数控机床编程第三章071108.docx
《数控机床编程第三章071108.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床编程第三章071108.docx（48页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
数控机床编程第三章071108
第三章数控车床编程（基于FANUC-0i系统）
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。
通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作，主切削运动是工件的旋转，工件的成形则由刀具在过主轴中心的水平面内的插补运动保证。
和普通车床相比，数控车床具有更强的通用性和灵活性，以及更高的价格效率和加工精度，特别适合复杂形状零件的加工。
第一节数控车床的编程基础
3.1.1数控车床的编程特点
1）工件坐标系数控车床以径向为X轴，纵向为Z轴。
从主轴箱指向尾架方向为+Z方向，从主轴轴心线指向操作者方向为+X轴方向，如图3-1所示。
对于刀架后置式的车床来说，X轴正向是由轴心指向后方，如图3-1（a）所示；而对于刀架前置式的车床来说，X轴的正向应是由轴心指向前方，如图3-1（b）所示。
由于车削加工是围绕主轴中心前后对称的，因此无论是前置还是后置式的，X轴指向前后对编程来说并无多大差别。
本章的编程绘图时都按如图3-1（b）所示前置式的方式表示。
图3-1数控车床的坐标系
2）X和Z坐标指令按绝对坐标编程时使用代码X和Z，按增量坐标编程时使用代码U和W。
在一个零件的程序中或一个程序段中，可以按绝对坐标编程或增量坐标编程，也可用绝对坐标与增量坐标混合编程。
3）直径编程方式由于车削加工图样上的径向尺寸及测量的径向尺寸使用的是直径值，因此在数控车削加工的程序中输入的X及U坐标值也是“直径值”，即按绝对坐标编程时，X为直径值，按增量坐标编程时，U为径向实际位移值的二倍。
采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。
3.1.2数控车床的加工工艺概述
数控车床的车削与普通车床加工零件所涉及的工艺问题大致相同，处理方法也无多大差别。
从装夹到加工完毕的每一工步的加工过程都要十分清晰，还要考虑每一工步的切削用量、走刀路线、位置、刀具尺寸等比较广泛的问题，因此要根据数控车床的特性、运动方式，合理制定零件加工工艺。
加工工艺处理工作的好坏，不仅会影响机床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。
加工工艺的处理工作内容主要有制定加工方案、确定切削用量、制定补偿方案等。
1.夹具
数控车削用夹具。
要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确。
数控车床对工件的装夹要求：
首先应具有可靠的夹紧力，以防止工件在加工过程中松动；其次应具有较高的定位精度，并便于迅速和方便地装、拆工件。
数控车床主要用三爪卡盘装夹，其定位方式主要采用心轴、顶块、缺牙爪等方式，与普通车床的装夹定位方式基本相同。
2.刀具
车床主要用于回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等切削加工。
图3-2所示为常用车刀的种类、形状和用途。
图3-2常用车刀的种类、形状和用途
1—切槽（断）刀2—90°反（左）偏刀3—90°正（右）偏刀4—弯头车刀5—直头车刀
6—成形车刀7—宽刃精车刀8—外螺纹车刀9—端面车刀10—内螺纹车刀11—内切槽车刀
12—通孔车刀13—不通孔车刀
数控车削常用的车刀一般分为三类，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度内外圆车刀、左右端面车刀、切断（车槽）车刀以及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。
（2）圆弧车刀圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。
其特征是构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧，该圆弧刃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。
圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别是适宜于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。
（3）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。
数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀。
车刀安装得正确与否，将直接影响切削能否顺利进行和工件的加工质量。
安装车刀时，应注意下列几个问题：
（1）车刀装在刀架上，伸出部分不宜太长，伸出量一般为刀杆高度的1~1.5倍。
伸出过长会使刀杆刚性变差，切削时易产生振动，影响工件的表面粗糙度值。
（2）车刀垫铁要平紧，数量要少，垫铁应与刀架对齐。
车刀一般要用两个螺钉压紧在刀架上，并逐个轮流拧紧。
（3）车刀刀尖应与工件轴线等高。
（4）车刀刀杆中心线应与进给方向垂直，否则会使主偏角和副偏角的实际工作角度发生变化产生误差。
3.制定加工方案
数控车床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等。
制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，特殊情况特殊处理。
1）先粗后精。
在车削加工中，应先安排粗加工工序。
在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率，同时应尽量满足精加工的余量均匀性要求，以保证零件的精加工质量。
在数控车床的精车加工工序，最后一刀的精车加工应一次走刀连续加工而成，加工刀具的进刀、退刀方向要考虑妥当。
这时，尽可能不要在连续的轮廓中安排切人和切出或停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，使光滑连接的轮廓上产生表面划伤，或滞留刀痕及尺寸精度不一样等缺陷。
2）先近后远。
一般情况下，在数控车床的加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工。
这样可缩短刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率，还有利于保证工件的刚性，改善其切削条件。
3）先内后外。
在加工既有内表面（内孔），又有外表面的零件时，通常应先安排加工内表面后加工外表面。
这是因为在加工内表面时，由于受刀具刚性较差影响及工件的刚性不足，会使其振动加大，不易控制其内表面的尺寸和表面形状的精度。
4）走刀线路最短。
这是在数控车床上确定走刀线路的重点，主要是指粗车加工和空运行R的走刀线路。
在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线不仅可以节省整个加工过程的时间，还能减少车床的磨损等。
4．切削用量与切削速度
数控车床加工中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括切削深度、主轴转速和进给速度。
在加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度三者间能互相适应，形成最佳切削参数，是工艺处理的重要内容之一。
1）切削深度的确定。
在车床主体—夹具—刀具—零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。
当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5mm。
2）主轴转速的确定。
主轴转速的确定方法，除螺纹加工外，其他与普通车削加工时一样，应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
在实际生产中，主轴转速可用下式计算：
n＝1000v／πd
式中：
n——主轴转速（r/min）；
v——切削速度（m／min）；
d——零件待加工表面的直径（mm）。
在确定主轴转速时，需要首先确定其切削速度，而切削速度又与切削深度和进给量有关。
3）进给量的确定。
进给量是指工件每一周，车刀沿进结向移动的距离（mm/r），它与切削深度有着较密切的关系。
粗车时一般取为0.3～0.8mm／r，精车时常取0.1～0.3mm／r，切断时宜取0.05～0.2mm／r。
4）切削速度的确定。
切削时，车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度（V），即为切削速度又称为线速度。
5）车螺纹的主轴转速确定。
在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐的主轴转速范围会有所不同。
5.编写数控加工专用技术文件
编写数控加工技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。
这些专用技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据、也是操作者遵守和执行的规程。
为了加强技术文件管理，数控加工专用技术文件也应标准化、规范化，但目前国内尚无统一标准，下面介绍常用的数控加工专用技术文件如表3-1和表3-2，仅供参考使用。
表3-1数控加工刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
序号
刀具号
刀具规格和名称
数量
加工表面
刀尖半径/mm
备注
编制
审核
批准
共页
第页
表3-2数控加工工序卡片
单位名称
产品名称和代号
零件名称
零件图号
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/（mm）
主轴转速（r./min）
进给转速
（mm/min）
被吃刀量
（mm）
备注
编制
审核
批准
共页
第页
第二节数控车床编程的基本指令
数控机床加工中的动作是加工程序中用指令的方式事先规定的,这些指令有准备功能G指令、辅助功能M指令、刀具功能T指令、主轴功能S指令和进给功能F指令等。
目前，我国使用的各种数控机床和数控系统中，指令代码定义还没有完全统一，个别G指令或M指令在不同系统中的含义不完全相同，甚至完全不同。
因此，编程人员在编程前必须仔细阅读自已所使用数控系统的功能。
本书主要以FANUC0i-T系统为例介绍数控车床编程。
3.2.1FANUC0i-T数控系统的指令表
FANUC0i-T数控系统中常见的G指令和M指令功能见表3-3和表3-4。
表3-3G指令功能表
代码
组号
意义
代码
组号
意义
G00
G01
G02
G03
01
定位
直线插补
圆弧插补（顺时针）
圆弧插补（逆时针）
G65
00
宏指令简单调用
G66
G67
12
宏指令模态调用
宏指令模态调用取消
G90
G91
03
绝对坐标编程
增量值编程
G04
00
延时
G20
G21
英制输入
公制输入
G90
G92
G94
01
内/外径车削单一固定循环
螺纹车削单一固定循环
端面车削单一固定循环
G27
G28
G30
00
参考点返回检查
返回到参考点
返回第二参考点
G96
G97
06
恒线速度控制
取消恒线速度控制
G32
01
螺纹切削
G98
G99
05
每分进给
每转进给
G40
G41
G42
07
刀具补偿取消
左刀补
右刀补
G71
G72
G73
G76
00
内/外径车削复合固定循环
端面车削复合固定循环
封闭轮廓车削复合固定循环
螺纹车削复合固定循环
G52
00
局部坐标系设定
G54
~
G59
11
零点偏置
表3-4M指令功能表
指令
功能
说明
M00
程序暂停
执行M00后，机床所有动作均被切断，重新按动程序启动按扭后，再继续执行后面的程序段。
M01
任选暂停
执行过程和M00相同，只是在机床控制面板上的“任选停止”开关置于接通位置时，该指令才有效。
M02
主程序结束
切断机床所有动作，并使程序复位。
M03
主轴正转
M04
主轴反转
M05
主轴停止
M07
切削液开
M09
切削液关
M98
调用子程序
其后P地址指定子程序号，L地址指定调用次数
M99
子程序结束
子程序结束并返回到主程序中M98所在程序行的下一行
3.2.2数控车床的F、S、T功能
1.F功能用于控制切削进给量。
程序中，有每转进给量和每分钟进给量两种使用方法。
1）每转进给量（G99）
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：
G95F0.2表示进给量为0.2mm/r。
G99为模态指令，在程序中指定后，直到G98被指定前一直有效。
机床通电后，该指令为系统默认状态。
2）每分钟进给量（G98）
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：
G94F100表示进给量为100mm/min。
G98也为模态指令。
2.S功能用于控制主轴转速。
在程序中，有恒线速度控制和恒转速控制两种使用方法，并可限制主轴最高转速。
1）主轴最高转速限制（G50）
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。
该指令可防止因主轴转速过高，离心力太大，产生危险及影响机床寿命。
2）恒线速控制（G96）
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。
该指令用于车削端面或工件直径变化较大时，可改善加工质量。
恒线速度控制和恒转速控制的关系为：
n（恒转速值）=1000×150（恒线速度值）÷（π×工件半径）
3）恒线速取消（G97）
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。
3.T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。
T后面通常跟四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具补偿号，包含有X向补偿、Z向补偿和刀尖圆弧半径补偿。
如图3-3所示。
图3-3数控车床刀具补偿
编程格式：
Txxxx；
例：
T0303表示选用3号刀及3号刀具补偿值。
T0300表示取消刀具补偿。
3.2.3与工件坐标相关的指令
1.工件坐标设定指令（G50）建立一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系。
编程格式：
G50X-Z-；
该指令是规定刀具起点相对于工件原点的位置，X、Z为刀尖起刀点在工件坐标系中的坐标，所有X坐标值均使用直径值。
如图3-4所示,要分别设O1、O2、O3为工件原点，则执行相应的程序后，系统建立了相应工件坐标系。
图3-4工件零点设定示例
若以O1为工件坐标系原点，则程序为：
G50X70Z70；
若以O2为工件坐标系原点，则程序为：
G50X70Z60；
若以O3为工件坐标系原点，则程序为：
G50X70Z20；
2.预置工件坐标系（G54～G59）
预置工件坐标系（G54～G59）是先测定出工件坐标系原点在机床坐标系中的位置，按照前面基本操作，把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数数据库中，然后使用相应的G54～G59指令激活此值，建立工件坐标系。
数控系统都提供G54～G59指令，可完成预置六个工件原点的功能。
3.绝对坐标方式与增量坐标方式（G90、G91）
G90（绝对坐标）状态下，程序段中的尺寸数字为绝对值，即刀尖所有轨迹点的坐标值均以工件坐标系原点为基准而得；G91（增量坐标）状态下，程序段中的尺寸数字为增量坐标值，即刀尖当前点的坐标值，是以刀尖前一点为基准而得。
编程格式：
G90X_Z_；
G91X_Z_；
图3-5绝对、增量坐标
如图3-5所示，车刀刀尖从A点出发，按照“A→B→C→D”顺序移动，则点B、C、D的绝对坐标值为（40，-40）,（50，-40）,（80，-90）；点B、C、D的增量坐标值为（0，-42）,（10，0）,（30，-50）。
4.英制和公制尺寸（G20、G21）
工程图纸中的尺寸注有英制和公制两种形式，G20表示所有的几何值英制输入，G21表示所有的几何值公制输入。
两者均为模态指令，系统通电后，系统默认为G21状态。
3.2.4返回参考点（G28）和返回参考点检查（G27）
1.返回参考点（G28）
G28指令可使刀具以空行程速度，从当前点返回机床有关参考点。
编程格式：
G28X_Z_；
执行G28指令时，刀具先快速移动到指令值所指令的中间点位置，然后自动回参考点。
其中X、Z以绝对坐标方式编程时是中间点的坐标值。
在系统启动之后，当没有执行手动返回参考点功能时，指定G28指令无效。
G28指令仅在其被规定的程序段有效。
执行该指令前，应取消刀具补偿。
如图3-6所示，要求刀具从当前点A，经中间点B（160，200），返回到参考点R。
程序为：
G90G28X160Z200；
图3-6G28功能应用示例
2.返回参考点检查（G27）
G27用于检查X轴和Z轴是否能正确返回参考点，其中X、Z表示指定参考点的坐标值。
执行该指令时，各轴按指令中给定的坐标值快速定位，如果刀具到达参考点，参考点返回灯点亮，否则报警，说明程序中指定参考点坐标值不对或机床定位误差过大。
执行该指令前，也应取消刀具补偿。
3.2.5与运动方式相关G指令
1.快速点定位（G00）
G00指令使刀具以点控制方式，从刀具所在点快速移动到目标点。
它只是快速定位，不进行切削加工，对中间空行程无轨迹要求，G00移动速度是机床设定的空行程速度，与程序段中的进给速度无关。
编程格式：
G00X_Z_；
其中，指令中X、Z是目标点的坐标。
如图3-7所示，刀尖从换刀点（刀具起点）A快进到B点，准备车外圆；则编写程序为：
绝对坐标方式：
G90G00X38Z2；
增量坐标方式：
G91G00X-22Z-23；
图3-7G00功能示例
2.直线插补（G01）
G01指令使刀具按指定的进给速度，从所在点出发，直线移动到目标点。
编程格式：
G01X_Z_F_；
其中，指令中X、Z是目标点坐标。
F是进给速度。
1）如图3-8所示，要求刀尖从A点直线移动到B点，分别完成车外圆；则加工程序为：
绝对坐标方式：
G90G01X24Z-34F200；
增量坐标方式：
G91G01X0Z-36F200；
图3-8G01功能应用—车外圆
2）如图3-9所示，要求刀尖从A点直线移动到B点，分别完成割槽；则加工程序为：
割槽
绝对坐标方式：
G90G01X25F50；
增量坐标方式：
G91G01X-9F50；
图3-9G01功能应用—切槽
3.倒角和圆角
倒角和圆角是在两邻轨迹的程序段之间插入直线倒角或圆弧倒角。
1）45°倒角
由轴向切削向端面切削倒角，即由Z轴向X轴倒角，i的正负根据倒角是向X轴正向还是负向,如图3-10a所示。
编程格式：
G01Z（W）-I（C）±i；
由端面切削向轴向切削倒角，即由X轴向Z轴倒角，k的正负根据倒角是向Z轴正向还是负向，如图3-10b所示。
编程格式：
G01X（U）-K（C）±k；
其中，X、Z值是两相邻直线的交点，即假想拐角交点的坐标值。
a）Z轴向X轴
b）X轴向Z轴
图3-10倒角
2）任意角度倒角
在直线进给程序段尾部加上C-，可自动插入任意角度的倒角。
C的数值是从假设没有倒角的拐角交点距倒角始点或与终点之间的距离，如图3-11所示。
编程格式：
G01X（U）-C±c；
例：
G01X50C10；
X100Z-100；
图3-11任意角度倒角
3）倒圆角
由轴向切削向端面切削倒角，即由Z轴向X轴倒角，i的正负根据倒角是向X轴正向还是负向,如图3-12a所示。
编程格式：
G01Z（W）-R±r；
由端面切削向轴向切削倒角，即由X轴向Z轴倒角，k的正负根据倒角是向Z轴正向还是负向，如图3-12b所示。
编程格式：
G01X（U）-R±r；
其中，X、Z值是两相邻直线的交点，R值是倒圆的半径值。
a）Z轴向X轴
b）X轴向Z轴
图3-12倒圆角
如图3-13所示零件的轮廓，程序如下：
G00X10Z22；
G01Z10R5F0.2；
X38K-4；
Z0；
图3-13倒角和圆角功能示例
如图3-14所示零件的各加工面已完成了粗车，试设计一个精车程序。
解：
（1）设工件零点和换刀点。
工件零点OP设在工件端面（工艺基准处），换刀点（即刀具起点）设在工件的右前方A点，如图3-所示。
（2）确定刀具工艺路线。
如图3-所示，刀具从起点A（换刀点）出发，加工结束后再回到A点，走刀路线为：
A→B→C→D→E→F→A。
（3）计算机刀尖运动轨迹坐标值。
根据图3-14得各点绝对坐标值为：
A（60,15）、B（20,2）、C（20,-15）、D（28,-26）、E（28,-36）、F（42,-36）。
（4）编程。
图3-14G01功能应用示例
绝对坐标方式：
N10G54G90G21；设工件零点OP
N20G00X60Z15；设换刀点（刀具起点）
N30M03S600；主轴正转600r/min
N40T0101；换1号刀到位（A点）
N50G00X20Z2；刀具快进（A→B）
N60G01Z-15F60；车外圆（B→C）
N70G01X28Z-26F50；车锥面（C→D）
N80G01Z-36F60；车外圆（D→E）
N90G01X24；车平面（E→F）
N100G00X60Z15；车平面（E→F）
N110M05；主轴停转
N120M02；程序结束
增量坐标方式：
N10G54G90G21；
N20G00X60Z15；
N30M03S600；
N40T0101；
N50G00X20Z2；
N60G91；
N70G01Z-17F60；
N80G01X8Z-11F50；
N90G01Z-10F60；
N100G01X14；
N110G90；
N120G00X60Z15；
N130M05；
N140M02；
4.圆弧插补（G02、G03）
G02：
顺时针圆弧插补，G03：
逆时针圆插补。
使用该指令时，刀具以指定的加工速度F从圆弧起点，沿圆弧移动到圆弧终点。
圆弧的顺、逆方向可按图3-15a）给出的方向判断：
沿与圆弧所在平面（如X0Z）相垂直的另一坐标轴的负方向（如-Y）看出，顺时针为G02，逆时针为G03。
图3-15圆弧的方向判断
在数控车床上加工圆弧时，如果是刀架后置的车床，坐标如3-15b）上图所示。
如果为前置刀架，由于X轴和Z轴正方向的规定，Y轴的正向向下，使得在进行圆弧插补时，顺圆弧和逆圆弧的确定与我们的视觉正好相反，即车削逆圆弧时应用G02，车削顺圆弧时，用G03，如图3-15b）下图所示。
编程格式有两种，使用圆心坐标和使用圆弧半径编程。
1）使用圆心坐标
编程格式：
G02X-Z-I-K-F-；
G03X-Z-I-K-F-；
其中，X、Z为圆弧终点坐标，即可为绝对坐标也可为增量坐标；I和K表示圆心相对于圆弧起点的坐标值，I对应X轴，K对应Z轴，不论使用G90和G91，I、K均为增量值。
一般用I、K值，
升级会员 