数控技术 4.2 数控车床的编程

第三节数控车床的编程,1.数控车床简介数控车床的组成：数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和辅助系统等。数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。,第三章数控车床的编程,2.液压卡盘和液压尾架液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。,第三章数控车床的编程,3.数控车床的刀架数控车床可以配备两种刀架：(1)专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。(2)通用刀架根据一定的通用标准(如VDI，德国工程师协会)而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。（见图）,第三章数控车床的编程,图3.4通用刀架,第三章数控车床的编程,4.铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。如：利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。5.数控车床的刀具在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。数控车床上常用的刀具如图3.5，图3.6所示。,第三章数控车床的编程,图3.5数控车床刀具,第三章数控车床的编程,图3.6数控车床刀具,第三章数控车床的编程,3.2数控车床编程3.2.1数控车床编程基础1.公制（米制）与英制编程数控车床使用的长度单位量纲有公制（米制）和英制两种，由专用的指令代码设定长度单位量纲，如FANUC-0TC系统用G20表示使用英制单位量纲，G21表示使用公制（米制）单位量纲。系统通电开机后，机床自动处于公制尺寸状态。2.直径编程和半径编程(1)直径编程:采用直径编程时，数控程序中X轴的坐标值即为零件图上的直径值。,第三章数控车床的编程,(2)半径编程:采用半径编程，数控程序中X轴的坐标值为零件图上的半径值。考虑使用上的方便，一般采用直径编程。CNC系统缺省的编程方式为直径编程。,a)直径编程b)半径编程图3.7数控车削编程分类a)A:(30.0,80.0)，B:(40.0,60.0)b)A:(15.0,80.0)，B:(20.0,60.0),第三章数控车床的编程,3.车床的前置刀架与后置刀架数控车床刀架布置有两种形式：如图3.8所示,图3.8车床的前置刀架与后置刀架,第三章数控车床的编程,4.刀尖半径补偿在数控车削编程中为了编程方便，把刀尖看作为一个尖点，数控程序中刀具的运动轨迹即为该假想尖点的运动轨迹。（如图3.9所示）,图3.9假想刀尖与刀尖半径,第三章数控车床的编程,刀尖圆弧半径补偿指令：指令格式G41(G42、G43)G01(G00)X(U)_Z(W)指令功能G41为刀尖圆弧半径左补偿；G42为刀尖圆弧半径右补偿；G40是取消刀尖圆弧半径补偿。指令说明顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边为刀尖圆弧半径左补偿；刀具在工件的右边为刀尖圆弧半径右补偿。只有通过刀具的直线运动才能建立和取消刀尖圆弧半径补偿。,第三章数控车床的编程,5.数控机床的初始状态初始状态:指数控机床通电后具有的状态，也称为数控系统内部默认的状态，一般设定绝对坐标方式编程、使用米制长度单位量纲、取消刀具补偿、主轴和切削液泵停止工作等状态作为数控机床的初始状态。3.2.2数控车床基本指令1.常用编程指令的应用车削加工编程一般包含X和Z坐标运动及绕Z轴旋转的转角坐标C。(1)快速定位(G00或G0)刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的目标位置。指令格式：G00X(U)Z(W)；,第三章数控车床的编程,(2)直线插补(G01或G1)刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。指令格式：G01X(U)Z(W)F；,图3.10快速定位图3.11直线插补,第三章数控车床的编程,图3.10快速定位图3.11直线插补G00X40.0Z56.0；G01X40.0Z20.1F0.2；/绝对坐标，直径编程；/绝对坐标，直径编程G00U-60.0W-30G01U20.0W-25.9F0.2；/增量坐标，直径编程/增量坐标，直径编程,(3)圆弧插补(G02或G2，G03或G3)1)指令格式:G02X(U)_Z(W)_I_K_F_；G02X(U)Z(W)RF；G03X(U)_Z(W)_I_K_F_；G03X(U)Z(W)RF；,第三章数控车床的编程,2)指令功能:G02、G03指令表示刀具以进给速度从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补。3)指令说明: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、逆方向判断见图3.12左图，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，图3.12右图分别表示了车床前置刀架和后置刀架对圆弧顺与逆方向的判断；,第三章数控车床的编程,图3.12圆弧的顺逆方向,如图3.13，采用绝对坐标编程，X、Z为圆弧终点坐标值；采用增量坐标编程，U、W为圆弧终点相对圆弧起点的坐标增量，R是圆弧半径，当圆弧所对圆心角为0180,第三章数控车床的编程,图3.13圆弧绝对坐标,相对坐标,时，取正值；当圆心角为180360时，R取负值。I、K为圆心在X、Z轴方向上相对圆弧起点的坐标增量（用半径值表示），I、K为零时可以省略。,第三章数控车床的编程,图3.14圆弧插补,G02X50.0Z30.0I25.0F0.3；G03X87.98Z50.0I-30.0K-40.0F0.3；G02U20.0W-20.0I25.0F0.3；/绝对坐标，直径编程G02X50.Z30.0R25.0F0.3；G03U37.98W-30.0I-30.0K-40.0F0.3；G02U20.0W-20.0R25.0F0.3；/相对坐标，直径编程,第三章数控车床的编程,(4)主轴转速设置(S)车床主轴的转速(rmin)为：,因此主轴转速应为478rmin，表示为S478。,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,第三章数控车床的编程,(5)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(例如，为保证车削后工件的表面粗糙度一致，应设置恒切削速度)，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。恒切削速度设置方法如下：G96S；其中S后面数字的单位为rmin。设置恒切削速度后，如果不需要时可以取消，其方式如下:G97S；其中S后面数字的单位为rmin。,第三章数控车床的编程,(6)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mmr2)进给速度，单位为mmmin，其指令为：G98；/进给速度转换指令，G01XZF；/F的单位为mmmin,第三章数控车床的编程,图3.16进给率和进给速度,图a：G99G01Z-27.1F0.3;图b：G98G01Z-10.0F80;表示进给率为0.3mmr表示进给速度为80mmminCNC系统缺省进给模式是进给率，即每转进给模式。,第三章数控车床的编程,(7)工件原点设置工件坐标系的原点有两种设置方法。1)用G50指令进行工件原点设置，分以下两种设置情况：,图3.17工件原点设置,第三章数控车床的编程,坐标原点设置在卡盘端面如图a所示，这种情况下z坐标是正值。工件原点设置在卡盘端面：G50X85.Z210.；/*将刀尖当前位置的坐标值定为工件坐标系中的一点(85.，210.)。坐标原点设置在零件右端面如图b所示，这种情况下Z坐标值是负值。工件原点设置在工件右端面：G50X85.0Z90.0；在这种情况下，如果设置指令写成：G50X0Z0；则刀尖当前位置即为工件坐标系原点。,第三章数控车床的编程,(8)端面及外圆车削加工端面及外圆的车削加工要用到插补指令G01。为正确地编写数控程序，应在编写程序前根据工件的情况选择工件原点。确定好工件原点后，还必须确定刀具的起始点。,图3.18确定车削原点a)工件原点在左端面时b)工件原点在右端面时,第三章数控车床的编程,实例：如下图所示零件,图3.45数控车削综合编程实例,第三章数控车床的编程,N0050G01X32Z0;N0110G02X16Z-15R2;N0060G01X-0.5;N0120G01X20;N0070G00Z1;N0130G01Z35;N0080G00X10;N0140X26;N0090G01X12Z1;N0150Z50;N0100G01X12Z1;N0160X32;,第三章数控车床的编程,2.循环加工指令当车削加工余量较大，需要多次进刀切削加工时，可采用循环指令编写加工程序，这样可减少程序段的数量，缩短编程时间和提高数控机床工作效率。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。(1)单一固定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，即只需用一条指令、一个程序段完成刀具的多步动作。固定循环指令中刀具的运动分四步：进刀、切削、退刀与返回。,第三章数控车床的编程,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。刀具从循环起点按图3.19与图3.20所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按快速移动，实线表示按F指定的工件进给速度移动。,图3.19外圆切削循环,第三章数控车床的编程,图3.20锥面切削循环,指令说明:X、Z表示切削终点坐标值；U、W表示切削终点相对循环起点的坐标分量；R表示切削始点与切削终点在轴方向的坐标增量（半径值），外圆切削循环时R为零，可省略；表示进给速度。,第三章数控车床的编程,例题如图3.21所示，运用外圆切削循环指令编程。G90X40Z20F30A-B-C-D-AX30A-E-F-D-AX20A-G-H-D-A,图3.21外圆切削循环例题,第三章数控车床的编程,例题如图3.22所示，运用锥面切削循环指令编程。G90X40Z20R-5F30A-B-C-D-AX30A-E-F-D-AX20A-G-H-D-A,图3.22锥面切削循环例题,第三章数控车床的编程,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。刀具从循环起点，按图3.23与图3.24所示走刀路线，最后返回到循环起点，图中虚线表示按R快速移动，实线按指定的进给速度移动。,图3.23端面切削循环图3.24带锥度的端面切削循环,第三章数控车床的编程,指令说明:X、Z表示端平面切削终点坐标值；U、W表示端面切削终点相对循环起点的坐标分量；R表示端面切削始点至切削终点位移在Z轴方向的坐标增量，端面切削循环时R为零，可省略；F表示进给速度。,第三章数控车床的编程,例题:如图3.25所示，运用端面切削循环指令编程。G94X20Z16F30A-B-C-D-AZ13A-E-F-D-AZ10A-G-H-D-A,图3.25端面切削循环例题图3.26带锥度的端面切削循环,第三章数控车床的编程,例题:如图3.26所示，运用带锥度端面切削循环指令编程。G94X20Z34R-4F30A-B-C-D-AZ32A-E-F-D-AZ29A-G-H-D-A2)多重复合循环指令（G70G76)在这组指令中，G71、G72、G73是粗车加工指令，G70是G71、G72、G73粗加工后的精加工指令，G74是深孔钻削固定循环指令，G75是切槽固定循环指令，G76是螺纹加工固定循环指令。,第三章数控车床的编程,1)外圆粗加工复合循环（G71）指令格式：G71UdReG71PnsQnfUuWwFfSsTt指令功能：切除棒料毛坯大部分加工余量，切削是沿平行Z轴方向进行，如图3.27所示。A为循环起点，A-A-B为精加工路线。,图3.27外圆粗加工复合循环图3.28端面粗加工复合循环,第三章数控车床的编程,例题:如图3.29所示，运用外圆粗加工循环指令编程。,图3.29外圆粗加工复合循环例题,第三章数控车床的编程,N010G50X150Z100N020G00X41Z0N030G71U2R1N040G71P50Q120U0.5W0.2F100N050G01X0Z0N060G03X11W-5.5R5.5N070G01W-10N080X17W-10N090W-15N100G02X29W-7.348R7.5N110G01W-12.652N120X41N130G70P50Q120F30,第三章数控车床的编程,2)端面粗加工复合循环（G72）指令格式:G72WdReG72PnsQnfUuWwFfSsTt指令功能:除切削是沿平行X轴方向进行外，该指令功能与G71相同，如图3.28所示。指令说明:d、e、ns、nf、u、w的含义与G71相同。,第三章数控车床的编程,例题:如下图，运用端面粗加工循环指令编程。,图3.30端面粗加工复合循环图3.31固定形状切削复合循环,第三章数控车床的编程,N010G50X150Z100N020G00X41Z1N030G72W1R1N040G72P50Q80U0.1W0.2F100N050G00X41Z-31N060G01X20Z-20N070Z-2N080X14Z1N090G70P50Q80F30,第三章数控车床的编程,3)固定形状切削复合循环（G73）指令格式:G73UiWkRdG73PnsQnfUuWwFfSsTt指令功能:适合加工铸造、锻造成形的一类工件指令说明:i表示X轴向总退刀量（半径值）；K表示Z轴向总退刀量；d表示循环次数；ns表示精加工路线第一个程序段的顺序号；nf表示精加工路线最后一个程序段的顺序号；u表示X方向的精加工余量（直径值）；w表示Z方向的精加工余量。,第三章数控车床的编程,4)精车复合循环（G70）指令格式：G70PnsQnf指令功能：用G71、G72、G73指令粗加工完毕后，可用精加工循环指令。指令说明：ns表示指定精加工路线第一个程序段的顺序号；nf表示指定精加工路线最后一个程序段的顺序号；G70G73循环指令调用N(ns)至N(nf)之间程序段，其中程序段中不能调用子程序。,第三章数控车床的编程,5)复合固定循环举例（G71与G70编程）3.螺纹加工自动循环指令(1)单行程螺纹切削指令G32（G33,G34）指令格式：G32X（U）_Z（W）_F_指令功能：切削加工圆柱螺纹、圆锥螺纹和平面螺纹。指令说明：格式中的X（U）、Z（W）为螺纹中点坐标，F为以螺纹长度L给出的每转进给率。L表示螺纹导程，对于圆锥螺纹（图3.34），其斜角在45以下时，螺纹导程以Z轴方向指定；斜角在4590时，以X轴方向指定。,第三章数控车床的编程,圆柱螺纹切削加工时，X、U值可以省略，格式为：G32Z（W）_F_；端面螺纹切削加工时，Z、W值可以省略，格式为：G32X（U）_F_；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2，即在程序设计时，应将车刀的切入、切出、返回均应编入程序中。,图3.34螺纹切削图3.35螺纹切削应用,第三章数控车床的编程,例题：如图3.35所示，走刀路线为A-B-C-D-A，切削圆锥螺纹，螺纹导程为4mm,1=3mm，2=2mm，每次背吃刀量为mm，切削深度为2mm。G00X16G32X44W-45F4G00X50W45X14G32X42W-45F4G00X50W45,第三章数控车床的编程,(2)螺纹切削循环指令（G92）指令格式:G92X（U）_Z（W）_R_F_指令功能:切削圆柱螺纹和锥螺纹例题:如图3.38所示，运用圆柱螺纹切削循环指令编程。,图3.38切削圆柱螺纹,第三章数控车床的编程,G50X100Z50G97S300T0101M03G00X35Z3G92X29.2Z-21F1.5X28.6X28.2X28.04G00X100Z50T0000M05M02(3)螺纹切削复合循环（G76）指令格式:G76PmraQdminRdG76X（U）_Z（W）_RiPkQdFf,第三章数控车床的编程,指令功能：该螺纹切削循环的工艺性比较合理，编程效率较高，螺纹切削循环路线及进刀方法如图3.40所示。,图3.40螺纹切削复合循环路线及进刀法,第三章数控车床的编程,3.3数控加工的刀具半径补偿在车削过程中，刀尖圆弧半径中心与编程轨迹会偏移一个刀尖圆弧半径值r,用指令补偿因刀尖半径引起的偏差的这种偏置功能，称为刀具半径补偿。在执行刀具半径补偿时，刀具会自动偏移一个刀具半径值；当刀具磨损，刀尖半径变小；刀具更换，刀尖半径变大时，只需更改输入刀具半径的补偿值，不需修改程序。,第三章数控车床的编程,1.刀具半径补偿的方法把实际的刀具半径存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中D#；（可编程刀具半径偏置寄存器号。）假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程;CNC系统将该编号（寄存器号）对应的刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹。,第三章数控车床的编程,2.刀具半径补偿指令,a)刀具半径左补偿b)刀具半径右补偿图3.42刀具半径补偿,刀具半径补偿分为：(1)刀具半径左补偿：用G41定义，刀具位于工件左侧；(2)刀具半径右补偿：用G42定义，刀具位于工件右侧；(3)取消刀具半径补偿：G40。(4)刀具半径偏置寄存器号：用非零的D#代码选择；,第三章数控车床的编程,3.4数控车床综合加工实例根据下图所示的待车削零件，材料为45号钢，其中85圆柱面不加工。在数控车床上需要进行的工序为：切削80mm和62mm外圆；R70mm弧面、锥面、退刀槽、螺纹及倒角。要求分析工艺过程与工艺路线，编写加工程序。,第三章数控车床的编程,3.4数控车床综合加工实例根据下图所示的待车削零件，材料为45号钢，其中85圆柱面不加工。在数控车床上需要进行的工序为：切削80mm和62mm外圆；R70mm弧面、锥面、退刀槽、螺纹及倒角。要求分析工艺过程与工艺路线，编写加工程序。,第三章数控车床的编程,图3.43车削零件图,第三章数控车床的编程,1.零件加工工艺分析(1)设定工件坐标系按基准重合原则，将工件坐标系的原点设定在零件右端面与回转轴线的交点上，如图中Op点，并通过G50指令设定换刀点相对工件坐标系原点Op的坐标位置（200,100）(2)选择刀具根据零件图的加工要求，需要加工零件的端面、圆柱面、圆锥面、圆弧面、倒角以及切割螺纹退刀槽和螺纹，共需用三把刀具。,第三章数控车床的编程,1号刀，外圆左偏刀，刀具型号为：CL-MTGNR-2020/R/1608ISO30。安装在1号刀位上。3号刀，螺纹车刀，刀具型号为：TL-LHTR-2020/R/60/1.5ISO30。安装在3号刀位上。5号刀，割槽刀，刀具型号为：ER-SGTFR-2012/R/3.0-0IS030。安装在5号刀位上。(3)加工方案使用1号外圆左偏刀，先粗加工后精加工零件的端面和零件各段的外表面，粗加工时留0.5mm的精车余量；使用5号割槽刀切割螺纹退刀槽；然后使用号螺纹车刀加工螺纹。,第三章数控车床的编程,(4)确定切削用量切削深度：粗加工设定切削深度为3mm，精加工为0.5mm。主轴转速：根据45号钢的切削性能，加工端面和各段外表面时设定切削速度为90m/min；车螺纹时设定主轴转速为250r/min。进给速度：粗加工时设定进给速度为200mm/min，精加工时设定进给速度为50mm/min。车削螺纹时设定进给速度为1.5mm/r。,第三章数控车床的编程,2.编程与操作(1)编制程序(2)程序输入数控系统将程序在数控车床MDI方式下直接输入数控系统，或通过计算机通信接口将程序输入数控机床的数控系统。然后在CRT屏幕上模拟切削加工，检验程序的正确性。(3)手动对刀操作通过对刀操作设定工件坐标系，记录每把刀的刀尖偏置值，在运行加工程序中，调用刀具的偏置号，实现对刀尖偏置值的补偿。,第三章数控车床的编程,(4)自动加工操作选择自动运行方式，然后按下循环启动按钮，机床即按编写的加工程序对工件进行全自动加工。0001程序代号N005G50X200Z100建立工件坐标