数控车床基本知识.docx
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数控车床基本知识
数控车床基本程序指令及应用
1.数控车床坐标系
数控机床的加工是由程序控制完成的,所以坐标系的确定与使用非常重要。
根据ISO841标准,数控机床坐标系用右手笛卡儿坐标系作为标准确定。
数控车床平行于主轴方向即纵向为Z轴,垂直于主轴方向即横向为X轴,刀具远离工件方向为正向。
如图1-1所示
数控车床有三个坐标系即机械坐标系、编程坐标系和工件坐标系。
机械坐标系的原点是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点,也称机械零点。
它是在机床装配、调试时已经确定下来的,是机床加工的基准点。
在使用中机械坐标系是由参考点来确定的,机床系统启动后,进行返回参考点操作,机械坐标系就建立了。
坐标系一经建立,只要不切断电源,坐标系就不会变化。
编程坐标系是编程序时使用的坐标系,一般把我们把Z轴与工件轴线重合,X轴放在工件端面上。
工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系,它应该与编程坐标系一致。
能否让编程坐标系与工件坐标系一致,是操作的关键。
图1-1
2.数控车床加工工艺制定方法
在数控车床上加工零件时,应该遵循如下原则:
(1)选择适合在数控车床上加工的零件。
(2)分析被加工零件图样,明确加工内容和技术要求。
(3)确定工件坐标系原点位置。
原点位置一般选择在工件右端面和主轴回转中心交点P,也可以设在主轴回转中心与工件左端面交点O上,如图1-2所示。
图1-2 编程原点
(4)制定加工工艺路径,应该考虑加工起始点位置,起始点一般也作为加工结束的位置,起使点应便于检查和装夹工件;应该考虑粗车、半精车、精车路线,在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下,尽可能以最少的进给路线完成零件的加工,缩短单件的加工时间;应考虑换刀点的位置,换刀点是加工过程中刀架进行自动换刀的位置,换刀点位置的选择应考虑在换刀过程中不发生干涉现象,且换刀路线尽可能短,加工起始点和换刀点可选同一点或者不选同点。
(5)选择切削参数。
在加工过程中,应根据零件精度要求选择合理的主轴转速、进给速度、和切削深度。
(6)合理选择刀具。
根据加工的零件形状和表面精度要求,选择合适的刀具进行加工。
(7)编制加工程序,调试加工程序,完成零件加工。
3.数控加工程序的构成
在数控车床上加工零件,首先要编制程序,然后用该程序控制机床的运动。
数控指令的集合称为程序。
在程序中根据机床的实际运动顺序书写这些指令。
一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干程序段、程序结束部分组成。
一个程序段由程序段号和若干个“字”组成,一个“字”由地址符和数字组成。
下面是一个完整的数控加工程序,该程序由程序号开始,以M30结束。
程序 说明
O1234 程序开始
N10T0101G95M3S500 程序段1
N20G0X100Z100 程序段2
N30G0X26Z0 程序段3
N40G1X0.0F0.1 程序段4
N50Z1 程序段5
N60G0X100 程序段6
N70Z100 程序段7
N80M30 程序结束
(1)程序号
零件程序的起始部分一般由程序起始符号%(或O)后跟1—4位数字组成,如:
%123,O1234等。
(2)程序段的格式和组成
程序段的格式可分为地址格式、分割地址格式、固定程序段格式和可变程序段格式等。
其中以可变程序段格式应用最为广泛,所谓可变程序段格式就是程序段的长短是可变的。
例如:
N10 G01 X40.0Z-30.0 F200 ;
程序段号 功能字 坐标字 进给速度功能字 程序段结束
(3)“字”
一个“字”的组成如下所示:
Z - 30.0
地址符 符号(正、负号) 数据字(数字)
程序段号加上若干程序字就可组成一个程序段。
在程序段中表示地址的英文字母可分为地址和非尺寸地址两种。
表示尺寸地址的英文字母有X、Y、Z、U、V、W、P、Q、I、J、K、A、B、C、DERH共18个字母。
表示非尺寸地址有N、G、F、S、T、M、L、O等8个字母。
4.模态指令与非模态指令的区分
(1)模态指令:
称续效指令,一经程序段中指定,便一直有效,直到后面出现同组另一指令或被其他指令取消时才有效。
编写程序时,与上段相同的模态指令可以省略不写。
不同组模态指令编在同一程序段内,不影响其续效。
(2)非模态指令:
称非续效指令,其功能仅在出现的程序段有效。
5.常用M指令
M指令是控制数控机床“开、关”功能的指令,主要用于完成加工操作时的辅助动作。
M指令有模态还非模态之分,常用M指令的功能及应用如下:
(1)程序停止
指令:
M00
功能:
执行完包含M00的程序段后,机床停止自动运行,此时所有存在的模态信息保持不变,用循环启动使自动运行重新开始。
(2)选择停止
指令:
M01
功能:
与M00类似,执行完包含M01的程序段后,机床停止自动运行,只是当机床机床操作面板上的选择停开关压下时,这个代码才有效。
(3)主轴正转、反转、停止
指令:
M03、M04、M05
功能:
M03、M04可使主轴正、反转,与同段程序其他指令一起开始执行。
M05指令可使主轴在该程序段其他指令执行完成后停止转动。
格式:
M03S
M04S
M05
(4)冷却液开、关
指令:
M08、M09
功能:
M08表示开启冷却液,M09表示关闭冷却液。
(5)程序结束
指令:
M02或M30
功能:
该指令表示主程序结束,同时机床停止自动运行。
CNC装置复位。
M30还可使控制返回到程序的开始,故程序结束使用M30比M02方便些。
说明:
该指令必须编在最后一个程序段中。
6.主轴功能、进给功能和刀具功能
(1)主轴功能S
主轴转速功能表示机床主轴的转速大小,由S和后面的若干数字组成。
格式:
M03S600主轴以600r/min的速度正转。
(2)进给功能F
进给功能表示刀具中心运动时的进给速度,,由F和其后的若干数字组成。
数字的单位取决于数控系统所采用的进给速度的指定方式。
1.每分钟进给量
格式:
G94 F---
说明:
G94为数控车床的初始状态。
2.每转进给量
格式:
G95 F---
使用下式可以实现每转进给量和每分钟进给量的转化。
Fm=Fr×S
Fm为每分钟的进给量,Fr为每转的进给量,S为主轴转速
(3)刀具功能
刀具功能用于指定刀具和刀具参数,由T和其后的四位数字组成。
格式:
T XX XX
说明:
前两位不表示刀具序号,后面两位表示刀具补偿号。
刀具的序号要与刀架上的刀位号相对应。
刀具序号和刀具补偿号不必相同,但为了方便通常他们一致。
取消刀具补偿的T指令格式为:
T0000。
7.基本G功能代码
1.快速定位G00
G00指令使刀具快速移动到指定的位置。
指令格式:
G00X(U)_Z(W)_;其中X(U)Z(W)为指定的坐标值。
快速定位指令的实例:
图(1-3)
Ф
20 Z轴
B
30
40 A
X轴
图1-3快速定位
直径编程:
快速从A点移动到B点。
绝对编程:
G00X20Z0;
相对编程:
G00U-60W-40;
注1:
G00时各轴单独以各自设定的速度快速移动到终点,互不影响。
任何一轴到位自动停止运行,另一轴继续移动直到指令位置。
注2:
G00各轴快速移动的速度由参数设定,用F指定的进给速度无效。
注3:
G00是模态指令,下一段指令也是G00时,可省略不写。
G00可编写成G0。
G0与G00等效。
2.直线插补G01
G01是使刀具以指令的进给速度沿直线移动到目标点。
1).指令格式为:
G01 X(U)___Z(W)___F___;
其中:
X、Z表示目标点绝对值坐标;U、W表示目标点相对前一点的增量坐标,F表示进给量,若在前面已经指定,可以省略。
通常,在车削端面、沟槽等与x轴平行的加工时,只需单独指定X(或U)坐标;在车外圆、内孔等与Z轴平行的加工时,只需单独指定Z(或W)值。
图1-4为同时指令两轴移动车削锥面的情况,用G01编程为:
图1-4
绝对坐标编程方式:
G01X80.0Z-80.0F0.25
增量坐标编程方式:
G01U20.0W-80.0F0.25
说明:
①G01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。
9.编程实例
如图1-5所示,编写其精加工程序。
图1-5
%1234
N1M03S500G95T0101 选择转速,选择刀具
N2G00X18Z1 定位至倒角延长线
N3G01X26Z-3F0.15 倒3×45°角
N4Z-48 车Φ26外圆
N5X60Z-58 车削第一段锥
N6X80Z-73 车削第二段锥
N7G00X100Z100 退刀至换刀点
N8M30 程序结束,并回起点
数控车床基本程序指令及应用
1.圆弧插补指令G02、G03
指令格式:
G02/G03 X(U)___Z(W)___I___K___F___;
G02/G03 X(U)___Z(W)___R___F___;
⑴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2-1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。
数控车床是两坐标的机床,只有X轴和Z轴,按右手定则的方法将Y轴也加上去来考虑。
观察者让Y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。
图2-1圆弧顺逆的判断
⑵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“±”号,当分矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取“-”号。
③当用半径只指定圆心位置时,由于在同一半径只的情况下,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≤180°时,用“+R”表示。
若圆弧圆心角>180°时,用“-R”表示。
④用半径只指定圆心位置时,不能描述整圆。
图2-2G02应用实例
图2-3G03应用实例
如图2-2所示G02应用实例:
用I、K表示圆心位置,绝对值编程:
N03G00X20.OZ2.O;
N04G01Z-30.0F80;
N05G02X40.0Z-40.0I1O.OKOF60;
用I、K表示圆心位置,增量值编程:
N03G00U-80.OW-98.0;
N04G01UOW-32.0F80;
N05G02U20.OW-10.0I10.0K0F60;
用R表示圆心位置
N04G01Z-30.OF80;
N05G02X40.0Z-40.OR10F60,
如图2-3所示G03应用实例:
用I、K表示圆心位置,采用绝对值编程。
N04G00X28.0Z2.O;
N05G01Z-40.0F80;
N06G03X40.OZ-46.0I0K-6.0F60;
采用增量值编程
N04G00U-150.OW-98.0;
N05G01W-42.OF80;
N06G03U12.0W-6.010K-6.0F60;
用R表示圆心位置,采用绝对值编程。
N04G00X28.0Z2.O;
N05G01Z-40.0F80;
⑶G02/G03车圆弧的方法:
应用G02(或G03)指令车圆弧,若用一刀就把圆弧加工出来,这样吃刀量太大,容易打刀。
所以,实际车圆弧时,需要多刀加工,先将大多余量切除,最后才车得所需圆弧。
下面介绍车圆弧常用加工路线。
图2-4车锥法
图2-5车圆法
图2-4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2-4所示,连接OC交圆弧于D,过D点作圆弧的切线AB。
图2-5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。
但空行程时间较长。
1.编程实例
图2-6所示加工程序 图2-7所示加工程序 图2-8所示加工程序
%123 %1 %2
M3S800G95T0101 M3S600G95T0101 M3S700T0101G95
G0X30Z37 G0X20Z2 G0X36Z42
G1Z27F0.15 G1Z0F0.2 G1Z34F0.1
G02X46W-8R8 G03X48Z-14I0K-14F0.08 G02X36W-24R20?
G1X50 G1Z-28 G01W-10
W-17 X56 G0X100Z100
G0X150Z150 W-10 M30
M30 G0X100Z100
M30
C、R倒角
1.C倒角
格式:
G01X__Z__C
功能:
直线倒角G01,指令刀具从A点到B点,然后到C点(见图2-9)。
说明:
X、Z:
在G90时,是两相邻直线的交点,即G点的坐标值;
在G91时.是G点相对于起始直线轨迹的始点A点的移动距离。
C:
是相邻两直线的交点6,相对于倒角始点A的距离。
图2-9 图2-10
2.R倒角
格式:
G01X__Z__R__:
功能:
圆弧倒角G01,指令刀具从A点到B点,然后到c点(见图2-10)。
说明:
X、Z:
在G90时.是两相邻直线的交点,即G点的坐标值;
在091时,是G点相对于起始直线轨迹的始点A点的移动距离。
R:
是倒角圆弧的半径值。
注:
1、使用增量指令编程进行倒角控制时,其指令必须分别从点D、G开始计算距离,而不是从点E、H开始。
2、单段工作方式下,刀具将在点D、G处停止前进,而非停于E、H点。
3、在螺纹切削程序段中不得出现倒角控制指令。
4、如X、Z轴指定的移动量比指定的R或C小时,系统将报警。
5、在G01状态下.C、R指令均出现时,以后出现的为准。
⑷子程序M98、M99
把程序中某些固定顺序和重复出现的程序单独抽出来,按一定格式编成一个程序供调用,这个程序就是常说的子程序,这样可以简化主程序的编制。
子程序可以被主程序调用,同时子程序也可以调用另一个子程序。
这样可以简化程序的编制和节省CNC系统的内存空间。
子程序必须有一程序号码,且以M99作为子程序的结束指令。
主过程调用子程序的指令格式如下:
M98P___L___;
图2-11子程序加工实例
其中P为被调用的子程序号
L为重复调用的次数
例如:
M98P1234L4
主程序调用同一子程序执行加工,最多可执行999次,且子程序亦可再调用另一子程序执行加工,最多可调用4层子程序(不同的系统其执行的次数及层次可能不同)。
例:
以HNC-21T系统子程序指令,加工图2-11工件上的四个槽。
分别编制主程序和子程序如下:
主程序
%123;
M3S600G95T0101;
G00 X82.0 Z0;
M98 P1234 L4;(调用于程序1234执行四次,切削四个凹槽)
X150.0 Z200.0;
M30;
子程序
%1234;
W-20.0;
G01X74.0F0.08;
G00X82.0;
M99;
M99指令也可用于主程序最后程序段,此时程序执行指针会跳回主程序的第一程序段继续执行此程序,所以此程序将一直重复执行,除非按下RESET键才能中断执行。
内(外)径切削循环G80
(一)、圆柱面内(外)径切削循环
1、格式:
G80X__Z__F__;
2、说明:
X、Z:
绝对值编程时,为切削终点C在工件坐标系下的坐标;
增量值编程时,为切削终点C相对于循环起点A的有向
距离,图形中用U、W表示,其符号由轨迹1和2的方
向确定。
该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
圆柱面内(外)径切削循环
(二)、圆锥面内(外)径切削循环
1、格式:
G80X__Z__I___F__;
2、说明:
X、Z:
绝对值编程时,为切削终点C在工件坐标系下的坐标;增量值编程时,为切削终点C相对于循环起点A的有向距离,图形中用U、W表示。
I:
为切削起点B与切削终点C的半径差。
其符号为差的符号(无论是绝对值编程还是增量值编程)。
该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
圆锥面内(外)径切削循环
例1.如图所示,用G80指令编程,点画线代表毛坯。
G80切削循环编程实例图
%2311
T0101 (选1号刀)
M03S400 (主轴以400r/min旋转)
G00X40Z3 (定位到循环点)
G91G80X-10Z-33I-5F100(加工第一次循环,吃刀深3mm)
X-13Z-33I-5 (加工第二次循环,吃刀深3mm)
X-16Z-33I-5 (加工第三次循环,吃刀深3mm)
M30 (主轴停、主程序结束并复位)
端面切削循环G81
(一)、端平面切削循环
1、格式:
G81X__Z__F__;
2、说明:
X、Z:
切削终点C在工件坐标系下的坐标;增量值编程时,为切削终点C相对于循环起点A的有向距离,图形中用U、W表示,其符号由轨迹1和2的方向确定。
该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
(下图错误)
端平面切削循环
(二)、圆锥端面切削循环
1、格式:
G81X__Z__K__F__;
2、说明:
X、Z:
绝对值编程时,为切削终点C在工件坐标系下的坐标;增量值编程时,为切削终点C相对于循环起点A的有向距离,图形中用U、W表示。
K:
为切削起点B相对于切削终点C的Z向有向距离。
该指令执行如图所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
圆锥端面切削循环
例1:
如图所示,用G81指令编程,点画线代表毛坯。
G81切削循环编程实例图
%2321
N10T0101 (选1号刀左偏刀)
N20M03S500 (主轴正转500r/min)
N30G59G90G00X100Z50(建立坐标系,到换刀点)
N40G00X60Z45 (移到循环起点)
N50G81X25Z31.5K-3.5F100(加工第一次循环.吃刀深2mm)
N3X25Z29.5K-3.5 (每次吃刀均为2mm,)
N4X25Z27.5K-3.5 (每次切削起点位,距工件外圆面
5mm,故K值为-3.5)
N5X25Z-25.5K-3.5 (加工第四次循环,吃刀深2mm)
N6M05 (主轴停)
N7M30 (主程序结束并复位)
例2:
用G81指令编制下图工件的程序。
材料:
45钢
毛坯:
Φ40×40
%2322
T0101 (选择1号右偏刀)
M03S700 (主轴正转 转速700r/min)
G00X50Z50 (定位刀对刀点)
G00X41Z2 (移到循环起点)
G80X36Z-30F100 (粗车Φ32外圆第一刀)
X32.5 (粗车第二刀,精加工余量0.5mm)
X27Z-25 (粗车Φ27外圆)
G00X100Z50 (退刀换刀点)
T0202 (换2号左偏刀)
G81X18.5Z-4K-10F100 (粗车Φ18外圆及锥面,留
0.5mm精车余量,第一刀)
Z-8 (粗车第二刀)
Z-12 (粗车第三刀)
Z-15 (粗车第四刀)
G00X100Z50
M05 (主轴停止)
T0303M03S1000 (换3号刀主轴正转转速
1000r/min)
G00X18Z1
G01Z-15F60
X26.6Z-25
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- 数控车床 基本知识