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数控车床编程基础与实例详解

作者: 缅甸腾龙 来源: 未知 发布时间:2019-03-12

数控车床编程基础与实例详解

第1节:数控车床的编程基础

数控车编程步骤如下:

一、产品图样分析

1、尺寸是否完整。

2、产品精度、粗糙度等要求。

3、产品材质、硬度等。

二、工艺处理

1、加工方式及设备确定。

2、毛坯尺寸及材料确定。

3、装夹定位的确定。

4、加工路径及起刀点、换刀点的确定。

5、刀具数量、材料、几何参数的确定。

6、切削参数的确定。

(1)背吃刀量:

影响背吃刀量的因素有:粗、精车工艺、刀具强度、机床性能、工件材料及表面粗糙度。

(2)进给量:

进给量影响表面粗糙度。影响进给量的因素有:

①粗、精车工艺。粗车进给量应较大,以缩短切削时间;精车进给量应较小以降低表面粗超度。一般情况下,精车进给量小于0.2mm/r 为宜,但要考虑刀尖圆弧半径的影响;粗车进给量大与 0.25mm/r 。

②机床性能。如功率、刚性。

③工件的装夹方式。

④刀具材料及几何形状。

⑤背吃刀量。

⑥工件材料。工件材料较软时,可选择较大进给量;反之,可选较小进给量。

( 3 )切削速度:

速度的大小可影响切削效率、切削温度、刀具耐用度等。

影响切削速度的因素有:刀具材料、工件材料、刀具耐用度、背吃刀量与进给量、刀具形状、切削液、机床性能。

三、数学处理

1、编程零点及工件坐标系的确定。

2、各节点数值计算。

四、其它主要内容

1、按规定格式编写程序单。

2、按“程序编辑步骤”输入程序,并检查程序。

3、修改程序。

 

一、数控车编程特点

(1) 可以采用绝对值编程(用X、Z表示)、增量值编程(用U、W表示)或者二者混合编程。(2) 直径方向(X方向) 系统默认为直径编程,也可以采用半径编程,但必须更改系统设定。(3) X向的脉冲当量应取Z向的一半。(4)采用固定循环,简化编程。(5) 编程时,常认为车刀刀尖是一个点,而实际上为圆弧,因此,当编制加工程序时,需要考虑对刀具进行半径补偿。

 

二、数控车的坐标系统

加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致,X轴对应径向,Z轴对应轴向,C轴(主轴)的运动方向则以从机床尾架向主轴看,逆时针为+C向,顺时针为-C向,如图2.1.1所示:

加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置,一般在工件的右端面或左端面上。

 

数控车床编程基础与实例详解

 

 

三、直径编程方式

在车削加工的数控程序中,X轴的坐标值取为零件图样上的直径值,如图2.1.2所示:图中A点的坐标值为(30,80),B点的坐标值为(40,60)。采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致,这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误,给编程带来很大方便。

 

数控车床编程基础与实例详解

 

 

四、进刀和退刀方式

对于车削加工,进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点,再改用切削进给,以减少空走刀的时间,提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关,应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。如图2.1.3所示。

 

 

数控车床编程基础与实例详解

 

 

五、绝对编程与增量编程

X、Z表示绝对编程,U、W表示增量编程,允许同一程序段中二者混合使用。

 

数控车床编程基础与实例详解

 

 

如图2.1.4所示,直线A→B ,可用:

绝对: G01 X100.0 Z50.0;相对: G01 U60.0 W-100.0;混用: G01 X100.0 W-100.0; 或 G01 U60.0 Z50.0;

 

第2节:数控车床的基本编程方法

数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等,在分析了数控车床工艺装备和数控车床编程特点的基础上,下面将结合配置FANUC-0i数控系统的数控车床重点讨论数控车床基本编程方法。

一、坐标系设定

编程格式 G50 X~ Z~

式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。G50使用方法与G92类似。

在数控车床编程时,所有X坐标值均使用直径值,如图2.1.5所示。

例:按图2.1.5设置加工坐标的程序段如下:

G50 X 121.8 Z 33.9

 

数控车床编程基础与实例详解

 

 

工件坐标系的选择指令 G54~G59

 

数控车床编程基础与实例详解

 

 

例如,用G54指令设定如图所示的工件坐标系。

首先设置G54原点偏置寄存器:

 

G54 X0 Z85.0;

然后再在程序中调用:

 

N010 G54;

说明:

1、G54~G59是系统预置的六个坐标系,可根据需要选用。2、G54~G59建立的工件坐标原点是相对于机床原点而言的,在程序运行前已设定好,在程序运行中是无法重置的。3、G54~G59预置建立的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值可用 MDI 方式输入,系统自动记忆。4、使用该组指令前,必须先回参考点。5、G54~G59为模态指令,可相互注销。

 

二、基本指令G00、G01、G02、G03、G04、G28

1.快速点位移动G00

格式:G00X(U)_Z(W)_;其中,X(U)_、Z(W)_为目标点坐标值。

 

2.直线插补G01

格式:G01 X(U)_Z(W)_ F_;其中,X(U)、Z(W)为目标点坐标,F为进给速度。

机床执行G01指令时,如果之前的程序段中无F指令,在该程序段中必须含有F指令。G01和F都是模态指令。

3.圆弧插补G02、G03

顺时针圆弧插补用G02指令,逆时针圆弧插补用G03指令。

1) 用圆弧半径R和终点坐标进行圆弧插补

格式:G18 G02(G03)X(U)_Z(W)_ R _ F_;其中:X(U)和Z(W)为圆弧的终点坐标值,

绝对值编程方式下用X和Z,增量值编程方式下用U和W。规定圆弧对应的圆心角小于等于180°时,用“+R”表示;反之,用“-R”表示。

F为加工圆弧时的进给量。

2) 用分矢量和终点坐标进行圆弧插补

格式:G18 G02(G03)X(U)_Z(W)_I _K _F_;其中:X(U)和Z(W)为圆弧的终点坐标值,绝对值编程方式下用X和Z,增量值编程方式下用U和W。

I、K分别为圆弧的方向矢量在X轴和Z轴上的投影(I为半径值)。当分矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取负号。如图2.1.7所示,图中所示I和K均为负值。

数控车床编程基础与实例详解

 

 

4.暂停指令G04

格式:G04 X(P)_;其中,X(P)为暂停时间。X后用小数表示,单位为秒;P后用整数表示,单位为毫秒。

 

如:

G04 X2.0表示暂停2秒;G04 P1000表示暂停1000毫秒。

 

5.返回参考点指令G28

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参考点。

格式:G28 X _Z _;其中,X、Z是中间点的坐标值。

 

三、有关单位设定

1、尺寸单位选择:

格式:G 20 英制输入制式 英寸输入G 21 公制输入制式 毫米输入 (默认)

2、进给速度单位的设定

每转进给量 编程格式 G95 F~F后面的数字表示的是主轴每转进给量,单位为mm/r。

 

例:G95 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r。

每分钟进给量 编程格式G94 F~ F后面的数字表示的是每分钟进给量,单位为 mm/min。

 

例:G94 F100 表示进给量为100mm/min。

四、编程举例与经典习题

1、车床实例

实验题图:

数控车床编程基础与实例详解

 

 

实验题仿真:

数控车床编程基础与实例详解

 

 

 

毛坯:60*200

T0101:外圆车刀,Tool 2,刀片:三角形

N10 T0101 G99 S600 M03;换1号刀,加刀补,每转进给速度,主轴正转,转速600r/min

N20 G00 X80 Z100;车刀快速移动至X80,Z100

N30 Z4; 车刀移动至Z4处

N40 G73 U10 W2 R4;粗车循环,X向切除的总余量10mm半径值,Z方向切除的总余量为2mm,粗车循环的次数为4

N50 G73 P60 Q150 U2 W0.2 F1;加工轮廓从60行开始,150行结束,X加工余量2,Z加工余量0.2,进给率1mm/转

N60 G00 X0;开始车轮廓,快速至X0

N70 G01 Z0;直线插补到Z0

N80 G03 X40 Z-20 R20;逆时针圆弧插补

N90 G01 X50;直线插补

N100 W-20;直线插补

N110 G02 U0 W-25 R20;顺时针圆弧插补

N120 G01 W-10;直线插补

N130 G03 U0 W-24 R20;逆时针圆弧插补

N140 G01 W-10;直线插补

N150 X65;直线插补,轮廓结束

N160 G70 P60 Q150 F1;精车循环

N170 G00 Z100;快速移动至Z100

N180 M30;程序结束并返回程序起点

2.什么是模态和非模态G代码?

答:持续有效的G代码为模态G代码;只在某一程序段内有效的G代码为非模态G代码。

3.什么是初始和后置G代码?

答:开机有效的G代码为初始G代码;开机时未生效,需要用到时必须书写的G代码为后置G代码。

3.顺、逆圆弧是如何判别的?

答:从第三轴正方向往负方向看,刀具做顺时针圆弧运动为顺圆插补,用G02;刀具做逆时针圆弧运动为逆圆插补,用G03。

4.简述辅助功能指令M00与M01的异同。

答:相同点:都是程序暂停指令,使用时放置在程序的中间。不同点:M00是无条件的,M01是有条件的,程序执行到M01程序段是否会停止取决于控制面板上的“选择停”按钮是否已经按下。

5.主轴正、反转是如何判别的?

答:从主轴尾部向主轴头部看,主轴顺时针旋转为M03,主轴逆时针旋转为M04。

数控车床编程入门知识

车床的坐标系与运动方向的规定

1、永远假定工件静止,刀具相对于工件移动。

2、坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-1所示大拇指的方向为X轴的正方向,食指指向为Y轴的正方向,中指指向为Z轴的正方向。在确定了X、Y、Z坐标的基础上,根据右手螺旋法则,可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。

数控车床编程基础与实例详解

 

图1-1右手直角笛卡尔坐标系

3、规定Z坐标的运动由传递切削动力的主轴决定,与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴,X轴为水平方向,平行于工件装夹面并与Z轴垂直。

4、规定以刀具远离工件的方向为坐标轴的正方向。

依据以上的原则,当车床为前置刀架时,X轴正向向前,指向操作者,如图1-2所示;当机床为后置刀架时,X轴正向向后,背离操作者,如图1-3所示。

 

数控车床编程基础与实例详解

 

图1-2水平床身前置刀架式数控车床的坐标系

数控车床编程基础与实例详解

 

图1-3倾斜床身后置刀架式数控车床的坐标系

机床坐标系

机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的ZOX轴直角坐标系。

1、机床原点

机床原点(又称机械原点)即机床坐标系的原点,是机床上的一个固定点,其位置是由机床设计和制造单位确定的,通常不允许用户改变。数控车床的机床原点一般为主轴回转中心与卡盘后端面的交点,如图1-4所示。

数控车床编程基础与实例详解

 

图1-4 机床原点

2、机床参考点

机床参考点也是机床上的一个固定点,它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。作用主要是用来给机床坐标系一个定位。因为如果每次开机后无论刀架停留在哪个位置,系统都把当前位置设定成(0,0),这就会造成基准的不统一。

数控车床在开机后首先要进行回参考点(也称回零点)操作。机床在通电之后,返回参考点之前,不论刀架处于什么位置,此时CRT上显示的Z与X的坐标值均为0。只有完成了返回参考点操作后,刀架运动到机床参考点,此时CRT上显示出刀架基准点在机床坐标系中的坐标值,即建立了机床坐标系。

工件坐标系

数控车床加工时,工件可以通过卡盘夹持于机床坐标系下的任意位置。这样一来在机床坐标系下编程就很不方便。所以编程人员在编写零件加工程序时通常要选择一个工件坐标系,也称编程坐标系,程序中的坐标值均以工件坐标系为依据。

工件坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定,一般设在图样的设计基准或工艺基准处。根据数控车床的特点,工件坐标系原点通常设在工件左、右端面的中心或卡盘前端面的中心。

附录:基础知识点

  • 1、从零件图开始,到获得数控机床所需控制介质的全过程称为程序编制,程序编制的方法有手工编程和自动编程。
  • 2、数控机床实现插补运算较为成熟并得到广泛应用的是直线插补和圆弧插补。
  • 3、自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同,分为数控语言编程(APT语言)、交互式图形编程。
  • 4、数控机床由程序载体、输入装置、数控装置、伺服系统、检测装置、机床本体等部分组成。
  • 5、数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制等几种。按控制方式又可分为开环控制、闭环控制和半闭环控制等。
  • 6、刀具主要几何角度包括前角、后角、刃倾角、主偏角和副偏角。
  • 7、刀具选择的基本原则:安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高;在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。
  • 8、刀具选择应考虑的主要因素有:被加工工件的材料、性能,加工工艺类别,加工工件信息,刀具能承受的切削用量和辅助因数。
  • 9、铣削过程中所选用的切削用量称为铣削用量,铣削用量包括铣削宽度、铣削深度、铣削速度、进给量。
  • 10、铣刀的分类方法很多,若按铣刀的结构分类,可分为整体铣刀、镶齿铣刀和机械夹固式铣刀。
  • 11、加工中心是一种带刀库、自动换刀装置的数控机床。
  • 12、FMC由加工中心和自动交换工件装置所组成。
  • 13、切削加工时,工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。
  • 14、工件材料的强度和硬度较低时,前角可以选得大些;强度和硬度较高时,前角选得小些。
  • 15、常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金钢、陶瓷、立方碳化硼、金刚石等。
  • 16、影响刀具寿命的主要因素有;工件材料、刀具材料、刀具的几何参数、切削用量。
  • 17、斜楔、螺旋、凸轮等机械夹紧机构的夹紧原理是利用机械摩擦的自锁来夹紧工件。
  • 18、一般机床夹具主要由定位元件、夹紧元件、对刀元件、夹具体等四个部分组成。根据需要夹具还可以含有其它组成部分,如分度装置、传动装置等。
  • 19、切削运动就是在切削过程中刀具与工件的相对运动,这种运动有重叠的轨迹。切削运动一般是金属切削机床通过两种以上运动单元组合而成,其一是产生切削力的运动称为主运动,剩下的运动单元保证切削工作连续进行而称为进给运动。
  • 20、切削用量三要素是指切削速度、进给量、背吃刀量。
  • 21、对刀点既是程序的起点,也是程序的终点。为了提高零件的加工精度,对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。
  • 22、在数控加工中,刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
  • 23、在轮廓控制中,为了保证一定的精度和编程方便,通常需要有刀具长度和半径补偿功能。
  • 24、在铣削零件的内外轮廓表面时,为防止在刀具切入、切出时产生刀痕,应沿轮廓切向方向切入、切出,而不应法向方向切入、切出。
  • 25、粗加工时,应选择大的背吃刀量、进给量,合理的切削速度。
  • 26、精加工时,应选择较小背吃刀量、进给量,较大的切削速度。
  • 27、在实际的生产中,可采用以下措施防止、抑制积屑瘤的生成。 控制切削速度、降低进给量、增大刀具前角、使用切削液、减小前刀面的粗糙度、降低工件材料的塑性。
  • 28、用压板夹紧工件时,螺栓应尽量靠近工件;压板的数目一般不少于两块。
  • 29、切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度,其次是进给量,而切削深度影响最小。
  • 30、为了降低切削温度,目前采用的主要方法是切削时冲注切削液。切削液的作用包括冷却作用、润滑作用、、防锈作用和清洗作用。
  • 31、切削液的种类很多,一般有:乳化液、切削油、压缩空气。粗加工与精加工追求重点不一样,故切削液的选择重点也不同。简言之:粗加工一般以乳化液为主要切削液,主要起冷却作用。而精加工以切削油为重点对象,目的是追求良好的润滑效果。
  • 32、在切削塑性金属材料时,常有一些从切屑和工件上带来的金属“冷焊”在前刀面上,靠近切削刃处形成一个硬度很高的楔块,该楔块即积屑瘤。
  • 33、在切削过程中,工件上形成三个表面:①待加工表面;②加工表面;③已加工表面。
  • 34、数控机床中的标准坐标系采用笛卡儿直角坐标系,并规定增大刀具与工件之间距离的方向为坐标正方向。
  • 35、数控机床坐标系三坐标轴X、Y、Z及其正方向用右手定则判定,X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋法则判断。
  • 36、每个脉冲信号使机床运动部件沿坐标轴产生一个最小位移叫脉冲当量。
  • 37、与机床主轴重合或平行的刀具运动坐标轴为Z轴,远离工件的刀具运动方向为Z轴正方向。
  • 38、X坐标轴一般是水平的,与工件安装面平行,且垂直Z坐标轴。
  • 39、粗铣平面时,因加工表面质量不均,选择铣刀时直径要小一些。精铣时,铣刀直径要大,最好能包容加工面宽度。
  • 40、在数控铣床上加工整圆时,为避免工件表面产生刀痕,刀具从起始点沿圆弧表面的切线方向进入,进行圆弧铣削加工;整圆加工完毕退刀时,顺着圆弧表面的切线方向退出。
  • 41、数控机床使用的刀具必须有较高的强度和耐用度。
  • 42、铣削平面轮廓曲线工件时,铣刀半径应小于工件轮廓的最小凹圆半径。
  • 43、走刀路线是指加工过程中,刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向。
  • 44、机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限的位置。
  • 45、机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退离到机床参考点。
  • 46、编程时可将重复出现的程序编程子程序,使用时可以由主程序多次重复调用。
  • 47、一个完整的数控加工程序由程序名、程序体和程序结束三部分组成
  • 48、使用返回参考点指令G28时,应取消刀补,否则机床无法返回参考点。
  • 49、在返回动作中,用G98指定刀具返回初始平面;用G99指定刀具返回R点平面。
  • 50、加工中心孔加工刀具 有钻孔刀具、扩孔刀具、镗孔刀具、铰孔刀具等。

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