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3.1数控车削编程特点及坐标系3.2数控车削工艺3.3数控车削编程3.4数控车削编程综合实例3.1数控车削编程特点及坐标系数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心则可在一次装夹中完成更多的加工工序。一、数控车削编程特点1）坐标：数控车床径向为x轴、纵向为z轴。x和z坐标指令，在按绝对坐标编程时使用代码X和Z，按增量编程时使用代码U和W。切削圆弧时，使用I和K表示圆弧起点相对圆心的相应坐标增量值或者使用半径R值代替I、K值。2）通常采用直径编程方式。X轴的指令值取零件图样上的直径值。当用增量值编程时，以径向实际位移量的两倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略）。3）在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程。对于FANUC系统还可以采用二者混合编程的方法。4）数控车床的数控系统通常具备各种不同形式的固定循环，如内、外圆柱面固定循环，内、外锥面固定循环，端面固定循环，切槽循环，内、外螺纹固定循环及组合面切削循环等。5）大多数数控车床的数控系统都具有刀尖圆弧半径自动补偿功能。三、坐标系1．机床坐标系数控车床的机床坐标系在出厂前已经调整好，一般情况下，不允许用户随意变动。如图所示，以数控车床原点为坐标原点建起来的直角坐标系OXZ，称为数控车床的机床坐标系。2．工件坐标系以工件原点为坐标原点建起来的X，Z轴直角坐标系。X轴正向和刀具的布置有关，当刀具位于靠近操作者一侧时（即前置刀架），X的正向如图a所示；反之当刀具远离操作者一侧时（即后置刀架），X的正向如图b所示。数控车床工件坐标系的原点一般在工件的右端面或左端面上，以便于测量或对刀。工件坐标系与机床坐标系的坐标方向一致，X轴对应径向，Z轴对应轴向。3．刀位点刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。各类刀的刀位点如图所示。3．对刀对刀点：对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可在零件上，也可设在夹具上，用于确定工件坐标系与机床坐标系的相对位置。对刀点的选择原则：a）在机床上对刀方便、便于观察和检测。b）编程时便于数学处理和有利于简化编程。c）对刀点可选择在零件上或夹具上。d）为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。1.手动对刀的过程大致如下：l）返回参考点。2）试切外圆。如图所示，工件安装好后，用MDI（手动数据输入）方式操纵机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在X轴方向上的位置不变，沿Z轴方向退刀、停止主轴转动，测量试切后的直径d，此即当前位置上刀尖在工件坐标系中的X值。3）试切端面。用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具Z坐标不变，沿横向（X向）退刀。当取工件右端面0为工件原点时，对刀输入为Z0，当取工件左端面为工件原点时，测出试切端面至预定的工件原点的距离L，此即当前位置处刀尖在工件坐标系中的Z值。根据d和L值，即可确定刀具在工件坐标系中的位置。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。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。3.自动对刀自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。3.2数控车削工艺一、走刀路线的确定精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线。进给路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径。包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。总则：走刀路线最短、程序段数目最少、数值计算简单、便于保证加工质量。1．最短的空行程路线设置循环起点:如图所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况。显然，图b所示的进给路线短。2．最短的切削进给路线3．大余量毛坯的阶梯切削进给路线图a是错误的阶梯切削路线，图b按1-5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按图a的方式加工所剩的余量过多。4．完工轮廓的连续切削进给路线在安排精加工工序时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。二、夹具和刀具的选择1．夹具的选择用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。用于盘类工件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。2．刀具的选择粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足大背吃刀量、大进给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。目前，数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。3．车刀和刀片的种类车刀的种类异常繁多、车刀可以分为整体式车刀（如高速工具钢刀具）、焊接式车刀（硬质合金车刀）与机械夹固式车刀（有重磨和不重磨两种）。根据工件加工表面以及用途不同，车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。三、切削用量的选择粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。精车时，应选用较小的背吃刀量和进给量，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围。对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。本节主要以FANUC-0T数控系统为例，讨论数控车削基本编程方法。掌握数控车削编程指令，关键是对指令及其格式的理解。3.3数控车削编程一、数控加工中常用的术语1、插补在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把这个过程称为“插补”。插补运算的任务就是在已知加工轨迹曲线的起点和终点间进行“数据点的密化”。加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具相对工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制各坐标轴依某一规律协调运动，这一功能为插补功能。平面曲线的轨迹需要两个运动来协调；空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协调运动。插补：是在每个插补周期（极短时间，一般为毫秒级）内，根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成轮廓的加工。把计算插补点的工作称为插补运算，实现插补运算的装置叫插补器。直线插补：具有沿平滑直线分配脉冲功能的叫直线插补。实现这种直线插补运算的装置叫直线插补器。圆弧插补：具有沿圆弧分配脉冲功能的叫圆弧插补。实现这种圆弧插补运算的装置叫圆弧插补器。插补运算可以用逻辑电路实现，在CNC数控机床中是靠软件来实现的。2、刀具半径补偿数控装置能使刀具中心从零件实际轮廓上偏离一个指定的刀具半径值（补偿值）并使刀具中心在这一被补偿的轨迹上运动，从而把工件加工成图纸上要求的轮廓形状。编程按零件实际轮廓编程，其刀补值用“刀具半径拨码盘”或键拨入。精加工时刀补值=实际刀具半径值粗加工时刀补值=实际刀具半径值+精加工余量3．绝对值编程与增量值编程SIEMENS数控系统用G功能字指定是绝对值编程还是增量值编程：G90指定尺寸值为绝对坐标位，G91指定尺寸位为增量坐标值。其特点是同条程序段中只能用一种，不能混用；同坐标轴方向尺寸字的地址符是相同的。FANUC系统用尺寸字的地址符指定是绝对值编程还是增量值编程：绝对坐标值的尺寸字地址符用X、Y、Z，增量坐标值的尺寸字地址符用U、V、W。其特点是同一程序段中绝对坐标和增量坐标可以混用。绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法称为混合编程。例如G00X30W-20二、常用的G代码1．快速点定位指令G00格式：G00X（U）＿Z（w）＿；X（U）＿Z（W）＿为目标点坐标。G00指令命令刀具快速从当前所在点运动到目标点。只是快速定位，无轨迹要求通常其运动轨迹由几条直线组成。需注意刀具是否和工件及夹具发生干涉。2．直线插补指令G01格式：G0lX（U）＿Z（W）＿F＿；X（U）＿Z(W）＿为目标点坐标，F为进给速度。G0l指令刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动。G0l指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程，由尺寸字地址决定。有的数控车床由G90、G91功能字指定。例：G00、G01的应用。如图3-22，编制从点A到点E的数控车削程序，分别用绝对坐标和增量坐标编程。3.圆弧插补指令G02和G03所谓的圆弧插补就是控制数控机床在各坐标平面内执行圆弧运动，将工件切削出圆弧轮廓。顺时针方向切削的为G02（CW）逆时针方向切削的为G03（CCW)（1）圆弧插补指令G02及G03的格式a）平面选择是指在那个坐标平面内进行圆弧插补，各G代码功能为：G17—————X—Y平面G18—————Z—X平面G19—————Y—Z平面b）旋转方向是指刀具前进的方向。各G代码功能为：G02——顺时针方向G03——逆时针方向c）圆弧终点位置是指刀具切削的圆弧最后那一点①G90状态下，指X、Y、Z中的两个坐标在工件坐标系中的终点位置。②G91状态下，指X、Y、Z中的两个坐标从起点到终点的增量距离。d）圆弧中心I、J、K、R的含义分别为：I：从起点到圆心的矢量在X方向的分量。J：从起点到圆心的矢量在Y方向的分量。K：从起点到圆心的矢量在Z方向的分量。R：圆弧半径。（2）I、J、K指令的使用例：刀具的起始点A点，圆弧半径R30，圆弧中心坐标（10，10）。a）绝对指令状态G90G03X20Y40I-30J-10F100；b）增量指令状态G91G03X-20Y20I-30J-10F100;G90、G91状态下，I、J、K的数值都使用增量值。G90、G91状态下，I、J、K的数值都使用增量值。（3）圆弧半径R指令例：加工从A点加工到B点的圆弧。a)绝对指令:G90G02X70Y20R50F100;b)增量指令:G91G02X50Y-50R50F100；进行整圆插补时，编程时必须使用I，J，K指令来指定圆弧中心。如果使用半径R指令进行整圆插补，则系统认为是0度圆弧，刀具将不做任何运动。例如：顺时针切削半径40的整圆（1）从A点开始绝对编程：G90G02X0Y40J－40F100；（2）从B点开始绝对编程：G90G02X40Y0I－40F100；如果上面的程序段写成G90(G91)G02X40Y0R40时，那么刀具将不做任何切削运动。（4）整圆插补时I、J、K的使用a)圆弧插补时，必须有平面选择指令；b)平面选择指令中除G17可省略外，G18、G19都不能省略；c)圆弧插补时必须指定进给速度F；d)I、J、K的数值永远是增量值；e)整圆切削不能用R来指定圆弧半径，只能用I，J，K来指定；f)如同一程序段中同时指定I，J，K和R，则R有效，I，J，K被忽略g)在圆弧插补编程时，X0，Y0，Z0和I0，J0，K0均可省略；h)用指令R来指定圆弧半径时，当圆弧角度小于或等于180度时，R值为正；当圆弧角度大于180度小于360度时，R值为负。（5）圆弧插补指令使用注意事项G90G02X70．Y20．R－50．F100；例题：刀具起始点为坐标原点，其终点也是原点，走刀方向为顺时针，进给速度为F100。O1234（G00-G01-G02-G03）；N10G90G17G00X0Y0Z10S1000M03;N20X-60Y-40;N30G01Z-2F100;N40Y0;N50G02X0Y60I60J0;N60G01X40Y0;N70G02X0Y-40I-40J0;N8