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1、1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
2、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
3、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2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
4、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
5、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 290反（左）偏刀 390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
6、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 11.5 倍。伸出过长会3使刀杆刚性变差，切削时易产生振动，影响工件的表
7、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
8、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
9、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
10、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0.10.5mm。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：n1000 vd式中：n主轴转速（r/min）；v切削速度（mmin）；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。43）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
11、与切削深度有着较密切的关系。粗车时一般取为0.30.8mmr，精车时常取0.10.3mmr，切断时宜取0.050.2mmr。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
12、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 数控加工工序卡片产品名称和代号 零件名称 零件图号单位名称工序号 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5第二节 数控车床编程的基
13、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。3.2.1 FANUC0i-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 3-3 G 指令功能表代码
14、 组号 意 义 代码 组号 意 义G65 00 宏指令简单调用G66G6712 宏指令模态调用宏指令模态调用取消G00G01G02G0301定位直线插补圆弧插补（顺时针）圆弧插补（逆时针）G04 00 延时G90G9103 绝对坐标编程增量值编程G20G21英制输入公制输入G90G92G9401 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G27G28G3000 参考点返回检查返回到参考点返回第二参考点G96G9706 恒线速度控制取消恒线速度控制G32 01 螺纹切削G98G9905 每分进给每转进给G40G41G4207 刀具补偿取消左刀补右刀补G52 00 局部坐标系
15、设定G54G5911零点偏置G71G72G73G7600 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表 3-4 M 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。6M01 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
16、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：G99 F-；F 后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为 mm/r。例：G95 F0.2 表示进给量为 0.2 mm/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：G98 F-；F 后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。例：G94 F100 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
