数控加工数控车床编程精编.docx
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数控加工数控车床编程精编
（数控加工）数控车床编程
1、前言
数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术和现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于壹体，是现代先进制造技术的基础和核心。
把传统制造业推进到了信息化制造时代，是现代工业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是壹种知识密集型和资金密集型的技术。
数控车床己经成为现代企业的必需品。
随着数控技术的不断成熟和发展及市场日益繁荣，其竞争也越来越激烈，人们对数控车床选择也有了更加广阔的范围，对的数控机床技术的掌握也越来越高。
本设计着重对MJ-520型数控车床构造及性能做初步了解及FANUC-0TE系统程序的编制及加工工艺的应用做细致的介绍。
数控加工是机械制造业中的先进加工技术，在生产企业中，数控机床的使用越来越广泛。
随着数控技术的发展，数控机床不仅在航空、造船、军工等领域广泛使用，而且也进入了汽车、机床等民用机械制造行业。
目前，在机械制造行业中，单件小批量的生产所占的比例越来越大，机械产品的精度和质量也在不断的提高。
因此，数控机床被广泛使用。
2、课题的现实意义
数控机床正在各行各业中得到广泛的应用。
因此研究和设计数控机床有很强的现实意义。
微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。
根据教学要求，结合自己的资料掌握状况，选择数控机床工艺编程及操作加工作为毕业设计课题。
毕业设计是学生必须要经历的壹个重要的实践环节。
通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的，提高解决实际工程课题的能力。
3、数控编程的概念
众所周知，在普通机床上加工零件时，壹般是由工艺人员按照设计图样事先制定好零件的加工工艺规程。
在工艺规程中制定出零件的加工工序、切削用量、机床的规格及刀具夹具等内容。
操作人员按工艺规程的各个步骤操作机床，加工出图样所给定的零件。
也就是说零件的加工过程是由人来完成的。
例如开车、停车、改变主轴转速、改变进给方向和速度、切削液的开、关等都是由工人手工操作的。
再有凸轮控制的自动车床或由仿形机床加工零件时，虽然不需要人对它进行操作，但必须根据零件的特点及工艺要求，设计出凸轮的运动曲线或靠模，由凸轮或靠模控制机床运动，最后加工出零件。
在这个加工过程中，虽然避免了操作者直接操纵机床，但每壹个凸轮机构或靠模，只能加工壹种零件。
当改变加工零件时，就要更换凸轮、靠模。
因此，只能用于大批量、专业化生产中。
数控机床和之上俩种机床是不壹样的。
它是按照事先便好的加工程序，自动的对被加工零件进行加工。
我们把零件的加工工艺路线、工业参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正传、反转、切削液开、关等），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，然后输入到数控机床的系统中，从而指挥机床加工零件。
这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫做数控程序的编制。
从之上分析能够见出，数控机床和普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就能够达到加工不同零件的目的。
因此，数控机床特别是用于加工小批量且行装复杂、要求精度高的零件。
从外观见，数控机床都有CRT屏幕，我们能够从屏幕上见到加工程序、各种工艺参数等内容。
从内部结构见，数控机床没有变速箱，它的主运动和进给运动都是由直流或交流无机变速伺服电动机来完成的。
另外，数控机床壹般都有工件测量系统，在加工过程中，能够减少对工件进行人工测量的次数。
数字控制是用数字、字母和其他控制字符进行编程，来实现机械设备自动化的壹种形式。
号码，字母和符号是为特定的工作环境或工作而设定的壹种适当的内编码。
根据程序指示的改变，机械的加工也随之改变方式。
更易改写程序的优越性使NC系统更适合加工微小体积的产品。
和更换生产设备相比，通过编辑新的程序来实现产品的加工要容易得多。
4、数控机床的组成和工作原理
数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。
数控机床的床体和传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。
这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
5、数控车床的结构特点
和传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：
5.1、由于数控车床刀架的俩个方向运动分别由俩台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。
不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接和丝杠联结带动刀架运动。
伺服电动机丝杠间也能够用同步皮带副或齿轮副联结。
5.2、多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。
为扩大变速范围，当下壹般仍要通过壹级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。
数控车床的另壹个结构特点是刚度大，这是为了和控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。
5.3、数控车床的第三个结构特点是轻拖动。
刀架移动壹般采用滚珠丝杠副。
滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之壹，滚珠丝杠俩端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球辆承要大得多。
这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。
5.4、为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。
5.5、由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。
数控车床壹般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。
5.6、数控车床仍具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时壹般都处于全封闭或半封闭状态。
5.7、数控车床壹般仍配有自动排屑装置。
6、数控机床选择
首先应根据被加工工件的尺寸，技术要求进行工艺分析，根据工件加工数量且考虑工件加工各项技术经济指标，合理选用数控机床。
若被加工件是圆柱形，圆锥形，各种成型回转表面，螺纹以及各种盘类工件且进行钻、扩、镗孔加工，可选用MJ-520数控车床及FANUC-0TE系统。
6.1、MJ-520数控车床（FANUC-0TE系统）的组成及操作
MJ-520数控车床由济南第壹机床厂生产，配置FANUC-0TE系统，是壹种全功能型的数控车床。
MJ520型数控车床的外形图。
6.1.1、主传动系统
数控车床主运动要求速度在壹定范围内可调，有足够的驱动功率，主轴回转轴心线的位置准确稳定，且有足够的刚性和抗振性。
6.1.2、进给传动系统
数控车床进给传动系统是用数字控制X、Z坐标轴的直接对象，工件最后的尺寸精度和轮廓精度都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。
为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量等。
为使全功能型数控车床进给传动系统要求高精度、快速响应、低速大转矩，壹般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。
刀架的快速移动和进给移动为同壹条传动路线。
6.1.3、自动回转刀架
数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率。
回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转﹑分度和定位，实现机床的自动换刀。
回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转位速度快，夹紧性好，能够保证数控车床的高精度和高效率。
按照回转刀架的回转轴相对于机床主轴的位置，可分为立式和卧式回转刀架。
6.2、MJ-520数控车床的主要功能
6.2.1、主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成型回转体表面。
对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。
机床仍能够完成车端面、切槽、倒角等加工。
6.2.2、车床加工工件的毛坯多为圆棒料或铸锻件，加工余量较大，壹个表面需要进行多次反复的加工。
如果对每个加工循环都编写若干个程序段就要大大增加编程的工作量。
因此，为了简化编程，机床的数控系统中备有车外圆、车端面、车螺纹等不同形式的循环功能。
6.2.3、在壹个程序段中能够采用绝对值编程，也能够采用增量值编程，仍能够采用绝对值编程和增量值编程的混合编程。
6.2.4、在数控车床的控制系统中，都有刀具的补偿功能。
刀具的补偿功能为编程提供了方便。
在加工过程中，对刀具位置的变化、刀具几何形状的变化、刀尖的圆弧半径，编程人员能够按照工件的实际轮廓编制程序，无需改变程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入到存储器中，刀具便能自动补偿。
6.2.5、为了提高机床径向尺寸加工精度，数控系统X向的脉冲当量取Z向脉冲当量的壹半。
6.3、机床的主要参数：
允许最大工件回转直径500㎜
最大切削直径310㎜
最大切削长度650㎜
主轴转数范围35～3500r/min（连续无级）
其中恒扭距范围35～437r/min
其中恒功率范围437～3500r/min
主轴通孔直径80㎜
拉管通孔直径65㎜
刀架有效行程X轴：
182㎜Z轴：
675㎜
快速移动速度X轴：
10m/minZ轴：
15m/min
安装刀具数10把
刀具规格车刀25㎜×25㎜；镗刀φ12㎜～φ45㎜
选刀方式刀盘就近转位
分度时间单步：
0.8s；180°：
2.2s
尾座套筒直径90㎜
尾座套筒行程130㎜
主轴交流伺服电动机连续11kW；30min超载15kW
进给交流伺服电动机X轴:
0.9kW;Z轴：
1.8kW
机床外形尺寸（长×宽×高）2995㎜×1667㎜×1796㎜
6.4、数控系统的操作面板
MJ－520机床操作面板
6.5、数控系统的主要技术规格：
机床配置的FANUC-0TE系统的主要技术规格见表--1
表―1FANUC-0TE系统基本规格
序号
名称
规格
1
控制轴数
X轴、Z轴，手动方式同时仅壹轴
2
最小设定单位
X轴、Z轴0.001㎜
0.0001in
3
最小移动单位
X轴0.0005㎜
0.00005in
Z轴0.001
0.0001in
4
最大编程尺寸
±9999.999㎜
±9999.999in
5
定位
执行G00指令时机床快速运动且减速停止在终点
6
直线插补
G01
7
全象限圆弧插补
G02（顺圆）,G03（逆圆）
8
快速倍率
LOW,25％,50％,100％
9
手摇轮连续进给
每次仅壹轴
10
切削进给率
G98指令每分钟进给量（㎜/min）G99指令每转进给量（㎜/r）
11
进给倍率
从0～150％范围内以10％递增
12
自动加/减速
快速移动时依比例加/减速,切削时依指数加/减速
13
暂停
G04（0～9999.999s）
14
空运行
空运行时为连续进给
15
进给保持
在自动运行状态下暂停X轴、Z轴进给,按程序启动按钮能够恢复自动运行
16
主轴速度命令
主轴转速由地址S和4位数字指令指定
17
刀具功能
由地址T和2位数刀具编号＋2位数刀具补偿号组成
18
辅助功能
由地址M和俩位数字组成,每个程序段只能指令壹个M码
19
坐标系统设定
G50
20
绝对值/增量值混合编程
绝对值编程和增量值编程可在同壹程序段中使用
21
程序号
O＋4位数字（EIA标准）,:
＋4位数字（ISO标准）
22
序列号查找
使用MDI和CRT查找程序中的顺序号
23
程序号查找
使用MDI和CRT查找0或（:
）后面4位数字的程序号
24
读出器/穿孔机接口
PPR便携式纸带读出器
25
纸带读出器
250字符/s（50Hz）,300字符/s（60Hz）
26
纸带代码
EIA（RS-244A）,ISO（R-40）
27
程序跳段
将机床上该功能开关置于“ON”位置时,跳过程序中带“/”的程序段
28
单步程序执行
使程序壹段壹段的执行
29
程序保护
存储器内的程序不能修改
30
工作程序的存储和编辑
80m/264ft
31
可寄存程序
63个
32
紧急停止
按下紧急停止按钮,所有指令停止,机床也停止运动
33
机床锁定
仅滑板不能移动
34
可编程控制器
PMC-L型
35
显示语言
英文
36
环境条件
环境温度:
运行0～45℃;运输和保管－20～60℃相对湿度:
低于75％
7、编程要点
7.1、坐标系的设定
工件安装在卡盘上，机床坐标系和工件坐标系壹般是不重合的。
为了便于编程，必须首先设定工作坐标系，该坐标系和机床坐标系不重合。
1、机床坐标系。
MJ-50数控机床的机床坐标系及机床参考点和机床原点的相对位置如下图。
数控机床开机时，必须先确定机床参考点，只有机床参考点确定以后，车刀移动有依据，否则，不仅编程无基准，仍会发生碰撞事故。
机床参考点的位置由设置在机床X向.，Z向滑板上的挡块通过行程开关来确定。
当刀架返回机床参考点时，装在X向和Z向滑板上的俩挡块分别压下对应的开关，向数控系统发出信号，停止滑板运动，即完成了返回机床参考点的操作。
在机床通电之后，刀架返回参考点之前，不论刀架处于什么位置，此时CRT屏幕上显示的X，Z坐标值均为0。
当完成了返回机床参考点的操作后，CRT屏幕上立即显示出刀架中心在机床坐标系中的坐标值，即建立机床坐标系。
机床参考点在以下三种情况下必须设定:
（1）机床关机以后重新接通电源开关。
（2）机床解除急停状态。
（3）机床解除超程报警信号。
在之上三种情况下，数控系统失去对机床参考点的记忆，以此必须进行返回机床参考点的操作。
2、工作坐标系的设定。
当采用绝对值编程时，必须首先设定工作坐标系，该坐标系和机床坐标系不重合。
工作坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系，是在编程时使用的，工作坐标系的原点就是工作原点，是人为设置的。
数控车床工作原点壹般设在主轴中心线和工件左端面或右端面的交点处。
设定工件坐标系就是以工件原点为坐标原点，确定刀具起始点的坐标值。
工件坐标系设定后，CRT屏幕上显示的是车刀刀尖相对于工件原点的坐标系。
编程时，工件各尺寸的坐标值是相对于工件原点而言的，因此，数控车床的工件原点又是程序原点。
工件原点设定在工件左端面的中心仍是右端面的中心，主要是考虑工件图样上的尺寸能够方便地换算成坐标值，以便和编程。
车床刀架的换刀点是指刀架转位换刀时所在的位置。
换刀点是任意壹点，能够和刀具起始点重合。
它的设定原则是：
刀架转位时不碰撞工件和机床上其他部件。
换刀点的坐标值壹般用实测的方法来设定。
8、FANUC系统编程及加工
FANUC系统操作面板
8.1、数控车床编程加工方案确定
8.1.1确定加工方案的原则
加工方案又称工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等内容。
在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。
只有这样，才能使所制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。
制定加工方案的壹般原则为：
先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。
1.1先粗后精
为了提高生产效率且保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。
当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。
其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。
在安排能够壹刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后壹刀连续加工而成。
这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切人和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。
1.2先近后远
这里所说的远和近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。
在壹般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。
对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。
1.3先内后外
对既要加工内表面（内型、腔），又要加工外表面的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工内型和内腔，后加工外表面。
这是因为控制内表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖（刃）的耐用度易受切削热影响而降低，以及在加工中清除切屑较困难等。
1.4走刀路线最短
确定走刀路线的工作重点，主要用于确定粗加工及空行程的走刀路线，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。
走刀路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该点且结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。
在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅能够节省整个加工过程的执行时间，仍能减少壹些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。
优化工艺方案除了依靠大量的实践经验外，仍应善于分析，必要时可辅以壹些简单计算。
上述原则且不是壹成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案。
如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度和质量。
这些都有赖于编程者实际加工经验的不断积累和学习。
8.2、加工路线和加工余量的关系
在数控车床仍未达到普及使用的条件下，壹般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。
如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排。
安排壹些子程序对余量过多的部位先作壹定的切削加工。
对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线。
8.3、车螺纹时的主轴转速
数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转壹周时，刀具沿主进给轴（多为Z轴）方向位移壹个螺距即可，不应受到限制。
但数控车床加工螺纹时，会受到以下几方面的影响：
8.3.1、螺纹加工程序段中指令的螺距（导程）值，相当于以进给量（mm/r）表示的进给速度F，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度（mm/min）则必定大大超过正常值；
8.3.2、刀具在其位移的始/终，都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升/降频特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求；
8.3.3、车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器（编码器）。
当其主轴转速选择过高，通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转壹周时所发出的壹个基准脉冲信号）将可能因“过冲”（特别是当编码器的质量不稳定时）而导致工件螺纹产生乱扣。
因此，车螺纹时，主轴转速的确定应遵循以下几个原则：
1.在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速；
2.当螺纹加工程序段中的导入长度δ1和切出长度δ2考虑比较充裕，即螺纹进给距离超过图样上规定螺纹的长度较大时，可选择适当高壹些的主轴转速；
3.当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转速时，则可选择尽量高壹些的主轴转速；
4.通常情况下，车螺纹时的主轴转速（n螺）应按其机床或数控系统说明书中规定的计算式进行确定，其计算式多为：
n螺≤n允／L（r／min）式中n允—编码器允许的最高工作转速（r／min）；L—工件螺纹的螺距（或导程，mm）。
8.4、数控车床的编程特点
8.4.1、在壹个程序段中，根据图样上标注的尺寸，能够采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。
8.4.2、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二倍值表示，且附上方向符号（正向能够省略）。
8.4.3、为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的壹半。
8.4.4、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。
8.4.5、编程时，常认为车刀刀尖是壹个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成壹个半径不大的圆弧，因此为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。
大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能（G41、G42）这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。
对不具备刀具半径自动补偿功能的数控车床，编程时，需先计算补偿量。
表—02准备功能
序号
代码
组别
功能
1
2
3
4
G00
G01
G02
G03
01
01
01
01
快速定位
直线插补
圆弧插补顺时针
圆弧插补逆时针
5
6
G04
G10
00
00
暂停
数据设定
7
8
G20
G21
06
06
英制输入
米制输入
9
10
G25
G26
08
08
主轴速度波动检测断
主轴速度波动检测通
11
12
G27
G28
00
00
参考点返回检查
参考点返回
13
G32
01
螺纹切削
14
15
16
G40
G41
G42
07
07
07
取消刀尖半径补偿
刀尖半径左补偿
刀尖半径右补偿
17
18
G50
G65
00
00
坐标系设定，主轴最大速度设定
调用宏指令
19
20
21
22
23
24
25
G70
G71
G72
G73
G74
G75
G76
00
00
00
00
00
00
00
精车循环
外圆粗车循环
端面粗车循环
固定形状粗车循环
端面钻孔循环
外圆车槽循环
多头螺纹循环
26
27
28
G90
G92
G94
01
01
01
外圆切削循环
螺纹切削循环
端面切削循环
29
30
31
32
G96
G97
G98
G99
主轴横线速控制
取消主轴横线速控制
每分钟进给
每转进给
表—03辅助功能
序号
代码
功能
1
M00
程序停止
2
M01
选择停止
3
M02
程序结束
4
M03
主轴正转
5
M04
主轴反转
6
M05
主轴停止
7
M08
冷却液开
8
M09
冷却液关
9
M23
切削螺纹
10
M24
切削螺纹不倒角
11
M25
误差检测
12
M26
误差检测取消
13
M30
复位且返回程序开始
14
M98
调用子程序
15
M99
返回主程序
9、零件工艺分析
轴类工件的毛坯有铸件，锻件和圆棒料，最常见的是圆棒料。
粗加工时，根据图样尺寸，尽可能先将其车成阶台轴，再用适当的方法尽快去除余量较大的部分（如圆弧部分，圆锥部分），且采取大切削深度，大走刀量，适当的切削速度快速去除余量。
精车余量应视情况分别选取，壹般有热处理要求或较长的工件，余量应在2～3mm，若只是壹次安装，余量应在0.5～1mm之间。
表—04切削用量
加工内容
主轴转速S
进给速度F（㎜/r）
（r/min）
（m/min）
粗车
2800
150
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