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1、2.1 数控车削加工概述,2.1.1 数控车削加工特点,1.基本特征 数控车削加工时，工件做回转主运动，刀具做直线或曲线进给运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。2.加工工艺范围 数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，其加工工工艺范围比普通车削广，除了可以进行车削外,车削加工中心还可以铣削加工。,3.典型加工类型 1)车削内外圆柱面、圆锥面、回转体成形面；2)镗、钻、扩、铰孔，攻丝；3）切槽、切断；4）车回转体表面。4.主要加工对象 精度要求高的回转体零件,各种车削加工,2.1.2 数控车床的种类,1.数控车床特点
2、1)全封闭防护 2)排屑方便 3)主轴转速较高，工件夹紧可靠 4)自动换刀 5)主传动与进给传动分离，由数控系统协调 6)二轴联动车削为主，向多轴、车铣复合加工发展2.数控车床分类 1)按主轴位置分卧式数控车床、立式数控车床；,立式数控车床,卧式数控车床,单主轴单刀架,双主轴双刀架,2)按可控轴数分单主轴单刀架、双主轴双刀架；,经济型数控车床,3)按系统功能分经济型数控车床、全功能数控车床、车削中心。,全功能数控车床,车铣中心,2.1.2数控车床的主要功能,1.直线插补 1）一般在XOZ平面 2）可形成内外圆柱面、圆锥面、倒角2.圆弧插补 1）可形成圆弧面、倒圆、非圆曲线回转面 2）一次插补，
3、一次走刀3.车削固定循环 1）内外圆粗车、精车 2）端面粗车、精车 3）槽粗车、精车 4）车螺纹,4.恒线速度车削 1）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。2）必须限定加工时主轴最高转速5.刀具补偿 1）刀具位置补偿 可分别在X、Z方向进行位置补偿，主要用于刀具磨损。2）刀具半径补偿 用于圆弧车刀车削以及刀尖圆弧半径补偿。,2.2 数控车削加工编程基础,2.2.1车床数控系统的基本功能,车床数控系统的基本功能包括准备功能(G代码),辅助功能(M代码),进给功能(F代码),主轴功能(S代码)和刀具功能(T代码).,1.准备功能(G代码)准备功能也称G功能或G代
4、码。是指令机床动作方式的。G代码的格式：G2 表2-1是FANUC Oi Mate-C常用G代码,表2-1 常用G功能指令,注：(1)表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态 指令，一次指定后持续有效，直到被本 组其他代码所取代。(2)标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。,2M功能(格式：M2，M后可跟2位数)车削中常用的M功能指令有：M00进给暂停 M01条件暂停 M02程序结束 M30-程序结束并返回到开始处 M03-主轴正转 M04-主轴反转 M05-主轴停转 M08开切削液 M09关切削液 M98子程序调用 M99子程序返回3S功能(格式：S4，S后可跟4位数
5、)用于主轴的转速或切削速度。实际加工时，还受到机床面板上的主轴速度修调倍率开关的控制。主轴转速的计量单位有两种，一种是r/min,另一种是m/min.1)恒线切削速度控制指令G96,例：G50 S1800 主轴最高转速限制1800r/min G96 S100 主轴恒线切削速度为100m/min 注：使用恒线切削速度时必须使用最高转速限制指令。2）主轴转速直接指令G97 例：G97 S800 主轴转速为800r/min 4T功能(格式：T2 或T4)有的机床T后只允许跟2位数字，即只表示刀具号，刀具补偿则由其他指令表示。例：T02表示刀具号为2号刀。有的机床T后则允许跟4位数字，前2位表示刀具号
6、，后2位表示刀具补偿号又是刀尖圆弧半径补偿号。例：,5。F功能指令 F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。每转进给量（默认）1)编程格式 G99 F F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。例：G99 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r。2)每分钟进给量 编程格式G98 F F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。例：G98 F100 表示进给量为100mm/min。,2.2.2 数控车床的基本编程方式,1.绝对编程与增量编程 1)绝对编程 格式:G00 X Z;用X、Z表终点坐标的绝对坐标值.2)增量编程 格式:G00 U W;用U、W来表示
7、终点坐标的增量坐标值.3）混编坐标编程 格式：（1）GOO X W;X轴是绝对坐标,Z是增量坐标.(2)G00 U Z;X轴是增量坐标,Z是绝对坐标.,2.直径编程与半径编程 当地址X后所跟的坐标值是直径时，称直径编程;当地址X后所跟的坐标值是半径时，称半径编程;注：(1)直径或半径编程方式可在机床控制系统中用参数 来指定；(2)无论是直径编程还是半径编程，圆弧插补时R、I 和K的值均以半径值计量;(3)一般数控车床编程X轴都采用直径编程.3.工件坐标系设置 编程坐标系是在对图纸上零件编程计算时就建立的，程序数据便是用的基于该坐标系的坐标值。工件坐标系则是当系统执行“G92(G5O)X Z”后
8、才建立起,来的坐标系，或用G54G59预置的坐标系。用来沟通机床 坐标系、编程坐标系和工件坐标系三者之间的相互关系的.,1)G50设置工件坐标系 格式:G50 X Z;式中X、Z的值是起刀点相对于 加工原点的位置。例：如右图设置加工坐标的程序段如下：G50 X128 Z100;2)G54G59预置的坐标系 格式:G54G59 G00 X20 Z-40;,3)T指令设置工件坐标系 绝在多数数控车床都用刀具补偿来设置工件坐标系.格式1:T0101;G00 X50 Z100;格式2:G00（G01）X50 Z100 T0101;,2.2.3 数控车床基本编程指令,1G00、G01-点、线控制 格式：
9、G00 X(U)Z(W);G01 X(U)Z(W)F;G00用于快速点定位、G01用于直线插补加工。,说明:(1)在G00时，X、Z轴分别以该轴的快进速度向目标点移动，行走路线通常为折线。如上图所示的AB段，在G00时，刀具先以X、Z的合成速度方向移到C点，然后再由余下行程的某轴单独地快速移动而走到B点。(2)在G00时，刀具移动速度不由F代码来指定，只受系统,快速速度和快速修调倍率的影响。一般地，G00只能用于工件外部的空程行走，不能用于切削行程中。(3)在G01时，刀具必须用F指令的进给速度由A向B进行切削运动，并且控制装置还需要进行插补运算，合理地分配各轴的移动速度，以保证其合成运动方向
10、与直线重合。在G01时的实际进给速度等于F指令速度与进给速度修调倍率的乘积。(4)FANUC Oi Mate-C系统中G01指令还可用于在两相邻轨迹线间自动插入倒角或倒圆控制功能。在指定直线插补或圆弧插补的程序段尾，若：加上C.，则插入倒角控制功能；加上R.，则插入倒圆控制功能。,C后的数值表示倒角起点和终点距未倒角前两相邻轨迹线交点的距离，R后的值表示倒圆半径。,如右图所示的倒角、倒圆编程如下：O0001G91 G01 Z-75.0 R6.0;X40.0 Z-20.0 C3.0;Z-80.0;M02;,注：(1)第二直线段必须由点B而不是从点C开始。(2)在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指
11、令。(3)X、Z轴指定的移动量比指定的R或C小时，系统将报警。,2G02、G03圆弧控制 格式：G02 X(U)Z(W)R_(I_K_)F_;G03 X(U)Z(W)R_(I_K_)F_;说明：1)G02、G03时，刀具相对工件以F指令 的进给速度，从当前点向终点进行插补 加工；G02为顺时针方向圆弧插补；G03为逆时针方向圆弧插补。2)圆弧半径编程时，当加工圆弧段所对的圆心角为 0180时，R取正值，当圆心角为180360时，R取负值。同一程序段中I、K、R同时指令时，R优先，I、K无效。,3）X、Z同时省略时，表示起终点重合；若用I、K指令圆心，相当于指令了360的弧；若用R编程时，则表示
12、指令为0的弧。G02(G03)I;整圆 G02(G03)R;不动(4)无论用绝对还是用相对编程方式，I、K都为圆心相 对于圆弧起点的坐标增量，为零时可省略。(也有的机床厂家指令I、K为起点相对于圆心的坐标增量。)3G04暂停延时 格式：G04 P 后跟整数值，单位ms(微秒)或 G04 X 后跟带小数点的数，单位s(秒),4G20、G21-输入数据单位设定，即(英制和公制)的 设定.G20和G21是两个互相取代的G代码，机床出厂时将根据使用区域设定默认状态，但可按需要重新设定。在我国一般均以公制单位设定G21，常用于公制(单位:mm)尺寸零件的加工.5.编程实例:试编写右图车削精加工程序,一般
13、整个程序由程序头、程序主干和程序尾组成。程序头:包括程序号，建立工件坐标系，启动主轴，开启切削 液，从起刀点快进到工件要加工的部位附近等准备工作。程序主干:则是由具体的加工轮廓的各程序段组成，有必要的话 可含子程序调用。程序尾:包括快速返回起刀点，关主轴和切削液，程序结束停机 等。建立工件坐标系如图,从A到B的精加工程序如下:,2.3 数控车削编程简化指令,2.3.1 简单车削循环指令,1 G90-外圆车削循环 格式:G90 X(U)_Z(W)_R_F_;,说明:1)刀具从循环起点A开始，按着 用 箭头所指的路线行走，先沿X轴快 进(G00速度，用R表示)，到外圆 锥面切削起点C后，再工进切削
14、(F 指令速度，用F表示)，到外圆锥面 的切削终点B；然后，轴向退刀；,最后，又回到循环起点A。2)当用绝对编程方式时，X、Z后的值为外圆锥面切削终点的绝对 坐标值；当用增量编程方式时，U、W后的值为外圆锥面切削终 点相对于循环起点的坐标增量。3)R值:(1)无论用直径或半径编程方式，R值总是外圆锥面切削起点 C(并非循环起点)与外圆锥面切削终点B的半径差。(2)当R值为零省略时，当I值为零省略时，即为圆柱面车削循 环。X、Z、R后的值都可正可负。也就是说，本固定循环指 令既可用于轴的车削，也可用于内孔的车削,不同R值时的情形,1 G94-外圆车削循环 格式:G94 X(U)_Z(W)_R_F
15、_;,说明:1)刀具从循环起点A开始，按着 用 箭头所指的路线行走，先沿Z轴快 进(G00速度，用R表示)，到外圆 锥面切削起点C后，再工进切削(F 指令速度，用F表示)，到外圆锥面,2)当用绝对编程方式时，X、Z后的值为外圆锥面切削终点的绝对坐标值；当用增量编程方式时，U、W后的值为外圆锥面切削终 点相对于循环起点的坐标增量。,的切削终点B；然后，轴向退刀；最后，又回到循环起点A。,3)R值:(1)无论用直径或半径编程方式，R值总是外圆锥面切削起点 C(并非循环起点)与外圆锥面切削终点B的Z坐标差。(2)当R值为零省略时，当I值为零省略时，即为圆柱面车削循 环。X、Z、R后的值都可正可负。也
16、就是说，本固定循环指 令既可用于轴的车削，也可用于内孔的车削,不同R值时的情形,3 编程举例:,1G71-外圆粗车复合循环 编程格式：G71 U(d)R(e);G71 P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t);ns.nf说明:d 吃刀量，半径值，无正负 e 退刀量，半径值，无正负 ns 精加工轮廓程序段中开始 程序段的段号；nf 精加工轮廓程序段中结束 程序段的段号；,2.3.2 粗车复合循环编程指令,u X向精加工余量，直径值；w Z轴向精加工余量；f、s、t F、S、T代码数值；,注意1.nsnf程序段中的F、S、T功能，即使被指定也对粗车循 环无效。2.零件轮廓必须符
17、合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调少；3.A-A1 必须是G00或G01指令;4.A是循环起点;,精加工循环 编程格式 G70 P(ns)Q(nf)式中：ns-精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf-精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。说明:1)由G71、G72、G73完成粗加工后，可以用G70进行精加工。2)精加工时，G71、G72、G73程序段中的F、S、T指令无效，只有在ns-nf程序段中的F、S、T才有效。,3.端面粗切循环 端面粗切循环是一种复合固定循环。端面粗切循环适于Z向加工量小，X向加工量大的棒料粗加工，如右图所示。,端面车削复合循环,编程格式G72 W(d)R(e);G72
18、 P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t);,d 吃刀量；e 退刀量；ns 精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf 精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；u X轴向精加工余量；w Z轴向精加工余量；f、s、t F、S、T代码注意：（1）nsnf程序段中的F、S、T功能，即使被指定对粗车循 环无效。（2）零件轮廓必须符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减 少。,4.环状切削循环 封闭切削循环是一种复合固定循环，如右图所示。封闭切削循环适于对用粗加工、铸造、锻造等方法已初步成形的零件，对零件轮廓的单调性则没有要求。,环状车削复合循环,编程格式 G73 U(i)W(k)R(d)G
19、73 P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t)ns.nf式中：i-X轴向总退刀量，半径值，无正负；k-Z轴向总退刀量，无正负；d-重复加工次数；ns-精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf-精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；u-X轴向精加工余量；w-Z轴向精加工余量；,2.4螺纹车削加工,2.4.1 基本螺纹车削指令,1.编程格式:G32 X(U)-Z(W)-F-;X(U)、Z(W)-螺纹切削B的终点坐标值；X省略时为圆柱螺纹切削，Z省略时为端面螺纹切削；X、Z均不省略时为锥螺纹切削；F-螺纹导程。,注意：1)螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段1和降 速退刀段2,
20、以消除两端因变速而出现的螺距误差。,2)牙型较深，螺距较大时，可分数次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得之差按递减规律分配，常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量见下表。,2.螺纹切削深度 切削公制螺纹的切削深度按下式计算:h=0.649P,例 如图所示圆柱螺纹切削，螺纹导程为2.0 mm。其车削程序编写如下：h=0.6492=1.298 mm p1=0.9 p2=0.6 p3=0.6 p4=0.4 p5=0.1,O0012 T0202 S160 M03;G00 X40.0 Z2.0 M08;X29.1;G32 Z46.0 F1.0;G00 X40.0;Z2.0;X28.5;G
21、32 Z46.0;G00 X40.0;Z2.0;,X27.9;G32 Z46.0;G00 X40.0;Z2.0;X27.5;G32 Z46.0;G00 X40.0;Z2.0;X27.4;G32 Z46.0;G00 X40.0;Z2.0 M09;G00 X50.0 Z20.0M02;,2.4.2 螺纹切削循环指令,螺纹切削循环指令把“切入-螺纹切削-退刀-返回”四个动作作为一个循环（如下图所示），用一个程序指令完成。编程格式:G92 X(U)-Z(W)-R-F-,螺纹车削简单循环,式中：X(U)、Z(W)-螺纹切削的终点坐标值；R-螺纹部分半径之差，即螺纹切削起始点与切削终点,的半 径差。R=0
22、，加工圆柱螺纹时。加工圆锥螺纹时，当X向切削起始点坐标小于切削终点坐标时，I为负，反之为正。F-螺纹导程。,例：如图2-35所示锥螺纹切削，螺距1.5mm,d1=2mm,d2=1mm。其车削加工程序 切削深度h=0.6491.5=0.975 mm p1=0.8 p2=0.6 p3=0.4 p4=0.15,O0020 G50 X80 Z100；G00 X50 Z72 M03 S300;M08;G92 X42.2 Z29 R-14.5 F1.5;X41.6;X41.2;X41.05 M09;G00 X80 Z100;M30;,2.4.3 车螺纹复合循环G76格式：G76 P(m)(r)(a)Q(d
23、min)R(d);G76 X(U)-Z(W)-R(i)P(k)Q(d)F(L),螺纹车削复合循环,其中：m精整次数(取值0199);r倒角量 当螺距由L表示时(09.9L);a牙型角(取80605530290)通常为60;X(U)Z(W)绝对编程时为螺纹终点的坐标值；相对编程时，为螺纹终点相对于循环起点A的有向距离；i锥螺纹的始点与终点的半径差;k螺纹牙型高度(半径值)；d精加工余量；d第一次切削深度(半径值)；L螺纹导程(螺距)；dmin最小进给深度(半径值)，,例：1 G00 X40 Z2;G76 P05 02 60 Q0.2 R0.1;G76 X27.4Z46 P1.3 Q0.8 F2;
24、,例：2 G00 X50 Z72;G76 P04 02 60 Q0.2 R0.1;G76 X40.014Z29 R-14.5 P0.975 Q0.8 F1.5;,2.5.1 刀具的几何补偿和磨损补偿 刀具几何补偿是补偿刀具形状和刀具安装位置与编程时理想刀具或基准刀具的偏移的；刀具磨损补偿则是用于补偿当刀具使用磨损后刀具头部与原始尺寸的误差的。这些补偿数据通常是通过对刀后采集到的，而且必须将这些数据准确地储存到刀具数据库中，然后通过程序中的刀补代码来提取并执行。刀补指令用T代码表示 常用T代码格式为：T xx xx，即T后可跟4位数，其中前2位表示刀具号，后两位表示刀具补偿号。当补偿号为0或00
25、时，表示不进行补偿或取消刀具补偿,2.5 刀具补偿功能,在图示按基准刀尖编程的情况下，若还没有磨损补偿时，则只有几何位置补偿，X=Xj、Z=Zj,批量加工过程中出现刀具磨损后，则：X=Xj+Xm、Z=Zj+Zm；,当以刀架中心作参照点编程时，每把刀具的几何补偿便是其刀尖相对于刀架中心的偏置量。因而，第一把车刀：X=X1Z=Z1；第二把车刀：X=X2、Z=Z2。,2.5.2 刀尖半径补偿 1.刀尖半径补偿的概念虽然采用尖角车刀对加工及编程都很方便，但由于刀头越尖就越容易磨损，并且当刀具太尖而进给速度又较大时，可明显地感觉出一般的轮廓车削将产生车螺纹的效果，即使减小进给速度，也会影响到加工表面的粗
26、糙度。为此，精车时常将车刀刀尖磨成圆弧过渡刃。,采用这样的车刀车内、外圆和端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但转角处的尖角肯定是无法车出的，并且在切削锥面或圆弧面时，会造成过切或少切，因此，有必要对此采用刀尖半径补偿来消除误差。,2.刀尖圆弧半径补偿的方法 如下图所示有刀尖存在时，对刀尖按轮廓线A编程加工，即可以得到想要的轮廓A，不需要考虑刀补；而用圆弧头车刀时，若还按假想刀尖编程加工而又不考虑刀补，则实际切削得到的轮廓将是线B，只有考虑刀补(人工考虑刀补量进行编程时，如果以刀尖圆弧中心为刀位点时按图示补偿后圆弧中心轨迹线计算；如果以假想刀尖为刀位点时按轨迹线C计算)编程加工后，方可保证切
27、削得到要求的轮廓线A。当然也可以还是按照轨迹A编程，再在程序中适当位置加上刀补代码，让机床自动进行刀补。刀补方式及其轨迹比较见下表,1)刀具圆弧半径补偿参数(1)刀具圆弧半径(2)车刀形状与位置 车刀的形状有很多,它决定刀具圆弧的位置如下图所示.共有九种位置.,2)刀具半径补偿指令(1)刀具半径方式:G41刀尖半径左补偿G42刀尖半径右补偿G40刀尖半径补偿取消刀径补偿的引入 由没有设定刀径补偿的运动轨迹到首次执行含G41、G42的程序段，即是刀尖半径补偿的引入过程编程时书写格式为：G40 G41(G42)G01(G00)X-Z-;,刀补方式的确定,刀补的加载和卸载,3)刀径补偿的取消(卸载)
28、执行过刀径补偿G41或G42的指令后，刀补将持续对每一编程轨迹有效；若要取消刀补，则需要在某一编程轨迹的程序行前加上G40指令，或单独将G40作一程序行书写。注意：(1)刀径补偿的引入和卸载不应在G02、G03圆弧轨迹程序行上实施。(2)刀径补偿引入和卸载时，刀具位置的变化是一个渐变的过程。(3)当输入刀补数据时给的是负值，则G41、G42互相转化。(4)G41、G42指令不要重复规定，否则会产生一种特殊的补偿。,应用示例:T0101；S600 M03;G00 X50.0 Z5.0；G42 G01X30.0Z0.0D01 G01 Z30.0；X50.0 Z45.0；G02 X65.0Z55.0R12.0；G01 X80.0；G40 G00 X100.0 Z10.0；M02;,
