机床数控技术及应用2-3.ppt

2.3数控车床的编程,2.3.1数控车床的编程基础2.3.2数控车床的基本编程功能2.3.3数控车床的基本编程方法2.3.4固定循环功能,数控车床编程基础,一、数控车床编程特点1.在一个程序段中，可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程或二者混合编程。2.用绝对坐标编程时，坐标值X取工件的直径；增量坐标编程时，用径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。3.为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。4.由于车削加工的余量较大，因此，为简化编程数控装置常具备不同形式的固定循环。5.编程时，常认为刀尖是一个点，而实际中刀尖为一个半径不大的圆弧，因此需要对刀具半径进行补偿。,数控车床编程基础,二、编程规则1绝对编程与增量编程(1)绝对编程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。即采用绝对值编程时，首先要指出编程原点的位置，并用地址X，Z进行编程(X为直径值)。(2)增量值编程增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法。即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。采用增量编程时，用地址U，W代替X，Z进行编程。U，W的正负方向由行程方向确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正；反之位负。,数控车床编程基础,(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。编程时也必须先设定编程原点。2直径编程与半径编程当用直径值编程时，称为直径编程法。车床出厂时设定为直径编程，所以，在编制与X轴有关的各项尺寸时，一定要用直径值编程。用半径值编程时，称为半径编程法。如需用半径编程，则要改变系统中相关的参数。,2.3数控车床的编程,CK7815数控车床,2.3.1数控车床的编程基础,1编程坐标系如图2.3.1所示，数控车床的坐标系包括X轴和Z轴其中Z轴平行于卡盘的中心线，其正方向为远离卡盘的方向。X轴垂直于Z铀，其正方向为刀架远离主铀轴线的方向。编程原点一般设在工件端面与主铀中心线的交点处，设为(X0，Z0)。为使编程尺寸与零件图纸尺寸一致，其中X轴的坐标值取直径尺寸，如图2.3.1中A，B点的坐标分别为A(50，35)，B(80，25)。,2.3.1数控车床的编程基础,2.机床参考点机床参考点是机床上的一个特殊点，一般机床安装完毕其位置便确定下来。该点是编程的绝对零点，也是机床各轴的返回点。一般每次开机或机床急停之后，各轴都要作参考点返回，以确定机床坐标系。编程时该点一般作为程序的起点和换刀点。,2.3.1数控车床的编程基础,2.3.1数控车床的编程基础,通用型转动刀架为了防止刀具与卡盘相碰撞，并考虑到零件的加工工序，数控机床上一般设置永久性夹具和可替换刀具，这样一方面可以保证加工精度，另一方面可以通过一个刀架的转动完成零件上各道工序的加工。实现上述功能的部件称为转动刀架，使用这种刀架，一方面可减少手动换刀的麻烦，减轻操作者的劳动强度，另一方面可进一步提高生产率，保证零件的加工精度。图2.3.2所示为12工位自动回转刀架的结构。刀架1刀架2刀架3,2.3.1数控车床的编程基础,(a)普通转塔刀架；(b)12位自动回转刀架,2.3.2数控车床的基本编程功能,(1)进给功能F功能F指定切削进给速度，进给功能也称F功能，其单位有两种：用G99代码时设为进给量(mm/r)；用G98代码时没为进给速度(mmmin)。其设定方法如下：设定每转进给量(mm/r)指令格式：G99F口口口口口；例如，G99F0.3表示进给速度为0.3mm/r。加工螺纹时F的值即为螺距。设定每分钟进给速度(mmmin)指令格式：G98F口口口.口口；例如，G98F200；表示进给速度为200mmmin。要注意开机时即为G99状态，第一次使用G99时可以不用指定，但G98代码必须指定。,2.3.2数控车床的基本编程功能,(2)主轴功能S功能主轴功能也称S功能，用来设定主轴转速或切削速度；具体设定方法如下：恒切削速度控制(G96)指令格式：G96S口口口口；车削如图2.3.3所示的阶梯轴时，如果主轴转速不变,车刀愈接近中心，其线速度愈低，使工件表面粗糙度受到影响。为此可以采用恒切削速度功能G96避免上述现象。,2.3.2数控车床的基本编程功能,由于此时主轴转速在变，为了保证恒定的输出功率，可以用M40和M41选搀主轴转速范围。例如，G96S150；表示刀尖的线速度恒为150mmin。主轴的转速可以由下式求出：式中：为切削线速度(mmin)；D为刀尖位置的工件直径(mm)；为主轴转速(rpm)。由上式可知，切削速度恒定时，当D0(车端面至中心)时，主轴转速为无穷大，会造成飞车现象，这是不允许的。因此在采用恒切削速度控制时，必须限制主轴的最高转速。,2.3.2数控车床的基本编程功能,最高转速控制G50该指令用于在采用恒切削速度控制时限制主轴的最高转速。编程时一般设在程序的开头指令格式：G50S口口口口；例如，G50S1800；表示在以下的程序段中主轴的最高转速为1800rpm。直接转速控制G97采用G97代码编程，可直接指定主轴转速。电源接通时即为G97方式。指令格式：G97S口口口口；例如，G97S1000；表示主铀转速为1000rpm。,2.3.2数控车床的基本编程功能,(3)刀具功能T功能:由于数控车床一般采用转动刀架，而刀具安装后的伸出长度也不一样。因此必须将刀尖离开基准点的距离(X，Z)测量出来(由对刀仪测量)，并存储在刀具库(ToolData)中。给每把刀具对应一个偏置号(也可以一把刀具对应几个偏置号)，编程时再由T功能调用偏置号，这样NC系统便会自动补偿X，方向的偏移距离。执行该指令可自动将刀具号指定的刀具作为当前加工用刀具，同时使用偏置号指定的值作为长度补偿值。如T0919表示选择9号刀具，19号偏置量。偏置号00对应的X，Z的偏置量为零，即取消刀具偏置。,2.3.2数控车床的基本编程功能,2辅助功能M功能(见书P25表2.3.1）M功能用于指令机床做一些辅助动作，如主轴的旋转、冷却液的开/关等。在ISO标准中M功能有100种（M00M99），这里只介绍几种常用的辅助功能，见表2.3.1。注意M05，M09必须在轴运动结束后指定，且在同一程序中，不能重复使用M功能。M00与M02的区别M00：程序停止，在完成该程序段其它指令后，用以停止主轴转动、进给和冷却液，以便执行某一固定手动操作，如变速、换刀等。以后重新启动，才能继续执行以下程序。M02：程序结束，它编在最后一条程序段中，用以表示加工结束它使主轴冷却液都停止，并使数控系统处在复位状态,2.3.2数控车床的基本编程功能,3准备功能G功能（P25表2.3.2）难备功能也称G功能，用来指令机床进行加工运动和插补运动。ISO标准有100种G代码(G00G99)，其中常用的G功能见表2.3.2。各组G代码的功能下：01组刀具运动功能；”02组主轴功能；05组进给功能；06组设定单位；09组设定行程极限。4如果同组代码在一个程序段中同时出现，则最后一个代码有效。例如：G01G96G00；相当于G96G00。5.“B”为基本选项，“O”为任选项。,2.3.2数控车床的基本编程功能,参见表2.3.2（P25)注；1*代码为开机时的初始始状态；2*G功能代码必须单独使用；3*代码为非模态码，只在本程序段中有效；其余为模态码，一经指定一直有效，必须用同组G代码才能取代。,2.3.3数控车床的基本编程方法,例2.3.1试编写程序加工图2.3.4所示的工件。下面的程序只编入了刀具的运动轨迹，实际应用中还要指定主轴功能、刀具功能和辅助功能等。绝对坐标编程：NO010G00X90.0Z5.0；N0020G01Z50.0F0.3；NO030X96.0；N0040X100.0Z-52.0；N0050Z-80.0F0.2；NO060X150.0；,2.3.3数控车床的基本编程方法,1刀具移动指令(1)快速定位G00G指令使刀具快速定位到目标点，它与以前程序段中由F代码指定的进给速度无关，且在定位期间刀具不切削工件。指令格式：G00X(U)Z(W)式中X（U），Z（W）为直线的终点坐标，其中（X，Z）子指定绝对坐标；（U，W）指定增量坐标。(2)直线插补功能G01G0l功能用于切削内、外圆柱面、锥面、端面及倒角等，该用F码指定切削速度。指令格式：G01X(U)Z(W)F式中X(U),Z(W)为直线的终点坐标。F代码指定进给速度，F为模态码，从G00转换到G01时必须指定F代码。另外不运动的坐标可以省略。,2.3.3数控车床的基本编程方法,例2.3.1试编写程序加工图2.3.4所示的工件。下面的程序只编入了刀具的运动轨迹，实际应用中还要指定主轴功能、刀具功能和辅助功能等。绝对坐标编程：增量坐标编程：NO010G00X90.0Z5.0；N0010G00X90.0Z5.0N0020G0lZ50.0F0.3；N0020G01W-55.0F0.3NO030X96.0；N0030U6.0；N0040X100.0Z-52.0；N0040X100.0W-2.0；N0050Z-80.0F0.2；N0050W-28.0；NO060X150.0；N0060G00X150.0；,2.3.3数控车床的基本编程方法,(3)圆弧插补功能G02，G03在数控车床中，G02,G03功能用于加工球面。其中G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补其中：X，Z为圆弧的终点坐标；U，W为终点相对于始点的距离；R为圆弧半径，当圆弧角大于180o时R为负值，否则R为正值；I，K为圆心在X,Z轴方向上相对于始点的坐标增量，当I，K为零时可以省赂，当I，K和R同时编入程序段时，R优先，I，K无效；F为进给速度。加工如图235所示圆弧的编程方法如下：,2.3.3数控车床的基本编程方法,图2.3.5a中B点到A点的圆弧插补程序段为：G03X80.0Z-10.0R10.0F或G03U20.0W10.0R10.0F或G03U20.0W10.0I0K一10.0F或G03U20.0W10.0K10.0F图2.3.5b中B点到A点的圆弧插补程序段为：G02X80.0Z10.0R10.0F或G02U20.0W一10.0I10.0F或G02X80.0Z10.0I10.0K0F或G02U20.0W10.0R10.0F,2.3.3数控车床的基本编程方法,2.参考点返回功能G28G28功能主要在加工中间换刀时使用。指令格式：G8X(U)Z(W)其中：X(U)，Z(W)为返回时的插入点，当执行G28指令时，所有轴均快速移到插入点，再返回参考点，此时参考点指示灯亮(见图236)。如果指令为G28U0W0，则当前点也是插入点，此时刀具将直接返回参考点。在执行参考点返回之前，应取消刀具补偿。,2.3.3数控车床的基本编程方法,3延时功能G04指令格式：G04U；式中U用来指定延时时间(s)。该指令一般用于保证得到准确的加工尺寸。例如在切槽时，为保证槽底尺寸的准确，刀具必须在槽底位置加工一圈以上，此时即可用G04实现。如图237所示的切槽加工。假设主轴转速n60Orpm，则转一圈需要的时间为T60n01s。编程方法如下：G01X40.0F0.3；G04U0.2；X55.0F0.3；,2.3.4数控车床的基本编程方法,一般车削加工的毛坯多为棒科和铸锻件，因此车削加工多为大余量多次走刀切削。如果每一刀都进行编程，将给编程人员带来很多麻烦。所以车床的数控系统般都设有各种形式的固定循环功能。固定循环分为简单循环和多重循环两种。下面将分别加以讨论。,2.3.4数控车床的基本编程方法,1简单循环功能G90，G94简单循环只有一次循环，该循环中包括切入、切削加工、退刀和返回四部分。把以上过程用一个程序段来表示即是一个循环。如图2.3.8所示工件，设循环起点为A(65.0，2.0)，刀具运动过程ABCDA的编程如上。,2.3.4数控车床的基本编程方法,由此可知，一个循环功能相当于常规编程的四个程序段，所以采用循环功能可以简化程序。本系统（FANUC0T)中的简单循环功能如下：G90内、外圈纵向切削循环；G92螺纹切削循环；G94横向切削循环。,2.3.4数控车床的基本编程方法,1.G90内、外圈纵向切削循环；G90用于切削内、外圆柱、圆锥及阶梯轴等，图2.3.9中的ABCDA即表示G90循环过程。图中1为快速进刀，2为切削进给，3为退刀，4为快返回。图中虚线表示快进，实线表示切削进给。指令格式：G90X(U)Z(W)RF式中：X,Z为C点的绝对坐标；U，W为C点的相对坐标；R为车圆锥时X轴上切削起点B相对于终点C的半径值，该值有正负号(图239)，若B点处的工件半径小于C点处的工件半径，R取负值，否则R取正值。,2.3.4数控车床的基本编程方法,例2.3.2毛坯为50的棒料，设循环起点为(55.0，2.0)，每次的切削深度为25mm。程序如下：N0010T0100M40；(M40为主轴处于低速区，M41为主轴处于高速区)N0020G97S700M08；N0030G00X55.0Z10.0M03；N0040G01G96Z2.0F2.5S120；N0050G90X45.0Z-25.0F0.35；N0060X40.0；N0070X35.0；N0080G00G97X200.0Z200.0S700；N0090M01；,2.3.4数控车床的基本编程方法,在上述程序中，由于每次循环之后都返回到同一起点，造成部分重复加工，效率较低，为此可造成部分重复加工，效率较低，为此可通过改变每次循环的起始位置避免重复切削，提高加工效率。此时程序可以作如下修改：N0050G90X45.0Z25.0F0.35；N0060G0OX47。0；N0070G90X40.0Z-25.0F0.35；N0080G00X42.0；N0090G90X35.0Z-25.0F0.35；N0100G00；,2.3.4数控车床的基本编程方法,例2.3.3用60的棒料作毛坯，加工图2.3.11所示的工件，试编写加工程序。R(50-40)/2，由于加工起点相对终点为负，所以R-5.0。加工程序如下：N0010T0100M40；N0020G97S700M08；N0030X65.0Z10.0M03；N0040G01G96X65.0Z2.0S120；N0050G90X60.0Z-35.0R-5.0F0.3；N0060G90X50.0；N0070G00X200.0Z200.0；,2.3.4数控车床的基本编程方法,(2)横向切削循环G94G94用于端面直线和端面锥面的切削其指令格式和循环过程与G90相似，如上图所示。要注意：(1)G90,G94是模态码，重复使用时，只要在下一个程序段中给出X或Z坐标即可。固定循环结束后用其他G代码来取消。(2)在固定循环G90，G94之前要设定T，S，M指令。,2.3.4数控车床的基本编程方法,2多重固定循环G70一G75简单循环的缺点：简单循环只能完成一次切削，在实际加工中(如粗加工时切削余量太大，切削螺纹时切削次数太多时)用简单循环仍不能有效地简化程序。多重循环功能可以将多次重复的动作用一个程序段来表示，只要在程序中给出最终走刀轨迹及重复切削次数，系统便会自动地重复切削，直到加工完成。多重循环主要用于粗车(棒料、锻、铸件)及螺纹的加工。本系统具备的多重循环功能见表2.2.3，下面仅介绍G71，G73，G70。,2.3.4数控车床的基本编程方法,注意G70-G76为非模态码。精加工循环G70的走刀路线由G7l，G73中的ns一nf段给定。,2.3.4数控车床的基本编程方法,(1)外圆租车循环G71G71用于内、外阶梯轴的粗车，毛坯一般为棒料。刀具的运动轨迹如右图所示，图中(F)表示切削进给，切削速度由F代码指定，(R)表示快进，箭头方向为刀具的前进方向。从图中可以看出，A为毛坯外径与端面的轮廓交点，C为起刀点，刀具每次的进给量为d(X铀)，然后按照编程轨迹做Z方向进给，最后沿着编程轨迹加工。加工结束后在Z轴、X铀方向分别留有W和U(直径)的精车余量，刀具每次的退刀距离e由数控系统内的参数设定。,2.3.4数控车床的基本编程方法,式中：ns为编程轨迹中首程序段的序号；nf为编程轨迹中末程序段的序号；U为x铀上的精车余量(直径)；W为Z轴上的精车余量；d为每次切削深度；e为退刀距离，是模态代码；f，s，t为F，S，T功能的值，在G71程序段中有效，在ns到nf程序段中可以省略。,指令格式：G71P(ns)Q(nf)U(U)W(W)D(d)F(f)S(s)T(t)；,2.3.4数控车床的基本编程方法,例2.3.4用120的棒科粗加工右图所示的工件轴向余量为2mm，径向余量为2mm。加工程序如下：N0010T0100M41；N0020G97S240M08；N0030G00X120.0Z12.0M03；N0040G96S120；,N0050G71P0060Q0120U2.0W2.0D2.0P0.3；N0060G00X40.0；N0070G01Z-30.0F0.15S150；N0080X60.0Z60.0；N0090Z80.0；N0110X100.0Z130.0；，N0120Z-100.0；N0120X120.0Z-130.0；N0130G00G97X200.0Z140.0S500；,描述了工件的轮廓轨迹,2.3.4数控车床的基本编程方法,(2)仿型车循环G73仿型车循环也叫闭环粗车循环。适于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状已基本接近的毛坯的粗车，例如一些锻件及铸件的粗车，如图2.3.15所示。指令格式：G73P(ns)Q(nf)I(I)K(K)U(U)W(W)D(d)F(f)S(s)T(t)；式中：ns为编程轨迹中首程序段的序号；nf为编程轨迹中末程序段的序号；U为X轴上的精车余量(直径)；W为Z轴上的精车余量；且I为X轴上的退刀距离；K(为Z轴上的退刀距离：d为从C点到D点划成(d1)等份的笔分数，即粗车循环的次数。,2.3.4数控车床的基本编程方法,(3)精车循环G70在G71，G72，G73粗车后，用G70指令可以作精车循环切削，其编程规定为：在G7l，G72，G73指令程序段及紧随其后零件轮廓指令之后，指定如下精车循环指令：G70P(ns)Q(nf)例如在图2.3.14零件的加工程序中，加入下列程序段就转变成精车加工。N0135P0070Q0130；使用以上循环功能时的注意事项如下：如果在G71，G73中未指定F,S,T代码，则：ns到nf程序段之间F,S,T有效。定调没定的F，S砂裔效。在ns到nf之间不能设相同的序号。粗车之后刀具将快速返回到循环起点，再进行精加工。,2.3.5螺纹切削,1螺纹加工的基础知识螺纹基本尺寸的计算,2.3.5螺纹切削,(2)进刀段和退刀段由于伺服系统存在升、降速过程，为了保证螺纹的有效长度L，必须在加工螺纹时设立进刀段1和退刀段2，如图2.3.6所示。通常l，2可由下面的经验公式选择：10.002NP20.001NP其中N为主轴转速(rpm)，P为螺距(mm)，1，2的单位为mm。,2.3.5螺纹切削,2.单行程车螺纹功能G32G32指令只能执行单行程车螺纹加工，车刀的切入(G00G01)、车L螺纹(G32)、退出(G00/G01)、返回(G00)等指令均要编人程序。它可以车直螺纹、锥螺纹、端面螺纹及攻丝。指令格式：G32X(U)Z(W)F式中X，Z为目标点的绝对坐标；W为目标点的增量坐标；F为螺距（mm）。例2.3.5加工图2.3.17所示直螺纹。进刀段13mm，退刀段215mm，切削深度为2mm，分二次切削，螺距为4mm。加工程序如下：N010G00U-62.0N020G32W-74.5F4.0；N030G00U62.0；N040W74.5；N050U-64.0；N060G32W-74.5；N070G00U64.0；N080W74.5；,2.3.5螺纹切削,例2.3.6加工图2318所示锥螺纹。进刀段12mm，退刀段2lmm，X方向切削深度为2mm，分二次切削，Z方向螺距为3.5mm。加工程序如下：N010G00X12.0Z72.0；N020G32X41.0Z29.0F3.5；N030G00X50.0；N040Z72.0；N050X10.0；N060G32X39.0Z29.0；N070G00X50.0；N080Z72.0；,2.3.5螺纹切削,重复切削，用G32车螺纹时程序太烦琐。所以，G32一般用于攻丝。3简单螺纹循环功能G92用G92车螺纹时，只需一条指令即可完成切入、切削、退刀、返回等四个过程，可在螺纹車削次数比较少的时候采用。它的切削过程与G90相似，这里不再赘述。指令格式：G92XZRF,2.3.5螺纹切削,例237车如图2319所示的锥螺纹。R=(4540)/2mm2.5mm，考虑B点相对于C点的位置，R取负值。程序如下：N0010T0900M40；N0020G97S500M08；NO030G00X55.0Z5.0M03；N0040M03；N0050G92X44.45Z-35.0R-2.5F1.5；N0060X43.98；N0070X43.80；N0080X43.66；N0090X43.53；N0100X43.41；N0110X43.30；N0120X43.16；N0130M04；N0140G00X200.0Z200.0；N0150M01；,2.3.5螺纹切削,例2.3.8如图2.3.20中，图2.3.20a所示为一回转体零件，材料为45钢，该零件粗加工已完成，只要进行一次精加工。外圆85不加工，螺纹的实际外径为47.80，要求编制精加工程序。图2