1、第8章 数控车床应用,8. 1 数控车床概述 8. 2 对刀与偏置、补偿 8. 3 FANUC系统数控车床编程简介 8. 4 外圆切削 8. 5 端面切削加工 8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用 8. 7 内孔加工 8. 8 切槽、切断工艺及编程 8. 9 螺纹车削加工工艺及编程 8. 10 先导案例解决,8. 1 数控车床概述,8.1.1数控车床简述 1.各种控制功能的数控车床 (1)全功能型数控车床它一般采用交、直流伺服电机驭动形成闭环或半闭环控制系统，主电机一般采用交流伺服电机。具有CRT图形显示、人机对话、自诊断等功能。具有高刚度、高精度和高效率等优点，如图8-1所示。(
2、2)经济型数控车床早期的经济型数控车床是在普通车床基础上改造而来，功能较简单;现在的经济型数控车床功能，有了较大的提高。,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,(3)车削中心车削中心是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序复合加工的机床。车削中心与数控车床的主要区别是:车削中心具有动力刀架和C轴功能，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。 (4) FMC车床它是一种由数控车床、机械手或机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,2.立、卧
3、式数控车床数控车床有立、卧式之分，数控卧式车床应用更为普遍。(1)卧式数控车床卧式数控车床的主轴轴线处于水平位置，它的床身和导轨有多种布局形式，是应用最广泛的数控车床。如图8-1所示为全功能卧式数控车床。(2)立式数控车床立式数控车床的主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类数控机床主要用于加工径向尺寸较大、轴向尺寸较小的大型复杂零件。如图8 -2所示为立式数控车床简图。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,8.1.2典型的数控车床组成如图8-1所示为典型的全功能数控车床。CNC车床的主要组成部分有CNC控制、床身、主轴箱、进给运动装置、刀架、卡盘与卡爪、尾
4、座、电源控制箱、液压和润滑系统以及其他设置。下面以典型的全功能卧式数控车床为例，简介数控车床的组成。1. CNC控制系统现代数控车削控制系统中，除了具有一般的直线、圆弧插补功能外，还具有同步运行螺纹切削功能，外圆、端面、螺纹切削固定循环功能，用户宏程序功能)另外，还有一些提高加工精度的功能，如恒线速度控制功能，刀具形状、刀具磨损和刀尖半径补偿功能，存储型螺距误差补偿功能，刀具路径模拟功能。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,2.进给运动装置CNC车床的两个主要进给轴是X轴和Z轴。X轴用于控制横溜板，控制刀具横向进给移动，改变工件的直径;Z轴用于控制拖板，会沿长度方向移动刀具来控制工
5、件的长度。3.床身床身用于支撑和对正机床的X轴、Z轴及刀具部件。此外，床身可以吸收由于金属切削而引起的冲击与振动。床身的设计有两种方式，即平床身或斜床身。如图8-1所示，大多数全功能CNC车床采用斜床身设计，这种设计有利于切屑和冷却液从切削区落到切屑传送带。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,4.主轴箱轴箱包含用于旋转卡盘和工件的主轴，以及传递齿轮或皮带。主轴电机驭动主轴箱主轴，数控车床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电机，使传动链变得简单、可靠。5.卡盘与卡爪卡盘安装在主轴上，并配备有一套卡爪来夹持工件(见图8-1)。可以将卡盘设计成有两个卡爪、3个卡爪、4个卡爪、6个卡爪
6、形式)卡爪可以是淬硬钢(即硬卡爪)或低碳钢(即软卡爪)。硬卡爪有各种标准设计;软卡爪需要镗孔工序，以与所夹持工件的直径相匹配。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,6.刀架数控车床都采用了自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，连续完成多道工序的加大大提高了加工精度和加工效率。刀架是用于安放刀具的部件。当CNC程序需要某一把刀具时，必须将它转位到切削位因此，其基本功能是夹持刀具并实现刀具的快速转位，实现换刀功能。7.尾座如图8-5所示，尾座用于支撑刚性较低的工件，如轴、长的空心铸件及小型零件等。尾座可以设计成手动操作或由CNC程序命令操作。尾座一般利用顶尖来支撑工件的一端。车床项尖有多
7、种样式，以适用于各种车削加工的需要。最常用的顶尖是活动顶尖，它可以在轴承中旋转，从而能够减小摩擦。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,8.电源控制箱电源控制箱上通常安装有电源开关及各种电器元件，其中包括保险和复位按钮。为安全起见，这些元件均安装在电器控制柜内部。通常要对电源控制箱加镗，以防止未得到授权的人员操作。如果需要进行电器方面的维护，需要与取得授权的人员联系。9.其他设置(1)自动棒料进给器自动棒料进给器用于减少将工件材料装卡到卡盘时的操作时间。棒料进给器的目的是在CNC加工循环结束时快速、自动地装卡棒料。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,(2)零件接收器零件接
8、收器的目的是当零件被切断后快速接收到它，以避免损坏零件、刀具和(或)机床部件。此配置一般配备在棒料进给类型的车床。 (3)第二刀架主刀架和第二刀架均彼此独立地工作，可以同时切削两个零件，以减小循环时间。 (4)对刀器对刀器是机床上的一个传感装置，可自动标记设置中的每一把刀具。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,(5)动力刀头动力刀头安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成铣、钻、镗等各种复杂工序，动力刀头安装在动力转塔刀架。如图8 -6所示为工件随主轴准停定位后，车削中心的动力刀具对工件直径方向铣平面和键槽、钻径向孔以及动力刀具轴向加工工件的示意图。(6)切屑传送带切屑传送带用于将加
9、工工件时产生的金属切屑从CNC车床的工作区运走。可减少需要清理和维护CNC车床工作区的时间。 10.典型全功能CNC车床技术参数型号为HM-077的典型全功能CNC车床技术参数见表8-1。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,8.1. 3数控车削的主要加工对象 1.精度要求高的零件由于数控车床刚性好，制造精度高，并且能方便地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求较高的零件，甚至可以以车代磨。2.表面粗糙度好的回转体数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切
10、出的粗糙度既小又一致。,上一页,下一页,返回,8. 1 数控车床概述,3.超精密、超低表面粗糙度的零件轮廓精度要求超高和表面粗糙度超低的零件，适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。 4.表面形状复杂的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸的零件，如具有封闭内成型面的壳体零件。 5.带一些特殊类型螺纹的零件数控车床不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹。,上一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,8.
11、 2. 1数控车床坐标系及机床各点1.数控车床原点及机床的坐标系数控车床一般这样规定坐标系:平行主轴线的运动方向取名z轴方向，横滑座上导轨方向名为x轴方向，且规定刀架离开工件方向为正向。2.机床参考点对于增量式测量系统的数控机床，机床了家设置另一固定的点机床参考点，机床参考点通常设在X, Z正向的极限行程点，用于标定进给测量系统的测量起点。机床参考点相对机床零点具有准确坐标值，出了前由机床了家精密测量并固化存储在数控装置的内存里。,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,3.刀架参考点数车生产了选择刀架上一定点刀架参考点，作为机床坐标系直接追踪测量的目标。刀架参考点用来代表刀架在机床的位置，
12、如图8 -7中的刀架中心。4.回参考点操作增量式测量的数控机床开机后，首先要执行回参考点操作，让刀架参考点与机床参考点重合，确立进给测量系统的测量起点及坐标值，然后，机床具有在坐标系上对测量目标的位置测量功能。,上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,5.刀位点刀具相对工件的进给运动中，工件轮廓的形成往往是由刀具上的特征点直接决定的，如外圆车刀的刀尖点的位置决定工件的直径，端面车刀的刀尖点的位置决定工件的被加工端面的轴向位置，钻削时，刀具的刀尖中心点代表刀具钻入工件的深度，圆弧形车刀的圆弧刃的圆心距加工轮廓总是一个刀具半径值，用这些点可表示刀具实际加工时的具体位置。选择刀具的这些点作
13、为代表刀具车削加工运动的特征点，称为刀具刀位点。,上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,6.工件原点及工件坐标系选择工件一点，为工件零点，代表工件在机床的位置。如图8-7(a), (b)所示，取工件右端面中心为工件零点，取与机床坐标系名称和方向相同的坐标轴，建立工件坐标系。工件坐标系坐标的零点随编程者的意愿确定。 8. 2. 2数控车床的对刀 1.两个坐标系的差异差别表现在以下两个方面:(1)坐标系追踪测量的目标不一致，机床坐标系追踪测量刀架参考点的坐标，编程坐标表达刀位点坐标。(2)坐标的零点不一致。从编程者角度看，工件零点也就是工件编程原点。从机床数控系统的角度看，它事先并不知
14、道工件及零点装在机床的什么位置。,上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,2.零点偏置如图8 -9所示，以机床参考点和机床原点设为同一点的机床为例。当执行回参考点(回零)操作后，刀架参考点与机床原点重合，此时，机床坐标系追踪测量目标刀架参考点坐标值为(X0, G0)，此时，机床认为位置坐标是(X0, Z0) .如果手动操作机床移动刀架，使刀位点到达工件零点W，此时，工件坐标系追踪测量目标刀位点坐标值为(X0, G0)。此时，工件坐标认为是(X0, Z0) .,上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,零点偏置的方法是:当刀具与工件安装后，手动操作机床测量图8-9中的偏移值A,
15、 B，并把A, B值输入到CNC的零点偏置画面，如图8-10所示。执行程序时，CNC自动按给定值偏移机床零点，从而使机床坐标系显示坐标与工件坐标一致。3.长度补偿(几何尺寸偏移)如图8-11所示，当执行回参考点操作，刀架参考点与机床原点重合后，机床坐标认为是(X0, Z0)。但此时刀位点在工件坐标系的坐标是(X = +167. 08 x2, Z +734. 91),上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,4.典型的对刀方法FANUC-OTC使用的一种对刀方法，基于上述的原理，对刀方法如下(选择工件右端面中心为工件零点):(1)选择刀具(如T01)，并手对操作试切削工件外圆后，测量当前
16、外圆尺寸(2)按MDI键盘中的【OFFSET SETTING】键，按软键【补正形状】，显示刀具几何尺寸偏置参数表，见表8-2.(3)移动光标至指定的刀补号，输入试切后测量的工件外圆尺寸，如“X51.020“，按【测量】软键(见表8 -2下方)，然后系统自动计算出X向刀具相对工件零点的几何尺寸偏移值(可称为刀补值)。(4)试切端面后输入“Z0“，按【测量】软键后得出Z向刀具相对工件零点的几何尺寸偏移值。(5)同理设定其他刀具的刀补参数。 (6)在刀补设定后可使用MDI操作方式验证刀补的正确性。,上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,5. FANUC车削系统刀具T指令FANUC系统中对
17、刀具T功能指令用“Tx x x x”四位数字来表示，如“T0101”。为了很好地理解这一功能。将四位数字看成两组，即前两位为一组，后两位为另一组，各组都有它们规定的含义。(1)第一组(前面两位数字)用来选择刀具，选择编号刀具处于工作位置。(2)第二组(第3和第4个数字)控制所选择刀具几何尺寸形状偏置和磨损偏置。,上一页,下一页,返回,8. 2 对刀与偏置、补偿,8. 2. 3刀具磨损偏置及应用在CNC车床上，磨损偏置适用于刀具在Z向和X向位置偏差的调整和补偿，或是对刀具磨损后引起的偏差补偿，或是用来调整同一刀架上的刀具刀位点相对基准刀刀位点间的位置偏差。磨损偏置的值就是调整刀具刀位点在程序中的
18、值与工件实际测量尺寸值之间的差别。如图8 -12所示为刀具磨损偏置的原理，这里为了强调，放大了其比例。磨损偏置寄存器见表8 -3，形式与几何尺寸形状偏置表一致。,上一页,返回,8. 3 FANUC系统数控车床编程简介,8.3.1 FANUC数控车床指令教材中涉及的FANUC数控车削见指令见表8-4. FANUC数控车削系统M指令参见表2-6 ( 2. 1节)。 8. 3. 2 部分FANUC数控车削指令应用说明1.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8-13所示，图中E点的坐标值为(30，-25) , B点的坐标值为(20，-2)。采用直径尺寸编程与零件
19、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。,下一页,返回,8. 3 FANUC系统数控车床编程简介,2.绝对坐标、增量坐标编程在按绝对坐标编程时，使用代码X和Z;按增量坐标(相对坐标)编程时，使用代码U和W。 U输入的是径向实际位移值的二倍，并附上方向符号(正向可以省略)。同一程序中，也可以采用混合坐标指令编程，即既出现绝对坐标指令，又出现相对坐标指令。3.前置刀架、后置刀架坐标系及编程方式通常，采用斜床身的布局全功能数控车床，刀架后置，坐标系的坐标轴名称、方向如图8-14(a)所示。采用水平床身的布局数控车床，通常刀架前置，更适合手动操作的参与，坐标系
20、的坐标轴名称、方向如图8-14(b)所示。,上一页,下一页,返回,8. 3 FANUC系统数控车床编程简介,4.主轴旋转控制(G50 , G96 , G97)S后面的数字表示主轴转速，单位为:/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。(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。(3)恒线速取消编程格式G97 SS后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。,上一页,下一页,返回,8. 3 FANUC系统数控车床编程简介,5.进给速率
21、(G98/G99 ) (1) G98代码来指派每分钟的位移(mm/min). 例:G98 F100表示进给量为100 mm/min . (2) G99代码来指派每转位移(mm/r) . 例:G99 F0. 2表示进给量为0. 2mm/r . 6. G01倒45倒角指令在FANUC Oi车削系统中，G01指令还具有对回转体类工件的台阶和端面交接处，实现自动倒45倒角功能，应用介绍如下:,上一页,下一页,返回,8. 3 FANUC系统数控车床编程简介,格式:GO1 XCF;用于X轴向Z轴过渡倒直角，C值有正负之分。倒直角指向Z负向，则C值为负;倒直角指向Z正向，则C值为正。格式:GO1 ZCF;用
22、于Z轴向X轴过渡倒直角，C值有正负之分。倒直角指向X负向，则C值为负;倒直角指向X正向，则C值为正。,上一页,下一页,返回,8. 3 FANUC系统数控车床编程简介,7. G01倒90圆角在FANUC Oi一TC车削系统中，G01指令还具有对回转体类工件的台阶和端面交接处实现自动倒圆角功能，应用介绍如下。格式:GO1 XRF;用于X轴向Z轴向过渡倒圆，R值有正负之分。倒圆指向Z负向，则R值为负;倒圆指向Z正向，则R值为正。格式:GOl ZRF;用于Z轴向X轴向过渡倒圆，R值有正负之分。倒圆指向X负向，则R值为负;倒圆指向X正向，则R值为正。,上一页,返回,8. 4 外圆切削,8. 4. 1车削
23、外圆表面工艺外圆表面是轴类零件的主要工作表面，外圆表面的加工中，车削得到了广泛的应用。车削不仅是外圆表面粗加工、半精加工的主要方法，也可以实现外圆表面的精密加工。如图8-16所示为车刀车削外圆。粗车可采用较大的背吃刀量和进给量，以较少的时间切去大部分加工余量，获得较高的生产率。,下一页,返回,8. 4 外圆切削,半精车可以提高工件的加工精度，减小表面粗糙度，因而可以作 为中等精度表面的最终工序，也可以作为精车或磨削的预加工。精车可以使工件表面具有较高的精度和较小的粗糙度。精细车常用作某些外圆表面的终加工工序。选择粗车、精车及其所用的车床时，不能仅仅考虑其所能达到的加工精度和表面粗糙度。而且还要
24、考虑其在工件加工过程中的不同作用，以及不同的生产条件等。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,8. 4. 2 G01车削外圆(1)刀具切削起点编程时，对刀具快速接近工件加工部位的点应精心设计，应保证刀具在该点与工件的轮廓应有足够的安全间隙。如图8-17所示，工件毛坯直径50 mm，工件右端面为Z0，外圆有5 mm的余量，刀具初始点在换刀点(X100, Z100)。可设计刀具切削起点为(X54 , Z2) 。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,(2)刀具趋近运动工件的程序段首先将刀具以G00的方式运动到点(X54 , Z2 ) ,然后G00。移动X轴到切深，准备粗加工。N36 TO
25、101;N37 G97 5700 M03;N38 G00 X54 Z2 M08;N39 X46;N40(3)刀具切削程序段N40 G01 Z一20 F100;刀具以指令进给速度切削到指定的长度位置。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,(4)刀具的返回运动 刀具的返回运动时，先X向退到工件之外，再+Z向以G00方式回到起点。 N41 GO1 X54; N42 G00 Z2; N43 程序段N40为实际切削运动，切削完成后执行程序段N41，刀具将快速脱离工件。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,8. 4. 3 G90单一循环车削圆柱面 1. G90单一车削循环如图8-18所示，外圆
26、车削路线可总结成四个动作:第一动作刀具从起点以G00方式x方向移动到切削深度;第二动作刀具G01方式切削工件外圆(z方向);第三动作刀具G01切削工件端面;第四动作刀具G00方式快速退刀回起点。四个动作路线围成一个封闭的矩形刀路，如图8-17所示，刀路矩形可看成由起点与对角点确定的矩形。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,G90单一车削循环是这样一个指令，可用它来调用圆柱面车削一系列四个动作。G90单一车削循环格式:G90 X(U)Z (W)F;G90单一车削循环参数说明:当刀具已经运动到车削循环矩形路线的起点，本指令的“X ( U)Z (W)”给定矩形路线的对角点，从而确定矩形的刀路
27、轨迹。指令中的“F”字给定工作进给的速度。只对中间两步起作用。 2. G90单一循环车削圆柱面应用实例,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,用G90指令加工如图8 - 22所示工件的外锥面。(1) R值为正、负判断:如图8-23所示，牵引点把基本矩形区域向X负向牵引形成锥面，则R为负。(2)R值计算：实际R值为PP1，由图8 - 23可见:,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,(3)刀具起点的及对角点的设计。(4)外圆锥面粗精加工程序()8502如下。08402;N10 G98 TO101;5800 M03;N20 G0 X61 Z2;快速走刀至循环起点5N30 G90 X57 Z
28、一19. 8 R一5. 5 F150;用G90粗车圆锥,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,N40 X53 ; G90模态下X向切深至X53 X49; X45; X41; X37; X33; X31;X向留单边余量0. 5 mm X30 Z一20 F100 51200;精车 G0 X100 2100; M30;,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,8. 4. 5 G71多重复合循环粗车外径1.多重复合循环切削区域边界定义FANUC系统允许用循环指令调用对完全封闭的切削区域的多次分层加工动作过程，这种指令称为多重复合循环。在多重复合循环指令中要给定切削区域的切削工艺参数。从数学角度上
29、说，定义一个封闭区域至少需要三个不共线的点，如图8-24 (a )所示为一个由三点定义的简单边界和一个由多点定义的复杂边界。S,P和Q点则表示所选(定义)加工区域的极限点。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,图8 - 24 ( b)中，车削工件轮廓由点P开始，到点Q结束，它们之间还可以有很多点，如#1, #2, #3, #4。这样由P开始到Q点结束形成了复杂的轮廓，P, Q点间复杂轮廓应就是精加工的路线。这样由S点和P到Q精加工的路线就确定了一个完全封闭的切削区域。2.起点和P. Q点的设计图8 - 24中的5点为任何轮廓切削循环的起点，它的定义是:起点是调用轮廓切削循环前刀具的X,
30、Z坐标位置。认真选择起点很重要，它应趋近工件，并具有安全间隙。P点代表精加工轮廓的起点;Q点代表精加工后轮廓终点。P、Q点应在工件之外，与工件有一定的安全间隙。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,3. G71多重复合循环格式G71粗车固定循环，它适用于对棒料毛坯粗车外径和粗车内径。格式如下:格式中参数含义见表8-6。G71指令段内部参数的意义如图8 - 25所示，CNC装置首先根据用户编写的精加工轮廓，在预留出X和Z向精加工余量u和w后，计算出粗加工实际轮廓的各个坐标值。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,4. G71多重复合循环应用实例工件如图8 - 26所示，毛坯直径50，
31、工件右端面为Z0，刀具初始点在换刀点(X100,2100 ) 。切削区域、切削起点P、Q点设计如图8-27所示。利用G71多重复合循环编制粗加工程序如下: 08403; G99; TO101; G0 X54 Z2 5500 M3;到达G71固定循环起始点 G71 U2 R0. 5;每层切深2mm，退刀0. 5 mm G71 P10 Q20 U0. 3 W0. 1 F0. 2; X向留单边精加工余量0. 3 mm,Z向0. 1 mm。粗加工切进给量0. 2 mm/r , P10 Q20为描述零件的轮廓形状的程序段的起止段号,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,N10 G0 X20; P点;
32、精加工轮廓开始程序段，第一个动作是X向运动 G1 ZO; Gl X30 Z-25; G1 Z-22; G03 X36 Z-25; GO1 X46; N20 G1X52 Z-28; Q点，精加工轮廓结束 M03 51000; G70P10Q20 F0. 1; 调用精加工循环 G0 X100 2100; N120 M30;,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,8. 4. 6精车固定循环G70格式:G70 P(ns)Q(nf);说明如下:G70指令用于G71 , G72 , G73指令粗车工件后的精车加工。G70指令总是在粗加工循环之后，调用粗加工循环指令后的精加工轮廓路线。 应用示例: 08
33、403;M03 51000; N100 G70 P10 Q20 F0. 1; 调用精加工循环 N110 G0 X100 2100; N120 M30;,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,8. 4. 7 G73成型加工复合循环粗车外径1.锻造毛坯与圆棒料毛坯切削区域和粗车路线如图8-28所示，对工件毛坯切削区域的粗加工，可以有几种不同切削进给路线选择，如图8-28 (a)所示的平行轮廓的“环切”路线，如图8-28( b)所示的平行坐标轴的“行切”走刀路线等。为使粗加工切削路线最短，要对具体加工条件具体分析。当工件毛坯为余量均匀的锻造毛坯，粗加工时，平行轮廓的“环切”路线最短。,上一页,下
34、一页,返回,8. 4 外圆切削,G73指令称之为成型加工复合循环，调用平行工件轮廓的“环切”路线，适合于余量均匀的锻造毛坯粗车。2. G73指令介绍和格式格式中各参数含义见表8 -7 。G73指令段内部参数的意义:G73指令段内部参数的意义如图8 - 29所示，CNC装置首先根据用户编写的精加工轮廓，在预留出X和Z向精加工余量Du和么、后，刀具按平行于精加工轮廓的偏离路线进行粗加工，切深为粗加工余量除以指令的粗加工次数(R)。粗加工结束后，可使用G70指令最终完成精加工。,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,3. G73指令应用示例如图8-30所示的工件毛坯为锻件。工件X向残留余量不大于
35、5mm, Z向残留余量不大于3 mm ,要求采用G7 3方式切削出该零件外形。换刀点、切削起点、P、Q点设计，精加工路线设计参考图8-27。利用G73多重复合循环编制粗加工程序如下:,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,08404; G99; TO101; G0 X60 Z2 5500 M3; G73 US W3 RS; G73 P10 Q20 U0. 3 W0. 1 F0. 2; N10 G0 X20; G1 ZO;,上一页,下一页,返回,8. 4 外圆切削,Gl X30 Z-25; G1 Z-22; G03 X36 Z-25; GO1 X46; N20 Gl X52 Z - 28;
36、Q点，精加工轮廓结束 M03 51200; G70 P10 Q20 F0. 1 ;调用精加工循环 G0 X100 2100; M30;,上一页,返回,8. 5 端面切削加工,8. 5. 1车削端面车削端面工序用于加工工件的端面，从而得到平端面或阶梯端面。端面切削刀具要将下件端面加工为图纸指定的z向长度，车削端面时利用刀具沿x轴方向的进给来完成(如图8-31所示)。车削端面时，可以用偏刀或45端面车刀。,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,8. 5. 2 G01单次车削端面1.刀具切削起点编程时，对刀具快速接近工件加工部位的点应精心设计，应保证刀具在该点与工件的轮廓应有足够的安全间隙。如图8-
37、33所示，工件毛坯直径50mm，工件右端面为ZO，右端面有0. 5 mm的余量，刀具初始点在换刀点(X100,6100)。可设计刀具切削起点为(X55 , 60),上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,2.刀具趋近运动工件的程序段首先Z向移动到起点，然后X向移动到起点。这样可减小刀具趋近工件时发生碰撞的可能性。N36 TO101;N37 G97 5700 M03;N38 G00 ZO M08;N39 X55;N40若把N37 , N39合写成:G00 X55 ZO可简便一些，但必须保证定位路线上没有障碍物,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,3.刀具切削程序段 N40 GO1
38、X一1 F50由于刀尖圆弧的存在，当X向切削到XO时，端面中心常常留下一小点不能完全切削，X向切削到X一1，可避免这种情况的发生。 4.刀具的返回运动 刀具的返回运动时，宜首先Z向退出。 N41 GO1 Z一30 F30; N42 G00 Z2 ; Z向退出 N43,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,8. 5. 3 G94单一循环切削端面 1. G94循环格式G94循环代码用于定义一系列直端面车削或锥端面车削运动过程。格式:G94 X ( U) Z(W)F; 2. G94循环特点G94代码允许CNC编程员为每次车端面走刀指定切削深度。G94端面切削代码也是模态代码，执行车削端面下序
39、后必须用G00代码注销。如图8 - 34所示，G94的刀具走刀路线:第一刀为G00方式快速进刀;第二刀切削工件端面;第三刀Z向退刀光整工件外圆;第四刀G00方式快速退刀回起点,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,3. G94循环编程示例用G94循环编写如图8 -35所示工件的端面切削程序。设刀具的起点为与工件具有安全间隙的5点X55, Z1).加工程序如下:,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,8. 5. 4 G94单一循环切削端锥面1. G94循环锥端面车削格式G94单一循环还可用于锥端面车削。格式:G94 X ( U)Z( W)RF;说明:如图8 -36所示，G94指令
40、中的X,Z字指与起刀点相对的对角点的坐标G94指令中，R值的大小也是从基本矩形区域牵引拉伸的距离，牵引拉伸的方向是Z向，向正向牵引为正，向负向牵引拉伸为负。,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,2.锥端面车削编程实例以如图8 - 37所示的工件端锥面加工为例，用G94单一循环编制端锥面切削程序示例如下。1.实际R值计算实际R值计算：,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,2.刀具起点的及对角点的设计刀具起点的Z值应大于等于实际R值，否则容易导致第一刀切深过大的错误。设实际起点S的Z值为Z6是符合要求的。第一个对角点的选择要认真设计。如图8-37(a)所示，第一个对角点若为Z4
41、，则实际的最大切深为(5.83-4=1.83)，应是比较合适的量;第一个对角点若为Z -2，则实际的最大切深为(5. 83 +2 =7. 83)，将可能导致切深过大的错误。,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,3.加工程序,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,8. 5. 5 G72复合循环切削端锥面 1. G72指令介绍和格式端面粗车循环指令的含义与G71类似，不同之处是:它是先Z向引人切削深度，然后刀具平行于X轴方向切削，即从外径方向往轴心方向切削端面的粗车循环。格式如下：程序段格式中各指令字中各参数的含义见表8-8。,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,2.
42、G72指令外形加工编程示例如图8-39所示的工件，毛坯为小52，现应用G72/G70指令对右端面进行切削。,上一页,下一页,返回,8. 5 端面切削加工,上一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,8. 6. 1可转位车刀片的刀尖圆弧及选用1.可转位车刀片的刀尖圆弧数控车削中，可转位车刀得到越来越多的使用。可转位机夹刀具使用有多个切削刃车刀片，当刀片的一个切削刃用钝以后，只要松开夹紧元件，将刀片转一个角度，换另一个新切削刃，并重新夹紧就可以继续使用;当所有切削刃用钝后，换一块新刀片即可继续切削。,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,2.具有刀尖圆
43、弧车刀片的刀位点如图8-41 (a)所示，尽管一般认为车刀刀尖是主副切削刃的交点，但由于刀尖圆弧的存在，这个刀尖事实是不存在的刀具外虚构点。如图8-41 (b)所示，对刀时，一般把与刀刃相切的x, z向直线的交点称为对刀刀尖，并往往用它代表刀具在工件坐标系的几何位置，即编程轨迹上的动点，但对刀刀尖事实是也不在实际刀刃上，是个虚点。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,3.车刀片刀尖圆弧的工艺选择(1)刀尖圆弧半径不宜大于零件凹形轮廓的最小半径，以免发生加工干涉;该半径又不宜选择太小，否则会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差，使车刀容易损坏。(2)刀尖圆弧半径应
44、与最大进给量相适应，刀尖圆弧半径宜大于等于最大进给量的1.25倍，否则将恶化切削条件，甚至出现螺纹状表面和打刀等问题;另一方面，又要顾虑刀尖圆弧半径太大容易导致刀具切削时发生颤振，一般说来，刀尖圆弧半径在0. 8 mm以下时不容易导致加工颤振。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,(3)刀尖圆弧半径与进给量在几何学上与加工表面的残留高度有关，从而影响到加工表面的粗糙度。残留高度与刀尖圆弧半径、进给量的关系可用下式表示:(4)刀尖圆弧半径还与断屑的可靠性有关。从断屑可靠出发，通常对于小余量、小进给车加工作业可采用小的刀尖圆弧半径，反之宜采用较大的刀尖圆弧半径。
45、(5)在CNC编程加工时，若考虑经测量认定的刀具圆弧半径，并进行刀尖半径补偿，该刀具圆弧相当于在加工轮廓上滚动切削，刀具圆弧制造精度和刀尖半径测量精度应当与轮廓的形状精度相适应。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,8. 6. 2带刀尖圆弧可转位刀片的应用 1.以刀片对刀刀尖作为刀位点的编程应用(1)刀具车削直圆柱面及端面误差分析如图8-42所示，以对刀刀尖为刀位点，刀具切削直圆柱面时，形成工件轮廓的刀刃B点虽然与刀位点P点不重合，但一前一后地在同一加工圆柱面上。刀具切削直端面时，形成工件轮廓的刀刃A点虽然与刀位点P点不重合，但一上一下地在同一加工直端面上。
46、,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,(2)刀具车削锥面误差分析如图8 -43所示，以对刀刀尖为刀位点时，要加工的理想锥面轮廓线为CD，带刀尖圆弧车刀片车削时，若对刀刀尖P点移动轨迹按照CD编程，用带刀尖圆弧车刀实际切削出轮廓为D1C1，产生CDD1C1的区域残留误差。(3)加工圆弧面的误差分析与偏置值计算以对刀刀尖为刀位点时，带刀尖圆弧车刀片加工圆弧面和加工圆锥面基本相似。如图8 - 44分别加工的1/4凸、凹圆弧，理想轮廓CD , O点为圆心，半径为R，对刀刀尖从C运动到D时，刀具实际切削出凸圆弧CD、或圆凹弧C2D2，产生CDC1D1、或CDC2D2残
47、留区域误差。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,2.以刀尖圆弧圆心为刀位点的半径补偿 (1)刀位点取在圆弧圆心的理由研究图8 - 47的带刀尖圆弧刀具切削工件形成的轮廓可以发现:工件的轮廓是由刀尖圆弧上不同点切削而成的，或可理解为圆弧刀刃在轮廓上滚动切削，而不只是刀具上的一个固定不变的点移动形成轮廓。可以发现，不管圆弧刀刃与轮廓相切的点怎样变化，圆弧的圆心始终与切削形成的轮廓保持一个半径的距离，只要圆弧的轮廓度准确，圆心偏离轮廓一个稳定的半径，因此，选择刀尖圆弧的圆心为刀位点，并使编程轨迹偏离实际要加工的轮廓一个半径，只要圆弧的圆度好，半径准确，不管被加工
48、轮廓是锥面还是圆弧面或是曲面，得到的加工轮廓是没有误差的。这就是具有刀尖圆弧的刀具在锥面、圆弧面、曲面轮廓精加工时，取圆弧圆心为刀位点，运用半径补偿编程的原因。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,(2)找寻作为刀位点的圆弧圆心位置一般，要寻找作为刀位点圆弧圆心位置，方法是通过一些信息间接地推算得到，如图8- 45所示。这些信息包括:对刀刀尖的位置;圆心相对对刀刀尖的方位信息;圆弧的半径。 如图8 -46所示是FANUC系统对刀刃圆弧圆心相对对刀刀尖点的方位编号规定，主要用于刀尖圆弧半径补偿时。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补
49、偿的应用,(3)数控系统的半径补偿功能刀位点选择在圆弧圆心时，编程轨迹应与理想的加工轮廓相距一个半径。现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程。当编程者给定理想的加工轮廓，给定偏离的半径、偏离的方向，由CNC自动计算圆弧圆心所在的偏离轨迹是轻而易举的事。半径补偿指令如下:G41左补偿;G42右补偿功能;G40取消补偿。,上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,(4)半径补偿应用要成功地实现半径补偿进给运动，编程人员和机床操作者要做如下工作:1)编程人员:编程提供工件被加工轮廓轨迹、半径补偿的起止点;偏
50、离的方向(G41向左、G42向右)、补偿值的存储地址信息(如TO101) 2)操作人员:对刀测量对刀刀尖的几何偏置补偿值或调整对刀刀尖相对工件到指定的准确位置;测量或确认刀尖圆弧的半径值;打开CNC的几何尺寸偏置寄存器，填写对刀刀尖的几何偏置补偿值、刀尖圆弧半径、圆心相对刀尖的方位(见表8-9),上一页,下一页,返回,8. 6 可转位车刀片的刀尖圆弧及半径补偿的应用,(5)数控车削用半径补偿示例。如图8 - 47所示，数控车床用半径补偿精车如图8 - 47所示的工件轮廓，刀具的刀尖圆弧半径为0. 8mm，刀尖圆弧半径补偿值的输入方法参见表8-9，刀具切入轮廓的起点设在锥面轮廓的延长线上的一点，刀具切出轮廓的点设在倒角轮廓的延长线上的一点，并计算精加工路线的各点坐标如图8 - 47所示，按绝对坐标编制的加工程序为:,
