第5章 典型机床数控编程教学案例

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1、第5章 典型机床数控编程,5.1 数控车床编程 5.2 数控铣床编程 5.3 加工中心编程 习题,5.1 数控车床编程,5.1.1 数控车床编程概述 1. 数控车床编程的特点 （1） 在一个程序段中， 可以采用绝对值编程， 也可以采用增量值编程， 或二者混合编程。,（2） 由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时都是以直径值表示的， 因而当直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示； 用增量值编程时， 以径向实际位移量的二倍值表示， 并附上方向符号（正向可以省略）。 （3） 为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。,2. 车床数控系统的功能 1） 准备功能G 准备功能又称G功能或G代

2、码， 它是指定数控系统准备好某种运动和工作方式的一种命令， 由地址G及其后的两位数字组成。,表5.1 准 备 功 能,2） 辅助功能M 辅助功能又称M功能， 主要用来表示机床操作时的各种辅助动作及其状态。 它由地址M及其后的两位数字组成。 常用辅助功能如表5.2所示， 其中几个不同的停止方式介绍如下：,表5.2 辅 助 功 能,（1） M00程序停止。 （2） M01选择停止。 （3） M02程序结束。 （4） M30纸带结束。,3） F、 S、 T功能 （1） F功能。 F功能用于指定进给速度， 由“F”和其后面的数字组成。 （2） S功能。 S功能用于指定主轴转速或速度， 由“S”和其后的

3、数字组成。,（3） T功能。 T功能也叫刀具功能， 用来指定刀位号和刀具补偿组号（简称刀补号）， 由“T”和其后的数字组成， 格式为 T 刀具补偿组号 刀具号,3. 车床坐标系的设定 1） 机床坐标系 机床坐标系是以机床原点为坐标原点建立的X、 Z轴直角坐标系。 其中， Z轴与主轴中心线重合， 为纵向退刀方向（+）； X轴与主轴垂直， 为横向退刀方向（+） ， 如图5.1所示。,图5.1 机床坐标系,2） 工件坐标系 工件坐标系是编程时使用的坐标系， 因此又称为编程坐标系。 数控编程时， 应该首先确定工件坐标系和工件原点。 工件坐标系是由操作编程人员设定的， 其目的是为了方便编程和使各尺寸较为

4、直观。 工件原点般设在零件的设计基准点或工艺基准点上。 图5.2中将工件原点选在了主轴中心线与工件左端面或右端面的交点处。,图5.2 工件坐标系,图5.3 设定工件坐标系实例,4. 刀具补偿功能 1） 刀具位置补偿 刀具位置补偿又叫刀具长度补偿、 刀具偏置或刀具偏移。以下三种情况下均需要进行刀具位置补偿： （1） 用多把不同尺寸的刀具对同一个零件的轮廓尺寸进行连续加工的过程中， 每把刀具的刀尖之间存在位置偏差， 必须利用刀具位置补偿功能将所有刀具的刀尖都偏置到同一个基准点上。,（2） 对同一把刀来说， 当刀具重磨后再把它安装在原来的位置时， 会产生安装误差。 因此， 在重新开始加工以前， 也必

5、须利用刀具位置补偿功能来修正重新安装位置误差。 （3） 每把刀具在其使用过程中都会有不同程度的磨损， 这时的刀尖位置与磨损前的刀尖位置存在偏差， 这势必造成加工误差。,2） 刀具半径补偿 在编制数控车床加工程序时， 通常将刀尖看作是一个点。 然而在实际应用中， 为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度， 一般将车刀刀尖磨成半径约为0.41.6 mm的圆弧， 如图5.4所示。,图5.4 刀尖圆弧半径补偿对加工精度的影响,图5.4中， 在切削工件右端面时， 车刀圆弧的切点A与理论刀尖P的Z坐标值相同； 车外圆时， 车刀圆弧的切点B与理论刀尖P的X坐标值相同； 这时不会产生加工误差， 不需要考虑刀尖半

6、径补偿。,图5.5 车刀刀尖方位代号,为了对上述由刀尖圆弧半径所引起的误差进行自动补偿， 在加工工件之前， 必须把刀具半径补偿的有关参数输入到CNC装置中。 参数包括刀尖半径R值和刀尖方位T参数。 T值与车刀的形状和刀尖所处的位置有关， 用09表示， 如图5.5所示。 典型车刀的形状、 位置和参数之间的关系如表5.3所示。,表5.3 典型车刀的形状、 位置和参数之间的关系,3） 刀具补偿参数的输入 每个刀具补偿号对应一组X、 Z、 R、 T值。 其中X、 Z为刀具位置补偿值， R、 T为刀具半径补偿值。,图5.6 显示器屏幕显示刀补参数,4） 刀具半径补偿的方向 将刀补参数输入到CNC装置后，

7、 当执行到含有T功能（如T0101）的程序段时， 刀具位置补偿参数即可生效， 而刀具半径补偿参数则必须执行到含有刀具半径补偿方向指令G41或G42指令时才可生效。 如图5.7所示， G41指定左刀补， 刀具沿编程轨迹前进方向左侧行进； G42指定右刀补， 刀具沿编程轨迹前进方向右侧行进。 当取消刀具半径补偿时， 使用G40指令。,图5.7 刀具半径补偿G41、 G42,5.1.2 常用G指令 1. 快速点定位G00 G00指令使刀具快速定位到指定的目标位置， 运动过程中无运动轨迹要求。 其指令书写格式是： G00 X（U）_ Z（W） _ ； 如图5.8所示， 从起点A快速定位到目标点B， 可

8、以有三种编程方式。,图5.8 快速点定位,（1） 绝对值方式编程如下： G00 X120.0 Z100.0； 或G00 X120000 Z100000； （2） 增量值方式编程如下： G00 U80.0 W80.0； （3） 绝对/增量混合方式编程如下： G00 U80.0 Z100.0； 或 G00 X120. W80.0；,2. 直线插补G01 该指令用于按F指定的进给速度切削任意斜率的直线， 指令格式为 G01 X（U）_ Z（W） _ F _ ； 编程示例如图5.9所示， 选右端面轴心O为编程原点， 其绝对值方式编程如下：,图5.9 直线插补,N10 G00 X50.0 Z2.0 S8

9、00 T01 M03； （P0P1点） N20 G01 Z40.0 F80； （刀尖从P1点按F速度进给到P2点） N30 X80.0 Z60.0； （P2P3）以F速度进给 N40 G00 X200.0 Z100.0； （P3P0）快速返回 本例也可采用增量值编程。,3. 圆弧插补G02/G03 圆弧插补指令使刀具按F给定的进给速度切削出圆弧轮廓， G02用于顺时针圆弧， G03用于逆时针圆弧。 指令格式如下： （1） 终点+圆心（I， K）： G02或G03 X（U）_ Z（W）_ I _ K_ F_； （2） 终点+圆弧半径R： G02或G03 X（U）_ Z（W）_ R _F；,图5.

10、10 圆弧插补时R与-R的区别,图5.11 顺时针圆弧插补,图5.12 逆时针圆弧插补,4. 螺纹切削指令G32 该指令用来切削圆柱螺纹、 圆锥螺纹、 端面螺纹（涡形螺纹）， 指令格式为 G32 X（U）_ Z（W）_ F_； F为螺纹导程。 对于如图5.13所示的锥螺纹， 其斜角在45以下时， 螺纹导程以Z轴方向指定； 45以上至90时， 以X轴方向值指定。,图5.13 螺纹加工G32,图5.14 螺纹加工示例,5. 暂停（延时）指令G04 该指令可使刀具进行暂短的无进给光整加工， 主要用于切槽、 钻到孔底以及自动加工螺纹等场合， 如图5.15所示， 指令格式为,G04,X（U）_（秒s，可

11、带小数） P _ （毫秒ms，不可带小数）,图5.15 G04暂停指令,6. 自动返回参考点指令G28 该指令使刀具自动返回参考点或经过某一中间位置再回到参考点， 如图5.16所示。 指令格式为 G28 X（U）_ Z（W）_ T00； T00(刀具复位)指令必须写在G28指令的同一程序段或该程序段之前； X(U)必须按直径值输入； 该指令以设定的速度快速移动。,图5.16 自动返回参考点指令 (a) 经过中间点返回参考点； (b) 从当前位置返回参考点,5.1.3 数控车床加工与编程 1. 加工路线与加工余量 1) 大余量毛坯的切削路线 一般用阶梯车削法来车削大余量毛坯。 图5.17所示的两

12、种加工路线中， 图（a）是错误的切削路线， 图（b）按15的顺序切削， 每次切削所留余量相等， 是正确的切削路线。 因为在同样背吃刀量的条件下， 按图（a）方式加工所剩余的余量过多。,图5.17 大余量毛坯的阶梯切削路线 (a) 错误； (b) 正确,根据数控加工的特点， 还可以放弃常用的阶梯车削法， 改用依次从轴向和径向进刀、 顺工件毛坯轮廓走刀的路线， 如图5.18所示。,图5.18 双向进刀的走刀路线,图5.19 分层切削时刀具的终止位置,2） 分层切削时刀具的终止位置 当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时， 从第二刀开始就要注意防止走刀至终点时切削深度的猛增。 如图5.19所示， 设

13、以90主偏刀分层车削外圆， 合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离e（例如可取e=0.05 mm）。 如果e=0， 则每一刀都终止在同一轴向位置上， 主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。,2. 加工参数的选择 1） 合理选择切削用量 切削用量（ap、f、 v）选择是否合理， 对于能否充分发挥机床的潜力与刀具的切削性能， 实现优质、 高产、 低成本和安全操作具有很重要的作用。一些资料上推荐的切削用量数据如表5.3所示。,表5.3 数控车削用量表,2） 合理选择刀具 刀具尤其是刀片的选择是保证加工质量和加工效率的重要环节。 零件材质的切削性能、 毛坯余量、 尺寸精度和表面粗糙度要求以及机

14、床的自动化程度等都是选择刀片的重要依据。 数控车床能兼作粗、 精车削， 粗车时要选强度高、 耐用度好的刀具， 以满足粗车时大背吃刀量、 大进给量的要求； 精车时要选精度高、硬度高、 耐用度好的刀具， 以保证加工精度的要求。,3. 锥的切削 1） 车锥原理 在车床上车外圆锥时可以分为车正锥和车倒锥两种情况， 而每一种情况又有两种加工路线。 图5.20所示为车正锥的两种加工路线， 当按图（a）的加工路线车正锥时， 需要计算终刀距S。 假设圆锥大径为D， 小径为d， 锥长为L， 背吃刀量为ap， 则由相似三角形可得：,即,当按图（b）的走刀路线车正锥时， 则不需要计算终刀距S， 只要确定了背吃刀量a

15、p即可车出圆锥轮廓。 但在每次切削中， 背吃刀量是变化的。 图5.21为车倒锥的两种加工路线， 车锥原理与正锥相同。,图5.20 车正锥的加工路线,图5.21 车倒锥的加工路线,2） 车锥举例 用30 mm的棒料毛坯， 3号刀为外圆刀， 车削如图5.22所示的正锥。 通过分析， 确定分三次走刀， 前两次背吃刀量ap=2 mm， 最后一次背吃刀量ap=1 mm。 按第一种车锥路线进行加工， 终刀距S1=8 mm；S2=16 mm。,图5.22 车锥编程实例,4. 圆弧的车法 1） 车锥法 在车圆弧时， 不可能用一刀就把圆弧车好， 因为这样吃刀量太大， 容易打刀。 可以先车一个圆锥， 再车圆弧， 但要注意车锥时起点和终点的确定， 若确定不好则可能损伤圆弧表面， 也有可能将余量留得太大。 确定起点和终点的方法如图5.23所示 .,图5.23 车锥法,图5.24 车圆法,2） 车圆法 对于较复杂的圆弧， 用车锥法较复杂， 也可用车圆法， 即用不同半径的圆来车削， 最终将所需的圆弧车出来。 如图5.24所示， 起刀点A和终点B的确定方法如下： 连接OA、 OB， 则此时车削圆弧的半径为R1=OA=OB， 因此,每刀切削深度：,（P为分刀次数）,5. 孔的加工 对于孔加工， 不同