数控编程第四章 数控车床编程.docx
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数控编程第四章数控车床编程
第四章数控车床编程
第一节数控车床编程基础
一、数控车床的编程特点
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、增量值编程或二者混合编程。
2)由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时,都是以直径值表示。
所以直径方向用绝对值编程时,X以直径值表示,用增量值编程时,以径向实际位移量的二倍值表示,并附上方向符号(正向可以省略)。
3)为提高工件的径向尺寸精度,X向的脉冲当量取Z向的一半。
4)由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯,加工余量较大,所以为简化编程,数控装置常具备不同形式的固定循环,可进行多次重复循环切削。
5)编程时,常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,因此为提高工件的加工精度,当编制圆头刀程序时,需要对刀具半径进行补偿。
大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能(G41、G42)这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。
对不具备刀具半径自动补偿功能的数控车床,编程时,需先计算补偿量。
二、数控系统功能
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之分。
对于准备功能G和辅助功能M我国已依据IS01056—1975(E)国际标准制订了我国JB3208—83部颁标准。
由于我国目前数控机床的形式和数控系统的种类较多,它们的指令代码定义还不统一,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。
因此,编程人员在编程前必须对自己使用的数控系统的功能进行仔细研究,以免发生错误。
本书主要以FANUC—6T系统为例介绍数控车床数控系统功能。
(一)准备功能
准备功能又称“G”功能或“G”代码,它是建立机床或控制数控系统工作方式的一种命由地址G及其后的两位数字组成。
G代码分为模态代码(又称续效代码)和非模态代码两种。
所谓模态代码是指某一G代码(如G01)一经指定就一直有效,直到后边程序段中使用同组G代码(如G03)才能取代它,而非模态代码只在指定的本程序段中有效。
下一段程序需要时必须重写(如G04)。
FANUC-6T系统常用准备功能标准如表4—1所示。
表4—1准备功能
序号
代码
组别
功能
1
2
3
4
G00
G01
G02
G03
01
点定位
直线插补
逆时针圆弧插补
顺时针圆弧插补
5
6
G04
G10
00
暂停
补偿值设定
7
8
G20
G21
02
英制输入
米制输入
9
10
G22
G23
存储型行程限位接通
存储型行程限位断开
11
12
13
G27
G28
G29
00
返回参考点确认
返回参考原点
从参考点回到切削点
14
15
16
G32
G36
G37
01
螺纹切削
自动刀具补偿X
自动刀具补偿Z
17
18
19
G40
G41
G42
07
刀具半径补偿取消
刀尖圆弧半径左补偿
刀尖圆弧半径右偿
20
21
22
23
24
25
26
27
G50
G70
G71
G72
G73
G74
G75
G76
00
坐标系设定
精车循环
粗车外圆复合循环
粗车端面循环
固定形状粗加工复合循环
Z向深孔钻削循环
切槽(在X向)
螺纹切削循环
28
29
G90
G91
01
单一形状固定循环
螺纹切削循环
30
31
G96
G97
02
恒速切削控制有效
恒速切削控制取消
32
33
G98
G99
05
进给速度按每分钟设定
进给速度按每转设定
注:
00组的G代码为非模态代码,其它均为模态G代码。
(二)辅助功能
辅助功能又称“M”功能。
主要用来表示机床操作时,各种辅助动作及其状态。
它由地址M及其后的两位数字组成。
FANUC-6T系统常用辅助功能标准如表4-2所示。
表4-2辅助功能
序号
代码
功能
序号
代码
功能
1
2
3
4
5
6
7
8
9
M00
M01
M02
M03
M04
M05
M08
M09
M10
程序停止
选择停止
程序结束
主轴正转
主轴反转
切削液开
切削液关
车螺纹450退刀
10
11
12
13
14
15
16
17
M11
M12
M13
M19
M20
M30
M98
M99
车螺纹直退刀
误差检测
主轴准停
ROBOT工作启动
纸带结束
调用子程序
返回主程序
(三)常用辅助功能的简要说明
1.M00程序停止
执行M00后,机床所有动作均被切断,以便进行某种手动操作。
重新按动程序启动按钮后,再继续执行后面的程序段。
2.M01选择停止
执行过程与M00相同,不同的是只有按下机床控制面板上的“任选停止”开关时,该指令才有效,否则机床继续执行后面的程序。
该指令常用于抽查工件的关键尺寸。
3.M02程序结束
执行该指令后,表示程序内所有指令均已完成,因而切断机床所有动作,机床复位。
但程序结束后,不返回到程序开头的位置。
4.M30纸带结束
执行该指令后,除完成M02的内容外,还自动返回到程序开头的位置。
为加工下一个工件作好准备。
(四)F、T、S功能
1.F功能
指定进给速度,由地址F和其后面的数字组成。
每转进给(G99):
在含有G99程序段后面,再遇到F指令时,则认为F所指定的进给速度单位为mm/r。
系统开机状态为G99状态,只有输入G98指令后,G99才被取消。
每分钟进给(G98):
在含有G98程序段后面,再遇到F指令时,则认为F所指定的进给速度单位为mm/min。
G98被执行一次后,系统将保持G98状态,直到被G99取消为止。
2.T功能
指令数控系统进行选刀或换刀。
用地址T和其后的数字来指定刀具号和刀具补偿号。
车床上刀具号和刀具补号有两种形式:
T1+1或T2+2
即:
T0—刀具号0—刀补号;T00—刀具号00—刀补号;
FANUC—6T系统中,这两种形式均可采用,通常采用T2+2形式。
采用1号刀具和1号刀补。
3.S功能
指定主轴转速或速度,用地址S和其后的数字组成。
恒线速度控制(G96):
G96是接通恒线速度控制的指令。
系统执行G96指令后,S后面的数值表示切削速度。
例如:
G96S100表示切削速度是100m/min。
主轴转速控制(G97):
G97是取消恒线速度控制的指令。
系统执行G97指令后,S后面的数值表示主轴每分钟的转数。
例如:
G97S800表示主轴转速为800r/min,系统开机状态为G97状态。
主轴最高速度限定(G50):
G50除有坐标系设定功能外.还有主轴最高转速设定功能,用S指定的数值设定主轴每分钟的最高转速。
例如:
G50S2000表示主轴转速最高为2000r/min用恒线速度控制加工端面、锥度和圆弧时,由于X坐标值不断变化,当刀具逐渐接件的旋转中心时,主轴转速会越来越高,工件有从卡盘飞出的危险,所以为防止事故的发生有时必须限定主轴的最高转速。
F功能、T功能、5功能均为模态代码。
(五)刀具补偿功能
刀具补偿功能是数控车床的主要功能之一。
1.刀具的偏移
刀具的偏移是指当车刀刀尖位置与编程位置(工件轮廓)存在差值时,可以通过刀具补偿值的设定,使刀具在X、z轴方向加以补偿。
它是操作者控制工件尺寸的重要手段之一。
例如,加工工件时,可以按刀架中心位置编程,如图4—1a所示。
即以刀架中心A作为程序的起点。
但刀具安装后,刀尖相对于A点必有偏移,其偏移值为△X、AZ。
将此二值输入到相应的存储器中,当程序执行了刀具补偿功能后,原来的A点就被刀尖的实际位置所代替当刀具磨损后或工件尺寸有误差时,只要修改每把刀具相应存储器中的数值即可。
某工件加工后外圆直径比要求的尺寸大(或小)了0.02mm,则可以用U-0.02(或U0.02)相应存储器中的数值;当长度方向尺寸有偏差时,修改方法类同。
由此可见,刀具偏移可以根据实际需要分别或同时对刀具轴向和径向的偏移量实行修正。
修正的方法是在程序中事先给定各刀具及其刀补号,每个刀补号中的X向刀补值和Z向刀补值,由操作者按实际需要输入数控装置。
每当程序调用这一刀补号时,该刀补值就生效,使刀尖从偏离位置恢复到编程轨迹上,从而实现刀具偏移量的修正。
需要注意的是,刀补程序段内必须有GOO或G01功能才有效。
而且偏移量补偿必须在一个程序段的执行过程中完成,这个过程是不能省略的。
例如GOOX20.0Z10.0T0202表示调用2号刀具,且有刀具补偿,补偿量在02号存储器中。
2.刀具半径补偿
在实际加工中,由于刀具产生磨损及精加工时车刀刀尖磨成半径不大的圆弧,为确保工件轮廓形状,加工时不允许刀具中心轨迹与被加工工件轮廓重合,而应与工件轮廓偏移一个半径值r,这种偏移称为刀具半径补偿。
一般数控装置都有刀具半径补偿功能,为编制程序提供了方便。
有刀具半径补偿功能的数控系统编制零件加工程序时,不需要计算刀具中心运动轨迹,而只按零件轮廓编程。
使用刀具半径补偿指令,并在控制面板上手工输入刀具半径,数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹,并按刀具中心轨迹运动。
即执行刀具半径补偿后,刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值,从而加工出所要求的工件轮廓。
当刀具磨损或刀具重磨后,刀具半径变小,这时只需手工输入改变后的刀具半径,而不需修改已编好的程序或纸带。
在用同一把刀具进行粗、精加工时,设精加工余量为,则粗加工的
G41--刀具位于工件左侧。
G42--刀具位于工件右侧。
G40--刀具半径补偿取消,即使用该指令后,使G41、G42指令无效。
使用G40、G41、G42时应注意:
G41、G42不能重复使用,即在程序中前面有了G41或G42。
三、数控车床编程中的有关问题
(一)坐标系统
数控车床坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系(编程坐标系)。
无论哪种坐标系统都规定与车床主轴轴线平行的方向为Z轴,且规定从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为正)在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴,且规定刀具远离主轴旋转中心的方向为正方向。
1.机床坐标系
如图4—4所示,以机床原点为坐标原点建立起来的x,z轴直角坐标系,称为机床坐标系。
机床坐标系是机床固有的坐标系,它是制造和调整机床的基础,也是设置工件坐标系的基础。
机床坐标系在出厂前已经调整好,一般情况下,不允许用户随意变动。
机床原点为机床上的一个固定的点。
车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后的端面之交点(图中的O点)。
参考点也是机床上的一个固定点,该点是刀具退离到一个固定不变的极限点。
2.工件坐标系(编程坐标系)
工件坐标系是编程时使用的坐标系,所以又称为编程坐标系。
数控编程时,应该首先确定工件坐标系和工件原点。
零件在设计中有设计基准。
在加工工艺基准,同时要尽量将工艺基准与设计基准统一,该基准点通常称为工件原点。
3.工件坐标系设定
执行G(50)X(α)Z(β)后,系统内部即对(α,β)进行记忆,并显示在显示器上,这就相当于在系统内部建立了一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系。
同一工件由于工件原点变了,所以程序段中的坐标尺寸也随之改变。
因此,在编制加工程序前必须首先确定工件坐标系(编程坐标系)和工件原点(编程原点)。
(二)对刀问题
在数控加工中,工件坐标系确定后,还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置,即常说的对刀问题。
在数控车床上,前,常用的对刀方法为试切对刀。
下面以FANUC—6T系统为例,介绍试切对刀的方法。
将工件安装好之后,先用MDI方式操纵机床,用已选好的刀具将工件端面车一刀,然后保持刀具在纵向(Z向)尺寸不变,沿横向(X向)退刀。
当取工件右端面O为工件原点时,对刀输入为ZO;当取工件左端面O,为工件原点时,需要测量从内端面到加工面的长度尺寸J,
此时对刀输入为Zδ,如图4—7a所示。
用同样的方法,再将工件外圆表面车一刀,然后保持刀具在横向上的尺寸不变,从纵向退刀,停止主轴转动,再量出工件车削后的直径值φv,(如图4-7b所示。
)根据β和φv值即可确定刀具在工件坐标系中的位置。
其它各刀都需要进行以上操作,从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。
由于这种调整方法简单、可靠,所以得到了广泛的应用。
第二节数控车床常用指令的编程方法
一、编程规则
(一)绝对值编程与增量值编程
数控机床编程时,可采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。
1.绝对值编程
绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法。
即采用绝对值编程时,首先要指出编程原点的位置,并用地址x、Z进行编程(X为直径值)。
有的数控系统用G90指令指定绝对值编程。
2.增量值编程
增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法。
即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。
采用增量值编程时,用地址U、W代替X、Z进行编程。
3.混合编程
绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程。
编程时也必须先设定编程原点。
二、快速点定位指令G00
GOO指令是模态代码,它命令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置。
它只是快速定位,而无运动轨迹要求。
指令书写格式是:
GOOX(U)—Z(W)—;
当用绝对值编程时,刀具分别以各轴的快速进给速度运动到工件坐标系X、Z点。
当用增量值编程时,刀具以各轴的快速进给速度运动到距离现有位置为X、Z的点。
刀具整个运动轨迹一般不是直线,而是两条线段的组合。
三、直线插补指令G01
直线插补指令是直线运动指令。
它命令刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动。
G01指令是模态(续效)指令。
其指令格式是:
G01X(U)—2(W)—F—;
几点说明
1)G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程,由尺寸字地址决定,有的数控车床由数控系统当时的状态(G90、G91)决定。
2)进给速度由F指令决定。
F指令也是模态指令,它可以用GOO指令取消。
如果在G01程序段之前的程序段没有F指令,而现在的G01程序段中也没有F指令,则机床不运动。
因此,G01程序中必须含有F指令。
四、圆弧插补指令G02/G03
圆弧插补指令命令刀具在指定平面内按给定的F进给速度作圆弧运动,切削出圆弧轮廓。
(一)圆弧顺逆的判断
圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03。
圆弧插补的顺逆可按图4—19给出的方向判断:
沿圆弧所在平面(如XZ平面)的垂直坐标轴的负方向(-Y)看去,顺时针方向为G02,逆时针方向为G03。
图4—19
数控车床是两坐标的机床,只有x轴和z轴,那么如何判断圆弧的顺逆呢?
应按右手定则的方法将r轴也加上去来考虑。
观察者让r轴的正向指向自己(即沿y轴的负方向看去),站在这样的位置上就可正确判断X-Z平面上圆弧的顺逆时针了。
(二)G02/G03指令的格式
在车床上加工圆弧时,不仅要用G02/G03指出圆弧的顺逆时针方向,用X(U),z(W)指定圆弧的终点坐标,而且还要指定圆弧的中心位置。
常用指定圆心位置的方式有两种,因而G02/G03的指令格式有两种:
1)用I、K指定圆心位置:
G02
}X(U)—2(W)—I—K—F—;
G03
2)用圆弧半径R指定圆心位置:
G02
}X(U)—Z(W)—R—F—;
G03
(三)几点说明
1)采用绝对值编程时,圆弧终点坐标为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值,用X、Z表示。
当采用增量值编程时,圆弧终点坐标为圆弧终点相对于圆弧起点的增量值,用U、W表示。
2)圆心坐标I、K为圆弧起点到圆弧中心所作矢量分别在X、Z坐标轴方向上的分矢量(矢量方向指向圆心)。
本系统I、K为增量值,并带有“土”号,当分矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取“-”号。
3)当用半径R指定圆心位置时,由于在同一半径R的情况下,从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性,为区别二者,规定圆心角α≤1800时,用“+R”表示,α>1800时,用“-R”表示。
4)用半径R指定圆心位置时,不能描述整圆。
(四)编程方法举例
例1顺圆弧插补
方法一用I、K表示圆心位置,绝对值编程,
………
N03G00X20.0Z2.0;
N04G01Z-30.8F80;
N05G02X40.0Z-40.0I10.0K0F60;
增量值编程:
……..
N03G00U-80.W-98.;
N04G01U0W-32.0F80;
N05G02U20.W-10.I10.K0F60;
………
方法二用R表示圆心位置
……..
N04G0lZ-30.F80;
N05G02X40.Z-40.R10F60;
……..
例2逆圆插补
图4—21顺时针圆弧插补图4—22逆时针圆弧插补
方法一用I、K表示圆心位置,采用绝对值编程。
………
N04G00X28.Z2.;
N05GOl2-40.F80;
N06G03X40.Z-46.I10.K-6.F60;
………
采用增量值编程
N04G00U-150.W-98.;
N05G01W-42.F80;
N06G03U12.W-6.I0K-6.F60;
…….
方法二用R表示圆心位置,采用绝对值编程。
……..
N04GOOX28.Z2.
N05G01Z-40.F80;
N06G03X40.Z-46.R6F60;
……….
(五)圆弧的车法
1.车锥法
在车圆弧时,不可能用一刀就把圆弧车好,因为这样吃刀量太大,容易打刀。
可以先车一个圆锥,再车圆弧。
但要注意,车锥时起点和终点的确定,若确定不好则可能损伤圆弧表面,也有可能将余量留得太大。
对于较复杂的圆弧,用车锥法较复杂,可用车圆法。
2.车圆法
车圆法就是用不同半径的圆来车削,最终将所需圆弧车出来,此方法的缺点是计算较麻烦。
五、锥的切削
(一)车锥原理
在车床上车外圆锥时可以分为车正锥和车倒锥两种情况,而每一种情况又有两种加工路线。
图4-25车正锥加工路线车正锥时,需要计算终刀距S。
假设圆锥大径为D,小径为d,锥长为L,背吃刀量为则由相似三角形可得:
(D—d)/2L=αp/S
S=2Lαp/(D-d)
当按图b的走刀路线车正锥时,则不需要计算终刀距S,只要确定了背吃刀量d,即可车圆锥轮廓。
但在每次切削中,背吃刀量是变化的。
图4—26为车倒锥的两种加工路线,车锥原理与正锥相同。
(二)车锥编程实例
已知毛坯为φ30mm的棒料,3号刀为外圆刀,试车削成如图4—27所示的正锥。
解确定分三次走刀,前两次背吃刀量αp=2mm,最后一次背吃刀量αp=1mm。
按第一种车锥路线进行加工,终刀距S1=8mm;S2=16mm。
具体程序如下:
N0lG50X200.Z100.;
N02M03S800T0303;
N03GOOX32.ZO;
N04GOlX0F0.3;
N0522.;
N06G00X26.;
N07G01Z0F0.4;
N08X30.Z-8.;
N09GOOZ0;
N10G01X22.F0.4;
N11X30.Z-16.;
N12G00Z0;
N13G01X20.FO.4;
N14X30.Z-20.;
N15G00X200.Z100.T0300;
N16M30;
六、孔加工
对于孔加工,不同的数控机床有不同的指令。
本机床孔加工所使用的指令为直线插补指令G01,下面以图4—28为例说明孔加工的编程方法。
设—号刀为外圆刀,二号刀为φ3mm钻头,三号刀为切断刀,四号刀为φ16mm钻头,六号刀为镗刀。
毛坯为φ53mmX100mm的棒料。
选取工件轴线与工件右端面的交点O为坐标原点,其加工
程序为:
N0lG50X150.Z200.;
N02M03S800T0101;
N03G00X55.ZO;
N04G01X0F0.4;
N05G00Z2.0;
N06X50.;
N07G01Z-73.F0.4;
N08G00X52.Z2.,
N09X40.;
N10G012-45.F0.3;
N11G02X50.Z-50.R5.;
N12G00X55.Z1.;
N13X34.;
N14G01X40.Z-2.F0.4;
N15G00X150.Z200.T0100;
N16M03S1500T0202;
N16M03S1500T02;
N17GOOX0Z2.;
N18G01Z-4.F0.12;
N19G00Z2.;
N20X150.Z200.T0200;
N21M03S500T0404M08;
N22G00XO22.;
N23G01W-15.F0.12;
N24G00W5.;
N25G01W-15.F0.12;
N26GOOW5.;
N27G01W-15.F0.12;
N28G00W5.;
N29G0lW-10.F0.12;
N30GOOW40.;
N31M09;
N32GOOX150.Z200.T0400;
N33X18.Z2.T0606M08;
N34G01Z-30.S1000FO.1;
N35GOOX16.;
N36Z2.;
N37X20.;
N38G01Z-30.FO.1;
N39GOOX18.;
N40Z2.;
N41X22.;
N42G01Z0FO.3;
N43X20.Z-1.;
N44GOOZ2.;
N45X150.Z200.T0600;
N46GOOX52.Z-70.S500T0303;
N47G01X0FO.15;
N48GOOX55.;
N49X150.Z200.;
N50M09;
N51M30;
七、固定循环
固定循环是预先给定一系列操作,用来控制机床位移或主轴运转,从而完成各项加工。
刀加工完成的轮廓表面,即加工余量较大的表面,采用循环编程,以缩短程序段的长度,减少程序所占内存。
固定循环一般分为单一形状固定循环和复合形状固定循环。
各类数控系统复合循环的形式和使用方法(主要是编程方法)相差甚大。
这里主要介绍发怒FANUC-6T固定循环。
(一)单一形状固定循环G90
该循环主要用于圆柱面和圆锥面的循环切削。
1.外圆切削循环
1)指令格式:
G90X(U)--Z(W)一F一;
如图4—29所示,刀具从循环起点开始按矩形循环,最后又回到循环起点。
图中虚线表示按R快速运动,实线表示按F指定的工作进给速度运动。
x、z为圆柱面切削终点坐标值;U、W为圆柱面切削终点相对循环起点的增量值。
其加工顺序按1、2、3、4进行。
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