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1、数控车削编程及加工模块 情境一 圆柱（锥）面数控加工程序的编制,情境描述 圆柱（锥）面（包括内圆柱（锥）面）是轴（套）类零件常见的加工表面。轴类零件是指长度尺寸大于直径的旋转体零件；套类零件是指带有内孔的薄壁回转体零件，主要用作旋转体零件的支承和连接配合。 本情境主要学习以下几方面的内容： 1轴套类零件加工基本编程指令（G00、G01、G02/G03、G93、G04、G71、G73、G70）的使用. 2. 轴套类零件加工工艺的选择，刀具及切削用量的选定与确定。 3.加工轴套类零件的圆柱、圆锥、倒角、沟槽等表面的编程方法。,任务一 外圆柱面数控加工程序的编制,表1-1项目任务书,一、外圆柱面数控
2、加工程序的编制项目任务书,见表1-1。,二、学习导读 1数控编程的内容 数控编程的内容主要包括：分析图样并确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、程序输入、程序校验和试切削。,2数控加工程序的构成 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。,程序段的构成主要是由程序段序号和各种功能指令构成的： N_ G_ X（U）_ Z（W）_ F_ M_ S_ T_； 其中，N程序段序号； G为准备功能；,X（U），Z（W）工件坐标系中X、Z轴移动至终点的位置。绝对坐标：X、Z，相对坐标：U、W，X、Z与U、W在一个程序段内可以混用； F进给功能指令； M辅助功能指令； S主轴功能
3、指令； T刀具功能指令。 3加工程序的构成 一个完整的加工程序由若干程序段组成，程序的开头是程序名，结束时写有程序结束指令。例如： O0001；程序名 N10 G92 X0 Y0 Z200.0； N20 G90 G00 X50.0 Y60.0 S300 M03； N30 G01 X10.0 Y50 .0 F150 ； N110 M30；程序结束指令,4指令应用举例 （1）快速点定位（G00）指令应用举例 快速点定位指令格式：G00 X_ Z_ ； G00 U_ W_ ； 其中，（X，Z）（U，W）定位点坐标。 学习示例1-1：如图1-1所示刀具快速点定位（快速进刀）运动（动作）编程如下： G0
4、0 X50.0 Z6.0； 或 G00 U-70.0 W-84.0；,图1-1 快速点定位,G00指令要求刀具以点位控制方式从刀具所在位置以最快的速度移动到指定位置。它只实现快速移动，并保证在指定的位置停止，在移动时对运动轨迹与运动速度并没有严格的精度要求。如果两坐标轴的脉冲当量和最大速度相等，运动轨迹是一条45斜线，如果是一条非45斜线，刀具的运动轨迹可能是一条折线。例如图2-32所示，使用快速点定位指令G00编写程序，程序的起始点是工件坐标系原点O，先从O点快速移动到参考点A，紧接着快速移至参考点B，执行程序时刀具移动轨迹是两条折线，如图粗线所示。 使用G00时，应注意以下几点： 1)G0
5、0是模态指令，上面例子中，由A点到B点实现快速点定位时，因前面程序段已设定了G00，后面程序段就可不再重复设定定义G00，只写出坐标值即可。 2)快速点定位移动速度不能用程序指令设定，它的速度已由生产厂家预先调定或由引导程序确定。若在快速点定位程序段前设定了进给速度F，该指令对G00程序段无效。 3)快速点定位G00执行过程是刀具由程序起始点开始加速移动至最大速度，然后保持快速移动，最后减速到达终点，实现快速点定位，这样可以提高数控机床的定位精度。,（2）直线插补指令G01指令应用举例 直线插补也称直线切削，它的特点是刀具以直线插补运算联动方式由某坐标点移动到另一坐标点，移动速度是由进给功能指
6、令F设定。机床执行G01指令时，在该程序段中必须含有F指令。G01和F都是模态指令。 直线插补指令指令格式：G01 X_ Z_ F_ ； G01 U_ W_ F_ ； 其中，（X，Z）（U，W）直线终点坐标。 F进给指令，单位：mm/r（毫米/转） 该指令用于直线或斜线运动，可沿X轴、Z轴方向执行单轴运动，也可沿XZ平面内任意斜率的直线运动。 学习示例：如图1-2所示外圆柱切削，编程如下：,图1-2 外圆柱切削,G01 X60.0 Z-80.0 F0.3； 或 G01 U0 W-80.0 F0.3；,5阶梯轴的形式与车削 阶梯轴可分为低台阶轴和高台阶轴两种形式。与其相对应，阶梯轴的车削方法有低
7、台阶车削和高台阶车削两种方法。 当相邻两圆柱体直径差较小时，该阶梯轴为低台阶轴，可由车刀一次切出，如图1-3a所示，其加工路线为ABC DE，这就是低台阶车削；当相邻两圆柱体直径差较大时，需要采用分层切削，如图1-3b所示，粗加工路线为A1B1，A2B2、A3B3，精加工路线为ABCDE，这就是低台阶车削。,图1-3阶梯轴车削方法,切削用量的具体数值可参阅机床说明书、切削用量手册，并结合实际经验而定，表1-2是参考了切削用量手册而推荐的切削用量参考表。,表1-2切削用量选择参考表,三、任务解析 该零件由不同的外圆柱面组成，有一定的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件材料为45钢，切削加工性能较好，无
8、热处理和硬度要求。 加工工艺路线：装夹对刀设置编程原点O为零件右端面中心粗车46、43、40外圆留1精车余量精车40、43、46各段外圆及端面至要求尺寸。 编程过程中对具有公差的尺寸计算如下：,46外圆编程尺寸=,=45.969mm,同理： 43外圆编程尺寸=42.969mm,40外圆编程尺寸=39.969mm,20长度编程尺寸=,=20mm,同理： 40、72长度编程尺寸均为原值。,四、任务实施（零件加工工艺分析与编程） 1工装：采用三爪自定心卡盘夹紧零件毛坯的外圆周面。 2刀具选择：选用硬质合金90偏刀，置于T01号刀位，数控加工刀具见表1-4。,表1-4 数控加工刀具卡片,3制作加工工艺
9、卡 阶梯轴加工工步及切削用量见表1-5。,4程序编制 阶梯轴数控加工程序清单见表1-6。,表1-6 阶梯轴数控加工程序清单,五 课堂巩固练习,任务二 外圆锥面数控加工程序的编制,一、外圆周锥面数控加工程序的编制任务书,见表2-1。 表2-1任务书,二、学习导读： 1刀尖圆弧半径补偿 编制数控车床加工程序时，通常将车刀刀尖看作是一个点。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0.4mm1.6mm的圆弧。如图2-1所示，编程时以理论刀尖点P(又称刀位点或假想刀尖点：沿刀片圆角切削刃作X、Z两方向切线相交于P点)来编程，数控系统控制P点的运动轨迹，而切削时
10、，实际起作用的切削刃是圆弧的各切点，这势必会产生加工表面的形状误差。而刀尖圆弧半径补偿功能就是用来补偿此误差。,图2-1 刀尖圆弧半径对加工精度的影响,切削工件的右端面时，车刀圆弧的切点A与理论刀尖点P的Z坐标值相同；车外圆时车刀圆弧的切点B与点P的X坐标值相同。切削出的工件没有形状误差和尺寸误差，因此可以不考虑刀尖圆弧半径补偿。如果车削外圆柱面后继续车削圆锥面，则必存在加工误差BCD(误差值为刀尖圆弧半径)，这一加工误差必须靠刀尖圆弧半径补偿的方法来修正。 车削圆锥面和圆弧面部分时，仍然以理论刀尖点P来编程，刀具运动过程中与工件接触的各切点轨迹为图中所示无刀尖圆弧半径补偿时的轨迹。该轨迹与工
11、件加工要求的轨迹之间存在着图中斜线部分的误差，直接影响到工件的加工精度，而且刀尖圆弧半径越大，加工误差越大。可见，对刀尖圆弧半径进行补偿是十分必要的。当采用刀尖圆弧半径补偿时，车削出的工件轮廓就是图中所示工件加工要求的轨迹。,2实现刀尖圆弧半径补偿功能的准备工作 在加工工件之前，要把刀尖圆弧半径补偿的有关数据输入到存储器中，以便使数控系统对刀尖的圆弧半径所引起的误差进行自动补偿。 1）刀尖半径。工件的形状与刀尖半径的大小有直接关系，必须将刀尖圆弧半径R输入到存储器中，如图2-2所示。,图2-2 CRT显示屏幕显示刀具补偿参数,2）车刀的形状和位置参数。车刀的形状有很多，它能决定刀尖圆弧所处的位
12、置，因此也要把代表车刀形状和位置的参数输入到存储器中。将车刀的形状和位置参数称为刀尖方位T。车刀的形状和位置如图2-3所示，分别用参数09表示，P点为理论刀尖点。如图2-3左下角刀尖方位T应为3。,图2-3 车刀形状和位置,3）参数的输入。与每个刀具补偿号相对应有一组X和Z的刀具位置补偿值、刀尖圆弧半径R以及刀尖方位T值，输入刀尖圆弧半径补偿值时，就是要将参数R和T输入到存储器中。例如某程序中编入下面的程序段： N100 G00 G42 X100.0 Z3.0 T0101； 若此时输入刀具补偿号为01的参数，CRT屏幕上显示图2-2的内容。在自动加工工件的过程中，数控系统将按照01刀具补偿栏内
13、的X、Z、R、T的数值，自动修正刀具的位置误差和自动进行刀尖圆弧半径的补偿。 3刀尖圆弧半径补偿的方向 在进行刀尖圆弧半径补偿时，刀具和工件的相对位置不同，刀尖圆弧半径补偿的指令也不同。图2.24表示了刀尖圆弧半径补偿的两种不同方向。 如果刀尖沿ABCDE运动（如图2-4(a)），顺着刀尖运动方向看，刀具在工件的右侧，即为刀尖圆弧半径右补偿，用G42指令。如果刀尖沿FGHI运动（如图2-4(b)），顺着刀尖运动方向看，刀具在工件的左侧，即为刀尖圆弧半径左补偿，用G41指令。如果取消刀尖圆弧半径补偿，可用G40指令编程，则车刀按理论刀尖点轨迹运动。,(a) 刀尖圆弧半径右补偿 (b) 刀尖圆弧半
14、径左补偿 图2-4 刀尖圆弧半径补偿方向,4指令应用举例 刀尖圆弧半径补偿的建立（G41/G42）或取消（G40）指令应用举例 格式：G41/G42/G40 G00 /G01 X(U)_ Z(W)_ T_ F_； G40：取消刀补，通常写在程序开始的第一个程序段及取消刀具半径补偿的程序段； G41：刀具左补偿，在编程路径前进方向上，刀具沿左侧进给，使用该指令； G42：刀具右补偿，在编程路径前进方向上，刀具沿右侧进给，使用该指令。 刀具功能又称为T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能。格式：T；前两位数字为刀具号；后两位数字为刀具补偿号，其中00表示取消某号刀的刀具补偿。,如T0101表示0
15、1号刀调用01补偿号设定的补偿值，其补偿值存储在刀具补偿存储器内。又如T0700表示调用07号刀，并取消07号刀的补偿值。,说明： 刀尖圆弧半径补偿的建立或取消必须在位移移动指令(G00、G01)中进行。G41、G42、G40 均为模态指令。 刀尖圆弧半径补偿和刀具位置补偿一样，其实现过程分为三大步骤，即刀具补偿的建立、刀具补偿的执行和刀具补偿的取消。,图2-5 刀具补偿编程,在设置刀尖圆弧自动补偿值时，还要设置刀尖圆弧位置编码，指定编码值的方法参考图2-3。 学习示例2-1：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图2-5所示零件： 刀尖位置编码：3,N10 G00 X200 Z175 T0101 N2
16、0 M03 S1500 N30 G00 G42 X58 Z10 M08 N40 G96 S200 N50 G01 Z0 F1.5 N60 X70 F0.2 N70 X78 Z-4 N80 X83 N90 X85 Z-5 N100 G02 X91 Z-18 R3 F0.15(参考圆弧插补指令) N110 G01 X94 N120 X97 Z-19.5 N130 X100 N140 G00 G40 G97 X200 Z175 S1000 N150 M30,三、任务解析,该零件由外圆柱面及外圆锥面组成，有较高的表面粗糙度要求。零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。 加工工艺路线：装夹对刀设置编程原点O为零件右端面中心粗车36外圆及各段锥面倒角精车36外
