數(shù)控加工與編程(比較簡單版,適合自動(dòng)化專業(yè))

數(shù)控加工與編程

——機(jī)電與汽車工程系課程教學(xué)目標(biāo)學(xué)生通過本章的學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到以下要求：理解數(shù)控車削的加工原理，主要加工對(duì)象;

理解數(shù)控車床的坐標(biāo)系統(tǒng)；掌握基本加工指令、固定循環(huán)功能的編程格式。第２章數(shù)控車床的操作與編程全功能數(shù)控車床車銑復(fù)合中心經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床車削中心典型零件車削加工過程視頻錄象

數(shù)控車削的主運(yùn)動(dòng)是裝夾在主軸上的工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配合刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可加工出回轉(zhuǎn)體零件。G71粗車外圓G72粗車端面G76螺紋加工G73仿形粗車典型車削加工過程模擬動(dòng)畫數(shù)控車床的加工對(duì)象:2.1數(shù)控車床的構(gòu)造2.1.1數(shù)控車床的基本組成

帶動(dòng)工件做旋轉(zhuǎn)數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)方式:主軸運(yùn)動(dòng),刀具做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

CK7815型數(shù)控車床如圖所示。其床身導(dǎo)軌為60°傾斜布置，排屑方便。導(dǎo)軌截面為矩形，剛性很好。主軸由交流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸尾端帶有液壓夾緊油缸，可用于快速自動(dòng)裝夾工件。床鞍溜板上裝有橫向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)塔刀架，刀盤可選配8位、12位小刀盤和12位大刀盤?？v橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，使刀架移動(dòng)。尾座套筒采用液壓驅(qū)動(dòng)。可采用RS232接口和手工鍵盤程序輸入方式，帶有CRT顯示器、數(shù)控操作面板和機(jī)械操作面板。另外還有防護(hù)門罩和排屑裝置。CK7815型數(shù)控車床2.2數(shù)控車床坐標(biāo)系的設(shè)定2.2數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的定義數(shù)控機(jī)床的操作編程必須使用坐標(biāo)，度量坐標(biāo)必須規(guī)定坐標(biāo)系。

根據(jù)圖示，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定：伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90o。則大拇指代表X坐標(biāo)軸，食指代表Y坐標(biāo)軸，中指代表Z坐標(biāo)軸。其中，大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)的正方向。2、數(shù)控車床坐標(biāo)軸方向的確定

根據(jù)圖示的數(shù)控車床結(jié)構(gòu)圖，確定X、Z直線坐標(biāo)如下（請按圖中按鈕觀察機(jī)床運(yùn)動(dòng)的方向）：

（1）Z坐標(biāo)：平行于主軸，刀具離開工件的方向?yàn)檎?。?）X坐標(biāo)：工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。（3）Y坐標(biāo)：在Z、X坐標(biāo)確定后，用右手直角坐標(biāo)系來確定。3、機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是用來確定工件坐標(biāo)的基本坐標(biāo)系。機(jī)床原點(diǎn)：機(jī)床原點(diǎn)為機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)。數(shù)控車床將其定義在主軸旋轉(zhuǎn)軸線與卡盤后端面的交點(diǎn)上，如圖所示的M點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)：數(shù)控車床的參考點(diǎn)是刀架相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)沿X、Z軸正向退至極限的一個(gè)固定點(diǎn)，其位置分別由X向與Z向的機(jī)械檔塊來確定，且機(jī)床在出廠之前由制造商采用精密測量方法確定，如圖所示的R點(diǎn)。

4．工件坐標(biāo)系的設(shè)定

編程時(shí)要首先設(shè)定下圖的工件坐標(biāo)系，其上的工件原點(diǎn)又稱為程序原點(diǎn)。工件原點(diǎn)要盡量選擇在工件圖樣的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上，同時(shí)要便于編程計(jì)算。表2-1常用G功能指令(HNC—22T)注：①表內(nèi)00組為非模態(tài)指令，只在本程序段內(nèi)有效。其它組為模態(tài)指令，一次指定后持續(xù)有效，直到被本組其它代碼所取代。?②標(biāo)有*的G代碼為數(shù)控系統(tǒng)通電啟動(dòng)后的默認(rèn)狀態(tài)。

2.3基本編程指令2.3.1程序中用到的各功能字1．G功能(格式：G2，G后可跟2位數(shù))

2．M功能(格式：M2，M后可跟2位數(shù))車削中常用的M功能指令有：

M00——進(jìn)給暫停M01——條件暫停M02——程序結(jié)束

M03——主軸正轉(zhuǎn)M04——主軸反轉(zhuǎn)M05——主軸停轉(zhuǎn)

M07、M08——開切削液M09——關(guān)切削液

M30——程序結(jié)束并返回到開始處M98——子程序調(diào)用

M99——子程序返回

3．T功能(格式：T2或T4)有的機(jī)床T后只允許跟2位數(shù)字，即只表示刀具號(hào)，刀具補(bǔ)償則由其他指令表示。有的機(jī)床T后則允許跟4位數(shù)字，前2位表示刀具號(hào)，后2位表示刀具補(bǔ)償號(hào)。

T××××T××

刀補(bǔ)存儲(chǔ)器號(hào) 刀補(bǔ)存儲(chǔ)器號(hào) 刀具號(hào) 刀具號(hào)

4．S功能(格式：S4，S后可跟4位數(shù))用于控制帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的主軸的轉(zhuǎn)速。實(shí)際加工時(shí)，還受到機(jī)床面板上的主軸速度修調(diào)倍率開關(guān)的影響。按公式：N=1000vc/D，可根據(jù)某材料查得切削速度vc，然后即可求得N。例如：若要求車直徑為60?mm的外圓時(shí)切削速度控制到48?mm/min，則換算得：N?=?250r/min(轉(zhuǎn)/分鐘)，則在程序中指令為S250。2.3.2車床的編程方式

1．絕對(duì)編程方式和增量編程方式圖

編程方式示例絕對(duì)編程是指程序段中的坐標(biāo)點(diǎn)值均是相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)來計(jì)量的，常用G90來指定。增量(相對(duì))編程是指程序段中的坐標(biāo)點(diǎn)值均是相對(duì)于起點(diǎn)來計(jì)量的，常用G91來指定。如對(duì)圖所示的直線段AB編程為：絕對(duì)編程：G90G01X100.0Z50.0;增量編程：G91G01X60.0Z?-100.0;注：在某些機(jī)床中用X、Z表示絕對(duì)編程，用U、W表示相對(duì)編程，允許在同一程序段中混合使用絕對(duì)和相對(duì)編程方法。如上圖直線AB，可用：絕對(duì)：G01X100.0Z50.0；相對(duì)：G01U60.0W?-100.0;混用：G01X100.0W?-100.0；或G01U60.0Z50.0;這種編程方法不需要在程序段前用G90或G91來指定。

2．直徑編程與半徑編程當(dāng)?shù)刂稾后所跟的坐標(biāo)值是直徑時(shí)，稱直徑編程，如前所述直線AB的編程例子。當(dāng)?shù)刂稾后所跟的坐標(biāo)值是半徑時(shí)，稱半徑編程，則應(yīng)寫為：G90G01X50.0Z50.0;注：(1)直徑或半徑編程方式可在機(jī)床控制系統(tǒng)中用參數(shù)來指定，HNC—22T系統(tǒng)中可用G36指定直徑編程，用G37指定半徑編程。

(2)無論是直徑編程還是半徑編程，圓弧插補(bǔ)時(shí)R、I和K的值均以半徑值計(jì)量。2.3.3基本編程指令1.G00－快速點(diǎn)定位指令

G00使刀具以點(diǎn)位控制方式從其所在點(diǎn)以最快速度移動(dòng)到坐標(biāo)系的另一點(diǎn)。注意:刀具的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡并非直線,只是快速定位，而無運(yùn)動(dòng)軌跡要求。書寫格式:Ｇ００Ｘ(U)___Y(V)__Z(W)__目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)其中X、Y、Z為目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，U、V、W為增量坐標(biāo)編程方式。目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)給速度G01直線插補(bǔ)程序段控制各軸以指定的進(jìn)給速率沿直線方向從現(xiàn)在位置移動(dòng)到指令位置。G01是模態(tài)代碼

書寫方式：Ｇ0１Ｘ＿＿Y＿＿Ｚ＿＿Ｆ＿＿

２.G01

—直線插補(bǔ)例：實(shí)現(xiàn)右圖所示從A點(diǎn)到B點(diǎn)的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),其程序段為：絕對(duì)方式編程G90G01X10Y10F100增量方式編程G91

G01X-10Y-20F100

3．G02、G03—圓弧插補(bǔ)指令該指令命令刀具在XZ坐標(biāo)平面內(nèi)，按指定的F進(jìn)給速度進(jìn)行圓插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，切削出圓弧輪廓。程序格式：XY平面圓弧插補(bǔ)指令程序格式：G17G02Ｘ＿Y＿Ｚ＿I＿J＿

K＿

(R＿)F＿

或G17G03Ｘ＿Y＿Ｚ＿I＿J＿

K＿

(R＿)F＿其中：

X、Y、Z的值是指圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)坐標(biāo)值；

I、J、K是指圓弧起點(diǎn)到圓心的增量坐標(biāo)

R為指定圓弧半徑，當(dāng)圓弧的圓心角≤180°時(shí)，R值為正，當(dāng)圓弧的圓心角＞180°時(shí)，R值為負(fù)。圓弧插補(bǔ)指令的應(yīng)用舉例：在右圖中，當(dāng)圓弧A的起點(diǎn)為P1，終點(diǎn)為P2，圓弧插補(bǔ)程序段為G02X321.65Y280I40J140F50

或：G02X321.65Y280R-145.6F50當(dāng)圓弧A的起點(diǎn)為P2，終點(diǎn)為P1時(shí)，圓弧插補(bǔ)程序段為G03X160Y60I-121.65J-80F50

或：G03X160Y60R-145.6F50

4．G04——暫停延時(shí)格式：G04P... 后跟整數(shù)值，單位ms(毫秒)或G04X(U)... 后跟帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)，單位s(秒)由于在兩不同軸進(jìn)給程序段轉(zhuǎn)換時(shí)存在各軸的自動(dòng)加減速調(diào)整，可能導(dǎo)致刀具在拐角處的切削不完整。如果拐角精度要求很嚴(yán)，其軌跡必須是直角時(shí)，應(yīng)在拐角處使用暫停指令。例如：欲停留1.5s時(shí)，程序段為

G04X1.5;或G04P1500;

5．G71——外圓粗車復(fù)合循環(huán)

它適用于圓柱毛坯料粗車外徑和圓棒毛坯料粗車內(nèi)徑。當(dāng)給出如圖所示的精加工形狀的路線A→A′→B及每次背車刀量，就會(huì)進(jìn)行平行于Z軸的多次切削，最后再按預(yù)留的徑向精車余量△U/2、軸向精車余量△W,使用G70指令進(jìn)行精加工。

G71U(△d)R(e)；G71P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F_S_；N(ns)……；……程序段號(hào)N(ns)到N(nf)之間的程序段定義工件A→A′→BN(nf)……；之間的精車路線其中△d—粗加工每次背吃刀量（半徑值），無符號(hào)，車削方向沿AA′的方向；e—退刀量，該參數(shù)為模態(tài)值，直到指定另一個(gè)值前保持不變；ns—精車程序第一個(gè)程序段的順序號(hào)；nf—精車程序最后一個(gè)程序段的順序號(hào)；△u—X方向預(yù)留精車余量（直徑值）；△w—Z方向預(yù)留精車余量。G71粗車循環(huán)類型一舉例例：零件輪廓在X和Z方向坐標(biāo)值必須是單調(diào)增加或減小，由A至Aˊ刀具垂直于Z軸移動(dòng)。如圖所示的零件為使用G71循環(huán)指令粗車外圓的實(shí)例，毛坯為Φ45棒料。選定粗車的背吃刀量為2mm，預(yù)留精車余量X方向0.5mm,Z方向0.25mm,粗車進(jìn)給速度0.3mm/r，主軸轉(zhuǎn)速為850r/min，精車進(jìn)給速度0.15mm/r，主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。6.G70——精車循環(huán)使用G71、G72、G73指令完成零件的粗車加工之后，可以用G70指令進(jìn)行精加工，切除粗車循環(huán)中留下的余量。指令的格式為：G70P(ns)Q(nf)；其中ns—精車程序第一個(gè)程序段的順序號(hào)；nf—精車程序最后一個(gè)程序段的順序號(hào)。G70指令在程序中不能單獨(dú)出現(xiàn)，要分別與G71、G72、G73配合使用，其編程格式為：……N_G71PnsQnf……；G71、G72或G73粗車循環(huán)指令；Nns……；為粗車循環(huán)定義的精加工路徑的第一個(gè)程序段；……Nnf……；為粗車循環(huán)定義的精加工路徑的最后一個(gè)程序段；G70PnsQnf

；精車循環(huán)指令；……

7．G72——端面粗車復(fù)合循環(huán)

端面粗切循環(huán)是一種復(fù)合固定循環(huán)。端面粗切循環(huán)適于Z向余量小，X向余量大的棒料粗加工，加工過程如下圖所示。編程格式G72U(△d)R(e)G72P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F(f)S(s)T(t)其中各參數(shù)的含義與G71指令中的相同。

G72與G71指令加工方式相同，只是車削循環(huán)是沿著平行于X軸進(jìn)行的

8．G73——環(huán)狀粗車復(fù)合循環(huán)封閉切削循環(huán)是一種復(fù)合固定循環(huán)，加工過程如上圖所示，對(duì)零件輪廓的單調(diào)性則沒有要求。

編程格式G73U(i)W(k)R(d)

G73P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F(f)S(s)T(t)其中ns、nf、△u、△w、F和S與G71指令中的相同。i—X軸的退刀距離和方向（半徑值）；k—Z軸的退刀距離和方向；d—粗車循環(huán)次數(shù)。固定形狀粗車循環(huán)是按照一定的切削形狀，逐漸地接近最終形狀的循環(huán)切削方式。一般用于車削零件毛坯的形狀已用鍛造或鑄造方法成形的零件的粗車，加工效率很高。

2.4螺紋車削程序的編寫2.4.1基本螺紋車削指令G32

(1)功能：執(zhí)行單行程螺紋切削，車刀的切入、切出、返回均需編入程序。

(2)指令格式G32X(U)_Z(W)_F_；

X省略時(shí)為圓柱螺紋切削，Z省略時(shí)為端面螺紋切削；X、Z均不省略時(shí)為錐螺紋切削；圓柱螺紋切削

圓錐螺紋切削

表2-2常用公制螺紋切削的進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量(雙邊)mm例如圖所示圓柱螺紋切削，螺紋導(dǎo)程為1.5mm。其車削程序編寫如下：

……N20G00Z2.0；沿Z軸快進(jìn)到螺紋切削始點(diǎn)；N21X29.2；沿X軸快進(jìn)到螺紋切削始點(diǎn)；N22G32Z-51.0F1.5；螺紋車削第一次進(jìn)給；N23G00X40.0；沿X軸快速退刀；N24Z2.0；沿X軸快速退刀；N25X28.6；沿X軸快進(jìn)到第二次螺紋切削始點(diǎn)；N26G32Z-51.0；螺紋車削第二次進(jìn)給；N27G00X40.0；N28Z2.0；N29X28.2；N30G32Z-51.0；螺紋車削第三次進(jìn)給；N31G00X40.0；N32Z2.0；N33X28.04；N34G32Z-51.0；螺紋車削第四次進(jìn)給；N35G00X40.0；……圓柱螺紋車削編程圖例

2.4.2螺紋切削循環(huán)指令G92(1)功能：簡單螺紋切削循環(huán)，其循環(huán)路線同前述簡單固定循環(huán)，只是將F后的進(jìn)給量改為螺距值即可。(2)指令格式直螺紋:G92X(U)_Z(W)_F_；矩形循環(huán)錐螺紋:G92X(U)_Z(W)_R_F_；梯形循環(huán)其中X(U)、Z(W)為螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)，F(xiàn)為螺紋的導(dǎo)程，R為螺紋始點(diǎn)與終點(diǎn)的半徑差,有正負(fù)號(hào)之分。(2)螺紋切削循環(huán)指令G92可車削圓柱螺紋和圓錐螺紋。……N20G00X40.0Z2.0；快進(jìn)到螺紋切削始點(diǎn)(40.0,2.0)；N21G92X29.2Z-51.0F1.5；第一次螺紋車削循環(huán)；N22X28.6；第二次螺紋車削循環(huán)；N23X28.2；第三次螺紋車削循環(huán)；N24X28.04；第四次螺紋車削循環(huán)；……例如圖G92指令編寫程序。2.4.3車螺紋復(fù)合循環(huán)G76

(1)功能：復(fù)合螺紋切削循環(huán)指令可以完成一個(gè)螺紋段的全部加工任務(wù)。（2）格式：G76C(m)R(r)E(e)