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1、数控机床操作与编程实践教程,作者：张 伟,责任编辑：王 波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-154 课件章数：9,第2章 数控车削加工编程及实例,2.1 数控车床结构 2.2 数控车削加工工艺制订及实例 2.3 数控车削加工编程基础 2.4 典型表面数控车削加工编程实例 2.5 典型零件数控车削加工编程实例 2.6 数控车削加工编程实践,内容提要,本章从实战层面介绍了数控车削加工工艺设计和编程。 简要介绍数控车床的常用布局及结构形式、常用附件的结构及其使用； 介绍数控车削加工工艺的制订； 结合零件车削编程实例展开，介绍数控车床编程的基本方法和技巧，实例中涉及FANUC、S
2、IEMENS和华中HNC-21/22T等主流数控系统； 提供进行数控车削编程实践的若干指导型编程题目。,2.1 数控车床结构,图2-1 数控车床外观图,2.1.1 数控车床的组成,数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。,1. 床身与导轨,图2-4 数控车床的布局形式,2.进给系统,数控车床除了床身和导轨与普通车床不一样外，其进给系统与普通车床的进给系统也有本质上的区别。它没有传统的进给箱、溜板箱和交换齿轮架，而是直接采用伺服电动机或通过同步齿形带经滚珠丝杠驱动滑板和刀架，实现Z轴(纵向)和X轴(横向)的进给运动。,3.主传动系统,
3、数控车床的主传动系统一般采用直流或交流无级调速电动机，通过皮带传动，带动主轴旋转，实现自动无级调速及恒线速度控制。,4.自动回转刀架,刀架是数控车床的重要部件，它安装各种切削加工刀具，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率 数控车床的刀架分为转塔式和排刀式刀架两大类 转塔式刀架是普遍采用的刀架形式，它通过转塔头的旋转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。两坐标连续控制的数控车床，一般都采用 612 工位转塔式刀架。 排刀式刀架主要用于小型数控车床，适用于短轴或套类零件加工。,2.1.2 数控车床的主要技术参数,2.1.3 常用数控车床分类,2.1.3 常用数控车床分类,卧式数控车床,立式数控车
4、床,2.1.3 常用数控车床分类,数控车削中心,2.1.4 数控车床附件,液压卡盘 用于夹持加工零件，它主要由固定在主轴后端的液压缸和固定在主轴前端的卡盘两部分组成，其夹紧力的大小通过调整液压系统的压力进行控制 , 具有结构紧凑、动作灵敏、能够实现较大夹紧力的特点。 液压尾座 加工长轴类零件时需要使用尾座，数控车床尾座一般有手动尾座和可编程尾座两种。,图2-8 所示为液压尾座,2.2 数控车削加工工艺制订及实例,2.2.1 数控车削加工工艺制订 数控车削加工时，零件数控车削加工方案的拟定是制订车削工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各加工表面的加工方法、安排工序的先后顺序、确定刀具的走刀
5、路线等。技术人员应根据从生产实践中总结出来的一些综合性工艺原则，结合现场的实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析，从中选择最佳方案。,2.2.1 数控车削加工工艺制订,1. 加工工序划分 (1)刀具集中分序原则即按所用刀具划分工序。这样可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。 (2)保持精度分序原则数控加工要求工序尽可能集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成。应将粗、精加工分开进行。对轴类零件或盘类零件，将待加工面先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。对轴上有孔、螺纹加工的工件，应先加工表面，而后加工孔、螺纹。 ,2. 加工顺序安排,(1) 上道工序的加工不能影响下道工
6、序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。 (2) 先进行内型、内腔加工工序，后进行外形加工工序。 (3) 以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数和换刀次数。 (4)在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。,3. 进给路线,(1)进给路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度； (2)应使进给路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率； (3)在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作； (4)当某段进给路线重复使用时，为了简化编程，缩短程序长度，应使用子程序。 此
7、外，还要考虑工件的形状与刚度、加工余量大小、机床与刀具的刚度等情况，确定进给次数，以及设计刀具的切入与切出方向等。,4. 刀具选择及对刀点、换刀点的确定,(1)刀具选择数控车床的刀具一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。 (2)对刀点和换刀点的确定 其选择原则如下：1)找正容易；2)编程方便；3)对刀误差小；4)加工时检查方便可靠。,5. 切削用量的确定,(1)背吃刀量主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产效率。在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般取0.20.5mm。 (2)主轴转速主轴转
8、速主要根据允许的切削速度计算，并根据计算值在机床说明书中选取标准值。 (3)进给量或进给速度进给量是数控加工切削用量中的重要参数，其主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。,2.2.2 数控车削加工工艺设计实例,图2-9 零件车削示意图,根据先粗后精原则，首先进行粗加工，将虚线包围部分切除，然后进行半精加工和精加工。,。,2.2.2 数控车削加工工艺设计实例,(a) 沿着工件轮廓进行走刀的路线；,(b)“三角形”走刀路线；,(c)“矩形”走刀路线,2.2.2 数控车削加工工艺设计实例,34mm36mm38mm40mm,40mm38mm36mm34mm,车削顺序,增加
9、刀具返回换刀点所需的空行程时间，而且还可能使台阶的外直角处产生毛刺,2.3 数控车削加工编程基础,2.3.1 数控车床数控系统功能及编程特点 1.数控车床的编程特点 (1) 可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) 采用直径尺寸编程更为方便。 (3) 数控装置常具备不同形式的固定循环，可以进行多次循环切削。 (4) 大多数的数控车床都具有刀具半径补偿的功能(G41、G42)，这类数控车床可以直接按工件轮廓尺寸编程。,2.3.1 数控车床数控系统功能及编程特点,2.车床数控系统功能 数控车床数控系统常用的功能指令有准备功能
10、G、辅助功能M、刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F。 由于车床种类不同，系统配置也各不相同，本章重点介绍FANUC、SIEMENS和华中等几种典型数控车削系统的加工编程，其常用代码见附录。,2.3.2 数控车削加工的基本工艺问题,1.工件坐标系的确定及程序原点设置,图2-12 数控车床坐标系,坐标系由一个X轴和一个Z轴组成 Z轴在车床主轴的平行方向上，以刀具远离工件为正 X轴在水平面上，其与Z轴垂直，以刀具远离工件为正,1.工件坐标系的确定及程序原点设置,进行数控加工时必定会遇到三个坐标系： 工件坐标系(数控编程坐标系) 数控车床本身的车床坐标系 待加工工件装夹在数控机床上建立起的工件加工
11、坐标系 对数控车床操作者而言，面临的主要问题就是工件加工坐标系的建立(即坐标找正，俗称“对刀”)。 通常是先设置工件坐标系，再设置工件加工坐标系，而工件加工坐标系的建立应与工件坐标系相统一。 数控编程时，应该首先确定工件坐标系和工件原点。,1.工件坐标系的确定及程序原点设置,工件坐标系(编程坐标系)是以工件原点为坐标原点建立的X，Z轴直角坐标系。工件坐标系用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系，是编程时使用的坐标系，所以又称为编程坐标系。 工件原点(亦称工件零点、程序原点和编程原点)是工件坐标系(编程坐标系)的原点。工件原点要尽量将工艺基准与设计基准统一，通常将该基准点设为工件原
12、点。 在数控车床上，通常将X轴方向的原点设定在主轴中心线上，而Z轴方向的原点一般设定在加工工件在精切后的右端面上，或在精切后的夹紧定位面上。,1.工件坐标系的确定及程序原点设置,图2-13 零件图,通常编程时将工件坐标系原点设在右端面的中心上，工件加工坐标系原点设定(即“对刀”)时可采用三种方法,坐标系原点设定的三种方法,方法一：先让机床回零，起动主轴，再手动将刀移动到工件的外圆表面，稍稍向里切进一点，沿Z坐标方向车一刀，并在显示屏上读出此时的X坐标值X1，将车刀移出工件(X坐标不动，移动Z方向)，主轴停转。停转之后用卡尺量出被车部分的直径X2，记录下X1和X2。重新使主轴旋转，将刀移到工件上
13、靠近右端面处，保证少量的切削量沿X方向车一刀，并在显示屏上读出此时的Z坐标Z1，将刀具移出工件，主轴停转。 方法二：可通过设置刀具偏置的方式，进行 “对刀”，即设置该刀具的偏置为(X1-X2)/2，Z1；其余刀具的“对刀”也用上述方式进行刀具偏置的设置。 ,坐标系原点设定的三种方法,方法三：通过G50坐标设定指令(有的机床用的是G92) 设定一个工件坐标系。其指令格式为G50 X(a)Z(b)，其中的a、b分别为刀尖的起始点距工件原点在X和Z向的尺寸。若刀的起始位置坐标(200，10)，那么就先将刀移动到X坐标为：X1+200-X2，Z坐标为Z1+10的位置上。坐标设定指令为G50 X200
14、Z10，这就是工件加工坐标系原点指令设定。执行G50X(a)Z(b)后，系统内部即对(a，b)进行记忆，并显示在显示器上，这样就相当于在工件上建立了一个以工件原点为坐标原点的工件加工坐标系。,2.刀尖长度补偿,刀具的补偿功能是由程序中提供的T代码实现的。 T代码由字母T和其后的四位数字所组成，其中前两个数字为刀具编号，后两个数字为刀具补偿号。刀具补偿号实际上是刀具补偿寄存器的地址号，刀具补偿号为00时，表示不进行补偿或取消刀具补偿。 刀具补偿功能必须在一个程序段的执行过程中完成，而且程序段内必须有G00或G01指令才能生效。,对刀仪,3.刀尖半径补偿,刀具半径是否需要补偿以及采用何种方式补偿，
15、是由G指令中的G40、G41、G42决定的。 G40刀具半径补偿取消，即使用该指令后，使G41、G42指令无效。 G41刀具半径左补偿，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件左侧时的刀具半径补偿。 G42刀具半径右补偿，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件右侧时的刀具半径补偿。 注意：G41、G42不能重复使用，即在程序中前面有了G41指令后，不能再直接使用G42。若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后，再使用G41或G42，否则补偿就不正常了。,4.直径编程与半径编程,数控车床的工件外形通常是旋转体，其X轴尺寸可以用两种方式加以指定：直径方式和半径方式。 直径编程为缺省值，机床出厂一般设为直径
16、编程。,按同样的轨迹分别用直径、半径编程，加工如图所示工件,例,4.直径编程与半径编程,2.4 典型表面数控车削加工编程实例,2.4.1 FANUC系统数控车削编程实例 1.台阶轴类零件加工编程,【实例2-1】,在数控车床上加工一个轴类零件，其材料为45号钢，如图2-16所示。,图2-16 轴零件图,1.台阶轴类零件加工编程,(1)零件图分析该零件由外圆柱面和外圆锥面构成，其中40mm的外径不加工(可用于装夹)。选择毛坯尺寸为40mm40mm。 (2)确定工件的装夹方式由于这个工件是一个实心轴，并且轴的长度不很长，所以采用工件的左端面和40mm外圆作为定位基准。使用普通三爪卡盘夹紧工件，取工件的右端面中心为工件坐标系的原点，对刀点选在图2-16中的A(60，15)处。 (3)确定数控加工刀具及加工工序卡根据零件的加工要求，选用一把90硬质合金机夹偏刀(由于工件的结构简单，对精度的要求不高，故粗车和精车使用一把外圆车刀)，用于粗、精车削加工。该零件的数控
