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数控车实训指导书

数控教研室

长春工业大学工程训练中心

2010年1月

一、实训目的

1、

2、

3、

4、

了解数控车床的组成及工作原理。

掌握数控车床的手工编程方法。

熟悉数控车床CAM软件的使用方法。

了解数控车床加工的工艺过程。

二、实训内容

1、

2、

3、

4、

简单零件的手工编程。

数控车CAM软件的自动编程。

讲解数控车床的组成及功用，演示其操作过程。

在教师的指导下将程序传输到数控车床进行加工。

三、实训设备

1、数控车床15台。

2、由40台计算机构成的局域网一个。

四、实训注意事项及要求

1、使用机床前必须仔细阅读“数控车床安全操作规程”和“数控车床操作说明书”。

2、程序模拟运行完毕后，必须经指导教师检查，方可进行加工。

3、实验中如遇不懂情况，应及时向指导教师请教，切勿鲁莽行事。

4、加工过程中如遇紧急情况，应马上按下急停开关，然后请指导教师处理。

5、机床运转过程中，不准擅离机床。

五、数控车床加工简介

数控车床又称为CNC（ComputerNumericalControl）车床，即计算机数字控制车床。

数控车床由数控系统和机床本体构成，数控系统由控制电源、轴伺服控制器、主机、轴

编码器（X、Z、主轴）、显示器等构成。

机床本体由床身、电动机、主轴箱、电动回转刀架、进给传动系统、冷却系统、润滑系统、安全保护系统等构成。

普通车床是靠手工操作车床来完成各种切削加工，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过控制车床X、Z坐标轴的伺服电机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，自动完成各种零件的加工。

此外，数控车床采用电动刀架可实现自动换刀，并采用系统自动润滑和各轴限位安全保护。

特点：

1、加工精度高、稳定性好。

因为数控机床是按照预先编制好的程序单自动加工，消除了操作者人为的操作误差，而且还可以通过数控系统进行矫正和补偿，因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复定位精度。

2、

灵活、通用，可以完成普通机床上不能完成的复杂曲面的加工。

因此在数控

三三三三

机床在航天、造船、模具等加工业中得到广泛应用。

3、自动化程度高、生产效率高。

尤其是对复杂精密零件的加工，效率可以提高十几倍甚至几十倍。

X三三三三三

三三三三三三

X三三三三Z三三三三三

三

三三三三

三三

三三三

三三三三

Z三三三三三

三三

三三三三

三三三

三三三三

三三三三三三

三三三三

数控车床原理示意图

4、可以实现一机多用。

一些数控机床实现了多种切削（如钻、铣、镗）合一，加上刀库、自动换刀系统够成加工中心，如果配置数控转台，则可以实现一次安装、多面加工，这时一台数控机床可以代替5-7台普通机床，并节省了厂房面积。

5、结构复杂、维修困难、价格昂贵。

分类：

按工艺用途分：

a）普通数控机床

一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，如数控车、数控铣等等。

普通数控机床在自动化程度上还不够完善。

b）加工中心

加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。

它将多个工种组合在一起，可分为立式加工中心和卧式加工中心等。

按运动方式分类

（1）点位控制系统

是指控制系统只控制刀具或机床工作台从一点准确地移动到另一点。

（2）点位直线控制系统

不仅控制刀具或工作台从一点准确地移动到另一点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。

（3）轮廓控制系统

也称连续控制系统，是指数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。

按控制方式分类

（1）开环控制系统

开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统。

（2）半闭环控制系统

半闭环控制系统是在开环控制系统的司服机构中装有角位移检测装置，由于将移动部件的传动丝杠螺母机构不包括在闭环之内，所以传动丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度。

（3）闭环控制系统

闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，因此精度较高。

加工范围：

除了可以完成普通车床能够加工的回转体零件以外，还可以加工各种形状

复杂的曲面，各种锥螺纹、变螺距螺纹等。

六、数控车床加工工艺制定方法

在数控车床上加工零件时，应遵循如下工艺原则：

1、选择适合在数控车床上加工的零件。

2、分析被加工零件图样。

3、明确加工内容和技术要求。

4、设定坐标系。

5、制定加工工艺路线。

应考虑加工起始点位置，起始点一般也作为加工结束的终点，起始点应便于检查和装夹工件；应考虑粗车、半精车、精车路线，在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，尽可能以最少的进给路线完成零件的加工，缩短单件的加工时间；应考虑换刀点的位置，换刀点位置的选择应考虑换刀过程中不发生干涉现象，且换刀路线尽可能短。

加工起始点和换刀点可选同一点，也可不同。

4、选择合理的切削用量。

在加工过程中，应根据零件的精度要求、材料来选择合理的主轴转速、进给速度和切削深度。

7、选择合适的刀具。

根据加工零件的材料、形状和表面精度要求，选择合适的刀具进行加工。

7、编制加工程序，检验调试，完成零件加工。

七、数控车床坐标系的设定

在编写工件的加工程序时，首先要设定坐标系。

1、机床坐标系的设定

对于数控车床，我们要了解以下概念：

机床参考点：

是指机床X轴正方向和Z轴正方向的一个极限点。

该点在机床制造厂出

厂时已调试好，并将数据已输入到数控系统中。

机床坐标系：

是根据机床参考点建立起来的X、Z轴二维坐标系。

Z轴与主轴方向平行，为纵向进刀方向；X轴与主轴垂直，为横向进刀方向。

数控机床开机时，必须先确定机床参考点，我们也称其为机床刀台回零的操作。

只有机床参考点确定以后，车刀的移动才有了依据，否则，不仅编程没有基准，还会发生碰撞事故。

当完成返回机床参考点操作之后，即建立了机床坐标系。

2、工件坐标系的设定

工件坐标系是用于确定工件上各几何要素的位置而建立的坐标系。

坐标原点就是工件原点。

数控车床的工件原点一般设在主轴线与工件右端面的交点处，既工件的右端面中心。

设定工件坐标系就是以工件原点为坐标原点，确定刀具移动的坐标值，工件各尺寸的坐标值都是相对工件原点而言的。

八、数控车床程序格式

所谓程序格式，是指程序段书写规则，它包括程序名、程序段号、机床要求执行的各种功能、运动所需要的几何参数和工艺数据。

各指令顺序如下：

O**

N**G**X**（U**）Z**（W**）R**F**S**T**；

M**；

**代表数字；

X、Z

U、W

程序名以O打头，由4位数指定；程序顺序号以N打头，可由5位数指定；准备功能，指令动作方式，范围00～99；绝对坐标；（一般X代表直径）相对坐标，还表示加工余量等；圆弧半径，还表示退刀量等；进给量、螺纹导程；

主轴功能，指定主轴转速；

刀具功能，指定刀具和刀补；

辅助功能；

九、数控车床编程指令简介1、准备功能G指令

（1）快速定位指令G00

指令格式G00X（U）＿Z（W）＿；（以下指令中X/U均表示直径）。

本指令是将刀具按机床的限速快速移动到所需位置，一般作为空行程运动。

例1G00X100Z100；

表示将刀具从当前位置快速移动到X100，Z100的位置上，见图1（X向刀具实际坐标为50）。

例2G00U-20；

表示将刀具从当前位置向X的负方向快速移动10mm，见图2。

100

三三

图1

图2

表1

准备功能

代码

功能

代码

功能

G00

快速定位*

G71

纵向粗切削复循环

G01

直线插补

G72端面粗切削复循环

G02

圆弧插补（逆圆）

G73

成型切削复循环

G03

圆弧插补（顺圆）

G76螺纹切削复循环

G04

暂停

G90

外径/内径切削固定循环

G20

英制输入

G92螺纹切削固定循环

G21

公制输入*

G94

端面切削固定循环

G32

螺纹加工

G96

主轴恒线速

G40

取消刀尖半径补偿*

G97

取消主轴恒线速*

G41

刀尖半径左补偿

G98

每分钟进给

G42

刀尖半径右补偿

G99

每转进给*

G70

精加工复循环

G50

设定工件坐标系

注：

标有*的G代码为本数控系统通电后默认状态

（2）直线插补指令G01

指令格式：

G01X（U）＿Z（W）＿F＿；

本指令是将刀具以F指定的进给量沿直线移动到所需位置，通常作为切削加工指令，在车床上用于加工外圆、端面、锥面等。

例3G01X100Z100F0.2；

表示将刀具以0.2mm/r的速度从当前位置移动到X100Z100的位置上，

见图1：

（3）圆弧插补指令G02，G03；

指令格式：

G02X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；（本机床G02为逆时针，

G03X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；G03为顺时针。

）

本指令是将刀具以F指定的进给量沿半径R的圆弧移动到所需位置，用于加工圆弧面。

具体方向判别见图3：

G02G03

三三2

三三

G02G03

三三

三三1

图3

例4G03X60Z0R30F0.1；

图4

加工半径为30mm的顺时针圆弧，刀具以0.1mm/r的速度运动到X60，Z0的位置，见图4圆弧1

例5G02U40W-20R25F0.1；

加工逆时针圆弧，X方向实际的变化量为20mm，Z方向上的变化量为-20mm，

见图4圆弧2

（4）螺纹切削G32

指令格式：

G32X（U）＿Z（W）＿F＿；

F为螺纹导程

（5）循环指令G70、G71、G72、G92

①纵向粗切削复循环G71

指令格式：

G71U＿R＿；

G71P＿Q＿U＿W＿F＿S＿T＿；

U：

切削深度（半径）

R：

退刀量

P：

加工路径的开始程序N号

Q：

加工路径的结束程序N号

U：

X向的加工余量（直径）

W：

Z向的加工余量

路径程式中的F、S、T指令只在精加工中有效。

粗加工的F、S、T是以粗切削复循环的指令来指定或先前所指定。

（P所指定的程序段中不能指定Z坐标）

例6G71U3R2；

G71P10Q50U2W1F0.2S400T0101；

表示用1号刀具粗加工棒料毛坯成A-B的形状，X向Z向各留1mm余量。

从A点到B加工路径的顺序号为：

N10～N50，加工轨迹如图5所示。

三三三

三三三三三

三三三

三三

图5

②端面粗切削复循环G72

指令格式：

G72U＿R＿；

G72P＿Q＿U＿W＿F＿；

功能同上指令G71，只是加工方向为X向。

③成型切削复循环

指令格式：

G73U＿W＿R＿；

G73P＿Q＿U＿W＿F＿；

U：

X方向上总的退刀量

W：

Z方向上总的退刀量

R：

切削次数

P：

加工路径的开始程序N号

Q：

加工路径的结束程序N号

U：

X向的加工余量（直径）

W：

Z向的加工余量

G73指令适合加工成型毛坯，它还可以向X的负方向循环切削。

④精切削复循环G70

指令格式：

G70P＿Q＿；

在G71、G72、G73指令粗加工后使用，表示精切削P～Q的程序段,执行程序段中的F、S、T。

⑤螺纹切削固定循环G92

指令格式：

G92X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；

此循环为螺纹切削，在加工时根据实际情况需多次进刀，通过调整X的值来调整切削深度（X表示加工后的螺纹底径），R代表起始X值到终止X值的变化量（不写为直螺纹），F为螺距。

例七：

螺纹外径20mm

G00X25Z2

G92X19.2Z-30F1；

X18.8；

X18.6；

表示切削螺距1mm的直螺纹。

分3次进刀，每次切削深度分别为

0.4mm、0.2mm、0.1mm。

2、辅助功能（M指令，见表2）

调用子程序指令M98

指令格式：

M98P＿H＿L＿；

P为调用子程序的程序号；H为子程序开始的顺序N号；L为调用次数。

4、主轴转速指令S

指定机床转数，单位r/min，范围30～1600。

5、进给速度指令F

在G98下为mm/min，在G99下为mm/r。

6、刀具指令T

刀具指令T是进行刀具选择和刀具补偿的功能。

由4位数构成，前两位为工位号，后两位为刀补号。

刀补是对刀时刀具的补偿值。

通常工位号与刀补号一致。

例如：

T0101

表示1号工位，1号刀补。

表2辅助功能

序号

代码

功能

M00

程序停止

M01

选择性停止

M03

主轴正转

M04

主轴反转

M05

主轴停止

M08

冷却开

M09

冷却关

M30

程序结束

M98

调用子程序

M99

返回主程序

十、编程举例

三三

图6

加工如图6所示工件，毛坯直径为40mm。

首先确定工件坐标系，以工件右端面回转中心为原点建立坐标系。

制定加工路线，采

用外圆粗切削复循环，精切削循环一次。

选择合适的切削用量和刀具。

加工程序如下：

程序段号

指令代码

说明

N10T01011号刀具1号刀补（外圆刀）

N20S600M03

N30G00X40Z2

N40G71U1R2

N50G71P60Q90U1W0.2F0.2N60GO0X20

主轴正转600r/min

快速移动到循环起始点

设定循环的切削深度和退刀量设定循环程序段、余量、进给量工件轨迹

N70G01Z-20F0.1¨N80X30Z-30¨

N90Z-50¨

N100G70P60Q90

N110G00X100Z100

N120M30

十一、独立编程

精加工返回换刀点程序结束复位

按照图7尺寸要求编制加工程序。

毛坯直径为φ32mm。

1x45°

图7

1x45°

图8

工程实训图，毛坯直径φ25mm。

20±1.5

三三

三三三三0.5×45°

1.6

1x45°

3.2

1x45°

4×1

3.2

80-0.2

图9

12.5

三三

1.6

3.2

0.5x45°

1.5x45°

图10

12.5

22±1.5

三三

3.2

1.6

三三三三0.5×45°1x45°

4×1

78-0.2

图11

自动编程图：

毛坯直径φ32mm

三φ22

三φ16

1三10

图12

图13

十二、数控车床面板操作（FANUC控制系统）

数控机床除系统厂家提供的CRT键盘面板外，还有两块用户操作面板，现就这两块操作面板上的各个功能符号的定义和使用方法作一个介绍：

NC三三

三三三三

NC三三

三三三三

POSPROGSYSTEM

SETTING

CAN

ALTERINSERT

三三

←

三三三三NC三三

STOP

三三三三

50%100%

三三三三

三三三三三三

操作面板示意图

1、方式译码开关：

数控车床有7种操作模式：

MDI：

手动数据输入方式。

编辑：

编辑工件加工程序文件。

自动：

程序自动运行方式。

手动：

手动进行X、Z向的连续移动，可以快移。

回零：

机床回零方式。

INC：

增量进给方式。

手摇方式：

用手轮来控制X向、Z向移动。

机床的一切运行都是围绕着这7种方式进行，也就是说，机床的每一个动作，都必须在某种方式确定的前提下才有实际意义。

另外，在这7种方式中，我们把MDI方式和编辑方式统称为自动方式，把INC方式，手摇方式，手动方式和回零方式统称为手动方式。

自动方式和手动方式最本质的区别在于，自动方式下机床的控制是通过程序执行G代码和M，S，T指令来达到机床控制的要求，而手动方式是通过面板上其它驱动按键和倍率开关的配合来达到控制的目的。

MDI方式是手动数据输入方式。

一般情况下,MDI方式是用来进行单段的程序控制,例如

T0202,或者是G00X10,它只是针对一段程序编程,不需要编写程序和程序序号。

并且,程序一旦执行完成以后,程序就不在驻留在内存。

编辑方式是程序存储自动运行方式.程序的执行都必须在这个方式下执行。

INC方式是増量进给方式。

在増量进给方式下,每按一方向进给键“+X”“-X”“+Z”“-Z”,机床就移动一个进给当量,每个进给当量的单位是通过选择IDN方式下的X1,X10,X100,这三个档位来进行选择。

这几个档位对应的进给当量如下所示：

X1：

0.001mm

X10：

0.01mm

X100：

0.1mm

手摇方式：

在这个方式下,通过摇动手摇脉冲发生器来达到机床移动控制的目的.在手摇轮方式下，机床移动快慢是通过选择手轮方式下的X1，X10，X100这3个的手轮倍率档位开关来进行控制的。

手动方式：

在手动方式下，通过选择控制面板上的方向键“+X”“-X”“+Z”“-Z”，机床就朝着所选择的方向连续进给。

回零方式：

机床上电以后，只有回零以后，机床才能运行程序，所以要有一上电就回零的习惯。

另外，在回零方式下，X轴，Z轴只能朝正方向且必需先回X轴，既+X，+Z方向回零，在这个时候如果要X轴回零，只要按住“+X”方向键，机床就朝+X方向自动回零。

注意回零前要保证刀台没有超出零点坐标。

2、启动开关介绍

循环启动按钮（绿色）

进给保持按钮（红色）

启动开关是用于在自动方式，MDI方式下启动程序执行，在自动方式下，只要按一下启动按钮，程序就开始运行，并且开关上指示灯亮，当按下停止按钮时，程序暂停，指示灯亮，这时只要再按一下循环启动按钮，程序继续执行。

在急停或复位情况下，程序复位，指示灯灭。

启动开关在下列情况下无效：

1）自动操作以经开始；

2）循环停止开关已经被按下；

3）在复位情况下；

4）在急停情况下；

5）机床处于报警状态时。

循环启动在下列情况自动停止：

1）循环停止开关断开；

2）复位情况发生；

3）报警情况发生；

4）方式开关被切换到其他方式；

5）在单段情况下，单段程序已经执行完；

6）在MDI方式下，程序已经执行完毕。

KEY开关是写保护开关。

当把这个开关打开的时候，用户加工程序可以进行编辑，参数可以进行改变，当把这个开关关闭的时候，程序和参数得到保护，不能进行修改。

3、功能按钮介绍：

单段：

程序每执行完一段就暂停，按一下循环启动开关，程序又执行下一段。

机床锁住：

执行加工程序时，机床不移动但显示器上的各轴位置在变化。

空运转：

机床按参数设定的速度移动而不是以程序中指定的进给速度，该功能用于工件从工作台上卸下时检查机床的运动。

当快速移动开关有效时，机床以最大进给倍率对应的进给速度运行。

当快速移动开关无效时，机床以切削进给速度运行。

跳步：

当程序执行到前面有反斜杠“/”的程序段时，程序就跳过这一段。

转塔：

手动换刀开关。

只能在手动方式下方式下有效，当在手动方式下，一直按着转塔开关，刀架电机就一直朝着正方向旋转，当放开开关时，刀架就在当前刀位位置停止并反向锁定，这时换刀结束。

4、示灯介绍

机床出错指示：

（红色指示灯亮）。

这个指示灯亮的时候，说明机床出错报警，不能进行正常操作。

LIMIT硬限位报警

硬限位抱警灯指示机床碰到硬限位挡块。

5、进给倍率开关

25%、50%、100%代表把程序中指定的进给量乘以相应的百分比运行。

它在自动方式下控制G00的进给倍率，在手动J方式下控制快速进给的倍率。

6、急停按钮和硬限位解除开关

机床在遇到紧急情况时，马上拍下急停按钮，这时机床紧急停止，主轴也马上紧急刹车。

当消除故障因素后，急停按钮复位机床操作正常。

硬限位解除开关位于操作箱的右侧，当机床碰到硬限位挡块时，先按下硬限位解除开关不放开，按复位RESET后，可移动相应轴到安全位置。

7、图形功能

系统提供了方便的图形功能，可用于加工程序的检查。

1、开图形功能界面

按下系统键盘功能键[GRAPH]即可打开图形功能界面。

2、图形模拟运行加工程序

选择当前方式为自动或手动数据输入MDI方式，为了执行绘图而步移动机床，必须使机床处于“机床锁定”状态，然后选择图形功能界面下的[GRAPH]软键，启动自动或手动运行，画面上便会出现刀具的运行轨迹。

3、改变显示图形的比例

选择图形功能界面下的[ZOOM]软键，可改变图形的比例大小和显示位置。

放大图有2个放大光标，用2个放大光标定义对角线的矩形区域可以被放大到整个画面。

选择系统面板上“←”、“→”、“↑”和“↓”键可移动放大光标，按[HI/LO]软键启动放大光标的移动。

为使原来图形消失，按[EXEC]键。

8、对刀

机床在完成零点返回操作后，就确定了机床坐标系和工件坐标系。

车床一般用第一工件坐标系（G50确定）就够用了。

我们知道，数控系统在确定轨迹时的公式一般为：

轨迹=设定点-实际值+零点偏置+刀具偏置

从上式可知，车床刀具偏置的数值就等于把拖移到工件坐标系零点（CRT显示器显示的工件坐标为零）时工件的编程零点到刀尖R的距离。

例如，拖板移到工件坐标系零点W（这时工件坐标显示为零）点W到第一号刀的刀尖R的数值在X向为-35.62/2Z向为-

OFFSET

47.78，那么第一号刀的刀偏为X-35.62，Z-45.78。

在测量刀偏时，一般是移动所要测量刀具的刀尖到一坐标已知点，如工件上的某个点或机床的某个固定点，通过已知点的坐标计算刀具的刀偏。

公式为：

刀偏=工件坐标显示值-已知点坐标值

例如，当一号刀刀尖移到工件上的X100，Z140点时，CRT显示器显示的工件坐标为X50Z170，那么一号刀刀偏为X轴方向50-100=-50Z轴方向170-140=30。

数控系统提供刀偏的自动计算功能，方法如下：

按下功能键

SETING

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