第三章数控车削编程.ppt.Convertor.doc

3.1 数控车削编程特点及坐标系 3.2 数控车削工艺 3.3 数控车削编程 3.4 数控车削编程综合实例 3.1 数控车削编程特点及坐标系数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心则可在一次装夹中完成更多的加工工序。一、数控车削编程特点 1）坐标：数控车床径向为x轴、纵向为z轴。x和z坐标指令，在按绝对坐标编程时使用代码X和Z，按增量编程时使用代码U和W。切削圆弧时，使用I和K表示圆弧起点相对圆心的相应坐标增量值或者使用半径R值代替I、K值。 2）通常采用直径编程方式。X轴的指令值取零件图样上的直径值。当用增量值编程时，以径向实际位移量的两倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略）。 3）在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程。对于FANUC系统还可以采用二者混合编程的方法。 4）数控车床的数控系统通常具备各种不同形式的固定循环，如内、外圆柱面固定循环，内、外锥面固定循环，端面固定循环，切槽循环，内、外螺纹固定循环及组合面切削循环等。 5）大多数数控车床的数控系统都具有刀尖圆弧半径自动补偿功能。 三、坐标系1机床坐标系 数控车床的机床坐标系在出厂前已经调整好，一般情况下，不允许用户随意变动。 如图所示，以数控车床原点为坐标原点建起来的直角坐标系OXZ，称为数控车床的机床坐标系。2工件坐标系 以工件原点为坐标原点建起来的X，Z轴直角坐标系。X轴正向和刀具的布置有关，当刀具位于靠近操作者一侧时（即前置刀架），X的正向如图a所示；反之当刀具远离操作者一侧时（即后置刀架），X的正向如图b所示。 数控车床工件坐标系的原点一般在工件的右端面或左端面上，以便于测量或对刀。工件坐标系与机床坐标系的坐标方向一致，X轴对应径向，Z轴对应轴向。3刀位点 刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。各类刀的刀位点如图所示。3对刀 对刀点：对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可在零件上，也可设在夹具上，用于确定工件坐标系与机床坐标系的相对位置。 对刀点的选择原则： a）在机床上对刀方便、便于观察和检测。 b）编程时便于数学处理和有利于简化编程。 c）对刀点可选择在零件上或夹具上。 d）为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对 刀点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。1.手动对刀的过程大致如下： l）返回参考点。 2）试切外圆。如图所示，工件安装好后，用MDI（手动数据输入）方式操纵机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在X轴方向上的位置不变，沿Z轴方向退刀、停止主轴转动，测量试切后的直径d，此即当前位置上刀尖在工件坐标系中的X值。3）试切端面。用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具Z坐标不变，沿横向（X向）退刀。当取工件右端面0为工件原点时，对刀输入为Z0，当取工件左端面为工件原点时，测出试切端面至预定的工件原点的距离L，此即当前位置处刀尖在工件坐标系中的Z值。 根据d和L值，即可确定刀具在工件坐标系中的位置。 2.机外对刀仪对刀 机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。3. 自动对刀 自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。3.2 数控车削工艺一、走刀路线的确定 精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线。 进给路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至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切入、切出等非切削空行程。 总则：走刀路线最短、程序段数目最少、数值计算简单、便于保证加工质量。 1最短的空行程路线 设置循环起点: 如图所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况。显然，图b所示的进给路线短。 2最短的切削进给路线3大余量毛坯的阶梯切削进给路线 图a是错误的阶梯切削路线，图b按1-5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按图a的方式加工所剩的余量过多。 4完工轮廓的连续切削进给路线 在安排精加工工序时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。二、夹具和刀具的选择 1夹具的选择 用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。用于盘类工件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。2刀具的选择 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足大背吃刀量、大进给量的要求。 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。目前，数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。3车刀和刀片的种类 车刀的种类异常繁多、车刀可以分为整体式车刀（如高速工具钢刀具）、焊接式车刀（硬质合金车刀）与机械夹固式车刀（有重磨和不重磨两种）。 根据工件加工表面以及用途不同，车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。 三、切削用量的选择 粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。 精车时，应选用较小的背吃刀量和进给量，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。 此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围。对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。 本节主要以FANUC-0T数控系统为例，讨论数控车削基本编程方法。掌握数控车削编程指令，关键是对指令及其格式的理解。 3.3 数控车削编程一、数控加工中常用的术语1、插补 在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把这个过程称为“插补”。 插补运算的任务就是在已知加工轨迹曲线的起点和终点间进行“数据点的密化”。 加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具相对工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制各坐标轴依某一规律协调运动，这一功能为插补功能。 平面曲线的轨迹需要两个运动来协调；空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协调运动。插补：是在每个插补周期（极短时间，一般为毫秒级）内，根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成轮廓的加工。 把计算插补点的工作称为插补运算，实现插补运算的装置叫插补器。直线插补：具有沿平滑直线分配脉冲功能的叫直线插补。实现这种直线插补运算的装置叫直线插补器。圆弧插补：具有沿圆弧分配脉冲功能的叫圆弧插补。实现这种圆弧插补运算的装置叫圆弧插补器。 插补运算可以用逻辑电路实现，在CNC数控机床中是靠软件来实现的。2、刀具半径补偿 数控装置能使刀具中心从零件实际轮廓上偏离一个指定的刀具半径值（补偿值）并使刀具中心在这一被补偿的轨迹上运动，从而把工件加工成图纸上要求的轮廓形状。 编程按零件实际轮廓编程，其刀补值用“刀具半径拨码盘”或键拨入。精加工时刀补值=实际刀具半径值粗加工时刀补值=实际刀具半径值+精加工余量3绝对值编程与增量值编程 SIEMENS数控系统用G功能字指定是绝对值编程还是增量值编程：G90指定尺寸值为绝对坐标位，G91指定尺寸位为增量坐标值。其特点是同条程序段中只能用一种，不能混用；同坐标轴方向尺寸字的地址符是相同的。 FANUC系统用尺寸字的地址符指定是绝对值编程还是增量值编程：绝对坐标值的尺寸字地址符用X、Y、Z，增量坐标值的尺寸字地址符用U、V、W。其特点是同一程序段中绝对坐标和增量坐标可以混用。绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法称为混合编程。 例如G00 X30 W-20二、常用的G代码1快速点定位指令G00 格式：G00 X（U）Z（w）； X（U）Z（W）为目标点坐标。 G00指令命令刀具快速从当前所在点运动到目标点。只是快速定位，无轨迹要求通常其运动轨迹由几条直线组成。需注意刀具是否和工件及夹具发生干涉。2直线插补指令G01 格式： G0l X（U）Z（W）F； X（U）Z (W）为目标点坐标，F为进给速度。 G0l指令刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动。 G0l指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程，由尺寸字地址决定。有的数控车床由G90、G91功能字指定。 例：G00、G01的应用。 如图3-22，编制从点A到点E的数控车削程序，分别用绝对坐标和增量坐标编程。3. 圆弧插补指令G02和G03所谓的圆弧插补就是控制数控机床在各坐标平面内执行圆弧运动，将工件切削出圆弧轮廓。顺时针方向切削的为G02（CW） 逆时针方向切削的为G03（CCW)（1） 圆弧插补指令G02及G03的格式a）平面选择是指在那个坐标平面内进行圆弧插补，各G代码功能为： G17 XY平面 G18 ZX平面 G19 YZ平面 b）旋转方向是指刀具前进的方向。各G代码功能为： G02顺时针方向 G03逆时针方向c）圆弧终点位置是指刀具切削的圆弧最后那一点G90状态下，指X、Y、Z中的两个坐标在工件坐标系中的终点位置。G91状态下，指X、Y、Z中的两个坐标从起点到终点的增量距离。 d）圆弧中心I、J、K、R的含义分别为：I ：从起点到圆心的矢量在X方向的分量。 J ：从起点到圆心的矢量在Y方向的分量。 K ：从起点到圆心的矢量在Z方向的分量。 R ：圆弧半径。（2）I、J、K指令的使用例：刀具的起始点A点，圆弧半径R30，圆弧中心坐标（10，10）。a） 绝对指令状态 G90 G03 X20 Y40 I-30 J-10 F100；b）增量指令状态 G91 G03 X-20 Y20 I-30 J-10 F100;G90、G91状态下，I、J、K的数值都使用增量值。G90、G91状态下，I、J、K的数值都使用增量值。（3） 圆弧半径R指令 例：加工从A点加工到B点的圆弧。a)绝对指令: G90 G02 X70 Y20 R50 F100;b)增量指令: G91 G02 X50 Y-50 R50 F100；进行整圆插补时，编程时必须使用I，J，K指令来指定圆弧中心。如果使用半径R指令进行整圆插补，则系统认为是0度圆弧，刀具将不做任何运动。 例如：顺时针切削半径40的整圆 （1）从A点开始 绝对编程： G90 G02 X0 Y40 J40 F100； （2）从B点开始 绝对编程： G90 G02 X40 Y0 I40 F100； 如果上面的程序段写成G90(G91)G02 X40 Y0 R40时，那么刀具将不做任何切削运动。（4） 整圆插补时I、J、K的使用a)圆弧插补时，必须有平面选择指令；b)平面选择指令中除G17可省略外，G18、G19都不能省略；c)圆弧插补时必须指定进给速度F；d)I、J、K的数值永远是增量值；e)整圆切削不能用R来指定圆弧半径，只能用I，J，K来指定；f)如同一程序段中同时指定I，J，K和R，则R有效，I，J，K 被忽略g)在圆弧插补编程时，X0，Y0，Z0和I0，J0，K0均可省略；h) 用指令R来指定圆弧半径时，当圆弧角度小于或等于180度时，R值为正；当圆弧角度大于180度小于360度时，R值为负。（5）圆弧插补指令使用注意事项G90 G02 X70Y20R50F100；例题： 刀具起始点为坐标原点，其终点也是原点，走刀方向为顺时针，进给速度为F100。O1234（G00-G01-G02-G03）；N10 G90 G17 G00 X0 Y0 Z10 S1000 M03;N20 X-60 Y-40;N30 G01 Z-2 F100;N40 Y0;N50 G02 X0 Y60 I60 J0;N60 G01 X40 Y0;N70 G02 X0 Y-40 I-40 J0;N80 G01 X-60 Y-40;N90 Z10;N100 G00 X0 Y0;N110 M30; 4暂停指令G04 G04指令可使刀具作短暂的无进给光整加工，一般用于切槽、镗平面等场合。 指令格式：G04 X（U/P）； 说明：地址码X或U或P为暂停时间。其中X或U后面可用带小数点的数，单位为s，P后面不允许用小数点，单位为ms。如G04 X5.0，执行完前面的程序后，暂停5秒，再接着执行下面的程序段；如G04 P1000，执行完前面的程序后，暂停1秒，再接着执行下面的程序段。 在轮廓加工中，由于刀具具有一定的半径，所以在加工时不允许刀具中心轨迹与被加工工件的轮廓相重合，而需要与被加工轮廓偏置一个刀具半径值R的距离，只有这样才能加工出与图纸上一致的零件轮廓。我们管这种偏置功能叫做刀具半径补偿。 刀具半径补偿的范围为0-999mm，精度为0.001-0.01mm。刀具半径补偿分为B刀具半径补偿和C刀具半径补偿。B补偿只能实现本程序段内的刀具半径补偿，而对程序段间的过渡不进行处理。C补偿不仅能实现本程序段内的刀具半径补偿，而且能够自动处理两个程序段之间的过渡形式。5. 刀具半径补偿指令G40、G41、G42（1）G40、G41、G42指令 G40、G41和G42指令均为模态G代码。其中： G41：左偏刀具补偿，简称左补偿。所谓的左补偿就是沿着刀具运动方向看（假设工件不动），刀具在工件的左侧。 G42：右偏刀具补偿，简称右补偿。就是沿着刀具前进的方向看，刀具在工件的右侧。 G40：刀具补偿注销。a）G41、G42指令格式G17、G18、G19选择补偿平面。D-代表偏置寄存器的地址,刀具半径补偿值是预先输入到内存中的。例如刀具的半径值是5mm，则先把5输入到偏置寄存器中，使用时用地址D-调用。 D00的偏置量总是零。故对D00不设定偏置量。b）G40指令格式G40的作用是取消刀具半径补偿，使刀具中心的运动轨迹与编程轨迹重合。（2）刀具半径补偿使用说明O0002；G90 G00 X0 Y0；S1000 M03；G41 X20 Y20 D01；刀补建立G01 Y50 F100；X50； 刀补进行 Y20； X20； G40 G00 X0 Y0； 刀补取消M05；M30；刀具半径补偿分三个阶段：刀补建立、刀补进行及刀补撤消 。刀补建立时必须满足的条件：在程序中必须包含G41或G42指令；补偿平面内有不为零的轴运动指令，如：X10Y20； 在程序中包含有不是D00的补偿代号；必须指定补偿平面（G17、G18、G19）； 刀补建立时的插补指令必须是G00或G01，而不能是G02或G03指令。 在刀补进行阶段，无论执行G00、G01指令，还是执行G02、G03指令，数控系统都会进行刀具半径补偿。在补偿有效阶段必须满足以下条件才能正确地加工出合格零件： 必须预先读入两个在同一坐标平面内的程序段，才能正确地自动地计算出补偿以后的刀具运动轨迹； 在刀补进行阶段，编程时不能连续指定两个或两个以上的程序段为Z轴运动指令、辅助功能或暂停指令等。在刀补进行阶段，如果数控程序中的一个程序段满足下面任何一个条件时，数控系统将自动地进入刀补撤消阶段：指定了G40指令；在某一程序段内指定刀具补偿代号D00。 撤消刀补的指令（G40或D00）一定在包含有G00或G01指令的程序段中指定，不能在包含有G02或G03指令的程序段中指定，否则数控系统会产生报警。 （3）刀具半径补偿指令的使用方法举例（4）刀具半径补偿功能的应用 可以避免刀位点轨迹的人工计算。编程者在编程时不考虑刀具半径，直接按零件图上尺寸进行编程。利用同一加工程序适应不同的工况。例如刀具磨损后，刀具半径变小，只要改变刀具半径的补偿值即可。利用同一刀具和加工程序可进行粗、精加工。 利用刀补值控制轮廓尺寸精度。因刀具直径的输入值具有小数点后2-4位（0.01-0.0001）的精度，故可控制轮廓尺寸精度。 6. 刀具长度补偿指令G43、G44、G49刀具长度补偿一般用于刀具轴向（Z方向）补偿。它可以使刀具在Z方向上实际位移量大于或小于程序给定值。实际位移量 = 程序给定值 补偿值刀具长度补偿指令的格式为:第三章数控车削编程（1）偏置方向G43 -正向偏置G44 -负向偏置（2）偏置量的指定 用H代码指定偏置号。通过偏置号把存贮在偏置存贮器中的偏置量调出来与程序中的坐标值进行加减运算以达到补偿刀具长度的目的。G43时为加，G44时为减。 在FANUC系统中，H代码的范围是H01-H99。 偏置量的设定范围如下： mm输入时为0-999.999mm inch输入时为0-99.9999inch H00偏置量固定为零。（3）取消刀具长度补偿G49 G49为取消刀具长度补偿指令，也可以使用H00来取消刀具长度补偿。当在G43或G44模式下，如果指定了G49或H00，刀具长度补偿将被取消。 （4）刀具长度补偿指令使用举例第三章数控车削编程N003 G90 G43 Z100 H0l （设定H0ll0mm）N005 G91 G43 Z-113.5 H02 （设定H021.5mm）N007 G90 G18 G44 Y-32 H03 （设定H03-4mm）N009 G90 G18 G44 Y-32 T0203（设定偏置值为-4mm） N003程序段表示刀具在z轴上移动到110mm处；N005程序段表示刀具移动到的终点坐标值加上一个偏置量1.5mm；N007程序段表示刀具在偏置轴y上移到-28mm处；N009程序段，刀具功能字用四位数字表示，前两位数字（02）是刀具号，后两位数字（03）是补偿号（或叫偏置号），刀具移动同N007程序段。7.内/外圆切削循环指令 G90固定循环可以把“切入切削退刀返回”的循环过程用一个循环指令完成，从而简化程序。 指令格式：G90 X（U）Z（W）F；说明：X，Z为圆柱面切削的终点坐标值；U，W为圆柱面切削的终点相对于循环起点坐标分量。 例：应用G90循环指令加工如图所示零件。M03 S1000；T0101；G00 X55 Z2 M08；G90 X45 Z-25 F0.2；X40；X35；G00 X200 Z200 M09；M30；用G90切削循环指令切削圆锥面。格式：G90 X（U）Z（W）RF； 说明：X，Z为圆锥面切削的终点坐标值；U、W为圆柱面切削的终点相对于循环起点的坐标；R为圆锥面切削的起点相对于终点的半径差。如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标，R值为负，反之为正值。G00 X200 Z200 ；T0101； M03 S1000 ；G00 X105 Z5；G90 X90 Z-80 R-10 F0.3；U-10；G00 X100 Z100；T0100 ；M30；用G90切削循环指令切削圆锥面举例： (2) 端面粗车复合循环指令G72 如图所示，对于端面粗车复合循环指令G72，是从外径向轴心方向车削。端面粗车循环的切削轨迹平行于X轴，但循环指令与G71指令完全相同。 (3) 固定形状粗车复合循环指令G73 如图所示，它适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近时的粗车。执行G73指令功能时，每一刀加工路线的轨迹形状是相同的，只是位置不同。每走完一刀，就把加工轨迹向工件方向移动一个距离，这样就可以将锻件待加工表面上分布较均匀的加工余量分层切去。 (4) 精车循环指令G70 由G71，G72，G73完成粗加工后，可以用G70进行精加工。精加工时，G71，G72，G73程序段中的F、S、T指令无效，只有在nsnf可程序段中的F、S、T才有效。例1：如图示棒料，采用外径粗车复合循环指令G71和精车循环指令G70编写加工程序。 解：毛坯为棒料，粗加工切削深度：d=7mm； 精加工余量X向：u4mm（直径指定） 精加工余量Z向：w2mm 粗加工进给量：0.3 mm/r，主轴转速为500r/min； 精加工进给量：0.15mm/r，主轴转速为800r/min；程序起点如图所示，具体程序见表：例2：如图所示，采用固定形状粗车循环G73和精车循环G70编写零件加工程序。解：设粗加工分三刀进行,第一刀后留给剩下两刀的总余量X、Z向均为单边14mm； 三刀完毕，留给精加工的余量X方向（直径上）为4.0mm，Z向为2.0mm；粗加工进给量为0.3mm/r，主轴转速为500r/min；精加工进给量为0.15mm/r，主轴转速为800r/min。 编制加工程序见表。G50 X270.0 Z260.0 坐标设定G97 S300 主轴300r/minT0101 M03 主轴正转G00 X35.0 Z104.0 G92 X29.2 Z56.0 F1.5 切削循环1 X28.6 切削循环2 X28.2 切削循环3 X28.04 切削循环4G00 X270.0 Z260.0 T00