课题10数控课件

数控车床工艺基础和编程基础 一 数控车床的加工范围和基本特征 一 数控车床工艺基础 车外圆 车端面 钻孔 车内孔 切槽 切断 车锥面 车型面 车螺纹 高精度的机床主轴 高速电机主轴 精度要求高的回转体零件 非标丝杠 带特殊螺纹的回转体零件 二 数控车削加工工艺分析 零件数控车削加工方案的拟定 1 拟定工艺路线 1 加工方法的选择 2 加工顺序的安排 2 确定走刀路线 1 刀具引入 切出尤其是精车时 尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入 切出 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疵病 2 确定最短的空行程路线 3 确定最短的切削进给路线 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 方便数值计算 减少编程工作量 尽量减少程序段数 走刀路线的确定 走刀路线的确定 车圆锥的加工路线分析 数控车床上车外圆锥 假设圆锥大径为D 小径为d 锥长为L 车圆锥的加工路线如图所示 按图a中的阶梯切削路线 二刀粗车 最后一刀精车 二刀粗车的终刀距S要作精确的计算 可有相似三角形得 D d2 L D d2 S ap D d2 L D d2 S ap 此种加工路线 粗车时 刀具背吃刀量相同 但精车时 背吃刀量不同 同时刀具切削运动的路线最短 车圆锥的加工路线分析 走刀路线的确定 按图b的相似斜线切削路线 也需计算粗车时终刀距S 同样由相似三角形可计算得出 按此种加工路线 刀具切削运动的距离较短 按图c的斜线加工路线 只需确定每次背吃刀量ap 而不需计算终刀距 编程方便 但在每次切削中背吃刀量是变化的 且刀具切削运动的路线较长 走刀路线的确定 车圆弧的加工路线分析 应用G02 或G03 指令车圆弧 若用一刀就把圆弧加工出来 这样吃刀量太大 容易打刀 所以 实际车圆弧时 需要多刀加工 先将大多余量切除 最后才车得所需圆弧 右图为车圆弧的阶梯切削路线 即先粗车成阶梯 最后一刀精车出圆弧 此方法在确定了每刀吃刀量ap后 须精确计算出粗车的终刀距S 即求圆弧与直线的交点 此方法刀具切削运动距离较短 但数值计算较繁 三 车刀的类型及选用 1 常用车刀的刀位点2 车刀的类型 1 尖形车刀 2 圆弧形车刀 3 成型车刀 外圆车刀 内孔车刀 螺纹车刀 常用车刀 3 机夹可转位车刀的选用为了减少换刀时间和方便对刀 便于实现机械加工的标准化 数控车削加工时 应尽量采用机夹刀和机夹刀片 机夹刀片常采用可转位车刀 这种车刀就是把经过研磨的可转位多边形刀片用夹紧组件夹在刀杆上 车刀在使用过程中 一旦切削刃磨钝后 通过刀片的转位 即可用新的切削刃继续切削 只有当多边形刀片所有的刀刃都磨钝后 才需要更换刀片 1 刀片材质的选择 2 可转位硬质合金刀片的标记 3 可转位车刀的选用 4 刀夹 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量 主轴转速或切削速度 进给速度或进给量 在编制加工程序的过程中 选择好切削用量 使背吃刀量 主轴转速和进给速度三者间能互相适应 以形成最佳切削参数 1 背吃刀量 ap 的确定在车床主体 夹具 零件这一系统刚性允许的条件下 尽可能选取较大的背吃刀量 以减少走刀次数 提高生产效率 当零件的精度要求较高时 则应考虑留出精车余量 常取0 1 0 5mm2 主轴转速的确定 1 光车时n 1000Vc d进给量 f 进给量是指工件每转一周 车刀沿进给方向移动的距离 mm r 它与背刀吃量有着较密切的关系 粗车时一般取为0 3 0 8mm r 精车时一般取0 1 0 3mm r 切断时宜取0 05 0 2mm r 四 选择切削用量 3 进给速度 五 确定装夹方法1 定位基准的选择在数控车削中 应尽量让零件在一次装夹下完成大部分甚至全部分表面的加工 对于轴类零件 通常以零件自身的外圆柱面作为定位基准 对于套类零件则以内孔作为定位基准 2 常用车削夹具和装夹方法 六 数控车床的分类1 简易数控车床简易数控车床是一种低档数控车床 一般用单板机或单片机进行控制 单板机不能存储程序 所以切断一次电源就得重新输入程序 且抗干扰能力差 不便于扩展功能 目前已很少采用 单片机可以存储程序 它的程序可以使用可变程序段格式 这种车床没有刀尖圆弧半径自动补偿功能 编程时计算比较繁琐 2 经济型数控车床经济型数控车床是中档数控车床 一般具有单色显示的CRT 程序储存和编辑功能 它的缺点是没有恒线速度切削功能 刀尖圆弧半径自动补偿不是它的基本功能 而属于选择功能范围 3 多功能数控车床多功能数控车床是指较高档的数控车床 这类机床一般具备刀尖圆弧半径自动补偿 恒线速度切削 倒角 固定循环 螺纹切削 图形显示 用户宏程序等功能 4 车削中心车削中心的主体是数控车床 配有刀库和机械手 与数控车床单机相比 自动选择和使用的刀具数量大大增加 卧式车削中心还具备如下两种功能 一是动力刀具功能 即刀架上某一刀位或所有刀位可使用回转刀具 如铣刀和钻头 另一种是C轴位置控制功能 该功能能达到很高的角度定位分辨率 一般为0 001 还能使主轴和卡盘按进给脉冲作任意低速的回转 这样车床就具有X Z和C三坐标 可实现三坐标两联动控制 例如圆柱铣刀轴向安装 X C坐标联动就可以铣削零件端面 圆柱铣刀径向安装 Z C坐标联动 就可以在零件外径上铣削 可见车削中心能铣削凸轮槽和螺旋槽 近年出现的双轴车削中心 在一个主轴进行加工结束后 无需停机 零件被转移至另一主轴加工另一端 加工完毕后 零件除了去毛刺以外 不需要其他的补充加工 二 数控车床的编程基础 一 数控车床编程坐标系的建立 二 数控车床及车削中心的编程特点 1 数控车床上工件的毛坯大多为圆棒料 加工余量较大 一个表面往往需要进行多次反复的加工 如果对每个加工循环都编写若干个程序段 就会增加编程的工作量 为了简化加工程序 一般情况下 数控车床的数控系统中都有车外圆 车端面和车螺纹等不同形式的循环功能 2 数控车床的数控系统的刀具补偿功能 3 数控车床的直径 半径两种编程方式 4 绝对编程方式与增量编程方式 G90绝对G91增量U V W也可表示增量 直径方式和半径方式编程格式 G36G37说明 G36直径编程G37半径编程数控车床的工件外形通常是旋转体 其X轴尺寸可以用两种方式加以指定 直径方式和半径方式 G36为缺省值 机床出厂一般设为直径编程 例 按同样的轨迹分别用直径 半径编程 加工图示工件 直径编程 3341N1G36G92X180Z254N2G00W 28N3X17M03S800N4G01X50W 176F100N5G00X180N6Z254M05N7M30 半径编程 3342N1G37G92X90Z254N2G00W 28N3X8 5M03S800N4G01X25W 166F100N5G00X90N6Z254M05N7M30 绝对值编程G90与相对值编程G91格式 G90G91说明 G90 绝对值编程 每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的 G91 相对值编程 每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的 值等于沿轴移动的距离 绝对编程时 用G90指令后面的X Z表示X轴 Z轴的坐标值 增量编程时 用U W或G91指令后面的X Z表示X轴 Z轴的增量值 其中表示增量的字符U W不能用于循环指令G80 G81 G82 G71 G72 G73 G76程序段中 但可用于定义精加工轮廓的程序中 G90 G91为模态功能 可相互注销 G90为缺省值 例1 如图所示 使用G90 G91编程 要求刀具由原点按顺序移动到1 2 3点 然后回到原点 G90编程 0001N1G92X0Z0N2G01X15Z20N3X45Z40N4X25Z60N5X0Z0N6M30 G91编程 0002N1G91N2G01X15Z20N3X30Z20N4X 20Z20N5X 25Z 60N6M30 混合编程 0003N1G92X0Z0N2G01X15Z20N3U30Z40N4X25W20N5X0Z0N6M30 选择合适的编程方式可使编程简化 当图纸尺寸由一个固定基准给定时 采用绝对方式编程较为方便 而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时 采用相对方式编程较为方便 刀具功能 T功能 T代码用于选刀 其后的4位数字分别表示选择的刀具号和刀具补偿号 如T0101 T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的 请参考机床厂家的说明书 执行T指令 转动转塔刀架 选用指定的刀具 当一个程序段同时包含T代码与刀具移动指令时 先执行T代码指令 而后执行刀具移动指令 T指令同时调入刀补寄存器中的补偿值 三 数控车床编程F S T功能 主轴功能S主轴功能S控制主轴转速 其后的数值表示主轴速度 单位为转 每分钟 r min 恒线速度功能时S指定切削线速度 其后的数值单位为米 每分钟 m min G96恒线速度有效 G97取消恒线速度 S是模态指令 S功能只有在主轴速度可调节时有效 S所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调 进给速度FF指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度 F的单位取决于G94 每分钟进给量mm min 或G95 主轴每转一转刀具的进给量mm r 使用下式可以实现每转进给量与每分钟进给量的转化 fm fr Sfm 每分钟的进给量 mm min fr 每转进给量 mm r S 主轴转数 r min 当工作在G01 G02或G03方式下 编程的F一直有效 直到被新的F值所取代 而工作在G00方式下 快速定位的速度是各轴的最高速度 与所编F无关 借助机床控制面板上的倍率按键 F可在一定范围内进行倍率修调 当执行攻丝循环G76 G82 螺纹切削G32时 倍率开关失效 进给倍率固定在100 注 1 当使用每转进给量方式时 必须在主轴上安装一个位置编码器 2 直径编程时 X轴方向的进给速度为 半径的变化量 分 半径的变化量 转 四 数控车床的对刀 1 用T指令对刀 刀具回参考点 进行Z方向试切后 在试切长度表格中输入0 回车 刀偏表中Z偏置为工件原点在机床坐标系中的ZM坐标值 进行X方向试切后 测量试切处工件直径 在直径表格中输入测量值 回车 刀偏表中X偏置为工件原点在机床坐标系中的XM坐标值 2 G92或G54 G59对刀方法同数控铣 3110 主程序程序名 N1G92X16Z1 设立坐标系 定义对刀点的位置 N2G37G00Z0M03 移到子程序起点处 主轴正转 N3M98P0003L6 调用子程序 并循环6次 N4G00X16Z1 返回对刀点 N5G36 取消半径编程 N6M05 主轴停 N7M30 主程序结束并复位 0003 子程序名 N1G01U 12F100 进刀到切削起点处 注意留下后面切削的余量 N2G03U7 385W 4 923R8 加工R8园弧段 N3U3 215W 39 877R60 加工R60园弧段 N4G02U1 4W 28 636R40 加工切R40园弧段 N5G00U4 离开已加工表面 N6W73 436 回到循环起点Z轴处 N7G01U 4 8F100 调整每次循环的切削量 N8M99 子程序结束 并回到主程序 五 HNC 21T系统G代码在数控车削中的应用 1 尺寸单位选择G20 G21格式 G20G21说明 G20 英制输入制式 G21 公制输入制式 G20 G21为模态功能 可相互注销 G21为缺省值 2 进给速度单位的设定G94 G95格式 G94 F G95 F 说明 G94 每分钟进给 G95 每转进给 G94为每分钟进给 对于线性轴 F的单位依G20 G21的设定而为mm min或in min 对于旋转轴 F的单位为度 min G95为每转进给 即主轴转一周时刀具的进给量 F的单位依G20 G21的设定而为mm r或in r 这个功能只在主轴装有编码器时才能使用 G94 G95为模态功能 可相互注销 G94为缺省值 3 工件坐标系设定G92格式 G92X Z 说明 X Z 对刀点到工件坐标系原点的有向距离 当执行G92X Z 指令后 系统内部即对 进行记忆 并建立一个使刀具当前点坐标值为 的坐标系 系统控制刀具在此坐标系中按程序进行加工 执行该指令只建立一个坐标系 刀具并不产生运动 G92指令为非模态指令 X Z值的确定 即确定对刀点在工件坐标系下的坐标值 其选择的一般原则为 1 方便数学计算和简化编程 2 容易找正对刀 3 便于加工检查 4 引起的加工误差小 5 不要与机床 工件发生碰撞 6 方便拆卸工件 7 空行程不要太长 4 工件坐标系选择G54 G59 5 直接机床坐标系编程G53G53是机床坐标系编程 在含有G53的程序段中 绝对值编程时的指令值是在机床坐标系中的坐标值 其为非模态指令 注意 1 使用该组指令前 先用MDI方式输入各坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值 2 使用该组指令前 必须先回参考点 进给控制指令 6 快速定位G00格式 G00X U Z W 说明 X Z 为绝对编程时 快速定位终点在工件坐标系中的坐标 U W 为增量编程时 快速定位终点相对于起点的位移量 G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度 从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点 G00指令中的快移速度由机床参数 快移进给速度 对各轴分别设定 不能用F规定 G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀 快移速度可由面板上的快速修调按钮修正 G00为模态功能 可由G01 G02 G03或G32功能注销 注意 在执行G00指令时 由于各轴以各自速度移动 不能保证各轴同时到达终点 因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线 操作者必须格外小心 以免刀具与工件发生碰撞 常见的做法是 将X轴移动到安全位置 再放心地执行G00指令 例 如图所示使用G00编程要求刀具从A点快速定位到B点 当X轴和Y轴的快进速度相同时从A点到B点的快速定位路线为ACB即以折线的方式到达B点而不是以直线方式从AB 7 线性进给及倒角G01 线性进给格式 G01X U Z W F 说明 X Z 为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标 U W 为增量编程时终点相对于起点的位移量 F 合成进给速度 G01指令刀具以联动的方式 按F规定的合成进给速度 从当前位置按线性路线 联动直线轴的合成轨迹为直线 移动到程序段指令的终点 G01是模态代码 可由G00 G02 G03或G32功能注销 例5 如图所示 用直线插补指令编程 3305N1G92X100Z10N2G00X16Z2M03S600N3G01X26Z 3F100N4Z 48N5X60Z 58N6X80Z 73N7G00X100N8Z10M05N9M30 倒直角格式 G01X U Z W C 说明 直线倒角G01 指令刀具从A点到B点 然后到C点 X Z 为绝对编程时 未倒角前两相邻轨迹程序段的交点G的坐标值 U W 为增量编程时 G点相对于起始直线轨迹的始点A点的移动距离 C 是相邻两直线的交点G 相对于倒角始点B的距离 倒圆角格式 G01X U Z W R 说明 直线倒角G01 指令刀具从A点到B点 然后到C点 X Z 为绝对编程时 未倒角前两相邻轨迹程序段的交点G的坐标值 U W 为增量编程时 G点相对于起始直线轨迹的始点A点的移动距离 R 是倒角圆弧的半径值 例 如图所示 用倒角指令编程 3307N1G92X70Z10N2G00X16Z2M03S300N3G01X26Z 3F60N4Z 22R3N5X65Z 36C3N6Z 70N7G00X70N8Z10M05N9M30 注意 1 在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指令 2 X Z轴指定的移动量比指定的R或C小时 系统将报警 即GA长度必须大于GB长度 8 圆弧进给G02 G03 说明 G02 G03指令刀具 按顺时针 逆时针进行圆弧加工 圆弧插补G02 G03的判断 是在加工平面内 根据其插补时的旋转方向为顺时针 逆时针来区分的 加工平面为观察者迎着Y轴的指向 所面对的平面 G02 顺时针圆弧插补 G03 逆时针圆弧插补 X Z 绝对编程时 圆弧终点在工件坐标系中的坐标 U W 增量编程时 圆弧终点相对于圆弧起点的位移量 I K 圆心相对于圆弧起点的增加量 等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标 在绝对 增量编程时都是以增量方式指定 在直径 半径编程时I都是半径值 R 圆弧半径 F 被编程的两个轴的合成进给速度 注意 1 顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向 2 同时编入R与I K时 R有效 例 如图所示 用圆弧插补指令编程 3310N1G92X40Z5N2M03S400N3G00X0N4G01Z0F60N5G03X24Z 24R15N6G02X26Z 31R5N7G01Z 40N8G00X40N9Z5M05N10M30 回参考点控制指令 9 自动返回参考点G28格式 G28X Z 说明 X Z 绝对编程时为中间点在工件坐标系中的坐标 U W 增量编程时为中间点相对于起点的位移量 G28指令首先使所有的编程轴都快速定位到中间点 然后再从中间点返回到参考点 一般 G28指令用于刀具自动更换或者消除机械误差 在执行该指令之前应取消刀尖半径补偿 在G28的程序段中不仅产生坐标轴移动指令 而且记忆了中间点坐标值 以供G29使用 电源接通后 在没有手动返回参考点的状态下 指定G28时 从中间点自动返回参考点 与手动返回参考点相同 这时从中间点到参考点的方向就是机床参数 回参考点方向 设定的方向 G28指令仅在其被规定的程序段中有效 10 自动从参考点返回G29格式 G29X Z 说明 X Z 绝对编程时为定位终点在工件坐标系中的坐标 U W 增量编程时为定位终点相对于G28中间点的位移量 G29可使所有编程轴以快速进给经过由G28指令定义的中间点 然后再到达指定点 通常该指令紧跟在G28指令之后 G29指令仅在其被规定的程序段中有效 例 用G28 G29对如图所示的路径编程 要求由A经过中间点B并返回参考点 然后从参考点经由中间点B返回到C 3313N1G92X50Z100N2G28X80Z200N3G29X40Z250N4G00X50Z100N5M30 本例表明 编程员不必计算从中间点到参考点的实际距离 11 恒线速度指令G96 G97格式 G96SG97S说明 G96 恒线速度有效G97 取消恒线速度功能S G96后面的S值为切削的恒定线速度 单位为m min G97后面的S值为取消恒线速度后 指定的主轴转速 单位为r min 如缺省 则为执行G96指令前的主轴转速度 注意 使用恒线速度功能 主轴必须能自动变速 如 伺服主轴 变频主轴 在系统参数中或者G50设定主轴最高限速 G50S 例 如图所示 用恒线速度功能编程 3314N1G92X40Z5N2M03S400N3G96S80N4G00X0N5G01Z0G95F0 3N6G03X24Z 24R15N7G02X26Z 31