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1、第3章 数控车床的编程,3.4 典型零件的数控车削编程举例练习与思考题,3.4.1 数控车床刀具补偿,3.4典型零件的数控车削编程举例,数控机床中刀具补偿有两种：刀具位置尺寸补偿和刀具半径尺寸补偿。1刀具位置补偿 当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调、磨损以及切削力使工件、刀具、机床变形引起工件尺寸变化时，为加工出合格的零件，必须进行刀具位置补偿。,如图3-70所示，车床的刀架装有不同尺寸的刀具。设图示刀架的中心位置为各刀具的换刀点，并以l号刀具的刀尖B点为所有刀具的编程起点。当换2号刀具加工时，2号刀具的刀尖在C点位置，要想运用A、B两点的坐标值来实现从
2、C点到A点的运动，就必须知道B点和C点的坐标差值，利用这个差值对B到A的位移量进行修正，就能实现从C到A的运动。,图3-70 刀具位置补偿示意,从以上分析可以看出，数控系统进行刀具位置补偿，就是用刀补值对刀补建立程序段的增量值进行加修正，对刀补撤销段的增量值进行减修正。这里的1号刀是标准刀，我们只要在加工前输入与标准刀的差I、K就可以了。在这种情况下，标准刀磨损后，整个刀库中的刀补都要改变。为此，有的数控系统要求刀具位置补偿的基准点为刀具相关点。因此，每把刀具都要输入I、K，其中I、K是刀尖相对刀具相关点的位置差（图3-71）。,图3-71 刀具位置补偿,2刀具半径补偿（1）不具备刀具半径补偿
3、功能的系统补偿 在通常的编程中，将刀尖看作是一个点，然而实际数控切削加工中为了提高刀尖的强度，降低加工表面粗糙度，刀尖处成圆弧过渡刃。在切削内孔、外圆及端面时，刀尖圆弧不影响其尺寸、形状，但在切削锥面和圆弧时，则会造成过切或少切现象（见图3-72）。此时可以用刀尖半径补偿功能来消除误差。简易数控系统不具备半径补偿功能，因此，当零件精度要求较高且又有圆锥或圆弧表面时，要么按刀尖圆弧中心编程，要么在局部进行补偿计算，来消除刀尖半径引起的误差。,3.4典型零件的数控车削编程举例,图3-72 刀尖圆弧产生过切和少切的现象,1)按假想刀尖编程加工锥面 数控车床总是按“假想刀尖”点来对刀，使刀尖位置与程序
4、中的起刀点（或换刀点）重合。所谓假想刀尖如图3-73所示，b为圆头车刀，P点为圆头刀假想刀尖，相当于a图中尖头刀的刀尖点。,图3-73 圆头车刀刀尖半径和假象刀尖,3.4典型零件的数控车削编程举例,（a）补偿前产生过切现象（b）加入补偿后的切削图3-74圆头车刀加工锥面补偿示意图,若假想刀尖加工如图3-74所示工件轮廓AB移动，即P1P2与AB重合，并按AB尺寸编程，则必然产生图a中欠切的区域ABCD，造成残留误差。因此按图b所示，使车刀的切削点移至AB，并沿AB移动，从而可避免残留误差，但这时假想刀尖轨迹P3P4与轮廓在X方向和Z方向分别产生误差X和Z。,3.4典型零件的数控车削编程举例,2
5、）按假想刀尖编程加工圆弧 如果按假想刀尖编程车削半径为R的凸凹圆弧表面AB时，会出现如图3-75所示的情况。图中（a）为车削半径为R的凸圆弧，由于r的存在，则刀尖P点所走的圆弧轨迹并不是工件所要求的圆弧形状。其圆心为“O”，半径为“Rr”，此时编程人员仍按假想刀尖P点进行编程，不考虑刀尖圆弧半径的影响，即粗实线轮廓应按图中虚实线参数进行编程。但要求加工前应在刀补拔码盘上给 z向和x向分别加一个补偿量r。同理，在切削凹圆弧，如图3-75（b）时，则在x向和z向分别减一个补偿量r。,3.4典型零件的数控车削编程举例,（a）凸圆弧加工（b）凹圆弧加工图3-75 圆头车刀加工凸凹圆弧刀补示意图,3.4
6、典型零件的数控车削编程举例,3）按刀尖圆弧中心轨迹编程 不具备刀具半径补偿功能的数控系统，除按假想刀尖轨迹数据编程外，还可以按刀心轨迹编程。如图4-76所示手柄零件是由3段凸圆弧和凹圆弧构成的，这时可用轮廓虚线轨迹所示的3段等距线迹进行编程，即O1圆半径为R1+r，O2圆半径为R2+t，O3圆半径为R3-r，三段圆弧的终点坐标由等距的切点关系求得。这种方法编程比较直观，常被使用。,3.4典型零件的数控车削编程举例,图3-76 按刀尖圆弧中心轨迹编程,3.4典型零件的数控车削编程举例,（2）具有刀具半径补偿功能的系统补偿 在现在高级的数控车床控制系统，为使编程简单方便，数控车床一般都设置了刀尖圆
7、弧半径补偿功能，而且可以根据刀尖的实际情况，选择刀位点轨迹，编程和补偿都十分方便。对于具有刀具半径补偿功能的数控系统，在编程时，只要按零件的实际轮廓编程即可，而不必按照刀具中心运动轨迹编程。使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上手工输入刀具半径，数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。即执行刀具半径补偿后，刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。,3.4典型零件的数控车削编程举例,利用机床自动进行刀尖半径补偿时，需要使用G40、G41、G42指令。当系统执行到含T代码的程序指令时，仅仅是从中取得了刀具补偿的寄存器地址号(其中包括刀具几何位置补偿和刀具半
8、径大小)，此时并不会开始实施刀尖半径补偿。只有在程序中遇到G41、G42、G40指令时，才开始从刀库中提取数据并实施相应的刀径补偿。,3.4典型零件的数控车削编程举例,一、典型零件数控车削编程的步骤：1、零件图样分析2、加工工艺性分析（含基点、节点坐标的计算及编程原点的确定）3、确定工序和装夹方式4、选择刀具和确定走刀路线5、选择切削用量6、拟定工序卡片7、加工程序的编制,3.4.2 典型零件的数控车削编程举例,3.4典型零件的数控车削编程举例,二、车床综合编程实例1 如图3-77所示工件，需要进行精加工，其中85mm外圆不加工。毛坯为85mm340mm棒材，材料为45钢。,图3-77 带中心
9、孔轴,3.4典型零件的数控车削编程举例,3.4典型零件的数控车削编程举例,（1）零件图样分析 带中心孔的轴的加工表面主要是外圆柱面、圆锥面、螺纹等组成。零件图样描述清楚，尺寸标注完整，基本符合数控加工尺寸的标注要求，比较适合采用数控车床加工。（2）加工工艺性分析 编程原点选在装夹端的中心面,3.4典型零件的数控车削编程举例,（3）确定工序和装夹方式 以85mm外圆及右中心孔为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持85mm外圆，用机床尾座顶尖顶住右中心孔。工步顺序：1）自右向左进行外轮廓面加工：倒角切削螺纹外圆切削锥度车62mm外圆倒角车80mm外圆车R70mm圆弧车80mm外圆；2）切槽；3）车螺纹。
10、,3.4典型零件的数控车削编程举例,（4）选择刀具，画出刀具布置图（图3-78、表3-7）根据要求，选用三把刀具，一号刀车外圆，二号刀切槽，三号刀车螺纹。,图3-78 刀具布置图,3.4典型零件的数控车削编程举例,表3-7 数控加工刀具卡片,3.4典型零件的数控车削编程举例,（5）确定切削用量切削用量 根据被加工表面质量要求、工件材料和刀具材料，可参考切削用量手册来确定切削速度、进给量和背吃刀量。（6）拟定工序卡片。（见表3-8）将上述各项内容综合后，填写以下数控加工工序卡片，作为数控程序编制人员、操作人员的指导性文件。,（7）编制程序 确定以三爪自定心卡爪前端面中心O点为工件原点，并将点A作
11、为换刀点。该工件的加工程序说明见表3-9。,表3-9 加工程序及说明,续表3-9,例2：完成如图所示手柄的加工。毛坯尺寸25mm90mm的棒料。,3.4典型零件的数控车削编程举例,1、图纸分析（1）加工内容：此零件加工包括车端面、外圆、圆弧。（2）尺寸完整性：尺寸完整且符合数控车削的尺寸标注。2、加工工艺性分析（1）毛坯尺寸：25mm90mm的棒料尺寸，尺寸余量适中。（2）工件坐标系：左端面为尺寸的设计基准面，在相应工序前，先加工左端面，作为Z向编程的原点，故工件零点定于每次装夹后的右端面（精加工面）（3）起刀点设在（80，50）（4）数学处理（如图3-80所示）,3-80 手柄车削计算图解,
12、联立方程组可计算三个光滑连接的圆弧的端点 A、B、C的坐标。（以工件右端为原点）,3.4典型零件的数控车削编程举例,A点的坐标为：XA=4.616(直径值)ZA=-1.083,B点的坐标为：XB=13.846(直径值)ZB=-30.39,C点的坐标为：XC=10(直径值)ZC=-58,3.4典型零件的数控车削编程举例,3、确定工序和装夹方式分两道工序：1）采用毛坯外圆定位，三爪卡盘装夹手柄右端，车削手柄左端外圆台阶到尺寸，对圆弧成形面则留下适当的余量先粗车成斜面，其中间工序尺寸参见图3-81(a)所示，台阶和锥面可使用G71复合循环先粗车，再精车台阶到尺寸。2）当一端车好后，将工件调头，用三爪
13、卡盘夹住814的外圆，先粗车右端锥面，再精车右端所有圆弧部分，其中间工序尺寸参见图3-81(b)所示。(为了确定粗车时的中间工序尺寸，可将手柄画到坐标纸上，利用网格粗略决定，或者利用CAD绘图来确定。),图3-81 车削中间工序图,4、确定走刀路线、选择刀具和切削用量1）外圆粗车车刀T0101：进给速度0.05mm/r，主轴转速300r/min，背吃刀量0.8mm2）外圆精车车刀T0202：进给速度0.03mm/r，主轴转速800r/min5、拟定工序卡片6、编制加工程序,3.4典型零件的数控车削编程举例,9,25mm90mm,O0022/主程序号N010 G50 X80.0 Z50.0 T0
14、100；/建立工件坐标系N020 T0101 S300 M03；/主轴正转，调用1号刀刀补，转速300 r/minN030 G00 X25.0 Z12.0；/快进到X=25，Z=12的循环起点N040 G94 X0 Z8 F50;N050 Z4;N060 Z0;N070 G71 U0.8 R1.2;N080 G71 P110 Q160 X0.2 Z0.2 F50；,10,端面车削循环,外圆粗车循环,9,25mm90mm,N090 G00 X80.0 Z50.0 T0100；N100 M06 T0202 S800;N110 G00 X8.0 Z5.0；N120 G01 X6.0 Z0;N130
15、X8.0 Z-1.0;N140 Z-14.0 F30；N150 X10.0；N140 Z-42.0；N160 G01 X20.0 Z-55.0；N170 G70 P110 Q160;N180 G00 X80.0 Z50.0；/快退至起刀点N190 M02;,10,外圆轮廓精车,25mm90mm,O0023N010 G50 X80.0 Z50.0 T0100；N020 T0101 S300 M03；N030 G00 X25.0 Z5.0；N040 G71 U0.8 R1.2;N050 G71 P080 Q120 X0.2 Z0.2 F50；N060 G00 X80.0 Z50.0 T0100；N
16、070 M06 T0202 S800;N080 G00 X4.5 Z5.0；N090 G01 X4.5 Z0 F30；N100 X14.0 Z-7.0；N110 X18.5 Z-13.0；N120 Z-23.0；N130 G70 P080 Q120;,/外圆粗车循环,/快速移到精车起始处,2,25mm90mm,N140 G00 X0 Z2.0;N150 G01 Z0 F30；N160 G03 X4.616 Z-1.083 R3.0；N170 X13.846 Z-30.39 R29.0；N180 G02 X10.0 Z-58.0 R45.0；N190 G01 X25.0；N200 G00 X80
17、.0 Z50.0 M05；N210 M02；,例3：完成如图所示零件的加工。毛坯尺寸50mm120mm的铸件。,1图纸分析与加工工艺性分析（1）加工内容：此零件加工包括车端面、外圆、倒角、圆弧、螺纹、槽等。（2）工件坐标系：该零件加工需调头，从图纸上尺寸标注分析应设置2个坐标系，2个工件零点均定于装夹后的右端面（精加工面）*三爪定心卡盘装夹50外圆、平端面、对刀，设置第1个工件原点。此端面做精加工面，以后不再加工。*调头，采用三爪卡盘装夹48外圆，平端面，测量总长度，设置第2个工件原点（设在精加工端面上）（3）换刀点：（120，200）（4）公差处理：尺寸公差取中值。,3.4典型零件的数控车削
18、编程举例,3.4典型零件的数控车削编程举例,2工艺方案制订（1）工步和走刀路线的确定：装夹50外圆表面，探出70mm，车左端面，粗加工零件左侧外轮廓：245倒角、48外圆、R20、R16、R10圆弧，留X向精车余量0.5mm，Z向精车余量0.1mm。*精加工上述轮廓。*手工钻孔，孔深至尺寸要求。*粗加工孔内轮廓，留X向精车余量0.4mm，Z向精车余量0.1mm。*精加工孔内轮廓。调头装夹48外圆，车端面，粗加工零件右侧外轮廓：245倒角，螺纹外圆、36端面、锥面、48外圆到圆弧面，留X向精车余量0.5mm，Z向精车余量0.1mm。*精加工上述轮廓。*切槽。*螺纹加工。,3.4典型零件的数控车削
19、编程举例,（2）刀具的选择和切削用量的确定 T0101（粗车刀）外轮廓粗加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深2mm，主轴转速800r/min,进给速度150mm/min。T0202外轮廓精加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深0.5mm，主轴转速1500r/min,进给速度80mm/min。T0303切槽：刀宽4mm，主轴转速450r/min,进给速度20mm/min。T0404加工螺纹：刀尖角60，主轴转速400r/min,进给速度2mm/r（螺距）。T0505钻孔：钻头直径16mm，主轴转速450r/min。T0606内轮廓粗加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深1mm，主轴转速500r/min,进
20、给速度100mm/min。T0707内轮廓精加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深0.4mm，主轴转速800r/min,进给速度60mm/min。T0808 车端面:主轴转速500r/min,进给速度60mm/min。,（3）绘制数控加工走刀路线图 在设计每一道工序的走刀路线图时，特别要注意设计好进退刀路线，防止刀具在运动中与工件、夹具等发生意外碰撞。（4）数值计算 未知点坐标计算：P1(40.7,-33.52),P2(42.95,-53.36)（5）编程 设经对刀后刀尖点位于（120，200），加工前各把刀已经完成对刀。装夹50外圆，探出65mm，手动平端面。,3.4典型零件的数控车削编程举例,
21、O0001 N010 G50 X120 Z200 T0800N020 T0808 M03 S500 N030 G00 G41 X60 Z30 M08N040 G01 Z7N050 G94 X0 Z4 F60 N060 Z2N070 Z0N080 G00 G40 X120 Z200;N090 T0101 M03 S800N100 G00 X60 Z30N110 G01 X51 Z5 F150N120 G71 U2.0 R1.0N130 G71 P160 Q210 X0.5 Z0.1 F150,夹持右端，粗-精加工左端外轮廓,车端面,粗车外轮廓,N140 G00 G40 X120 Z200N150
22、 T0202 M03 S1500 N160 G00 G41 X51 Z5 N170 G01 X47.985 F80N180 Z-22N190 G03 X40.7 Z-33.52 R20 F60N220 G02 X42.95 Z-53.36 R16N210 G03 X48 Z-60 R10N220 G70 P160 Q210N230 G00 G40 X120 Z200 M05N240 M02,夹持右端，粗-精加工左端外轮廓,精车外轮廓,O0002N010 T0606 M03 S500 N020 G00 G41 X15 Z2N030 G71 U1 R1 N040 G71 P050 Q090 X-0
23、.4 Z0.1 F100N050 G00 X36.015 Z2N060 G01 Z-10 F60N070 X20.015 Z-28N080 Z-45N090 X15N100 G00 Z200N110 G40 X120N120 M06 T0707 M03 S800N130 G00 G41 X15 Z2N140 G70 P050 Q090,夹持右端，粗-精加工左端内轮廓,粗精车内轮廓,N140 G00 Z200N150 G40 X120 N160 M06 T0505 M03 S450 N170 G00 X0 Z10N180 G01 Z-50 N190 G04 P3N200 G01 Z10N210
24、G00 X200 Z120N220 M05N230 M02,夹持右端，粗-精加工左端内轮廓,钻孔,O0003 N010 T0808 M03 S500 N020 G00 G41 X60 Z30 M08N030 G01 Z5N040 G94 X0 Z2 F60 N050 Z1N060 Z0N070 T0101 M03 S800 N080 G00 G41X60 Z30N090 G01 X51 Z5 F150N100 G71 U2 R2 N110 G71 P120 Q160 X0.5 Z0.1 F150,掉头夹持左端，粗-精加工右端外轮廓,车端面,粗车外轮廓,N120 G00 G41 X23.8 Z5
25、N130 G01 X32 Z-2 F80 N140 Z-30 N150 X47.985 Z-42N160 Z-53 N170 G00 G40 X120 Z200 N180 T0202 M03 S1500N190 G70 P120 Q160N200 G00 G40 X120 Z200N210 T0303 M03 S450 N220 G00 X38 Z-30N230 G01 X28 F20N240 G04 X4N250 G01 X38,掉头夹持左端，粗-精加工右端外轮廓,精车外轮廓,切槽,N260 G00 X120 Z200N270 T0404 M03 S400 N280 G00 X38 Z5 N
26、290 G92 X31.2 Z-27 F2N300 X30.6N310 X30.2N320 X29.9N330 X29.835N340 G00 X120 Z200N350 M30,螺纹加工,掉头夹持左端，粗-精加工右端外轮廓,练习与思考题,1数控车床编程的特点是什么？2数控车床上对刀的方法有哪几种？3为什么在车削时要考虑对刀具的半径补偿？4G90循环与G94循环的区别是什么？5数控车床的刀具补偿包括那些内容?如题图3-1所示的刀架，假定用I号刀对刀，写出、号刀的位置补偿量。(刀架在里),题图3-1,练习与思考题,6对下列题图3-2、3-3、3-4所示零件进行数控编程。,题图3-2,题图3-3,
27、练习与思考题,题图3-4,练习与思考题,7用外径粗加工复合循环编制题图3-5所示零件的加工程序：要求循环起始点在A(46，3)，切削深度为1.5mm（半径量）。退刀量为1mm，X方向精加工余量为0.4mm，Z方向精加工余量为0.1mm。,题图3-5,练习与思考题,练习与思考题,8加工如题图3-6所示零件，毛坯为圆柱形棒料。（1）采用端面粗加工循环；（2）切削用量为：粗加工切削深度2mm，主轴转速500r/min，进给量0.5mm/r；精加工余量X向为0.5mm（直径上），Z向为0.2mm，主轴转速1100r/min，进给量0.05mm/r。（3）在仿形加工中考虑刀具补偿。（4）提示：在精加工后加工宽度为8mm的槽；右倒角在加工循环后完成，左倒角可在切槽之后，用切槽刀的刀尖切出。,练习与思考题,题图3-6,
