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1、第4章 数控车床编程与加工操作,4.1 数控车削加工概述 4.2 数控车削加工工艺分析 4.3 数控车床程序编制 4.4 数控车床程序编制综合实例 4.5 数控机床的操作 4.6 数控车床加工编程综合实训,4.1 数控车削加工概述,4.1.1 数控车削加工的主要对象 数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补(高档车床数控系统还有非圆弧曲线插补功能)，以及在加工过程中能自动变速等特点，因此其加工范围较普通车床宽得多。针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车床削加工。 1. 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 由于数控车床具有直线的圆弧
2、插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难于控制尺寸的零件，如具有封闭内成型面的壳体零件。图4-1所示的壳体零件封闭内腔的成型面，“口小肚大”。它在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,2. 精度要求高的回转体零件 零件的精度要求主要尺寸、形状、位置和表明等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度。例如:尺寸精度高(达0. 001或更小)的零件；圆柱度要求高的圆柱体零件；素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件；线轮廓度要求高的零件(其轮廓形状精度可超过用数控
3、线切割加工的样板精度)；在特种精密数控车床上，还可以加工出几何轮廓精度极高(达0. 000 1 mm)、表面粗糙度数值极小(Ra达0. 02 m)的零件(如复印机中的回转鼓及激光打印机上的多面反射体等)，以及通过恒线速度切削功能，加工表面精度要求高的各种变径表面类零件等。,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,3. 带特殊螺纹的回转体零件 普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只能加工等导程的直、锥面公制或英制螺纹，而且普通车床只能限定加工若干种导程的螺纹。数控车床不但能车削任何导程的直、锥和端面螺纹，而且能车削增导程、减导程及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹，以及高精度的模数螺纹零
4、件(如圆柱、圆弧蜗杆)和端面(盘形)螺旋零件等。数控车床车削螺纹不必像普通车床那样交替变换主轴转向，它可以一刀一刀连续车削，在加工上一般采用硬质合金成型刀具以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,4.1.2 数控车削加工工艺的特点 数控加工与普通机床的加工原则在很多方面基本一致，使用方法也基本相同。但由于数控机床自动化程度高，设备费用也高，从而形成了自身的工艺特点。 1. 工艺内容十分具体 工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通车床受控于操作工人，因此，在普通车床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，车床的切削用
5、量、走刀路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定，并可以根据实际加工情况随时进行调整，一般无须工艺人员在设计工艺规程时做过多的规定。数控车床加工的程序是数控车床的指令性文件。数控车床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,进行的，上述这些具体工艺问题不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还要必须做出正确的选择并编入加工程序中。也就是说，本来由操作工人在加工中灵活掌握并可以通过适时地调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为工艺人员必须事先设计和安排的内容。 2. 工艺设计相当严密 数控机床自动化程度较高，但自适应性差。它不
6、同于普通机床加工时可以根据加工过程中出现的问题自由地人为调整，虽然现代数控机床在自适应调整方面做了很大改进，但自由度也不大。正如数控机床攻螺纹时，数控系统不知道孔中是否挤满了切削，是否需要退刀，是否需要清洗一下切削再继续加工。所以，数控加工工艺设计中必须注意加工过程中的,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,每一个细节，同时保证对图形进行数学处理、计算和编程时的准确无误。工艺方案的好坏不仅会影响车床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。编程人员必须具备扎实的工艺基本知识和丰富的实际工作经验，对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工具的装夹方法都要非常熟悉。 除
7、上述特点之外，数控加工还具有工序相对集中的特点。 4.1.3 数控车床的组成与主要类型 1. 数控车床的组成及其作用 图4 -2所示为数控车床外形，数控车床的布局大都采用全封闭防护，它主要由以下几个部分组成。,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,(1)主体 机床主体主要包括床身、主轴箱、床鞍、尾座、进给机构等机械部件。 (2)计算机数控装置(CNC装置) 数控装置是数控车床的控制核心，一般采用专用计算机控制，主要由显示器、键盘、输入和输出装置、存储器及系统软件等组成。 (3)伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控车床执行机构的驱动部件，将CNC装置输出的运动指令转换成机床移动部件的运动，
8、主要包括主轴驱动、进给驱动及位置控制等。,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,(4)辅助装置 辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括换刀装置、对刀仪、液压、润滑、气动装置、冷却系统和排屑装置等。 2. 数控车床的分类 数控车床的分类方法较多，通常都以与普通车床相似的方法进行分类。 (1)按车床主轴位置分类 1)立式数控车床。其车床主轴垂直于水平面，并有一个直径很大、供装夹工件用的圆形工作台。这类机床主要用于加工径向尺寸相对较小的大型复杂零件。,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,2)卧式数控车床。卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。倾斜导轨结
9、构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。 (2)按加工零件的基本类型分类 1)卡盘式数控车床。这类车床未设置尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。其夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。 2)顶尖式数控车床。这类数控车床配置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。 (3)按数控系统的功能分类 1)经济型数控车床。这类数控车床一般采用开环控制，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，加工精度较低，功,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,能较简单。 2)全功能型数控车床。这是较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自
10、动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适于加工精度高、形状复杂、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件。 3)精密型数控车床。该类数控车床采用闭环控制，不但具有全功能型数控车床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快，适于精密和超精密加工。 (4)其他分类方法 按数控车床的不同控制方式，可以分为直接控制数控车床、两主轴控制数控车床等；按特殊或专门工艺性能，可分为螺,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。此外，车削中心也列入这一类，分立式和卧式车削中心两类，主要特点是具有先进的动力刀具功能。即它在
11、自动转位刀架的某个刀位或所有刀位上，可使用多种旋转刀具，如铣刀、钻头等，可对车削工件和某部位进行铣、钻削加工，如铣削端面槽、多棱柱及螺纹槽等。 有的车削中心还配有刀库和换刀机械手，扩大了自动选择和使用刀具的数量，从而增强了机床加工的适应能力，扩大了加工范围。 4.1.4 数控车床的编程特点 数控车床编程具有以下特点。,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,1)在一个编程段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程或增量值编程，也可以采用混合编程。一般情况下，利用自动编程软件编程时，通常采用绝对值编程。 2)被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，一般用直径值表示。因此通常采用直径尺寸
12、进行编程比较方便。 3)由于车削加工常采用棒料或锻料作为毛坯，加工余量大，为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。 4)编程时，认为车刀刀尖是一点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧。为提高工件的加工精度，在编制圆头刀程序时，需要对刀尖半径进行补偿。大多数数控车床都具有刀具半径补偿功能,上一页,下一页,返回,4.1 数控车削加工概述,(G41，G42 )，这类数控车床可以直接按工件轮廓尺寸编程。,上一页,返回,4.2 数控车削加工工艺分析,4.2.1 零件图分析 零件图分析是制定数控车削工艺的首要工件，主要包括以下内容。 1.
13、轮廓几何要素分析 在手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何原始条件进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何原始的给定条件是否充分。 因此在分析零件图时应注意: 1)零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成。 2)零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无,下一页,返回,4.2 数控车削加工工艺分析,法下手。 3)零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数字处理困难。 4)零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。 如图4-3所示的几何要素中，根据图示尺寸计算，圆弧与斜线相交而并非相切。又
14、如图4 -4所示的几何要素，图样上给定几何条件自相矛盾，总长不等于各段长度之和。图4 -5中两圆弧的圆心位置是不确定的，不同的理解将得到完全不同的结果。图4 -6中圆锥体的各尺寸已经构成封闭尺寸链。 当发生以上缺陷时，应向图样设计人员或技术人员及时反映，解决后方可进行程序编制工作。,上一页,下一页,返回,4.2 数控车削加工工艺分析,2. 尺寸公差要求 在确定控制零件尺寸精度的加工工艺时，必须分析零件图样上的公差要求，从而正确选择刀具及确定切削用量等。 在尺寸公差要求的分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取
15、最大和最小极限尺寸的平均值(即“中值”)作为编程的尺寸依据。 3. 形状和位置公差要求 零件图样上给定的几何公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效地控制零件的形状和位置精度。,上一页,下一页,返回,4.2 数控车削加工工艺分析,4. 表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。 5. 材料与热处理要求 零件图样上给定的零件毛坯材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定加工工序、确定切削用量的重要依据。 6.加工数量 零件的加工数
16、量对工件的装夹与定位、刀具的选择、工序的安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。 4.2.2 制定加工工艺方案 1. 数控车削加工工艺的主要内容,上一页,下一页,返回,4.2 数控车削加工工艺分析,数控车削加工工艺主要包括如下内容。 (1)选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。 (2)分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。 (3)确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序，处理与非数控加工工序的衔接等。 (4)加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步划分、刀具选择和确定切削用量等。 (5)数控加工程序的调整。如选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿及确定加工路线等。 2. 确定工件工序与装夹方式 (1)工序的划分,上一页,下一页,返回,4.2 数控车削加工工艺分析,在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。一般工序划分有以下几种方式: 1)按零件装卡定位方式划分工序。由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，所以加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形
