第五章 数控车床的编程与加工

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第三章 数控车床的编程与加工 第五章 数控车床的编程与加工
数控车床主要用于加工轴类、套类和盘类等回转体零件。本 章主要介绍在数控车床上加工此类零件的工艺处理及程序的编 制。 5.1 车削零件的工艺分析与加工要领 5.1.1分析零件图样 零件图样分析主要考虑以下几方面： 1.构成零件轮廓的几何条件 由于设计原因．可能在零件图样上出现描绘零件加工轮廓 的数据不充分、尺寸模糊不清等缺陷，这会增加编程的难度。 具体是： 1)零件图上漏掉某尺寸，影响到零件轮廓的构成(不能封闭标 注)。 2)零件图上的图线位置模糊或尺寸标注不清（例如某些切 点）。 3)零件图上给定的几何条件不合理，造成数学处理困难。
3）生产类型
大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸件采用 金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、槽锻；采用冷轧和冷拉型材。 零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法（如翻砂造型）。
4）现有生产条件
现有毛坯制造的工艺水平状况以及对外协作的可能性等。
5）充分考虑利用新工艺、新技术的可能性
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5.3.2数控车床基本编程方法
1.数控车床编程坐标系（工件坐标系）的建立 编程坐 标系如下图所示： Z轴与机械坐标系的Z轴重合，正方向是 远离卡盘的方向；X 轴与 Z 轴相垂直，正方向亦为刀架远离主轴轴线 的方向。
机床坐标系原点
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车床坐标系与车削加工工件坐标系
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确定工件坐标系原点位于“O”的两种方法
2．主轴转速(切削速度)的确定
主轴转速的确定方法，除螺纹加工外，其他与普通车削加工时一样，应根 据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允 许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式计算： n＝1000v／(πd) 式中：n是主轴转速(r／min)；v是允许切削速度(m／min)，d是零件待加工 表面的直径(mm)。 在确定主轴转速时，需要首先确定其切削速度，而切削速度又与背吃刀量 和进给量有关。
3.进给量的确定
进结量是指工件每转一周车刀沿进给方向移动的距离(mm)，它与背吃刀量 有着较密切的关系。粗车时一般取为0.3一0.8mm／r，精车时常取0.1一 0.3mm，切断时宜取0.05一0.2mm／r，具体选择时可参考表3—1进行。
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5.3 数控车床的编程
5.3.1数控车床的编程特点
1) 数控车床上工件的毛坯大多为圆棒料，加工余量较大，一个表面 往往需要进行多次反复的加工。如果对每个加工循环都编写若干个程 序段，就会增加编程的工作量。为了简化加工程序，一般情况下，数 控车床的数控系统中都有车外圆、车端面和车螺纹等不同形式的循环 功能。 2)数控车床的数控系统中都有刀具补偿功能。刀具补偿功能为编程 提供方便，编程人员可以按工件的实际轮廓编写加工程序。在加工过 程中，对于刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖的圆弧半径 的变化，都无需更改加工程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入到 存储器中，刀具便能自动进行补偿。 3)数控车床的编程有直径、半径两种方法。所谓直径编程是指X轴上 的有关尺寸为直径值，半径编程是指x轴上的有关尺寸为半径值。常见 的车床如CK0630数控车床中的编程均采用直径编程。 4)为了提高机床径向尺寸的加工精度，数控系统在x方向的脉冲当量 应取Z方向的脉冲当量的一半。例如，经济型数控车床中，Z轴的脉冲 当量为0.01mm／P，X轴的脉冲当量取0.005mm／P。
（2）．先近后远
这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。通常 在粗加工时，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩 短刀具移动距离。对于车削加工．先近后远还有利于保持坯件或半成品件的 刚性，改善其切削条件。
（3）先内后外
对有内表面(内型、腔)的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工 内型和内腔，后加工外形表面。这是因为控制内表面的尺寸和形状较困难， 刀具刚性相应较差。


2.圆弧形车刀
圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征是：构成主切削刃的刀刃形 状为一圆弧；该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点在圆弧的 圆心上。
3．成形车刀 成形车刀俗称样板车刀．其加工零件的轮廓形状完全由刀刃的形状和尺寸 决定。 数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀 和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀。（没有必要） 在数控车削加工中常用尖形车刀，但在加工圆弧面时，若要求较高的光洁度 和精度，则应选择圆弧车刀：
(1) G50 X400 Z400 指定工件坐标系的原点在“O”点
（2a）用OFFSET面板命令将G54的偏差寄存器的值设为X=400;Z=400 (2b) 在工件的加工程序里用G54指定工件坐标系的原点在“O”点
2.回程序原点指令 ( G28 X– Z-
G29 X-- Z--)
程序的起点就称为程序原点（程序启动刀具初始位置）（有时还称为 起刀点），G28命令刀具（具体指刀位点）快速移动，经X与Z指定 的中间点到程序原点R点（经中间点绕行的目的是避开可能的障碍） G29命令刀具快速经G28指定的中间点到达G29 X—Z—指定的终点
5.1.3 确定装夹方法和对刀点
(1) 零件的装夹
在数控车床加工中，除了采用三爪自定心卡盘和四爪单动卡 盘外（可调偏心），数控车床中还有许多相应的夹具，它们主 要分为两大类，即用于轴类零件的夹具和用于盘类零件的夹具。
1）用于轴类零件的夹具
数控车床加工轴类零件时，为保证同轴度，毛坯装在主轴顶 尖和尾座顶尖之间，由主轴上的拨动卡盘或拨齿顶尖带动旋转 并传递足够大的转矩，以适应主轴高速旋转车削的需要。
5.2.3、确定切削用量
数控机床加工中的切削用量包括背吃刀量、主轴转速和进给 速度。 在加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使背吃刀量、 主轴转速和进给速度三者间能互相适应，以形成最佳切削状
1．切削深度(背吃刀量aP)的确定
在车床主轴一夹具一刀具一零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取 较大的切削深度，以减少走刀次数。当零件的精度要求较高时，则应考虑适 当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.10.5mm。
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2. 尺寸精度要求
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分析零件图尺寸精度的要求，以判断能否利用车削 工艺达到目标。在利用数控车床车削零件时，常常 对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值 （公差带均值）作为编程的尺寸依据。 3.形状和位置精度要求 零件图上给定的形状和位置公差是保证零件精度 的重要依据。加工时可以根据机床的特殊需要进行 一些技术性处理。如保证同轴度应一刀车削出来。 4．表面租糙度要求 表面租糙度是保证零件表面微观精度的重要要求， 也是合理选择机床、刀具及确定切削用量的依据。 5．材料与热处理要求 零件图样上给定的材料与热处理要求是选择刀具、 机床型号、确定切削用量的依据。（能否切动）
(B)．确定对刀点 1)尽量与零件的设计基难或工艺基准一致。 2)便于用常规量具在车床上进行找正。 3)该点的对刀误差应较小（可视性较好），或可能引起的加工误 差为最小。 4)尽量使加工程序中的引入或返回路线变短，并便于换刀。下图 是数控车床对刀点的实际例子：
较好的点
(C)．确定换刀点
换刀点是指在加工过程中自动换刀装置的换刀位置。换刀点的位置应保证 刀具转位时不碰撞被加工零件或夹具，还应注意切削的连续，一般可设置在 对刀点。
（4）刀具集中：
即用一把刀加工完相应各部位以后再换另一把刀，以减少换刀时间。
2.确定走刀路线
确定走刀路线的重点在于确定精加工及空行程的走刀路线。走刀路线包括 切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。 （1）刀具引入、切出 在数控车床上进行精加工时，要安排好刀具尽量沿轮廓的切线方向引入和 切出。尤其是车螺纹时，必须设置引入段L1和退刀段L2、这样可避免因车刀 升降速而影响螺距. (2) 确定最短的空行程路线 确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析与计算。 基本思路介绍如下：


G28路线：A-----B-------R G29路线：R---B------C

问：G28及G29的作用？
3、快速点位定位指令G00 G00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。其指令书写格 式是： G00 X(U)——Z(w)——； 刀具整个运动轨迹一般不是直线，而是两条线段的组合。例如下图所示：
3.2 切削用量的选择及要领


5.2.1 车刀的类型及选用
数控车削用的车刀一般分为三类：即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。


1.尖型车刀
以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其 刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如内、外园车刀，左、右端面车刀，切 槽(断)车刀等
5.1.4、确定加工方案
1） 制定工艺路线
在数控车床加工过程中，由于加工对象复杂多样．特别是轮廓曲线的形状 及位置千变万化，应该考虑以下原则：
（1）先粗后精： 粗加工完成后，接着进行半精加工和精加工。其中，
安排半精加工的目的是：当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要 求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。 精加工时，零件的轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具 的进、退刀位置要考虑妥当，尽量沿轮廓的切线方向切入和切出，以免因切 削力突然变化而造成刀具弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形 状突变或滞留刀痕等疵病。 粗加工轮廓
1)定位对刀法：
对刀时只要将基准刀的刀位点调整至与理想基准点重合即可。此方 法简便。但其对刀精度受到操作者技术熟练程度的影响，故精度不太 高，还需在加工中或试切中进行修正。 2)光学对刀法 ： 它的定位基准通常由光学显微镜(或投影放大镜)上的十字基准刻线 交点来体现。此方法比定位对刀法的对刀精度高，并且不会损坏刀尖。 3)ATC对刀法 ： ATC对刀法是通过一套将光学对刀镜与CNC组合在一起，从而具有 自动刀位计算功能的对刀装置，也称为半自动对刀法。采用此方法对 刀时，需要将由显微镜十字刻线交点体现的对刀基准点调整到机床的 固定原点位置上，以便于CNC进行计算和处理。 4)试切对刀法 ： 在以上三种手动对刀方法中，均因可能受到手动和目测等多种误差 的影响，其对刀精度十分有限，往往需要通过试切来修正已经设定 的工件坐标系数据，以得到更加准确的结果。例如：通过试切， 发现某轴径加大了0.03ｍｍ：按offset键，将原来X＝-327.000改为 X＝-327.003即可