61数控车床加工的基本知识

6.1数控车床加工的基本知识6.1.1数控车床的分类1、按主轴的布置形式分类：（1）卧式数控车床：机床主轴轴线处于水平位置数控车床。（2）立式数控车床：机床主轴轴线处于垂直位置数控车床。2、按数控系统控制的轴数分类：（1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转刀架，可实现X、Z两坐标轴联动控制。（2）四轴控制数控车床：机床上只有两个回转刀架，可实现X、Z和U、W四坐标轴联动控制。（3）多轴控制数控车床：机床除了控制X、Z两坐标轴外，还可以控制其他坐标轴，实现多轴控制，如具有C轴控制功能。对于车削加工中心或柔性制造单元，都具有多轴控制功能。6.1.2数控车床的加工特点1、适应性强，用于单件、小批生产的零件的加工在普通车床上加工不同的零件，一般需要调整车床和附件，以使车床适应加工零件的要求。而数控车床加工不同形状的零件时只要重新编制或修改加工程序就可以迅速达到加工要求，大大缩短了生产准备时间2、加工精度高，加工出的零件互换性好数控加工的尺寸精度通常在0.005~0.1mm之间，不受零件复杂程度的影响。加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定，降低了废品率。3、具有较高的生产率和较低的加工成本机床的生产率主要是指加工一个零件所需要的时间。其中包括机动时间和辅助时间。数控车床的主轴转速和进给速度变化范围大，并可无级调速，加工时可选用最佳切削速度和进给速度，可实现恒转速和恒线速，以使切削参数最优，这就大大的提高生产率，降低了加工成本。6.2数控车削编程的基本知识6.2.1数控车床的坐标系、工件坐标系、机床参考点1、数控车床的坐标系2、工件坐标系3、机床参考点6.2.2数控车床的编程特点1、既可以采用直径编程也可以采用半径编程，其结果由车床数控系统的内部参数或G指令来决定。所谓直径编程，就是X坐标采用直径值编程；半径编程，就是X坐标采用半径值编程。一般情况都直径值编程，这是因为回转体零件图纸的径向尺寸标注和加工时的测量都是直径值，也便于编程计算。2、FANUC数控系统的数控车床，是用地址符来指令坐标输入形式的，既可以采用绝对坐标编程也可以采用增量坐标编程，还可以采用混合编程。X、Z表示绝对坐标，U、W表示增量坐标，X（U）、W（Z）表示混合坐标。有些数控系统（如华中数控系统）的数控车床是用G代码来指令坐标输入形式的（G90：绝对坐标，G91：增量坐标），在同一程序段内不能采用混合坐标编程。3、具有固定循环加工功能：由于车削的毛坯多为棒料、锻件或铸件，加工余量较大，需要多次走刀加工，而固定循环加工功能可以自动完成多次走刀，因而使程序得到了大大的简化。但不同的数控系统固定循环加工功能的指令及格式可能不同。FANUC数控系统的数控车床固定循环加工功能的指令为G90、G94、G92、G70、G71、G72、G73等。6.2.3数控车削的常用编程指令FANUC数控车床系统为例1、通用编程指令2、工件坐标系的设定指令G503、机床自动返回参考点指令G28、G29（1）含义：G28—机床自动返回参考点。即刀架从当前点快速到达中间点，然后从中间点快速到达参考点。G29—从参考点返回到目标点。即刀架从参考点快速到达中间点，然后从中间点快速到达目标点。（2）编程格式：G28X（U）Z（W）G29X（U）Z（W）其中：G28中的X（U）、Z（W）为中间点的坐标，G29中的X（U）、Z（W）为目标点的坐标。如图6.6所示。4、暂停功能指令G04（1）含义：G04指令使前段指令的进给速度减小到零后，使刀具进给运动暂停一指定时间；暂停时间结束后立即执行G04后面的程序段。该指令常用于车槽工序，当车槽到位后，不要马上退出，让主轴再转一两转后再退刀，使槽底平整。（2）编程格式：G04X（P）；其中：X或P为暂停时间，X为秒，取值范围为0~9999.999，P为毫秒，取值范围为0~9999，不能有小数点。如：G04X2.0表示暂停2秒。5、F功能F功能表示进给速度：（1）在G95状态下，F表示每转进给（mm/r）例G95F0.2表示进给量0.2mm/r（2）在G94状态下，F表示每分进给（mm/min）例G94F100表示进给量100mm/min6、S功能S功能表示主轴转速（1）G50：限制主轴最高转速指令编程格式：G50S例：G50S3000表示主轴最高转速为3000r/min（2）G96：恒线速控制指令编程格式：G96S例：G96S100表示切削线速度为100m/min在加工阶梯轴时，使用恒线速控制指令，可以保证各阶梯表面上的切削线速度一样，从而保证各阶梯表面上的表面粗糙度的一致性。主轴的转速的变化（工阶梯轴的直径增大，主轴的转速变慢），是由数控系统自动控制的。（3）G97：取消恒线速控制指令（恒转速控制指令）编程格式：G97S例：G96S1800表示主轴转速为1800r/min主轴转速与线速度的关系式为：n=1000v/(πd)式中：n：主轴转速（r/min）V：切削线速度（m/min）d：工件上切削点的直径（mm）例1：在卧式数控车床加工图6.7所示的轴类零件，试利用常用编程指令编写其精加工程序。6.3数控车削的刀具补偿指令6.3.1刀具位置补偿指令Txxxx建立刀具位置补偿Txx00撤消刀具位置补偿6.3.2刀尖圆弧半径补偿1、刀尖圆弧半径补偿的目的数控车床的编程和对刀操作通常是以理想刀尖为基准的，为了提高刀具寿命和降低表面粗糙度，实际加工中的车刀刀尖不是理想的尖锐，总是有个小圆弧；刀尖的磨损还会改变小圆弧半径。刀尖圆弧半径补偿的目的就是解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。3、刀尖圆弧半径补偿的方法（1）刀尖圆弧半径补偿的参数：不仅刀尖圆弧半径值对加工精度有影响，刀尖圆弧的位置对加工精度也有影响，所以，刀尖圆弧半径补偿的参数有两个：一个是刀尖圆弧半径值R的大小，另一个是刀尖圆弧位置的刀尖方位号T，如图6.12所示，共有九种，图中A为理想的刀尖点，S为刀尖圆弧中心点，0~9分别为不同刀尖圆弧位置的刀尖方位号，0和9表示理想刀尖点A与圆弧中心点S重合，也可以理解为不进行刀尖圆弧半径补偿。在加工之前，利用操作面板，通过手动操作，将刀尖圆弧半径R值和刀尖方位号T值，填写到刀补表中即可。（3）刀尖圆弧半径补偿指令G41、G42、G40含义：G41—建立刀尖圆弧半径左补偿G42—建立刀尖圆弧半径右补偿G40—撤消刀尖圆弧半径补偿编程格式：G41（G42）G01（G00）XZFG40G01(G00)XZF其中：G41或G42中的X、Z为建立刀尖圆弧半径补偿段的终点坐标，G40中的X、Z为撤消刀尖圆弧半径补偿段的终点坐标。例1：在卧式数控车床加工图6.14所示的轴类零件，试利用常用编程指令编写其精加工及切断程序。（要求考虑刀具补偿）若对刀点坐标P（100，100），A点坐标A（0，3）。T01走刀路线为：P→A→O→1→2→3→4→5→6→7→P，T02走刀路线为：P→7→切断→7→P图上根本就没有8、9两点，怎么改？？6.4数控车削简化编程指令车削零件的毛坯大多为圆柱棒料或铸造、锻造毛坯，余量较大，如果使用常用编程指令编写粗、精加工程序，会使程序特别长。利用简化编程指令可以大大缩短程序，提高编程效率，对于手工编程，掌握简化编程指令非常重要。本章简化编程指令主要讲：1、子程序2、倒角、倒圆编程指令3、单一循环编程指令4、复合循环编程指令5、螺纹加工编程指令。6.4.1利用子程序编程其编程指令及格式与数控铣削的子程序编程编成方法相同。即：指令含义：M98—主程序调用子程序M99—子程序结束并返回主程序编程格式：M98PLM99其中，调用地址P后跟4位数为子程序号，调用地址L后为调用次数，调用次数为1时，可以省略，允许重复调用次数为999次。编程举例：例1、在卧式数控车床上加工图6.15所示的手柄零件，试利用子程序编写其从粗加工到精加工的程序。毛坯为直径55毫米的圆钢棒料。6.4.2倒角及倒圆角指令G01•倒角和倒圆角是零件上常见的情况，FANUC的数控车削系统提供了在两相邻轨迹的G01程序段之间自动差补倒角或倒圆角的控制功能。如图6.16所示。使用倒角和倒圆角指令，可以省略计算交点和切点的坐标值，给编成带来了方便，达到简化编程的目的。编程举例：例2、在卧式数控车床上加工图6-17所示的轴类零件。试利用倒角及倒圆角指令编写其精加工程序。6.4.3单一循环指令•单一固定循环指令可以把一系列连续加工动作，如“切入→切削→退刀→返回”，用一个循环指令完成，从而简化编程。（图中R表示G00快速走刀，F表示G01进给速度走刀）•1、圆柱面和圆锥面切削单一循环指令G90（用于轴类零件）•（1）圆柱面单一固定循环加工指令格式：G90X（U）Z(W)F;•其中：X、Z—表示切削段的终点绝对坐标值；•U、W—表示切削段的终点相对于循环起点的增量坐标值；•F—表示进给速度。如图6.18所示。编程举例：例3、在卧式数控车床上加工图6.19所示的轴类零件。若主轴转速S为1000r/min，进给速度F为200mm/min，试利用圆柱面切削单一循环指令编写其粗、精加工程序本题中F、S值怎么没有给出？•（2）圆锥面单一循环加工指令格式：G90X（U）Z(W)IF;•其中：X、Z—表示切削段的终点绝对坐标值；•U、W—表示切削段的终点相对于循环起点的增量坐标值；•I—表示切削段起点相对终点的X方向上的半径之差（通常为负值）•即：直径编程：I=（X起点-X终点）/2半径编程：I=X起点-X终点•F—表示进给速度。编程举例：例4、在卧式数控车床上加工图6.21所示的轴类零件。试利用圆锥面切削单一循环指令编写其粗、精加工程序。2、端面切削单一固定循环指令G94（用于盘类零件）（1）平端面切削单一固定循环指令格式：G94X（U）Z(W)F;其中：X、Z—表示切削段的终点绝对坐标值；U、W—表示切削段的终点相对于循环起点的增量坐标值；F—表示进给速度。如图6.22(a)所示。（2）锥端面切削单一循环指令格式：G94X（U）Z(W)KF;其中：X、Z—表示切削段的终点绝对坐标值；U、W—表示切削段的终点相对于循环起点的增量坐标值；K—表示切削段起点相对终点的Z方向坐标值之差（通常为负值）即：K=Z起点-Z终点F—表示进给速度。如图6.23(a)所示。6.4.5复合固定循环指令G70、G71、G72、G73、G74、G751、内、外圆粗车复合固定循环指令G71内、外圆粗车复合固定循环指令，适用于内、外圆柱面需要多次走刀才能完成的轴套类零件的粗加工，毛坯为圆柱棒料。如图6.24所示。编程格式：G71P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)D(△d)FST;Nns……Nnf其中：ns：表示精加工程序段的开始程序段号；nf：表示精加工程序段的结束程序段号；△u：表示径向（X轴方向）给精加工留的余量；△w：表示轴向（Z轴方向）给精加工留的余△d：表示每次的吃刀深度（半径值）；F：表示粗加工时的进给速度；S：表示粗加工时的主轴转速；T:表示粗加工时使用的刀具号；2、端面粗车复合固定循环指令G72端面粗车复合固定循环指令，适用于径向尺寸较大而轴向尺寸较小的盘类零件的粗加工，毛坯为圆柱棒料。如图6.26所示。编程格式：G72P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)D(△d)FST;Nns……Nnf其中：ns：表示精加工程序段的开始程序段号nf：表示精加工程序段的结束程序段号；△u：表示径向（X轴方向）给精加工留的余量；△w：表示轴向（Z轴方向）给精加工留的余量；△d：表示每次的吃刀深度（半径值）；F：表示粗加工时的进给速度；S：表示粗加工时的主轴转速；T:表示粗加工时使用的刀具号；说明：（1）在使用G72进行粗加工时，只有含在G72程序段中的F、S、T功能才有效，而包含在ns~nf程序段中的F、S、T功能即使被指定，对粗车循环也无效。可以进行刀具补偿。（2）该指令适用于随Z坐标的单调增加或减小，X坐标也单调变化的情况。（3）图中的e是回刀时的径向退刀量，该值由数控系统参数来设定。3、封闭（或