数控车床程序的编制及操作

北京航空航天大学出版社第4章数控车床程序的编制及操作4.1数控车床概述4.2数控车床常用的编程指令4.3数控车床的操作面板及操作简介4.4车削加工实例4.1数控车床概述•数控车床与普通车床一样以车削加工为主，也可用来加工零件旋转表面的。因为配备了数控系统，能自动完成零件的加工，具有加工精度高、加工速度快、操作方便省力、加工范围宽等特点，是工厂机加工车间应用比较广泛的一种数控机床。•数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用控制电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。一般数控车床的主轴由直流或交流调速电动机驱动，主轴作主运动，刀架的纵、横向分别由伺服电动机驱动。为了车削螺纹，在主传动系统里装有主轴脉冲发生器，以检测主轴的转速，保证车削螺纹时，主轴（工件）每转一转，刀具移动一个加工螺纹的导程。4.1数控车床概述•4.1.1数控车床主要加工对象•数控车床主要用于轴类或盘类零件的内/外圆柱面、任意角度的内/外圆锥面、复杂回转内/外曲面和圆柱、圆锥螺纹等的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等，特别适合加工形状复杂的零件。•与普通车床相比，数控车床比较适合于车削具有以下要求和特点的回转体零件：•（1）精度要求高的零件•（2）表面粗糙度好的回转体零件•（3）轮廓形状复杂的零件•（4）带一些特殊类型螺纹的零件•（5）超精密、超低表面粗糙度的零件4.1数控车床概述•4.1.2数控车床主要功能•1、直线插补功能•控制刀具沿直线进行切削，在数控车床中利用该功能可加工圆柱面、圆锥面和倒角。•2、圆弧插补功能•控制刀具沿圆弧进行切削，在数控车床中利用该功能可加工圆弧面和曲面。•3、固定循环功能•固化了机床常用的一些功能，如粗加工、切螺纹、切槽、钻孔等，使用该功能简化了编程。•4、恒线速度车削•通过控制主轴转速保持切削点处的切削速度恒定，可获得一致的加工表面。•5、刀尖半径自动补偿功能•可对刀具运动轨迹进行半径补偿，具备该功能的机床在编程时可不考虑刀具半径，直接按零件轮廓进行编程，从而使编程变得方便简单。4.1数控车床概述•4.1.3数控车床的类型1、按车床主轴的配置形式分类(1)立式数控车床(2)卧式数控车床图4-2卧式数控车床图4-1立式数控车床4.1数控车床概述•2、按加工零件的基本类型分类•(1)卡盘式数控车床•(2)顶尖式数控车床3、按刀架数量分类(1)单刀架数控车床(2)双刀架数控车床图4-3单刀架数控车床图4-4双刀架数控车床4.1数控车床概述•4、按功能分类•(1)经济型数控车床•(2)全功能型数控车床•(3)车削加工中心（4）FMC车床•图4-5经济型数控车床图4-6全功能型数控车床图4-7车削中心图4-8带工件装卸机器人的数控车床4.1数控车床概述•4.1.4数控车床的工艺装备刀具夹具等•1.数控车床的刀具•（1）对刀具的要求•数控车床能兼作粗、精加工。为使粗加工能以较大地切削深度、进给速度加工，要求粗车刀具强度高、耐用度好。精车首先是保证加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。为减少换刀时间和方便对刀，应可能多地采用机夹刀。•数控车床还要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能。在使用刀具寿命管理时，刀片耐用度的设定原则是以该批刀片中耐用度最低的刀片作为依据的。在这种情况下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均寿命更重要。4.1数控车床概述•（2）数控车床的刀具•数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如外圆车刀、左右端面车刀（图4-9），内孔车刀（图4-10），切槽(断)车刀（图4-11）。图4-9外圆车刀图4-10内孔车刀图4-11切槽或切断车刀4.1数控车床概述•2.数控车床的夹具a液压中空卡盘b液压中实卡盘图4-13液压卡盘图4-14顶尖4.1数控车床概述•3.数控车床的尾座图4-15可编程控制的液压尾座4.1数控车床概述4.数控车床的刀架图4-16电动或液压回转刀架（斜床身、后置刀架）图4-17排式刀架图4-18方刀架（平床身、前置刀架）4.1数控车床概述•4.1.5数控车床的选择配置与机械结构组成图4-19为典型数控车床的选择配置与机械结构组成，包括主轴驱动机构、进给驱动机构、床身、刀架、导轨、辅助装置（自动换刀装置、润滑装置、切削液装置、排屑、限位开关、照明装置）等部分。图4-19典型数控车床的选择配置与机械结构组成4.1数控车床概述•4.1.6数控车床的数控系统目前社会在役数控车床常见配套的数控系统有十多个品牌、几十个系列。国外品牌主要以日本法那科（FANUC）和德国西门子（SIEMENS）为主，国产品牌以华中和广数为主，近年发展很快，逐步占领了部分市场。4.2数控车床常用的编程指令•4.2.1数控车床的编程特点•①在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合使用编程。•②由于被加工零件的径向尺寸都是以直径值表示，所以直径方向用绝对值编程时，X以直径表示。当用增量值编程时，以径向实际位移量的两倍表示，并附上方向符号。③为提高工件的径向尺寸精度，X方向的脉冲当量经常是Z向的一半。•④由于车削加工常用棒料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，数控系统常备有不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。•⑤编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上是一个半径不大的圆弧，因此为提高加工精度，需要对刀具半径进行补偿4.2数控车床常用的编程指令•4.2.2数控车床的编程规则•1.绝对值编程和增量值编程•用绝对值方式编程时，程序段中的轨迹坐标都是相对于某一固定编程坐标系原点所给定的绝对尺寸，用X、Z及其后面的数字表示。•用增量值编程时，程序段中的轨迹坐标都是相对于前一位置坐标的增量尺寸，用U、W及其后的数字分别表示X、Z方向的增量尺寸4.2数控车床常用的编程指令图4-20绝对与增量编程N01G01X40.0Z10.0F120;(O→A)(进给速度为120mm／min)N02X80.0Z30.0；(A→B)N03X120.0Z40.0；(B→C)N04X60.0ZS0.0；(C→D)N05M02；N01G01U40.0W10.0F120；(O→A)N02U40.0W20.0；(A→B)N03U40.0W10.0；(B→C)N04U-60.0W40.0；(C→D)N05M02；绝对编程增量编程4.2数控车床常用的编程指令•2.直径编程/半径编程•X坐标的尺寸可按直径或半径指定。不同的机床可以使用不同的指令方法：直径编程或半径编程。为了编程方便，对于X方向的尺寸，可以根据实际情况通过1006号参数第三位设定成直径或半径方式编程。通常情况下设定成直径编程。•(1)直径编程•在直径编程中，指令图纸上的直径值作为X轴的值。•(2)半径编程•在半径编程中，指令从工件中心至外表面的距离亦即半径值作为X轴的值.4.2数控车床常用的编程指令•3.小数点编程•数值可以用小数点输入。距离、时间或速度的输入可使用小数点。下列地址可用小数点：•X，Y，Z，U，V，W，A，B，C，I，J，K，R和F。•有两种类型的小数点表示法：计算器型表示法和标准表示法。当用计算器型表示法时，不带小数点的值的单位认为是mm。当用标准表示法时，这样的值以最小输入增量为单位指定。小数点表示法的选择由3401号参数的第0位(DPI)确定。4.2数控车床常用的编程指令•4.2.3数控车床坐标系•数控车床坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。•机床坐标系是机床固有的坐标系，在出厂前已调好，一般情况下，不允许用户随意改动。数控车床是回转类零件加工机床，一般只有X和Z两个坐标轴，只需要两坐标联动。。Z轴是主轴的回转轴线，远离工件的方向为正。X轴与Z轴相垂直，且平行于车床径向运动的导轨方向也是远离工件的方向为正。根据Z、X轴坐标确定原则，卧式数控车床刀架运动的纵方向即为Z方向，刀架的横向即为X方向，当刀架沿Z向和X向协调运动时，可形成各种复杂的平面曲线，以这条曲线绕轴线回转时，可形成各种复杂的回转体。同样数控立式车床也是刀架沿着工件的轴向和径向运动实现两坐标联动的。卧式数控车床的机床坐标系见图4-21（机床参考点与机床原点重合）和图4-22（机床参考点与机床原点不重合）。4.2数控车床常用的编程指令•4.2.4数控车床常用指令地址功能含义编程O零件程序号O1～O9999N程序段号N1～N99999G准备功能字，设定机床运动模式等G00～G99X、Z绝对坐标G…X…Z…U、W增量坐标G…U…W…R圆弧半径G02X…Z…R…或G03X…Z…R…I、K圆弧中心坐标G02X…Z…I…K…或G03X…Z…I…K…M辅助功能字，设定机床开关量操作M00～M99F进给率单位由G98／G99设定，G98：mm／min；G99：mm／rF1～240000mm／minF0.01～500mm／r表4-2FANUCOiT的地址及功能4.2数控车床常用的编程指令地址功能含义编程S主轴机能，指定主轴转速，单位：r／minG96时为切削线速度，单位：m／minS0～20000T刀具功能T口口××口口为刀具号，××为刀偏号例如：T0101P、X、U暂停时间，单位：SP0～99999.999，X0～99999.999U0～99999.999P子程序号指定P1～9999P子程序重复调用次数P1～999P、Q固定循环参数4.2数控车床常用的编程指令•1.程序号•为了识别存在存储器中的程序，给每个程序分配一个程序号，它由英文字母O后面紧跟不超过4位的数字(1～9999)组成，放在程序的开头。例如：O8，O54，O4567。（注意：程序号O8000到O9999由机床制造商使用，用户不能使用这些号）。•2程序段号（顺序号）•在程序段的开头，可以放置一个顺序号，它由英文字母N后跟不超过5位的数字（1～99999）组成。顺序号可以随意指定，也可以没有顺序号，可以跳过任何号。可以为所有的程序段指定顺序号，也可以只为那些程序中想要加顺序号的程序段指定顺序号。但是，通常还是习惯于按照与加工步骤相协调的递增次序指定顺序号（注：为了与其它数控系统兼容，不能用N0。不能使用程序号O0）。•例如N300X200.0Z300.0；该程序段中N300是顺序号。4.2数控车床常用的编程指令•3、G指令（准备功能指令）•FANUCOiT有三种G代码系统：A、B和C（表4-3）。用3401号参数的第6位(GSB)和第7位(GSC)选择G代码系统。一般情况下，使用G代码系统A。除了G10和G11外，00组的G代码都是非模态G代码。注：带▲为系统默认指令。不少数控机床G指令的前置“0”允许省略，如：G1表示G01，G3表示G03。4.2数控车床常用的编程指令•表4-3FANUCOiT的G指令列表G代码组功能ABC▲G00▲G00▲G0001定位(快速)G01G01G01直线插补(切削进给)G02G02G02顺时针圆弧插补G03G03G03逆时针圆弧插补G04G04G0400暂停G07.1(G107)G07.1(G107)G07.1(G107)圆柱插补▲G10G10G10可编程数据输入G11G11G11可编程数据输入方式取消G12.1(G112)G12.1(G112)G12.1(G112)21极坐标插补方式▲G13.1(G113)▲G13.1(G113)▲G13.1(G113)极坐标插朴方式取消4.2数控车床常用的编程指令G17G17G1716XY平面选择▲G18▲G18▲G18XZ平面选择G19G19G19YZ平面选择G20G20G7006英制输入G21G21G71公制输入▲G22▲G22▲G2209存储行程检查接通G23G23G23存储行程检查断开▲G25▲G25▲G2508主轴速度波动检测断开G26G26