第3章 數(shù)控車床編程

第三章數(shù)控車床的程序編制第一節(jié)數(shù)控車床程序編制的基礎第二節(jié)數(shù)控車床程序編制的基本方法第三節(jié)典型零件的程序編制

3.1數(shù)控車床程序編制的基礎數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。通過數(shù)控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產效率，特別適合于復雜形狀回轉類零件的加工。一、數(shù)控車削的基本特征與加工范圍1)基本特征數(shù)控車削時，工件做回轉運動，刀具做直線或曲線運動，刀尖相對工件運動的同時，切除一定的工件材料從而形成相應的工件表面。其中，工件的回轉運動為切削主運動，刀具的直線或曲線運動為進給運動。兩者共同組成切削成形運動。2)加工范圍

數(shù)控車床主要用于軸類和盤類回轉體零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等綜合特點，其加工范圍較普通車削廣，不僅可以進行車削還可以銑削。3)

典型加工類別車外圓車端面鉆孔/鉸孔切槽切斷車內孔/鏜孔車型面車螺紋車錐面4)主要加工對象精度要求高的回轉體零件高精度的機床主軸高速電機主軸帶特殊螺紋的回轉體零件非標絲杠表面形狀復雜的回轉體零件其他形狀復雜的零件

二、數(shù)控車床的主要功能1)簡易數(shù)控車床這是一種低檔數(shù)控車床，不具備刀尖圓弧半徑自動補償功能，編程時計算比較繁瑣。2)經(jīng)濟型數(shù)控車床這是中檔數(shù)控車床，具有單色顯示的CRT、程序存儲和編輯功能，沒有恒線速度切削功能。3)多功能數(shù)控車床這是高檔的數(shù)控車床，具備刀尖圓弧半徑自動補償、恒線速度切削、倒角、固定循環(huán)、螺紋切削、圖形顯示、用戶宏程序等功能。4)車削中心主體是數(shù)控車床，配有刀庫和機械手。三、數(shù)控車床圓周定位夾具

1)三爪自定心卡盤

2)軟爪

(1)軟爪要在與使用時相同的夾緊狀態(tài)下加工，以免在加工過程中松動和由于反向間隙而引起定心誤差。加工軟爪內定位表面時，要在軟爪尾部夾緊一適當?shù)陌袅希韵ūP端面螺紋的間隙，如圖所示。

加工軟爪

(2)當被加工工件以外圓定位時，軟爪內圓直徑應與工件外圓直徑相同，略小更好。

理想的軟爪直徑軟爪內徑過大軟爪內徑過小

3)彈簧夾套定心精度高，裝夾工件快捷方便，常用于精加工的外圓表面定位。

4)四爪單動卡盤

四個對稱分布卡爪是各自獨立運動的，可以調整工件夾持部位在主軸上的位置，使工件加工面的回轉中心與車床主軸的回轉中心重合。四爪單動卡盤夾緊力大，但找正比較費時，單件小批量生產、大型或形狀不規(guī)則的工件，可用四爪單動卡盤裝夾。

四、數(shù)控車削工件的裝夾

常用裝夾方式三爪自定心卡盤裝夾心軸裝夾卡盤和頂尖裝夾專用夾具裝夾

薄壁零件的裝夾

薄壁零件容易變形，普通三爪卡盤受力點少，采用開縫套筒或扇形軟卡爪，可使工件均勻受力，減小變形。也可以改變夾緊力的作用點，采用軸向夾緊的方式。五、常用車刀的主要類型及刀具材料

外圓車刀、車槽、車斷刀

內圓車刀、鏜刀螺紋車刀六、數(shù)控車削的對刀

對刀是確定工件在機床上的位置，也即是確定工件坐標系與機床坐標系的相互位置關系。對刀過程一般是從各坐標方向分別進行，它可理解為通過找正刀具與一個在工件坐標系中有確定位置的點(即對刀點)來實現(xiàn)。1）一般試切法對刀

一般對刀是指在機床上使用相對位置檢測手動對刀。下面以Z向對刀為例說明對刀方法，見右圖。

刀具安裝后，先移動刀具手動切削工件右端面，再沿X向退刀，將右端面與加工原點距離N輸入數(shù)控系統(tǒng)，即完成這把刀具Z向對刀過程。

手動對刀是基本對刀方法，但它還是沒跳出傳統(tǒng)車床的“試切--測量--調整”的對刀模式，占用較多的在機床上時間。

用車刀先試切外圓表面A，測量外圓直徑ΦA后，按【OFFSET】—【補正】—【形狀】輸入“外圓直徑值ΦA”，按【測量】鍵，刀具“X方向幾何形狀補償值X(φ)”即自動輸入機床對應的幾何形狀寄存器里。2)機外對刀儀對刀

機外對刀的本質是測量出刀具假想刀尖點到刀具臺基準之間X及Z方向的距離。利用機外對刀儀可將刀具預先在機床外校對好，以便裝上機床后將對刀長度輸入相應刀具補償號即可以使用，如右上圖所示。

機外對刀儀對刀

自動對刀

機外對刀儀對刀

3)自動對刀

自動對刀是通過刀尖檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的，刀尖以設定的速度向接觸式傳感器接近，當?shù)都馀c傳感器接觸并發(fā)出信號，數(shù)控系統(tǒng)立即記下該瞬間的坐標值，自動對刀過程如右下圖所示。

自動對刀

3.2數(shù)控車床的F、S、T、M指令編程

一、F功能(進給速度)

F功能指令用于控制切削進給量。在程序中，有兩種使用方法。

1)每轉進給量編程格式G99(G95)F~單位為mm/r。

例：G99F0.2表示進給量為0.2mm/r。

2)每分鐘進給量

編程格式G98(G94)F~單位為mm/min。

例：G98F100表示進給量為100mm/min。

二、S功能

S功能指令用于控制主軸轉速。編程格式S～1)最高轉速限制G50

編程格式G50S～最高轉速：r/min。例：G50S3000最高轉速限制為3000r/min。

2)恒線速控制

編程格式G96S～

S后面的數(shù)字表示的是恒定的線速度：m/min。

例：G96S150表示切削點線速度控制在150m/min。

3)恒轉速控制編程格式G97S～

S后面的數(shù)字表示恒轉速控制，如果S未指定，將保留G96的最終值。單位為：r/min例：G97S3000表示恒線速控制取消后主軸轉速3000r/min。對圖中所示的零件，為保持A、B、C各點的線速度在150m/min，則各點在加工時的主軸轉速分別為：

A：n=1000×150÷(π×40)=1193r/min

B：n=1000×150÷(π×60)=795r/min

C：n=1000×150÷(π×70)=682r/min

三、T功能T功能指令用于選擇加工所用刀具。編程格式：Txxxx或TxxDxx或TxxHxx

T后面通常有兩位數(shù)表示所選擇的刀具號碼。但也有T后面用四位數(shù)字，前兩位是刀具號，后兩位是刀具長度補償號，又是刀尖圓弧半徑補償號。

例：T0303表示選用3號刀及3號刀具長度補償值和刀尖圓弧半徑補償值。T0300表示取消刀具補償。

四、M功能

M00：程序暫停，可用NC啟動命令（CYCLESTART）使程序繼續(xù)運行；

M01：計劃暫停，與M00作用相似，但M01可以用機床“任選停止按鈕”選擇是否有效；

M03：主軸順時針旋轉；

M04：主軸逆時針旋轉；

M05：主軸旋轉停止；M06:換刀

M08：冷卻液開；

M09：冷卻液關；

M30：程序停止，程序復位到起始位置。

3.3、基本的G功能指令編程1)加工坐標系設置G50編程格式G50X～Z～

式中X、Z的值是起刀點相對于加工原點的位置。G50使用方法與G92類似。在數(shù)控車床編程時，所有X坐標值均使用直徑值，如圖所示。

例：按下圖設置加工坐標的程序段如下：

G50X128.7Z375.12）G54～G59設定工件坐標系

Fanuc控制器中的G54-G59又稱為工作區(qū)偏置。工作區(qū)偏置比使用G50位置寄存器指令要有效得多。它是用來調整機床原點和程序原點之間關系的最先進的方法。儲存在控制系統(tǒng)中的值通常是機床原點位置到工件程序原點之間的實際測量值。G54設置工件坐標系的具體操作方法：開機后，進行原點復位?？焖僖苿拥毒叩焦ぜ胺?，啟動工件旋轉。試切外圓端面A到工件回轉中心，按【OFFSET】—【坐標系】，選擇G54～G59其中之一，如G54,輸入X0、Z0按【測量】鍵，工件坐標零點坐標（相對于機床原點的Z方向偏移值△Z）即存入G54對應的坐標系偏置寄存器里。通過確定工件坐標系的原點在機床坐標系的位置來建立工件坐標系。使用G54～G59指令運行程序時與刀具的初始位置無關。

3)暫停指令G04操作機床附件時暫停指令在一些輔助功能后，用于控制機床附件，例如車床棒料進給器、尾座的伸縮、工件夾緊等。此外，在主軸換向時有時候也需要使用該指令。在切削過程中的需要從使用場合來講，暫停指令主要用于鉆孔、擴孔、凹槽加工等的排屑，在高速進給加工斜面的時候，暫停指令可以控制切削進給的減速等。G04必須與其他指令一起使用，并指定暫停時間。其格式為：G04X____（單位：秒，除固定循環(huán)外）；或者G04U____（單位：秒）；（只能用于車床）或者G04P____（單位：毫秒，但不允許使用小數(shù)點）；①G04在前一程序段的進給速度降到零之后才開始暫停動作。在執(zhí)行含G04指令的程序段時，先執(zhí)行暫停功能。②G04為非模態(tài)指令，僅在其被規(guī)定的程序段中有效。例：G04X1.0;(暫停一秒)G04U1.0;(暫停一秒)G04P1000;(暫停一秒)例：CNC車床的主軸調試或預熱，程序如下：G97S100M03；指定初始轉速100r/minG04X300.0；暫停5分鐘S800；轉速增加到800r/minG04X600.0；暫停10分鐘S1500；轉速增加到1500r/minG04X900.0；暫停15分鐘M05；主軸停轉

4)倒角、倒圓編程

(1)45°倒角

由Z軸向X軸倒角，i的正負根據(jù)倒角是向X軸正向還是負向,如圖a所示。其編程格式為G01Z(W)～I±i。

由X軸向Z軸倒角，k的正負根據(jù)倒角是向Z軸正向還是負向，如圖b所示。編程格式G01X(U)～K±k。ab(2)任意角度倒角在直線進給程序段尾部加上C～，可自動插入任意角度的倒角。C的數(shù)值是從假設沒有倒角的拐角交點距倒角始點或與終點之間的距離。例：G01X50C10

X100Z-100

(3)倒圓角

編程格式G01Z(W)～R±r時，如圖a所示的Z軸向X軸倒圓角。

編程格式G01X(U)～R±r時，如圖a所示的Z軸向X軸倒圓角。

(4)任意角度倒圓角若程序為G01X50R10F0.2X100Z-100則加工情況如圖所示。例：加工下圖所示零件的輪廓，程序如下：

G00X10Z22

G01Z10R5F0.2

X38K-4

Z05)刀尖圓弧自動補償功能

編程時，通常都將車刀刀尖作為一點來考慮，但實際上刀尖處存在圓角，如圖a所示。在進行倒角、錐面及圓弧切削時，則會產生少切或過切現(xiàn)象，如圖b所示。具有刀尖圓弧自動補償功能的數(shù)控系統(tǒng)能根據(jù)刀尖圓弧半徑計算出補償量，避免少切或過切現(xiàn)象的產生。G40--取消刀具半徑補償，按程序路徑進給。

G41--左偏刀具半徑補償，按程序路徑前進方向刀具偏在零件左側進給。

G42--右偏刀具半徑補償，按程序路徑前進方向刀具偏在零件右側進給。

在設置刀尖圓弧自動補償值時，還要設置刀尖圓弧位置編碼，指定編碼值的方法參考圖c。

3.4

螺紋切削編程(1)基本螺紋切削指令(G32)圖3.42圓柱螺紋切削圓錐螺紋切削基本螺紋切削方法見圖3.42所示

編程格式:G32X(U)~Z(W)~F~式中：X(U)、Z(W)-螺紋切削的終點坐標值；(X坐標值依據(jù)《機械設計手冊》查表確定),F-螺紋導程。

螺紋切削應注意在兩端設置