第一章 数控车床安全操作规程与

Transcription

1 江苏省海安中等专业学校 南通航运职业技术学院 数控车工 中高职衔接教材 机电专业部

2

3 目 录 项目一数控车床的概述 1 项目二数控车床基础知识...7 项目三数控车床 (FANUC 0i 系统 ) 基本编程指令 13 项目四数控车床 (FANUC 0i 系统 ) 面板的基本操作..42 项目五数控车床对刀及坐标修调 项目六数控车床编程及操作训练 项目七数控车床加工的宏程序. 76 项目八数控车床技能鉴定编程实例. 87 项目九安全文明生产..100 附录一数控车工国家职业技能鉴定标准

4 项目一 数控机床的概述 随着科学技术的发展, 机电产品日趋精密复杂 产品的精度要求越来越高 更新换代的 周期也越来越短, 从而促进了现代制造业的发展 尤其是宇航 军工 造船 汽车和模具加工 等行业, 用普通机床进行加工 ( 精度低 效率低 劳动度大 ) 已无法满足生产要求, 从而一种 新型的用数字程序控制的机床应运而生 这种机床是一种综合运用了计算机技术 自动控制 精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品 数控机床是一种装有程序控制系统 ( 数 控系统 ) 的自动化机床 该系统能够逻辑地处理具有使用号码, 或其他符号编码指令 ( 刀具移 动轨迹信息 ) 规定的程序 具体地讲, 把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置, 经 过译码 运算, 从而实现控制刀具与工件相对运动, 加工出所需要的零件的机床, 即为数控机 床 一 什么是机床的数字控制 数控, 即数字控制 (Numerical Control, 缩写为 NC), 在机床领域指用数字化信号对机 床运动及其加工过程进行控制的一种方法 数字控制机床是以数字指令方式控制机床各部件的 相对运动和动作 数字控制是与机床控制密切结合而发展起来的, 因此, 人们习惯把 机床数控 简称为 数控 或 NC, 用这种控制技术控制的机床就称为 数控机床 ( Numerically Controlled Machine Tool) 或 NC 机床 数控装置和伺服控制部分统称为 数控系统 数控机床将加工过程所需的各种操作 ( 如主轴转速 松夹工件 进刀与退刀 开车与 停车 自动关停冷却液等 ) 和步骤以及工件的尺寸用数字化的代码表示, 通过控制介质 ( 穿孔 纸带和磁盘 ) 将数字信息送入数控装置, 数控装置对输入的信息进行处理与运算, 发出控制信 号, 控制机床的伺服系统或其他驱动元件, 使机床自动加工出所需要的工件 数字控制 (Numerical control), 简称 Nc 是采用数字化信息实现加工自动化的控制 技术, 用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床称为数控机床 计算机数控 (Computer Numerical control) 简称 CNC 现代数控系统是采用微处理器或 专用微机的数控系统, 由事先存放在存储器里的系统程序 ( 软件 ) 来实现控制逻辑, 实现部分 或全部数控功能, 并通过接口与外围设备进行联接, 称为 CNC 系统 二 数控机床的工作原理 1. 数控机床的组成 数控机床的加工, 首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式 编写成加工程序, 然后将加工程序输入到数控装置, 按照程序的要求, 经过数控系统信息处理 分配, 使各坐标移动若干个最小位移量, 实现刀具与工件的相对运动, 完成零件的加工 通常把数控机床上刀具运动轨迹是直线的加工, 称为直线插补 ; 刀具运动轨迹是圆弧的加 工, 称为圆弧插补 插补是指在被加工轨迹的起点和终点之间, 插进许多中间点, 进行数据点 的细化工作, 然后用已知线型 ( 如直线 圆弧等 ) 逼近 机床的数字控制是由数控系统完成的 数控系统包括 : 数控装置 伺服驱动装置 可编程控制器和检测装置等 数控装置是控制机床运动的中枢系统, 它的功能是能够快速接受零件图纸加工要求的信 息, 按照规定的控制算法进行插补运算, 并将结果经由输出装置送到各坐标控制伺服系统 伺服驱动装置是数控系统的执行部分, 能快速响应数控装置发出的指令, 驱动机床各坐标轴运

5 动, 同时能提供足够的功率和扭矩, 它包括驱动主轴运动的控制单元 主轴电动机 驱动进给运动的控制单元及进给电动机 可编程控制器 (Programmable Controller 简称 PC, 也称为可编程逻辑控制器 PLC) 可对机床开关量控制 图 1-1 数控机床的组成 检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分, 其作用是对数控机床的实际位移和速度进行检测, 将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统, 实现闭环或半闭环控制 通常数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成 2. 数控机床的特点数控机床与普通机床加工零件的区别, 在于数控机床是按照程序自动加工零件, 而普通机床要求由工人手工操作来加工零件 在数控机床上加工零件只要改变控制机床动作的程序, 就可以达到加工不同零件的目的 因此数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂 精度高的零件 数控加工是一种程序控制过程, 其相应形成了以下特点 : 1) 采用数控机床可以提高零件的加工精度 稳定产品的质量 2) 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工 3) 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率 2~3 倍, 尤其对某些复杂零件的加工, 生产效率可以提高十几倍甚至几十倍 4) 可以实现一机多用 5) 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展, 为实现生产过程自动化创造了条件 3. 数控机床的产生与发展 年美国北密支安的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司 (Parsons Co) 与美国麻省理工学院 (MIT) 合作, 于 1952 年研制出第一台三坐标数控铣床 1954 年底, 美国本迪克斯公司 (Bendix Co) 在帕森斯专利的基础上生产出了第一台工业用的数控机床 这时数控机床的控制系统采用的是电子管, 其体积庞大, 功耗高, 仅在一些军事部门中承担普通机床难以加工的形状复杂的零件 这是第一代数控系统 年晶体管出现, 电子计算机应用晶体管元件和印刷电路板, 从而使机床数控系统跨入了第二代 而且 1959 年克耐 杜列克公司 (Keaney & Trecker Co 简称 K&T 公司 ) 在数控机床上设置刀库, 并在刀库中装有丝锥 钻头 铰刀等刀具, 根据穿孔带的指令自动选择刀具, 并通过机械手将刀具装在主轴上, 以缩短刀具的装卸时间和减少零件的定位装卡时间 人们把这种带自动交换刀具的数控

6 机床称为加工中心 (Machining Center 简称 MC) 世纪 60 年代, 出现了集成电路, 数控系统发展到第三代 以上三代都属于硬件逻辑数控系统 ( 称为 NC) 4. 随着计算机技术的发展, 小型计算机应用于数控机床中, 由此组成的数控系统称为计算机数控 (CNC), 数控系统进入第四代 世纪 70 年代初 微处理机出现, 美 日 德等国都迅速推出了以微处理机为核心的数控系统, 这样组成的数控系统, 称为第五代数控系统 (MNC, 通称为 CNC) 年美国约瑟夫 哈林顿 (Joseph Harrington) 博士在 Computer Integrated Manufacturing 一书中首先提出了计算机集成制造 (CIM) 的概念, 由此组成的系统称为计算机集成制造系统 (CIMS) 7. 进入 80 年代, 微处理机升档更加迅速, 故极大地促进了数控机床向柔性制造单元 (Flexible Manufacturing Cell 即 FMC) 柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System 即 FMS) 方向发展 并奠定了向规模更大 层次更高的生产自动化系统, 如 : 计算机集成制造系统 (CIMS) 自动化工厂 (FA) 方向发展的坚实基础 世纪 80 年代末期, 又出现了以提高综合效益为目的, 以人为主体, 以计算机技术为支柱, 综合应用信息 材料 能源 环境等高新技术以及现代系统管理技术, 研究并改造传统制造过程作用于产品整个生命周期的所有适用技术 通称为先进制造技术 我国从 1958 年开始研制数控机床, 到 20 世纪 60 年代曾研究出部分样机,1965 年开始研制晶体管数控系统, 到 20 世纪 70 年代初曾研究出数控劈锥铣床, 非圆插齿机, 数控立铣床, 以及数控车床, 数控镗床, 数控磨床, 加工中心等 1973~ 1979 年期间, 我国共生产数控机床 4180 台, 而其中数控线切割机床占 86% 左. 20 世纪 80 年代初随着改革开放政策的实施, 我国从国外引进技术, 开始了批量生产微处理机数控系统, 推动了我国数控机床新的发展高潮, 我国开发了立式 卧式加工中心, 立式 卧式数控车床, 数控铣床, 数控钻镗床, 数控磨床等 4. 数控技术的发展趋势 1. 高速化 2. 高精度化 3. 多功能化 4. 加工功能复合化 5. 结构新型化 6. 编程技术自动化 7. 数控系统的智能化 8. 数控系统的开放性 三 数控机床的技术性能指标 1. 数控机床的精度指标 (1) 定位精度和重复定位精度定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度 因此移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位 误差 定位误差包括伺服系统 检测系统 进给系统等误差, 还包括移动部件导轨的几何误差 等 定位误差将直接影响零件加工的位置精度

7 重复定位精度是指在同一台数控机床上, 应用相同程序相同代码加工一批零件, 所得到的连续结果的一致程度 重复定位精度受伺服系统特性 进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响 一般情况下, 重复定位精度是成正态分布的偶然性误差, 它影响一批零件加工的一致性, 是一项非常的性能指标 对于中小型数控机床, 定位精度普遍可达 0.015mm, 重复定位精度为 0.005mm (2) 分度精度分度精度是指分度工作台在分度时, 理论要求回转的角度值和实际回转的角度值的差值 分度精度既影响零件加工部位在空间的角度位置, 也影响孔系加工的同轴度等 (3) 分辨度与脉冲当量分辨度是指两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔 对测量系统而言, 分辨度是可以测量的最小增量 ; 对控制系统而言, 分辨度是可以控制的最小位移增量, 即数控装置每发出一个脉冲信号, 反映到机床移动部件上的移动量, 一般称为脉冲当量, 脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一, 其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量 目前普通数控机床的脉冲当量一般采用 0.001mm, 精密或超精密数控机床的脉冲当量采用 mm 脉冲当量越小, 数控机床的加工精度和加工表面质量越高 2. 数控机床的可控轴数与联动轴数数控机床的可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目 数控机床可控轴数和数控装置的运算处理能力 运算速度及内存容量等有关 世界上最高级数控装置的可控轴数已达到 24 轴 数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目 3. 数控机床的运动性能指标数控机床的运动性能指标主要包括主轴转速 进给速度 坐标行程 摆角范围和刀库容量及换刀时间等 4. 数控系统的技术性能指标 (1) 数控系统的 CPU (2) 数控系统的分辨率 (3) 控制功能 (4) 伺服驱动系统的性能 (5) 数控系统内置 PLC 功能 (6) 系统的通讯接口功能 (7) 系统的开放性 (8) 可靠性和故障自诊断 四 数控机床的分类 ( 一 ) 按运动控制的特点分类 1. 点位控制数控机床对于一些孔加工用数控机床, 只要求获得精确的孔系坐标定位精度, 而不管从一个孔到另一个孔是按照什么轨迹, 如数控钻床, 坐标镗床等, 就可以采用简单而价格低廉的点位控制系统 2. 直线控制的数控机床指控制机床工作台或刀具 ( 刀架 ) 以要求的进给速度, 沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工 ( 一般还包括 45º 的斜线 ) 的机床 如数控车床 某些数控镗床和加工中心等, 都有直线控制功能 这一类数控机床不仅要求具有准确的定位功能, 而且还要控制位移的速度 由于在移动过程中进行切削加工, 所以对于不同的刀具和工件, 需要选用不同的切削用量 一般情况下这些数控机床有两个至三个可控制的轴, 但同时控制轴只有一个 为了能在刀具磨损或更换刀具后仍可加工出合格的零件, 这类机床的数控系统常常要求它具有刀具半径和刀具长度补偿功能, 以及主轴转速的控制功能等 如图 1-3 所示是直线控制切削加工示意图 现代组合机床采用数控技术, 驱动各种动力头 多轴箱轴向进给钻 镗 铣等加工, 也算是一种直线控制数控机床 直线控制也称为单轴数控

8 图 1-2 点位控制钻孔加工示意 ( 二 ) 按伺服系统的类型分类 1. 开环控制的数控机床 图 1-3 直线控制切削加工示 这类数控机床没有位置检测反馈装置, 数控装置发出的指令信号流程是单向的, 其精度 主要决定于驱动元器件和电动机 ( 步进电动机 ) 的性能 这种数控机床调试简单, 系统也较容 易稳定, 精度较低, 成本低廉, 多见于经济型的中小型数控机床和旧设备的技术改造中 图 1-4 所示开环控制系统框图 由图 1-6 可见, 指令信息单方向传送, 并且指令发出后, 不再反馈, 故称开环控制 图 1-4 开环控制系统框图 2. 闭环控制的数控机床该类机床数控装置中插补器发出的位置指令信号与工作台 ( 或刀架 ) 上检测到的实际位置反馈信号进行比较, 根据其差值不断控制运动, 进行误差修正, 直至差值为零停止运动 这种具有反馈控制的系统, 在电气上称为闭环控制系统, 如图 1-7 所示闭环控制系统框图 3. 半闭环控制的数控机床 图 1-5 闭环控制系统框图 大多数数控机床采用半闭环控制系统, 它的检测元件装在电动机轴或丝杠轴的端部, 这种

9 系统的闭环控制环内不包括机械传动环节, 因此可以获得稳定的控制特性, 该系统反馈的只是 进给传动系统的部分误差 ; 一般是电动机轴或丝杠轴的角位移 角速度, 还要经过转换处理才 是工作台 ( 或刀架 ) 的实际位移 图 1-6 半闭环控制系统框图 ( 三 ) 按工艺方法分类 1. 金属切削类数控机床 2. 金属成型类及特种加工类数控机床 ( 四 ) 按功能水平分类通常把数控机床分为高 中 低档 ( 亦称经济型 ) 三类 数控机床水平的高低主要指它们的主要技术参数, 功能指标和关键部件的功能水平等内涵 诸如下面一些内容 : 1. 中央处理单元 (CPU) 2. 分辨率和进给速度 3. 多轴联动功能 4. 显示功能 5. 通讯功能按数控系统的功能水平来分, 有两种分法, 一种是把数控机床分为高 中 低档 ( 经济型 ) 数控机床 另一种分法是将数控机床分为经济型 ( 简易 ) 普及型( 全功能 ) 和高档型数控机床 ( 五 ) 按加工方式分类按加工方式的不同, 常将数控机床分为两种 : 一般数控机床和加工中心 ( 带刀库的数控机床 )

10 项目二数控车床基础知识 一 数控车床刀具的选择与装夹 数控车床加工时, 能根据程序指令实现全自动换刀 为了缩短数控车床的准备时间, 适应 柔性加工要求, 数控车床对刀具提出了更高的要求, 不仅要求刀具精度高 刚性好 耐用度高, 而且要求安装 调整 刃磨方便, 断屑及排屑性能好 为了满足要求, 刀具配备时应注意以下几个问题 : 1) 在可能的范围内, 使被加工工件的形状 尺寸标准化, 从而减少刀具的种类, 实现不换 刀或少换刀, 以缩短准备和调整时间 2) 使刀具规格化和通用化, 以减少刀具的种类, 便于刀具管理 3) 尽可能采用可转位刀片, 磨损后只需更换刀片, 增加了刀具的互换性 4) 在设计或选择刀具时, 应尽量采用高效率 断屑及排屑性能好的刀具 1. 数控车刀的类型与选择车床主要用于回转表面的加工, 如内外圆柱面 圆锥面 圆弧面 螺纹等切削加工 图 2-1 所示为常用车刀的种类 形状和用途 数控车削常用的车刀一般分为三类, 即尖形车刀 圆弧形车刀和成形车刀 图 2-1 常用车刀的种类 形状和用途 1 切槽 ( 断 ) 刀 2 90 反 ( 左 ) 偏刀 3 90 正 ( 右 ) 偏刀 4 弯头车刀 5 直头车刀 6 成形车刀 7 宽刃精车刀 8 外螺纹车刀 9 端面车刀 10 内螺纹车刀 11 内切槽车刀 12 通孔车刀 13 不通孔车刀 1) 尖形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 90 内外圆车刀 左右端面车刀 切断 ( 车槽 ) 车刀以及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀 2) 圆弧形车刀圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀 其特征是, 构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧, 该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖, 因此, 刀位点不在圆弧上, 而在该圆弧的圆心上, 圆弧形车刀可以用于车削内 外表面, 特别适宜于车削各种光滑连接 ( 凹形 ) 的成形面 3) 成形车刀俗称样板车刀, 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定 数控加工中, 应尽量少用或不用成形车刀 2. 数控车床刀具的安装装刀与对刀是数控车床加工操作中非常重要和复杂的一项基本工作 装刀与对刀的精度,

11 将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度 车刀安装得正确与否, 将直接影响切削能否顺利进行和工件的加工质量 安装车刀时, 应注意下列几个问题 : 1) 车刀安装在刀架上, 伸出部分不宜太长, 伸出量一般为刀杆高度的 2~1.5 倍 伸出过长会使刀杆刚性变差, 切削时易产生振动, 影响工件的表面粗糙度值 2) 车刀垫铁要平整, 数量要少, 垫铁应与刀架对齐 车刀至少要用两个螺钉压紧在刀架上, 并逐个轮流拧紧 3) 车刀刀尖应与工件轴线等高, 如图 2-2a 所示, 否则会因基面和切削平面的位置发生变化, 而改变车刀工作时的前角和后角的数值 图 2-2b 车刀刀尖高于工件轴线, 使后角减小, 增大了车刀后刀面与工件间的摩擦 ; 图 2-2c 车刀刀尖低于工件轴线, 使前角减小, 切削力增加, 切削不顺利 图 2-2 装刀高低对前后角的影响 a) 正确 b) 太高 c) 太低车端面时, 车刀刀尖若高于或低于工件中心, 车削后工件端面中心处会留有凸头, 如图 2-3 所示 使用硬质合金车刀时, 如不注意这一点, 车削到中心处会使刀尖崩碎 图 2-3 车刀刀尖不对准工件中心的后果 4) 车刀刀杆中心线应与进给方向垂直, 否则会使主偏角和副偏角的数值发生变化, 如图 2-4 所示 如螺纹车刀安装歪斜, 会使螺纹牙型半角产生误差 用偏刀车削台阶时, 必须使车刀主切削刃与工件轴线之间的夹角在安装后等于 90 或大于 90, 否则, 车出来的台阶面与工件轴线不垂直 图 2-4 车刀装偏对主副偏角的影响

12 二 数控车床的工艺方案 a)κr 增大 b) 装夹正确 c)κ r 减小 在数控机床加工过程中, 由于加工对象复杂多样, 特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化, 加上材料不同 批量不同等方面因素的影响, 在对具体零件制订加工方案时, 应进行具体分析, 灵活处理 只有这样, 才能制订出合理的加工方案 加工方案又称工艺方案, 数控机床的加工方案包括制订工序 工步及走刀路线等内容 1. 工序的划分及安排 (1). 工序的划分 图 2-5 手柄分序加工示意在数控机床上加工零件, 需要考虑零件整个加工工艺的安排问题 如果加工工艺比较长, 就要先考虑是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作 如果可以, 则进一步考虑其他问题 ; 如果不可以, 则应决定其中一部分在一台数控机床上完成, 另外的部分在其他机床上完成 这涉及到工序的划分问题, 工序划分的合理与否, 将直接影响到加工效率及零件的加工质量 工序划分的方法较多, 一般可以按零件装夹定位方式来划分工序 这是因为, 每个零件形状不同, 各表面的技术要求也不一样, 因而在加工时其定位方式也不同 如图 2-5 的手柄零件, 宜采用两次装夹三个工序 ( 按程序段 ) 进行安排, 或者采用两次装夹两个工序 ( 把二 三次加工合而为一 ) 进行安排 第一次装夹 ( 棒料 ) 及第一个工序安排如图 2-5b 所示 : 先车削 ø12 和 ø20 两圆柱面及 20 圆锥面 ( 粗车掉 R42 圆弧的部分余量 ), 转刀后按总长要求留加工余量切断 第二次装夹 ( 调头 ) 及第二个工序安排加工, 即包络 SR7 球面的 30 的圆锥面, 然后对全部圆弧表面半精车 ( 留较少精车余量 ), 见图 2-5c 换精车刀后, 保持第二次装夹状态, 按第三个工序安排即可将全部圆弧表面一刀精车成型 (2). 加工顺序的安排加工顺序对加工精度和效率有很大影响 一般要考虑以下两个因素 : 1) 粗加工工作全部完成之后再进行精加工 在一次安装中绝不可以先将零件的某一部分表面加工完毕之后, 再去加工零件上的其他表面 应先切除大部分余量后, 再将整个零件的各个表面依次精车一遍 这样做的好处是粗车时可快速切除余量, 精车时又可保证精度和表面粗糙度 2) 尽量减少换刀次数, 尽可能用同一把刀具加工可能加工的所有部位, 然后再换刀加工其

13 他部位, 利用缩短加工辅助时间来提高生产效率 2. 确定走刀路线走刀路线是指加工过程中刀具 ( 严格说是刀位点 ) 相对于被加工零件的运动轨迹 即刀具从对刀点开始运动起, 直至返回该点并结束加工程序所经过的路径, 包括切削加工的路径及刀具引入 返回等非切削空行程 确定走刀路线, 主要是确定粗加工及空行程的走刀路线, 因为精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的 (1). 确定加工路线的原则在保证加工质量的前提下, 使加工程序具有最短的走刀路线, 不仅可节省整个加工过程的执行时间, 还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部位的磨损等 确定加工路线应遵循下列原则 : 1) 应使被加工零件获得良好的加工精度和表面质量 2) 使数值计算容易, 以减少编程工作量 3) 尽量使走刀路线最短, 这样既能使程序段数减少, 又减少了空刀时间 (2). 最短走刀路线的确定实现最短的走刀路线, 除了依靠大量的实践经验外, 还应善于分析, 必要时可辅以一些简单计算 1) 最短的空行程路线 1 巧用起刀点 图 2-6a 表示的是采用矩形循环方式进行粗车的一般情况 其对刀点 A 的设点是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀, 故设置在离坯件较远的位置处, 同时将起刀点与对刀点重合在一起 图 2-6b 中巧妙地将起刀点与对刀点分离, 并设于图示 B 点位置, 仍按相同的切削用量进行三刀粗车 由于三刀粗车的行程明显减小, 所以 b 图走刀路线比 a 图短 图 2-6 巧用起刀点 2 巧设换刀点 为了考虑换刀的方便和安全, 有时将换刀点也设置在离坯件较远的位置处 3 合理安排 回零 路线 在编制复杂轮廓的加工程序时, 应使前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短, 或者为零 另外, 在车削加工选择返回对刀点指令时, 在不发生加工干涉现象的前提下, 宜采用 X Z 坐标双向同时 回零 的指令, 该指令使 回零 有最短的路线 4 巧妙安排空行程进给路线 2) 最短的切削进给路线 缩短切削进给路线可有效地提高生产效率, 降低刀具的磨损等 3. 切削用量的选择数控机床加工中的切削用量是表示机床主体运动和进给运动大小的重要参数, 其包括切削深度 ( 或宽度 ) 主轴转速 进给速度等 在加工程序的编制工作中, 应把各种加工用量都编入工序单内, 因此在选择切削用量时, 应使切削深度 主轴转速和进给速度三者能互相适应, 以形成最佳切削参数 (1). 切削深度的确定

14 在机床 夹具 刀具 零件等的刚度允许条件下, 尽可能选取较大的切削深度, 以减少走刀次数, 提高生产效率 有时为了改善零件表面的加工精度及表面粗糙度, 或当零件的精度要求较高时, 则应考虑适当留一点余量 (0.1~0.5mm) 作为最后精加工 (2). 主轴转速的确定主轴转速的确定方法, 应根据零件上被加工部位的直径, 并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定 (3). 进给速度的确定进给速度主要是指单位时间内, 刀具沿进给方向移动的距离 (mm/min) 有些数控机床规定可以选用以进给量 (mm/r) 表示进给速度, 符号为 F 进给速度通常根据零件的加工精度和表面粗糙度及刀具和材料进行选择 最大进给速度受机床伺服系统性能的限制, 并与脉冲当量有关 确定进给速度的原则如下 : 1 当工件的质量要求能够得到保证时, 为提高生产效率, 可选择较高的进给速度 2 在切断 加工深孔或用高速钢刀具加工时, 宜选择较低的进给速度 3 当加工精度要求较高时, 进给速度应选小一些, 常在 20~50mm/min 范围内选取 4 刀具空行程, 特别是远距离 回零 时, 可以设定尽量高的进给速度 5 进给速度应与主轴转速和切削深度相适应 三 数控车床坐标系统 图 2-7 车床坐标轴及其方向 1. 机床坐标系 机床原点和机床参考点机床坐标系是机床固有的坐标系, 在机床经过设计 制造和调整后, 这个原点便被确定下来, 它是机床上固定的一个点 图 2-8 数控车床机床坐标系的建立

15 a) 上手刀, 刀架在操作者的外侧 b) 下手刀, 刀架在操作者的内侧机床坐标系一般有两种建立方法, 第一种坐标系建立的方法是 :X 轴的正方向朝上建立, 如图 2-8a 所示, 适用于斜床身和平床身斜滑板 ( 斜导轨 ) 的卧式数控车床, 这种类型的数控车床刀架处于操作者的外侧, 俗称上手刀 另一种坐标系统建立的方法是 :X 轴的正方向朝下建立, 如图 2-8b 所示, 适用于平床身 ( 水平导轨 ) 卧式数控车床, 这种类型的数控车床刀架处于操作者的内侧, 俗称下手刀 机床坐标系 X 轴的正方向是朝上或朝下建立, 主要是根据刀架处于机床的位置而确定 这两种刀架方向的机床, 其程序及相应设置相同 数控装置通电时并不知道机床零点位置, 为了正确地在机床工作时建立机床坐标系, 通常在每个坐标轴的移动范围内 ( 一般在 X 轴和 Z 轴的正向最大行程处 ) 设置一个机床参考点 ( 测量起点 ) 机床参考点的位置由设置在机床 X 向 Z 向滑板上的机械挡块的位置来确定 当刀架返回机床参考点时, 装在 X 向和 Z 向滑板上的两挡块分别压下对应的开关, 向数控装置发出信号, 停止刀架滑板运动, 即完成了 回参考点 的操作 2. 工件坐标系 对刀点和换刀点编制数控程序时, 首先要建立一个工件坐标系, 程序中的坐标值均以此坐标系为依据 工件坐标系是编程人员在编程时使用的, 编程人员选择工件上的某一已知点为原点, 建立一个新的坐标系, 称为工件坐标系 ( 也称编程坐标系 ) 工件坐标系一旦建立便一直有效, 直到被新的工件坐标系所取代 工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单 尺寸换算少 引起的加工误差小等条件 为了编程方便, 将工件坐标系设在工件上, 并将坐标原点设在图样的设计基准和工艺基准处, 其坐标原点称为工件原点 ( 或加工原点 ) 对刀点是数控加工中刀具相对于工件运动的起点, 是零件程序加工的起始点, 所以对刀点也称 程序起点 对刀的目的是确定工件原点在机床坐标系中的位置, 即工件坐标系与机床坐标系的关系 对刀点可设在工件上并与工件原点重合, 也可设在工件外, 任何便于对刀之处, 但该点与工件原点之间必须有确定的坐标联系 一般情况下, 对刀点既是加工程序执行的起点, 也是加工程序执行的终点 车床刀架的换刀点是指刀架转位换刀时所在的位置 换刀点的位置可以是固定的, 也可以是任意一点 它的设定原则是以刀架转位时不碰撞工件和机床上其他部件为准则, 通常和刀具起始点重合 四 数控机床的操作流程 1. 加工准备 (1) 阅读零件图, 并按坯料图检查坯料的尺寸 (2) 开机 打开机床总电源开关使机床上电 ; 检查风扇电机是否旋转, 打开数控系统总电源开关, 屏幕上电显示相关内容 (3) 机床回参考点 ( 回参考点方法参见相关章节 ) (4) 输入程序 (5) 检查和编辑程序 (6) 按要求, 合理装夹工件 (7) 根据加工要求, 正确装夹刀具 2. 对刀设定工件坐标系 3. 程序调试 检查刀具运动是否正确

16 4. 工件加工 机床加工时可适当调整主轴转速和进给速度, 保证加工正常 5. 尺寸测量 检查工件各部分尺寸是否达到要求 6. 结束加工 松开夹具, 卸下工件, 清理机床, 关闭数控系统电源, 关闭机床总电源

17 项目三 FANUC 0i 基本编程指令 一 FANUC 0i mate-tb 系统介绍 ( 一 ) FANUC 0i 系统功能 数控机床加工中的动作在加工程序中用指令的方式事先予以规定, 这类指令有准备功能 G 辅助功能 M 刀具功能 T 主轴转速功能 S 和进给功能 F 等 由于目前数控机床的形式和 数控系统的种类较多, 同一 G 指令或同一 M 指令其含义不完全相同, 甚至完全不同 ( 例如在 FANUC 0-TD 中 G90 代表单一形状固定循环指令, 而在 FANUC 0-MD 中 G90 代表绝对值输入 指令 ) 因此, 编程人员在编程前必须对所使用的数控系统功能进行仔细研究, 掌握每个指令 的确切含义, 以免发生错误 1. 准备功能 G 指令 表 3-1 列出了 FANUC 0i 系统数控车床系统常用的准备功能指令 G 代码 A B C 组 功能 G00 G00 G00 定位 ( 快速 ) G01 G01 G01 直线插补 ( 切削进给 ) 01 G02 G02 G02 顺时针圆弧插补 G03 G03 G03 逆时针圆弧插补 G04 G04 G04 暂停 G07.1 G07.1 G07.1 (G107) (G107) (G107) 00 圆柱插补 G10 G10 G10 可编程数据输入 G11 G11 G11 可编程数据输入方式取消 G12.1 G12.1 G12.1 极坐标插补方式 (G112) (G112) (G112) 21 G13.1 G13.1 G13.1 极坐标插补取削方式 (G113) (G113) (G113) G18 G18 G18 16 ZpXp 平面选择 G20 G20 G70 英寸输入 06 G21 G21 G71 毫米输入 G22 G22 G22 存储行程检查接通 09 G23 G23 G23 存储行程检查断开 G27 G27 G27 返回参考点检查 G28 G28 G28 返回参考位置 00 G30 G30 G30 返回第 2 第 3 和第 4 参考点 G31 G31 G31 跳转功能 G32 G33 G33 螺纹切削 01 G34 G34 G34 变螺距螺纹切削 G40 G40 G40 07 刀尖半径补偿取消 G41 G41 G41 刀尖半径补偿左 G42 G42 G42 刀尖半径补偿右 G50 G92 G92 00 坐标系设定或最大主轴速度设定 G50.3 G92.1 G92.1 工件坐标系预置

18 G52 G52 G52 局部坐标系设定 00 G53 G53 G53 机床坐标系设定 G54 G54 G54 选择工件坐标系 1 G55 G55 G55 选择工件坐标系 2 G56 G56 G56 选择工件坐标系 3 14 G57 G57 G57 选择工件坐标系 4 G58 G58 G58 选择工件坐标系 5 G59 G59 G59 选择工件坐标系 6 G65 G65 G65 00 宏程序调用 G66 G66 G66 宏程序模态调用 12 G67 G67 G67 宏程序模态调用取消 G70 G70 G70 精加工循环 G71 G71 G71 粗车外圆 G72 G72 G72 粗车端面 G73 G73 G73 00 多重车削循环 G74 G74 G74 排屑钻端面孔 G75 G75 G75 外径 / 内径钻孔 G76 G76 G76 多头螺纹循环 G90 G77 G20 外径 / 内径车削循环 G92 G78 G21 01 螺纹切削循环 G94 G79 G24 端面车削循环 G96 G96 G96 恒表面切削速度控制 02 G97 G97 G97 恒表面切削速度控制取消 G98 G94 G94 每分进给 05 G99 G95 G95 每转进给 G90 G90 绝对值编程 03 G91 G91 增量值编程 2. 辅助功能 M 指令 G98 G98 返回到起始平面 11 G99 G99 返回到 R 平面 表 3-2 列出了数控车床系统常用的辅助功能指令 M 指令功能 M 指令功能 M00 程序暂停 M05 主轴停 M01 条件停 M08 冷却开 M02 程序结束并停机 M09 冷却关 M03 主轴正转 M41 主轴低速档 M04 主轴反转 M42 主轴高速档 ( 二 ) FANUC 0i 系统程序结构 1. 加工程序的组成 数控加工中零件加工程序的组成形式, 与采用的数控系统形式不同而略有不同 现在的数 控系统中, 其加工程序可分为主程序和子程序 但不论是主程序还是子程序, 每一个程序都是 由若干个程序段组成 程序段是由一个或若干个字 ( 字是由表示地址的字母和数字 符 组成, 它是控制数控机床完成一定功能的具体指令 ) 组成, 它表示数控机床为完成某一特定动 合等

19 作而需要的全部指令 例如 : O0001 N10 G00 X50 Z100 N20 S1200 M03 N30 G01 X40 F300 N40 Z90 N50 G02 X30 Z85 I0 K-5 N60 G N70 G02 X40 Z55 I10 K0 N80 G01 X51 N90 M30 % 上面每一行称为一个程序段,N10 G00 X50 Z100 都是一个字 2. 加工程序的格式 每个加工程序都有加工程序号 程序段 程序结束符等几个部分组成 (1) 加工程序号格式为 O 为加工程序号, 可以从 存入数控系统中的各零件加工程序号不能相同 (2) 程序段格式为 : N G X Z F S 程序段号 准备功能 坐标运动尺寸 工艺性指令 (3) 程序结束符 FANUC 0i 系统的程序以 M02 或 M30 指令结束 二 准备功能 (G 代码 ) 准备功能用字母 G 后跟两位数来编程, 用来定义轨迹的几何形状和 CNC 的工作状态 任何一种数控装置, 其功能均包括基本功能和选择功能两大部分 基本功能是系统必备的功能, 选择功能是供用户根据机床特点和用途选择的功能, 编程时一定要先仔细阅读机床说明书之后才能着手编程 本节主要介绍 FANUC 0i mate-tc(a 系列 ) 系统编程指令 ( 一 ) 与坐标系相关 G 指令 1. 工件坐标系设定指令 :G50 功能 : 建立一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系 格式 :G50 X_ Z_ 说明 : 该指令是规定刀具起点 ( 或换刀点 ) 到工件原点的距离,X Z 为刀尖起刀点在工件坐标系中的坐标 如图 3-1 所示, 假定刀尖起始点距工件坐标系的坐标值为 (D,L), 则执行程序段 G50 XD ZL 后, 系统内部对 (D L) 进行记忆, 并建立了工件坐标系 XpOpZp

20 φ 80 φ 50 φ φ 34 φ 30 φ 26 φ 20 φ D φ D Op Zp Op Zp L L Xp Xp (a) (b) 图 3-1 设定工件坐标系 O1 O2 O3 Zp G50 程序段设 O1 为工件零点 : G50 X70 Z70 设 O2 为工件零点 : G50 X70 Z60 设 O3 为工件零点 : G50 X70 Z20 X2 70 X3 A X1 (a) (b) 图 3-2 工件零点设定示例在配有 FANUC 0i 数控系统的数控车床上, 要分别设 O1 O2 O3 为工件零点, 如图 3-2a) 所示 ; 其程序段如图 3-2b) 所示 2. 绝对坐标方式与增量坐标方式绝对坐标方式是指刀尖所有轨迹点的坐标值均以工件零点为基准而得, 而在增量坐标方式中, 刀尖当前点的坐标值, 是以刀尖前一点为基准而得 在 FANUC 0i mate-tc 系统 (A 系列 G 代码 ),X Z 地址代表绝对坐标方式, 用 U W 表示增量坐标方式,U 对应 X 轴,W 对应 Z 轴 绝对 增量坐标值 Op Zp 点 绝对坐标 X Z 增量坐标 U W 30 D B C Xp A 2 B C D (a) 图 3-3 绝对 增量坐标 (b)

21 φ 160 φ 100 φ 80 如图 3-3a) 所示, 车刀刀尖从 A 点出发, 按照 A B C D 顺序移动, 点 B C D 的 绝对 增量坐标值 ( 采用直径编程 ) 如图 3-3b) 所示 3. 返回参考点和从参考点返回 指令 :G28( 自动返回参考点 ) G29( 从参考点返回 ) 功能 :G28 指令可使刀具以空行程速度, 从当前点返回机床有关参考点 ;G29 指令可使刀 具以空行程速度, 从参考点返回到当前点 格式 : G28 X_ Z_ G29 X_ Z_ 说明 :(1) 执行 G28 指令时, 刀具先快速移动到指令值所指令的中间点位置, 然后自动回参考点 其中 X Z 以绝对坐标方式编程时是中间点的坐标值 ; 在增量坐标方式编程时, 是中间点相对刀具当前点的移动距离 执行 G29 指令时, 被指令各轴从参考点快速移动到前 面 G28 所指令的中间点, 然后再移动到 G29 所指令的返回点定位 其中 X Z 值在绝对坐标方 式编程时是返回点的坐标值, 增量坐标方式编程时是返回点相对中间点的移动距离 (2) 在系统启动之后, 当没有执行手动返回参考点功能时, 指定 G28 指令无效 G28 指令 仅在其被规定的程序段有效 (3)G29 指令一般在 G28 指令后使用 ; 该指令仅在其被规定的程序段内有效 如图 3-4a) 所示, 要求刀具从当前点 A, 经中间点 B(80,200), 返回到参考点 R, 换刀 后再从参考点返回 C; 其程序如图 3-4b) 所示 G28 G29 应用程序 Op Zp 绝对坐标方式程序 : G28 X160 Z200 T0202 G29 X80 Z250 当前点 返回点 中间点 200 参考点 增量坐标方式程序 : G28 U60 W100 T0202 G29 U-80 W50 Xp (a) (b) 图 3-4 G28 G29 功能应用示例 ( 二 ) 与运动方式相关 G 指令 1 快速点定位指令 :G00 功能 : G00 指令使刀具以点控制方式, 从刀具所在点快速移动到目标点 它只是快速定位, 对中间空行程无轨迹要求,G00 移动速度是机床设定的空行程速度, 与程序段中的进给 速度无关 格式 :G00 X(U)_ Z(W)_ 说明 : (1) 指令后的参数 (X Z) 是目标点的坐标 (2) 常见 G00 运动轨迹如图 3-5 所示, 从 A 点到 B 点常见有以下四种方式 : 直线 AB 直角线 ACB 直角线 ADB 折线 AEB 折线的起始角 是固定的 ( 如 Zp Op D A Xp E θ B C 图 3-5 车床 G00 轨迹

22 φ 30 φ 24 2 φ 60 φ 42 =22.5 或 45 ), 它取决于各坐标的脉冲当量 如图 3-6a) 所示, 刀尖从换刀点 ( 刀具起点 )A 快进到 B 点, 准备车外圆 ; 其 G00 的程序 段如图 3-6b) 所示 Op Zp G00 功能示例程序 2 B 25 A 绝对坐标方式程序段 : G00 X38 Z2 增量坐标方式程序段 : G00 U-24 W-23 Xp (a) (b) 图 3-6 G00 功能示例 2. 直线插补指令 :G01 功能 :G01 指令使刀具以一定的进给速度, 从所在点出发, 直线移动到目标点 格式 :G01 X(U)_ Z(W)_ F_ 说明 : (1)X Z 是目标点坐标 (2)F 是进给速度 有三种表示方法 : 每分钟进给量 (mm/min); 每转进给量 (mm/r); 通 G98 指令选择每分钟进给,G99 选择每转进给量, 系统默认为每转进给 如图 3-7a) 3-8a) 所示, 要求刀尖从 A 点直线移动到 B 点, 分别完成车外圆 割槽 ; 其 G01 程序段如图 7-7b) 7-8b) 所示 34 B 2 Op A Zp 车外圆程序绝对坐标方式程序 : G01 X24 Z-34 F200 增量坐标方式程序 : G01 U0 W-36 F200 Xp (a) (b) 图 3-7 G01 功能应用 车外圆 20 B A Op Zp 车槽程序绝对坐标方式程序 : G01 X25 F50 增量坐标方式程序 : G01 U-9 F50 Xp (a) (b) 图 3-8 G01 功能应用 切槽 例 3-1 图 3-9a) 所示零件的各加工面已完成了粗车, 试设计一个精车程序

23 φ 40 φ 28 φ 20 解 :(1) 设工件零点和换刀点 工件零点 DP 设在工件端面 ( 工艺基准处 ), 换刀点 ( 即刀具起点 ) 设在工件的右前方 A 点, 如图 3-9b) 所示 (2) 确定刀具工艺路线 如图 3-9b) 所示, 刀具从起点 A( 换刀点 ) 出发, 加工结束后再回到 A 点, 走刀路线为 : A B C D E F A (3) 计算机刀尖运动轨迹坐标值 根据图 3-9b) 得各点绝对坐标值为 : A(60,15) B(20,2) C(20,-15) D(28,-26) E(28,-36) F(42,-36) (4) 编程 精加工程序见表 Op Zp E D C B F A (a) (b) Xp 图 3-9 G01 功能应用示例 表 3-3 G01 车削实例程序 编程方式 程 序 说明 N10 G98 选择每分钟进给量 N20 M03 S600 主轴正转 600 r/min 绝 N30 T0101 换 1 号刀到位 (A 点 ) 对 N40 G00 X20 Z2 刀具快进 (A B) 坐 N50 G01 Z-15 F60 车外圆 (B C) 标 N60 G01 X28 Z-26 F50 车锥面 (C D) 方 N70 G01 Z-36 F60 车外圆 (D E) 式 N80 G01 X42 车平面 (E F) 程 N90 G00 X60 Z15 快速退回 序 N100 M05 主轴停转 N110 M02 程序结束 N10 G98 ( 说明略 ) N20 M03 S600 增量坐标方式程 N30 T0101 N40 G00 X20 Z2 N50 G01 W-17 F60 N60 G01 U8 W-11 F50 N70 G01 W-10 F60 N80 G01 U14 N90 G00 X60 Z15 序 N010 M05

24 I I U/2 X/2 N110 M02 N120 G90 3. 圆弧插补指令 :G02 ( 顺时针圆弧插补 ) G03 ( 逆时针圆插补 ) 功能 : 该指令使刀具刀尖从圆弧起点, 沿圆弧移动到圆弧终点 圆弧的顺 逆方向可按图 3-10a) 给出的方向判断 : 沿与圆弧所在平面 ( 如 X0Z) 相垂直的另一坐标轴的负方向 ( 如 -Y) 看出, 顺时针为 G02, 逆时针为 G03, 图 3-10b) 为车床上圆弧的顺逆方向 Z X G02 G03 G02 G03 G02 Z Y G03 G02 G03 G03 Z G02 X X (a) 图 3-10 圆弧的顺逆方向 (b) 格式 : G02 I _ K_ X(U)_ Z(W)_ G03 R_ F_ W Op Zp Op Zp A A Xp Z B C K Xp B R K C (a) (b) 图 3-11 G02 圆弧插补指令说明说明 :(1)X Z 为圆弧终点坐标 可用绝对或增量方式 当用增量方式时,U W 为圆弧终 点相对圆弧起点的增量坐标 (2) 其不管用绝对或增量方式,I K 均为圆心相对圆弧起点的增量坐标 如图 所示, 其中 A 为圆弧起点,B 为圆弧终点,C 为圆弧圆心,R 为圆弧半径 一般用 I K 值, 可 作任意圆弧 ( 包括整圆 ) 插补

25 U/2 X/2 I I K K Op R C Zp Op R C Zp A A B B Z Xp Xp (a) (b) 图 3-12 G03 圆弧插补指令说明 (3)R 为圆弧半径, 不与 I K 同 时用 常见的有以下两种情况 :1 用 R 值时, 只可作半圆以下 (<180 0 ) 的圆弧插补, 大于 圆弧不可用一个程序段 O R 圆心 C1 Zp 2 用 R 值时, 可作任意圆弧 ( 不包括整 R 圆弧起点 圆 ) 插补 由于在相同半径下, 从圆弧起 点到终点有两个圆弧的可能性, 如图 3-12 所示 为区分两者, 用 +R 表示圆弧 圆弧终点 圆心 C , 用 -R 表示圆弧 ( 三 ) 螺纹加工指令指令 :G32 功能 :G32 为等螺距圆柱或圆锥螺纹车削指令, 只需一个指令便可完成螺纹全部车削 格式 :G32 X_ Z_ F_ 说明 : (1)X Z 值在绝对指令时, 为螺纹加工轨迹终点 (B 点 ) 的坐标值 ; 在增量指令时为螺纹加工轨迹终点 (B 点 ) 相对于始点 (A 点 ) 的距离, 注意在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段 δ 和降速退刀段 δˊ, 以消除伺服滞后造成的螺距误差 如图 3-16 所示 (2) 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 ; (3)F 为螺纹的导程 即主轴每转一周, 伺服的进给值 当加工锥螺纹时, 斜 Op Zp A Q B δ δ Xp 图 3-16 G32 螺纹加工指令 角 在 45 以下为 Z 轴方向螺纹导程 ; 斜角在 45 以上为 X 轴方向螺纹导程 (4) 应用该指令应注意以下几点 从螺纹粗加工到精加工, 主轴的转速必须保持一常数 否则螺纹的导程就将发生改变 在没有停止主轴的情况下, 停止螺纹的切削将非常危险 Xp 图 3-12 用 +R -R 指定圆弧

26 M30*1.5-6h φ 50 在螺纹加工中不应使用恒定线速度控制功能 伺服系统的滞后及一些其它原因往往会使螺纹切削在起始点和终止点处产生导程误差 因而只有指定的螺纹长度可以加工 例 3-3 编写出车削图 3-17 所示螺纹部分的加工程序 解 :(1) 根据普通螺纹标准及加工工艺, 确定该螺纹大径尺寸为 Ф30, 牙深为 0.974mm( 半径值 ), 三次背吃刀量 ( 直径值 ) 的值分别为 ap1=0.7mm, ap2=0.4mm, ap3=0.4mm, 升降速段别为 δ1=1.5mm,δ2=1mm Op Zp D B E A 120 Xp 图 3-17 等距圆柱螺纹加工示例 (2) 编程 等距圆柱螺纹的加工程序见表 7-5

27 表 3-4 G32 圆柱螺纹加工实例 程 序 说 明 O7031 程序名 N10 M03 S500 主轴正转, 转速为 500r/min N20 G00 X50 Z120 绝对方式编程, 刀具快速进至 A 点 N30 G00 X29.3 Z105 (ap1=0.7) 刀具工进,X 向工进 0.7mm N40 G32 Z19 F1.5 第一次车削螺纹 N50 G00 50 刀具快速退至 E 点 N60 Z102 刀具快速返回工进点 N70 X28.9 (ap2=0.4) 刀具工进,X 向工进 0.4mm N80 G32 Z19 F1.5 第二次车削螺纹 N90 G00 X50 N100 Z101.5 刀具快速返回工进点 N110 X28.5 (ap3 =0.4) N120 G32 Z19 F1.5 第三次车削螺纹 N130 G00 X50 刀具快速返回换刀点 A N140 X50 Z120 N150 M05 主轴停 N160 M02 程序结束 例 3-4 如图 3-18 所示等距圆锥螺纹, 螺纹导程为 3.5mm, δ1 = 2mm,δ2 = 1mm, 每次 吃刀量为 1 mm, 写出其加工程序 图 3-18 等距圆锥螺纹加工示例 解 : 程序见表 3-5 表 3-5 等距圆锥螺纹加工程序 程序说明 O7041 N10 G40 G97 G99 S400 M03; N20 T0404; 程序名 主轴正转, 转速为 400r/min 螺纹刀 T04

28 N30 M08 切削液开 N40 G00 X27 Z3 螺纹加工的起点 N50 X18.6 进第一刀, 切深 0.9mm N60 G32 X24.4 Z-34 F2 螺纹车削第一刀, 螺距为 2mm N70 G00 X27 X 向退刀 N80 Z3 Z 向退刀 N90 X18 进第二刀, 切深 0.6mm N100 G32 X23.8 Z-34 F2 螺纹车削第一刀, 螺距为 2mm N110 G00 X27 X 向退刀 N120 Z3 Z 向退刀 N130 X17.4 进第三刀, 切深 0.6mm N140 G32 X23.2 Z-34 F2 螺纹车削第一刀, 螺距为 2mm N150 G00 X27 X 向退刀 N160 Z3 Z 向退刀 N170 X17 进第四刀, 切深 0.4mm N180 G32 X22.8 Z-34 F2 螺纹车削第一刀, 螺距为 2mm N190 G00 X27 X 向退刀 N200 Z3 Z 向退刀 N210 X16.9 进第五刀, 切深 0.1mm N220 G32 X22.7 Z-34 F2 螺纹车削第一刀, 螺距为 2mm N230 G00 X27 X 向退刀 N240 Z3 Z 向退刀 N250 X16.9 光刀, 切深为 0mm N260 G32 X22.7 Z-34 F2 光刀, 螺距为 2mm N270 G00 X200 X 向退刀 N280 Z100 Z 向退刀, 回换刀点 N285 M5 主轴停 N290 M30 程序结束 ( 四 ) 简单循环切削 简单循环有三类, 分别是内 ( 外 ) 径切削循环 (G90 指令 ) 端面切削循环(G94 指令 ) 螺纹 切削循环 (G92 指令 ) 切削循环指令是用含有 G 功能的一个程序段完成多个程序段指令的加 工操作, 使程序得以简化 1. 内 ( 外 ) 径切削循环 (1) 切削圆柱面时的内 ( 外 ) 径切削循环指令 指令格式 :G90 X_ Z_ F_ 功能 : 如图 3-18 所示, 该指令可使刀具从循环起点 A 走矩形轨迹, 回到 A 点后, 进刀后, 再 按矩形循环, 依次类推, 最终完成圆柱面车削 说明 :1 如图 3-18 所示, 执行该指令刀具刀尖从循环起点开始, 经 A B C D A 四段 轨迹, 其中 AB DA 段按快速 R 移动 ;BC CD 按指令速度 F 移动 2X Z 值在绝对指令时为切削终点 (C 点 ) 的坐标值, 在增量指令时, 为切削终点 (C 点 ) 相

29 φ 对循环起点 (A 点 ) 的移动距离 3 F 是进给速度 Op Zp 切削终点 C (2F) 切削始点 B Xp (3F) 退刀点 D (4R) (1R) 循环始点 A 图 3-18 切削圆柱面时的内 ( 外 ) 切削循环指令说明 例 3-5 如图 3-19 所示工件, 编制一个粗车 φ32 外圆的简单循环程序, 每次切削深度 1mm( 半径方向 ) Op Zp 2 C B D Xp A 图 3-19 外圆循环程序示例 解 :1 确定切削深度及循环次数 单边径向余量为 (40-32)/2 =4mm; 每次切削深度为 1mm; 其循环次数为 4 次 2 编写的循环程序如下 绝对坐标方式 : G90 X38 Z-60 F300 G90 X36 Z-60 F300 G90 X34 Z-60 F300 G90 X32 Z-60 F300 增量坐标方式 : G90 U-4 W-62 F300 G90 U-6 W-62 F300 G90 U-8 W-62 F300 G90 U-10 W-62 F300 (2) 带锥度的内外径切削循环指令 指令格式 :G90 X_ Z_ R_ F_

30 φ φ 38 φ 24 φ 功能 : 如图 3-20 所示, 该指令可使刀具从循环起点 A 走直线轨迹, 回到 A 点后, 进刀后, 再按直线轨迹循环, 依次类推, 最终完成圆锥面车削 说明 : 1 如图 3-20 所示, 刀具刀尖从循环起点 (A 点 ) 开始, 经 A B C D A 四段轨迹 2X Z 值在绝对指令时为切削终点 (C 点 ) 相对于循环起点 (A 点 ) 的移动距离 3I 值为切削始点 B 与切削终点 C 的半径差, 即 r 始 -r 终 当算术值为正时,R 取正值 ; 为负时,R 取负值 4 F 为进给速度 Op Zp 切削始点 B 切削终点 C (2F) (3F) (1R) Xp 退刀点 D (4R) 循环始点 A 图 3-20 带锥度的内 ( 外 ) 切削循环 如图 3-21a) 所示工件, 粗车其外锥面的简单循环程序 ( 粗车到图示尺寸, 直径方向三 次切削深度均为 2mm) 如图 3-21b) 所示 外锥循环切削程序 绝对坐标方式程序 : G90 X28 Z-30 R-5 F300 D C Op 2 B A Zp G90 X26 Z-30 R-5 F300 G90 X24 Z-30 R-5 F300 增量坐标方式程序 : G90 U-10 W-32 R-5 F300 G90 U-12 W-32 R-5 F300 G90 U-14 W-32 R-5 F300 Xp (a) (b) 图 3-21 带锥度的内 ( 外 ) 切削循环示例 2. 端面切削循环指令 (1) 端面切削循环 指令格式 :G94 X_ Z_ F_ 说明 :1 如图 3-22 所示, 执行该命令, 刀具刀尖从循环始点 (A 点 ) 开始, Op Zp 经 A B C D A 四段轨迹, 其中 AB DA 段按快速 R 移动,BC CD 按指令速度 F 移动 切削终点 C (3F) 退刀点 D (2F) (4R) Xp 切削始点 B (1R) 循环始点 A

31 φ φ φ 64 2X Z 值在绝对指令时为切削终点 C 的坐标值, 在增量指令时为切削终点 C 相对于循环起点 A 的移动距离 3F 为进给速度 如图 3-23a) 所示工件, 其粗车端面的简单循环程序 (Z 轴方向每次进刀量 3mm) 如图 3-23b) 所示 24 9 端面循环切削程序 绝对坐标方式程序 : Zp G94 X50 Z-3 F200 G94 X50 Z-6 F200 G94 X50 Z-9 F200 增量坐标方式程序 : C D B A G94 U-14 W-3 F200 G94 U-14 W-6 F200 G94 U-14 W-9 F200 Xp (a) (b) 图 3-23 端面切削循环示例 (2) 带锥度的端面切削循环指令指令格式 :G94 X_ Z_ R_ F_ 说明 : 如图 3-24 所示, 执行该指令的运动轨迹和 X Z 同上述一致 K 值为切削始点 (B 点 ) 相对于切削终点 (C 点 ) 在 Z 轴的移动距离 即 ZB-ZC, 当算术值为正时,K 取正值 ; 为负时,K 取负值 F 为进给速度 K Op Zp (3F) 退刀点 D (2F) 切削终点 C (4R) Xp 切削始点 B (1R) 循环始点 A 图 3-24 带锥度端面切削循环 如图 3-25a) 所示工件, 粗车其带锥度端面的简单循环程序 (Z 轴方向的每次进刀量 2mm) 如图 3-25b) 所示

32 φ 60 φ 25? 带锥度端面切削循环程序 绝对坐标方式程序 : Op Zp G94 X25 Z-2 R-6 F300 G94 X25 Z-4 R-6 F300 G94 X25 Z-6 R-6 F300 增量坐标方式程序 : G94 U-39 W-2 R-6 F300 G94 U-39 W-4 R-6 F300 G94 U-39 W-6 R-6 F300 Xp (a) (b) 图 3-25 带锥度的端面切削循环示例 3. 螺纹切削循环 (1) 螺纹切削循环指令格式 :G92 X_ Z_ F_ 说明 :1 如图 3-26 所示, 执行该命令, 刀具刀尖从循环始点 (A 点 ) 开始, 经 A B C D A 四段轨迹, 其中 AB DA 段按快速 R 移动,BC CD 按指令速度移动 2X Z 值在绝对指令时为切削终点 C 的坐标值, 在增量指令时为切削终点 C 相对于循环起点 A 的移动距离 3F 为螺纹导程 Op Zp 螺纹始点 B 螺纹终点 C (1R) Xp 退刀点 D (4R) 循环始点 A 图 3-26 螺纹切削循环 如图 3-27a) 所示工件中的螺纹, 其螺纹的导程为 1.5 mm, 分三次加工, 每次吃刀深度分 别为 ap1=0.8mm ap2=0.6mm ap3=0.2mm, 车制螺纹的简单循环程序如图 3-27b) 所示

33 φ 80 φ 50 φ 30 φ 35 φ 36 φ 25 φ Op Zp 直螺纹切削循环程序 5 G00 X35 Z5 G92 X29.2 Z-43 F1.5 G92 X28.6 Z-43 F1.5 G92 X28.4 Z-43 F Xp (a) (b) 图 3-27 螺纹切削循环示例 (2) 锥螺纹切削循环指令格式 :G92 X_ Z_ R_ F_ 说明 : 如图 3-28 所示, 刀具刀尖的运动 轨迹 X Z 坐标值同直螺纹切削循环 R 为锥螺纹始点与锥螺纹终点的半径差, 即 r 始 -r 终 当算术值为正时,R 取正值 ; 为负时, R 取负值 F 为螺纹导程 Op 螺纹终点 C Zp 螺纹始点 B 循环始点 A 75 Xp 退刀点 D 50 图 3-28 锥螺纹切削循环 Op B Zp 锥螺纹切削循环程序 G00 X80 Z5 G92 U30.8 W-50 R-10 F2 C 5 G92 U31.4 W-50 R-10 F2 G92 U31.6 W-50 R-10 F2 5 D Xp A (a) (b) 图 3-29 锥螺纹切削循环示例如图 3-29a) 所示工件中的锥螺纹, 其导程为 2mm, 设三次加工深度分别为 ap1=0.8mm ap2=0.6mm ap3=0.2mm; 车制其锥螺纹的简单循环程序如图 3-29b) 所示 ( 五 ) 复合循环切削复合循环能解决复杂形面的加工, 与简单循环的单一程序段不同, 它有若干个程序段参加循环 运用复合循环切削指令, 只需指定精加工路线和粗加工的背吃刀量, 系统会自动计算出粗加工路线和加工次数 1. 外径 / 内径粗车复合循环外圆粗切循环是一种复合固定循环 适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工 程序段格式 : G00 X(α) Z(β)

34 G71 U( d) R(e) G71 P(ns) Q(nf) U( u) W( w) F(f) S(s) T(t) N(ns) 沿 A A B 的程序段号 N(nf) Δ d e A Δ u/2 式中 α β 粗车循环起刀点位置坐标 α值确定切削的起始直径 α值在圆柱毛坯料粗车外 径时 应比毛坯直径稍大 1-2mm β值应离毛坯右端面 2-3mm 在圆筒毛坯粗镗内径时 α值 应比筒料内径稍小 1-2mm β值应离毛坯右端面 2-3mm d 循环切削过程中径向的背吃刀量 半径值 单位为 mm e 循环切削过程中径向的退刀量 半径值 单位为 mm 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 如 开始段为 N30 结束段为 N95 则为 G71 P30 Q95 u X 轴向的精加工余量 直径值 单位 mm 在圆筒毛坯料粗镗内径时 应指定为负 值 w Z 轴向的精加工余量 单位为 mm f s t F S T 代码 注意 ①ns nf 程序段中的 F S T 功能 即使被指定也对粗车循环无效 ②零件轮廓必须符合 X 轴 Z 轴方向同时单调增大或单调减少 X 轴 Z 轴方向非单调时 ns nf 程序段中第一条指令必须在 X Z 向同时有运动 B Δ w 粗切区域 图 3-30 A C 外 内 径粗车复合循环 例 3-6 如图 3-31 所示工件 要求加工 A 点到 B 点的工件外形 已知起始点在 切削深度为 3mm 退刀量为 2mm X 方向精加工余量为 0.1mm Z 方向精加工余量为 0.2mm 编写其外径粗车复合程序

35 φ 250 φ 160 φ 100 φ Op Zp C B E D G F A A Xp 图 3-31 外 ( 内 ) 径粗车复合循环示例 解 : 假设加工 A 点到 B 点的工件外形的头一程序段号为 N100, 最后加工程序段号为 N200, 使用 G71 编写的程序见表 3-6

36 表 3-6 外径粗车复合循环程序 编程方式 程 序 说 明 O7061 程序名 N10 G98 设置每分钟进给 绝 N20 M03 S500 主轴正转 N30 G00 X250 Z5 快进到工件附近 对 N40 G01 X250 Z0 进到 A 点 N50 G71 U3 R2 G71 复合循环 坐 N55 G71 P100 Q200 U0.1 W0.2 F100 N100 G00 X50 从 A 点到 B 点 标 N110 G01 X50 Z-20 从 B 点到 C 点 N120 X100 Z-140 从 C 点到 D 点 方 N130 X100 Z-200 从 D 点到 E 点 式 N140 X160 Z-200 从 E 点到 F 点 N170 X160 Z-270 从 F 点到 G 点 N200 X250 Z-320 从 G 点到 A 点 N60 G00 X250 Z0 从 A 点到 A 点 N70 M02 程序结束 N10 G98 设置每分钟进给 N20 M03 S500 主轴正转 增 N30 G00 X250 Z5 快进到工件附近 N40 G01 X250 Z0 进到 A 点 量 N50 G71 U3 R2 G71 复合循环 坐 N55 G71 P100 Q200 U0.1 W0.2 F100 N100 G00 U-200 从 A 点到 B 点 N110 G01 W-20 从 B 点到 C 点 标 N120 U50 W-120 从 C 点到 D 点 N130 W-60 从 D 点到 E 点 方 N140 U60 从 E 点到 F 点 式 N170 W-70 从 F 点到 G 点 N200 U90 W-50 从 G 点到 A 点 N60 G00 X250 Z0 从 A 点到 A 点 N70 M02 程序结束 2. 端面粗车复合循环 端面粗切循环是一种复合固定循环 端面粗切循环适于 Z 向余量小,X 向余量大的棒料粗 加工 程序段格式 : G00 X(α) Z(β) G72 U( d) R(e) G72 P(ns) Q(nf) U( u) W( w) F(f) S(s) T(t) N(ns)

37 Δ u/2 沿 A A B 的程序段号 N(nf) 式中 : α β: 同上 d: 循环切削过程中轴向的背吃刀量, 单位为 mm; e: 循环切削过程中轴向的退刀量, 单位为 mm; 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 : 1ns nf 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 A 粗切区域 Δ w B e Δ d C A 图 3-32 端面粗车复合循环 3. 成型加工复式循环该功能在切削工件时刀具轨迹为一闭合回路, 刀具逐渐进给, 使封闭的切削回路逐渐向零件最终形状靠近, 完成工件的加工 此指令能对铸造 锻造等粗加工已初步成形的工件, 进行高效率切削 指令格式 :G73U( i)w( k)r(d) G73P(ns)Q(nf)U( u)w( w)f(f)s(s)t(t) N(ns) 沿 A A B 的程序段号 N(nf) 式中 : i:x 轴方向退刀距离 ( 半径指定 ), FANUC 系统参数 (NO.0719) 指定 k: Z 轴方向退刀距离 ( 半径指定 ), FANUC 系统参数 (NO.0720) 指定 d: 分割次数, 这个值与粗加工重复次数相同,FANUC 系统参数 (NO.0719) 指定 ns: 精加工形状程序的第一个段号 nf: 精加工形状程序的最后一个段号 u:x 方向精加工预留量的距离及方向 ( 直径 / 半径 ) w: Z 方向精加工预留量的距离及方向

38 Δ u/2 ( Δ u+ Δ i)/2 Δ i/2 Δ u/2 说明 :1 如图 3-33 所示, 该指令在切削工件时, 刀具轨迹为一封闭回路, 其运动轨迹为 : A A1 A1 B1 A2 A2 B2 A A B A 2 i 为 X 轴上粗加工的总退刀量 ; k 为 Z 轴上粗加工的总退刀量 ;d 为粗加工重复次数 ; u 为 X 方向的精加工余量 ; w 为 Z 方向精加工余量 ns 为精加工路线的第一个程序段的顺序号,nf 为精加工路线的最后一个程序段的顺序号 3G73 中含有 F S T 格式在程序中有效, 而处于 ns 到 nf 程序段之间的 F S T 机能无效 4G73 指令中按 P 和 Q 指令值实现循环加工 Δ w Δ k A Aα A2 A1 B Bα B2 B1 A Aα Δ w A2 A1 Δ w+δ k 图 3-33 闭环车削复合循环 例 3-7 如图 3-34 所示工件, 要求加工该工件的外形 已知 i=14mm k=14mm d=2 u=0.6 w=0.3mm, 编写其外径粗车复合程序 解 : 假设精加工工件外形的第一个程序段号为 N100, 精加工的最后一个程序段号为 N200, 使用 G73 编写的程序见表 3-7 表 3-7 闭环车削复合循环程序程序说明 O0707 程序名 N10 G98 设置刀具起点 N20 M03 S500 主轴正转 N30 G00 X120 Z30 快进到工件附近 N40 G73 U14 W14 R3 G73 复合循环 N45 G73 P100 Q200 U0.6 W0.3 F200 N100 G00 X20 精加工的第一个程序 ( 快进 ) N120 G01 X20 Z-15 N140 X40 Z-23 N160 G02 X80 Z-48 R35 N200 G01 X100 Z-58 精加工的最后一个程序 N50 M05

39 ( Δ u+ Δ i)/2 φ 100 φ 80 φ 40 φ 20 N60 M02 程序结束 R Op Xp Δ w+δ k 图 3-34 闭环车削复合循环示例 4. 精加工循环由 G71 G72 G73 完成粗加工后, 可以用 G70 进行精加工 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 指令格式 : 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 例 : 在 G71 G72 G73 程序应用例中的 nf 程序段后再加上 G70 Pns Qnf 程序段, 并在 ns----nf 程序段中加上精加工适用的 F S T, 就可以完成从粗加工到精加工的全过程 5. 螺纹切削复合循环复合螺纹切削循环指令可以完成一个螺纹段的全部加工任务 它的进刀方法有利于改善刀具的切削条件, 在编程中应优先考虑应用该指令, 程序段格式 : G00 X(α) Z(β) G76 P(m)(r)(a) Q( dmin) R(d) G76 X(u) Z(w) R(i) P(k) Q( d) F(f) 式中 : 如图 所示, 指令中各参数的含意如下 α β: 螺纹切削循环起始点坐标 X 向, 在切削外螺纹时, 应比螺纹大径稍大 1-2mm; 在切削内螺纹时, 应比螺纹小径稍小 1-2mm 在 Z 向必须考虑空刀导入量 m: 精加工重复次数 (1 至 99) 本指定是状态指定, 在另一个值指定前不会改变 FANUC 系统参数 (NO.0723) 指定

40 d k i Δ d n Δ d r: 倒角量, 螺纹收尾长度, 其值为螺纹导程 L 的倍数 ( 在 0 99 中选值, 取 01 则退 0.11X 导程 ); 本指定是状态指定, 在另一个值指定前不会改变 FANUC 系统参数 (NO.0109) 指定 a: 刀尖角度 ( 螺纹牙型角 ): 可选择 80 度 60 度 55 度 30 度 29 度 0 度, 用 2 位数指定 本指定是状态指定, 在另一个值指定前不会改变 FANUC 系统参数 (NO.0724) 指定 如 :P(02/m 12/r 60/a) dmin: 最小切削深度, 半径值, 单位 μm 本指定是状态指定, 在另一个值指定前不会改变 FANUC 系统参数 (NO.0726) 指定 d: 精加工余量, 半径值, 单位 μm u: 螺纹底径值 ( 外螺纹为小径值, 内螺纹为大径值 ), 直径值, 单位 mm w: 螺纹的 Z 向终点位置坐标, 必须考虑空刀导出量 i: 螺纹部分的半径差 如果 i=0, 可作一般直线螺纹切削 k: 螺纹高度 可按 h=649.5p 进行计算, 半径值, 单位为 μm d: 第一次的切削深度, 半径值, 单位为 μm f: 螺纹导程, 单位为 mm 注意 : 拥有 X(u) Z(w) 的 G76 指令段才能实现循环加工 该循环下, 可进行单边切削, 减少 刀尖受力 第一次切削深度为 Δd, 第 n 次切削深度为 Δd n, 使每次切削循环的切削量保持 恒定 螺纹切削复合循环的注意事项同螺纹加工指令 G32 Op Zp r B α Δ d C (2F) (1F) D Xp (3R) (4R) A 图 3-35 螺纹循环切削的轨迹 图 3-36 螺纹循环切削中的吃刀深度 如图 3-37a) 所示工件, 要求螺纹精车次数为 2, 螺纹牙型角为 60, 其锥螺 纹的切削复合程序如图 3-37b) 所示

41 φ 100 φ 63 φ 48 φ 90 Op Zp 螺纹切削复合循环程序 N50 G90 G00 X50 Z40 M03 N60 G91 X-40 Z0 N70 G76 R2 A60 X-7.6 Z-40 I-15 K3.6 U0.3 V0.2 Q1 F2 N80 G90 X50 Z40 N90 M02 Xp (a) (b) 图 3-37 螺纹切削复合循环实例 三 辅助功能 (M 功能 ) M 功能也称辅助功能, 用于 CNC 输入输出口的状态控制 辅助功能用字母 M 及后面两位数组成,M 功能是用来使机床外部开关接通或断开的功能, 如主轴启动 停止, 冷却电机接通或断开等 M 功能常因生产厂家及机床结构和型号不同, 与标准规定的 M 功能有差异, 所以使用数控机床之前要熟悉系统定义的 M 功能 1.M00 程序暂停程序里出现 M00, 本段程序运行结束后暂停等待 按下 循环起动 键, 程序继续运行 2.M02 程序结束 M02 结束加工程序, 关主轴和冷却液, 本次循环加工结束 3.M03 主轴正转程序里写有 M03 指令, 首先使主轴正转继电器吸合, 接着 S 功能输出模拟量, 控制主轴顺时针方向旋转 4.M04 主轴反转与 M03 相同, 启动主轴反转继电器, 控制主轴逆时针方向旋转 5.M05 主轴停止旋转程序里出现 M05 指令, 坐标指令运行结束后, 关主轴正反转控制继电器, 停止输出模拟量, 主轴旋转停止 如果 12# 参数 0,CNC 还输出 8# 继电器, 提供主轴制动功能 6.M08 开冷却液 M08 功能在本段程序开始时执行, 接通冷却控制继电器 7.M09 关冷却液 M09 功能在本段程序运行完毕后, 关掉冷却液控制继电器 8.M30 返回程序头当程序运行到 M30 时, 系统将程序指针指向程序开头并等待操作者的输入, 如按循环启动键, 则重新执行程序, 如按取消循环键, 则取削循环加工 9.M41 主轴低速档 10.M42 主轴高速档 四 F S T 功能 1.F 进给功能

42 进给功能一般称 F 功能, 用 F 功能可以直接规定各轴的进给速度,F 功能用字母 F 及 F 后数字表示, 其切削进给速度为 mm/min 或 mm/r, 由 G98 或 G99 指令进行选择 用户可根据实际切削情况任意选用,F 一旦设定, 只能被后面语句的 F 值修改 2.S 主轴转速控制主轴功能也称主轴转速功能, 用于指定主轴的转速 S 功能的单位为转 / 分 操作者可根据实际需要, 任意选用 在编程时除用 S 代码指定主轴转速外, 还需用 M 代码指定主轴转向 3.T 刀具功能刀具功能也称 T 功能, 用于刀具的选择, 刀具功能用字母 T 及后面的数字表示 (1).T 功能格式 Tn.m n: 刀具选择 : 刀具偏置号选择例 : 选择 1 号刀,1 号刀补, 则输入 T0101 (2). 刀补数控车床刀架内有一个刀具参考点 ( 即基准点 ), 数控系统通过控制该点运动, 间接地控制每把刀的刀位点的运动 而各种形式的刀具安装后, 由于刀具的几何形状及安装位置的不同, 其刀位点的位置是不一致的, 即每把刀的刀位点在两个坐标方向的位置尺寸是不同的 所以, 刀补设置的目的是测出各刀的刀位点相对刀具参考点的距离即刀补值, 并将其输入 CNC 的刀具补偿寄存器中 在加工程序调用刀具时, 系统会自动补偿两个方向的刀偏量, 从而准确控制每把刀的刀尖轨迹 五 子程序的调用 ( 一 ) 子程序 1) 子程序的概念机床的加工程序分为主程序和子程序, 主程序是一个完整的零件加工程序, 或是零件加工程序的主体部分 在编制主程序中往往需要重复调用一组程序, 有时会遇到一组程序段在一个程序中多次出现 这时候我们可以把程序做成固定的程序段, 单独加以命名, 这组程序我们叫子程序 子程序一般来说不可以作为独立的程序段加工, 因为一般这样的程序段不会有主程序的加工准备功能, 他只是其中的一部分局部动作 子程序结束以后, 能自动返回到调用它的主程序中 2) 子程序的嵌套为了进一步简化加工程序, 允许其子程序中再调用另一个子程序, 这一功能称为子程序嵌套 子程序调用允许 4 级嵌套 A B C D E

43 注 :A 为主程序 B C D E 为一级嵌套 二级嵌套 三级嵌套 四级嵌套 ( 二 ) 子程序的使用方法 1) 格式例 :00001;( 注在 ISO 模式下为 : 结束符 ) N010 G01 X10 Z-15; N020 ; N030 G00 X100 Z100; N040 M99; 对于子程序结束指令 M99, 不一定单独书写一行, 如上面的子程序最后一句可以直接写为 N030 G00 X100 Z100 M99; 2) 在 FANUC 系统中的调用 : 在 FANUC 系统中, 通过辅助指令 M98 指令进行调用同时在调用子程序的程序号的地址为 P, 其主要的使用方式有两种 如下 : 格式一 : M98 PxxxxxLxxxx 例 : M98 P100 L5 表示调用 O0100 程序 5 次,L 表示次数 例 : M98 P100 表示调用 O0100 程序 1 次 L 省略表示次数为一次 格式二 : M98 Pxxxxxxxx 地址 P 的后面的 8 位数字中, 前 4 位表示调用次数, 后四位表示子程序 注 : 调用次数可省略前置 0, 但子程序不可省略前置 0 如下例 :M98 P50010 表示调用 O0010 程序 5 次例 :M98 P0510, 表示调用子程序 次 3) 子程序调用的特殊用法 : 1 子程序返回到主程序的某一阶段, 如果子程序返回指令加上 Pn 则则子程序返回的时候, 将返回到主程序段的段号而不是直接返回主程序 其程序格式如下 : M99 Pn; M99 P100;( 返回 N100 程序段 ) 2 自动返回程序的开始段如果在主程序中执行 M99 则程序段将返回到主程序的开始程序段并继续执行主程序, 也可以在主程序中插入 M99Pn 用于返回指定的程序段 为了能够执行后面的程序段, 通常在该指令前加 / 以便不需要返回执行时, 则跳过该程序段 3 强制改变子程序的重复执行次数用 M99 LXX 可以强制改变子程序重复执行的次数, 其中 Lxx 表示执行子程序的次数 假设主程序用 M98 Pxx L99, 而子程序却采用 M99 l3, 则子程序返回执行 2 次 ( 三 ) 子程序调用编程举例

44 例题 :2 号刀为割刀 ( 刀宽 5mm) N100 G00 X100 Z100 T0202; ( 返回对刀点 ) N110 G00 Z-15 N120 G00 X42 N130 M98 P0012 L1 N140 G00 z-40 N150 M98 P0012 ( 再次调用程序 ) N160 G00 Z-54 N170 M98 P0012 L1 N180 G00 X100Z100 子程序 O0012 N010 G00 x42 N020 G01 x30 F0.1 N030 G04 x 2.0 N040 G00 X42 N050 G00 W-5 N060 G01 X30 F0.1 N070 G04 X2.0 N080 G00 X42

45 项目四 FANUC 0i 系统面板的基本操作 一 MDI 键盘详细说明 1. 地址 / 数据键该部分包括了机床能够使用的所有字符和数字 我们可以看到, 所有字符键都具有两个功能, 较大的字符为该键的第一功能, 即按下该键可以直接输入该字符, 较小的字符为该键的第二功能, 要输入该字符须先按 SHIFT 键 ( 按 SHIFT 键后, 屏幕上相应位置会出现一个 ^ 符号 ) 然后再按该键 键 6/SP 中 SP 是 空格 的英文缩写 (Space), 也就是说, 该键的第二功能是空格 2. 功能键该组的六个键 ( 标准键盘 ) 用于切换 NC 显示的页面以实现不同的功能 按下该键以显示位置屏幕 按下该键以显示程序屏幕 按下该键以显示偏置 / 设置 (SETTING) 屏幕 按下该键以显示系统屏幕

46 按下该键以显示信息屏幕 按下该键以显示用户宏屏幕 ( 宏程序屏幕 ) 和图形显示屏幕 3. 编辑键 替换键 用输入的数据替代光标所在的数据 插入键 把输入域之中的数据插入到当前光标之后的位置 删除键 删除光标所在的数据 ; 或者删除一个数控程序或者删除全部数控程序 4. 换档键 : 在该键盘上, 有些键具有两个功能 按下 <SHIFT> 键可以在这两个功能 之间进行切换 5. 输入键 : 当按下一个字母键或数字键时, 再按该键数据被输入到缓存区, 并且显 示在屏幕上 要将输入缓存区的数据拷贝到偏置寄存器中等, 请按下该键, 该键与软键上的 [INPUT] 键是等效的 6. 取消键 : 按下该键删除最后一个进入输入缓存区的字符或符号 例如 :>N001X100Z_ 按下 <CAN> 键时,Z 被取消且显示为 :>N001X100_ 7. 复位键 : 按下可以使 CNC 复位或者取消报警等 8. 帮助键 : 当对 MDI 键的操作不明白时, 按下这个键可以获得帮助 ( 帮助功能 ) 9. 光标移动键 : 该键用于将光标向右或向前移动 光标以小的单位向前移动 : 该键用于将光标向左或往回移动 光标以小的单位往回移动 : 该键用于将光标向下或向前移动 光标以大的单位向前移动 10. 换页键 : 该键用于将光标向上或往回移动 光标以大的单位往回移动 : 该键用于将屏幕显示的页面向前翻页 11. 软键 : 该键用于将屏幕显示的页面往回翻页 根据不同的画面, 软键有不同的功能 软键功能显示在屏幕的底端

47 : 菜单继续键 ( 最右边的软键 ) : 菜单返回键 ( 最左边的软键 ) 二 机床操作面板介绍 : 不同机床生产厂家生家的机床, 其机床操作面板各不相同, 但通常由工作模式选择开关 倍率开关 方向键及常用控制键组成 1. 方式选择旋钮 FANUC 公司为其 CNC 系统设计了以下几种工作方式, 通常在机床的操作面板上用回转式波段开关切换或按钮来选择 这些方式是 : 1 编辑 (EDIT) 方式 : 在该方式下编辑零件加工程序 2 手摇进给或步进 (HANDLE/INC) 方式 : 用手摇轮 ( 手摇脉冲发生器 ) 或单步按键使各进给轴正 反移动 3 手动连续进给 (JOG) 方式 : 用手按住机床操作面板上的各轴各方向按钮使所选轴向连续地移动 若按下快速移动按钮, 则使其快速移动 4 存储器 ( 自动 ) 运行 (MEM) 方式 : 用存储在 CNC 内存中的零件程序连续运行机床, 加工零件 5 手动数据输入 (MDI) 方式 : 该方式可用于自动加工, 也可以用于数据 ( 如参数 刀偏量 坐标系等 ) 的输入 用于自动加工时与存储器方式的不同点是 : 该方式通常只加工简单零件, 因此都是现编程序现加工 6 示教编程 : 对于简单零件, 可以在手动加工的同时, 根据要求加入适当指令, 编制出加工程序 7DNC: 用于较大程序的自动加工 通过 RS232 接口将计算机与数控系统连接, 实现边传输边加工 8 回零 : 机床工作前, 一般需返回参考点, 按 +X +Z 按钮, 完成回参考点 2. 各种启动按钮 1 循环起动按钮 在 AUTO 及 MDI 方式下起动程序 2 程序暂停按钮 在程序运行过程中按下此按钮, 系统将停止进出给 ( 主轴仍然旋转 ); 重新按一下循环起动按钮, 程序继续执行 3 手动换刀按钮 每按下该按钮一次, 刀具转过一具刀位 4 冷却泵起动与停止按钮 按一下 ON 按钮, 冷却泵电动机起动, 可以进行冷却 ; 按一下 OFF 按钮, 冷却泵电动机停止 5 手动主轴正 / 反 / 停按钮 在手动方式下, 分别按下这三个按钮可以实现主轴的正转 反转 停止 3. 功能按钮 1 空运行按钮 按下该按钮, 程序中进给速度无效, 均按快速进给速度运行 一般情况下, 这个功能按钮是在试运行程序时运用, 用于检验程序格式等是否正确 2 程序跳跃按钮 该按钮有效时, 当程序执行到前面有反斜杠 / 的程序段时, 系统将跳过这一程序段 3 程序单段按钮 该按钮有效时, 程序每执行完一段即暂停, 按一下循环起动按钮, 程序又执行下一段, 依此类推 4. 其他旋钮 按钮或开关

48 1 电源开关按钮 通常绿色按钮为 ON, 接通系统电源 ; 红色按钮为 OFF, 切断系统电源 2 倍率开关 倍率开关分为主轴倍率开关和进给倍率开关 主轴倍率开关可以改变主轴的转速, 根据开关的百分比改变程序中给定的 S 代码速度 进给倍率开关可以实现 X Z 两轴移动速度的改变, 可以根据实际加工情况灵活调整进给速度 3 急停开关 机床在遇到紧急情况时, 马上拍下急停按钮, 这时机床紧急停止, 主轴也马上紧急刹车 当消除故障因素后, 顺时针旋转急停按钮进行复位, 机床可继续操作 三. 基本操作 ( 一 ) 程序编辑 1. 怎样 " 编写 " 程序 : 1) 将方式开关选择到编辑方式 (EDIT); 2) 选择程序方式 ; 3) 输入文件名, 文件的的格式为 O 开头, 后面跟四位数字的文件号 例 : 输入下面的程序 O1000 O1000 N10 G00 X10 Y10 ; N20 G01 X30 F50; M02; 输入方法如下 : 画面 A. 顺序按下 如果文件存在则会在屏幕上显示程序的内容, 如果要编辑的文件不存在则显示空白的编辑 B. 按下键, 即自动转入下一行, 并自动生成程序段号 C. 依次键入如下键, 即可输入程序, 程序输入后会自动保存到程序存储器中 2. 怎样 " 插入 " 一指令字 : 例 : 在 N20 G01 X30 F50 程序段中的 X30 后插入 Y60 A. 首先用上下左右键把光标放到 X30 处,X30 呈高亮显示 ; B. 输入要插的语句 ; C. 按插入键 3. 怎样 " 删除 " 一指令字 :

49 例 : 删除 N20 G01 X30 F50 程序段中的 X30 A. 首先用上下左右键把光标放到要删除的 X30 处,X30 呈高亮显示 ; B. 点删除键 如果要删除一整行只要把光标置于要删除的行行首, 按下 4. 怎样 更该 一指令字 : 键即可删除整行 例 : 把程序段 N10 G00 X10 Y10 中的 Y10 更改为 Y60 A. 首先用上下左右键把光标放到 Y10 处,Y10 呈高亮显示 ; B. 输入要改的语句 ; C. 点更换键 5. 怎样检索程序 : 例 : 在已存有的多个程序中, 检索 O0014 文件 A. 将方式开关选择到编辑方式 (EDIT); B. 选择程序方式 ; C. 输入要检索的文件 O0014 D. 用鼠标点软菜单 "O 检索 " 如果要检索的文件存在则显示检索到的文件内容 ; 如果要检索的文件不存在则显示文件目录中的第一个文件内容 在自动加工方式下, 如果要从程序中的某一程序段开始加工, 可以用顺序号检索功能, 在程序界面下, 输入要检索的顺序号地址, 按软菜单 N SRH 键, 则找到的顺序号显示在画面的右上角 如果要查看程序的目录, 首先在编辑方式下并在程序编辑状态下, 用鼠标点击软键 "DIR", 则系统显示所有的已经编辑过的文件 6. 怎样删除已经存在的文件 : 例 : 删除已经存在的文件 O1000 A. 首先在编辑方式下并在程序编辑状态下 ( 方法同上 ); B. 输入要删的文件名 ; C. 点删除键 ( 二 ) 机床操作 1. 回参考点 : 机床工作前, 一般需返回参考点, 按 +X +Z 按钮后, 用快速移动速度移动回零点之后, 用一定速度移向参考点 机床回零时, 要求先 X 轴, 后 Z 轴, 防止刀台等碰撞尾架 按如下步骤执行回参考点操作 :

50 1) 在电源开启后, 将方式开关选择到回参考点位置 ; 2) 如果按 +X 键, 则工作台以快速进给方式移向参考点, 返回参考点后 X 零点 指示灯亮 ; 3) 同样按 +Z 完成则 Z 方向上回参考点的操作 2. 手动方式 : (1)JOG 方式将方式选择开关选到手动方式, 在手动方式下, 按机床操作面板上的进给轴和方向选择开关 +X -X +Z -Z, 机床沿选定轴方向运动 手动连续进给速度可使用进给倍率调节, 若配合快速进给键, 机床以快速移动速度运动 (2) 手摇进给将工作方式为手轮方式, 手摇脉冲发生器 ( 手轮 ) 才起作用, 通过旋钮选择 X Z 方向, 同时选择好手轮倍率 (X1 X10 X100) 摇动手轮, 刀台沿选择轴方向移动, 可以通过改变手轮转动的方向实现所选坐标轴的正负方向运动 3. 自动运行方式 (1)MDI 方式 : MDI 方式也叫手动数据输入方式, 它具有从 CRT/MDI 操作面板输入一个程序段的指令并执行该程序的功能 将工作方式选择开关置于 MDI 位置, 按 PROG 按钮, 输入程序段后, 按循环启动按钮, 机床执行 (2) 存储器运行存储器运行方式, 可以从存储器中调用事先编辑的零件加工程序中, 执行自动加工 加工前需完成相应的辅助工作, 包括工件装夹 刀具装夹 刀具补偿值的设置等, 完成所有辅助工作后, 将方式选择开关置于自动位置, 调出事先编好的程序, 按循环启动按钮, 执行加工 四 VNUC 模拟仿真软件的运用 1 仿真实验环境及操作 : 1. 双击电脑桌面上的图标进入, 或者从 windows 的程序菜单中依次展开 legalsoft - VNUC4.0- 网络版 - VNUC4.0 网络版 网络版用户执行上述操作后会出现如 下图 1 所示窗口, 输入用户名和密码后, 按登录键 :

51 进入后, 从软件的主菜单里面 选项 中选择菜单, 进入选择机床对话框, 选择 FANUC0i Mate-TB 系统数控车床如图 2 所示, 屏幕分为左右两部分, 左侧为数控机床仿 真操作区, 右侧为机床控制面板 功能简介如下 仿真操作区 机床控制面板 主 菜 单 图 2 (1). 主菜单 : 七个主菜单 系统功能 文件 显示 工艺流程 工具 选项 教学管理 帮助 点击主菜单, 会出现子菜单如图 2

52 (2). 机床及加工实体图 : 可以从不同视角显示机床及加工区实体 (3). 视图操作 : 扩大和缩小图像 : 按下 将光标移到机床上任意处 按下鼠标左键, 按住并向上 下方 轻轻拖动, 即可放大缩小图像 局部扩大 : 按下 将光标移到机床上需要放大的部位, 按下并拖动鼠标左键, 即可局部 放大 旋转图像 : 按下, 将光标移到机床上任意处 按下鼠标左键, 拖动, 即可旋转图像 移 动图像 : 按下图标, 将光标移到机床上任意处, 按下鼠标左键, 向目的方向拖动鼠标, 至满意位置时松开即可 (4). 机床控制面板 : 显示屏 MDI 键 操作键修调区 单命令条 : 主菜单条 : 操 作 键 选择一个功能项, 则进入该功能下的子菜单 例如, 按下 自动, 进入其下菜单 : 主菜单条 :

53 选择一个功能项, 则进入该功能下的子菜单 例如, 按下 自动, 进入其下菜单 : 然后调节左右按钮可以到达所需的界面 操作键 急停键 : 用于锁住机床 按下急停键时, 机床立即停止运动 循环启动 / 停止 : 在自动和 MDI 运行方式下, 用来启动和停止程序 方式选择键 : 用来选择系统的运行方式 进给轴和方向选择开关 : 点运行方式下, 选择机床欲移动的轴和方向 用于手动连续进给 增量进给和返回机床参考 主轴修调 : 在自动或 MDI 方式下, 当 S 代码的主轴速度偏高 或偏低时, 可用主轴修调键, 修调程序中编制的主轴速度 快速修调 / 进给修调 : 自动或 MDI 方式下, 可用快速修调右侧的键, 修调 G00 快速移动时系统参数 最高快速度 设置的速度 当 F 代码的进给速度偏高或偏低时, 可用进给修调右侧的键, 修调程序中编制的进给速度 手轮进给倍率键 : 在手摇运行方式下, 用来选择进给的倍率 为 0.001, 为 主轴旋转键 : 用来开启和关闭主轴 超程解除 : 当机床运动到达行程极限时, 会出现超程, 系统会发出警告音, 同时紧急停止 要退出超程状态, 可按下该键 ( 指示灯亮 ), 再按与刚才相反方

54 向坐标轴键 手轮 : 在手摇模式下, 运用此手轮进行机床的修调合移动 MDI 键盘 : 按 MDI 键, 进入 MDI 运行方式 SHIFT 键 : 用法与一般计算机键盘类似, 其中上档键按下 shift 键有

55 项目五 数控车床对刀及坐标修调 刀补值的测量过程称为对刀操作 对刀的方法常见有两种 : 试切法对刀 对刀仪对刀 对刀仪又分机械检测对刀仪和光学检测对刀仪 ; 车刀用对刀仪和镗铣类用对刀仪 各类数控机床的对刀方法各有差异, 但其原理及目的是一致的, 即通过对刀操作, 将刀补值测出后输入 CNC 系统, 加工时系统根据刀补值自动补偿两个方向的刀偏量, 使零件加工程序不受刀具 ( 刀位点 ) 安装位置的不同, 而给切削带来影响 一. 试切对刀的步骤 (1) 设置主轴转动选择 MDI 工作方式, 按下 PROG 键, 输入 M03 S600, 按 INSERT 键, 再按 循环启动 键, 机床主轴正转 (2)X 方向对刀在手动方式下移动刀回使其靠近零件, 车削外圆 B 面, 如图所示, 车削长度至够测量工具测量外圆直径即可 车削后不移动 X 轴, 仅沿 +Z 方向退刀 退出足够距离后按下 主轴停止 键, 待主轴停止转动后, 测量已切削外圆的直径 按 OFFSET/SETTING 键, 显示刀具补正画面, 然后按软键 形状, 用光标移动键移动光标到相应刀号的位置, 如 1 号刀在 G01, 输入 X Ф(Ф 为刚才所车外圆直径 ), 按软键 测量, 完成 X 方向对刀 (3)Z 方向对刀在手动方式下按下 主轴正转 键使主轴转动, 移动刀回使其靠近零件, 车削端面 A, 如图所示 车削后不移动 Z 轴, 仅沿 +X 方向退刀 退出足够距离后按下 主轴停止 键, 待主轴停止转动后, 按 OFFSET/SETTING 键, 显示刀具补正画面, 然后按软键 形状, 用光标移动键移动光标到相应刀号的位置, 如 1 号刀在 G01, 输入 Z0, 按软键 测量, 完成 Z 方向对刀 二. 刀具的磨损设置 当刀具出现磨损或更换刀片后, 可以在刀具磨损设置画面中对刀具进行磨损设置 按 OFFSET/SETTING 键, 再按 摩耗 软键即可调出刀具磨损设置画面 当刀具磨损后或工件加工后的尺寸有误差时, 只要修改 刀具磨损设置 画面中每把刀具相应的补偿值中的数值即可 例如某工件外圆直径在粗加工后的尺寸应是 38.5mm, 但实际测得为 38.57mm( 或 38.39mm), 尺寸偏大 0.07mm( 或偏小 0.11mm), 则在 刀具磨损设置 画面所对应刀具 ( 如 1 号刀, 则在 W01 番号中 ) 的 X 向补偿值内输入 ( 或 0.11 ) 如果补偿值中已经有数值, 那么需要在原来数值的基础上进行累加, 把累加后的数值输入 例如原来在 X 向补偿值中已有数值为 -0.05, 则通过累加后输入 ( 或 0.06 ) 当长度方向尺寸有偏差时, 修改方法类同 三 提高工件加工质量的措施 虽然数控车床加工和普通机床相比较, 工件的加工质量已大大提高, 但随着生产的发展和

56 更高的质量要求, 仍需要在数控加工的过程中, 对各种不利于工件质量的因素进行分析, 并采取相应的措施, 以更充分地发挥数控加工的优势, 获取最佳的效果 在数控机床加工中, 影响其工件加工质量的因素很多, 并贯穿在整个加工过程 如机床主体 ( 含机械附件 ) 刀具 ( 含预调 ) 夹具 程序编制与校验等方面的诸多因素, 都可能影响到工件加工后的尺寸 形状和位置精度以及表面质量 由于影响工件加工质量的因素是多方面的, 故针对这些影响因素而应采取的措施也是多种多样的 在掌握必需的理论知识之后, 重要的是在车削加工过程中不断地探索 积累 总结和丰富其实践经验, 才能针对不同问题而采取行之有效的措施 这里仅提出一些解决的思路, 供在数控车削实践中参考 1. 正确选择车刀类型在尖形车刀 圆弧形车刀和成型车刀中, 尖形车刀的使用率最高, 精车和粗车都可选用 在选用尖形车刀时, 除应注意到刀尖的强度是否足够外, 还应考虑其主 副偏角的大小是否会产生加工干涉等方面 圆弧形车刀主要用于精车和对特殊形面进行的车削 需要注意的是, 圆弧形车刀的刀刃形状必须是圆度或其线轮廓度误差很小的圆弧, 不是随便或近似刃磨一个 圆弧 就可以的, 因为圆弧形车刀的切削过程是按 相对滚动原理 而进行的 2. 减小刀尖圆弧半径对加工的影响任何尖形车刀的刀尖都不可能很 尖, 但对较多的零件及其加工, 是不允许其刀尖圆弧半径过大的, 如有的台阶类零件的阶台根部要求 清角, 则是其中一例 在图样要求和工艺许可的情况下, 尖形车刀的刀尖刃磨成一定半径的圆弧过渡刃, 不仅可提高刀尖的强度, 还对提高工件的表面质量有益 即使这样, 在精车时仍必须控制其刀尖圆弧半径的大小及其圆度误差, 以便通过计算修正值给予补正 又因计算其修正值和控制刀刃的圆度误差比较棘手, 故精车时也常常采用尽量小的刀尖圆弧半径 3. 解决刀尖中心高误差的途径 (1) 控制刀尖中心高误差的意义在任何情况下, 都应尽量减小刀尖中心高误差, 因它对车削加工没有益处 对于被切平面或车削无孔端面的轴心处不允许有凸痕的切断或端面车削, 以及对除圆柱形之外的其他轮廓形状工件所进行的精加工, 都要求将车刀的刀尖中心高误差严格控制在工件精度允许的范围内, 以免产生如圆锥表面的双曲线误差或成型表面的线轮廓度等误差, 并不可能通过诸如简单修改加工程序等方法给予补正 (2) 消除中心高误差影响工件质量的办法 1 采用多种便于调整其中心高的方法为了经常性地保持车刀的刀尖中心高符合要求, 应尽量采用标准化车刀或专门刃磨后的车刀, 如刀尖等高的方刀体不重磨车刀等 ; 还可采用具有一系列厚度 硬度及平行的标准垫片或斜面错齿可调垫块进行调整等 2 车削圆柱形表面时, 一般应控制刀尖中心高误差不超过 1 mm, 因为该误差值过大会增大车刀前 后角的变化, 反而对车削带来更多的不利影响 ; 当用任一把车刀加工不同直径的圆柱表面时, 其刀尖中心高误差将始终保持为定值, 只要该误差未超过 1mm, 都可在编程中通过测定出的 h 对所车直径的进给位移量给予修正 3 在切断以及车削除圆柱形表面外的其他表面时, 只能通过前述确定刀尖中心高误差的方法, 反复进行试车削 测量 计算及调整过程, 直至其刀尖中心高误差接近或为零 对其中的高精 度工件加工, 该过程应一丝不苟地进行, 力求准确, 决不可凭眼力大概看一下 ( 差不多 ) 就认为 达到要求了

57 项目六 数控车床编程及操作训练 一 阶梯轴的加工 ( 一 ) 基础知识 1. 刀具的选择车端面 外圆 台阶时常用的刀具有 90º 的尖形车刀和 45º 的尖形车刀, 由于刀位的限制, 数控车床常用 90º 的尖形车刀完成车外圆 端面 台阶 倒角 去锐等加工 2. 车和精车的概念粗车是以合理的切削用量尽可能快地将余量车掉, 并留下 0.2~0.5mm 左右余量精车 精车是使工件获得精确的尺寸和规定的表面粗糙度的加工过程, 故应考虑取较小的进给量, 具体根据切削的刀具和被加工的材料来确定 3. 加工路线的确定在加工过程中, 应考虑尽可能地减少换刀次数和走刀时间 应考虑尽可能在加工程序上用一把刀具加工零件上的全部相同的加工部位, 然后再换下一把刀具, 并考虑以下几个原则 : 1 先粗后精 2 先近后远 这里的远近是车削部位相对于对刀点的距离的大小来区分的, 采用先近后远可减小空行程时间 ( 二 ) 加工练习如图所示阶梯轴加工练习 1. 确定刀具 1 号刀为 90º 粗车刀 ;3 号刀为 90º 精车刀 2. 装夹方式

58 用三爪卡盘装夹 Φ40 毛坯外圆, 使工件伸出卡盘 60mm 3. 设置工件零点以毛坯右端面中心为工件坐标系零点建立工件坐标系 4. 根据图样确定加工路线 1 取 1 号刀粗车端面及外圆, 留 0.2mm 精车余量 2 精车外圆到尺寸 5. 编制程序 1 尺寸计算认真计算刀具运动的起点和终点坐标 ( 说明 : 长度公差一般取一半 ; 外圆公差取中差偏下 ; 孔取中差偏上 ) 2 程序 : P01 N0010 GO0 X100 Z100 ( 快速点定位到点 X100Z100) N0020 M03 S600 ( 主轴以每分钟 600 转的速度正转 ) N0030 T0101 ( 取 1 号刀 ) N0040 G00 X42 Z0 ( 快速点定位, 准备车端面 ) N0050 G01 X-1 F50 ( 以每分钟 50mm 的速度车端面 ) N0060 G00 Z1 ( 退刀 ) N0070 G00 X40 ( 退刀并定位到 X40 处准备车外圆 ) N0080 G92 X32.2 Z-37 R32.2 I-2 K-1 F80 ( 粗车外圆到 Φ32.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0090 G01 X34 (X 方向退刀 ) N0100 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0110 G00 X32 ( 点定位到 X32mm 处 ) N0120 G92 X24.2 Z-22 R24.2 I-2 K-1 F80 ( 粗车外圆到 Φ24.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0130 G01 X26 (X 方向退刀 ) N0140 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0150 G00 X24 ( 点定位到 X24mm 处 ) N0160 G92 X14.2 Z-10 R14.2 I-2 K-1 F80 ( 粗车外圆到 Φ14.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0170 G01 X16 (X 方向退刀 ) N0180 G00 X100 Z100 ( 回 X100 Z100 换刀 ) N0190 T0303 ( 换 3 号刀 ) N0200 G00 X13.98 Z1 S800 ( 定位到 X13.98 Z1, 准备精车外形, 变转速 800 转 / 每分钟 ) N0210 G01 Z-10 F50 ( 精车 Φ14 外圆 ) N0220 G01 X23.98 ( 精车台阶 ) N0230 G01 Z-22 ( 精车 Φ24 外圆 ) N0240 G01 X31.97 ( 精车台阶 ) N0250 G01 Z-37 ( 精车 Φ32 外圆 ) N0260 G01 X40 ( 抬刀 ) N0270 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0280 T10101 ( 换回 1 号刀 )

59 N0290 M05 ( 主轴停 ) N0300 M02 ( 程序结束 ) 6. 加工操作 1 装夹刀具, 并建立刀具补偿, 设定好工件坐标原点 2 输入程序检查并模拟加工 3 单步加工, 试切削, 测量并修改有关数据 4 自动运行加工 5 检验 ( 三 ) 注意事项 1 加工工件时, 刀具和工件必须夹紧 2 切削加工时不能使用 G00 指令 3 在编程时 X 方向的坐标值应是直径方向的尺寸 4 换刀时注意退刀, 防止与工件和尾座碰撞 5 输入程序后, 单段空运行, 检查程序的合理性 二 沟槽的加工与切断 ( 一 ) 切槽加工中的基本知识 1. 外圆沟槽的作用 1 使装配在轴上的零件有正确的轴向位置 2 螺纹加工时作为退刀槽使用 2. 刀具的选择 (1) 切断刀的长度和宽度确定 1 切断刀的刀头宽度经验计算公式为 : a (0.5~0.6)D/2mm 式中 a 主刀刃宽度,mm; D 被切断工件的直径,mm 2 刀头部分长度 L 的确定 切断实心材料 :L=D/2+(2~3)mm 切断空心材料 :L=h+(2~3)mm 其中 h 为被切工件的壁厚 (2) 切槽刀长度和刀头宽度的确定 1 切槽刀的刀头宽度一般根据工件的槽宽 机床的功率和刀具的强度综合考虑确定 2 切槽刀的长度为 : L= 槽深 +(2~3)mm ( 二 ) 加工练习练习一窄槽的加工 1. 根据图样加工工件

60 2. 确定刀具 1 号刀为 90º 粗车刀 ;2 号刀为切断刀 ( 刀宽 4mm, 刀具补偿设置在左刀尖处 ) 3. 装夹方式用三爪卡盘装夹 Φ40 毛坯外圆, 使工件伸出卡盘 70mm 4. 设置工件零点以毛坯右端面中心为工件坐标系零点建立工件坐标系 5. 根据图样确定加工路线 1 取 1 号刀粗车端面及外圆, 留 0.2mm 精车余量 2 倒角并精车外圆到尺寸 3 取 2 号刀切槽 4 倒角并切断 6. 编制程序 1 尺寸计算认真计算刀具运动的起点 终点坐标 2 程序 : P01 N0010 GO0 X100 Z100 ( 快速点定位到点 X100Z100) N0020 M03 S600 ( 主轴以每分钟 600 转的速度正转 ) N0030 T0101 ( 取 1 号刀 ) N0040 G00 X42 Z0 ( 快速点定位, 准备车端面 ) N0050 G01 X-1 F50 ( 以每分钟 50mm 的速度车端面 ) N0060 G00 Z1 ( 退刀 ) N0070 G00 X38.2 ( 退刀并定位到 X38.2 处准备车外圆 ) N0080 G01 Z-52 F80 ( 粗车外圆到 Φ32.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0090 G01 X40 (X 方向退刀 ) N0100 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0110 G00 X34 S800 ( 点定位到 X34mm 处 ) N0120 G01 Z0 F100 ( 点定位到 Z0mm 处 ) N0130 G01 X37.98 Z-2 F50 ( 倒角 ) N0140 G01 Z-52 ( 车外圆 ) N0150 G01 X40 ( 抬刀 ) N0160 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0170 T0202 ( 换刀 ) N0180 G00 X40 Z-28 S400 ( 定位准备切槽, 变速度为 400 转每分钟 ) N0190 G01 X32 F30 ( 切槽 )

61 N0200 G04 K2 ( 暂停 2 秒钟修光槽底 ) N0210 G01 X40 F100 ( 工进退刀到 X40 处 ) N0220 G00 X42 ( 快速退刀到 X42 处 ) N0230 G00 Z-54 ( 定位到 Z-54 处 ) N0240 G01 X34 F30 ( 先切 2mm 槽 ) N0250 G01 X38 F100 ( 退刀准备割断 ) N0260 G01 Z-52 ( 定位 ) N0270 G01 X34 Z-54 F30 ( 倒角 ) N0280 G01 X-1 ( 割断 ) N0290 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0300 T0101 ( 换回 1 号刀 ) N0310 M05 ( 主轴停 ) N0320 M02 ( 程序结束 ) 6. 加工操作 1 装夹刀具, 并建立刀具补偿, 设定好工件坐标原点 2 输入程序检查并模拟加工 3 单步加工, 试切削, 测量并修改有关数据 4 自动运行加工 5 检验 练习二宽槽的加工根据图样练习加工工件 分析该宽槽属于连续多刀切削, 可以用 G25 编制循环语句来加工 1. 确定刀具 1 号刀为 90º 粗车刀 ;2 号刀为切断刀 ( 刀宽 4mm, 刀具补偿设置在左刀尖处 ) 2. 装夹方式用三爪卡盘装夹 Φ40 毛坯外圆, 使工件伸出卡盘 70mm 3. 设置工件零点以毛坯右端面中心为工件坐标系零点建立工件坐标系 4. 根据图样确定加工路线 11 号刀粗车端面及外圆, 留 0.2mm 精车余量 2 倒角并精车外圆到尺寸 3 取 2 号刀循环切槽 4 倒角并切断 5. 编制程序

62 1 尺寸计算认真计算刀具运动的起点 终点坐标 2 程序 : P01 N0010 GO0 X100 Z100 ( 快速点定位到点 X100Z100) N0020 M03 S600 ( 主轴以每分钟 600 转的速度正转 ) N0030 T0101 ( 取 1 号刀 ) N0040 G00 X42 Z0 ( 快速点定位, 准备车端面 ) N0050 G01 X-1 F50 ( 以每分钟 50mm 的速度车端面 ) N0060 G00 Z1 ( 退刀 ) N0070 G00 X38.2 ( 退刀并定位到 X38.2 处准备车外圆 ) N0080 G01 Z-52 F80 ( 粗车外圆到 Φ38.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0090 G01 X40 (X 方向退刀 ) N0100 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0110 G00 X34 S800 ( 点定位到 X34mm 处 ) N0120 G01 Z0 F100 ( 点定位到 Z0mm 处 ) N0130 G01 X37.98 Z-2 F50( 到角 ) N0140 G01 Z-52 ( 车外圆 ) N0150 G01 X40 ( 抬刀 ) N0160 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0170 T0202 ( 换刀 ) N0180 G00 X40 Z-21 S400 ( 定位准备切槽, 变速度为 400 转每分钟 ) N0190 G92 X40(G25 循环切槽 ) N0200 G01 X-8 F30 ( 切槽 ) N0210 G04 K2 ( 暂停 2 秒 ) N0220 G01 X8 F100 ( 退刀 ) N0230 G00 Z-2.8 ( 每次循环向左进 2.8mm) N0240 G90 G00 X42 ( 退刀到 X42mm 处 ) N0250 G00 Z-54 ( 定位到 Z-54 处 ) N0260 G01 X34 F30 ( 先切 2mm 槽 ) N0270 G01 X38 F100 ( 退刀准备割断 ) N0280 G01 Z-52 ( 定位 ) N0290 G01 X34 Z-54 F30 ( 全倒角 ) N0300 G01 X-1 ( 割断 ) N0310 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0320 T0101 ( 换回 1 号刀 ) N0330 M05 ( 主轴停 ) N0340 M02 ( 程序结束 ) 6. 加工操作 1 装夹刀具, 并建立刀具补偿, 设定好工件坐标原点 2 输入程序检查并模拟加工 3 单步加工, 试切削, 测量并修改有关数据 4 自动运行加工

63 5 检验 ( 三 ) 注意事项 1 切槽 切断时, 刀头宽度不能过宽, 否则易振动 2 安装切槽刀时, 主切削刃必须和工件的轴线平行 3 如果加工较宽的沟槽时, 每次分层切削进给要有重叠部分 4 安装切断刀时, 刀具必须和工件中心对准 5 切断时, 切断点应离卡盘近些 6 切断时, 进给速度不易过大 7 切断时要及时注意排屑的顺畅, 否则易将刀头折断 8 一夹一顶装夹工件时, 不能直接把工件切断, 以防切断时工件飞出 三 圆锥面的加工 ( 一 ) 圆锥的基础知识 1. 圆锥参数由圆锥表面与一定的尺寸所限定的几何体, 称为圆锥 常用的圆锥的参数有 : 1 最大圆锥直径 D 2 最小圆锥直径 d 3 圆锥长度 L 4 圆锥半角 (α/2) Tan(α/2)=(D-d)/2L 5 锥度 C,[C=(D-d)/L=2 Tan(α/2)], 尺寸标注中常标注 C, 注意 C 与 D d L 之间的换算 ( 二 ) 加工练习根据图样练习加工工件

64 1. 确定刀具 1 号刀为 90º 粗车刀 ;2 号刀为精车刀 ;3 号刀为切断刀 ( 刀宽 4mm, 刀具补偿设置在左刀尖处 ) 2. 装夹方式用三爪卡盘装夹 Φ40 毛坯外圆, 使工件伸出卡盘 70mm 3. 设置工件零点以毛坯右端面中心为工件坐标系零点建立工件坐标系 4. 根据图样确定加工路线 1 取 1 号刀粗车端面及外圆, 留 0.2mm 精车余量 2 取 2 号刀倒角并精车外形到尺寸 3 取 3 号刀倒角并切断 5. 编制程序 ( 以华兴 21 车床程序编制为例 ) 1 尺寸计算认真计算刀具运动的起点 终点坐标 2 程序 : N0010 GO0 X100 Z100 ( 快速点定位到点 X100Z100) N0020 M03 S600 ( 主轴以每分钟 600 转的速度正转 ) N0030 T0101 ( 取 1 号刀 ) N0040 G00 X42 Z0 ( 快速点定位, 准备车端面 ) N0050 G01 X-1 F50 ( 以每分钟 50mm 的速度车端面 ) N0060 G00 Z1 ( 退刀 ) N0070 G00 X38.2 ( 退刀并定位到 X38.2 处准备车外圆 ) N0080 G01 Z-52 F80 ( 粗车外圆到 Φ38.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0090 G01 X40 (X 方向退刀 ) N0100 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0110 G00 X38 ( 点定位到 X38mm 处 ) N0120 G92 X24.2 Z-7 R24.2 I-2 K-0.2 F80 ( 循环车削外圆到 Φ24.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0130 G01 X38 F200 ( 退刀 ) N0140 G92 X30.2 Z-27 R24.2 I-2 K-0.2 F80 ( 循环车削锥度到 Φ30.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0150 G01 X38 F200 ( 抬刀 ) N0160 G92 X38.2 Z-42 R30.2 I-2 K-0.2 F80 ( 循环车削锥度到 Φ38.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0170 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0180 T0202 ( 换刀 ) N0190 G00 X20 Z1 S800 ( 定位准备倒角, 变速度为 800 转每分钟 ) N0200 G01 Z0 F50 ( 定位到 X20 Z-1) N0210 G01 X23.98 Z-2 ( 倒角 ) N0220 G01 Z-7 ( 车削 Φ24 的外圆 ) N0230 G01 X29.97 Z-27 ( 车削小锥度 ) N0240 G01 X37.98 Z-42 ( 车削大锥度 ) N0250 G01 Z-52 ( 车削 Φ38 外圆 ) N0260 G01 X40 ( 退刀 )

65 N0270 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0280 T0303 ( 换 3 号刀 ) N0290 G00 X42 Z-54 S400( 定位 ) N0300 G01 X34 F30 ( 先割 2mm 的槽 ) N0310 G01 X38 F200 ( 退刀 ) N0320 G01 Z-52 ( 倒角定位 ) N0330 G01 X34 Z-54 F30 ( 倒角 ) N0340 G01 X-1 ( 割断 ) N0350 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0360 T1 ( 换回 1 号刀 ) N0370 M05 ( 主轴停 ) N0350 M02 ( 程序结束 ) 6. 加工操作 1 装夹刀具, 并建立刀具补偿, 设定好工件坐标原点 2 输入程序检查并模拟加工 3 单步加工, 试切削, 测量并修改有关数据 4 自动运行加工 5 检验 三 注意事项 1 加工圆锥时刀具必须严格对准中心, 否则易出现双曲线误差 2 加工圆锥时, 锥度由各坐标确定, 故尺寸计算必须准确 3 倒锥注意副切削刃的角度, 不要刮到锥度表面 4 更换刀具后, 刀具的位置和半径补偿均可能变化, 故要注意及时修改 5 粗加工圆锥时, 必须车出锥度, 以保证精车时余量均等 四 特形面的加工 一 特形面的基本知识 1. 加工特形面时常用的刀具加工特形面时常用的刀具可以分成尖形车刀和圆弧形车刀两大类, 而华兴 21 车床没有刀具半径补偿, 用圆弧刀要人工计算轨迹, 比较麻烦, 故常用尖形车刀 选择尖形车刀时要考虑以下两个原则 : 1 要保证刀具有足够的强度 2 要合理的选择车刀的副偏角 2. 复合圆弧的基点计算方法一三角计算法其实质是几何图形的描述过程转化为三角关系 ( 直角三角形和斜三角形 ), 再通过三角函数的应用, 计算得到所要求的结果 适合职业中学的学生进行一些简单的点的计算 方法二计算机分析法其实质是借助于各种 CAD 软件中的图形分析功能进行各点之间的分析和测量 要求学生要较好的掌握一种 CAD 软件, 适合职业中学的学生进行一些比较复杂的点的计算 二 加工练习根据图样练习加工工件

66 倒 2-2*45º 角分析该工件圆球两半的总切削深度不相同, 如果采用一个循环的话, 存在空走刀的现象, 分成两次循环, 减少空走刀时间 1. 确定刀具 1 号刀为 90º 粗车刀 ;2 号刀为尖刀 ( 注意刀的副偏角 );3 号刀为切断刀 ( 刀宽 4mm, 刀具补偿设置在左刀尖处 ) 2. 装夹方式用三爪卡盘装夹 Φ35 毛坯外圆, 使工件伸出卡盘 60mm 3. 设置工件零点以毛坯右端面中心为工件坐标系零点建立工件坐标系 4. 根据图样确定加工路线 1 取 1 号刀粗车端面, 外圆及圆弧的右半, 留 0.2mm 精车余量 2 取 3 号刀切槽, 留 0.2 mm 精车余量 3 取 2 号刀粗车圆弧的左半, 留 0.2mm 精车余量, 精车外形并倒角 4 取 3 号刀倒角并切断 5. 编制程序 ( 以华兴 21 车床程序编制为例 ) 1 尺寸计算认真计算刀具运动的起点 终点坐标 2 程序 : P01 N0010 GO0 X100 Z100 ( 快速点定位到点 X100Z100) N0020 M03 S600 ( 主轴以每分钟 600 转的速度正转 ) N0030 T0101 ( 取 1 号刀 ) N0040 G00 X37 Z0 ( 快速点定位, 准备车端面 ) N0050 G01 X-1 F50 ( 以每分钟 50mm 的速度车端面 ) N0060 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0070 G00 X35 (X 方向退刀 ) N0080 G92 X30.2 Z-45 R30.2 I-2 K-0.2 F80 ( 循环车外圆到 Φ30.2mm, 留 0.2mm 精车 ) N0090 G01 X32 (X 方向退刀 ) N0100 G00 Z0 (Z 方向退刀并定位到 Z0 处 ) N0110 G01 X30.2 F200 ( 定位到循环开始点 X30.2 Z0 处 ) N0120 G92 X30.2 (G25 循环 )

67 N0130 G01 X-2 F100 ( 每次循环 X 方向进 2mm) N0140 G03 X30 Z-15 R15 F80 ( 圆弧插补 ) N0150 G00 X2 ( 抬刀 ) N0160 G00 Z15 (Z 方向退刀 ) N0170 G00 X-30 (X 方向快进 30mm) N0180 G01 X-2 F200 (X 方向工进 2mm) N0190 G90 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0200 T0303 ( 换割刀 ) N0210 G00 X32 Z-31 S400 ( 定位并换速度为每分钟 400 转 ) N0220 G01 X18.2 F30 ( 切槽, 留 0.2mm 精车 ) N0230 G01 X32 F200 ( 退刀 ) N0240 G00 Z-33 ( 定位到槽左端点 ) N0250 G01 X18.2 F30 ( 第二次切槽 ) N0260 G01 X32 F200 ( 退刀 ) N0270 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0280 T2 ( 换尖刀 ) N0290 G00 X42.2 Z-15 ( 定位到 X42.2Z-15 处准备圆弧循环 ) N0300 G92 X42.2 (G25 循环 ) N0310 G91 G01 X-2 F200 ( 每次循环 X 方向进 2mm) N0320 G03 X-12 Z-12 R15 F50( 圆弧插补 ) N0330 G00 X12 (X 方向退刀 ) N0340 G00 Z12 (Z 方向退刀 ) N0350 G90 G00 X32 ( 抬刀 ) N0360 G00 Z1 (Z 方向退刀 ) N0370 G00 X0 S600 ( 快进到 X0 处 ) N0380 G01 Z0 F100 ( 工进到 X0Z0 处, 准备精车 ) N0390 G03 X18 Z-27 R14.99 F30 ( 精车圆弧 ) N0400 G01 Z-33 ( 精车槽底 ) N0410 G01 X26 F100 ( 退刀, 准备到角 ) N0420 G01 X29.98 Z-35 F30 ( 倒角 ) N0430 G01 Z-45 ( 精车 Φ 外圆 ) N0440 G01 X32 ( 退刀 ) N0450 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0460 T0303 ( 换切槽刀 ) N0470 G00 X37 Z-47 S400 ( 定位 ) N0480 G01 X26 F30 ( 先切 2mm 深的槽 ) N0490 G01 X30 F200 ( 退刀 ) N0500 G01 Z-45 ( 向右移 2mm, 准备倒角 ) N0510 G01 X26 Z-47 F30 ( 倒角 ) N0520 G01 X-1 ( 割断 ) N0530 G00 X100 Z100 ( 回换刀点 ) N0540 T0101 ( 换回 1 号刀 ) N0550 M05 ( 主轴停 )