状态 初始状态: 指数控机床通电后具有的状态，也称为数控系统内部默认的状态， 一般设定绝对坐标方式编程、使用米制长度单位量纲、取消刀具补偿、主轴和切削液泵停止工作等状态作为数控机床的初始状态。 4.2.2数控车床基本指令一、常用编程指令的应用 车削加工编程一般包含X和Z坐标运动及绕Z轴旋转的转角坐标C 。 1快速定位(G00或G0) 刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的目标位置。 指令格式：G00 X(U) Z(W) ； 2直线插补(G01或G1) 刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。 指令格式：G01 X(U) Z(W) F ； G00 X40.0 Z56.0； / 绝对坐标，直径编程 G00 U-60.0 W-30.5； /增量坐标，直径编程 G01 X40.0 Z20.0 F0.2； / 绝对坐标，直径编程，切削进给率0.2mm/r G01 U20.0 W-25.9 F0.2；/增量坐标，直径编程，切削进给率0.2mmr G00 X40.0 Z56.0； G01 X40.0 Z20.1 F0.2； / 绝对坐标，直径编程 / 绝对坐标，直径编程，切削进给率0.2mm/r G00 U-60.0 W-30.5； G01 U20 G01 U20.0 W-25.9 F0.2； /增量坐标，直径编程 /增量坐标，直径编程，切削进给率0.2mmr 3圆弧插补(G02或G2，G03或G3) (1)指令格式: G02 X(U)_Z(W)_I_K_F_ ； G02 X(U) Z(W) R F ； G03 X(U)_Z(W)_I_K_F_ ； G03 X(U) Z(W) R F ； (2)指令功能: G02、G03指令表示刀具以进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补。 (3)指令说明: G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。圆弧的顺、逆方向判断见图4.6左图，朝着与圆弧所在平面相垂直的坐标轴的负方向看，顺时针为G02，逆时针为G03，图4.6右图分别表示了车床前置刀架和后置刀架对圆弧顺与逆方向的判断； (a) (b) 图4.6 圆弧的顺逆方向 2）如图4.7，采用绝对坐标编程，X、Z为圆弧终点坐标值；采用增量坐标编程，U、W为圆弧终点相对圆弧起点的坐标增量，R是圆弧半径，当圆弧所对圆心角为0180时，取正值；当圆心角为180360时，R取负值。I、K为 圆心在X、Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量（用半径值表示），I、K为零时可以省略。G02 X50.0 Z30.0 I25.0 F0.3； G02 U20.0 W-20.0 I25.0 F0.3； G02 X50.Z30.0 R25.0 F0.3； G02 U20.0 W-20.0 R25.0 F0.3； G03 X87.98 Z50.0 I-40.0 K-30.0 F0.3； G03 U37.98 W-30.0 I-40.0 K-30.0 F0.3； 4主轴转速设置(S)车床主轴的转速(rmin)为：式中为圆周切削速度，单位缺省为mmin 、D为工件的外径，单位为mm。 例如，工件的外径为200mm，要求的切削速度为300mmin，经计算可得 因此主轴转速应为478rmin，表示为S478。 5主轴速度控制指令 数控车削加工时，按需要可以设置恒切削速度(例如，为保证车削后工件的表面粗糙度一致，应设置恒切削速度)，车削过程中数控系统根据车削时工件不同位置处的直径计算主轴的转速。 恒切削速度设置方法如下 G96 S ； 其中S后面数字的单位为rmin。 设置恒切削速度后，如果不需要时可以取消，其方式如下： G97 S ； 其中S后面数字的单位为rmin。 在设置恒切削速度后，由于主轴的转速在工件不同截面上是变化的，为防止主轴转速过高而发生