1、数控编程与操作数控编程与操作机电一体化教研室机电一体化教研室第第1章章 FANUC 0i数控车床编程数控车床编程v数控车床是用于加工轴类、盘类等回转体零件。数控车床是用于加工轴类、盘类等回转体零件。v它能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、内外圆它能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、内外圆锥面、圆弧特形面、螺纹等工序的切削加工，并能锥面、圆弧特形面、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔和铰孔等工作。进行切槽、钻孔、扩孔和铰孔等工作。vFANUC 0i的系列是目前在我国数控车床上应用较的系列是目前在我国数控车床上应用较多的一种数控系统，它的编程方法和指令格式具有多的一种数控系统，它的编程
2、方法和指令格式具有一定的代表性。一定的代表性。v1.1 数控车削工艺数控车削工艺v1.1.1数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析v1.数控车床加工对象的选择v(1)精度要求高的回转体零件。由于数控车床刚性好、制造精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。v(2)表面粗糙度要求高的回转体零件。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳切削速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。表面粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，表面粗糙度要求小的部位选用小的进给量。v(3)轮廓形状特别复杂
3、和难以控制尺寸的回转体零件。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和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。v(4)带特殊螺纹的回转体零件。数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且还能车变螺距螺纹和高精度螺纹。1.1 数控车削工艺数控车削工艺v1.1.1数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析v1.数控车床加工对象的选择数控车床加工对象的选择v(1)精度要求高的回转体零件。精度要求高的回转体零件。v(2)表面粗糙度要求高的回转体零件。表面粗糙度要求高的回转体零件。v(3)轮廓形状特别复杂和难以控制尺寸的回轮廓形状特
4、别复杂和难以控制尺寸的回转体零件。转体零件。v(4)带特殊螺纹的回转体零件。带特殊螺纹的回转体零件。v2.数控车床加工工艺的主要内容数控车床加工工艺的主要内容v(1)选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容；容；v(2)分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求；求；v(3)确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线；确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线；v(4)设计加工工序，选取零件的定位基准、确定装夹设计加工工序，选取零件的定位基准、确定装夹方案、划分工步、选择刀具和确定切削用量等；方案、划分工步、
5、选择刀具和确定切削用量等；v(5)调整数控加工程序，选取对刀点和换刀点、确定调整数控加工程序，选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿及加工路线等刀具补偿及加工路线等。v3.数控车床加工零件的工艺性分析v(1)零件图的分析。v 零件图分析是工艺制定中的首要工作，主要包括以下几个方面：v 1)尺寸标注方法分析。v 2)轮廓几何要素分析。v 3)精度及技术要求分析。v(2)结构工艺性分析。v 零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工。v(a)三个槽宽度不同 (b)三个槽宽度相同v图图1-1零件结构工艺性零件结构工艺性v4.数控车削加工工艺路线的拟订v在制定加工工艺路线之前，
6、首先要确定加工定位基准和加工工序。v(1)零件设计基准和加工基准的选择v 1)设计基准。v 2)定位基准。v 3)测量基准。v(2)零件加工工序的确定v 在数控车床上加工工件，应按工序集中的原则划分工序，即在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部的加工工作。v 1)按零件加工表面划分。v 2)按粗、精加工划分。v(3)零件加工顺序的确定v 在分析了零件图样和确定了工序、装夹方法之后，接下来要确定零件的加工顺序。制订加工顺序应遵循下列原则：v1)先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。v2)先近后远。按加工部位相对于对刀点的距离大小而定。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩
7、短刀具移动距离，减小空行程时间。v 图图1-4内外交叉加工示例内外交叉加工示例 图图1-2 先粗后精示例图先粗后精示例图 1-3 先近后远示例先近后远示例 v4)基面先行。用于精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。v 5)进给路线最短。确定加工顺序时，要遵循各工序进给路线的总长度最短原则。v(4)进给路线的确定v 1)最短的空行程路线。v 2)最短的切削进给路线。v 3)大余量毛坯的阶梯切削进给路线。v 4)精加工轮廓的连续切削进给路线。v(5)退刀和换刀时的注意事项v(a)斜退刀方式 (b)径轴向退刀方式(c)轴径向退刀方式 v 图图1-5 退刀方式退刀方式v
8、 1)退刀。退刀是指刀具切完一刀，退离工件，为下次切削做准备的动作。v2)换刀。v换刀的关键在换刀点设置上，换刀点必须保证安全性，即在执行换刀动作时，刀架上每一把刀具都不要与工件或机床发生碰撞。而且尽量保证换刀路线最短，v5.数控车床坐标系v(1)机床坐标系 v (a)编程原点在右端面 (b)编程原点在左端面v图图1-6 前置刀架卧式车床坐标系图前置刀架卧式车床坐标系图 1-7 编程原点与工件坐标系编程原点与工件坐标系v(2)编程坐标系与编程原点 v为了方便编程，首先要在零件图上适当位置，选定一个编程原点，该点应尽量设置在零件的工艺设计基准上，并以这个原点作为坐标系的原点，再建立一个新的坐标系
9、称为编程坐标系或零件坐标系。编程坐标系用来确定编程和刀具的起点。v 因为对刀时工件右端面更容易找到，所以选用工件右端面与主轴回转中心线的交点为编程原点的情况比较多见。1.1.2 数控车削刀具的选择数控车削刀具的选择v1.数控车削刀具的种类v 图图1-8 数控车削刀具及加工方法示意数控车削刀具及加工方法示意v2.可转位刀片的应用及代码v可转位刀具是将预先加工好的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上的种刀具。v(1)可转位车刀的基本结构v1)刀具组成 v可转位刀具一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成，如图1-9所示。1-刀杆 2-刀片 3-刀垫 4-夹紧元件图图1-9 可转位车刀可转位车刀的结
10、构组成图的结构组成图v1-10 可转位车刀夹紧形式可转位车刀夹紧形式v刀片的夹紧形式及其夹紧力的作用原理如图1-10所示。v2)可转位刀片型号表示规则v 根据国家标准GB2076-1987规定，切削用可转位刀片的型号由给定意义的字母和数字代号，按一定顺序排列的十个号位组成。其排列顺序如下：v其中每一位字符代表刀片的某种参数，具体意义如下：v1刀片的几何形状及夹角；v2刀片主切削刃后角(法后角)：v3刀片内接圆直径d与厚度s的精度级别；v4刀片型式、紧固方法或断屑槽；v5刀片边长、切削刃长；v6刀片厚度；v7刀尖圆角半径r或主偏角kr或修光刃后角n；v8切削刃状态，刀尖切削刃或倒棱切削刃；v9进
11、刀方向或倒刃角度；v10厂商的补充代号或倒刃角度。v3.数控车削刀具的选择v以半精车和精车钢件材料为例：v(1)选择刀片牌号为硬质合金YT15。v(2)选择合适的断屑槽。v(3)车端面时，常用45主偏角的车刀。v(4)车外圆时，粗加工常用75主偏角的车刀；精加工时采用9095主偏角的车刀，可兼顾轴上台阶的车削。v(5)车槽时，刀具宜采用正前角以利于排屑，采用较小后角以加强刀尖的强度，宽度般为槽宽的80%90%为宜。v v(6)车曲面时，采用45车刀、60尖刀粗车，用圆弧形车刀精车。v圆弧形车刀是以圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。v7)车外螺纹时，应控制刀具角度的准确性，以及采
12、用正前角以利于排屑。v 以上外形加工的刀具在安装时，应注意刀杆的伸出量应在刀杆高度尺寸的1.5倍以内，以保证刀具的刚性。深槽、深孔应采用半月形加强筋加强刀具刚性。v v(8)车内孔、内螺纹时，刀杆的伸出量(长径比)应在刀杆直径的4倍以内。v 车内孔、内螺纹刀具长径比为2时切削参数选取的原则是，切削用量应比外形加工降低30%左右；刀具长径比每增加1，切削用量就降低25%。v常用的车刀有三种不向截面形状的刀柄，即圆柄、矩形柄和正方形柄。v矩形柄和正方形柄多用于外形加工；内形(孔)加工优先选用圆柄车刀。v由于圆柄车刀的刀尖高度是刀柄高度的二分之一，且柄部为圆形，有利于排屑，故在加工相同直径的孔时，圆
13、柄车刀的刚性明显高于方柄车刀，所以在条件许可时应尽量采用圆柄车刀。v在卧式车床上因受四方形刀架限制，一般多采用正方形或矩形柄车刀。1.1.3数控车削切削用量的选择数控车削切削用量的选择和工艺文件的制定和工艺文件的制定v1.数控车削切削用量的选择v(1)车削用量的选择原则 v1)粗加工时车削用量的选择原则：v首先，选取尽可能大的背吃刀量；v其次，要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；v最后后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。v2)精加工时车削用量的选择原则：v首先，根据粗加工后的余量确定背吃刀量；v其次，根据已加工表面粗糙度要求，选取较小的进给量；v最后，在保证刀具耐用度的前提
14、下，尽可能选用较高的切削速度。v(2)车削用量的选择方法v 1)背吃刀量的选择 v 根据加工余量确定，粗加工(表面粗糙度Ra=1080m)时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达810mm。v半精加工时(表面粗糙度Ra=1.2510m)时，背吃刀量取0.52mm。v精加工(表面粗糙度Ra=0.321.25m)时，背吃刀量取0.10.4mm。v在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一、二次进给的背吃刀量尽量取得大一些。v2)进给量的选择 v工件或工具每旋转一周或往复一次，或刀具每转过一齿时，工件与工具在进给运动方向上的相对位移。v
15、粗加工时，由于对工件表面质量没有太高的要求，这时主要考虑机床进给机构的强度和刚性及刀杆的强度和刚性等限制因素，根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。v在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择进给量。v3)切削速度的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取。v切削速度vc确定后，可以算出机床转速n。在选择切削速度时，还应考虑以下几点：v1)应尽量避开积屑瘤产生的区域；v2)断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；v3
16、)在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；v4)加工大件、细长件和薄壁工件时，应选用较低的切削速度；v5)加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。v初学编程时，车削用量的选取可参考表1-1。v表表1-1车削用量选择参考表车削用量选择参考表v2.数控车削工艺文件的制定v数控车削加工工艺文件是进行数控车削加工和产品验收的依据。v操作人员必须遵守和执行工艺文件，遵守操作规程，才能保证零件的加工精度和表面质量的要求。v它是编程及工艺人员按零件加工要求作出的与程序相关的技术文件。数控车削加工的工艺文件种类有多种，常见的有数控加工工序卡片、数控加工刀具卡片和数控加工程序清单等。v(1)数控
17、加工工序卡片 v(2)数控加工刀具卡片 v(3)数控加工程序清单 v例如，在加工如图1-12所示联接套时，根据具体加工工艺编制的数控加工工序卡片，见表1-2；数控加工刀具卡片，见表1-3；数控加工程序清单，见表1-4。v1.1.4 典型零件的数控车削工艺分析典型零件的数控车削工艺分析v如图1-13所示为轴承套零件图，图中未注倒角为C1，未注表面粗糙度为Ra3.2，材料45钢，热处理调质HRC2835，加工数量100件。试分析其数控加工工艺。v(1)分析零件图，确定零件加工工艺。v 该零件为轴套类零件，对外圆及内孔都有较为严格的尺寸公差要求和表面粗糙度要求。零件的材料是45钢，有一定的热处理要求
18、。从使用要求来分析，内外圆柱面有较严格的同轴度要求，加工数量为100件，是小批量生产。v 通过分析，初步拟定工艺方案如下：v 1)根据零件形状特征，拟选用车削加工。为了保证内外圆柱面的同轴度要求，同时不破坏已加工表面，拟采用先以外圆表面为定位基准加工孔，再以内孔定位加工外表面。v2)因其有热处理工艺要求，所以工艺方案应分为粗、精加工两个阶段。在粗加工之后，精加工之前安排热处理工艺。v 3)热处理调质后，工件硬度适中偏硬。刀具材料可采用高速钢或硬质合金。v(2)确定装夹方案v 为了提高效率，保证装夹质量，拟采用三爪卡盘定位夹紧外圆，粗、精加工端面及内孔；再以圆柱心轴定位及夹紧，粗、精加工外轮廓的
19、装夹方案。v (3)确定加工顺序及走刀路线v 根据确定加工顺序的基本原则，尽量减少换刀次数、避免破坏后道工序的刚性为原则。确定零件加工工艺下：v 1)下料：4545。v 2)三爪卡盘夹外圆：车平端面；钻4中心孔；钻20通孔做底孔；镗22H7孔，留精加工余量0.4mm；镗24x16的退刀槽，并孔口倒角至C1。v 3)调头，用三爪卡盘夹外圆找正，车另一端面，保证零件全长40的长度尺寸。v 4)用心轴定位夹紧：粗、精车42，合格；粗车34js734外圆柱面，留余量0.4；切槽20.5至合格；倒角C2至合格。v5)热处理调质HRC2835。v6)三爪卡盘定位夹紧，精镗22H7至合格。v7)心轴定位夹紧
20、，精车34js734外圆柱面至合格。v8)检验。v9)入库。v(4)选择刀具v1)选用4中心钻，打中心孔。v2)选用20高速钢钻头钻底孔。v3)粗精车外轮廓及端面，选用YTl5硬质合金90可转位刀片的偏刀。v4)选用YT15硬质合金90可转位刀片的镗刀，粗精镗22H7和24的孔。v(5)选择切削用量v根据金属切削手册中，对各类刀具的推荐切削用量，确定如下：v1)用4中心钻打中心孔时，选用v=20m/min；f=0.1mm/r。v2)用20高速钢钻头钻底孔时，选用v=20m/min；f=0.3mm/r。v3)选用YTl5硬质合金偏刀粗车外轮廓及端面时，选用v=110m/min；f=0.2mm/r；ap=23mm。v4)选用YT15硬质合金镗刀粗镗22H7和24的孔时，选用v=60m/min；f=0.5mm/r；ap=0.5mm。v5)选用YTl5硬质合金偏刀精车外轮廓时，选用v=130m/min；f=0.1mm/r；ap=0.20.4mm。v6)选用YT15硬质合金镗刀精镗22H7和24的孔时，选用v=130m/min；f=0.1mm/r；ap=0.10.2mm。v(6)编写工艺文件(略)
