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第3章 数控车床的程序编制. 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心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，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。. 第一节 数控车削加工工艺. 一、数控车削的基本特征与加工范围 1）基本特征 数控车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动。 2）加工范围
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第3章 数控车床的程序编制 • 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心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，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。
第一节 数控车削加工工艺 一、数控车削的基本特征与加工范围 1）基本特征 数控车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动。 2）加工范围 数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，其加工范围较普通车削广，不仅可以进行车削还可以铣削。
钻孔/铰孔 车端面 车外圆 车内孔/镗孔 切槽 切断 车锥面 车型面 车螺纹 3）典型加工类别
4）主要加工对象 • 精度要求高的回转体零件 高精度的机床主轴 高速电机主轴
带特殊螺纹的回转体零件 非标丝杠
表面形状复杂的回转体零件 其他形状复杂的零件
二、数控车床的种类及特征 • 数控车床即装备了数控系统的车床。数控车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续不等速回转运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动；控制轴除X、Z、C轴之外，还可具有Y轴；可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，还可以实现各种曲面铣削加工。
1）通用X、Z二轴控制数控车 单刀架
2）X、Y、Z、C四轴控制车削中心采用四轴三联动配置，线性轴X/Y/Z及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。机床除具备一般的车削功能外，还具备在零件的端面和外圆面上进行铣加工的功能。2）X、Y、Z、C四轴控制车削中心采用四轴三联动配置，线性轴X/Y/Z及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。机床除具备一般的车削功能外，还具备在零件的端面和外圆面上进行铣加工的功能。 刀塔
副主轴 主轴 主轴刀塔 副主轴刀塔 双主轴、双刀塔 CNC车床结构示意
工作过程 ① 加工前半部分
5）车铣加工中心 对复杂零件进行高精度的六面完整加工。可以自动进行从第1主轴到第2主轴的工件交接，自动进行第2工序的工件背面加工。 具有高性能、高精度的车-铣主轴。对于以前需要通过多台机床分工序加工的复杂形状工件，可一次装夹进行全工序的加工。
三、数控车削工件的装夹 常 用 装 夹 方 式 三爪自定心 卡盘装夹 心轴装夹 卡盘和顶尖装夹 专用夹具装夹
薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。 薄 壁零件的装夹 也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。
四、常用车刀的主要类型及刀具材料 外圆车刀、车 槽、车断刀 内圆车刀、镗刀 螺纹车刀
五、数控车削的对刀 对刀是确定工件在机床上的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点(即对刀点)来实现。 1）一般对刀 一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。下面以Z向对刀为例说明对刀方法，见右图。 刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿X向退刀，将右端面与加工原点距离N输入数控系统，即完成这把刀具Z向对刀过程。 手动对刀是基本对刀方法，但它还是没跳出传统车床的“试切--测量--调整”的对刀模式，占用较多的在机床上时间。
2）机外对刀仪对刀 机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用，如右上图所示。 机外对刀仪对刀 3）自动对刀 自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，自动对刀过程如右下图所示。 自动对刀
六、数控车削的工艺分析 1）分析零件图样 分析零件的几何要素：首先从零件图的分析中,了解工件的外形、结构,工件上须加工的部位,及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。 分析了解工件的工艺基准：包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准。 了解工件的加工数量 ：不同的加工数量所采用的工艺方案也不同。（外圆面加工、深孔加工）
2）研究和制定工艺方案 研究制定工艺方案的前提是：熟悉本厂机床设备条件，把加工任务指定给最适宜的工种，尽可能发挥机床的加工特长与使用效率。并按照分析上述零件图所了解的加工要求，合理安排加工顺序。 3）走刀路线的确定 确定走刀路线的一般原则是： • 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。 • 缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。 • 选择使工件在加工后变形小的路线 • 方便数值计算，减少编程工作量。
①车圆锥的加工路线分析 数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D，小径为d ，锥长为L，车圆锥的加工路线如下图所示。 按图a中的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算。 此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短。 图a
按图b的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，可由相似三角形计算得出。按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短，精车时背吃刀量相同。按图b的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，可由相似三角形计算得出。按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短，精车时背吃刀量相同。 图b 按图c的斜线加工路线，只需确定每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。 图c
下图为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量aP后，对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。按图b加工时，空行程时间较长。下图为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量aP后，对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。按图b加工时，空行程时间较长。 ②车圆弧的加工路线分析
下图为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。下图为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。 今日不努力工作，明天努力找工作！
切削速度(V) 4）切削用量的确定 吃刀量ap 进给量
典型数控车削零件的工艺分析实例 图示是模具芯轴的零件简图。零件的径向尺寸公差为±0.01mm，角度公差为±0.1°，材料为45钢。毛坯尺寸为φ66mm×100 mm，批量 30件。
经过分析可制定加工方案如下： 工序1： 用三爪卡盘夹紧工件一端，加工φ63×38柱面并调头打中心孔。 工序2：用三爪卡盘夹紧工件φ63一端，另一端用顶尖顶住。加工φ24×62柱面，如图所示。 工序3： ①钻螺纹底孔；②精车φ20表面，加工14°锥面及背端面；③攻螺纹，如图所示。 工序4： 加工SR19.4圆弧面、φ26圆柱面、角15°锥面和角15°倒锥面，装夹方式如图所示。
第二节 数控车床的基本编程方法 一、数控车床的编程特点 1）加工坐标系 加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致，X轴对应径向，Z轴对应轴向，C轴（主轴）的运动方向则以从机床尾架向主轴看，逆时针为＋C向，顺时针为－C向，如下图所示： 加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置，一般在工件的右端面或左端面上。
2）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，如下图所示：图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40，60）。采用直径尺寸编程与零件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。2）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，如下图所示：图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40，60）。采用直径尺寸编程与零件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。 3）在一个程序段中，既可以采用绝对值编程（X，Z），也可以采用相对值编程（U，W），或二者混合编程。 （X，W），（U，Z） 例
二、数控车床编程的基本指令 1）F功能指令 F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。 每转进给量（默认） 编程格式G99 F~ F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。例：G99 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r。 每分钟进给量编程格式G98 F~ F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。例：G98 F100 表示进给量为100mm/min。
2）S功能指令：用于控制主轴转速。 编程格式S～ S后面的数字表示主轴转速，单位为r/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 S～S后面的数字表示的是最高转速：r/min。 例：G50 S3000 表示最高转速限制为3000r/min。 ②恒线速控制编程格式G96 S～S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。例：G96 S150 表示切削点线速度控制在150 m/min。
对下图中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150 m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000×150÷(π×40)=1193 r/minB：n=1000×150÷(π×60)=795r/minC：n=1000×150÷(π×70)=682 r/min 恒线速切削方式
③恒线速取消编程格式G97 S～ S后面的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。 例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。 3）T功能指令 用于选择加工所用刀具。 编程格式T～ T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。例：T0303 表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值或刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。
4）M功能 M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。
5）加工坐标系设置 编程格式G50 X～ Z～式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。 例：按下图设置加工坐标的程序段如下：G50 X128.7 Z375.1
6)快速点定位指令GOO 从刀具所在点快速运动下一个目标点位置 程序格式 G00 x(U)__z(W)__ 7)直线插补编程指令GO1 从刀具所在点按指定速度以直线插补运动下一个目标点位置 程序格式 G01 x(U)__z(W)__F__ 8)圆弧插补编程指令GO2、G03 使刀具在指定平面内按指定速度以圆弧插补运动下一个目标点位置 程序格式 G02\G03 x(U)__z(W)__R__F__ G02\G03 x(U)__z(W)__I__K__F__
例：编写刀具从A点开始，经由N3、N4、N5，最后到达B点的程式语句例：编写刀具从A点开始，经由N3、N4、N5，最后到达B点的程式语句 B …… N100 G01 x10.0 W-6.0 F200 N110 G02 x20.0 W-5.0 R5.0 N120 G01 x30.0 z10.0 N130 x38.0 W-4.0 N140 W-6.0 …… A
9）倒角、倒圆编程 ①45°倒角 由轴向切削向端面切削倒角，即由Z轴向X轴倒角，i的正负根据倒角是向X轴正向还是负向,如下图左所示。 编程格式G01 Z(W)～ I±i 。由端面切削向轴向切削倒角，即由X轴向Z轴倒角，k的正负根据倒角是向Z轴正向还是负向，如下图右所示。 编程格式G01 X(U)～ K±k。
②倒圆角由轴向切削向端面切削倒圆，即由Z轴向X轴倒圆，r的正负根据倒圆是向X轴正向还是负向,如下图左所示。②倒圆角由轴向切削向端面切削倒圆，即由Z轴向X轴倒圆，r的正负根据倒圆是向X轴正向还是负向,如下图左所示。 编程格式G01 Z(W)～ R±r 由端面切削向轴向切削倒圆，即由X轴向Z轴倒圆，r的正负根据倒圆是向Z轴正向还是负向，如下图右所示。 编程格式G01 X(U)～ R±r
例：编写刀具从A点开始，经由N3、N4、N5，最后到达B点的程式语句 （应用倒圆、倒角） B …… N100 G01 W-11 R5 F200 N110 x38.0 K-4 N120 W-6.0 …… A
10）刀尖圆弧自动补偿功能 编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，如下图左所示。当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，如下图右所示。具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生。
①刀具补偿模式的建立 G40--取消刀具半径补偿，按程序路径进给。 G41--左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给。G42--右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。 程序格式 G41/42/40 G01/00 x(U)__z(W)__x(U)、z(W)为建立或撤消刀具半径补偿程序段中，刀具移动的终点坐标。 ②刀具半径补偿量的设定 TOOL OFFSET No. XASIS ZAXIS RADIUS TIP 01 12.50 3.40 0.80 3 02 8.90 3.20 0.60 6 03 24.30 5.23 0.40 2 (2) (1) T0303 (3) (4)
例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工下图所示零件：例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工下图所示零件：
