3　數(shù)控車削工藝與編程基礎(chǔ)

3.1　數(shù)控車削工藝基礎(chǔ)

3.1.1　切削原理

在金屬切削變形和切屑形成過(guò)程中，金屬的變形和刀具的受力如圖3.1、圖3.2所示。

第Ⅰ變形區(qū)域：在切削層中OA與OE面之間的區(qū)域，是產(chǎn)生塑性變形和剪切滑移的區(qū)域。

第Ⅱ變形區(qū)域：切屑流出時(shí)與刀具前面接觸產(chǎn)生變形的區(qū)域。

第Ⅲ變形區(qū)域：近切削刃處已加工表面層內(nèi)產(chǎn)生變形的區(qū)域。

圖3.1　金屬切削變形區(qū)域

圖3.2　切屑形成過(guò)程

切屑形成是在第Ⅰ變形區(qū)內(nèi)完成的。以切削塑性材料為例，如圖3.2（a）、（b）所示，切削層在正壓力FN與摩擦力Ff的合力Fτ的作用下，在切削層材料移近OA面，使材料產(chǎn)生變形。進(jìn)入OA面產(chǎn)生塑性變形，亦即OA面上切應(yīng)力τ達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度τ0.2而發(fā)生剪切滑移，以點(diǎn)1為例，滑移方向由點(diǎn)1移至點(diǎn)2，在點(diǎn)2繼續(xù)移動(dòng)至點(diǎn)3的過(guò)程中，同時(shí)滑移至點(diǎn)4。隨著繼續(xù)移動(dòng)，剪切滑移量和切應(yīng)力逐漸增大。到達(dá)OE面時(shí)，滑移至點(diǎn)10，此時(shí)，剪切應(yīng)力最大，剪切滑移結(jié)束，切屑層被刀具切離，形成切屑。

通常OA面稱始滑移面、OE面稱終滑移面，兩個(gè)滑移面間是很窄的第Ⅰ變形區(qū)域，寬約0.02～0.2mm，故剪切滑移時(shí)間很短、形成切屑時(shí)間極短，如圖3.2（a）、（b）所示，該區(qū)域可用一個(gè)剪切平面Psh（OM）表示。剪切平面Psh與作用力Fτ間夾角為45°，剪切平面Psh與切削速度vc方向夾角為剪切角φ。在圖3.2（c）切屑形成的金相照片中，可觀察到切削變形使切屑中晶格被拉長(zhǎng)呈纖維化狀態(tài)。

3.1.2　車刀、刀片（修光刃）的種類及其標(biāo)記方法

車刀是生產(chǎn)中廣泛使用的一類刀具，它也是學(xué)習(xí)各類刀具的基礎(chǔ)。車刀的主要種類有：焊接車刀、機(jī)夾車刀和可轉(zhuǎn)位車刀。對(duì)焊接車刀，一般應(yīng)了解刀桿、刀片及刀槽的形狀和結(jié)構(gòu)尺寸；對(duì)機(jī)夾車刀，應(yīng)了解夾持方法及適用場(chǎng)合。

機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片式刀具（機(jī)夾不重磨式刀具，以機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片式車刀為例），如圖3.3（a）和（b）所示，這種刀具具有一定幾何角度的多邊形刀片，以機(jī)械緊固的方法裝夾在標(biāo)準(zhǔn)刀桿上。當(dāng)?shù)镀モg后，將夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)，使刀片轉(zhuǎn)位后即可繼續(xù)切削。使用機(jī)夾不重磨刀具可提高硬質(zhì)合金刀具的耐用度和刀片利用率，節(jié)約了刀桿和刀刃磨砂輪的消耗，簡(jiǎn)化了刀具的制造過(guò)程，有利于刀具標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)組織管理。

圖3.3　常見(jiàn)的焊接式和夾固式車刀

刀片種類及其標(biāo)記方法，國(guó)標(biāo)的標(biāo)記方法如圖3.4所示。

標(biāo)記舉例：

如：CNMG 120412－PR

3.1.3　車刀夾緊方式

車刀的常見(jiàn)夾緊方式如圖3.5所示。

圖3.5　車刀的常見(jiàn)夾緊方式

剛性?shī)A緊結(jié)構(gòu)車刀刀頭部分展開(kāi)圖如圖3.6（a）所示，“P杠桿型”夾緊結(jié)構(gòu)車刀刀頭部分展開(kāi)圖如圖3.6（b）所示。

圖3.6　車刀刀頭部分展開(kāi)圖

3.1.4　刀具幾何參數(shù)的選擇原則

合理選擇刀具的幾何參數(shù)是用好刀具的基本要求。使用刀具必須考慮的最基本的幾個(gè)角度是：前角γ0、后角α0、主偏角κγ、副偏角κ′γ、刃傾角λs。其他幾何參數(shù)有副后角α′0、刃口形狀、過(guò)渡刃形狀等。

1）前角γ0的選擇

前角是起切削作用的一個(gè)重要角度，它的大小影響切削變形、刀和屑面間的摩擦、散熱效果、刀具強(qiáng)度和加工精度等。

前角的選擇是根據(jù)加工要求進(jìn)行的，通?？紤]的是：

①按刀具材料要求：高速鋼刀具的抗彎強(qiáng)度、任性高，前角大；硬質(zhì)合金刀具前角?。惶沾傻毒叩膹?qiáng)度、任性低，前角更小些。

②按加工材料要求：加工材料的塑性、韌性好，前角較大；強(qiáng)度、硬度高，前角較小；加工脆性、淬硬材料，前角很小或負(fù)值。

③按加工精度要求：精加工前角較大，粗加工較小；加工鑄鍛毛坯件、帶硬質(zhì)點(diǎn)表面和采用斷續(xù)切削的工件，前角??；成形刀具和展成刀具為減小重磨后刃形誤差，前角取零或很小。

2）后角α0的選擇

后角大小影響后刀面與切削表面間摩擦程度和刀具強(qiáng)度。

具體選擇原則是：

①按加工要求：精加工后角較大，粗加工后角較小。

②按加工材料：切削塑性材料后角較大；切削強(qiáng)度、硬度高的材料后角較小。

3）主偏角κγ的選擇

主偏角大小影響刀頭強(qiáng)度、徑向分力大小、傳散熱面積、殘留面積高度。因而主偏角是影響刀具壽命和加工表面質(zhì)量的重要角度。

主偏角的選擇原則：

①按加工表面粗糙度要求：在加工系統(tǒng)剛性允許時(shí)，減小主偏角能減小表面粗糙度，提高表面質(zhì)量。

②按加工材料要求：切削硬度、強(qiáng)度高的材料時(shí)選擇較小主偏角。

4）副偏角κ′γ的選擇

副偏角是影響加工粗糙度的主要角度，通常采用減小副偏角來(lái)減小理論粗糙度。副偏角影響刀尖強(qiáng)度，較小的副偏角對(duì)凹輪廓產(chǎn)生干涉。

5）刃傾角λs的選擇

刃傾角影響實(shí)際工作前角、影響切屑的排出方向、影響刀尖受到的沖擊力。

3.2　數(shù)控車削編程基礎(chǔ)

3.2.1　概述

數(shù)控車床具有加工通用性好、加工精度高、加工效率高和加工質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，是理想的回轉(zhuǎn)體零件的加工機(jī)床。從總體上看，數(shù)控車床沒(méi)有脫離普通車床的結(jié)構(gòu)形式，即由床身、主軸箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。進(jìn)給用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以連續(xù)控制刀具縱向（Z軸）和橫向（X軸）運(yùn)動(dòng)，從而完成各類回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)外形面加工，例如車削圓柱、圓錐、圓弧和各種螺紋加工等，并能進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鏜、鉸、攻絲等工序的加工。

1）數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）它沒(méi)有傳統(tǒng)的進(jìn)給箱和交換齒輪架，而是直接用伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)溜板和刀架，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因而進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。

（2）數(shù)控車床能加工各種螺紋（公制、英制螺紋以及錐螺紋、端面螺紋等），這是因?yàn)閿?shù)控車床主軸與縱向絲桿間雖然沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)結(jié)，但由于安裝有與主軸同步回轉(zhuǎn)的脈沖編碼器，從而發(fā)出檢測(cè)脈沖信號(hào)，使主軸回轉(zhuǎn)與進(jìn)給絲桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相匹配，這是實(shí)現(xiàn)螺紋切削的必要條件。車削螺紋一般都需要多次走刀才能完成，為防止亂扣，脈沖編碼器在發(fā)出進(jìn)給脈沖時(shí)，還要發(fā)出同步脈沖（每轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)脈沖），以保證每次走刀刀具都在工件的同一點(diǎn)切入。脈沖編碼器一般不直接安裝在主軸上，而是通過(guò)一對(duì)齒輪或同步齒形帶（傳動(dòng)比1∶1）同主軸聯(lián)系起來(lái)。

2）數(shù)控車床的分類

（1）按數(shù)控系統(tǒng)功能，可分為全功能型和經(jīng)濟(jì)型兩種。全功能型機(jī)床精度高，進(jìn)給速度快，進(jìn)給多采用半閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)，主軸采用全伺服控制，具有自動(dòng)排屑、冷卻、潤(rùn)滑等功能，通常采用全封閉防護(hù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床通常采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不具有位置反饋裝置，精度較低。

（2）按主軸處于水平位置或垂直位置，可分為臥式和立式數(shù)控車床。如果有兩根主軸，則為雙軸數(shù)控車床。一般數(shù)控車床為兩坐標(biāo)控制，具有兩個(gè)獨(dú)立回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控車床為四協(xié)同控制，車削中心和柔性制造單元，則需要增加其他的附加坐標(biāo)軸。目前應(yīng)用較多的還是中等規(guī)格的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控車床。

3.2.2　坐標(biāo)系

1）機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的機(jī)械坐標(biāo)系，是機(jī)床出廠前已設(shè)定好的。機(jī)床通電后執(zhí)行手動(dòng)返回參考點(diǎn)，自動(dòng)設(shè)定機(jī)床坐標(biāo)系。

（1）機(jī)床原點(diǎn)

數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn)（M）通常定義在主軸旋轉(zhuǎn)中心線與主軸端面的交點(diǎn)處，見(jiàn)圖3.7，M點(diǎn)即為機(jī)床原點(diǎn)。

圖3.7　車床坐標(biāo)系

（2）機(jī)床參考點(diǎn)

機(jī)床參考點(diǎn)（C）是機(jī)床上的一個(gè)特定位置。通常當(dāng)不能到達(dá)機(jī)床零點(diǎn)時(shí)，可接近參考點(diǎn)來(lái)設(shè)定測(cè)量系統(tǒng)為零。其位置由Z向與X向的機(jī)械擋塊來(lái)確定。當(dāng)進(jìn)行回參考點(diǎn)的操作時(shí)，安裝在縱向和橫向拖板上的行程開(kāi)關(guān)碰到相應(yīng)擋塊后，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，控制拖板減速運(yùn)行，直到位置檢測(cè)裝置發(fā)出零位信號(hào)，完成回參考點(diǎn)的操作，這相當(dāng)于在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部建立了一個(gè)以機(jī)床原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)系。

（3）刀架參考點(diǎn)

刀架參考點(diǎn)（B）是刀架上的一個(gè)固定點(diǎn)。當(dāng)?shù)都苌蠜](méi)有安裝刀具時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)系顯示的是刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo)位置，而加工時(shí)是用刀尖（A）加工，不是用刀架參考點(diǎn)（B），所以必須通過(guò)“對(duì)刀”方式確定刀尖在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，即X、Y坐標(biāo)值。

2）工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是為了方便編程，編程人員直接根據(jù)加工零件圖紙選定的編制程序的坐標(biāo)系。這個(gè)坐標(biāo)系被稱為編程坐標(biāo)系或工件坐標(biāo)系。其原點(diǎn)被稱為編程原點(diǎn)或工件零點(diǎn)。

（1）編程原點(diǎn)

數(shù)控車床的編程原點(diǎn)（W）通常定義在主軸旋轉(zhuǎn)中心線與工件端面的交點(diǎn)處，見(jiàn)圖3.7，W點(diǎn)即為編程原點(diǎn)。

編程原點(diǎn)的選擇原則：

①所選工件零點(diǎn)要便于數(shù)值計(jì)算，簡(jiǎn)化程序編制。

②所選工件零點(diǎn)要方便對(duì)刀，便于測(cè)量。

③盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，以減小加工誤差。通常設(shè)在工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，也稱編程坐標(biāo)系。

（2）X軸方向的定義

刀架所在位置決定X軸的坐標(biāo)方向。前置刀架切削時(shí)，X軸正方向指向操作者，常用于平床身機(jī)床，如圖3.8所示；后置刀架切削時(shí)，X軸方向指向其反向，常用于斜床身機(jī)床，如圖3.9所示。

圖3.8　前置刀架切削方式

圖3.9　后置刀架切削方式

3）機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的位置關(guān)系

工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系之間有一定的位置關(guān)系。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)必須確定工件坐標(biāo)系相對(duì)機(jī)床坐標(biāo)系的偏移位置關(guān)系，即零點(diǎn)偏置。這個(gè)偏置量常?？梢酝ㄟ^(guò)一條指令來(lái)設(shè)定：如G54指令，如圖3.10所示。

圖3.10　坐標(biāo)系偏置

3.2.3　數(shù)控車床常用指令及其特點(diǎn)

1）快速點(diǎn)定位指令G00

該指令命令刀具以很快的移動(dòng)速度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。通常用在快速離開(kāi)工件返回?fù)Q刀點(diǎn)或快速?gòu)膿Q刀點(diǎn)返回時(shí)使用。

格式：G00X＿Z＿

【例】G00X60　Z40；表示快速移動(dòng)到XZ平面上的點(diǎn)（60，40）。

注意事項(xiàng)：

①G00速度很快，不允許用來(lái)切入工件，其進(jìn)給速度F不需寫(xiě)在程序內(nèi)，由機(jī)床廠家規(guī)定。

②快速移動(dòng)的軌跡根據(jù)控制系統(tǒng)的不同，有一定的區(qū)別。如圖3.11所示，從A到B有四種方式，路徑a是折線形式，路徑b是直線形式，路徑c由AD，DB組成，路徑d由AC，CB組成，不同的系統(tǒng)采用不同的方式。如：FAUNC0i系統(tǒng)采用的是路徑a（非線性插補(bǔ)定位）和路徑b（直線插補(bǔ)定位），可通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置來(lái)選擇兩種方式中的一種。在使用該指令時(shí)，必須小心確保刀具不與工件發(fā)生碰撞。

圖3.11　快速點(diǎn)定位G00

③由于加工零件的圖樣尺寸及測(cè)量尺寸都是直徑值，所以通常采用直徑編程。但有些系統(tǒng)也可用半徑編程。在用直徑尺寸編程時(shí)：如采用絕對(duì)尺寸編程，X表示直徑值；如采用增量尺寸編程，X表示徑向位移量的兩倍。在用半徑尺寸編程時(shí)，如采用絕對(duì)尺寸編程，X表示半徑值；如采用增量尺寸編程，X表示徑向位移量。具體由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定。

2）直線插補(bǔ)指令G01

該指令使刀具能在各個(gè)坐標(biāo)平面內(nèi)切削任意斜率的直線輪廓（圓柱和圓錐面）和用直線段逼近的曲線輪廓，如圖3.12所示。

格式：G01X＿Z＿F＿

圖3.12　直線插補(bǔ)功能

【例】　G01X50Z30F100；表示以進(jìn)給速度100mm/min直線插補(bǔ)至XZ平面上的點(diǎn)（50，30）。

注意事項(xiàng)：

①用此功能時(shí)，如果進(jìn)給速度F代碼不指定，系統(tǒng)將給予報(bào)警提示。

②進(jìn)給速度F的單位有：mm/min或mm/r。編程時(shí)，具體要按系統(tǒng)規(guī)定來(lái)選用。

3）圓弧插補(bǔ)指令G02，G03

該指令使刀具能在各個(gè)坐標(biāo)平面內(nèi)切削任意半徑的圓弧輪廓和用圓弧段逼近的曲線輪廓。G02為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)；G03為逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)（見(jiàn)圖3.13）。

圖3.13　圓弧插補(bǔ)

注意事項(xiàng)：

①在數(shù)控車床中要注意，用前置刀架和后置刀架方式切削時(shí)，圓弧的插補(bǔ)方向不同。圓弧插補(bǔ)方向的判斷方法如圖3.14所示：在直角坐標(biāo)系中，應(yīng)從編程坐標(biāo)系的ZP軸（YP軸或XP軸）的正方向看XPYP平面（XPZP平面或YPZP平面），來(lái)決定XPYP平面（XPZP平面或YPZP平面）的“順時(shí)針”（G02）和“逆時(shí)針”（G03）方向。

圖3.14　圓弧插補(bǔ)的方向的判斷

②用圓心I、J編程，無(wú)論采用絕對(duì)方式還是增量方式，通常是取圓心坐標(biāo)始終相對(duì)于圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)。用半徑R編程，當(dāng)圓心角大于180°時(shí)，R為負(fù)；當(dāng)圓心角小于或等于180°時(shí)，R為正；如圖3.15所示。

③有些數(shù)控系統(tǒng)編程時(shí)只能用圓心編程，不能用半徑R編程。要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定來(lái)選用。

4）絕對(duì)值與增量值坐標(biāo)方式編程指令G90，G91

圖3.15　用半徑R編程

在一個(gè)程序段中，根據(jù)被加工零件的圖樣標(biāo)注尺寸，從便于編程的角度出發(fā)，可采用絕對(duì)尺寸編程，也可采用增量尺寸編程。在一個(gè)程序中，也可采用絕對(duì)、增量的混合編程。

由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控車床沒(méi)有位置檢測(cè)裝置，為避免增量尺寸編程可能造成的累積誤差，在用此類數(shù)控車床加工尺寸精度要求高的零件時(shí)，應(yīng)盡量采用絕對(duì)尺寸編程。

絕對(duì)值指令格式：G90　G01　X＿Y＿

增量值指令格式：G91　G01　X＿Y＿

在絕對(duì)值方式下編程，所有坐標(biāo)尺寸取決于當(dāng)前坐標(biāo)系的零點(diǎn)位置。如圖3.16（a）中，P1、 P2、P3點(diǎn)的坐標(biāo)均相對(duì)于坐標(biāo)系的零點(diǎn)。

在增量值方式下編程，所有坐標(biāo)尺寸取決于前一坐標(biāo)點(diǎn)的尺寸。如圖3.16（b）中，P2點(diǎn)的坐標(biāo)相對(duì)于P1點(diǎn)，P3點(diǎn)的坐標(biāo)相對(duì)于P2點(diǎn)。

圖3.16　絕對(duì)和增量方式編程

注意事項(xiàng)：

①通常數(shù)控機(jī)床開(kāi)機(jī)后默認(rèn)G90方式。

②有些數(shù)控系統(tǒng)（如FANUC0i）也可不用G90/G91指令，直接改變坐標(biāo)字符號(hào)。將在下一章講述。

工件坐標(biāo)系設(shè)定指令G54～G59

工件坐標(biāo)系1（G54）

工件坐標(biāo)系2（G55）

工件坐標(biāo)系3（G56）

工件坐標(biāo)系4（G57）

圖3.17　坐標(biāo)平面的選擇

工件坐標(biāo)系5（G58）

工件坐標(biāo)系6（G59）

用戶可以從6個(gè)工件坐標(biāo)系指令中任意選擇，通過(guò)該指令給出工件零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，如圖3.17所示。當(dāng)工件裝夾到機(jī)床上時(shí)求出偏移量，通過(guò)操作面板輸入到規(guī)定的數(shù)據(jù)區(qū)，并在程序中選擇相應(yīng)的G54～G59激活此值。

③坐標(biāo)平面的選擇G17，G18，G19

G17：XY平面

G18：XZ平面

G19：YZ平面

對(duì)于數(shù)控銑床編程時(shí)，通常要進(jìn)行平面選擇，指定機(jī)床在哪一平面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，如圖3.17所示。對(duì)于數(shù)控車床編程時(shí)，只選擇G18－XZ平面。

5）暫停指令G04

經(jīng)過(guò)被指令時(shí)間的暫停之后，再執(zhí)行下一個(gè)程序段。通常用在切槽或鏜孔時(shí)，為了使槽底或孔底平整，讓程序進(jìn)給暫停幾秒鐘。

格式：G04地址符；不同的系統(tǒng)地址符可能有所不同。如：P、U、F等：G04P1.5表示進(jìn)給暫停1.5s。

3.2.4　刀具功能

1）刀具選擇功能

當(dāng)一個(gè)零件在進(jìn)行粗加工、精加工、螺紋加工、切槽時(shí)，需選擇各種刀具，每把刀具都指定了特定的刀具號(hào)。在程序中如果指定了刀具號(hào)和刀偏號(hào)，便可自動(dòng)換刀，選擇相應(yīng)的刀具和刀偏（見(jiàn)圖3.18）。

圖3.18　選擇刀具

注意事項(xiàng)：

①刀具號(hào)T后的位數(shù)可能是四位，也可能是三位或兩位數(shù)，要根據(jù)具體系統(tǒng)規(guī)定。

②刀具的偏置量可通過(guò)對(duì)刀操作方式得到。

2）刀具位置補(bǔ)償功能

通常加工一個(gè)工件要使用多把刀具，而每把刀的長(zhǎng)度不同（見(jiàn)圖3.19），這樣就必須選擇一把基準(zhǔn)刀具（也可以是刀架參考點(diǎn)），通過(guò)“對(duì)刀”測(cè)出基準(zhǔn)刀具的刀尖位置和其他所使用的各刀刀尖位置差，即刀具偏置量（見(jiàn)圖3.20），并把測(cè)定出的值設(shè)定在數(shù)控系統(tǒng)中。通過(guò)刀具指令（如：T0101）調(diào)出刀具偏置量。

刀架參考點(diǎn)是刀架上的一個(gè)固定點(diǎn)。當(dāng)?shù)都苌蠜](méi)有安裝刀具時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)系顯示的是刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo)。而加工時(shí)是用刀尖不是用刀架參考點(diǎn)，所以必須通過(guò)“對(duì)刀”方式確定刀尖在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。

圖3.19　不同長(zhǎng)度的刀具位置

圖3.20　刀具位置偏置

3）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能

刀具在進(jìn)行輪廓車削時(shí)，刀位點(diǎn)假設(shè)為一個(gè)刀尖。而為了提高刀具強(qiáng)度和工件表面加工質(zhì)量，刀尖處都必須有圓弧，不可能為尖點(diǎn)。

在切削端面或圓柱面時(shí)不存在誤差（見(jiàn)圖3.21），但在切削錐面和圓弧時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)切或欠切現(xiàn)象（見(jiàn)圖3.22）。當(dāng)工件表面加工精度要求較高時(shí)，就達(dá)不到精度要求。

這些由刀尖圓弧半徑而造成的過(guò)切或欠切問(wèn)題，可通過(guò)數(shù)控裝置自動(dòng)補(bǔ)償功能來(lái)解決。即假設(shè)刀尖圓弧中心的運(yùn)動(dòng)軌跡是沿工件輪廓運(yùn)動(dòng)的，而實(shí)際的刀尖圓弧中心運(yùn)動(dòng)軌跡與工件輪廓有一個(gè)偏移量，即為刀具半徑。因此在編寫(xiě)程序時(shí)，加入刀具半徑補(bǔ)償功能（G41或G42），刀具便會(huì)自動(dòng)地沿輪廓方向偏置一個(gè)刀尖圓弧半徑值（見(jiàn)圖3.23）。

G41——左補(bǔ)（沿刀具加工方向看，刀具位于工件左側(cè)時(shí)為左補(bǔ)）；

G42——右補(bǔ)（沿刀具加工方向看，刀具位于工件左側(cè)時(shí)為左補(bǔ)）；

G40——取消刀補(bǔ)。

圖3.21　假想刀尖

圖3.22　刀尖圓弧半徑補(bǔ)償軌跡

圖3.23　刀補(bǔ)軌跡

前置刀架與后置刀架方式下刀補(bǔ)的方向及假想刀尖方位有一定的區(qū)別，如圖3.24、圖3.25所示。

圖3.24　后置刀架刀補(bǔ)方向

圖3.25　前置刀架刀補(bǔ)方向

4）假想刀尖位置

前置刀架與后置刀架方式下的不同形狀的刀具，假想刀尖方位也有所不同。如圖3.26、圖3.27所示是各種刀具的假想刀尖位置及編號(hào)。當(dāng)用假想刀尖編程時(shí)，假想刀尖號(hào)設(shè)為1～8；當(dāng)用假想刀尖圓弧中心編程時(shí)，假想刀尖號(hào)設(shè)為0或9。

圖3.26　后置刀架刀尖位置示意圖

圖3.27　前置刀架刀尖位置示意圖

注意事項(xiàng)：

①由于刀具在起刀程序段中，進(jìn)行偏置過(guò)渡運(yùn)動(dòng)，因此建議該段程序不要切入工件輪廓，以免對(duì)工件產(chǎn)生誤切。

②刀補(bǔ)指令G41，G42或G40必須跟在直線段上，否則會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。例：G42G01 X100Z80。

③必須在刀具補(bǔ)償頁(yè)內(nèi)（刀具偏置所在內(nèi)存區(qū)）的刀尖半徑處填入該把刀具的刀尖圓弧半徑值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算應(yīng)該移動(dòng)的補(bǔ)償量，作為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償之依據(jù)。

④必須在刀具補(bǔ)償頁(yè)內(nèi)的假想刀尖位置處填入該把刀具的假想刀尖位置號(hào)碼，以作為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償之依據(jù)。

⑤指令刀尖半徑補(bǔ)償G41或G42的過(guò)渡直線段長(zhǎng)度必須大于刀尖圓弧半徑（如刀尖半徑為0.3，則Z軸移動(dòng)量必須大于0.3mm）；在X軸的切削移動(dòng)量必須大于2倍刀尖半徑值（如刀尖半徑為0.6，則X軸移動(dòng)量必須大于2×0.6mm＝1.2mm，因?yàn)閄軸用直徑值表示）。

⑥在某個(gè)刀補(bǔ)有效的程序段之后，若有兩個(gè)以上不運(yùn)動(dòng)的程序段時(shí)，刀具可能會(huì)對(duì)工件下一個(gè)輪廓產(chǎn)生過(guò)切。

【例】　刀補(bǔ)輪廊切削如圖3.28所示。

①G42G01X60

②G01X120W－150F60

③G40G00X300W150I40K－30。（I，K為最后一個(gè)斜面的終點(diǎn)坐標(biāo)。這樣編程，刀補(bǔ)對(duì)最后一個(gè)斜面不會(huì)產(chǎn)生干涉。）

圖3.28　刀補(bǔ)輪廓切削

3.2.5　恒切削速度控制

在加工端面、圓弧、圓錐以及階梯直徑相差較大的零件時(shí)，隨著工件直徑的變化，切削線速度也在不斷地變化，導(dǎo)致加工表面質(zhì)量不一。為了保證加工表面質(zhì)量，數(shù)控車床一般都具有恒切削速度控制功能，恒切削速度控制功能，即主軸轉(zhuǎn)速隨著當(dāng)前加工工件直徑的變化而變化，從而始終保證刀具切削點(diǎn)處編程的切削速度S為常數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速×直徑＝常數(shù)），如圖3.29所示。在用恒切削速度控制功能加工端面時(shí)，必須注意當(dāng)?shù)毒咧饾u移近工件旋轉(zhuǎn)中心時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，工件有可能從卡盤(pán)中飛出，為了防止出現(xiàn)事故，必須限定主軸最高轉(zhuǎn)速，即使用主軸轉(zhuǎn)速限定功能。不同的數(shù)控系統(tǒng)表示恒切削速度的指令可能不同。在第3章中將進(jìn)一步講述恒切削速度控制功能。

圖3.29　恒線速度切削

3.2.6　螺紋切削的加工特點(diǎn)和切削用量選擇

螺紋切削加工指令是數(shù)控車床中常用的加工指令?？梢约庸ぶ甭菁y、錐螺紋、端面螺紋和變螺距螺紋，如圖3.30所示。

圖3.30　加工螺紋種類

（1）數(shù)控車床加工螺紋的前提條件是主軸有位置測(cè)量裝置，如光電編碼器。對(duì)于多頭螺紋加工，可通過(guò)加工起點(diǎn)偏移來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）車削螺紋時(shí)不能使用恒切削速度功能，因?yàn)橛煤闱邢魉俣惹邢鲿r(shí)，隨著工件直徑的減小轉(zhuǎn)速會(huì)增加，從而會(huì)導(dǎo)致F導(dǎo)程產(chǎn)生變動(dòng)而發(fā)生亂牙現(xiàn)象。

（3）在數(shù)控機(jī)床上加工螺紋時(shí)，是靠裝在主軸上的編碼器實(shí)時(shí)地讀取主軸轉(zhuǎn)速并轉(zhuǎn)換為刀具的每分鐘進(jìn)給量。由于伺服系統(tǒng)的滯后，在主軸轉(zhuǎn)速加、減過(guò)程中，會(huì)在螺紋切削的起點(diǎn)和終點(diǎn)產(chǎn)生不正確的導(dǎo)程。因此在進(jìn)刀和退刀時(shí)要留一定的距離，即為空刀進(jìn)入量L1和退出量L2，如圖3.31所示。

圖3.31　螺紋加工尺寸量

（4）螺紋牙形高度H（螺紋總切深）是指在螺紋牙形上，牙頂?shù)窖赖字g垂直于螺紋軸線的距離，它是車削時(shí)車刀總切入深度，如圖3.32所示。根據(jù)GB192～197－81普通螺紋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通螺紋的牙形理論高度H＝0.866P，實(shí)際加工時(shí)，由于螺紋車刀刀尖半徑的影響，螺紋的實(shí)際切深有變化。根據(jù)GB197－81規(guī)定，螺紋車刀可在牙底最小削平高度H/8處削平或倒圓。則螺紋實(shí)際牙形高度可按下式計(jì)算：

式中：H——螺紋原始三角形高度，H＝0.866P；

　　　P——螺距。

圖3.32　螺紋牙形高度

（5）螺紋加工中，徑向起點(diǎn)的位置決定于螺紋大徑。例如要加工M30×2－6g外螺紋，由GB197－81知：螺紋大徑基本偏差為ES＝－0.038mm，公差為T(mén)d＝0.28mm，則螺紋大徑尺寸為φ30，所以螺紋大徑應(yīng)在此范圍內(nèi)選取，并在加工螺紋前，由外圓車削來(lái)保證。徑向終點(diǎn)的位置決定于螺紋小徑。因此編程大徑確定后，螺紋總切深在加工時(shí)由編程小徑（螺紋小徑）來(lái)控制。螺紋小徑的確定應(yīng)考慮滿足螺紋中徑公差的要求。設(shè)牙底由單一圓弧形狀構(gòu)成（圓弧半徑為R）。則編程小徑d1可用下式計(jì)算：

式中：d——螺紋公稱直徑（mm）；

　　　H——螺紋原始三角形高度（mm）；

　　　R——牙底圓弧半徑（mm），一般取R＝（1/8～1/6）H；

　　　ES——螺紋中徑基本偏差（mm）；

　　　Td2——螺紋中徑公差（mm）。

對(duì)于普通螺紋，也可用粗略估算法來(lái)編制程序。通常螺紋大徑D為公稱尺寸，螺紋小徑根據(jù)公式d1＝D－2h來(lái)確定。

（6）如果螺紋牙形較深，螺距較大，可分幾次進(jìn)給。每次進(jìn)給的背吃刀量用螺紋深度減去精加工背吃刀量所得的差按遞減規(guī)律分配，如圖3.33所示。常用螺紋切削進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量可參見(jiàn)表3.1，常用螺紋參數(shù)表見(jiàn)表3.2，常用螺紋切削進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量參考值見(jiàn)表3.3。

圖3.33　分段切削深度

表3.1　常用螺紋的形狀和牙形角度

表3.2常用螺紋規(guī)格

表3.3　常用螺紋切削進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量參考值

注：1in＝2.54cm。