《数控编程技术》教案第五章 1页共24 第5章数控车床编程 【教学目标】通过本章节的教学:使学生掌握数控车床的加工对象及编程要点 数控车床的刀具补偿;数控车床固定循环 【教学重点】编程要点、刀具补偿与固定循环 【教学难点】刀具补偿与固定循环 【教学时数】理论6学时,实验2学时 【课程类型】理论与实验课程 【教学方法】理论联系实际,讲、例、练三结合 【教学内容】 5.1概述 5.1.1数控车削加工的对象 数控车床是目前使用比较广泛的数控机床,主要用于轴类和盘类回转体工件的 加工,能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工,并能进 行切槽、钻、扩、铰孔等加工,适合复杂形状工件的加工。与常规车床相比,数控 车床还适合加工如下工件 1、轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 2、精度要求高的零件 特殊的螺旋零件如特大螺距(或导程)、变螺距、等螺距与变螺距或圆 柱与圆锥螺旋面之间作平滑过渡的螺旋零件,以及髙精度的模数螺旋零件和端面螺 旋零件 4、淬硬工件的加工在大型模具加工中,有不少尺寸大而形状复杂的零件 这些零件热处理后的变形量较大,磨削加工困难,可以用陶瓷车刀在数控机床上对
《数控编程技术》教案 第五章 第1页 共24 第 5 章 数控车床编程 【教学目标】 通过本章节的教学：使学生掌握数控车床的加工对象及编程要点； 数控车床的刀具补偿；数控车床固定循环。 【教学重点】 编程要点、刀具补偿与固定循环 【教学难点】 刀具补偿与固定循环 【教学时数】 理论 6 学时，实验 2 学时 【课程类型】 理论与实验课程 【教学方法】 理论联系实际，讲、例、练三结合 【教学内容】 5.1 概述 5.1.1 数控车削加工的对象 数控车床是目前使用比较广泛的数控机床，主要用于轴类和盘类回转体工件的 加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进 行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。与常规车床相比，数控 车床还适合加工如下工件。 1、 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 2、 精度要求高的零件 3、 特殊的螺旋零件 如特大螺距（或导程）、变螺距、等螺距与变螺距或圆 柱与圆锥螺旋面之间作平滑过渡的螺旋零件，以及高精度的模数螺旋零件和端面螺 旋零件。 4、 淬硬工件的加工 在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。 这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工困难，可以用陶瓷车刀在数控机床上对
数控编程技术》教案第五章 2页共24 淬硬后的零件进行车削加工,以车代磨,提高加工效率。 5.1.2数控车床编程要点 数控车床的编程具有如下特点 1、在一个程序段中,根据图样上标注的尺寸可以采用绝对值编程或增量值编 程,也可以采用混合编程 2、被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时,一般用直径值表示,所以采用 直径尺寸编程更为方便 由于车削加工常用棒料作为毛坯,加工余量较大,为简化编程,常用采用 不同形式的固定循环。 4、编程时,认为车刀刀尖是一个点,而实际上为了提高刀具寿命和工件表面 质量,车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧。为提高工件的加工精度,编制圆头刀 程序时,需要对刀具半径进行补偿。使用刀具半径补偿后,编程时可直接按工件轮 廓尺寸编程 5、为了提高加工效率,车削加工的进刀与退刀都采用快速运动。进刀时,尽 量接近工件切削开始点,切削开始点的确定以不碰撞工件为原则。 5.2数控车床的刀具补偿 5.2.1刀具位置补偿 在实际加工工件时,使用一把刀具一般不能满足工件的加工要求,通常要使用 多把刀具进行加工。作为基准刀的1号刀刀尖点的进给轨迹如图51所示(图中各刀 具无刀位偏差)。其它刀具的刀尖点相对于基准刀刀尖的偏移量(即刀位偏差)如 图52所示(图中各刀具有刀位偏差)。在程序里使用M06指令使刀架转动,实现换 刀,T指令则使非基准刀刀尖点从偏离位置移动到基准刀的刀尖点位置(A点)然 后再按编程轨迹进给,如图52的实线所示。 刀具在加工过程中出现的磨损也要进行位置补偿
《数控编程技术》教案 第五章 第2页 共24 淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。 5.1.2 数控车床编程要点 数控车床的编程具有如下特点： 1、 在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸可以采用绝对值编程或增量值编 程，也可以采用混合编程。 2、 被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，一般用直径值表示，所以采用 直径尺寸编程更为方便。 3、 由于车削加工常用棒料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，常用采用 不同形式的固定循环。 4、 编程时，认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面 质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧。为提高工件的加工精度，编制圆头刀 程序时，需要对刀具半径进行补偿。使用刀具半径补偿后，编程时可直接按工件轮 廓尺寸编程。 5、 为了提高加工效率，车削加工的进刀与退刀都采用快速运动。进刀时，尽 量接近工件切削开始点，切削开始点的确定以不碰撞工件为原则。 5.2 数控车床的刀具补偿 5.2.1 刀具位置补偿 在实际加工工件时，使用一把刀具一般不能满足工件的加工要求，通常要使用 多把刀具进行加工。作为基准刀的 1 号刀刀尖点的进给轨迹如图 5.1 所示(图中各刀 具无刀位偏差)。其它刀具的刀尖点相对于基准刀刀尖的偏移量（即刀位偏差）如 图 5.2 所示(图中各刀具有刀位偏差)。在程序里使用 M06 指令使刀架转动，实现换 刀，T 指令则使非基准刀刀尖点从偏离位置移动到基准刀的刀尖点位置（A 点）然 后再按编程轨迹进给，如图 5.2 的实线所示。 刀具在加工过程中出现的磨损也要进行位置补偿
《数控编程技术》教案第五章 第3页共24 图 5.1基准刀 图5.2刀具位置补偿 5.2.2刀尖半径补偿 刀尖半径补偿的目的就是为了解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。 乙向刀卖位置 段想刀尖位置 X向刀实位置 图53刀尖圆弧半径和理想刀尖点 在车端面时,刀尖圆弧的实际切削点与理想刀尖点的Z坐标值相同:车外圆柱 表面和内圆柱孔时,实际切削点与理想刀尖点的ⅹ坐标值相同。因此,车端面和 内外圆柱表面时不需要对刀尖圆弧半径进行补偿。 当加工轨迹与机床轴线不平行(斜线或圆弧时),则实际切削点与理想刀尖点 之间在X、Z轴方向都存在位置偏差,如图54所示。以理想刀尖点P编程的进给 轨迹为图中轮廓线,圆弧刀尖的实际切削轨迹为图中斜线所示,会出现少切或过切 现象,造成了加工误差。刀尖圆弧半径R越大,加工误差越大
《数控编程技术》教案 第五章 第3页 共24 图 5.1 基准刀 图 5.2 刀具位置补偿 5.2.2 刀尖半径补偿 刀尖半径补偿的目的就是为了解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。 图 5.3 刀尖圆弧半径和理想刀尖点 在车端面时，刀尖圆弧的实际切削点与理想刀尖点的 Z 坐标值相同；车外圆柱 表面和内圆柱孔时，实际切削点与理想刀尖点的 X 坐标值相同。因此，车端面和 内外圆柱表面时不需要对刀尖圆弧半径进行补偿。 当加工轨迹与机床轴线不平行（斜线或圆弧时），则实际切削点与理想刀尖点 之间在 X、Z 轴方向都存在位置偏差，如图 5.4 所示。以理想刀尖点 P 编程的进给 轨迹为图中轮廓线，圆弧刀尖的实际切削轨迹为图中斜线所示，会出现少切或过切 现象，造成了加工误差。刀尖圆弧半径 R 越大，加工误差越大
《数控编程技术》教案第五章 第4页共24 图54刀尖圆弧半径对加工精度的影响 常见的刀尖圆弧半径为02mm、0.4mm、0.8mm、1.2mm 为使系统能正确计算出刀具中心的实际运动轨迹,除要给出刀尖圆弧半径R 以外,还要给出刀具的理想刀尖位置号T。各种刀具的理想刀尖位置号如图5.5所 「6 「7 图5.5理想刀尖位置号 5.2.3刀尖圆弧半径补偿的实现 刀尖圆弧半径补偿及其补偿方向是由G40、G41、G42指令实现的
《数控编程技术》教案 第五章 第4页 共24 图 5.4 刀尖圆弧半径对加工精度的影响 常见的刀尖圆弧半径为 0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.2mm。 为使系统能正确计算出刀具中心的实际运动轨迹，除要给出刀尖圆弧半径 R 以外，还要给出刀具的理想刀尖位置号 T。各种刀具的理想刀尖位置号如图 5.5 所 示。 图 5.5 理想刀尖位置号 5.2.3 刀尖圆弧半径补偿的实现 刀尖圆弧半径补偿及其补偿方向是由 G40、G41、G42 指令实现的
数控编程技术》教案第五章 第5页共24 刀尖半径补偿指令的程序段格式为 G40(G41/G42)G0l(G00)XZF G40:取削刀尖圆弧半径补偿,也可用T××00取消刀补 G41:刀尖圆弧半径左补偿(左刀补)。顺着刀具运动方向看,刀具在工件左 侧,如图5.6(a) G42:刀尖圆弧半径右补偿(右刀补)。顺着刀具运动方向看,刀具在工件右 侧,如图56(b)。 X、Z为建立或取削刀具圆弧半径补偿程序段中,刀具移动的终点坐标。 642 工件 工件 (a) 图56刀具半径补偿 G40、G41、G42指令不能与G02、G03、G71、G72、G73、G76指令出现在 同一程序段。G01程序段有倒角控制功能时也不能进行刀具补偿。在调用新刀具前, 必须用G40取消刀补。 G40、G41、G42指令为模态指令,G40为缺省值。要改变刀尖半径补偿方向, 必须先用G40指令解除原来的左刀补或右刀补状态。再用G41或G42指令重新设 定,否则补偿会不正常 当刀具磨损、重新刃磨或更换新刀具后,刀尖半径发生变化,这时只需在刀具 偏置输入界面中改变刀具参数的R值,而不需修改已编好的加工程序。利用刀尖 圆弧半径补偿,还可以用同一把刀尖半径为R的刀具按相同的编程轨迹分别进行
《数控编程技术》教案 第五章 第5页 共24 刀尖半径补偿指令的程序段格式为： G40(G41/G42) G01(G00) X Z F G40：取削刀尖圆弧半径补偿，也可用 T××00 取消刀补； G41：刀尖圆弧半径左补偿（左刀补）。顺着刀具运动方向看，刀具在工件左 侧，如图 5.6（a）。 G42：刀尖圆弧半径右补偿（右刀补）。顺着刀具运动方向看，刀具在工件右 侧，如图 5.6（b）。 X、Z 为建立或取削刀具圆弧半径补偿程序段中，刀具移动的终点坐标。 （a） （b） 图 5.6 刀具半径补偿 G40、G41、G42 指令不能与 G02、G03、G71、G72、G73、G76 指令出现在 同一程序段。G01 程序段有倒角控制功能时也不能进行刀具补偿。在调用新刀具前， 必须用 G40 取消刀补。 G40、G41、G42 指令为模态指令，G40 为缺省值。要改变刀尖半径补偿方向， 必须先用 G40 指令解除原来的左刀补或右刀补状态。再用 G41 或 G42 指令重新设 定，否则补偿会不正常。 当刀具磨损、重新刃磨或更换新刀具后，刀尖半径发生变化，这时只需在刀具 偏置输入界面中改变刀具参数的 R 值，而不需修改已编好的加工程序。利用刀尖 圆弧半径补偿，还可以用同一把刀尖半径为 R 的刀具按相同的编程轨迹分别进行
《数控编程技术》教案第五章 第6页共24 粗、精加工。设精加工余量为△,则粗加工的刀具半径补偿量为R+△,精加工的 补偿量为R 例如车削图57所示工件。毛坯为锻件,用一把90°偏刀分粗、精车两次进给 已知刀尖圆弧半径R=0.2mm,精车余量△=0.3mm 粗车 精车轨迹 图5.7刀具半径补偿编程实例 5.3固定循环 数控车床的固定循环一般分为简单固定循环和复合固定循环。 5.3.1简单固定循环 个简单固定循环程序段可以完成“切入-切削-退刀-返回”这四种常见的加工 顺序动作 1、内(外)径切削循环G80 (1)圆柱面内(外)径切削循环 图58a)所示是使用G80指令车削圆柱面时的进给轨迹,R表示快速运动,F 表示进给运动,U、W表示增量值。 程序段格式为: G80XZF
《数控编程技术》教案 第五章 第6页 共24 粗、精加工。设精加工余量为△，则粗加工的刀具半径补偿量为 R＋△，精加工的 补偿量为 R。 例如车削图 5.7 所示工件。毛坯为锻件，用一把 90°偏刀分粗、精车两次进给， 已知刀尖圆弧半径 R＝0.2mm，精车余量△＝0.3mm。 图 5.7 刀具半径补偿编程实例 5.3 固定循环 数控车床的固定循环一般分为简单固定循环和复合固定循环。 5.3.1 简单固定循环 一个简单固定循环程序段可以完成“切入-切削-退刀-返回”这四种常见的加工 顺序动作。 1、内(外)径切削循环 G80 (1) 圆柱面内(外)径切削循环 图 5.8(a)所示是使用 G80 指令车削圆柱面时的进给轨迹，R 表示快速运动，F 表示进给运动，U、W 表示增量值。 程序段格式为： G80 X Z F
数控编程技术》教案第五章 第7页共24 (2)圆锥面内(外)径切削循环 图58(b)所示是使用G80指令车削圆锥表面时的进给轨迹。 程序段格式为 G 8OXZIF 其中,Ⅰ值为切削起点B与切削终点C的ⅹ坐标值之差(半径值)。其符号为 差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程),图示的I值为负值。 图58内外径车削循环 如图5.9所示,用G80指令编程,毛坯直径φ34,工件直径φ24,分三次车 削。用绝对值编程。 图59G80指令编程实例 加工程序如下 0080
《数控编程技术》教案 第五章 第7页 共24 (2) 圆锥面内(外)径切削循环 图 5.8(b)所示是使用 G80 指令车削圆锥表面时的进给轨迹。 程序段格式为 G80 X Z I F 其中，I 值为切削起点 B 与切削终点 C 的 X 坐标值之差（半径值）。其符号为 差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程)，图示的 I 值为负值。 (a) (b) 图 5.8 内外径车削循环 如图 5.9 所示，用 G80 指令编程，毛坯直径 ф34，工件直径 ф24，分三次车 削。用绝对值编程。 图 5.9 G80 指令编程实例 加工程序如下： O080
《数控编程技术》教案第五章 第8页共24 NO5M03S400 N10G90G92X60Z80 N15 G00 X40 Z60 N20G80X30Z20 N30G80X27Z20 N40G80X24Z20 N50G00X60Z80 N60M02 2、端面切削循环G81 (1)端平面切削循环 图5.10a)所示是使用G81指令车削端平面时的进给轨迹 程序段格式为: GSIXZE (2)端锥面切削循环 图5.10(b)所示是使用G81指令车削端锥面时的进给轨迹 程序段格式为:G81XZKF (a) b) 图5.10端面车削循环
《数控编程技术》教案 第五章 第8页 共24 N05 M03 S400 N10 G90 G92 X60 Z80 N15 G00 X40 Z60 N20 G80 X30 Z20 N30 G80 X27 Z20 N40 G80 X24 Z20 N50 G00 X60 Z80 N60 M02 2、端面切削循环 G81 (1) 端平面切削循环 图 5.10(a)所示是使用 G81 指令车削端平面时的进给轨迹。 程序段格式为： G81 X Z F (2) 端锥面切削循环 图 5.10(b)所示是使用 G81 指令车削端锥面时的进给轨迹。 程序段格式为：G81 X Z K F (a) (b) 图 5.10 端面车削循环
《数控编程技术》教案第五章 第9页共24 如图5.11所示,每次吃刀2mm,每次切削起点位距工件外圆面5mm,因此这 里K值为-3.5 33.5 图5.11端面车削循环实例 用G81指令编程的加工程序为: O0081 N10 G54 G90 GO0 X60 Z45 M03 N20G81X25Z315K-3.5F100 N30X25Z295K-3.5 N40X25Z27.5K-3.5 N50X25Z25.5K-3.5 N60M05 N70 M02 G81与G80的区别只是切削方向的不同,G81的切削方向是X轴方向,主要 适用于X向进给量大于Z向进给量的情况,例如圆盘类工件。G80的切削方向是Z 轴方向,主要适用于Z向进给量大于X向进给量的情况,例如轴类工件。 5.3.2复合固定循环 复合循环有三类,分别是内(外)径粗车复合循环G71,端面粗车复合循环G72
《数控编程技术》教案 第五章 第9页 共24 如图 5.11 所示，每次吃刀 2mm，每次切削起点位距工件外圆面 5mm，因此这 里 K 值为-3.5。 图 5.11 端面车削循环实例 用 G81 指令编程的加工程序为： O0081 N10 G54 G90 G00 X60 Z45 M03 N20 G81 X25 Z31.5 K-3.5 F100 N30 X25 Z29.5 K-3.5 N40 X25 Z27.5 K-3.5 N50 X25 Z25.5 K-3.5 N60 M05 N70 M02 G81 与 G80 的区别只是切削方向的不同，G81 的切削方向是 X 轴方向，主要 适用于 X 向进给量大于 Z 向进给量的情况，例如圆盘类工件。G80 的切削方向是 Z 轴方向，主要适用于 Z 向进给量大于 X 向进给量的情况，例如轴类工件。 5.3.2 复合固定循环 复合循环有三类，分别是内(外)径粗车复合循环 G71，端面粗车复合循环 G72
《数控编程技术》教案第五章 第10页共24 封闭轮廓复合循环G73 1、内(外)径粗车复合循环G71 图5.12所示为内(外)径粗车复合循环G7的运动轨迹 程序段格式如下 G71U(△d)R(e)P(ns)Q(n)X(△u)Z(△w)FST 其中: △d—切削深度(背吃刀量、每次切削量),半径值,无正负号,方向由矢量AA 决定; e_每次退刀量,半径值,无正负 ns一精加工路线中第一个程序段(即图中AA′段)的顺序号 nf一精加工路线中最后一个程序段(即图中BB′段)的顺序号 △u一X方向精加工余量,直径编程时为△u,半径编程为△u/2 wZ方向精加工余量 45 △ 图5.12粗车复合循环G71 使用G71编程时的说明: (1)G71程序段本身不进行精加工,粗加工是按后续程序段ns~nf给定的精加 工编程轨迹A→A′→B→B′,沿平行于Z轴方向进行
《数控编程技术》教案 第五章 第10页 共24 封闭轮廓复合循环 G73。 1、内(外)径粗车复合循环 G71 图 5.12 所示为内(外)径粗车复合循环 G71 的运动轨迹。 程序段格式如下： G71 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T 其中： △d—切削深度(背吃刀量、每次切削量)，半径值，无正负号，方向由矢量 AA′ 决定； e—每次退刀量，半径值，无正负； ns—精加工路线中第一个程序段(即图中 AA′段)的顺序号； nf--精加工路线中最后一个程序段(即图中 BB′段)的顺序号； △u—X 方向精加工余量，直径编程时为△u，半径编程为△u/2； △w—Z 方向精加工余量； 图 5.12 粗车复合循环 G71 使用 G71 编程时的说明： (1)G71 程序段本身不进行精加工，粗加工是按后续程序段 ns～nf 给定的精加 工编程轨迹 A→A′→B→B′，沿平行于 Z 轴方向进行