第5章数控车床编程

1、第第5章章 数控车床编程与加工数控车床编程与加工 数控车床的结构和加工特点数控车床的结构和加工特点数控车削加工工艺处理数控车削加工工艺处理数控车床对刀数控车床对刀数控车床的的基本操作数控车床的的基本操作零件车削加工实例零件车削加工实例5.1 数控车床的结构和加工特点数控车床的结构和加工特点5.1.1 5.1.1 数控车床的组成数控车床的组成1-主轴卡盘夹紧与松开的脚踏开关 2-对刀仪 3-主轴卡盘 4-主轴箱 5-机床防护门6-液压系统压力表 7-对刀仪防护罩 8-机床防护罩 9-对刀仪转臂 10-操作面板11-回转刀架 12-尾座 13-30倾斜布置的滑板 14-平床身1. 机床本体(Mac

2、hine Tools)-主运动部件、进给运动部件-支承件（立柱、床身等）-特殊装置-辅助装置2.数控系统（Numerical Control System） 是一种程序控制系统，它能处理输入到系统中的数控加工程序，控制数控机床运动并加工出零件。5.1 数控车床额结构和加工特点主要内容输入输出装置可以通过多种方式获得数控加工程序: 软驱 现已较少使用 MDI（Manual Data Input）方式 USB接口 RS232C接口 DNC接口 存储卡 未来会广泛使用 以太网 5.1 数控车床额结构和加工特点伺服单元和驱动装置：伺服单元和驱动装置： 主轴伺服单元和主轴电机主轴伺服单元和主轴电机 进给

3、伺服单元和进给电机进给伺服单元和进给电机检测装置：检测装置： 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用：作用： 保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNCCNC装置指令；装置指令； 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）；进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）； 主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）。主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）。5.1 数控车床额结构和加工特点5.1 数控车床的结构和加工特点数控车床的结构和加工特点5.1.2 5.1.2 数控车床的布局数控车床的

4、布局（1） 床身和导轨的布局5.1 数控车床的结构和加工特点数控车床的结构和加工特点（2） 刀架的布局 a.回转式刀架 b.排式刀架5.1.2 5.1.2 数控车床的布局数控车床的布局 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。数控车床能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。 5.1 数控车床的结构和加工特点数控车床的结构和加工特点1. 按车床主轴位置分类按车床主轴位置分类: 卧式；立式。卧式；立式。5.1.4 5.1.4 数控车床的分类数控车床的分类 2. 按加工零件的基本类型分类：卡盘式；

5、顶尖式按加工零件的基本类型分类：卡盘式；顶尖式 。3.按刀架数量分类：按刀架数量分类：单刀架数控车床；双刀架数控单刀架数控车床；双刀架数控车床车床 4.按联动轴数分类按联动轴数分类 5.按功能分类：按功能分类：经济型数控车床经济型数控车床 ；普通数控车床；普通数控车床；车削加工中心车削加工中心 二、数控车床的结构特点二、数控车床的结构特点 传动链短传动链短 主轴采用无级变速或分段无级变速主轴采用无级变速或分段无级变速 刚度大刚度大 采用滚珠丝杠，实现轻拖动采用滚珠丝杠，实现轻拖动 采用油雾自动润滑采用油雾自动润滑 采用镶钢导轨采用镶钢导轨 全封闭或半封闭防护全封闭或半封闭防护 一般配有自动换刀

6、、排屑装置一般配有自动换刀、排屑装置 双伺服电路驱动双伺服电路驱动 5.2.1 数控车床的加工对象数控车床的加工对象 由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。能够加工尺寸精度要求高的零件。 能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。 精度要求高的回转体零件精度要求高的回转体零件5.2 数控车削加工工艺处理数控车削加工工艺处理 表面粗糙度小的回转体零件表面粗糙度小的回转体零件 数

7、控车床能加工出表面粗糙度小的零件数控车床能加工出表面粗糙度小的零件. 在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。的粗糙度既小又一致。 数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。零件。 轮廓形状复杂的零件轮廓形状复杂的零件 数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接使用圆弧数控车床具有圆弧

8、插补功能，所以可直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。指令来加工圆弧轮廓。 数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列表曲线。表曲线。 带一些特殊类型螺纹的零件带一些特殊类型螺纹的零件 数控车床不但能加工任何等节距直、锥面和端面螺纹，数控车床不但能加工任何等节距直、锥面和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹。之间平滑过渡的螺纹。 数控车床还配有精密螺纹切削功能，再加上一般采用数

9、控车床还配有精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。可以说，包括丝削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。 超精密、超低表面粗糙度的零件超精密、超低表面粗糙度的零件 磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超

10、低的表面粗糙度值，隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度值，它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。 其他其他 淬硬工件、高效率加工、带横向加工的回转体零件淬硬工件、高效率加工、带横向加工的回转体零件 5.2.1确定工件在数控车床上完成的工序内容以确定工件在数控车床上完成的工序内容以及与前后工序的联系及与前后工序的联系1.工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等。或棒料、形状、尺寸、加工余量等。2. 前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序已加工部位的形状

11、、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。前道工序加工出的基准面、基准孔等。3. 本工序要加工的部位和具体内容。本工序要加工的部位和具体内容。 4. 为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工前毛坯图及本工序加工图。前毛坯图及本工序加工图。 5.2 数控车削加工工艺处理数控车削加工工艺处理应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工；多次装夹时，零件上用统一基准来保证两次装夹加工后其相对位置的正确性 。 零件加工面转接处的凹圆弧半径，一根轴上直径差不多大的各轴肩处的退刀槽宽度等最好统一尺寸。 1.采用统一的基准定位采用统一的基准定位2.尽可能

12、少用刀具。节省换刀时间尽可能少用刀具。节省换刀时间 5.2.2 数控车床加工零件的工艺性分析数控车床加工零件的工艺性分析二、确定工件的装夹方式与设计夹具二、确定工件的装夹方式与设计夹具 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。选用或设计夹具。三、选择合适的对刀点和换刀点三、选择合适的对刀点和换刀点 1. 对刀点对刀点 数控加工时刀具相对零件运动的起点，由于程序也是从这一点数控加工时刀具相对零件运动的起点，由于程序也是从这一点开始执行的，所以又称程序起点或起刀点。开始执行的，所以又称程序起点或起刀点。 2. 刀位点刀位点 刀具在

13、机床上的位置是由刀具在机床上的位置是由“刀位点刀位点”的位置来表示的。的位置来表示的。在对刀时，采用对刀装置使在对刀时，采用对刀装置使“刀位点刀位点”和和“对刀点对刀点”重合。重合。 四、拟定工艺路线四、拟定工艺路线按安装次数划分工序按安装次数划分工序 按加工部位划分工序按加工部位划分工序 按所用刀具划分工序按所用刀具划分工序 按粗精加工划分工序按粗精加工划分工序 加工方法的选择加工方法的选择工序的划分工序的划分四、拟定工艺路线四、拟定工艺路线先粗后精先粗后精 基面先行基面先行先内后外先内后外 先近后远先近后远 刀具集中刀具集中走刀路线最短走刀路线最短 3. 加工顺序的安排加工顺序的安排五、五

14、、 加工路线与加工余量的关系加工路线与加工余量的关系 在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排。安排一些子程加工时，则要注意程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。序对余量过多的部位先作一定的切削加工。 图图(a)(a)是错误的阶梯切削路线，图是错误的阶梯切削路线，图(b)(b)按按1515的顺序切的顺序切削，每次切削所留

15、余量相等，是正确的阶梯切削路线削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线 1) 大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线2) 分层切削时刀具的终止位置分层切削时刀具的终止位置 1.在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速；在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速；2.当螺纹加工程序段中的导入长度当螺纹加工程序段中的导入长度1和切出长度和切出长度2比较充裕时，比较充裕时， 可选择适当高一些的主轴转速；可选择适当高一些的主轴转速；3.当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大

16、转 速时，则可选择尽量高一些的主轴转速；速时，则可选择尽量高一些的主轴转速；4.通常情况下，车螺纹时主轴通常情况下，车螺纹时主轴 转速应按其机床或数控系统转速应按其机床或数控系统 说明书中规定的计算式进行说明书中规定的计算式进行 确定，其计算式为：确定，其计算式为： n螺螺n允允/L(r/min) 车螺纹时应遵循的几个原则车螺纹时应遵循的几个原则六、确定切削用量和进给量六、确定切削用量和进给量 在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切

17、削条件，合理地确定切削用量，可有效，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。上述诸因素中以上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给

18、率为主切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。要因素。 5.3 数控车床的工艺装备数控车床的工艺装备 数控车床的刀具数控车床的刀具 数控车床的卡盘数控车床的卡盘 数控车床的尾座数控车床的尾座 数控车床的刀架数控车床的刀架 数控车床的铣削动力头数控车床的铣削动力头 一、数控车床的刀具一、数控车床的刀具 1. 对刀具的要求对刀具的要求 数控车床能兼作粗、精加工。为使粗加工能以较大数控车床能兼作粗、精加工。为使粗加工能以较大切削深度、较大进给速度地加工，要求粗车刀具强度切削深度、较大进给速度地加工，要求粗车刀具强度高、耐用度好。精车首先是保证加工精度，所以要求高、耐用度好。精车首先是保证加工精度，

19、所以要求刀具的精度高、耐用度好。为减少换刀时间和方便对刀具的精度高、耐用度好。为减少换刀时间和方便对刀，应可能多地采用机夹刀。刀，应可能多地采用机夹刀。2. 数控车床的刀具数控车床的刀具 数控车削用的车刀一般分为三类：数控车削用的车刀一般分为三类：尖形车刀、圆尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。弧形车刀和成型车刀。尖形车刀：是以直线形切削刃为特征的车刀尖形车刀：是以直线形切削刃为特征的车刀圆弧形车刀：是较为特殊的数控加工用车刀圆弧形车刀：是较为特殊的数控加工用车刀(3) 成型车刀：俗称样板车刀成型车刀：俗称样板车刀 机夹可转位车刀机夹可转位车刀是将可转位硬质合金刀片用机械是将可转位硬质合金刀片用机

20、械的方法夹持在刀杆上形成的车刀。一般由刀片、刀垫的方法夹持在刀杆上形成的车刀。一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成。、夹紧元件和刀体组成。二、二、 数控车床的卡盘数控车床的卡盘 液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，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。棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。 三、数控车床的尾座三、数控车床的尾座 对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，

21、需要采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座。可编程液压尾座。 四、数控车床的刀架四、数控车床的刀架 刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量一般为功能，刀架上可安装的刀具数量一般为8把、把、10把、把、12把或把或16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。把，有些数控车床可以安装更多的刀具。 刀架的结构形式一般

22、为回转式，刀具沿圆周方向安刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。 数控车床的编程及实例分析数控车床的编程及实例分析 加工如图所示零件，毛坯尺尺寸为50mm。数控车床的编程及实例分析数控车床的编程及实例分析 工步一：粗、精车端面，粗车48外圆 工步二：车40外圆，倒R4圆弧 工步三：粗车36外圆，倒角2 x 45 工

23、步四：车28外圆，倒角4 x 45 工步五：粗、精车24外圆及倒角245 工步六：车R30圆弧 工步七：车19.6退刀槽 工步八：车螺纹(螺距1.5mm) 工步九：精加工工件加工准备： 因为该工件加工需换刀，因此，在开始加工前，需用系统的“手动对刀”功能先对刀。 设定T01刀为左偏刀，T02为切槽刀(刀宽3mm)，T03为螺纹刀，T04为圆弧车刀。 设定主轴粗车速度S400，主轴精车速度S700。 用“手动运行”功能将起刀点置于距离工件轴心线50mm，距离待加工端面80mm的位置(确保换刀时不发生干涉)。 加工程序采用相对坐标编程，增量值用U、W表示, 尺寸单位(mm) 。程序段如下： N00

24、00 M03 S400 N0010 T0101 N0020 G04 P3000 N0030 G01 W-81 F2000 M08 N0040 U-100 F200 N0050 W10 F2000 N0060 G27 N0070 G01 W-l0.5 F500 N0080 U-100 F100 N0090 Wl0 F2000 N0100 U48 N0110 W-110 F200 N0120 U20 F2000 N0130 W110 N0140 U-20 N0150 M98 P2000 18 N0160 M98 P3000 L4 N0170 M98 P4000 L8 N0180 M98P6000L

25、4 N0190 G01 U26 F2000 N0200 W70 N0210 T0404 N0220 W-102 N0230 M98 P5000 L8 N0240 G01 W102 F2000 N0250 T0202 N0260 G01 W-97 F2000 N0270 U-18.4 F100 N0280 U18.4 N0290 W97 F2000 N0300 T0303 N0310 S700 N0320 G04 P3000 N0330 G01 U-14 F2000 N0340 W-70 N0350 M98 P7000 L6 N0360 G27 N0370 G28 N0380 T0101 N0390 G01 U-73 F2000 N0400 W-81.5 N0410 W-57 F100 N0420 U8 W-4 N0430 W-9 N0440 U4 W-2 N0450 W-5 N0460 G02 10 K4 U8 W-