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) X Z FG40：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：G80 X Z F(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：O080N05 M03 S400N10 G90 G92 X60 Z80N15 G00 X40 Z60N20 G80 X30 Z20N30 G80 X27 Z20N40 G80 X24 Z20N50 G00 X60 Z80N60 M022、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：O0081N10 G54 G90 G00 X60 Z45 M03N20 G81 X25 Z31.5 K-3.5 F100N30 X25 Z29.5 K-3.5N40 X25 Z27.5 K-3.5N50 X25 Z25.5 K-3.5N60 M05N70 M02G81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：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。

(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5.13 G71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：G72 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S TG72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G723、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：G73 U(△i) W(△k)R(d) P(ns) Q(nf) X(△u) Z(△w) F S T△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5.16 G73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：G32 X(U) Z(W) R E P F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。