第二章数控车床及其程序编制

第二章数控车床及其程序编制第一节数控车床基础知识第二节数控车床编程的工作准备第三节数控车床基本编程方法第四节数控车床操作要点第五节数控车床编程实例第一节数控车床基础知识一、数控车床的组成全功能型数控车床一般由以下几个部分组成:(1)主机主机是数控车床的机械部件，包括床身、主轴箱、刀架层座、进给机构等。(2)数控装置主机是数控车床的控制核心，其主体是有数控系统运行的一台计算机(包括CPU、存储器、CRT等)。(3)伺服驭动系统它是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驭动电路和伺服驭动装置组成。伺服驭动装置主要有主轴电动机和进给伺服驭动装置(步进电机或交、直流伺服电动机等)。(4)辅助装置辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括液压、气压装置、冷却系统、润滑系统和排屑装置等。下一页返回第一节数控车床基础知识二、数控车床的分类1.按数控系统的功能分类(1)经济型数控车床(2)全功能型数控车床(3)车削中心(4)FMC车床2.按主轴的配置形式分类(1)臣卡式数控车床(2)立式数控车床上一页下一页返回第一节数控车床基础知识3.按加工零件的基本类型分类(1)卡盘式数控车床这类车床未设置尾座，适于车削盘类零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。(2)顶尖式数控车床这类车床设置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。4.其他分类按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等;按特殊或专门的工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等;按刀架数量可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床。另外，也有把车削中心列为数控车床一类的。上一页下一页返回第一节数控车床基础知识三、数控车床的主要技术参数CJK603数控车床(图2-1)的主要技术参数如下。(1)机床的主要参数机床的主要参数如表2-1所示。(2)数控系统的技术规格CJK603数控车床采用HCNC一1T系统，其控制软件系统的环境界面如图2-2所示。屏幕顶行为状态行，用于显示工作方式及运行状态等，工作方式按主菜单变化，运动状态在不同的工作方式下有不同的显示。上一页下一页返回第一节数控车床基础知识屏幕中间为工件加工的坐标显示和图形跟踪显示或加工程序内容显示。屏幕下部为提示输入行和菜单区(多级菜单变化都在同一行中进行)。屏幕右部为信息检索显示区:0.N索引”显示自动运行中的0代码(主程序号)和N代码(程序段号)，“P.L索引”显示自动运行中的P代码(子程序调用)和L代码(调用次数)，M.T索引”显示自动运行中的M代码(辅助功能)和T代码(刀具号和刀补号)，“机械坐标”显示刀具在机床坐标系中的坐标变化。四、数控车床的用途数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内、外圆柱面，圆锥面，圆弧面和直、锥螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰等工作。它是目前国内使用极为广泛的一种数控机床，约占数控机床总数的25%上一页返回第二节数控车床编程的工作准备一、掌握数控系统的功能1.准备功能和辅助功能此处以FANUC一12T数控车床为例，列出数控车床常用的准备功能和辅助功能指令，如表2-2和表2-3所示。2.其他功能指令除了G指令和M指令外，编程时还应有F功能、S功能、T功能等。下一页返回第二节数控车床编程的工作准备二、建立坐标系统1.数控车床坐标系数控车床的坐标系以径向为X轴方向，纵向为Z轴方向，如图2-3所示。数控车床的坐标系是机床固有的坐标系，在出厂前就已经调整好，一般情况下不允许用户随意变动。数控车床的坐标系原点为机床上的一个固定的点，一般为主轴旋转中心与卡盘后端面与中心线之交点，即图2-3中的O点。参考点也是机床上的一个固定点，它是刀具退离到一个固定不变的极限点，其位置由机械挡块来确定，即图2-3中的O'上一页下一页返回第二节数控车床编程的工作准备2.工件坐标系(编程坐标系)工件坐标系是编程时使用的坐标系，故又称为编程坐标系。在编程时，应首先确定工件坐标系，工件坐标系的原点也称为工件原点。从理论上讲，工件原点选在任何位置都是可以的。但实际上，为了编程方便和各尺寸较为直观，应尽量把工件原点选得合理些，一般将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工件的右端面或左端面上，如图2-4所示的O点或O’点。上一页下一页返回第二节数控车床编程的工作准备三、做好编程前的工艺准备1.阅读机床说明书和编程手册在编程加工程序前要认真阅读机床说明书和编程手册，以便了解数控机床的结构、数控系统的功能和其他的有关参数。2.分析工件样图和制订加工工艺根据工件样图对工件的形状、加工精度、技术条件、毛坯等进行详细分析，并在此基础上确定加工的工步顺序和装夹方上一页下一页返回第二节数控车床编程的工作准备法，合理选用切削用量和刀具的形状、尺寸、规格以及刀具在回转刀架上的安装位置等。编程人员在编程时应特别注意要选择最佳的切削条件和最短的刀具路径，以提高效率;要充分利用机床数控系统的指令功能，以简化编程。3.数学处理确定加工工艺方案后，根据零件的几何尺寸和加工路线计算刀具运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般都具有直线插补和圆弧插补功能，对于由直线和圆弧组成的轴类、盘类零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何要素的交点或切点的坐标值，得出各几何要素的起点、终点和圆弧的圆心坐标值。对于复杂零件的数学处理一般手工计算难以实现，需要借助计算机辅助计算。上一页返回第三节数控车床基本编程方法一、数控车床编程坐标系的建立数控车床编程坐标系的建立是编程工作的重要一步，如图2-5所示二、绝对值方式及增量值方式编程以图2-6为例，刀具从坐标原点O依次沿A-B-C-D运动，用绝对值方式编程。程序如下:下一页返回第三节数控车床基本编程方法NO1GO1X40.0210.0F120N02X80.0230.0;N03X120.0240.0;N04X60.0280.0;NO5M02:上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法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。仍以图2-6为例，在下列用增量值编写的程序中，各点坐标都是相对于前一点位置来编写的。上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法NO1GO1U40.0W10.0F120N02U40.0W20.0;N03U40.0W10.0;N04U一60.0W40.0;NO5M02;上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法三、快速点位运动指令G00是指令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标点位置。程序格式:G00X(U)Z(W);X(U)、Z(W)为目标点坐标例如，图2-7中，刀具从起点A快速移动到目标点B,其绝对值编程方式为:G00X60.0Z80.0;其增量值编程方式为:G00U40.0W70.0;上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法四、回程序原点程序程序原点是程序的起点，也是开始加工时刀尖的起始点，FANUC一12T系统用G28,G29两个指令来实现自动返回程序原点和从原点自动返回加工处的刀具运动。G28指令可以使刀具从任何位置以快速点定位方式经过中间点返回程序原点。程序格式:G28XZ;其中，X,Z为返回路径中间点的坐标值。G29指令可以使刀具从程序原点以快速点定位方式经过G28指定的中间点自动返回加工处。程序格式:G29XZ;其中，X,Z为返回点的坐标值。上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法例如，图2-8中，“G28X180.0Z95.0T0300”程序段表示由点A快速移动到点B，再移到点R换刀;“G29X60.02135.0”程序段表示由点R先返回至点B，再到执行点C五、圆锥的切削圆锥分为正锥和倒锥，在数控车床上车外圆锥时，有两种加工路线。图2-9所示为车正锥的两种加工路线示意图，当按图2-9(a)所示的加工路线车正锥时，需要计算终刀距L0假设锥的大端直径为D，小端直径为d，吃刀深度为L0，锥长为A，则由相似三角形可得(D一d)/(2A)=L/L'即L'=2AL/(D一d)上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法当按图2-9(b)所示的走刀路线车正锥时，则不需要计算。但必须确定背吃刀量L0由图可见，只要确定了背吃刀量L0，就确定了下一个目标点的值，即可车出圆锥轮廓。在每次切削中，背吃刀量是变化的，而切入目标点始终是固定的。这种加工方法由于只确定一个目标点，所以编程比较简单。车倒锥原理与车正锥相同，此处不再赘述。上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法六、直线插补指令GO1直线插补也称直线切削。直线插补的特点是: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，移动速度由进给功能指令F来设定。机床执行GO1指令时，在该程序段中必须含有F指令。程序格式:GO1X(U)Z(W)F;其中，X(U),Z(W)为目标点坐标，F为进给速度。上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法例如，图2-10中，选右端面与轴线交点O为工件坐标系原点，绝对值方式编程如下:NO1G50X200.02100.0;(设定工件坐标系)N02G00X30.0Z5.0S800T01M03;(Po-P‘1点)N03G01X50.0Z一5.0F80.0;(刀尖从P‘1，点按F值运动到P2点)N04.Z-45.0;(P2-P3点)上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法NOSX80.0Z一65.0;N06G00X200.02100.0;N07MOS;N08M02;增量值方式编程如下:NO1G00U一170.0W一95.05800TO1M03;N02GO1U20.0W一10.0F80.0;N03W一40.0;N04U30.0W一20.0;NOSG00U120.0W165.0;N06MOS;N07M02上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法七、循环数控车床上加工阶梯轴工件的毛坯常使用棒料或铸、锻件，所以车削加工图2-11和图2-12所示的图柱表面和圆锥表面时，加工余量大，一般需要多次重复循环加工，才能车去全部加工余量。为了简化编程，数控车床常具备一些循环加工功能。下面简要介绍几种常用的循环指令。上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法1.简单固定循环指令G77,G79(1)G77指令该指令可实现车削圆柱面和圆锥面的自动固定循环。程序格式为:圆柱面切削循环G77X(U)Y(W)F;圆锥面切削循环G77X(U)Z(W)IF;圆柱面切削循环过程如图2-12所示。图2-12中虚线表示按快进速度R运动，实线表示上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法按工作进给速度F运动。X,Z为圆柱面切削终点坐标值;U,W为圆柱面切削终点相对于循环起点的增量值。加工顺序按1-2-3-4进行。圆锥面切削循环过程如图2-12所示。图中的I为锥体大端和小端的半径差。若工件锥面起点坐标大于终点坐标时，I后的数值符号取正，反之取负。例如加工图2-13(a)所示的工件，其程序为:G77X36.0Z30.0F60.0;加工图2-13(b)所示的工件，其程序为:G77X40.0Z40.0I5.0F40.0上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法(2)G79指令该指令可实现端面加工固定循环。程序格式为:G79X(U)Z(W)F;端面切削循环过程如图2-14所示。图中虚线表示按快进速度R运动，实线表示按工作进给速度F运动。G79程序中的地址含义与G77的相同，加工顺序按1-2-3-4进行。上一页下一页返回第三节数控车床基本编程方法2.轮廓切削循环指令G71,G72,G73,G70(1)粗车循环指令G71、G72程序格式:G71/G72P(ns)Q(n1)U(Du