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1、（数控加工）数控车床的 程序编制 第 3 章数控车床的程序编制 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之壹。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，且能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在壹次装夹 中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加 工。 3.1 数控车床程序编制的基础 针对回转体零件加工的数控车床，在车削加工工艺、车削工艺装备、编程指令应用等方面 都有鲜明的特色。为充分发挥数控车床的效益，下面将结合 HM077 数控车床的使用， 分析数控车床加
2、工程序编制的基础，首先讨论以下三个问题：数控车床的工艺装备；对刀 方法；数控车床的编程特点。 3.1.1 数控车床的工艺装备 由于数控车床的加工对象多为回转体，壹般使用通用三爪卡盘夹具，因而在工艺装备中， 我们将以 WALTER 系列车削刀具为例，重点讨论车削刀具的选用及使用问题。 1、数控车床可转位刀具特点 数控车床所采用的可转位车刀，和通用车床相比壹般无本质的区别，其基本结构、功能特 点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通 用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表 3.1 所示。 表 3.1 可转位车刀特点 要求特点目的 精度高 采用 M 级或更高精度
3、等级的刀片； 多采用精密级的刀杆； 用带微调装置的刀杆在机外预调好。 保证刀片重复定位精度，方便坐标设 定，保证刀尖位置精度。 可靠性高 采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑 台和断屑器的车刀； 采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧 结构和夹紧可靠的其他结构。 断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑； 适应刀架快速移动和换位以及整个自 动切削过程中夹紧不得有松动的要求。 换刀迅速 采用车削工具系统； 采用快换小刀夹。 迅速更换不同形式的切削部件，完成 多种切削加工，提高生产效率。 刀片材料刀片较多采用涂层刀片。满足生产节拍要求，提高加工效率。 刀杆截形 刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系 统结构差异大，有
4、的需采用专用刀杆。 刀杆和刀架系统匹配。 2、数控车床刀具的选刀过程 数控车床刀具的选刀过程，如图 3.1 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，以图 3.1 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，经箭头所示的俩条路径，共同到达最后壹个图标“选定刀具”，以完 成选刀工作。其中，第壹条路线为：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
5、俩条路线的结果，才能确定所选用的刀具。下面将讨论每壹图 标的内容及选择办法。 图 3.1 数控车床刀具的选刀过程 (1)机床影响因素 “机床影响因素”图标如图 3.2 所示。为保证加工方案的可行性、经济性，获得最佳加 工方案，在刀具选择前必须确定和机床有关的如下因素： 1）机床类型：数控车床、车削中心； 2）刀具附件：刀 柄的形状和直径， 左切和右切刀柄； 3）主轴功率； 4）工件夹持方式。 (2)选择刀杆 图 3.2 机床影响因素 图 3.3 选择刀杆 “选择刀杆”图标如图 3.3 所示。其中，刀杆类型尺寸见表 3.2。 表 3.2 刀杆类型尺寸 外圆加工刀杆 内孔加工刀杆刀杆类型 柄部截面
6、形状 柄部直径 D 柄部长度l1刀杆尺寸 主偏角 选用刀杆时，首先应选用尺寸尽可能大的刀杆，同时要考虑以下几个因素： 1）夹持方式； 2）切削层截面形状，即切削深度和进给量； 3）刀柄的悬伸。 (3)刀片夹紧系统 刀片夹紧系统常用杠杆式夹紧系统，“杠杆式夹紧系统”图标如图 3.4 所示。 图 3.4 杠杆式夹紧系统 1）杠杆式夹紧系统 杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为：定位精度高,切屑流畅,操作简便,可和 其它系列刀具产品通用。 2）螺钉夹紧系统 特点：适用于小孔径内孔以及长悬伸加工 (4)选择刀片形状 图 3.5 选择刀片形状 “选择刀片形状”图标如图 3.5 所示。主要参数选
7、择方法如下： 1）刀尖角 刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，应选择尽可 能大的刀尖角。通常这个角度在 35o到 90O之间。 图 3.5 中 R 型圆刀片，在重切削时具有较好的稳定性，但易产生较大的径向力。 表 3.3 刀片形状适用场合 -首选-次选 2）刀片基本类型 刀片可分为正型和负型俩种基本类型。正型刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺 系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片：对于外圆加工，金 属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。选择方法见表 3.3。 (5)工件影响因素 “工件影响因素”图标如 图 3.6 所示。选择
8、刀具时，必 需考虑以下和工件有关的因素： 1）工件形状：稳定性； 2）工件材质：硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型； 3）毛坯类型：锻件、铸件等； 4）工艺系统刚性：机床夹具、工件、刀具等； 5）表面质量； 6）加工精度； 7）切削深度； 8）进给量； 9）刀具耐用度。 (6)选择工件材料代码 “选择工件材料代码”图标如图 3.7 所示。 图 3.6 工件影响因素 图 3.7 选择工件材料代码 表 3.4 选择工件材料代码 加工材料组代码 钢： 非合金和合金钢 高合金钢 不锈钢，铁素体，马氏体 P（蓝） 不锈钢和铸钢： 奥氏体 铁素体奥氏体 M（黄） 铸铁：可锻铸铁，灰口铸铁，球墨铸铁K（红
9、） NF 金属：有色金属和非金属材料N（绿） 难切削材料： 以镍或钴为基体的热固性材料 钛，钛合金及难切削加工的高合金 钢 S（棕） 硬材料： 淬硬钢，淬硬铸件和冷硬模铸件， 锰钢 H（白） 按照不同的机加工性能，加工材料分成 6 个工件材料组，他们分别和壹个字母和壹种颜色 对应，以确定被加工工件的材料组符号代码，见表 3.4。 (7)确定刀片的断屑槽型代码或 ISO 断屑范围代码 负型刀片的断屑范围正型刀片的断屑范围 图 3.8 确定刀片断屑槽代码 “确定刀片的断屑槽型代码或 ISO 断屑范围代码”图标如图 3.8 所示。ISO 标准按切削深 度 aP和进给量的大小将断屑范围分为 A、B、C
10、、D、E、F 六个区，其中 A、B、C、D 为 常用区域，WALTER 标准将断屑范围分为图中各色块表示的区域，ISO 标准和 WALTER 标 准可结合使用，如图 3.8 所示。根据选用标准，按加工的切削深度和合适的进给量来确定刀 片的 WALTER 断屑槽型代码或 ISO 分类范围。 (8)选择加工条件脸谱 “选择加工条件脸谱”图标如图 3.9 所示，三类脸谱代表了不同的加工条件:很好、好、不 足。表 3.5 表示加工条件取决于机床的稳定性、刀具夹持方式和工件加工表面。 图 3.9 加工条件脸谱 表 3.5 选择加工条件 机床，夹具和工件 系统的稳定性 加工方式 很好好不足 无断续切削加工
11、表面已经过粗加工 带铸件或锻件硬表层，不断变换切深 轻微的断续切削 中等断续切屑 严重断续切削 (9)选定刀具 “选定刀具”图标如图 3.10 所示。选定工作分以下俩方面： 1）选定刀片材料 根据被加工工件的材料组符号标记、WALTER 槽型、加工条件脸谱，就可得出 WALTER 推 荐刀片材料代号，见表 3.6 和表 3.7。 2）选定刀具 根据工件加工表面轮廓，从刀杆订货页码中选择刀杆。 根据选择好的刀杆，从刀片订货页码中选择刀片 图 3.10 选定刀具 表 3.6 选定刀片材料（选择负型刀片） 工件材料组 ISO 分类范围 WALTER 槽代码 AB.-NS4WAK10WAP20WAM2
12、0 B.-NS8WAP10WAP20WAP30 BC.-NM4WAP10WAP20WAP30 C.-NM7WAP10WAP20WAP30 P（蓝） CD.-NR7WAP10WAP20WAP30 AB.-NS4WAM20WAM20WAM20 BC.-NM4WAP30WAM20WAM20 M（黄） CD.-NR7WAP30WAP30WAP30 -.-NS4WAK10WAP20WAP20 -.-NS8WAK10WAP20WAP30 -.-NM4WAK10WAK10WAP30 K（红） -.NMAWAK10WAK10- 表 3.7 选定刀片材料(选择正型刀片） 工件材料组 ISO 分类范围 WALTE
13、R 槽代码 AB.-PS4WAK10WAP20WAM20 P（蓝） BC.-PM5WAP10WAP20WAP30 AB.-PS4WAM20WAM20WAM20 M（黄） BC.-PM5WAP30WAP30WAP30 -.-PS4WAK10WAK20WAP20 K（红） -.-PM5WAP10WAP20WAP30 N（绿） -.-PM2WK1WK1WK1 3.1.2 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。 1、壹般对刀 壹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
14、， 见图 3.11。 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，将右端面和加工原点距离 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，但它仍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。 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 能够使用，如图 3.12 所示。 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，当刀尖和 传
15、感器接触且发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，且自动修正刀具补偿值。自 动对刀过程如图 3.13 所示. 图 3.11 相对位置检测对刀图 3.12 机外对刀仪对刀图 3.13 自动对刀 3.1.3 数控车床的编程特点 1、加工坐标系 加工坐标系应和机床坐标系的坐标方向壹致，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见，逆时针为C 向，顺时针为C 向，如图 3.14 所示： 加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置，壹般在工件的右端面或左端面上。 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，如图 3.15 所示：
16、图中 A 点的坐标 值为（30，80），B 点的坐标值为（40，60）。采用直径尺寸编程和零件图样中的尺寸标注壹致，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、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。切削起点的确定和工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖 不和工件发生碰撞为原则。如图 3.16 所示。 图 3.14 数控车床坐标系 图 3.15 直径编程图 3.16 切削起始点的确定 3.2 数控车床的基本编程方法 数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外 形轮廓回转面的车削加工等，在分析了数控车床工艺装备和数控车床编程特点的基础上， 下面将结合配置 FANUC-0T 数控系统的 HM-077 数控车床重点讨论数控车床基本编程方 法。 3.2.1F 功能 F 功能指令用于
