数控车床编程专题培训.ppt

数控车床编程 要求 明确数控车床对编程语句结构的要求 典型语句描述的含义 重点理解数控车床XZ轴编程与工作原理的概念 应用特点 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一 数控车床主要用于加工轴类 盘类等回转体零件 车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序 提高加工精度和生产效率 特别适合于复杂形状回转类零件的加工 一 数控车削的基本特征与加工范围1 基本特征数控车削时 工件做回转运动 刀具做直线或曲线运动 刀尖相对工件运动的同时 切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面 其中 工件的回转运动为切削主运动 刀具的直线或曲线运动为进给运动 两者共同组成切削成形运动 2 加工范围数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工 具有高精度 高效率 高柔性化等综合特点 其加工范围较普通车削广 不仅可以进行车削还可以铣削 第一节车削加工工艺 编程基础 3 典型加工类别 车外圆 车端面 钻孔 铰孔 切槽 切断 车内孔 镗孔 车型面 车螺纹 车锥面 4 主要加工对象 精度要求高的回转体零件 高精度的机床主轴 高速电机主轴 带特殊螺纹的回转体零件 非标丝杠 表面形状复杂的回转体零件 其他形状复杂的零件 二 数控车床的种类及特征 数控车床即装备了数控系统的车床 数控车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床 除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外 车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座 主轴具有按轮廓成形要求连续不等速回转运动和进行连续精确分度的C轴功能 并能与X轴或Z轴联动 控制轴除X Z C轴之外 还可具有Y轴 可进行端面和圆周上任意部位的钻削 铣削和攻螺纹等加工 还可以实现各种曲面铣削加工 1 通用X Z二轴控制数控车 单刀架 采用四轴三联动配置 线性轴X Y Z及旋转C轴 C轴绕主轴旋转 机床除具备一般的车削功能外 还具备在零件的端面和外圆面上进行铣加工的功能 刀塔 2 X Y Z C四轴控制车削中心 外圆面与端面上的再加工 3 X Y Z B C五轴控制车削中心 4 双主轴 双刀塔车削中心 双主轴 双刀塔CNC车床结构示意 5 车铣加工中心 对复杂零件进行高精度的六面完整加工 可以自动进行从第1主轴到第2主轴的工件交接 自动进行第2工序的工件背面加工 具有高性能 高精度的车 铣主轴 对于以前需要通过多台机床分工序加工的复杂形状工件 可一次装夹进行全工序的加工 三 数控车削工件的装夹 常用装夹方式 三爪自定心卡盘装夹 心轴装夹 卡盘和顶尖装夹 专用夹具装夹 薄壁零件的装夹 薄壁零件容易变形 普通三爪卡盘受力点少 采用开缝套筒或扇形软卡爪 可使工件均匀受力 减小变形 也可以改变夹紧力的作用点 采用轴向夹紧的方式 四 常用车刀的主要类型及刀具材料 外圆车刀 车槽 车断刀 内圆车刀 镗刀 螺纹车刀 刀具材料 普通刀具材料超硬刀具材料 五 数控车削的对刀 对刀是确定工件在机床上的位置 也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系 对刀过程一般是从各坐标方向分别进行 它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点 即对刀点 来实现 五 数控车削的对刀 1 一般对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀 下面以Z向对刀为例说明对刀方法 见右图 刀具安装后 先移动刀具手动切削工件右端面 再沿X向退刀 将右端面与加工原点距离N输入数控系统 即完成这把刀具Z向对刀过程 手动对刀是基本对刀方法 但它还是没跳出传统车床的 试切 测量 调整 的对刀模式 占用较多的在机床上时间 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 如右上图所示 机外对刀仪对刀 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 自动对刀过程如右下图所示 自动对刀 六 数控车削的工艺分析 1 分析零件图样 分析零件的几何要素 首先从零件图的分析中 了解工件的外形 结构 工件上须加工的部位 及其形状 尺寸精度 和表面粗糙度 了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度 了解工件材料及其它技术要求 从中找出工件经加工后 必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度 分析了解工件的工艺基准 包括其外形尺寸 在工件上的位置 结构及其他部位的相对关系等 对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图 尚需详细分析有关装配图 了解该零件的装配使用要求 找准工件的工艺基准 了解工件的加工数量 不同的加工数量所采用的工艺方案也不同 外圆面加工 深孔加工 2 研究和制定工艺方案研究制定工艺方案的前提是 熟悉本厂机床设备条件 把加工任务指定给最适宜的工种 尽可能发挥机床的加工特长与使用效率 并按照分析上述零件图所了解的加工要求 合理安排加工顺序 3 走刀路线的确定确定走刀路线的一般原则是 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 缩短走刀路线 减少进退刀时间和其他辅助时间 选择使工件在加工后变形小的路线方便数值计算 减少编程工作量 典型数控车削零件的工艺分析实例 图示是模具芯轴的零件简图 零件的径向尺寸公差为 0 01mm 角度公差为 0 1 材料为45钢 毛坯尺寸为 66mm 100mm 批量30件 经过分析可制定加工方案如下 工序1 用三爪卡盘夹紧工件一端 加工 63 38柱面并调头打中心孔 工序2 用三爪卡盘夹紧工件 63一端 另一端用顶尖顶住 加工 24 62柱面 如图所示 工序3 钻螺纹底孔 精车 20表面 加工14 锥面及背端面 攻螺纹 如图所示 工序4 加工SR19 4圆弧面 26圆柱面 角15 锥面和角15 倒锥面 装夹方式如图所示 第二节数控车床的基本编程方法 一 数控车床的编程特点1 加工坐标系加工坐标系应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 C轴 主轴 的运动方向则以从机床尾架向主轴看 逆时针为 C向 顺时针为 C向 如下图所示 加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置 一般在工件的右端面或左端面上 2 直径编程方式在车削加工的数控程序中 X轴的坐标值取为零件图样上的直径值 如下图所示 图中A点的坐标值为 30 80 B点的坐标值为 40 60 采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致 这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误 给编程带来很大方便 3 在一个程序段中 既可以采用绝对值编程 X Z 也可以采用相对值编程 U W 或二者混合编程 X W U Z 例 二 数控车床编程的基本指令 1 F功能指令F功能指令用于控制切削进给量 在程序中 有两种使用方法 每转进给量 默认 编程格式G99F F后面的数字表示的是主轴每转进给量 单位为mm r 例 G99F0 2表示进给量为0 2mm r 每分钟进给量编程格式G98F F后面的数字表示的是每分钟进给量 单位为mm min 例 G98F100表示进给量为100mm min 2 S功能指令 用于控制主轴转速 编程格式S S后面的数字表示主轴转速 单位为r min 在具有恒线速功能的机床上 S功能指令还有如下作用 最高转速限制编程格式G50S S后面的数字表示的是最高转速 r min 例 G50S3000表示最高转速限制为3000r min 恒线速控制编程格式G96S S后面的数字表示的是恒定的线速度 m min 例 G96S150表示切削点线速度控制在150m min 对下图中所示的零件 为保持A B C各点的线速度在150m min 则各点在加工时的主轴转速分别为 A 1193r min B 795r min C 682r min 恒线速取消编程格式G97S S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速 如S未指定 将保留G96的最终值 例 G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r min 3 T功能指令用于选择加工所用刀具 编程格式T T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码 但也有T后面用四位数字 前两位是刀具号 后两位是刀具长度补偿号 又是刀尖圆弧半径补偿号 例 T0303表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值或刀尖圆弧半径补偿值 T0300表示取消刀具补偿 4 M功能M00 程序暂停 可用NC启动命令 CYCLESTART 使程序继续运行 M01 计划暂停 与M00作用相似 但M01可以用机床 任选停止按钮 选择是否有效 M03 主轴顺时针旋转 M04 主轴逆时针旋转 M05 主轴旋转停止 M07 M08 冷却液开 M09 冷却液关 M02 程序停止 M30 程序停止 程序复位到起始位置 5 加工坐标系设置编程格式 G50X Z 建立工件坐标系式中X Z的值是起刀点相对于加工原点的位置 例 按下图设置加工坐标的程序段如下 G50X128 7Z375 1 G54 G59X Z 选择工件坐标系 6 快速点定位指令GOO从刀具所在点快速运动下一个目标点位置程序格式G00 x U z W 7 直线插补编程指令GO1从刀具所在点按指定速度以直线插补运动下一个目标点位置程序格式G01x U z W F 8 圆弧插补编程指令GO2 G03使刀具在指定平面内按指定速度以圆弧插补运动下一个目标点位置程序格式G02 G03x U z W R F G02 G03x U z W I K F 例 编写刀具从A点开始 经由N3 N4 N5 最后到达B点的程式语句 N80G00 x10 0Z1N100G01x10 0W 6 0F200N110G02x20 0W 5 0R5 0N120G01x30 0N130 x38 0W 4 0N140W 6 0 10 刀尖圆弧自动补偿功能编程时 通常都将车刀刀尖作为一点来考虑 但实际上刀尖处存在圆角 如下图左所示 当用按理论刀尖点编出的程序进行端面 外径 内径等与轴线平行或垂直的表面加工时 是不会产生误差的 但在进行倒角 锥面及圆弧切削时 则会产生少切或过切现象 如下图右所示 具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量 避免少切或过切现象的产生 刀具补偿模式的建立G40 取消刀具半径补偿 按程序路径进给 G41 左偏刀具半径补偿 按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给 G42 右偏刀具半径补偿 按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给 程序格式G41 42 40G01 00 x U z W 刀具半径补偿量的设定 TOOLOFFSETNo XASISZAXISRADIUSTIP0112 503 400 803028 903 200 6060324 305 230 402 T0303 刀具半径补偿的建立过程 试比较未采用刀具半径补偿和采用刀具半径补偿功能对 20柱面和锥面进行精加工的刀位轨迹 11 单一固定循环单一固定循环可以将一系列连续加工动作 如 切入 切削 退刀 返回 用一个循环指令完成 从而简化程序 1 圆柱面切削循环 编程格式G90X U Z W F 式中 X Z 圆柱面切削的终点坐标值 U W 圆柱面切削的终点相对于循环起点坐标分量 例 应用圆柱面切削循环功能加工下图所示零件 N10T0101 N20M03S1000 N30G54G00X55 Z2 M08 N40G90X45 Z 25 F0 2 N50X40 N60X35 N70G00X200 Z100 N80M05 N90M09N100M30 2 圆锥面切削循环编程格式G90X U Z W R F 式中 X Z 圆锥面切削的终点坐标值 U W 圆柱面切削的终点相对于循环起点的坐标 R 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 I值为负 反之为正 例 应用圆锥面切削循环功能加工下图所示零件 N40G01X65Z2N50G90X60Z 25I 5F0 2N60X58N70X56N80X54N90X52N100X50N110G00X100Z200 3 平面端面切削循环编程格式G94X U Z W F 式中 X Z 端面切削的终点坐标值 U W 端面切削的终点相对于循环起点的坐标 例 应用平面端面切削循环功能加工下图所示零件 N100G00X85 0Z5 0N110G94X30 0Z 5 0F0 2N120Z 10 0N130Z 15 0 12 复合固定循环在复合固定循环中 对零件的轮廓定义之后 即可完成从粗加工到精加工的全过程 使程序得到进一步简化 外圆粗切循环是一种复合固定循环 适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工 如右图所示 编程格式 G71U d R e G71P ns Q nf U u W w F f S s T t ns nf d 吃刀量 半径值 无正负e 退刀量 半径值 无正负ns 精加工轮廓程序段中开始程序段的段号 nf 精加工轮廓程序段中结束程序段的段号 u X轴向精加工余量 直径值 w Z轴向精加工余量 f s t F S T代码 注意 1 ns nf程序段中的F S T功能 即使被指定也对粗车循环无效 G71程序段中的有效 ns与nf之间的无效 2 零件轮廓必须符合X轴 Z轴方向同时单调增大或单调减少 例 按下图所示尺寸编写外圆粗切循环加工程序 N10T0101M03S450N20G00G42X121 Z10 M08N30G71U2 R0 5N40G71P50Q110U2 W2 F0 2N50G00X40 ns第一段 此段不允许有Z方向的定位 N60G01Z 30F0 15N70X60Z 60N80Z 80N90X100Z 90N100Z 110N110X120Z 130 nfN120G00G40X200Z140M09N130M05N140M30 2 精加工循环由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ns nf程序段中的F S T才有效 编程格式G70P ns Q nf 式中 ns 精加工轮廓程序段中开始程序段的段号 nf 精加工轮廓程序段中结束程序段的段号 N10T0202M03S650N20G00G42X121 Z10 M08N30G70P60Q120N40G00G40X200Z140M09N50M05N60M30 3 端面粗切循环 端面粗切循环是一种复合固定循环 端面粗切循环适于Z向加工量小 X向加工量大的棒料粗加工 如右图所示 编程格式G72U d R e G72P ns Q nf U u W w F f S s T t d 吃刀量 e 退刀量 ns 精加工轮廓程序段中开始程序段的段号 nf 精加工轮廓程序段中结束程序段的段号 u X轴向精加工余量 w Z轴向精加工余量 f s t F S T代码 注意 1 ns nf程序段中的F S T功能 即使被指定对粗车循环无效 2 零件轮廓必须符合X轴 Z轴方向同时单调增大或单调减少 例 按下图所示尺寸编写端面粗切 精切循环加工程序 N10T0101 N20M03S600 N30G00G41X165 Z2 M08 N40G72W4 R1 N50G72P60Q130U1 W1 F0 2 N60G00Z 110 ns此段不允许有X方向的定位 N70G01X160 F0 15 N80Z 80 N90X120Z 70 N100Z 50 N110X80 Z 40 N120Z 20 N130X40Z0 nfN140G00G40X200Z200M09 N150M05 N160M30 4 成型加工复式循环 成型加工复式循环是一种复合固定循环 如右图所示 成型加工复式循环适于对用粗加工 铸造 锻造等方法已初步成形的零件 对零件轮廓的单调性则没有要求 C k i 编程格式G73U i W k R d G73P ns Q nf U u W w F f S s T t ns nf 式中 i X轴向总退刀量 半径值 无正负 k Z轴向总退刀量 无正负 d 重复加工次数 ns 精加工轮廓程序段中开始程序段的段号 nf 精加工轮廓程序段中结束程序段的段号 u X轴向精加工余量 w Z轴向精加工余量 例 按下图所示尺寸编写封闭切削循环加工程序 N10T0101 N20M03S800 N30G00G42X140 Z5 M08 N50G73U9 5W9 5R4N60G73P70Q130U1W0 5F0 3N70G00X20Z0 nsN80G01Z 20F0 15N90X40Z 30N100Z 50N110G02X80Z 70R20N120G01X100Z 80N130X105 nfN140G00G40X200Z200N150M09M05N160M30 13 深孔钻循环 深孔钻循环功能适用于深孔钻削加工编程格式G74R e G74Z W Q k F 例 采用深孔钻削循环功能加工左图所示深孔 式中 e 退刀量 Z W 钻削深度 k 每次钻削长度 不加符号 e N10G50X200Z100T0202N20M03S600N30G00X0Z1N40G74R1N50G74Z 80Q20F0 1N60G00X200Z100N70M30 14 外径切槽循环 编程格式G75R e G75X U P i F 式中 e 退刀量 X U 槽深 i 每次切削量 例 试编写进行右图所示零件切断加工的程序 N10G50X200Z100T0202N20M03S600N30G00X35Z 50N40G75R1N50G75X 1P5F0 1N60G00X200Z100N70M30 外径切削循环功能适合于在外圆面上切削沟槽或切断加工 15 基本螺纹切削指令 编程格式G32X U Z W F 式中 X U Z W 螺纹切削的终点坐标值 X省略时为圆柱螺纹切削 Z省略时为端面螺纹切削 X Z均不省略时为锥螺纹切削 F 螺纹导程 注意 螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段 1和降速退刀段 2 例 试编写下图所示螺纹的加工程序 螺纹导程4mm 升速进刀段 1 3mm 降速退刀段 2 1 5mm 螺纹深度2 165mm G00U 62G32W 74 5F4G00U62W74 5U 64G32W 74 5G00U64W74 5 例 试编写下图所示圆锥螺纹的加工程序 螺纹导程3 5mm 升速进刀段 1 2mm 降速退刀段 2 1mm 螺纹深度1 0825mm G00X12G32X41W 43F3 5G00X50W43X10G32X39W 43G00X50W43 16 螺纹切削循环指令 式中 X U Z W 螺纹切削的终点坐标值 I 螺纹部分半径之差 即螺纹切削起始点与切削终点的半径差 加工圆柱螺纹时 I 0 加工圆锥螺纹时 当X向切削起始点坐标小于切削终点坐标时 I为负 反之为正 F 螺纹导程 螺纹切削循环指令把 切入 螺纹切削 退刀 返回 四个动作作为一个循环 如下图所示 用一个程序指令完成 编程格式G92X U Z W I F 例 试编写下图所示圆柱螺纹的加工程序 G00X35Z104G92X29 2Z53F1 5X28 4X27 6 G00X200Z200 例 试编写下图所示圆锥螺纹的加工程序 G00X80Z62G92X49 6Z12I 5F2X49 2X48 8 G00X200Z200 5 用G76时一段指令就可以完成复合螺纹切削循环加工程序 指令格式G76P m r Q dmin R d G76X U Z w R i P k Q d F f 式中m 精加工最终重复次数 1 99 R 倒角量 刀尖的角度 可以选择80 60 55 30 29 0 六种 其角度数值用2位数指定 m r 可用地址一次指定 如m 2 r 1 2 60 时可写成 P021 260 dmin 最小切入量 复合螺纹切削循环 G76 d 精加工余量X U Z W 终点坐标 i 螺纹部分半径差 i 0时为圆柱螺纹 k 螺牙的高度 用半径值指令X轴方向的距离 d 第一次的切入量 用半径值指定 F 螺纹的导程 与G32螺坊切削时相同 螺纹切削方式如图6 38所示 G76P021260Q0 1R0 1G76X60 64Z25P3 68Q1 8F6 欲加工图示的工件 已知毛胚材料为直径 28mm的棒料 工件的外圆分为粗 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 粗车时每次吃刀深度为2mm 退刀量为1mm M16的螺纹大径尺寸为 15 8mm 螺距为2mm 总吃刀深度为1 3mm 半径值 车削分七次进刀 吃刀深度分别为0 4 0 2 0 2 0 2 0 1 0 1 0 1 又已知粗车时主轴转速为800r min 进给速度为150mm min 切槽时主轴转速为400r min 进给速度为100mm min 车螺纹时主轴转速为250r min