金工实习指导教案数控车.docx
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金工实习指导教案数控车
数控车部分
中国计量学院工程训练中心
二零零三年八月
教学要求
1、了解数控车床加工的原理和特点。
2、了解数控车床加工的组成和作用。
3、掌握简单零件的加工工艺和编程。
4、理解并掌握外经、内经粗加工循环指令（G73）的作用和应用场合。
5、理解并掌握程序原点、机械零点、程序循环点的区别。
6、理解并掌握G01、G02/G03、G21指令的含义和作用。
一、概述
随着科学技术和社会的迅速发展，机械产品日趋复杂，社会对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。
在航空航天、造船、军工和计算机等工业中，零件精度高、开头复杂、批量小、经常改动、加工困难、生产效率、劳动强度大，质量难以保证。
机械加工工艺过程的自动化和智能化是适应上述发展特点的最重要手段。
为解决上述这些问题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备——数控机床在这种情况下应运而生。
二、数控机床的发展史
1948年美国巴森兹（parsons）公司在研制加工直升飞机叶片轮廓样板时提出了数控机床的初始设想。
1949年与麻省理工学院（MIT）合作，开始了三坐标铣床的数控化工作。
1952年3月公开发布了世界上第一台数控机床的试制成功，可作直线插补。
经过三年的试用、改进与提高，1955年进入实用化阶段，从此，其他一些国家如德国、英国、日本和苏联等国都开始研制数控机床，其中日本发展最快。
1959年美国Keaney和Treckre公司开发成功了具有刀库、刀具交换装置、回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个面进行多工序加工。
如进行钻孔、铰孔、攻螺纹、镗削、平面铣削、轮廓加工等。
至此，数控机床的新一代类型——加工中心（MachiningCenter）诞生了，并成为当今世界数控机床发展的主流。
当今世界著名的数控系统厂家有：
日本的法那科（FANUC）公司、德国的西门子（SIEMENS）公司、美国的A—B公司、意大利的A—BOSZA公司。
三、控技术的基本概念
数控又称数字控制（NumericalControl），简称NC。
它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称为数控机床。
四、控机床的组成
现代计算机数控机床主要由程序的存储介质、输入输出设备、计算机数控装置、可编程控制器、主轴控制单元以及速度控制单元等部分组成。
第一章数控车床的编程
第一节数控车床概述
数控车床做为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻，扩、绞孔等工作，而近年来研制出来的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多的加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特适宜复杂形状的回转类零件的加工。
第二节数控车床编程知识
一、数控车床的坐标系和运动方向
（一）床坐标系和运动方向
X轴方向：
经向为X轴；
正X轴方向：
面向操作者方向；
Z轴方向:
纵向为Z轴；
正Z轴方向:
指向尾架方向；
数控车床坐标系
说明：
X坐标和Z坐标指令，在按G90编程时，使用代码X和Z；按G91编程时，使用代码U和W。
（二）程序原点
1.定义：
程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，也称为“对刀点”。
用符号“
”表示。
2.程序原点的确定：
（1）X轴程序原点的确定：
对于某一加工工件，将主轴中心设置为X轴方向原点。
（2）Z轴程序原点的确定：
对于某一加工工件；
1）精切后的右端面；（见下图（a））
2）精切后的夹紧定位面；（见下图（b））
（a）（b）
程序原点
（三）机械零点
定义：
X、Z轴正方向运动的极限位置。
二.数控车床常用各种指令
（一）常用辅助功能M指令
1.M00指令：
程序停止
执行含有M00指令语句后，机床自动停止，使用M00指令，重新启动后，才能继续执行后续程序。
2.M01指令：
选择停止
执行含有M01语句时，同M00一样会使机床暂时停止，但只有在机床控制盘上的“选择停止”键处于“ON”状态时，此功能才有效，否则该指令无效。
3.M02指令：
程序结束
该指令表明主程序结束，机床的数控单元复位，表示加工结束，但该指令并不返回程序起始位置。
4.M03指令：
主轴正转
主轴正转是从负Z向正Z方向看，主轴顺时针方向旋转。
5.M04指令：
主轴反转
主轴反转是从负Z向正Z方向看，主轴逆时针方向旋转。
6.M05指令：
主轴停转
主轴停转是在该程序段其他指令执行完后才停止。
注意：
M04指令不能直接转变为M03指令，M03指令也不能直接转变为M04指令，要想改变主轴转向必须用M05指令使主轴停转，再使用M03指令或M04指令。
7.M30指令：
程序结束
与M02指令一样，表示主程序结束，区别是M30指令执行后使程序返回到开始状态。
（二）G准备功能
1.绝对坐标和相对坐标指令（G90,G91）
相同点：
表示运动轴的移动方式。
异同点：
使用绝对坐标指令G90时，程序中的位移量用刀具的终点坐标表式；使用绝对坐标指令G91时，程序中的位移量用刀具的增量表式；
格式：
G90X___Z___;
G91U___W___;
2.快速定位（G0或G00）
刀具从当前位置快束移动到开始前的位置，在切削完了之后，快速离开工件，进给速度F对G00指令无效.
格式：
G00X（U）___Z（W）___;
见下图所示，表示刀具从A点到B点的移动
G00X60.0Z6.0;
或G00U–60.0W-84.0;
G00快速进刀
3.直线插补指令（G01）
该指令用于直线或斜线运动。
可使数控车床沿X轴或Z轴方向执行单轴运动，也可沿XZ平面内任意斜率的直线运动。
格式：
G01X（U）___Z（W）___F___;
上示中：
G01、F___有续效功能；
1）外圆柱切削
格式：
G01Z（W）___F___;
如下图所示:
G01指令切削外圆柱
程序：
G01X60.0Z-80.0F0.3;
或G01U0W-80.0F0.3;
2）外圆锥切削
格式：
G01X（U）___Z（W）___F___;
如下图所示:
G01指令切削外圆锥
程序：
G01X80.0Z-80.0F0.3;
或G01U20.0W-80.0F0.3;
3）直线插补指令G01在数控车床编程中还有一种特殊用法：
倒角和倒圆角。
倒角：
格式：
G01X（U）___C___F___;
G01Z（W）___C___F___;
如下图所示:
G01指令倒角
程序：
G01Z-20.0C4.0F0.4;
X50.0C-2.0;
Z-40.0;
倒圆角：
格式：
G01X（U）___R___F___;
G01Z（W）___R___F___;
如下图所示:
G01指令倒圆角
程序：
G01Z-20.0R4.0F0.4;
X50.0R-2.0;
Z-40.0;
4．圆弧插补指令：
（Ｇ02，Ｇ03
Ｇ02：
顺时针加工
Ｇ03：
逆时针加工
方向判别方法：
沿圆弧所在平面的另一坐标轴的负方向看去，顺时针方向为Ｇ02，逆时针方向为Ｇ03。
格式：
Ｇ90Ｇ02Ｒ_
Ｘ_Ｚ_Ｆ_；
Ｇ91Ｇ03Ｉ_Ｋ_
<1>Ｘ_Ｚ_:
表示圆弧终点坐标,可用绝对值,也可用相对值.
<2>Ｒ：
为圆弧的半径值，当a≤180°时Ｒ用正值
a＞180°时 Ｒ用负值
<3>Ｉ_Ｋ_：
分别为圆弧的起点到圆心和Ｘ、Ｚ轴方向的增量。
<4>当圆弧小于360°时可用Ｒ，也可用Ｉ、Ｋ两种方法。
但当圆弧为整圆时，一定得用Ｉ、Ｋ方法。
5.每转进给量指令（G95）、每分钟进给量指令（G94）
指定进给功能的指令方法有两种：
（1）每转进给量指令（G95）
格式：
G95___（F___）;
F___为主轴每转进给量，进给速度mm/r,范围：
0.0001---500.0000mm/r；
（2）每分钟进给量指令（G94）
格式：
G94___（F___）;
F___为主轴每分钟进给量，进给速度mm/min,范围：
1---15000mm/min;
特别地，当接入电源时，机床进给方式的墨认方式为G95，即每转进给方式。
只要不出现G94指令，进给功能一直是G95方式以每转进给量设定。
6.螺纹切削指令（G21）
G21指令能够切削圆拄螺纹、圆锥螺纹、端面螺纹。
圆拄螺纹格式：
G21X___Z___F___；
F___为螺纹的螺距。
7.外经、内经粗加工循环指令（G73）
格式：
G73U△dRe;
G73PnsQnfU△uW△w;
上式中：
△d——粗加工每次切深；
e——X轴方向的退出距离（半径值）和方向；
ns——精加工程序第一个程序段的序号；
nf——精加工程序最后一个程序段的序号；
△u——X轴方向精加工留量（直径值）；
△w——Z轴方向精加工留量；
8.精加工循环指令（G72）
格式：
G72PnsQnf;
上式中：
ns——精加工程序第一个程序段的序号；
nf——精加工程序最后一个程序段的序号；
9.自动回归机械零点（G28）
格式：
G28U0W0；
当程序执行到这一段时，刀具会立刻从当前点自动回归到机械零点。
一般应用在加工结束时。
10.刀具半径补偿指令（G40，G41，G42）
在编制轮廓切削加工的场合，一般以工件的轮廓尺寸为刀具轨迹编程，这样编制加工程序简单，即假设刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的，而实际的刀具运动轨迹要与工件轮廓有一个偏移量（即刀具半径）。
利用刀具半径功能可以方便地实现这一转变，简化程序编制，机床可以自动判断补偿的方向和补偿值大小，自动计算出实际刀具中心轨迹，并按刀心轨迹运动。
刀具半径补偿功能的作用：
是要求数控系统根据程序中的工件轮廓和刀具半径补偿值，自动计算出刀具中心轨迹。
偏置指令：
Ｇ40刀具补偿取消
Ｇ41刀具左补偿
Ｇ42刀具右补偿
方向判别：
沿着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边为Ｇ41，而偏在工件轮廓右边则为Ｇ42。
例：
G0G40X12；
注：
刀具的外补偿值可无穷大，使用时，应先用刀具补偿取消（G40），再应用G41或G42，最后用刀具补偿取消（G40）；在用G41和G42时绝对不可以使G41和G42在同一段中同时出现。
三、数控车床加工过程及在实际加工当中如何对程序原点
（一）数控车床加工过程
1.审核并看懂图纸。
2.确定加工工艺。
3.根据毛坯尺寸及工艺编写加工程序。
4.检查程序。
5.在机床面版输入程序。
6.检查输入程序是否有误。
7.安装加工所须刀具。
8.模拟加工（模拟完成后须重新回零）。
9.安装工件。
10.对刀。
11.远离工件对程序进行试运行（offset/setting
磨耗）。
12.程序原点回零位。
13.检查机床各按扭是否处于正常位置。
14.加工（
offset/setting
磨耗）。
15.测量。
16.补偿。
17.再加工。
18.测量，直至合格为止。
（二）在实际加工当中如何对程序原点
1.对Z轴程序原点
1）刀架回归机械零点。
2）主轴旋转（MDI、S、M）。
3）将所对刀具调至工作位置（MDI、T）。
4）将刀具移近工件。
5）用刀尖切削工件右端面。
6）刀具Z向不动，沿+X方向退出工件。
7）刀具X向不动，沿-Z方向进刀0.2mm,。
8）切至工件中心处。
9）刀具Z向不动，沿+X方向退出工件。
10）主轴停转。
11）按offset/setting
补正
形状，出现刀具补偿画面。
12）在相应位置输入Z0，在按一下测量软键。
2.对X轴程序原点
1）刀架回归机械零点。
2）主轴旋转（MDI、S、M）。
3）将所对刀具调至工作位置（MDI、T）。
4）将刀具移近工件。
5）用刀尖切削工件外圆。
6）刀具X向不动，沿+Z方向退出工件。
7）刀具Z向不动，沿-X方向进刀。
8）沿-Z方向进刀10mm左右。
9）刀具X向不动，沿+Z方向退出工件。
10）主轴停转。
11）测量刚加工过工件外圆。
12）按offset/setting
补正
形状，出现刀具补偿画面。
13）在相应位置输入X___，在按一下测量软键。
14）刀架回归机械零点。
题目：
加工如下图所示零件，毛坯直径为￠30mm，长度足够;
要求：
按精加工编写出外轮廓，工件程序原点如图所示，外圆精加工留量X向0.4mm，Z向0.1mm，粗加工每次切深1.5mm，每次退刀0.5mm。
程序：
O0020;
N10G0G40G97G95M03S400F0.3;
N20T22;
N30X32Z2;
N40G73U1.5R0.5;
N50G73P60Q130U0.4W0.1;
N60G0G40X0;
N70G01Z0;
N80X15C-1.5;
N90Z-10;
N100X20Z-40;
N110X28R-1.5;
N120Z-60;
N130G0G40X32;
N140G28U0W0;
N150M05;
N160G0G97G95G40M03S600F0.1;
N170T22;
N180X32.0Z2.0;
N190G72P60Q130;
N200G28U0W0;
N210M05;
N220M30;
课后作业：
题目：
加工如下图所示零件，毛坯直径为￠30mm，长度足够;
要求：
按精加工编写出外轮廓，工件程序原点如图所示，外圆精加工留量X向0.3mm，Z向0.05mm，粗加工每次切深1.3mm，每次退刀0.6mm。
答案：
程序：
O0020;
N10G0G40G97G95M03S400F0.3;
N20T22;
N30X32Z2;
N40G73U1.3R0.6;
N50G73P60Q180U0.3W0.05;
N60G0G40X0;
N70G01Z0;
N80G03X10Z-5R5;
N90G01Z-12R1;
N100X14;
N110X20Z-22;
N120X15Z-30;
N130W-2.5;
N140X20W-4;
N150Z-43R2;
N160X28C-1;
N170Z-47;
N180G0G40X32;
N190G28U0W0;
N200M05;
N210G0G97G95G40M03S600F0.1;
N220T22;
N230X32.0Z2.0;
N240G72P60Q180;
N250G28U0W0;
N260M05;
N270M30;
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