典型零件的数控车削加工培训课程和数控机床编程及加工

1机械零件的数字化加工沙洲职业工学院机械动力工程系2典型零件的数控车削加工项目1：简单零件的数控车削加工3典型零件的数控车削加工任务2：圆锥类零件的数控车削加工2.1任务描述如图所示工件，毛坯为Ø20mm×60mm的45钢棒料，试采用单一固定循环编程指令G90编写其加工程序。图3-1圆锥类零件编程实例4程序清单典型零件的数控车削加工O0001主程序名G50S2023；限定主轴最高转速2023r/minG96G99G21G40T01;程序初始化G00X200.Z200.;快速定位至换刀参考点（人工设定）T0101;换1号刀，选择1号刀补S100M03;主轴正转，线速度100M/minG00X100.Z100.M08;刀具到目测安全位置，冷却液打开G41G00X16.Z0;定位至固定循环起始点，建立左刀补G90X6.Z-5.196R-3.F0.15;调用固定循环粗加工60度顶尖表面X6.Z-9.526R-5.5;固定循环模态调用G01X0Z0；定位至精加工起始点G01X6.Z-10.392F0.1；精加工60度顶尖表面X20.;G97S800；G40G00X100.Z100.M09;程序结束部分M30;52.2相关知识2.2.1进给路线的确定在车床上车削外圆锥时大体上有如图所示的三种进给路线。圆锥的加工路线典型零件的数控车削加工62.2.1进给路线的确定1.阶梯切削路线按图a中的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算，可由相似三角形得：D-d2L＝D-d2S-apD-d2L（＝D-d2S-ap）

此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短。典型零件的数控车削加工72.2.1进给路线的确定2.相似三角形切削路线

按图b的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，可由相似三角形得：按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。D-d2L＝SapD-d2L＝Sap典型零件的数控车削加工82.2.1进给路线的确定3.三角形切削路线

按图c的斜线加工路线，只需确定每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。典型零件的数控车削加工9数控车床的装夹与定位1.数控车床工件的基准2.数控车床定位基准的选择设计基准径向：回转体轴线轴向：工件的某一端面或几何中心处定位基准被加工工件的外圆表面、内圆表面或端面中心孔测量基准被加工工件各项精度测量和检测时的基准定位方式一：一端固定（用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧套固定）（适于轴较短）定位方式二：卡盘—顶尖定位或两顶尖定位（适于轴较长）典型零件的数控车削加工103.数控车床装夹三爪自定心卡盘装夹两顶尖之间装夹双三爪定心卡盘装夹卡盘和顶尖装夹常用装夹方式通用夹具装夹典型零件的数控车削加工11三爪卡盘：可自动定心，夹持范围大，但定心精度不高，不适于零件同轴度要求高时的二次装夹。有机械式和液压式（常用）。软爪：当加工同轴度要求较高的工件或进行工件的二次装夹时用此。卡盘加顶尖：在车削质量较大的工件时用。安全可靠、刚性好、轴向定位准确，常用。四爪卡盘：当加工精度要求不高，偏心距较小，长度较短的工件。弹簧夹套：定心精度高，装夹快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。典型零件的数控车削加工121.对刀具的要求（1）为使粗车能大吃刀、大走刀，要求粗车刀具强度高、耐用度好；（2）精车首先是保证加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。（3）为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能多地采用机夹刀。（4）多数情况下应采用涂层硬质合金刀片。（5）数控车床对刀片的断屑槽有较高的要求。数控车削刀片常采用三维断屑槽。（6）数控车床还要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能。数控车削刀具典型零件的数控车削加工132.常用车刀种类和用途常用车刀的种类、形状和用途

1-切断刀2-90°左偏刀3-90°右偏刀4-弯头车刀

5-直头车刀

6-成型车刀7-宽刃精车刀8-外螺纹车刀

9-端面车刀

10-内螺纹车刀11-内槽车刀12-通孔车刀13-盲孔车刀典型零件的数控车削加工142.常用车刀种类和用途外圆车刀内孔车刀螺纹车刀常用车刀典型零件的数控车削加工15类型主偏角适用机床外圆车刀900、500、600、750、450普通车床和数控车床仿形车刀930、107.50仿形车床和数控车床端面车刀900、450、750普通车床和数控车床内圆车刀450、600、750、900、910、930、950、107.50普通车床和数控车床切断车刀普通车床和数控车床螺纹车刀普通车床和数控车床切槽车刀普通车床和数控车床3.数控车刀数控车床所采用车刀分为整体式和可转位车刀两种，多采用可转位车刀.可转位车刀按其用途可分为外圆车刀、仿形车刀、端面车刀、内圆车刀、切槽车刀、切断车刀和螺纹车刀等

典型零件的数控车削加工16可转位车刀的结构形式由杠杆、螺钉、刀垫、刀垫销、刀片所组成由压紧螺钉、刀垫、销、刀片所组成由紧定螺钉、刀垫、销、楔块、刀片所组成①杠杆式：②楔块式：③上压式：典型零件的数控车削加工17依靠螺钉旋紧压靠杠杆，由杠杆的力压紧刀片达到夹固的目的。杠杆式典型零件的数控车削加工18依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。

楔块式

典型零件的数控车削加工19依靠夹紧螺钉的压下力将刀片夹紧。

上压式

典型零件的数控车削加工204.合理选择刀具

第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统、选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽型、选择加工条件脸谱，这条路线主要考虑工件的情况。综合这两条路线的结果，才能确定所选用的刀具。典型零件的数控车削加工21①选择刀片材质常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金，陶瓷、立方氮化硼和金钢石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。

典型零件的数控车削加工22②刀片形状的选择刀片形状主要依据加工轮廓、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。典型零件的数控车削加工23可转位车削刀片型号表示方法24③刀具前角的选择大负前角用于切削硬材料需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件大正前角用于切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时前角的影响正前角大，切削刃锋利前角每增加1°，切削功率减少1％正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加典型零件的数控车削加工25④刀具后角的选择后角的影响后角大，后刀面磨损小后角大，刀尖强度下降小后角用于切削硬材料需切削刃强度高时大后角用于切削软材料切削易加工硬化的材料典型零件的数控车削加工26⑤刀具主偏角的选择主偏角的影响进给量相同时，主偏角小，刀片与切屑接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得以提高主偏角小，分力a’也随之增加，加工细长轴时，易发生挠曲主偏角小，切削处的力性能变差主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使切屑难以碎断大主偏角用于切深小的精加工切削细而长的工件机床刚性差时小主偏角用于工件硬度高，切削温度大时大直径零件的粗加工机床刚性高时典型零件的数控车削加工27⑥刀具副偏角的选择副偏角的影响副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动粗加工时副偏角宜小些；而精加工时副偏角则宜大些副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为5°～15°典型零件的数控车削加工28⑦刀具刃倾角的选择刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为3°～5°；刃倾角的影响刃倾角为负时，切屑流向工件；为正时，反向排出刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切削背向力也增加，易产生振动典型零件的数控车削加工29⑧刀尖圆弧半径的选择刀尖圆弧半径的影响刀尖圆弧半径大，表面粗糙度下降刀尖圆弧半径大，刀刃强度增加刀尖圆弧半径过大，切削力增加，易产生振动刀尖圆弧半径大，刀具前、后面磨损减小刀尖圆弧半径过大，切削处的力性能恶化刀尖圆弧小用于切深削的精加工细长轴加工机床刚性差时刀尖圆弧大用于需要刀刃强度高的黑皮切削，断续切削大直径工件的粗加工机床刚性好时典型零件的数控车削加工305．车削工具系统为了提高效率，减少换刀辅助时间，数控车削刀具已经向标准化、系列化、模块化方向发展，目前数控车床的刀具系统常用的有两类。一类是刀块式，结构是用凸键定位、螺钉夹紧。该结构定位可靠，夹紧牢固、刚性好，但换装刀具费时，不能自动夹紧。另一类结构是圆柱柄上铣有齿条的结构，该结构可实现自动夹紧，换装比较快捷，刚性较刀块式差。

典型零件的数控车削加工31刀块式车刀系统圆柱齿条式车刀系统典型零件的数控车削加工326．对刀

（1）试切对刀试切对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀（2）机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。（3）自动对刀

动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。典型零件的数控车削加工33

刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿X向退刀，将右端面与加工原点距离N输入数控系统，即完成这把刀具Z向对刀过程。

典型零件的数控车削加工34典型零件的数控车削加工35典型零件的数控车削加工362.2.4编程指令回顾介绍S功能指令S功能指令用于控制主轴转速。编程格式S～S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用。(1)最高转速限制编程格式G50S～S后面的数字表示的是最高转速：r/min。例：G50S3000表示最高转速限制为3000r/min。(2)恒线速控制编程格式G96S～S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96S150表示切削点线速度控制在150m/min。(3)恒线速取消编程格式G97S～S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。例：G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/min。典型零件的数控车削加工372.进给速度量纲控制指令G98、G99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mm/r（2）进给速度，单位为mm/min，其指令为：G98；进给速度转换指令G01XZF；F的单位为mm/minG98和G99都是模态指令，一旦指定就一直有效，直到指定另一方式为止。车削CNC系统缺省的进给模式是进给率，即每转进给模式，只有在用动力刀具铣削时才采用每分钟进给模式。典型零件的数控车削加工383.F功能指令F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。(1)每转进给量编程格式G99F～F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r。(2)每分钟进给量编程格式G98F～F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min。例：G98F100表示进给量为100mm/min。典型零件的数控车削加工394.英制和米制输入指令G20、G21G20表示英制输入，G21表示米制输入。G20和G21是两个可以互相取代的代码。机床出厂前一般设定为G21状态，机床的各项参数均以米制单位设定，所以数控车床一般适用于米制尺寸工件加工。如果一个程序开始用G20指令，则表示程序中相关的一些数据均为英制(单位为英寸)；如果程序用G21指令，则表示程序中相关的一些数据均为米制(单位为mm)。在一个程序内，不能同时使用G20或G21指令，且必须在坐标系确定前指定。G20或G21指令断电前后一致，即停电前使用G20或G21指令，在下次后仍有效，除非重新设定。5.T功能指令T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式T～T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。例：T0303表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。

T0300表示取消刀具补偿。典型零件的数控车削加工406.外圆切削循环（G90）编程格式：G90X/U

Z/W

R

F；（切削外圆柱圆锥）说明：圆锥面切削的起点相对于切削的终点的半径差，具体计算方法为切削起点半径尺寸减去切削终点半径尺寸。对外径车削锥度左大右小，R值为负反之为正；对内孔车削，锥度左小右大R值为正反之为负。7.端面切削循环（G94）编程格式：G94X/U

Z/W

R

F；（切削端面圆锥）说明：和G90指令加工锥度轴意义有所区别G94指令是在工件的端面上形成斜面而G90指令是在工件的外圆上形成锥度，请注意区别。指令中R表示圆台的高度。圆台左大右小，R为正值；否则圆台直径左小右大，R为负值，一般只在内孔中出现此结构，但用镗刀x方向进刀车削并不妥当。典型零件的数控车削加工41外圆锥车削循环端面圆锥车削循环内孔端面圆锥车削循环典型零件的数控车削加工428.刀具半径补偿功能指令（G41、G42、G40）编程格式：刀具左补偿：G41G00/G01X/U

Z/W

F；刀具右补偿：G42G00/G01X/U

Z/W

F；取消刀具补偿：G40；典型零件的数控车削加工43原因：在编程时，通常将车刀刀尖作为一点考虑（即假想刀尖位置），但实际上刀尖部分是带有圆角的。我们编程时所指定的刀具轨迹就是假想刀尖的轨迹。在实际当中，以假想刀尖编程在加工端面或外圆时没有误差，但在进行倒角、斜面、圆弧面切削时就会产生欠切或过切，造成零件加工精度误差。典型零件的数控车削加工44注意：不同的数控车床用刀具在工作中假想刀尖的位置不同，故要输入假想刀尖位置序号。假想刀尖位置序号共有10个。

图示为几种数控车床常用刀具的假想刀尖位置。

典型零件的数控车削加工452.3任务实施1.工艺分析（1）明确加工内容：加工本例工件时，沿用前一例加工后的坯料。主要加工表面为工件右端60度顶尖部分。（2）确定各表面加工方案：零件右端顶尖部分，车削范围直径变化较大，为了得到比较好的表面粗糙度，加工时采用恒线速(G96)方式编程，分粗精两次加工。（3）装夹定位方案：用三爪自定心卡盘装夹定位，零件经一次装夹加工，就能完成加工工序。（4）选用刀具：95°粗、精车右偏外圆车刀。典型零件的数控车削加工2．确定工件坐标系与基点坐标的计算以工件右端面的中心点为编程原点，走刀路线如图所示，粗加工分两次走刀，每次背吃刀量~3mm，基点值为绝对尺寸编程值。圆锥类零件编程实例走刀及基点示意图基点123456X坐标值360.5606Z坐标值05.19609.526010.392表2-1圆锥类零件编程实例的基点计算值典型零件的数控车削加工473.确定加工所用各种工艺参数粗加工每次背吃刀量取2.5mm，精加工背吃刀量取1mm，主轴转速线速度取100m/min，主轴最高转速限定2023r/min,进给量。刀具与工艺参数见表2-2、表2-3

表2-2数控加工刀具卡实训课题轴加工技能训练零件名称零件图号序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径数量加工表面备注1T010195°粗、精车右偏外圆刀0.8mm1外表面、端面80°菱形刀片典型零件的数控车削加工48表2-3数控加工工序卡材料45#零件图号系统FANUC工序号操作序号工步内容（走刀路线）G功能T刀具切削用量转速S（r/min）进给速度F（mm/r）背吃刀量（mm）程序夹住棒料一头，留出长度大约40mm（手动操作），对刀，调用程序（1）粗车外轮廓G90T01018000.152.5（2）精车外轮廓G01T01018000.10.5典型零件的数控车削加工49O0001主程序名G50S2023；限定主轴最高转速2023r/minG96G99G21G40T01;程序初始化G00X200.Z200.;快速定位至换刀参考点（人工设定）T0101;换1号刀，选择1号刀补S100M03;主轴正转，线速度100M/minG00X100.Z100.M08;刀具到目测安全位置，冷却液打开G41G00X16.Z0;定位至固定循环起始点，建立左刀补G90X6.Z-5.196R-3.F0.15;调用固定循环粗加工60度顶尖表面X6.Z-9.526R-5.5;固定循环模态调用G01X0Z0；定位至精加工起始点G01X6.Z-10.392F0.1；精加工60度顶尖表面X20.;G97S800；G40G00X100.Z100.M09;程序结束部分M30;表2-4本例工件加工参考程序4.编制加工程序典型零件的数控车削加工505.实际加工⑴启动机床，回参考点（先X方向回零，再Z方向回零）；⑵加工程序输入模拟、调试；⑶刀具准备，包括刀具的选择，刀具刃磨，刀具安装；⑷工件的装夹定位，工件外露30mm左右；⑸刀具长度补偿、半径补偿输入；⑹试运行，空走刀或者单段运行；⑺试切，调整刀补，检验工件；⑻自动加工，检验工件6.检验2.4意见反馈、归纳总结典型零件的数控车削加工5172φ403×45°32.5

巩固练习任务描述：毛坯尺寸为32棒料，材料为45#钢，试车削成如图所示圆锥小轴。典型零件的数控车削加工数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。机械工程实验教学中心数控编程的目的数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。机械工程实验教学中心数控编程的内容数控编程的基本原理机械工程实验教学中心数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍机械工程实验教学中心为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束