1、中国数控信息网数控技术资料 第 4 章 数控车床的程序编制数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。4.1 数控车削加工工艺4.1.1 数控车床加工的主要特点数控车床与普通车床一样，也是用来加工轴类和回转体零件的。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以数控车床特别适合加工形状复杂、精度
2、要求高的轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活，通用性强，能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，因此被广泛应用于机械制造业。4.1.2 数控车床的类型对于数控车床的分类可以采取不同的方法，按主轴配置形式可分为卧式和立式两大类，；按刀架数量来分可分为单刀架和双刀架两种；按数控车床控制系统和机械结构的档次分为经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。4.1.3 车削用刀具及其主要特点1、数控车床可转位刀具特点数控车床所采用的可转位车刀，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车
3、刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表 4.1 所示。 表 4.1 可转位车刀特点要求 特 点 目 的 精度高采用 M 级或更高精度等级的刀片； 多采用精密级的刀杆； 用带微调装置的刀杆在机外预调好。 保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度。 可靠性高采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀； 断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑； 中国数控信息网数控技术资料 采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其他结构。 适应刀架快速移动和换位以及整个自动切削过程中夹紧不得有松动的要求。换刀迅速采用车削工具系统； 采用快换小刀夹。 迅速更换不同形式的切削部件
4、，完成多种切削加工，提高生产效率。 刀片材料 刀片较多采用涂层刀片。 满足生产节拍要求，提高加工效率。 刀杆截形刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆。 刀杆与刀架系统匹配。 2、数控车床刀具的选刀过程数控车床刀具的选刀过程，如图 4.1 所示。从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过十个基本步骤，以图 4.1 中的 10 个图标来表示。选刀工作过程从第 1 图标“零件图样”开始，经箭头所示的两条路径，共同到达最后一个图标“选定刀具”，以完成选刀工作。其中，第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统、选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况
5、；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽型代码或 ISO 断屑范围代码、选择加工条件脸谱，这条路线主要考虑工件的情况。综合这两条路线的结果，才能确定所选用的刀具。下面将讨论每一图标的内容及选择办法。中国数控信息网数控技术资料 图 4.1 数控车床刀具的选刀过程(1)机床影响因素“机床影响因素”图标如图 4.2 所示。为保证加工方案的可行性、经济性，获得最佳加工方案，在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素：1）机床类型：数控车床、车削中心；2）刀具附件： 刀柄的形状和直径，左切和右切刀柄；3）主轴功率；4）工件夹持方式。(2)选择刀杆“选择刀杆”图标如图 4.3 所示。
6、其中，刀杆类型尺寸见表 4.2。表 4.2 刀杆类型尺寸外圆加工刀杆内孔加工刀杆 刀杆类型柄部截面形状 图 4.2 机床影响因素图 4.3 选择刀杆中国数控信息网数控技术资料 柄部直径 D 柄部长度 l1刀杆尺寸主偏角选用刀杆时，首先应选用尺寸尽可能大的刀杆，同时要考虑以下几个因素：1）夹持方式；2）切削层截面形状，即切削深度和进给量；3）刀柄的悬伸。(3)刀片夹紧系统刀片夹紧系统常用杠杆式夹紧系统，“杠杆式夹紧系统”图标如图 4.4 所示。图 4.4 杠杆式夹紧系统1） 杠杆式夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为：定位精度高,切屑流畅,操作简便,可与其它系列刀具产品通用。2
7、）螺钉夹紧系统特点：适用于小孔径内孔以及长悬伸加工(4)选择刀片形状图 4.5 选择刀片形状“选择刀片形状”图标如图 4.5 所示。主要参数选择方法如下：中国数控信息网数控技术资料 1） 刀尖角刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，应选择尽可能大的刀尖角。通常这个角度在 35o到 90O之间。图 4.5 中 R 型圆刀片，在重切削时具有较好的稳定性，但易产生较大的径向力。表 4.3 刀片形状适用场合-首选 -次选2） 刀片基本类型刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀
8、片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。选择方法见表 4.3。中国数控信息网数控技术资料 (5)工件影响因素“工件影响因素”图标如图 4.6 所示。选择刀具时，必需考虑以下与工件有关的因素：1）工件形状：稳定性；2）工件材质：硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型；3）毛坯类型：锻件、铸件等；4）工艺系统刚性：机床夹具、工件、刀具等；5）表面质量；6）加工精度；7）切削深度；8）进给量；9）刀具耐用度。表 4.4 选择工件材料代码按照不同的机加工性能，加工材料分成 6 个工件材料组，他们分别和一个字母和一种颜色对应，以确定被加工工件的材料组符号代码，见表 4.4。(6)
9、确定刀片的断屑槽型代码或 ISO 断屑范围代码图 4.6 工件影响因素加工材料组 代码钢：非合金和合金钢高合金钢不锈钢，铁素体，马氏体P（蓝）不锈钢和铸钢： 奥氏体铁素体奥氏体 M（黄）铸铁： 可锻铸铁，灰口铸铁，球墨铸铁 K（红）NF 金属： 有色金属和非金属材料 N（绿）难切削材料：以镍或钴为基体的热固性材料钛，钛合金及难切削加工的高合金钢S（棕）硬材料： 淬硬钢，淬硬铸件和冷硬模铸件，锰钢 H（白）中国数控信息网数控技术资料 负型刀片的断屑范围 正型刀片的断屑范围图 4.8 确定刀片断屑槽代码“确定刀片的断屑槽型代码或 ISO 断屑范围代码”图标如图 4.8 所示。ISO标准按切削深度
10、aP和进给量的大小将断屑范围分为 A、B、C、D、E、F 六个区，其中 A、B、C、D 为常用区域，WALTER 标准将断屑范围分为图中各色块表示的区域，ISO 标准和 WALTER 标准可结合使用，如图 4.8 所示。根据选用标准，按加工的切削深度和合适的进给量来确定刀片的 WALTER 断屑槽型代码或 ISO 分类范围。4.1.4 数控车削加工工艺路线制定数控车床加工过程中，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、批量不同等多方面因素的影响，具体在确定加工方案时，可按先粗后精、先进后远、刀具集中、程序段最少、走刀路线最短等原中国数控信息网数控技术资料 则综合考虑
11、。4.2 数控车床程序编制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 HM-077 数控车床重点讨论数控车床基本编程方法。 4.2.1 G 功能FANUC OI 系统常用的 G 功能代码表表 45 G 功能关于 G 代码,有以下几点说明:(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。4.2.2 M 功能常用的
12、 M 功能简介如下:M00： 程序暂停，可用 NC 启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与 M00 作用相似，但 M01 可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；代 码 组 意 义 代 码 组 意 义 代 码 组 意 义 *G00 快 速 点 定 位 *G40 刀 补 取 消 G73 车 闭 环 复 合 循 环 G01 直 线 插 补 G41 左 刀 补 G76 00 车 螺 纹 复 合 循 环 G02 顺 圆 插 补 G42 07 右 刀 补 G80 车 外 圆 固 定 循
13、 环 G03 逆 圆 插 补 G52 00 局 部 坐 标 系 设 置 G81 车 端 面 固 定 循 环 G32 01 螺 纹 切 削 零 点 G82 01 车 螺 纹 固 定 循 环 G04 00 暂 停 延 时 G54 G59 11 偏 置 *G90 绝 对 坐 标 编 程 G20 英 制 单 位 G65 00 简 单 宏 调 用 G91 03 增 量 坐 标 编 程 *G21 02 公 制 单 位 G66 宏 指 令 调 用 G92 00 工 件 坐 标 系 指 定 G27 回 参 考 点 检 查 G67 12 宏 调 用 取 消 * G98 每 分 钟 进 给 方 式 G28 回 参
14、 考 点 G71 车 外 圆 复 合 循 环 G99 05 每 转 进 给 方 式 G29 06 参 考 点 返 回 G72 00 车 端 面 复 合 循 环 中国数控信息网数控技术资料 M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置4.2.3 F S T 功能一、进给功能(F 功能)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。1、 每转进给量编程格式 G95 FF 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。2、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：G
15、94 F100 表示进给量为 100mm/min。 二、主轴转速功能(S 功能)S 功能指令用于控制主轴转速。编程格式 SS 后面的数字表示主轴转速，单位为 r/min。在具有恒线速功能的机床上，S 功能指令还有如下作用。1、最高转速限制编程格式 G50 SS 后面的数字表示的是最高转速：r/min。例：G50 S3000 表示最高转速限制为 3000r/min。2、恒线速控制编程格式 G96 SS 后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96 S150 表示切削点线速度控制在 150 m/min。对图 4.9 中所示的零件，为保持 A、B、C 各点的线速度在 150 m/min，则
16、各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000150(40)=1193 r/minB：n=1000150(60)=795r/min图 4.9 恒线速切削方式中国数控信息网数控技术资料 C：n=1000150(70)=682 r/min3、恒线速取消编程格式 G97 SS 后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如 S 未指定，将保留G96 的最终值。例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速 3000 r/min。三、刀具功能(T 功能)T 功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式 TT 后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有 T 后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具
17、长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。例：T0303 表示选用 3 号刀及 3 号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。4.2.4 工件坐标系设定(G50)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。在数控车床编程时，所有X 坐标值均使用直径值，如图 4.19 所示。 例：按图 4.10 设置加工坐标的程序段如下：G50 X128.7 Z375.14.2.5 快速定位和直线插补1.快速定位(G00)G00 指令命令机床以最快速度运动到下一个目标位置，运动过程中有加速和减速，该指令对运动轨迹没有要求。其指令格式：G00 X(U)_ Z(W)_ 因为 X 轴和 Z 轴的进给速率不同，因此机床执行快速运动指令时两轴的合成运动轨迹不一定是直线，因此在使用 G00 指令时，4.10 设定加工坐标系
