《数控机床编程与操作》-项目2

任务一简单轮廓的数控车削编程与加工(一)简单轮廓的加工工艺１.圆锥的各部分名称及尺寸计算(１)圆锥表面:与轴线成一定角度，且一端相交于轴线的一条线段(母线)，围绕着该轴线旋转形成的表面，如图２－２所示。(２)圆锥:由圆锥表面与一定尺寸所限定的几何体。(３)圆锥最大直径Ｄ:简称大端直径，如图２－３所示。(４)圆锥最小直径ｄ:简称小端直径，如图２－３所示。(５)圆锥长度Ｌ:最大圆锥直径截面与最小圆锥直径截面之间的轴向距离，如图２－３所示。下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工(６)锥度Ｃ:圆锥大、小端直径之差与长度之比，即Ｃ＝（Ｄ－ｄ）/Ｌ。(７)圆锥角(锥角)α:在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角。圆锥素线角α/２:圆锥素线与轴线间的夹角，等于圆锥角的一半，如图２－２所示。２.加工阶段的划分当数控加工零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。一般可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工４个阶段。上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工(１)粗加工阶段。粗加工阶段主要任务是切除毛坯上各表面的大部分多余金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，其目的是提高生产率。(２)半精加工阶段。半精加工阶段任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工(精铣或精磨)做好准备，并可完成一些次要表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。(３)精加工阶段。精加工阶段任务是保证各主要表面达到图样规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，其主要目标是保证加工质量。(４)光整加工阶段。光整加工阶段任务是对零件上精度和表面粗糙度要求很高(ＩＴ６级以上，表面粗糙度为Ｒａ０.２μｍ以下)的表面，进行光整加工。其目的是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工３.零件的定位与夹具的选择数控车床常用装夹方法。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支撑工件。数控车床常用装夹方法如表２－１所示。４.数控车削加工刀具及其选择数控车削用的车刀一般分为３类:即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。(１)尖形车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如９０°内、外圆车刀，左、右端面车刀，切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。(２)圆弧形车刀。圆弧形车刀的特征是:构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧，如图２－４所示。该圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上，编程时要进行刀具半径补偿。圆弧形车刀可用于车削内、外圆表面，特别适宜于车削精度要求较高的凹曲面或半径较大的凸圆弧面。(３)成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀、螺纹车刀等。上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。常用车刀的种类、形状和用途如图２－５所示。５.切削用量的选择数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中，所以编程前必须确定合适的切削用量。６.数控加工的工艺文件编制编制数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。技术文件是对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其他技术问题。上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工数控加工技术文件主要有:数控编程任务书、数控加工工序卡、数控加工走刀路线图、数控刀具卡、数控加工程序单等。在工作中，可根据具体情况设计文件格式。(二)编程指令１.轴向单一固定循环指令(Ｇ９０)对于切削过程相似的粗加工来说，为简化编程，可进行多次重复循环切削。(１)指令功能:轴类零件的外圆、锥面的加工。(２)指令格式:Ｇ９０Ｘ(Ｕ)Ｚ(Ｗ)ＲＦ；其中:Ｘ，Ｚ———圆柱面切削终点的绝对坐标值；上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工Ｕ，Ｗ———圆柱面切削终点相对于循环起点的相对坐标值；Ｆ———切削进给率或进给速度，单位为ｍｍ/ｒ或ｍｍ/ｍｉｎ，取决于该指令前面程序段的设置；Ｒ———取值为圆锥面切削始点与圆锥面切削终点的半径差，有正、负号，当Ｒ值为０或取消时，主要用于加工圆柱面。Ｒ正负的判断如图２－６所示。如果切削起点的Ｘ向坐标小于终点的Ｘ向坐标，Ｒ值为负，反之为正。(３)指令轨迹(Ｇ９０)。１Ｒ快速进刀(相当于Ｇ００指令)；２Ｆ切削进给(相当于Ｇ０１指令)；３Ｆ退刀(相当于Ｇ０１指令)；４Ｒ快速返回(相当于Ｇ００指令)。上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工具体过程如图２－７和图２－８所示，刀具从循环起点开始按１Ｒ→２Ｆ→３Ｆ→４Ｒ路线循环，最后又回到循环起点。(４)主要应用。①外圆柱面和外圆锥面。外圆柱面和外圆锥面如图２－９所示。②内孔面和内锥面。内孔面和内锥面如图２－１０所示。２.端面单一固定循环指令(Ｇ９４)(１)指令功能:直端面、锥端面的加工。(２)指令格式:Ｇ９４Ｘ(Ｕ)Ｚ(Ｗ)ＲＦ；其中:Ｘ，Ｚ———端面切削终点的绝对坐标值；上一页下一页返回任务一简单轮廓的数控车削编程与加工Ｕ，Ｗ———端面切削循环终点相对于起点的坐标值；Ｆ———切削进给率或进给速度，单位为ｍｍ/ｒ或ｍｍ/ｍｉｎ，取决于该指令前面程序段的设置；(３)指令轨迹。１Ｒ快速进刀(相当于Ｇ００指令)；２Ｆ切削进给(相当于Ｇ０１指令)；３Ｆ退刀(相当于Ｇ０１指令)；４Ｒ快速返回(相当于Ｇ００指令)。具体过程如图２－１２和图２－１３所示，刀具从循环起点开始按１Ｒ→２Ｆ→３Ｆ→４Ｒ路线循环，最后又回到循环起点。上一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

１.圆弧插补指令(Ｇ０２/Ｇ０３)(１)指令功能:该指令用于控制刀架沿圆弧方向切削出圆弧轮廓(只适合于圆的加工，抛物线曲线、椭圆弧并不适合此种方法。其中，Ｇ０２为顺时针圆弧插补，Ｇ０３为逆时针圆弧插补)。(２)指令格式:①用Ｉ，Ｋ指定圆弧圆心的圆弧编程方法:

其中:Ｇ０２/Ｇ０３———所要加工圆弧的顺逆；Ｘ，Ｚ———圆弧终点的绝对坐标；下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

Ｕ，Ｗ———圆弧终点相对于起点的增量坐标；Ｉ，Ｋ———圆弧圆心相对于圆弧起点的增量，Ｉ＝圆心坐标Ｘ－圆弧起始点的Ｘ坐标，Ｋ＝圆心坐标Ｚ－圆弧起始点的Ｚ坐标；Ｆ———进给速度。②用Ｒ指定圆弧圆心的圆弧编程方法:

其中:Ｇ０２/Ｇ０３———所要加工圆弧的顺逆；Ｘ，Ｚ———圆弧终点的绝对坐标；Ｕ，Ｗ———圆弧终点相对于起点的增量坐标；上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

Ｒ———圆弧半径(若圆心角大于１８０°，则Ｒ后面的数字取负，反之取正)；Ｆ———进给速度。注意:此种编程方法不能对整圆进行编程。③圆弧顺逆的判断:逆着圆弧所在坐标系的第三条坐标轴的正方向看，看到的是圆弧实际的方向。对于车床来讲，外圆可以简单归结为凹顺凸逆。２.刀尖半径补偿在加工锥形和圆弧形工件时，由于刀尖的圆度只用刀具偏置很难对精密零件进行所必需的补偿。刀尖半径补偿功能自动补偿这种误差。上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

１)假想刀尖在图２－１７(ｂ)中，在位置Ａ的刀尖实际上并不存在。把实际的刀尖半径中心设在起始位置要比把假想刀尖设在起始位置困难得多，因而需要假想刀尖。当使用假想刀尖时，编程中不需要考虑刀尖半径。当刀具设定在起始位置时，位置关系如图２－１７(ｂ)所示。如图２－１８及图２－１９所示，车外圆、端面时，刀具实际切削刃的轨迹与零件轮廓一致，并无误差产生。车锥面时，零件轮廓为实线，实际车出形状为虚线，产生欠切误差δ。若零件精度要求不高或留有精加工余量，可忽略此误差，否则应考虑刀尖圆弧半径对零件形状的影响。上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

具有刀具半径补偿功能的数控系统可防止这种现象的产生，在编制零件加工程序时，以假想刀尖位置按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令Ｇ４１、Ｇ４２，由系统自动计算补偿值，生成刀具路径，完成对零件的合理加工。２)刀具半径补偿参数及设置(１)刀尖半径。补偿刀尖圆弧半径大小后，刀具自动偏离零件半径距离，因此，必须将刀尖圆弧半径尺寸值输入系统的存储器中。一般粗加工取０.８ｍｍ，半精加工取０.４ｍｍ，精加工取０.２ｍｍ。若粗、精加工采用同一把刀，一般刀尖半径取０.４ｍｍ。(２)车刀形状和位置。车刀形状不同，决定刀尖圆弧所处的位置不同，执行刀具补偿时，刀具自动偏离零件轮廓的方向也就不同。上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

因此，也要把代表刀尖形状和位置的参数输入到存储器中，车刀形状和位置参数称为刀尖方位Ｔ，如图２－２０所示，共有９种，分别用参数０~９表示，Ｐ为理论刀尖点。３)指令详解(１)刀具半径补偿指令:Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４０。如图２－２１所示，逆着Ｙ轴正向看，顺着刀具运动方向，刀具在零件的左边称为左补偿，使用Ｇ４１指令；刀具在零件的右边称为右补偿，使用Ｇ４２指令；Ｇ４０为取消刀具半径补偿指令，使用该指令后，Ｇ４１、Ｇ４２指令失效，即假想刀尖轨迹与编程轨迹重合。上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

(２)指令说明:①Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４０指令应与Ｇ０１、Ｇ００指令在同程序段出现，通过直线运动建立或取消刀补。②Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４０为模态指令。③Ｇ４１、Ｇ４２不能同时使用，即在程序中，前面程序段有了Ｇ４１后，就不能接着使用Ｇ４２，应先用Ｇ４０指令解除Ｇ４１刀补状态后，才可使用Ｇ４２刀补指令。４)刀具半径补偿的其他应用(１)当刀具磨损或刀具重磨后，刀尖圆弧半径变大，这时只需重新设置刀尖圆弧半径的补偿量，而不必修改程序。上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

(２)应用刀具半径补偿，可使用同一加工程序，对零件轮廓分别进行粗、精加工，若精加工余量为ａ，则粗加工时设置补偿量为ａ＋ｒ，精加工时设置补偿量为ｒ即可。５)注意事项(１)在录入方式(ＭＤＩ)下不能执行刀补Ｃ建立，也不能执行刀补Ｃ撤销。(２)刀尖半径Ｒ值不能输入负值，否则运行轨迹出错。(３)刀尖半径补偿的建立与撤销只能用Ｇ００或Ｇ０１指令，不能用圆弧指令(Ｇ０２或Ｇ０３)；否则会产生报警。上一页下一页返回任务二复杂单调轮廓的数控车削编程与加工

(４)在程序结束前必须指定Ｇ４０取消偏置模式；否则，再次执行时刀具轨迹偏离一个刀尖半径值。(５)在主程序和子程序中使用刀尖半径补偿，在调用子程序(即执行Ｍ９８)前，数控机床必须在主程序中取消补偿，在子程序中再次建立刀补。上一页返回任务三仿形轮廓的数控车削编程与加工仿形车削循环加工指令(Ｇ７３):主要用于车削固定轨迹的轮廓，这种切削循环可以有效切削铸造成形、锻造成形或已粗加工成形的工件。对不具备类似成形条件的工件，若采用Ｇ７３指令进行编程与加工，反而会增加刀具在切削过程中的空行程，而且也不便于计算粗车余量。(１)指令格式:Ｇ７３Ｕ(Δｉ)Ｗ(Δｋ)Ｒ(ｄ)；Ｇ７３Ｐ(ｎｓ)Ｑ(ｎｆ)Ｕ(Δｕ)Ｗ(Δｗ)Ｆ(ｆ)Ｓ(ｓ)Ｔ(ｔ)；其中:Δｉ———Ｘ向总退刀距离(半径值)；Δｋ———Ｚ向总退刀距离；下一页返回任务三仿形轮廓的数控车削编程与加工ｄ———分割次数，这个值与粗加工重复次数相同；ｎｓ———精加工形状程序的第一个段号；ｎｆ———精加工形状程序的最后一个段号；Δｕ———Ｘ向精加工余量(直径值)；Δｗ———Ｚ向精加工余量。(２)指令说明:Ｇ７３复合循环的轨迹如图２－２５所示。刀具从循环起点(Ｇ点)开始，快速退刀至Ｄ点(在Ｘ向的退刀量为Δｕ/２＋Δｉ，在Ｚ向的退刀量为Δｗ＋Δｋ)；快速进刀至Ｅ点(Ｅ点坐标值由Ａ点坐标、精加工余量、退刀量Δｉ和Δｋ及粗切次数确定)；上一页下一页返回任务三仿形轮廓的数控车削编程与加工沿轮廓形状偏移一定值后进行切削至Ｆ点；快速返回Ｄ１点，准备第二层循环切削；如此分层(分层次数由循环程序指定的参数ｄ确定)切削至循环结束后，快速退回循环起点(Ｇ点)。Ａ点和Ｂ点间的运动指令指定在从顺序号ｎｓ~ｎｆ的程序段中。①ｎｓ~ｎｆ程序段中的Ｆ、Ｓ、Ｔ功能在循环时无效，而在Ｇ７０时有效。②Δｕ、Δｗ精加工余量的正、负判断如图２－２６所示。(３)使用内、外圆复合固定循环(Ｇ７１、Ｇ７３、Ｇ７０)的注意事项如下:①Ｇ７１固定循环主要用于对径向尺寸要求比较高、轴向尺寸大于径向切削尺寸的毛坯工件进行粗车循环。上一页下一页返回任务三仿形轮廓的数控车削编程与加工编程时，Ｘ向的精车余量取值一般大于Ｚ向精车余量的取值。有单调递增或单调递减形式的限制。②Ｇ７３固定循环主要用于已成形工件的粗车循环，其精车余量根据具体的加