数控加工技术 第五章.docx
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数控加工技术第五章
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。
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。
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。
刀尖半径补偿指令的程序段格式为:
G40(G41/G42)G01(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:
G80XZF
(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
G80XZIF
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5.9G80指令编程实例
加工程序如下:
O080
N05M03S400
N10G90G92X60Z80
N15G00X40Z60
N20G80X30Z20
N30G80X27Z20
N40G80X24Z20
N50G00X60Z80
N60M02
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:
G81XZF
(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
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
N10G54G90G00X60Z45M03
N20G81X25Z31.5K-3.5F100
N30X25Z29.5K-3.5
N40X25Z27.5K-3.5
N50X25Z25.5K-3.5
N60M05
N70M02
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,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:
G71U(△d)R(e)P(ns)Q(nf)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—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。
(2)G71程序段不能省略除F、S、T以外的地址符。
G71程序段中的F、S、T只在循环时有效,精加工时处于ns到nf程序段之间的F、S、T有效。
(3)循环中的第一个程序段(即ns段)必须包含G00或G01指令,即A→A′的动作必须是直线或点定位运动,但不能有Z轴方向上的移动。
(4)ns到nf程序段中,不能包含有子程序。
(5)G71循环时可以进行刀具位置补偿,但不能进行刀尖半径补偿。
因此在G71指令前必须用G40取消原有的刀尖半径补偿。
在ns到nf程序段中可以含有G41或G42指令,对精车轨迹进行刀尖半径补偿。
例:
用G71指令编程。
如图5.13所示,粗车背吃刀量△d=3mm,退刀量e=1mm,X、Z轴方向精加工余量均为0.3mm。
图5.13G71编程实例
加工程序:
(略)
2、端面粗车复合循环G72
图5.14所示为端面粗车复合循环G72的运动轨迹。
程序段格式如下:
G72U(△d)R(e)P(ns)Q(nf)X(△u)Z(△w)FST
G72指令与G71指令的区别仅在于切削方向平行于X轴,在ns程序段中不能有X方向的移动指令,其它相同。
图5.14端面粗车复合循环G72
3、封闭轮廓复合循环G73
图5.15所示为封闭轮廓粗车复合循环G73的运动轨迹。
程序段格式如下:
G73U(△i)W(△k)R(d)P(ns)Q(nf)X(△u)Z(△w)FST
△i—X轴方向粗车的总退刀量,半径值;
△k—Z轴方向粗车的总退刀量;
d—粗车循环次数;
其余同G71。
在ns程序段可以有X、Z方向的移动。
G73适用于已初成形毛坯的粗加工。
图5.15封闭轮廓粗车复合循环G73
例:
如图5.16所示工件。
粗车分三次循环进给,每次背吃刀量为3mm,X、Z轴方向的精加工余量为0.3mm。
图5.16G73指令编程实例
加工程序:
(略)
5.3.3 螺纹切削循环
1、螺纹切削G32
程序段格式:
G32X(U)Z(W)REPF
如图3.17所示,各参数的含义如下:
X、Z—绝对值编程时,有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标;
U、W—增量值编程时,有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量;
F—螺纹导程,即主轴每转一圈,刀具相对于工件的进给值;
R、E—螺纹切削的退尾量,R表示Z向退尾量;E为X向退尾量,R、E在绝对或增量编程时都是以增量方式指定,为正表示沿Z、X正向回退,为负表示沿Z、X负向回退。
使用R、E可免去退刀槽。
R、E省略表示不用回退功能。
根据螺纹标准R一般取2倍的螺距,E取螺纹的牙型高;
P—主轴基准脉冲处距离螺纹切削起始点的主轴转角。
使用G32指令能加工圆柱螺纹、锥螺纹和端面螺纹。
程序段中地址X省略为圆柱螺纹车削,地址Z省略为端面螺纹车削,地址X、Z都不省略为圆锥螺纹车削。
F为螺纹导程。
对于圆锥螺纹,当斜角
≦45°时,螺纹导程在Z轴方向指定,斜角
<45°时,在X轴方向指定。
图5.17螺纹切削G32
注意:
螺纹车削加工为成型车削,且切削进给量大,刀具强度较差,一般要求分数次进给加工。
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δ′,以消除伺服滞后造成的螺距误差。
例:
车削图5.18所示工件,车削M16×1的螺纹部分,螺纹大径为ф16mm,总背吃刀量为0.65 mm,三次进给背吃刀量(半径值)分别为ap1=0.3mm、ap2=0.2mm、ap3=0.15mm,进退刀段取
1=2mm、
2=1mm,进刀方法为直进法。
图5.18G32编程实例
加工程序如下:
(略)
2、螺纹切削循环G82
如图5.19为直螺纹切削循环G82的轨迹动作。
程序段格式:
G82X(U)Z(W)RECPF
其中:
C—螺纹头数,为0或1时切削单头螺纹;
P—单头螺纹时,为主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角(缺省值为0);多头螺纹切削时,为相邻螺纹头的切削起始点之间对应的主轴转角。
其余同G32。
如图5.20为锥螺纹切削循环G82的轨迹动作。
程序段格式:
G82X(U)Z(W)IRECPF
其中:
I—螺纹起点B与螺纹终点C的半径差。
其符号为差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程);
其余同直螺纹切削循环。
这里还是以图5.18为例,用G82编程。
加工程序如下:
(略)
例:
车削图5.21所示圆锥螺纹。
螺距为3.5mm,螺纹大径为16mm,总背吃刀量为3mm,三次进给背吃刀量(半径值)均为1mm,进退刀段取
1=3mm、
2=1.5mm,进刀方法为直进法。
用G82指令编程。
图5.21圆锥螺纹加工
加工程序如下:
(略)
3、螺纹车削复合循环G76
循环轨迹如图5.22所示,切削参数如图5.23所示。
程序段格式为:
G76C(c)R(r)E(e)A(a)X(x)Z(z)I(i)K(k)U(d)V(△dmin)Q(ap1)P(p)F(l)
其中c—螺纹精加工次数,取值范围:
1~99;
r—螺纹Z向退尾长度,取值范围:
00~99,即设定为0.0P~9.9P。
P为螺纹导程;
e—螺纹X向退尾长度,取值范围:
00~99;
a—螺纹牙型角,即螺纹车刀刀尖角,取值范围:
80°、60°、55°、30°、29°、0°,用二位数字设定。
具体值取决于螺纹类型;
i—螺纹两端的半径差,i取0时为直螺纹(圆柱螺纹);
k—螺纹牙型高度(半径值);
d—精加工余量;
△dmin—最小背吃刀量(半径值),即当第n次切削螺纹时,背吃刀量小于此值时,以该值进行切削;
ap1—第一次背吃刀量(半径值);
p—主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角;
l—螺纹导程。
图5.22螺纹切削复合循环G76
图5.23螺纹切削参数
例:
车削图5.24所示工件的M30×3.5螺纹。
取精加工次数2次,螺纹退尾长度为7mm,螺纹车刀刀尖角度60°,最小背吃刀量取0.1mm,精加工余量取0.3mm,螺纹牙型高度为2.3mm,第一次背吃刀量取0.6mm,螺纹小径为25.4mm。
前端倒角2×45°。
图5.24G76指令编程实例
加工程序为:
(略)
5.4数控车床加工编程实例
例1:
用G71和G82指令编写车削图5.25所示工件的加工程序。
图5.25编程实例一
1号刀为90°外圆车刀,基准刀;
2号刀为车槽刀,主切削刃宽3mm,左刀尖为刀位点;
3号刀为60°螺纹车刀;
4号刀为切断刀,主切削刃宽3mm,刀头长30mm,左刀尖为刀位点。
加工程序如下:
(略)
例2:
完成如图5.26所示零件的加工。
毛坯尺寸ф50×114。
图5.26车削加工实例
1、图纸分析
(1)加工内容:
此零件加工包括车端面,外圆,倒角,圆弧,螺纹,槽等。
(2)工件坐标系:
该零件加工需调头,从图纸上尺寸标注分析应设置2个坐标系,2个工件零点均定于装夹后的右端面(精加工面)
·装夹ф50外圆,平端面,对刀,设置第1个工件原点。
此端面做精加工面,以后不再加工。
·调头装夹ф48外圆,平端面,测量总长度,设置第2个工件原点(设在精加工端面上)
(3)换刀点:
(120,200)
(4)公差处理:
尺寸公差取中值。
2、工艺处理
(1)工步和走刀路线的确定,按加工过程确定走刀路线如下:
·装夹ф50外圆表面,探出65mm,粗加工零件左侧外轮廓:
2×45°倒角,ф48外圆,R20,R16,R10圆弧。
·精加工上述轮廓。
·手工钻孔,孔深至尺寸要求。
·粗加工孔内轮廓。
·精加工孔内轮廓。
·调头装夹ф48外圆,粗加工零件右侧外轮廓:
2×45°倒角,螺纹外圆,ф36端面,锥面,ф48外圆到圆弧面。
·精加工上述轮廓。
·切槽。
·螺纹加工。
(2)刀具的选择和切削用量的确定,根据加工内容确定所用刀具如图5.27所示:
图5.27刀具选择图
T0101——外轮廓粗加工:
刀尖圆弧半径0.8mm,切深2mm,主轴转速800r/min,进给速度150mm/min。
T0202——外轮廓精加工:
刀尖圆弧半径0.8mm,切深0.5mm,主轴转速1500r/min,进给速度80mm/min。
T0303——切槽:
刀宽4mm,主轴转速450r/min,进给速度20mm/min。
T0404——加工螺纹:
刀尖角60°,主轴转速400r/min,进给速度2mm/r(螺距)。
T0505——钻孔:
钻头直径16mm,主轴转速450r/min。
T0606——内轮廓粗加工:
刀尖圆弧半径0.8mm,切深1mm,主轴转速500r/min,进给速度100mm/min。
T0707——内轮廓精加工:
刀尖圆弧半径0.8mm,切深0.4mm,主轴转速800r/min,进给速度60mm/min。
3、数值计算
未知点坐标计算:
P1(40.7,-33.52),P2(42.95,-53.36)
螺纹尺寸计算:
螺纹外圆=32-0.2=31.8
4、编程
设经对刀后刀尖点位于(120,200),加工前各把刀已经完成对刀。
装夹ф50外圆,探出65mm,手动平端面。
(程序略)
实验六数控车削的基本编程及加工
一、实验目的与要求
1、掌握HNC-21T数控系统常用指令及子程序的编程技巧。
2、通过对零件的加工,了解数控车床的工作原理。
3、了解典型零件的数控车削加工工艺。
二、实验仪器与设备
(1)配备华中世纪星数控系统的CK6032卧式车床一台。
(2)尼龙棒(或塑料棒)一根(长50—60mm,毛坯外形如图中双点画线部分),外圆端面车刀一把
三、实验的组织筹划
1、实验前,要求学生预习相关的知识内容,并作相关的实验准备。
2、为保证实验效果,将全班学生分为五组,每组3人,每组安排一名组长负责设备的维护及登记领用工具原材料,清理现场等。
3、实验完成后,要求写出实验总结并完成实验报告。
4、实验前,指导老师讲解本实验的要求及注意事项,并作示范操作,然后由学生按照实验指导书的要求完成该实验。
四、相关知识概述
1、辅助功能指令(M代码)及准备功能指令G代码。
2、子程序调用指令(M98)及子程序返回指令(M99)
五、实验内容
1、工艺分析。
1)技术要求。
如图所示,通过三次调用子程序进行循环加工,
每次背吃刀深度为0.9mm(半径值)。
2)加工工艺的确定。
①装夹定位的确定:
三爪卡盘夹紧定位,工件前端
面距卡爪端面距离40mm。
②刀具加工起点及工艺路线的确定。
③加工刀具的确定:
外圆端面车刀.(刀具主偏角930,刀具材质为高速钢)。
④切削用量:
主轴转速460r/min,进给速度80mm/min。
3、数学计算。
①假设程序原点,建立工件坐标系(以工件后端面与轴线的交点为程序原点)。
②计算各节点相对位置坐标值。
4、参考程序如下。
%0001
N1G92X30Z30
N2M038400
N3GOOX23Z20
N4M98P0002L3
N5G90GOOX30Z30
N6M30
%0002
N1G01U-19.4F300
N2G03U8W-4R4F80
N3G01W-5
N4G02U6W-3R3。
N5G01U2
N6W-8
N7GOOU2
N8W20
N9U-0.4
N10M99
5、输入零件程序。
6、进行程序校验及加工轨迹仿真,修改程序。
7、进行对刀操作。
8、X轴向负向退出一定距离,单段方式下加工。
测量修调o
9、到对刀位,自动加工。
六、实验总结
数控机床适合加工形状复杂的零件,对工人的技能要求不高,且不受人为因素的影响;对于批量加工的零件,其一致性好,加工效率高。
对于加工余量较大且相对均匀的零件的加工,可采取调用子程序的方法。
七、实验报告
1、实验内容概述。
①零件加工设备概述(设备名称、型号、加工能力)。
②零件加工过程描述(零件图、刀具运行轨迹,加工程序及过程概述)。
2、分析总结。
①分析数控车床加工质量及效率。
②试述操作面板上主要按键的功能。
③试述数控车床加工该零件的主要步骤。
④数控车床的加工过程与普通车床有何区别?
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- 数控加工技术 第五章 数控 加工 技术 第五