数控车实训教案文档格式.docx
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1．在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件。
2．在通用机床上加工时，必须制造复杂的专用工装的零件。
3．需要多次理发设计后才能定型的零件。
4．在通用机床上加工需要作长时间调整的零件。
5．用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。
（三）不适应类：
1．生产批量大的零件
2．装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。
3．加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的。
4．必须用特定的工艺装备协调加工的零件。
四．数控加工技术的发展方向
1．高速切削
2．复合化加工
3．分散化网络加工
4．高精度控制
第二章数控编程基础
第一节概述
一．数控编程的概念
数控编程：
是指在数控机床上加工零件时，要把待加工零件的全部工艺过程，工艺参数和位移数据，以代码的形式记录在控制介质上，用控制介质上的信息来控制机床，实现零件的全部加工过程，我们将从零件图纸到获得数控机床所需的控制介质的全部过程，称为程序编制。
二．数控编程的种类
1．手工编程
利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。
这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。
适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。
2．自动编程
利用通用的微机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件，自动进行运算和生成指令。
对形状简单（轮廓由直线和圆弧组成）的零件，手工编程是可以满足要求的，但对于曲线轮廓，三维曲面等复杂型面，一般采用计算机自动编程。
目前中小企业普遍采用这种方法，编制较复杂的零件加工程序效率高，可靠性好。
3．CAD/CAM
利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。
该种方法适用于制造业中的CAD/CAM集成系统，目前正被广泛应用。
该方式适应面广、效率高、程序质量好，适用于各类柔性制造系统和集成制造系统，但投资大，掌握起来需要一定时间。
三．手工编程的内容和步骤
⑴分析零件图纸。
首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度以及毛坯形状及热处理要求等。
⑵确定工艺过程。
在分析零件图纸的基础上，确定零件的加工方法（如所采用的工夹具、装夹定位方法等）和加工路线（包括对刀点、走刀路线），选定加工刀具并确定加工用量等工艺参数（走刀速度、主轴转速、切削宽度和深度等）。
⑶设计工夹具。
⑷数值计算。
⑸编写程序单。
⑹制备控制介质。
⑺校对检查控制介质。
⑻首件加工。
校验结束后，必须在机床上试加工。
如果加工出来的零件不合格，需修改，直到加工出满足图纸要求的零件为止。
四．数控加工程序的组成结构与格式
（一）．加工程序的组成结构
加工程序主要由程序号、程序段和程序结束等组成。
1．程序号
程序号就是给零件加工程序一个编号，并说明该零件加工程序开始。
常用字符“%”或“O”或“P”及其后4位十进制数表示，例如“%×
×
”、或“O×
”或“P×
”，究竟用“%、O、P”，要根据具体的机床来确定。
程序号可以从0001~9999，但存入数控系统中的各零件加工程序号不能相同。
2．程序段
程序段是由一个或若干个程序字组成，程序字通常是由英文字母表示的地址符和地址符后面的数字和符号组成。
例如：
Z—20
地址符符号数据字
程序字是控制数控机床完成一定功能的具体指令。
O1234
N100G92X25Y45Z15
G00Z2
M30
上面每一行称为一个程序段，N100、G92、X25等都是一个程序字。
3．程序结束
程序结束可作辅助功能代码M02、M30，用来结束零件加工。
（二）．程序段格式
程序段格式是指程序段的书写规则。
它分为可变程序段格式和。
固定程序段格式
1．可变程序段格式
可变程序段格式又分为使用地址符的可变程序段格式和使用分隔符的可变程序段格式。
1）使用地址符的可变程序段格式
这种格式又称地址格式。
它以地址符为首，其且由一串数组成序号字与各种数据字，若干个字构成程序段并以结束符结束。
在这种格式中，如上一段程序已写明，本程序段里又不必变化的那些字仍然有效，可以不再重写。
在尺寸字中可只写有效数字，不必每个字都写满固定位数。
用这种格式写出的各个程序段长度与数据全数都是可变的，故称为可变程序段格式。
例如：
N10G00G54X25Y45Z15
N20Z20M05
一般格式：
N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_
U_V_W_
2）使用分隔符的可变程序段格式
这种格式预先规定了输入时所有可能出现的字的顺序，这个顺序中每个数据字前有一个分隔符B，这样就可以不再使用地址符，而只要按预定顺序，把相应的一串数字跟在分隔符后面就可以了。
BXBYBJGZ
使用分隔符的可变程序段格式的长度，数据字的个数也是可变的。
尺寸数字中只填写有效数字，重复的字可以略去。
但应注意，原来排在那些略去字前的分隔符不能略去，程序中若出现连在一起的两个分隔符，则表明其间略去一个数据字。
2．固定程序段格式
这种格式不使用地址符，也不使用计数有的分隔符，它规定了在输入中所有可能出现的字的顺序，也规定了各个字的位数。
对重复的字不能省略，一个字的有效位数少时，要在前面用“0”补足规定的位数，因为程序段中的字数及每个字的位数都是固定的，所以按这种格式书刊号写的各程序段长度都一样，这种格式也允许用分隔符将字隔开，但这时分隔符只起将字隔开，使程序段清晰的作用，对程序本身不起作用。
100054254515
（三）．程序段的组成
程序段是由程序段号、地址符、数据字符号组成，如前面的例子：
N10G00G54X25Y45Z15
其中N、G、X、Y、Z均为地址符。
N：
程序段号G：
准备功能
X、Y、Z：
坐标地址符
10、00、54、25、45、15均为数据字。
在程序段中表示地址的字母可以分为尺寸字地址和非尺寸字地址。
尺寸字的地址可用以下字母表示：
X.Y.Z.U.V.W.P.Q.I.J.K.A.B.C.D.E.R.H
非尺寸字的地址用以下字母表示：
NGFSTMLO
第二节数控系统的功能
1．准备功能
准备功能又称G功能、G指令或G代码。
它是用来指定机床进行加工运动和插补方式的功能。
由地址符G和后面的两位数字来表示，从G00至G99共有100种。
1）ISO标准中一部分代码未规定其意义，未指定的G指令可留待将来修改标准时再予指定。
2）另一部分为永不指定其含义，即使将来修改标准时也不予指定。
不指定的G代码可用作特殊用途。
G代码有两种状态：
模态和非模态G代码。
非模态G代码：
只在本程序段中有效，在下一程序段中无效。
模态G代码：
具有续效性，不但在本程序段中有效，在后续程序中，只要同组其他G代码未出现之前一直有效。
G代码按其功能不同分为若干组，不同组的G代码在同一程序段中可以指令多个。
例如G90G17G01X10Y10
在上面的程序段中出现了三组G代码。
但是不能在同一程序段中指定两个或两个以上属于同一组的G代码。
2．辅助功能
辅助功能又称M功能：
它是指定机床做一些辅助动作的代码。
例如，主轴的旋转、冷却液的开关等等。
它由地址M及两位数字组成，从M00~M99共100种。
常用的辅助功能的简要说明：
1）M00程序暂停：
机床所有动作均被切断，重新按动程序启动按钮后，再继续执行后面的程序。
2）M02程序结束：
表示程序内所有指令均已完成，切断机床所有动作，机床复位。
但程序结束后，不返回到程序开头的位置。
3）M30程序结束：
除完成M02的内容外，还自动返回到程序开头的位置，为加工下一个工件作好准备。
4）M03主轴顺时针方向旋转
5）M04主轴逆时针方向旋转
6）M05主轴停转
7）M06自动换刀
8）M08冷却液打开
9）M09冷却液关闭
10）M13主轴顺时针方向旋转的同时冷却液打开
11）M14主轴逆时针方向旋转的同时冷却液打开
虽然在ISO标准和国标中规定了G、M代码的功能，但由于制造数控机床的厂家众多，有的为本厂的方便，还可以自行规定G、M代码功能。
因此，对于具体的机床来说，G、M代码也不完全一样。
3．进给功能
进给功能也称F功能，由地址符F和数字组成。
进给功能：
指定刀具每分钟的进给距离。
进给功能的单位是mm/min。
例如F130，刀具以每分钟130mm的速度进给。
4．主轴转速功能
主轴转速功能：
也称S功能，指定主轴每分钟的旋转速度r/min.
5．刀具功能
也称T功能。
表示选择刀具和刀补号。
用字母T，后跟两位或四位数字。
二．标准坐标（机床坐标）系的规定
在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定机床上成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的方向和运动的距离，这就需要一个坐标系才能实现，这个坐标系就称为机床坐标系。
（一）．机床坐标系。
标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系。
这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行，它与安装在机床上，并且按机床的主要直线寻轨找正的工件相关。
根据右手螺旋方法，我们可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。
（二）．运动方向的确定
机床的某一运动部件的运动正方向规定为增大工件与刀具之间距离的方向。
1．Z坐标的运动
（1）Z坐标的运动由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线平行的标准坐标轴即为Z坐标。
（2）若机床没有主轴（如刨床等）则Z坐标垂直于工件装卡面。
（3）若机床有几个主轴，可选择一个垂直于装卡面的主要轴作为主轴，并以它确定Z坐标。
Z坐标的正方向是增加刀具和工件之间的距离的方向。
如在钻镗加工中，钻入或镗入工件的方向是Z的负方向。
2．X坐标的运动
X坐标的运动是水平的，它平行于工件装卡面，它是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。
（1）在没有回转刀具和没有回转工件的机床上（如牛头刨床），X坐标平行于主要切削方向，以该方向为正方向。
（2）在有回转工件的机床，如车床、磨床等，X运动方向是径向的，而且平行于横向滑座，X的正方向是安装在横向滑座的主要刀架上的刀具离开工件回转中心的方向。
（3）在有刀具回转的机床上（如铣床）如Z坐标是水平的（也就是说主轴是卧式的），当由主要刀具主轴向工件看时，X运动的正方向指向右方。
（4）若Z坐标是垂直的（主轴是立式的），当由主要刀具主轴向立柱看时，X运动正方向指向右方。
对于桥式龙门机床，当由主要主轴向左侧立柱看时，X运动的正方向指向右方。
3．Y坐标的运动
正向Y的运动，根据X和Z的运动按照右手笛卡尔坐标系来确定。
姆指代表X轴，中指代表Z轴，那么食指所指的方向即为Y轴。
4．旋转运动，按照右旋螺纹前进的方向。
姆指代表X轴或Y轴或Z轴的正方向，其余四指的回转方向即为旋转运动的正方向。
5．工件的运动。
对于移动部分是工件而不是刀具的机床，必须将前面所介绍的移动部分是刀具的各项规定，在理论上作相反的安排。
第三节数控机床的加工工艺
一．工序的划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中。
在一次装卡中，应尽可能完成全部工序。
工序划分的方法有：
1）按所用刀具划分工序。
为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，多采用按刀具集中工序的方法加工零件。
就是用同一把刀加工完成零件上加工要求相同的部位后，再换另一把刀来加工其他部位。
2）按粗、精加工划分工序。
根据零件形状尺寸精度以及零件刚度和变形等因素，可按粗、精加工分开的原则划分工序，先粗加工，后精加工。
3）按先面后妃的原则划分工序。
在零件上既有面加工，又有孔加工时，可先加工面，后加工孔，按这种方法划分工序，可以提高孔的加工精度。
二．零件的装夹方法
在数控机床上加工零件，由于工序集中，往往是在一次装夹中就要完成全部工序。
数控机床上应尽量采用组合夹具，必要时可以设计专用夹具。
无论是采用组合夹具还是设计专用夹具，一定要考虑数控机床的运动特点，注意零件和机床座标系的关系。
设计专用夹具，应注意以下几点：
1）选择合适的定位方式。
2）确定合适的夹紧方法。
3）夹具结构要有足够的刚度和强度。
三．对刀点和换刀点的确定
（一）对刀点：
是指在数控机床上加工零件时，刀具相对零件运动的起始点。
对刀点应选择在对刀方便、编程简单的地方。
1．对于采用增量编程坐标系统的数控机床，对也点可选在零件孔的中心上、夹具上的专用对也孔上或两垂直平面（定位基面）的交线（即工件零点）上，但所选的对也点必须与零件定位基准有一定的坐标尺寸关系，这样才能确定机床坐标系与工件坐标系的关系。
2．对于采用绝对编程坐标系统的数控机床，对刀点可选在机床坐标系的机床零点上或距机床零点有确定坐标尺寸关系的点上。
因为数控装置可用指令控制自动返回参考点（即机床零点），不需人工对刀。
但在安装零件时，工件坐标系与机床体系必须要有确定的尺寸关系。
3．对刀时，应使刀具刀位点与对刀点重合。
所谓刀位点，对于立铣刀是指刀具轴线与刀具底面的交点；
对于球头铣刀是指球头铣刀的球心；
对于车刀或镗刀是指刀尖。
（二）换刀点
换刀点应设在工件的外部，避免换刀时碰伤工件。
一般换刀点选择在第一个程序的起始点或机械零点上。
1．对具有机床零点的数控机床，当采用绝对编程体系编程时，第一个程序就是设定对刀点坐标值，以规定对也点在机床体系中的位置。
2．当采用增量编程体系编程时，第一个程序段则是设定对也点到工件体系坐标原点（工件零点）的距离，以确定对刀点与工件坐标系间的相对位置关系。
四．确定走刀路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。
1．确定的加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。
1）当铣削平面零件外轮廓时，一般是采用立铣刀侧刃切削。
刀具切入工件时，应避免沿零件外文的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕，保证零件曲线平滑过渡。
2）在切离工件时，应避免在工件的轮廓处直接退刀，要沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。
3）铣削封闭的内轮廓表面时，因内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿轮廓曲线的法向切入和切出，此时刀具的切入和切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。
4）在轮廓铣削过程中要避免进给停顿，否则会因铣削力突然变化而在停顿处的轮廓表面上留下刀痕。
5）为提高零件尺寸精度和表面粗糙度，当加工余量较大时，可采用多次进给切削的方法，最后精加工留较少余量，一般留0.2~0.5mm作精加工余量。
2．为提高生产效率，在确定加工路线时，应昼缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
3．为减少编程工作量，还应使数值计算简单，程序段数量少，程序短。
五．加工余量的选择
数控机床加工余量的大小等于每个中间工序加工余量的总和。
工序间的加工余时的选择应根据下列条件进行：
1．尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低零件的加工费用。
2．应有足够的加工余量，特别是最后的工序，加工余量应能保证达到图纸上所规定折表面粗糙度和精度要求。
3．决定加工余量时，应考虑到零件热处理引起的变形，否则可能产生废品。
4．决定加工余量时，应考虑被加工零件的大小。
零件越大，由于切削力、内应力引起的变形变会越大，因此要求加工余量也相应地要大一些。
5．决定加工余量时应考虑加工方法和设备的刚性，以及零件可能发生的变形。
过大的加工任意一也会由于切削搞力的增加而引起零件的变形。
六．数控机床用的刀具
数控机床具有高速、高效的特点。
一般数控机床，其主轴转速要比普通机床主轴转速高1~2倍。
1．在数控机床上铣削平面时，应采用镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀。
一般采用两次走刀，一次粗铣，一次精铣。
当连续切削时，粗铣刀具直径要小一些，精铣时刀具直径要大些，最好能包容待加工面的整个宽度。
加工余量大且加工面又不均匀时，刀具直径要选得小些，否则当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响精加工质量。
2．加工余量较小，并且要求表面粗糙度较低时应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀为宜。
3．高速钢立铣刀最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯表面有硬化层和夹砂现象，刀具很快会被磨损。
高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽。
4．镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽和窗口面，凸台面和毛坯表面。
5．镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。
6．精度要求较高的凹槽加工时，可以采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。
7．在数控铣床上钻，一般有采用钻模，因此，一般钻孔深度为直径的5倍左右。
由于深孔加工易折断钻头，因而应注意冷却和排屑。
在钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或用一个刚性好的短头锪窝引正。
锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以代替孔口倒角。
七．切削用量的确定
1．在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，最少也不低于半个班的工作时间。
2．切削深度主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使切深等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。
3．对于表面粗糙度和精度要求高的零件，要留有足够的精加工余量。
数控机床的精加工余量可比普通机床加工余量小一些。
4．主轴的转速S（rpm）要根据切削速度V（m/min）来选择：
V=πsd/1000
式中D：
工件或刀具直径（mm）；
V：
切削速度，由刀具耐用度决定。
5．进给速度F（mm/min），是数控机床切削用量中的重要参数，可根据零件的加工和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料的性质选取。
最大进给速度应受机床刚度和进给系统性能的限制。
第三章数控车床的编程
一．数控车床的编程特点
数控车床的编程特点包括：
1．在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。
2．由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，都是以直径值表示。
所以直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示；
用增量值编程时，以径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。
3．为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉当量取Z向的一半。
4．由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大。
所以，为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。
二．数控系统功能
不同的数控车床，其编程功能指令基本是相同的，但也有个别的功能指令定义有所不同。
1）快速点位移动G00：
G00使刀架以机床允许的最快速度以点位方式人当有点移至目标点。
2）直线插补G01：
G01使刀架沿X轴方向、Z轴方向或以两轴联支方式沿直线以给定速度从当前点移到目标点。
3）圆弧插补G02、G03：
G02使刀架沿顺时针方向圆弧，以两轴连动方式按给定速度从`当前点移至目标点。
G03则使刀架沿逆时针方向以相同方式移至目标点。
4）程序延时G04：
G04使程序按设定的时间延迟后再继续运行。
5）回程序原点G28、G29：
G28使刀架沿X轴方向快速返回程序原点。
G29使刀架沿Z轴方向快速返回程序原点。
6）螺纹加工G33：
G33可控制刀架按设定方式加工螺纹。
7）子程序调用M98：
M98将程序运行从主程序转至子程序。
8）子程序开始PXX：
PXX是一个子程序的开始语句。
9）子程序结束M99：
M99是一个子程序的结束语句，它与G37成对使用。
10）绝对值编程G90：
G90以后的程序段均为增量方式编程。
11）增量编程G91：
G91以后的程序段均为增量方式编程。
12）轮廓粗车循环G71：
沿Z方向进刀
13）轮廓粗车循环G72：
沿X方向进刀
14）轮廓粗车循环G73：
沿轮廓方向进刀
15）精车循环G70：
16）螺纹循环G76：
17）固定循环G77：
车圆柱面和圆锥面
18）固定循环G79：
车端面
19）程序原点设置G92：
G92允许设定程序原点或程序换刀点。
1）程序暂停M00：
M00可暂时停止执行程序。
2）程序结束M02：
M02标志整个加工程序的结束。
3）主轴正转M03：
M03使主轴按给定速度逆时针方向旋转。
4）主轴反转M04：
M04使主轴按给定速度顺时针方向旋转。
5）主轴停止M05：
M05可停止主轴旋转。
6）换刀M06：
M06允许按指定的刀号换刀。
7）冷却液开M08：
M08允许打开冷却液。
8）冷却液关M09：
M09允许关闭冷却液。
三．数控车床加工参数的选择
数控车床加工参数的选择与普通车床类似，但由于数控车床是一次装夹、连续自动加工完成所有车削工序的，因而在安排加工工艺及选择参数时应注意以下几点：
1．合理安排工序，减少非加工占用时间。
按所使用刀具种类划分工序，例如同一方向的外圆切削，应尽量在一次换刀后完成，避免频繁更换刀具。
2．合理选择切削用量。
在安排粗、精车切削用量时，应注意机床说明书给出的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。
3．合理选择刀具。
数控车床使用的刀具有高速钢刀具，合金钢焊接刀具，可转位刀头合金钢刀具，以及各种孔加工用刀具，其选用的原则与普通车床加工相同。
四．数控车床编程坐标系的建立
在编制零件的加工程序时，必须把零件放入一个坐标系中，只有这样才能描述零件的轨迹和尺寸，编制出合乎要求的程序。
1．机械坐标系
1）机械坐标系的规定
Z轴与车床导轨平行（取卡盘中心线）。
正方向是离开卡盘的方向，X轴与Z轴垂直，正方向为刀架离开主轴轴线的方向，坐标原点O取在卡盘后端面，与中心线交点处。
2）机床原点
机床原点是指机床上一固定参考点，该点在机械坐标系中坐标值为X=200mm，Z=400mm即图中的O′。
当刀架回到机床原点时，刀架上的对刀参考点与机床原点重合，实际
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