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《数控机床及编程》天津滨海职业学院陈天祥Made:ChenTianxiang第四章数控车削编程4-1数控车床概述数控车床的工艺范围数控车床的构成及分类数控车床的编程特点4-2数控车床常用各种指令基本编程指令F、S、M、T指令车削循环指令4-3刀具补偿及参数处理刀具半径补偿的概念刀具半径补偿的方法刀具半径补偿指令4-4螺纹车削循环Made:ChenTianxiang数控车床的加工工艺范围数控车床车削的主运动是装夹在主轴上的工件的旋转运动，配合刀具在平面内的运动来加工回转体零件。因此数控车床主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成圆柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工。轴套类零件：加工表面大多是内、外圆周面，圆周面轮廓可以是与Z轴平行的直线，切削成形台阶轴，轴上可有螺纹和退刀槽等；也可以是斜线，切削成形锥面或锥螺纹；还可以是圆弧或曲线，切削成形曲面。轮盘类零件：加工表面多是端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺纹、锥面螺纹等。其他类零件：装上特殊卡盘就可以加工偏心轴或在箱体、板材上加工孔或圆柱面。数控车床加工原理图Made:ChenTianxiang数控车床的基本结构与分类1、数控车床的基本结构数控车床的整体结构组成与普通机床基本相同，同样具有床身、主轴、刀架、拖板和尾座等基本结构，但数控操作面板、显示监视器等却是数控机床独有的部件。机床主体（机械部件）：主轴箱、床鞍与刀架、尾座、进给机构和床身等。控制部件（控制核心）：专用计算机、液晶显示器、控制面板及强点控制系统等。驱动装置（驱动部件）：主轴电动机、进给伺服电机等。辅助装置（配套部件）：对刀仪、润滑、液压及气动装置、冷却系统和排屑装置等。2、数控车床的分类数控车床一般具有两轴联动功能，Z轴是与主轴平行方向的运动轴，X轴是在水平面内的与主轴垂直方向的运动轴。按主轴的布置形式：卧式数控车床(主轴轴线水平)、立式数控车床(主轴轴线垂直)按数控系统所控制的轴数分类：双轴控制的数控车床(具有一个独立的刀架，可实现两个坐标轴联动控制)、四轴控制的数控车床(具有两个独立的刀架，可实现四个坐标轴联动控制)Made:ChenTianxiang数控车床刀具的选刀过程数控车床刀具的选刀过程，如右图所示。从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过十个基本步骤，以右图中的10个图标来表示。选刀工作过程从第1图标“零件图样”开始，经箭头所示的两条路径，共同到达最后一个图标“选定刀具”，以完成选刀工作：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代码或ISO断屑范围代码、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。Made:ChenTianxiang数控车床对刀——试切对刀1、试切对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。下面以Z向对刀为例说明对刀方法，见右图。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。手动对刀是基本对刀方法，但它还是没跳出传统车床的“试切--测量--调整”的对刀模式，占用较多的在机床上时间。此方法较为落后。相对位置检测对刀数控车削加工中，应首先确定零件的加工原点，以建立准确的加工坐标系，同时考虑刀具的不同尺寸对加工的影响。这些都需要通过对刀来解决。Made:ChenTianxiang数控车床对刀——对刀仪对刀及自动对刀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。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，如下图所示。机外对刀仪对刀自动对刀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，自动对刀过程如下图所示。Made:ChenTianxiang数控车床编程特点1、加工坐标系加工坐标系应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，C轴（主轴）的运动方向则以从机床尾架向主轴看，逆时针为＋C向，顺时针为－C向，如下图所示：加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置，一般在工件的右端面或左端面上。数控车床坐标系Made:ChenTianxiang数控车床编程特点2、直径编程方式在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值取为零件图样上的直径值，如下图所示：图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40，60）。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。直径编程XZMade:ChenTianxiang数控车床编程特点3、进刀和退刀方式对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。如下图所示。切削起始点的确定Made:ChenTianxiang基本编程指令1、快速点定位指令（G00）G00指令使刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置。该指令只具有快速定位功能，而无运动轨迹要求，也不需特别规定进给速度。指令格式：G00IP_；相关说明：（1）“IP_”代表目标点的坐标，可以用X、Z、C、U、W或H表示。（2）X(U)坐标值一般按直径值输入。（3）G00代码是模态指令。终点位置起始位置P905Φ50Φ100快速进刀路线图示Made:ChenTianxiang基本编程指令2、直线插补指令（G01）程序段中如果要从刀具所在位置，以给定的进给速度F移动到下一个位置点，需要使用直线插补指令G01。该指令用于直线或斜线运动，可加工两点间为直线的外径、内径、端面等。指令格式：G01IP_F_；相关说明：（1）“IP_”代表目标点的坐标，可以用X、Z、C、U、W或H表示。（2）F_为刀具进给速度。Φ30刀具起始位置H505Φ100外径和端面的切削30ABCDΦ60Made:ChenTianxiang利用直线插补功能倒角（1）倒直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(a)所示。其编程格式为G01Z(W)_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(b)所示。其编程格式为G01X(U)_C±k。(a)Z轴向X轴(b)X轴向Z轴+i-i-k+kMade:ChenTianxiang利用直线插补功能倒角（2）倒圆角编程格式G01Z(W)_R±r时，圆弧倒角情况如图(a)所示。编程格式G01X(U)_R±r时，圆弧倒角情况如图(b)所示。(a)Z轴向X轴(b)X轴向Z轴Made:ChenTianxiang基本编程指令3、圆弧插补指令（G02、G03）指令格式：G02X_Z_I_K_F_；或G02X_Z_R_F_；G03X_Z_I_K_F_；或G03X_Z_R_F_；相关说明：（1）G02为顺时针方向圆弧插补指令，G03为逆时针方向圆弧插补指令。（2）X_Z_为目标点位置，F_为指令进给速度。（3）使用圆弧半径R模式编程时，规定当指定的圆心角≤180°时，R取正值；当圆心角＞180°时，R取负值。对于整圆插补操作，通常不用Ｒ模式，改用增量模式。（4）无论采用绝对还是相对编程方式，I、K都为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，为零时可以省略不写。（5）在圆弧插补程序段内，不能有刀具功能（T）指令。Made:ChenTianxiang基本编程指令4、暂停延时指令（G04）指令格式：G04P_/X(U)_；相关说明：（1）该指令通常用于车槽、镗平面、锪孔等场合，实现刀具作短时间的无进给光整加工，以提高表面加工质量。（2）X后面可用小数表示停留时间，单位为秒；P后面只能跟一个整数表示停留时间，单位为毫秒。5、单位制式的设定指令（G20、G21）使用说明：（1）G20和G21是用来进行单位制式设定的两个相互取代的G代码。在我国一般均以公制单位设定（G21），常用于公制尺寸零件的加工（单位为mm）。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尺寸（单位为in/10）。（2）在一个程序中不能同时使用G20和G21指令，且必须在坐标系设定之前指定。Made:ChenTianxiang进给功能（F）指令1、每转进给量（mm/r）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（mm/min）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。3、螺纹切削进给速度（mm/r）编程格式G32|G76|G92X_Z_F_；F后面的数字表示的是螺纹的螺距，单位为mm/r。详细功能见螺纹加工指令小节。该功能指令用于控制刀具的进给速度（切削进给量），指令格式是。在程序中，有三种使用方法。每分钟进给量FF每转进给量Made:ChenTianxiang主轴功能（S）指令主轴功能（S）指令用于控制主轴转速，编程格式为S_，其后面的数字表示主轴转速。在使用当中也有三种使用形式：1、最高转速限制编程格式G50S_，其后面的数字表示的是最高转速：r/min。例：G50S30002、恒线速控制编程格式G96S_，其后面的数字表示的是恒定的线速度：mm/min。例：G96S150表示切削点线速度控制在150mm/min。如右图中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150mm/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000×150÷(π×40)=1193r/minB：n=1000×150÷(π×60)=795r/minC：n=1000×150÷(π×70)=682r/min3、恒线速取消编程格式G97S_，其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。恒线速切削方式Made:ChenTianxiangS指令的另一个用途——加工坐标系设置编程格式G50X_Z_；式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。G50使用方法与G92类似。数控车床编程时，所有X坐标值均使用直径值。例：按下图设置加工坐标的程序段如下：G50X128.7Z375.1设定加工坐标系Made:ChenTianxiang辅助功能（M）指令辅助功能主要是用于指定数控机床加工时的辅助动作及状态，M指令由地址符M和其后的两位数字组成。常用辅助功能如下：M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLESTART）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“选择性停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止，在主轴正、反转变换或在换刀时，一般都要使用M05；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止.该指令和M02基本相同，唯一的区别就在于执行完M30指令后，系统将自动返回到程序的第一条语句，程序复位到起始位置，准备下一个工件的加工。Made:ChenTianxiang刀具功能（T）指令指令格式T刀具功能（T）指令的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。0102030405