数控编程与加工 第5章 数控车床编程与加工

本章内容：,5.1概述,5.2数控车床常用的编程指令,5.3数控车床的刀具补偿与编程要点,5.4数控车床加工编程综合举例,5.1概述,1.数控车床的加工特点,1）适应性强2）精度高，质量稳定3）生产效率高4）能实现复杂的运动5）良好的经济效益6）有利于生产管理的现代化,2.数控车床的工艺范围,1）精度要求高的零件2）表面粗糙度值小的回转体零件3）表面轮廓形状复杂的零件4）带特殊螺纹的零件5）超精密和超低表面粗糙度的零件,1.数控车削加工的F、S、T指令,1）主轴功能指令(S)主轴功能指令是设定主轴转速或速度的指令，用字母S和其后面的数字表示。例如要求主轴的转速为每分钟500转，可指令为S500,5.2数控车床常用的编程指令,1.数控车削加工的F、S、T指令,2）进给功能指令(F)进给功能指令是设定进给速度的指令，用字母F和其后面的数字表示。在数控车削中有两种指令进给速度的模式，分为每转进给模式、每分钟进给模式（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。（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。,5.2数控车床常用的编程指令,1.数控车削加工的F、S、T指令,3）刀具功能指令(T)T指令用于指定刀具号和刀具补偿号。其指令格式有两种：选择刀具及刀具补偿，地址字T后接四位数字，前两位是刀具号(0099)，后两位是刀具补偿值组别号例如：T0202表示选择第二号刀具，二号偏置量,5.2数控车床常用的编程指令,2.切削速度指令,1）主轴转速设置车床主轴的转速为：式中为圆周切削速度，单位缺省为mmin、D为工件的外径，单位为mm例如：工件的外径为200mm，要求的切削速度为300mmin，经计算可得：主轴转速应为478rmin，表示为S478,5.2数控车床常用的编程指令,2.切削速度指令,2）主轴速度控制指令数控车削加工时，按需要可以设置恒切削速度，车削过程中数控系统根据车削时工件不同位置处的直径计算主轴的转速。（1）恒线速控制指令格式：G96S_；S后面的数字表示的是恒定的线速度（m/min）（2）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）（3）恒线速取消指令格式：G97S_；S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速,5.2数控车床常用的编程指令,2.切削速度指令,3）进给率和进给速度设置指令在数控车削中有两种切削进给模式设置方法，即进给率(每转进给模式)和进给速度(每分钟进给模式)。（1）进给率，单位为mm/r，其指令为：G99；/进给率转换指令，G01XZF；/F的单位为mmr,5.2数控车床常用的编程指令,2.切削速度指令,（2）进给速度，单位为mmmin，其指令为：G98；/进给速度转换指令G01X-Z-F-；/F的单位为mmmin,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,1）圆弧插补切削圆弧插补指令的概念：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.,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。圆弧的顺、逆方向判断见下图，朝着与圆弧所在平面相垂直的坐标轴的负方向看，顺时针为G02，逆时针为G03,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,例：对下图所示零件进行数控车削编程,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,解：方法一用I、K表示圆心位置，采用绝对值编程。N04G00X20.0Z2.0；N05G01Z-30.0F80；N06G02X40.0Z-40.0I10.0F60；,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,解：方法二：用R表示圆心位置，采用绝对值编程N04G00X20.0Z2.0；N05G01Z-30.0F80；N06G02X40.0R10.0F60；,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,5.2数控车床常用的编程指令,2）暂停指令G04G04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、锪孔等场合指令格式：G04X（U/P）；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,3.直径/半径编程指令,5.2数控车床常用的编程指令,3）车锥编程实例已知毛坯为30mm的棒料，3号刀为外圆刀，试车削成如图所示的正锥,3.直径/半径编程指令,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；N03G00X32.0Z0；N04G01X0F0.3；N05G00X25.0Z2.0；N06G01X30.0Z-8.0F0.4；N07G00Z2.0；N08X21.0；,5.2数控车床常用的编程指令,3.直径/半径编程指令,N09G01X30.0Z-16.0；N10G00Z2.0；N11X19.0；N12G01X30.0Z-20.0F0.3；N13G00X200.0Z100.0T0300M05；N14M30；,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,根据刀具切削加工的循环路线不同，循环指令可分为单一固定循环指令和多重复合循环指令对于加工几何形状简单、刀具走刀路线单一的工件，可采用固定循环指令编程。固定循环指令中刀具的运动分四步：进刀、切削、退刀与返回。,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,1）外圆切削循环指令（G90）指令格式:G90X（U）_Z（W）_R_F_指令功能:实现外圆切削循环和锥面切削循环。（1）圆柱面内（外）切削循环格式：G90X（U）_Z（W）_F_X、Z圆柱面切削终点的绝对坐标值U、W圆柱面切削终点的相对于循环起点的相对坐标值,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,该指令执行如图所示ABCDA的轨迹动作,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,（2）圆锥面内（外）切削循环格式：G90X（U）_Z（W）_R_F_X、Z圆柱面切削终点的绝对坐标值U、W圆柱面切削终点的相对于循环起点的相对坐标值R圆锥面切削的起点相对于终点的半径差，具体计算方法为右端面半径尺寸减去左端面半径尺寸，R值可正可负,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,该指令执行如图所示ABCDA的轨迹动作,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,2）端面切削循环指令（G94）指令格式:G94X（U）_Z（W）_R_F_指令功能:实现端面切削循环和带锥度的端面切削循环。（1）平面端面切削循环指令格式：G94X（U）_Z（W）_F_X、Z端面切削终点的绝对坐标值U、W端面切削循环终点相对于起点的坐标值,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,该指令执行如图所示ABCDA的轨迹动作,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,（2）锥面端面切削循环指令格式：G94X（U）_Z（W）_R_F_X、Z端面切削终点的绝对坐标值U、W端面切削终点的相对于循环起点的相对坐标值R-端面切削的起点相对于终点在Z轴方向上的增量值，圆台左大右小，R取正值，反之为负值。,5.2数控车床常用的编程指令,4.单一固定循环指令,该指令执行如图所示ABCDA的轨迹动作,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,在实际加工中，对于棒料毛坯车削阶梯相差较大的轴，或切除铸、锻件的毛坯余量时，都有一些多次重复进行的动作，借助复合固定循环，可以简化编程。不同的数控系统，复合固定循环指令的格式可能差别比较大。但是基本的原理一样。复合固定循环指令主要有以下几种；G71、G72、G73、G74、G76、G70等。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,1）内、外径粗车复合循环指令G71如下图示，对于外径粗车复合循环指令G71，每次切削，都完成一个矩形循环，直到按工件小端尺寸已不能再进行完整的循环为止。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,指令格式：G71UdRe；G71PnsQnfUuWwFfSsTt；说明：d背吃刀量；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；uX轴向精加工余量；wZ轴向精加工余量；f、s、tF、S、T代码。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,2）端面粗车复合循环指令G72如下图示，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除了切削是由平行于X轴的操作外，该循环指令与G71完全相同。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,指令格式：G72U(d)R(e)；G72P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t)；说明：d背吃刀量；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；uX轴向精加工余量；wZ轴向精加工余量；f、s、tF、S、T代码。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,3）固定形状粗车复合循环指令G73如下图示，执行G73指令功能时，每一刀的加工路线的轨迹形状是相同的，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。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,指令格式：G73U(i)W(k)R(d)；G73P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t)；说明：iX轴向总退刀量（半径值）；kZ轴向总退刀量；d重复加工次数；程序段中的地址除I、K、D外，其余与G71相同,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,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程序段中的F、S、T才有效。指令格式：G70P(ns)Q(nf)；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。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,例：如下图所示棒料，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。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,解：毛坯为棒料，粗加工切削深度；d=7mm；精加工余量X向；u=4mm(直径指定)精加工余量Z向；w=2mm粗加工进给量；0.3mm/r，主轴转速为500rpm；精加工进给量；0.15mm/r，主轴转速为800rpm；程序起点见上页图，具体程序略。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,例：如下图所示，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。,5.2数控车床常用的编程指令,5.复合固定循环指令,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向和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500rpm；精加工进给量为0.15mm/r；主轴转速为800rpm。具体程序略。,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,1）螺纹的加工工艺在加工螺纹时，需要有一个引入量和引出量，如下图示：,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,车螺纹时，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21一般为25mm，对大螺距和高精度的螺纹取大值；2一般取的1/4左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45退刀收尾。,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,2）编程指令(1)尺寸计算编程大径：取决于螺纹大径。编程小径：取决于螺纹小径。因为编程大径确定后，螺纹总切深在加工中是由编程小径(螺纹小径)来控制的。螺纹小径的确定应考虑满足螺纹中径公差要求。设牙底由单一圆弧形状构成（圆弧半径为R）则编程小径可用下式计算：d=d2(7/8Res/21/2Td2/2)=d7/4H2ResTd2/2,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,(2)编程指令暂停指令G04格式：G04P_暂停的时间(ms)格式：G04X_暂停的时间（s）基本（恒螺距）螺纹切削指令格式：G32X（U）_Z（W）_F_F螺纹导程X（U）、Z（W）螺纹切削终点的坐标值：X（U）省略时为圆柱螺纹切削，Z（W）省略时为端面螺纹切削，X（U）、Z（W）均不省略时为锥螺纹切削。,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,例：如下图所示，车削该零件的螺纹。,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,解：刀具选用:T01：外圆正偏刀；T02：4mm宽割刀；T03：60螺纹刀。切削用量选用:粗加工，S=500r/minF=100mm/min切削深度4mm；精加工:S=800r/minF=80mm/min切削深度=0.2mm(单边)；切槽：S=300r/minF=50mm/min；车削螺纹：S=300r/min。螺纹尺寸计算为：螺纹外径：D外=D-0.1*螺距；螺纹内径：D外=D-1.3*螺距具体程序略,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,螺纹切削循环指令G92a)圆柱螺纹切削循环指令格式：G92X（U）_Z(W)_F_说明：X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标F螺纹导程轨迹动作为：ABCDA,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,b)锥螺纹切削循环指令格式：G92X（U）_Z(W)_R_F_说明：X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标R为螺纹切削起点与螺纹终点半径差。F螺纹导程轨迹动作为：ABCDA,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,螺纹切削复合循环指令格式：G76P(m)(r)(a)Q(dmin)R(d)G76X(u)Z(w)R(i)P(k)Q(d)F(L)它的进刀方式有利于改善刀具的切削条件，如下图示,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,G76的走刀路线如下图示：,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,例：用G76循环，加工如图所示的圆柱螺纹。,5.2数控车床常用的编程指令,6.螺纹切削指令,解：N10G50X100.0Z150.0；N20T0101；N30M03S400；N40G00X75.0Z130.0；N50G76P011060Q100R200；N60G76X60.64Z25.0P3680Q1800F6.0；N70G00X100.0Z150.0；N80T0100M05；N90M30；,5.2数控车床常用的编程指令,1.数控车床的刀尖半径补偿,1）刀尖圆弧半径的概念在编制数控车床加工程序时，通常将刀尖看作是一个点。然而实际的刀具头部是圆弧或近似圆弧，对于编程来说必然会产生加工误差。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,当车外圆柱面、车端面时，不会产生加工误差；而当车锥面和圆弧面时，产生了如图所示的加工误差。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,数控系统的刀具半径自动补偿功能解决这个问题，消除刀尖圆弧半径对工件形状的影响，完成对工件的正确加工。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,2）刀具半径补偿的实施G41刀具半径左补偿，即沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于工件左侧时的刀具半径补偿G42刀具半径右补偿，即沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于工件右侧时的刀具半径补偿G40刀具半径补偿取消，使用该指令后，使G41、G42指令失效。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,指令格式：G01（或G00）G41X（U）_Z（W）_；G01（或G00）G42X（U）_Z（W）_；G40说明：刀具补偿是一个过程，因此，G41，G42，G40程序段中，必须有G00或G01指令。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,3）刀具补偿参数的输入为了消除由刀尖半径所引起的误差，在加工之前，必须把刀具半径补偿的有关参数输入到CNC装置中，可通过刀具补偿画面设定，如图示。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,3）刀具补偿参数的输入为了消除由刀尖半径所引起的误差，在加工之前，必须把刀具半径补偿的有关参数输入到CNC装置中，可通过刀具补偿画面设定，如图示。,5.3数控车床的刀具补偿,1.数控车床的刀尖半径补偿,4）刀具半径补偿功能的应用(1)当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，这时只需手工输入改变后的刀具半径，而不需修改已编好的程序。(2)在用同一把刀具进行粗、精加工时，设精加工余量为，则粗加工的补偿量为r+，而精加工的补偿量改为r即可。,5.3数控车床的刀具补偿,2.数控车床的刀具位置补偿,刀具位置补偿主要应用在以下几种情况中：1）当用多把刀具加工时，只需要对一把基准刀，其余刀具可利用刀具补偿功能，将其与基准刀尖之间的位置偏差，都偏置到同一个基准点上。2）刀具在加工过程中都会有不同程度的磨损，这时的刀尖位置与磨损前的刀尖位置存在偏差，必然产生加工误差。这种情况不需要对工件重新编程，只需要利用刀具补偿功能输入相应的参数即可。3）对同一把刀来说，当刀具重磨后再把它安装在原来的位置时，会产生安装误差。这种情况也可以通过刀具位置补偿功能来修正安装位置误差。,5.3数控车床的刀具补偿,3.数控车床的编程要点,1）尺寸字选用灵活2）重复循环切削功能3）直接按工件轮廓编程4）采用直径编程,5.3数控车床的刀具补偿,例：在数控车床上对如图所示的零件进行精