数控车削编程(PPTminimizer).ppt

第3章数控车削编程 卧式数控车床 立式数控车床 按刀架数量分类 单刀架数控车床 按刀架数量分类 双刀架数控车床 按功能分类 经济型数控车床 按功能分类 普通数控车床 按功能分类 车削加工中心 数控车削加工 视频 3 1数控车削编程特点及坐标系 精度要求高的零件表面粗糙度小的回转体零件轮廓形状复杂的零件带一些特殊类型螺纹的零件超精密 超低表面粗糙度的零件内外圆柱面 圆锥面 成型表面 螺纹和端面等工序的切削加工 并能进行车槽 钻孔 扩孔 铰孔等加工 数控车床的加工对象 图3 1数控车床加工典型零件 常见加工对象 C轴加工 超精加工 数控车床的结构特点 传动链短主轴与进给系统均为无级变速采用滚珠丝杠 实现轻拖动采用油雾自动润滑采用镶钢导轨全封闭或半封闭一般配有自动排屑装置 3 1 1数控车削编程特点 1 绝对编程与增量编程 1 绝对值编程 是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法 2 增量值编程 是根据与前一个位置的坐标值的增量来表示位置的一种编程方法 3 混合编程 绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程 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 FANUC系统还可以采用二者混合编程的方法 2 直径编程与半径编程 1 当用直径值编程时 称为直径编程法 编制与X轴有关的各项尺寸时 一定要用直径值编程 数控程序中X轴的坐标值即为零件图上的直径值 2 用半径值编程时 称为半径编程法 编制与X轴有关的各项尺寸时 一定要用半径值编程 数控程序中X轴的坐标值为零件图上的半径值 如需用半径编程 则要改变系统中相关的参数 使系统处于半径编程状态 通常采用直径编程方式 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 当用增量值编程时 以径向实际位移量的二倍值表示 并附上方向符号 正向可以省略 3 数控车床的数控系统通常具备各种不同形式的固定循环 如车内 外圆 钻孔 车螺纹等固定循环 大大简化了毛坯为棒料或锻件零件的编程 4 大多数数控车床的数控系统都具有刀具圆弧半径自动补偿功能 编程人员可直接按工件轮廓尺寸编程 不用考虑车刀刀尖对加工工件的影响 3 1 2数控车床的原点与参考点 1 机床原点数控机床的原点就是机床坐标系的原点 并且不能改变 数控车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后的主轴端面的交点 通常用符号 表示机床原点 如图3 2所示 图3 2数控车床的原点 数控车床是以机床主轴轴线方向为Z轴方向 刀具远离工件的方向为Z轴的正方向 X轴位于与工件安装面相平行的水平面内 垂直于工件旋转轴线的方向 且刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向 机床原点为机床上的一个固定点 2 参考点参考点也是数控机床上的一个固定不变的极限点 其位置由机械挡块来确定 数控机床参考点的位置是由数控机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的 坐标值已输入数控系统中 因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数 每次回参考点时系统显示的数值必须相同 否则加工有误差 数控机床参考点通常是离数控机床原点最远的极限点 通常用符号 表示机床参考点 表示机床参考点 3 工件原点 编程原点 工件原点是确定被加工工件几何形体上各要素位置的基准 数控车床编程时 工件原点应选在工件的旋转中心上 数控车削零件的编程原点 可以选择在工件左 右端面 也可以选择在工件的纵向对称中心或其它位置 通常用符号表示工件原点 图3 3所示的编程原点选在零件的左端面 图3 3数控车床编程原点 3 1 3坐标系 1 机床坐标系是数控车床固有的坐标系 它是制造和调整数控车床的基础 也是设置工件坐标系的基础 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3 4所示 以数控车床原点为坐标原点建起来的X Z轴直角坐标系 称为数控车床的机床坐标系 图3 4数控车床的机床坐标系 2 工件坐标系工件坐标系用来确定工件几何形体上各要素的位置关系 以工件原点为坐标原点建起来的X Z轴直角坐标系 称为工件坐标系 如图3 5所示 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3 5a 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3 5b 所示 a b 图3 5工件坐标系a 前置刀架工件坐标系b 后置刀架工件坐标系 3 设定工件坐标系数控程序中所有的坐标数据都是在工件坐标系中确立的 当工件毛坯安装好后 必须通知数控系统当前工件的安装位置 也就是必须建立起工件坐标系和机床坐标系之间的关系 机床才能正确加工 通过G50 或G92 指令 可以确定工件坐标系在机床坐标系中的位置 1 G50 或G92 指令编程格式G50 或G92 XZ 该指令是指明刀具起刀点 或换刀点 在工件坐标系中的坐标 指令中X与Z后的数值即为当前刀位点 如刀尖 在工件坐标系中的坐标 该指令建立工件坐标系的原理如下 数控机床在回零操作后 可记下刀具在机床坐标系中的位置 如果确定刀具在工件坐标系中的位置 则通过刀具就可知道工件坐标系的原点在机床坐标系中的位置 从而确定工件几何形体上各要素的位置在机床坐标系中的位置 如图3 6所示 图3 6机床坐标系和工件坐标系之间的位置关系 2 G50 或G92 指令的说明1 在执行此指令之前必须先进行对刀 通过调整机床 将刀尖放在加工程序所要求的起刀点位置上 2 此指令并不会产生机械移动 只是显示器 CRT 显示的坐标值发生了变化 CRT显示的坐标值为G50指令设定的坐标值 但刀具相对于机床的位置没有改变 通过执行G50指令 建立起了工件坐标系 在运行G50指令后面的程序段时 均显示的是工件坐标系中的位置 例1 建立如图3 7所示的工件坐标系 当选工件左端面为工件坐标原点时 建立坐标系指令为 G50X150 Z100 当选工件右端面为工件坐标原点时 建立坐标系指令为 G50X150 Z20 加工前 用手动或自动方式让机床回零 此时CRT显示坐标值均为0 执行G50X150 Z100 后 CRT显示坐标值为X150 Z100 0 但是刀具相对于机床的位置不变 图3 7建立工件坐标系 例 如图所示设置加工坐标的程序段如下 G50X128 7Z375 3 用基准刀试切工件并建立工件坐标系方法试切法对刀和建立G50工件坐标系方法一 所谓基准刀就是用来试切和建立工件零点的车刀 一般是用90 车刀装夹在01号刀位作为基准车刀 对刀方法有绝对坐标法和增量坐标法 下面以绝对坐标法为例介绍试切对刀法 1 以工件左端面上W1为零点建立工件坐标系见下图 试切法建立工件坐标系的步骤 如右图所示 在手动方式 用基准刀 一般用外圆车刀 因为任何工件的加工首先要车外圆 试切工件右端B 然后刀具沿X轴正方向退出 在z坐标方向不得移动 主轴停止 在MDI方式输入G50Z 按循环启动键 W1的Z坐标零点就建立了 为试切端面到W1零点的距离 它的数值是根据工件的特征位置确定的 以手动方式 用基准刀具试切工件的一段外圆A后 然后使刀具沿Z轴正方向退出 在X轴方向不得移动 主轴停止 用游标卡或外径千分尺准确测量试切的外径a并记录 在MDI方式输人G50Xa 按循环启动键 W1的X坐标零点就建立了 2 以工件右端面上W2为零点建立工件坐标系见右图 通常情况都是在工件右端面上建立工件坐标系 因为零件加工和使用的刀具通常都是从右端开始切削的 W2的建立步骤和建立W1的步骤相同 只是在步骤 中输入G50ZO 即令 0 W2工件坐标系的Z轴零点就在试切端面B上 试切法对刀和建立G50设置工件零点方法二 如下图 a b c d 用外圆车刀先试切一外圆 如附图 a 所示 在机床面板上选择 相对坐标 按 U 按 起源 键置0 测量外圆后 将刀沿Z轴正方向退到端面试切点 如附图 b 所示 选择MDI方式 输入 M3S600 G01UXX XX为测量直径 F 启动 START 键 刀具切端面到中心 如附图 c 所示 选择MDI方式 输入 G50X0Z0 启动 START 键 把当前点设为零点 选择MDI方式 输入 GOX150Z150 启动 START 键 使刀具离开工件 如图 d 所示 这时程序头必须为 G50X150Z150 即建立了工件坐标系 然后 运行程序 注意 使用 G5OX150Z150 时 设置的起点和终点必须一致 即 X150Z150 这样才能保证重复加工不乱刀 4 建立换刀点P 也称程序原点如下图 在工件零点建立后 在MDI方式输入G00XPZP 按程序启动键 刀架就快速移动到工件右边的位置 此位置就是该加工程序的原点或称换刀点 如下图中的P点就是换刀点 也称程序原点 4 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 对于车刀 各类车刀的刀位点如图3 8所示 a b c d 图3 8车刀的刀位点a 90 偏刀b 螺纹车刀c 切断刀d 圆弧车刀 5 手动对刀在加工程序执行前 调整每把刀的刀位点 使其尽量重合于某一理想基准点 这一过程称为对刀 数控车床的对刀可分为基准车刀的对刀和各个刀具相对位置偏差的测定两部分 先从所需用到的众多车刀中选定一把作为基准刀具 进行对刀操作 再分别测出其它各刀具与基准刀具刀位点的位置偏差值 这可通过分别测量各刀具相对于刀架中心或相对于刀座装刀基准点在X Z方向的偏置值来得到 不必对每把刀具都进行对刀操作 1 基准车刀的对刀对刀就是在加工前测定出加工起始点 起刀点 处 刀具刀位点 如刀尖 在工件坐标系 编程坐标系 中的相对坐标位置 通常在加工工件前进行对刀操作 只有通过对刀才可确定工件在机床中的位置 保证工件的正确加工 试切对刀的过程大致如下 1 先进行手动返回参考点的操作2 试切外圆如图3 9所示 将工件安装好之后 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 测量工件试切后的直径D 此即当前位置上刀尖在工件坐标系中的X值 图3 9车外圆 3 试切端面如图3 10所示 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O为工件原点时 对刀输入为Z0 当取工件左端面O 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 图3 10车端面 2 其它各刀具的对刀其它各刀具的对刀就是测定出每一把刀具转位到加工方位时 其刀位点相对于基准车刀刀位点在X Z两方向上的位置偏差 然后 将偏差值存入对应的刀具数据库即可 这样 只需要在加工程序中用指令标明所用的刀具 则执行到刀具指令时 机床会自动移动调整刀架 直到新刀具刀位点与前一把刀具刀位点重合 整个程序均可按基准车刀刀位点进行编写 手动对刀是基本对刀方法 这种对刀模式 占用较多的在机床上的时间 6 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 如图3 11所示 图3 11机外对刀仪 7 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 自动对刀过程如图3 12所示 图3 12自动对刀 3 1 4预置工件坐标系 具有参考点设定功能的机床还可用工件原点预置指令G54 G59来代替G50 或G92 建立工件坐标系 它是先测定出预置的工件原点相对于机床原点的偏置值 并把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数数据库中 因而该值无论断电与否都将一直被系统所记忆 直到重新设置为止 1 用G54 G59确定坐标系 首先在手动方式使刀架回机床参考点 在MDI方式 调用01号基准刀到加工位置 然后用外圆车刀先试车一外圆 测量外圆直径后 把刀沿Z轴正方向退一段距离 切端面到中心 X向进刀量即为刚才所测的直径 把当前的X轴和Z轴坐标直接输入到工件坐标系设定画面中的相应的G54 G59中 这可根据个人选择确定 如右图所示 程序则直接调用 如 G54X20Z50 注意可用G53清除G54 G59工件坐标系 2 对刀的检验由于在对刀过程中 可能会有差错 所以 在刀具对刀并存储刀补值后 要进行对刀的检验 其目的是 在MDI方式下 检查所对刀具的刀尖是否都能准确到达对刀的基准点 检验对刀正确性的步骤如下 见下页图 在MDI方式下 输入G00X100Z100 按启动键 让刀架快速到达换刀点P 输入T0101 按启动键 调用1号刀转到工作位置并执行了01号刀补 刀架在X和Z坐标上自动移动01号刀补值 见右图对刀的检验过程 输入G00XaZO 按启动键 让刀尖到达对刀基准点 如果01号基准刀的刀尖准确地到达基准点 说明01号刀对刀正确 如果刀尖不在基准点上 说明对刀错误 该刀具应重新对刀 输入G00X100Z100 按启动键 刀具回到换刀点P 基准刀的对刀检验完成 检验对刀时 为了防止因为对刀误差使刀尖碰到工件 可将输入指令中的ZO改为Z3 如果该程序有4把刀 就接着检验02 03 04号刀 在MDI方式分别输入刀具号T0202 T0303 T0404 按启动键后 依次按 三步进行检验 如果检验完全正确就可以执行程序自动加工了 3 指令G54 G59与G50 或G92 之间的区别 1 用G54 G59设立工件原点是通过数控系统菜单项输入进去 G54 G59建立的工件原点是相对于机床原点而言的 在运行程序时若遇到G54 G59指令 则自此以后的程序中所有用绝对编程方式定义的坐标值均是以G54指令的零点作为原点的 直到再遇到新的坐标系设定指令 2 用G50 或G92 时 后面一定要跟坐标地址字 而用G54 G59时 则不需要后跟坐标地址字 且可单独作一行书写 若其后紧跟有地址坐标字 则该地址坐标字是附属于前次移动所用的模态G指令的 如G00 G01等 G50 或G92 建立的工件原点是相对于程序执行过程中当前刀具刀位点的 可通过编程来多次使用G50 或G92 而重新建立新的工件坐标系 3 2数控车削工艺与工装 无论是手工编程还是自动编程 在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析 拟定加工方案 选择合适的刀具 确定切削用量 数控车削工艺与普通车削工艺在原则上基本相同 但数控加工的整个过程是自动进行的 在数控车床上加工零件时 要把被加工工件的全部工艺过程 工艺参数和位移数据编制成程序 并以数字信息的形式记录下来 数控车削工艺相对于普通车削工艺的特点 工序的内容更复杂 工步的安排更为详尽 其主要内容有 分析零件图纸 确定工件在数控车床上的装夹方式 各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具 夹具和切削用量的选择等 加工方案的确定原则 先粗后精先近后远先内后外走刀路线最短 3 2 1确定加工路线 加工路线 是指数控机床加工过程中 刀具相对零件的运动轨迹和方向 即指刀具从对刀点 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 要求 1 应能保证加工精度和表面粗糙度 2 应尽可能缩短加工路线 减少刀具空行程时间 3 减少不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损 因精加工切削过程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 数控车削实践中的部分设计方法或思路 1 最短的空行程路线 1 设置循环起点图3 13所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况 图3 13用循环方式进行粗车a 起刀点作为循环起点 图3 13a 将起刀点A作为循环起点 按三刀粗车的进给路线安排如下 第一刀为A B C D A 第二刀为A E F G A 第三刀为A H I J A 图3 13用循环方式进行粗车b 起刀点与循环起点分离 图3 13b 则是巧将起刀点与循环起点分离 并将循环起点设于图3 13b 所示B点位置 仍按相同的切削量进行三刀粗车 其进给路线安排如下 起刀点与对刀点分离的空行程为A B 第一刀B C D E B 第二刀为B F G H B 第三刀为B I J K B 显然 图3 13b 所示的进给路线短 该方法也可用在其它循环 如螺纹车削 切削的加工中 2 巧设换 转 刀点为了换 转 刀的方便和安全 有时将换 转 刀点也设置在离坯件较远的位置处 如图3 13中的A点 那么 当换第二把刀后 进行精车时的空行程路线必然也较长 可将第二把刀的换刀点设置在图3 13b 中的B点位置上 则可缩短空行程距离 a b 图3 13用循环方式进行粗车a 起刀点作为循环起点b 起刀点与循环起点分离 3 大余量毛坯的阶梯切削进给路线 图3 14a 是错误的阶梯切削路线 图3 14b 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3 14a 的方式加工所剩的余量过多 图3 14大余量毛坯的阶梯切削路线a 错误的路线b 正确的路线 根据数控车床加工的特点 还可以放弃常用的阶梯车削法 改用依次从轴向和径向进刀 顺工件毛坯轮廓进给的路线 如图3 15所示 图3 15顺工件毛坯轮廓进给的路线 4 完工轮廓的连续切削进给路线加工刀具的进 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 5 特殊的进给路线在数控车削中 一般情况下 坐标轴方向的进给运动都是沿着负方向进给的 但有时按常规的负方向安排进给路线并不合理 甚至可能车坏工件 a b 3 16两种不同的进给方法a 负Z走向b 正Z走向 例如 当采用尖形车刀加工大圆弧内表面零件时 安排两种不同的进给方法如图3 16所示 其结果也不相同 图3 16a 第一种进给方法 负Z走向 因切削时尖形车刀的主偏角为100 105 这时切削力在X向的较大分力F将沿着正X方向作用 当刀尖运动到圆弧的换象限处 即由负Z 负X向负Z 正X变换时 吃刀抗力F与传动横拖板的传动力方向相同 若螺旋副间有机械传动间隙 就可能使刀尖嵌入零件表面 即扎刀 其嵌入量在理论上等于其机械传动间隙量e 如图3 17所示 图3 17扎刀现象 即使该间隙量很小 由于刀尖在X方向换向时 横向拖扳进给过程的位移量变化也很小 加上处于动摩擦与静摩擦之间呈过渡状态的拖板惯性的影响 仍会导致横向拖板产生严重的爬行现象 从而大大降低零件的表面质量 图3 16b 第二种进给方法 因为尖刀运动到圆弧的换象限处 即由正Z 负X向正Z 正X方向变换时 吃刀抗力与丝杠传动横向拖板的传动力方向相反 不会受螺旋副机械传动间隙的影响而产生嵌刀现象 所以图3 18所示进给方案是较合理的 图3 18合理的进给路线 6 加工路线与加工余量的联系1 在数控车床还未达到普及使用的条件下 一般应把毛坯件上过多的余量 特别是含有锻 铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工 2 必须用数控车床加工时 则要注意程序的灵活安排 例如 安排一些子程序或循环对余量过多的部位先作一定的切削加工 3 2 2合理选择刀具和夹具 刀具液压卡盘和液压尾座数控车床的刀架铣削动力头 1 夹具的选择数控车床夹具除了使用通用三爪自定心卡盘 四爪卡盘 液压 电动及气动夹具外 还有多种相应的夹具 分为两大类 即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具 1 用于轴类工件的夹具数控车床加工轴类工件时 坯件装卡在主轴顶尖和尾座顶尖之间 如图3 19 工件由主轴上的拔盘或拔齿顶尖带动旋转 这类夹具在粗车时可以传递足够大的转矩 以适应主轴高速旋转车削 图3 19三爪拔动卡盘和快速可调万能卡盘 用于轴类工件的夹具有自动夹紧拔动卡盘 拔齿顶尖 三爪拔动卡盘和快速可调万能卡盘等 后两种卡盘见图3 20 图3 20三爪拔动卡盘和快速可调万能卡盘 2 用于盘类工件的夹具这类夹具适用在无尾座的卡盘式数控车床上 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 卡盘 尾座 数控车床的刀架 铣削动力头 2 刀具的选择 数控刀具的要求 数控车床能兼作粗 精加工 1 要求粗车刀具强度高 耐用度好 粗加工能以较大切削深度 较大进给速度加工 2 精车要求刀具的精度高 耐用度好 要保证加工精度 为减少换刀时间和方便对刀 应可能多地采用机夹刀 3 数控车床还要求刀片耐用度的一致性好 以便于使用刀具寿命管理功能 3 车刀和刀片的种类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 1 整体式车刀是在刀体上做出切削刃 2 焊接式车刀是把刀片钎焊到钢的刀体上 3 机械夹固式车刀又有两种 一种是把刀片夹固在刀体上 另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上 硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构 陶瓷刀具都采用机械夹固结构 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 外圆刀具 内孔刀具 刀片类型的选择 刀片可分为正型和负型两种基本类型 正型刀片 对于内轮廓加工 小型机床加工 工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片 负型刀片 对于外圆加工 金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片 刀片的角度 3 2 3合理选择切削用量 切削用量 包括ap f v 1 粗车时 一个尽可能大的背吃刀量ap 较大的进给量f 合适的切削速度v 增大背吃刀量ap可使走刀次数减少 增大进给量f有利于断屑 2 精车时 较小 但不太小 的背吃刀量ap 和进给量f 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v 3 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 1 背吃刀量的确定在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下 尽可能选取较大的背吃刀量 以减少进给次数 当零件的精度要求较高时 则应考虑适当留出精车余量 其所留精车余量一般比普通车削时所留余量少 常取0 1 0 5mm 2 主轴转速的确定1 车外圆时的主轴转速车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径 并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定 切削速度除了计算和查表选取外 还可根据实践经验确定 需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小 因而切削速度不能太低 2 车螺纹时的主轴转速车螺纹时主轴转速将受到螺纹的螺距 或导程 大小 驱动电动机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响 故对于不同的数控系统 推荐不同的主轴转速选择范围 3 进给速度的确定进给速度是指在单位时间内 刀具沿进给方向移动的距离 单位为mm min 有些数控车床规定可以选用进给量 单位为mm r 表示进给速度 1 确定进给速度的原则当工件的质量要求能够得到保证时 为提高生产率 可选择较高的进给速度 切断 车削深孔或精车削时 宜选择较低的进给速度 刀具空行程 特别是远距离 回零 时 可以设定尽量高的进给速度 进给速度应与主轴转速和背吃刀量应相适应 2 进给速度的计算表3 1和表3 2分别为用硬质合金车刀粗车外圆 端面的进给量参考值和按表面粗糙度选择半精车 精车的进给量参考值 式中 vc 切削速度 由刀具的耐用度决定 D 工件或刀具直径 mm 主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值 并填入程序单中 表3 1硬质合金刀粗车外圆及端面的进给量 注 1 加工断续表面及有冲击的工件时 表内进给量应乘系数k 0 75 0 85 2 在无外皮加工时 表内进给量应乘系数k 1 1 3 加工耐热钢及其合金时 进给量不大于1mm r 4 加工淬硬钢时 进给量应减小 当钢的硬度为44 56HRC时 乘系数k 0 8 当钢的硬度为57 62HRC时 乘系数k 0 5 表3 2按表面粗糙度选择进给量的参考值 注 re 0 05mm 用于12mm 2mm以下刀杆 re 1mm 用于30mm 30mm以下刀杆 re 2mm 用于30mm 45mm及以上刀杆 3 3数控车削的程序编制 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 关键是对指令格式的理解 每一个指令都是由一个大写的英文字母和后面的若干位数字构成的 它将控制数控车床完成一个特定的动作 G功能 格式 G后可跟2位数 注 1 表内00组为非模态指令 只在本程序段内有效 其他组为模态指令 一次指定后持续有效 直到被本组其他代码所取代 2 标有 的G代码为数控系统通电启动后的默认状态 3 3 1基本编程方法 1 M功能M00 程序暂停 可按循环启动键 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 按钮选择其是否有效 M03 主轴顺时针旋转 M04 主轴逆时针旋转 M05 主轴旋转停止 M08 冷却液开 M09 冷却液关 M30 程序停止 光标回到程序的开头 2 主轴转速功能S 刀具功能T和进给功能FS功能 T功能和F功能均为模态代码 1 S功能1 S功能指令用于控制主轴转速指令格式 S S后面的数字表示主轴转速 单位为rpm 例如要求主轴的转速为每分钟500转 可指令为S500 2 恒线速控制有时为了提高效率和保证工件表面精度 需要以恒定的线速度来进行切削 指令格式 G96S S后面的数字表示的是恒定的线速度 m min 例如G96S150表示切削点的线速度控制在150m min 用恒线速度控制加工端面 锥度和圆弧时 由于X坐标值不断变化 当刀具逐渐接近工件的旋转中心时 主轴转速会越来越高 工件有从卡盘飞出的危险 所以为防止事故的发生 必须限定主轴的最高转速 3 最高转速限制指令格式 G50S S后面的数字表示的是最高限速 rpm 例如G50S3000表示最高转速限制为3000rpm 4 恒线速取消 恒转速 指令格式 G97S S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速 例如G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000rpm 如S未指定 将保留G96的最终值 2 T功能T功能指令用于选择加工所用刀具 指令格式 T T后面的四位数字 前两位是刀具号 后两位既是刀具长度补偿号 又是刀尖圆弧半径补偿号 例如T0303表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值 T0300表示取消刀具补偿 3 F功能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 1 每转进给量指令格式 G99F F后面的数字表示的是主轴每转进给量 单位为mm r 例如G99F0 2表示进给量为0 2mm r 2 每分钟进给量指令格式 G98F F后面的数字表示的是每分钟进给量 单位为mm min 例如G98F100表示进给量为100mm min 3 绝对坐标方式与增量坐标方式绝对值编程 指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出 增量值编程 指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出 增量坐标值 目标点坐标 前一点坐标SIEMENS等数控系统用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值 G91指定尺寸值为增量坐标值 其特点是同一条程序段中只能用一种 不能混用 同一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 这给编程带来很大方便 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G00X30W 20 例 如下图所示 车刀刀尖从A点出发 按照 A B C D 顺序移动 写出B D各点的绝对 增量坐标值 采用直径编程 解 绝对 增量坐标值见表 表示方法 绝对 增量坐标的表示方法有两种 1 用G90表示绝对坐标编程 用G91表示绝对坐标编程 2 用 X Y Z 表示绝对坐标 用 U V W 表示增量坐标 如程序段 G01U10V20W2等效于程序段 G91G01X10Y20Z2又如程序段 G01U2Z30表示绝对 增量坐标可在同一程序段中出现 以避免编程时某些尺寸计算 图绝对 增量坐标 表 二 快速点位运动指令 G00功能 G00指令使刀具以点位控制方式 从刀具所在点快速移动到目标点 G00移动速度是机床设定的空行程速度 与程序段中的进给速度无关 格式 G00X U Z W 说明 1 指令后的参数X U Z W 是目标点的坐标 绝对编程时 XZ表示终点位置相对工件原点的坐标值 增量编程时 FANUC格式 G00UW U W表示刀具从当前所在点到终点的距离和方向 U表示直径方向移动量 即大 小直径量之差 W表示移动长度 移动方向有正 负号确定 U W移动距离的起点坐标值是执行前程序段移动指令的终点值 也可在同一移动指令里采用混合编程 如G00U20W30 G00U 5Z40或G00X80W40 Siemens格式 G91G00X Z X Z表示刀具从当前所在点到终点的距离 同一程序段里不能采用混合编程 2 常见G00运动轨迹如图所示 从A到B常见有以下四种方式 直线AB 直角线ACB 直角线ADB 折线AEB 折线的起始角 是固定的 如 22 5 或45 它决定于各坐标的脉冲当量 3 执行G00 刀架运动速度为2m min 刀架运动先X向再Z向 图车床G00轨迹 4 因为X轴和Z轴的进给速率不同 因此机床执行快速运动指令时两轴的合成运动轨迹不一定是直线 因此在使用G00指令时 一定要注意避免刀具和工件及夹具发生碰撞 如图3 21a 刀具在由D点快速返回到B点时 就会和工件干涉 所以一般退刀时 首先应确保不会发生干涉 正确的加工路径如图3 21b 所示 a b 图3 21使用G00指令应避免发生碰撞a 干涉路径b 正确路径 例 如下图所示 在某车床上 刀尖从换刀点 刀具起点 A快进到B点 准备车外圆 分别用绝对 增量方式写出G00程序段 解 绝对坐标方式 G90G00X38Z2 轨迹为图中虚线 增量坐标方式 G91G00X 22Z 23 或G00U 22W 23 图G00功能示例 如图所示的定位指令如下 G50X200 0Z263 0 G00X40 0Z212 0 或G00U 160 0W 51 0 三 直线插补指令 G01功能 G01指令使刀具以一定的进给速度 从所在点出发 直线移动到目标点 格式 G01X U Z W F 说明 1 X U Z W 是目标点坐标 G01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U W决定 有的数控车床由G90 G91功能字指定 绝对编程时 X Z表示终点位置相对工件原点的坐标值 增量编程时 FANUC格式 G01UW U W表示刀具从刀具所在点到终点的距离 表示直径方向移动量 W表示切削长度 U W移动方向都由正 负号确定 计算U W移动距离的起点坐标值是执行上一程序段移动指令的终点值 也可在同一移动指令里采用混合编程 Siemens格式 G91G01XZ X Z表示刀具从所在点到终点的距离 同一程序段里不能采用混合编程 2 F是进给速度 有三种表示方法 每分钟进给量 mm min 每转进给量 mm r 代码表示法 如将进给速度设为F00 F19表示 3 G01后必须有F 4 系统通电 G01状态 5 G01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 如图所示的直线运动指令如下 绝对值指令编程 G01X40 0Z20 1F0 2 相对值指令编程 G01U20 0W 25 9F0 2 例2 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 数控车削程序见表3 3 图3 22G00 G01例图 表3 3G00 G01数控车削程序 例 如下图a b c 所示 刀尖从A点直线移动到B点 完成车外圆 割槽 车锥面或倒角 分别用绝对 增量方式写出G01程序段 解 车外圆 绝对坐标方式 G90G01X24Z 34F0 3 增量坐标方式 G91G01X0Z 36F0 3 或G01U0W 36F0 3 车槽 绝对坐标方式 G90G01X25Z 20F0 3 增量坐标方式 G91G01X 9Z0F0 3 或G01U 9W0F0 3 车锥面 倒角 绝对坐标方式 G90G01X20Z 2F0 3 增量坐标方式 G91G01X6Z 3F0 3 或G01U6W 3F0 3 图G01功能应用a 外圆b 车槽c 车锥面 倒角 例 下图中零件各加工面已完成粗车 试设计一个精车程序 解 1 设工件零点和换刀点 工件零点Op设在工件端面 工艺基准处 换刀点 即刀具起点 设在工件的右前方A点 图b 2 确定刀具工艺路线 图b所示 刀具从起点A 换刀点 出发 加工结束后再回到A点 工艺路线为 A B C D E F A3 计算刀尖运动轨迹坐标值 由图b得各点绝对值坐标为A 60 l5 B 20 2 C 20 15 D 28 26 E 28 36 F 42 36 4 编程 见表 a b 图G01功能应用示例 表G01车削实例 例 如下图所示 毛坯外径 30 内径 10 伸出卡爪长70 设计一个加工图示零件的程序 每次切削深度aP 2 不考虑留加工余量 解 1 设定工件零点及换刀点将工件零点设在OP点 程序段为 G50X100Z60 在执行该程序段后 即建立了工件坐标系XPOPZP 换刀点设在A点 2 选择刀具及切削用量 1 选刀具 根据零件各加工面 选择以下三把刀 外圆 锥面 端面 外圆刀内孔 倒角 镗刀切断 割刀 3mm宽 2 设刀号 数控车床回转刀架装刀数有4 6 8 12等 本机床装8把刀 1 3 5 7刀位安装外圆加工刀具 2 4 6 8刀位安装孔用刀具 如图所示 各刀具刀号为 外圆刀 T1镗刀 T6割刀 T3 注 加工时 把T1当作基准刀 刀偏值为0 然后 可把每一把刀都分别对向工件上同一点 如 棱上 计算出各把刀相对T1的刀偏 各个刀偏值输入到刀偏数据库 offest 形状 对应的刀号下 3 选切削用量 切削深度 ap 2mm进给速度 车 镗fv 0 2mm r割槽 切断fv 0 1mm r转速 车 镗n 600r min割槽 切断 n 400r min3 确定工艺方案及工艺路线 1 工艺方案 本例不考虑粗 精加工分开 各加工面均一次切削 采用刀具集中方式 工艺方案 加工步骤 为 车端面 用外圆刀T1 车外圆及锥面 用外圆刀T1 镗孔 用镗刀T6 倒角 用镗刀T6 切断 用3mm宽割刀T3 图直线车削实例 图回转刀架1 3 5 7一外圆刀 2 4 6 8一孔用刀 2 工艺路线 刀具轨迹 如图所示 T1 换刀点A快进 B车端面 C快退 D快进 E车外圆 F车锥面 G车外圆 H退刀 I快退 A 换6号刀 T6 换刀点A快进 J镗孔 K镗孔底 L快退 D快进 M倒角 N快退 P快退 A 换3号刀 T3 换刀点A快进 Q切断 R快退 A 程序结束 4 计算刀具轨迹坐标值 见表 表刀具轨迹坐标值 5 编程 见表4 5 表直线车削实例 四 圆弧插补指令 G02顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补功能 该指令使刀具从圆弧起点 沿圆弧移动到圆弧终点 图3 23圆弧插补指令 概念 圆心坐标通过起点和圆心的矢量确定 方向指向圆心 其中圆心和起点的矢量在X轴上的投影以I来表示 在Z轴上的投影以K表示 如图3 23所示 大小以增量表示 具有方向性 在图中I K均为负值 格式 1 指令格式1用I K指定圆心位置 G02X U Z W I K F G03X U Z W I K F 其中 后置刀架 G02为顺时针圆弧插补 G03为逆时针圆弧插补 前置刀架 G02为逆时针圆弧插补 G03为顺时针圆弧插补 如图所示 图圆弧的顺 逆方向 X U Z W 为圆弧终点的坐标 当用增量值表示时 表示圆弧终点相对于圆弧起点的增量 I K 为连接圆弧起点和圆心连线的矢量在各个坐标轴上的投影 方向指向圆心 F 指进给速度 2 指令格式2用圆弧半径R指定圆心位置 G02X U Z W R F G03X U Z W R F 指令中R表示圆弧半径 说明 1 使用圆弧插补指令 可以用绝对坐标编程 也可以用相对坐标编程 绝对坐标编程时 X Z是圆弧终点坐标值 增量编程时 U W是终点相对始点的距离 2 圆心位置的指定可以用R 也可以用I K R为圆弧半径值 I K为圆心在X轴和Z轴上相对于圆弧起点的坐标增量 F为沿圆弧切线方向的进给率或进给速度 Siemens与FANUC编程的区别是 Siemens编程格式 G02 03X Z CR F 半径表示用CR 图用半径指定圆心A 起点B 终点C1 C2 圆心1 圆弧 180 2 圆弧 180 如图所示 规定圆心角 180 时 用 R 表示 180 时 用 R 注意 R编程只适于非整圆的圆弧插补的情况 不适于整圆加工 Siemens增量方式表示用 G91G02 G03XZCR F X Z为圆弧终点坐标相对于圆弧起点的增量值 编程示例如图所示 编制零件精加工程序 示例程序一 绝对方式FANUC 0i程序SIEMENS802S程序O2412 MK2412 MPF程序名 MPF为后缀名T0101 T01DI刀具号 D1为刀补号N010G00X20Z2S800M03 N010G00X20Z2S800M03N020G01Z 30F0 1 N020G01Z 30F0 1N030G02X40Z 40R10 N030G02X40Z 40CR 10顺圆弧切削G00X100Z100 G00X1002100M05M30 M02示例程序二 增量 混合 方式 FANUC 0i程序SIEMENS802S程序O2412 MK2412T0101 T01DIN010G00X20Z2S800M03 N010G90G00X20Z2S800M03N020G01Z 30F0 1 N020G01Z 300F0 1N030G02U20W 10R10 N030G91G02X20Z 10CR 10G00X100Z100 G90G00X100Z100M05M30 M02 编程示例 如图所示G03应用实例 采用绝对值编程如下 O0242 N010T0101 N020M03S800 N040G00X28Z2 N050G01Z 40F0 1 N060G03X40Z 46R6 N070G00X100Z100 N080M30 实例 如图所示的圆弧从起点到终点为顺时针方向 其走刀指令可编写如下 1 绝对坐标 直径编程 切削进给率0 3mm rG02X50 0Z30 0I25 0F0 3 2 相对坐标 直径编程 切削进给率0 3mm rG02U20 0W 20 0I25 0F0 3 3 绝对坐标 直径编程 切削进给率0 3mm rG02X50 0Z30 0R25 0F0 3 4 相对坐标 直径编程 切削进给率0 3mm rG02U20 0W 20 0R25 0F0 3 例3 圆弧插补指令的应用 对图3 24所示零件进行数控车削编程 解 方法一用I K表示圆心位置 采用绝对值编程 N04G00X20 0Z2 0 N05G01Z 30 0F0 3 N06G02X40 0Z 40 0I10 0 用I K表示圆心位置 采用增量值编程 N04G00U 80 0W 98 0 N05G01W 32 0F0 3 N06G02U20 0W 10 0I10 0 方法二 用R表示圆心位置 采用绝对值编程 N04G00X20 0Z2 0 N05G01Z 30 0F0 3 N06G02X40 0R10 0 图3 24圆弧插补实例 例4 如图3 25所示 编制从A点到F点的加工程序 分别用绝对坐标和增量坐标编程 加工程序见表3 4 图3 25G02 G03实例 表3 4例4数控车削程序 例 如图所示 刀尖从圆弧起点A移动至终点B 写出圆弧插补的程序段 a b 图圆弧插补指令应用 解 1 图a 绝对方式 G03X60Z 55F0 3I0K 10 增量方式 G03U20W 10F0 3I0K 10 图b 绝对方式 G02X60Z 30F0 3I12K0 增量方式 G02U24W 12F0 3I12K0 2 其它写法 图a 用R指定圆心 G03X60Z 55R10F0 3 例 如图所示 车削球头手柄 写出刀尖从工件零点OP出发 车削凸 凹球面的程序段 图圆弧插补实例 解 1 计算圆弧起点 终点坐标图4 20中两圆弧相切于A点 直角三角形AEF中 AF 28 EF 22AE 17 32所以A点Z坐标 ZA 28十17 32 45 32圆弧起 终点坐标为 OP X 0A X 44B X 44Z 0Z 45 32Z 752 计算圆心坐标直角三角形ADC中 AD ZA ZB 75 45 32 14 84AC 22所以CD 16 44C点坐标 Xc 44十2CD 76 88Zc 75 AD 60 16圆心坐标 FX 0CX 76 88Z 28Z 60 16 3 程序段为绝对方式 G03X44Z 45 32I0K 28 OP A G02X44Z 75I16 44K 14 84 A B 增量方式 G03X44Z 45 32I0K 28 OP A G02X0Z 29 68I16 44K 14 84 A B 如图所示 要求车端面 精车外圆 切断 解 1 确定工件的装夹方式及加工工艺路线以轴心线为工艺基准 用三爪自定心卡盘一次装夹完成加工 并取零件右端面中心为工件坐标系零点 其工艺路线为 车端面 精车外圆 切断2 刀具选择900外圆车刀T0101 车端面 350外圆车刀T0202 精车外圆 切断刀T0303 宽4mm 3 切削用量确定表切削用量表 4 编程 如下图所示 已知毛坯为 40 150的45钢 要求编制数控加工程序并完成零件的加工 七 程序延时指令 G04功能 该指令可使刀具作短时间的无进给光整加工 常用车槽 镗平面 锪孔等场合 以提高表面光洁度 格式 G04X 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G04X5 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G04P1000 执行完前面的程序后 暂停1秒 再接着执行下面的程序段 有些机床 X U 后面的数字表示刀具或工件空转的圈数 该指令可以使刀具作短时间的无进给光整加工 在车槽 钻镗孔时使用 也可用于拐角轨迹控制 例如 在车削环槽时 若进给结束立即退刀 其环槽外形为螺旋面 用暂停指令G04可以使工件空转几秒钟 即能将环形槽外形光整圆 例如欲空转2 5s时其程序段为 G04X2 5或G04U2 5或G04P2500 图4 30所示为车槽加工 采用G04指令使主轴不停 刀具进给停留数秒 程序为 G01U 12F0 1 割槽 G04X2 槽底刀具停留 G00U12 退出 8 车锥编程实例例5 已知毛坯为 30mm的棒料 3号刀为外圆刀 试车削成如图3 26所示的正锥 图3 26车锥编程实例 解 确定分三次走刀 前两次背吃刀量2mm 最后一次背吃刀量为lmm 具体程序如下 N01G50X200 0Z100 0 N02S800T0303M03 N03G00