数控车床循环指令的运用研究.docx

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数控车床循环指令的运用研究

目录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

1绪论1

2数控加工的程序编制基础3

2.1概述3

2.2数控编程的基础5

2.3程序段字的功能10

2.4数控机床编程格式13

3数控车床常用指令概述15

3.1常用准备功能（G功能）指令15

3.2常用辅助功能（M功能）指令15

3.3F、S、T功能指令16

3.4数控车床基本指令的编程方法16

4数控车床循环指令的使用研究25

4.1内外径车削局部循环指令G81和G80指令功能介绍25

4.2局部循环指令（G81、G80）的应用研究26

4.3实验验证28

4.4本章小结32

5结论34

参考文献35

致谢36

1绪论

数控技术（NumericalControl，简称数控）是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。

用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（NC）机床。

数控机床包括：

数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。

数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。

要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。

例如：

进给速度、主轴转速主轴正反转换刀、冷却液的开关等。

这些信息按一定的格式形成加工文件（即正常说的数控加工程序）存放在信息载体上（如磁盘、穿孔纸带、磁带等），然后由机床上的数控系统读入（或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入），通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。

现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。

现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。

主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。

数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。

它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。

以数控技术为基础的先进制造技术正在全球以较快的速度逐步取代传统的机械制造技术，这已成为当今机械制造技术发展的趋势。

数控机床在制造业中的大量应用，使社会对能熟练掌握数控机床的操作、编程及维修的工程应用人才的需求量越来越大。

近年来各院校相应开出的数控专业，便从教育的层面上反映出社会的这种需求。

在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。

特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。

但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。

在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。

通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。

马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

本文在介绍数控加工的程序编制基础、数控车床常用指令使用的基础上对数控车床循环指令进行了较为详尽的研究。

2数控加工的程序编制基础

2.1概述

2.1.1数控编程的基本概念

（1）数控编程

所谓数控编程[1]就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。

为了与数控系统的内部程序（系统软件）及自动编程用的零件源程序相区别，把从外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序。

数控机床所使用的程序是按照一定的格式并以代码的形式编制的。

数控系统的种类繁多，它们使用的数控程序的语言规则和格式也不尽相同，编制程序时应该严格按照机床编程手册中的规定进行。

编制程序时，编程人员应对图样规定的技术要求、零件的几何形状、尺寸精度要求等内容进行分析，确定加工方法和加工路线；进行数学计算，获得刀具轨迹数据；然后按数控机床规定的代码和程序格式，将被加工工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、切削参数以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、切削液开关等）信息编制成加工程序，并输入数控系统，由数控系统控制机床自动地进行加工。

理想的数控程序不仅应该保证能加工出符合图纸要求的合格工件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、高效地工作。

（2）数控加工程序编制的方法

数控编程大体经过了机器语言编程、高级语言编程、代码格式编程和人机对话编程与动态仿真这样几个阶段。

在上个世纪70年代，美国电子工业协会（EIA）和国际标准化组织（ISO）[2]先后对数控机床坐标轴和运动方向、数控程序编程的代码、字符和程序段格式等制定了若干标准和规范（我国按照ISO标准也制定了相应的国家标准和部颁标准），从而出现了用代码和标示符号，按照严格的格式书写的数控加工源程序——代码格式编程程序。

这种编写源程序技术的重大进步，意义极为深远。

在这种编程方式出现后，凡是数控系统不论档次高低，均具有编程功能。

因为编程过程的大为简化，使得机床操作者只要查阅、细读系统说明书就有能力编程。

从而使数控机床走向大范围、广领域的应用。

数控加工程序编制方法主要分为手工编程与自动编程两种[2]：

①手工编程

手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。

如图2.1所示。

图2.1　手工编程

一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。

手工编程的特点：

耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。

据国外资料统计，当采用手工编程时，一段程序的编写时间与其在机床上运行加工的实际时间之比，平均约为30:

1，而数控机床不能开动的原因中有20%～30%是由于加工程序编制困难，编程时间较长。

②计算机自动编程

自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。

采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。

又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。

因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题[3]。

根据输入方式的不同，可将自动编程分为图形数控自动编程、语言数控自动编程和语音数控自动编程等。

图形数控自动编程是指将零件的图形信息直接输入计算机，通过自动编程软件的处理，得到数控加工程序。

目前，图形数控自动编程是使用最为广泛的自动编程方式。

语言数控自动编程指将加工零件的几何尺寸、工艺要求、切削参数及辅助信息等用数控语言编写成源程序后，输入到计算机中，再由计算机进一步处理得到零件加工程序。

语音数控自动编程是采用语音识别器，将编程人员发出的加工指令声音转变为加工程序。

2.2数控编程的基础

2.2.1数控机床的坐标系

数控机床的坐标轴和运动方向，应有统一规定，并共同遵守，这样将给数控系统和数控机床的设计、使用、维修和程序编制带来极大的便利，并使之很好统一和协调。

直线进给和圆周进给运动坐标系。

一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴。

在ISO和EIA标准中都规定直线进给运动用右手直角笛卡尔坐标系X、Y、Z表示，常称基本坐标系。

X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定。

如图2.2所示，图中大拇指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。

围绕坐标轴X、Y、Z旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，以大拇指指向＋X、＋Y、＋Z方向，则大拇指、食指、中指的指向是圆周进给运动的＋A、＋B、＋C方向。

图2.2右手直角坐标系

数控机床的进给运动，有的由刀具向工件运动来实现；有的由工作台带着工件向刀具运动来实现。

为了便于在不知道刀具、工件之间如何作相对运动的情况下，确定机床的进给操作，上述坐标轴运动的正方向都是假定工件不动，刀具相对于工件（静止的）而运动来确定的。

如果是工件相对于刀具运动，则用加“’”的字母表示，按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有：

＋X＝－X’，＋Y＝－Y’，＋Z＝－Z’

＋A＝－A’，＋B＝－B’，＋C＝－C’

同样两者运动的负方向也彼此相反。

如果在基本的直角坐标X、Y、Z之外，另有第M组平行于它们的坐标系，则附加的直角坐标系为U、V、W和P、Q、R（第三组）。

这些附加坐标系的运动方向，可按决定基本坐标系运动方向的办法来决定。

（1）Z坐标

规定平行于主轴轴线的坐标为Z坐标，对于没有主轴的机床，则规定垂直于工件装夹表面的方向作为Z坐标轴的方向。

Z轴的正方向是使刀具离开工件的方向。

（2）X坐标

在刀具旋转的机床上，如铣床、钻床、镗床等，若Z轴是水平的，则从刀具（主轴）向工件看时，X轴的正方向指向右边；如果Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看时，对于单立柱机床X轴的正方向指向右边；对于双立柱机床，当从主轴向左侧立柱看时X轴的正方向指向右边。

上述正方向都是刀具相对工件运动而言的。

在工件旋转的机床上，如车床、磨床等，X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。

（3）Y坐标

在确定了X、Z二轴的正方向后，可按右手直角笛卡尔坐标系，用右手螺旋法则来确定Y坐标的正方向，即在ZX平面内，从＋Z转到＋X时，右螺旋应沿＋Y方向前进。

2.2.2编程的工艺基础

编制数控机床加工零件程序需要处理工艺问题。

在普通机床上加工零件的工艺实际上只是一个工艺过程卡，机床加工的切削用量、走刀路线、工序内的工步安排等，往往都是操作工人自行决定的。

因此，加工中的所有工序、工步，每道工序的切削用量、走刀路线、加工余量，以及所用刀具的尺寸、类型等都要预先确定好并编入程序中。

为此，要求合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，并对数控机床的性能、特点和应用、切削规范和标准刀具系统等非常熟悉。

否则就无法做到全面、周到地考虑零件加工的全过程，无法正确、合理地确定零件加工程序了[4]。

（1）加工工件的选择

不同类型的零件应在不同种类的数控机床上加工。

数控车床适合与加工形状比较复杂的轴类零件和复杂曲线回转形成的模具内形腔。

数控立式镗铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状