数控设备操作与加工实训教案

1、数控设备操作与加工(实训教案余 - -机电工程系2011.03数控车床实习指导教案第一小节数控车削加工基础一、车床的工作原理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坐标轴的伺服电机或步进电机去控制车床进给部件的动作顺序、进给量和进给速度,再配以主轴的转速和转向,便能加工出各种不同形状的轴类和盘套类等回转体零件。即:数控车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动,配合刀具在平面内的运动加工出回转体零件。二、车床的加工特点加工精度高,零件尺寸的稳定性好;加工生产效率高,能够进行多个零件的重复操作;自动化程度高,劳动强度低;价格昂贵,控制复杂,维修困难。三、车床的应用精度较高,

2、批量生产的零件,各种形状复杂的轴类和盘套类零件。车削加工的主要内容1.数控车削加工包括端面、内外轮廓面、成形表面、螺纹、切断等工序的切削加工;2.数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件;3.车铣中心上可以实现车削和铣削的复合加工;4.数控车削工艺灵活多变,其丰富的循环功能指令、各类刀具的选择,是学习的重点内容;5.在数控车床和车削中心上加工的零件,一般采用手工编程,对具有复杂外轮廓的回转体零件可以采用自动编程。数控车削加工的主要对象1.加工精度要求高的零件2.表面粗糙度要求好的零件3.轮廓形状复杂的零件4.导程有特殊要求的螺纹零件四、数控车削加工工艺的制定(一对零件图样的工艺分析1.仔细阅

3、读图样,明确加工内容;2.详细了解零件图样所标注的几何尺寸、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等技术要求;了解零件的材料、毛坯类型、生产批量等等,这些都是合理安排数控车削加工工艺中各基本参数的主要依据;3.分析工件图样上尺寸标注方法是否适应数控加工的特点;4.分析工件图样上几何元素的给定条件是否充分,要保证编程时的数值计算能顺利进行。(二工序的划分1.普通零件按工序集中的原则划分工序;2.薄壁类零件按粗、精加工分序原则划分工序。(三加工顺序的确定1.先粗加工后精加工;2.由近及远;3.内外表面加工交叉进行;4.最后加工槽、螺纹等表面。(四进给路线的确定1.最短的空行程路线;2.最短的切削进给路线;

4、3.零件轮廓的精加工进给应连续进行;4.切削螺纹的引入与超越;5.切槽之后的退刀路线要合理。五、夹具、刀具的选择、装夹方式的确定(一数控车床上装夹工件的常用方法。1.用三爪卡盘装夹工件;2.用三爪卡盘和顶尖装夹工件;3.用四爪单动卡盘装夹工件;4.其它的装夹方法。(二刀具的选择1.数控车床常用刀具;2.刀片的编号;3.刀片的夹紧方式;4.刀片的形状;5.刀片的其它参数;6.刀片材料的选用。六、切削用量的确定主要内容:数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量a p 、切削速度v c 和进给量f 。选择切削用量时,应该在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率,最大地发挥刀具的切削性能。所选取的

5、数值要在机床给定的切削参数允许范围内,同时要使主轴转速、背吃刀量和进给量三者都能相互适应,形成最佳的切削效果。具体的原则是:粗车时,在考虑加工经济性的前提下以提高生产率为主;半精车和精车时,在保证工件加工精度和表面粗糙度的前提下兼顾提高加工效率。(一背吃刀量的确定。根据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统刚度来确定背吃刀量a p 。在工艺系统刚度允许的情况下,应以最少的进给次数切除加工余量,以提高加工效率。当零件的加工精度要求较高时,需要保留0.20.5mm 的单边精车余量。(二主轴转速的确定依据机床的性能、被加工零件的材料和刀具允许的切削速度,查阅相关的数控加工切削用量资料,选取切削速度。在

6、确定了切削速度v c (m min之后,根据工件直径D 用下面的公式便可计算出主轴转速n(r mim。Dv n 1000= 式中,D 是工件直径,单位为mm 。(三进给量(进给速度的确定在确定进给量时,要考虑被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具及工件的材料等因素,在保证加工表面质量要求的前提下,可选择较大的进给量,以提高加工效率。七、小结1、数控车削加工原理、主要加工对象。2、数控车削加工工艺的制定方法、主要技术规程文件。3、三爪卡盘装夹方法、其它的装夹方法、数控车床常用刀具的使用。4、切削用量的作用。第二小节指令代码一、基本G代码介绍(一快速定位指令(G00G00:快速线性移动:用于快

7、速定位刀具,无运动轨迹要求,不对工件进行加工,直到被其它G代码所代替,且进给率F无效。指令格式:G00 X(U_ Z(W_ ;其中X、Z为目标点坐标,U、W为增量坐标编程方式。(二直线插补指令(G01该指令命令刀具在两坐标点间以插补联动方式按指令的F进给速度作任意斜率的直线运动。刀具以直线从起始点移动到目标位置,以地址F下的进给速度运行。G1一直有效,直到被其它的指令所取代。1.指令格式:G01 X(U_ Z(W_ F_ ;其中X、Z为目标点坐标,U、W为增量坐标编程方式;F为切削进给速度,单位为mmr。2.编程并运行。(三圆弧插补指令(G02、G03该指令命令刀具在X Z坐标平面内,按指定的

8、F进给速度进行圆弧插补运动,切削出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令,G03为逆时针圆弧插补指令。1.指令格式:G02 X(U_ Z(W_ I_ K_ F_ ;或 G02 X(U_ Z(W_ R_ F_ ;G03 X(U_ Z(W_ I_ K_ F_ ;或 G03 X(U_ Z(W_ R_ F_ ;其中X、Z为圆弧终点坐标;I、K为圆弧中心的坐标,R为圆弧半径2.顺时针圆弧与逆时针圆弧的判别方法G02:顺时针方向圆弧插补以地址F下的进给速度运行,G02,G03一直有效,直G03:逆时针方向到被其它的指令取代为止。在使用G02或G03指令之前,要正确判别刀具在加工零件时是按顺时针路径作圆弧插补

9、运动,还是按逆时针路径作圆弧插补运动。在XZ平面内向Y轴的负方向看去,刀具相对工件进给的方向顺时针为G02,逆时针为G03。b为前置刀架的情况;加工同一段圆弧时,前置刀架的数控车床所使用的圆弧插补指令G02 (G03与后置刀架的数控车床恰好相反。(四主轴速度控制指令(G96,G97,G50G90相对尺寸:表示坐标系中目标点的坐标尺寸。G91绝对尺寸:表示待运行的唯一量。二、辅助指令代码F:进给率,刀具轨迹速度,在G01,G02,G03插补方式下生效,且一直有效,直到被一个新的地址F所取代为止。M03:顺时针旋转主轴的方向 M04:逆时针旋转M05:主轴停止M02:程序结束程序结束 M30:程序

10、停止指令G代码一览表 M代码一览表 注:其他常用指令格式及知识点G90 X Z FG94 X Z FG92 X Z F 螺纹车削指令,车螺纹时要注意以下几方面:1）转速要小，一般小于 500 转；2）引入 2-3L 引出 1-2L（L=P×螺纹头数） ； 3）车削螺纹前外圆直径比螺纹大径小 0.1P（10-20 丝） ； 4）小径大径直 1.3P G71 外圆粗车多重循环指令 R （U 指半径方向的吃刀量，R 指退刀量） G71 U Q U W F S T （U、W 分别为精车余量） G71 P G73 仿形加工循环指令 W R （U、W 分别为 X、z 方向总的退刀量，R 为走刀次

11、数） G73 U Q U W F S T G73 P 式中 U=（毛坯直径-零件最小直径）/2，W 一般可取 0 值，R=U 值/吃刀量 暂停，用于切槽、钻、镗等光整加工 G04 X 第三小节 数控车床的程序编制（复习：4 课时） （一）NC 编程基本原理 1、程序结构 NC 程序由各个程序段组成 每一个程序段执行一个加工步骤 程序段由若干个字组成 最后一个程序段包括程序结束符 M02 或 M30 例如： 程序段 字 字 字 程序段 N10 G 0 X20 程序段 N20 G1 Z-10 程序段 N30 G91 程序段 N40 M30 2、程序名的规定： 开始的两个符号必须是字母 其后的符号可

12、以是字母，数字或下划线 最多为 8 个字符 不得使用分隔符 （二）数控车床的编程特点 1.可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程，或混合编程。 2. X 轴的脉冲当量取为 Z 轴脉冲当量的一半。 3. X 坐标一般以工件的直径值表示。 4固定循环，可以实现多次重复循环切削。 5具备刀尖半径补偿功能。 （三）数控车床的坐标系统 1机床坐标方向的规定 卧式数控车床的刀架结构有前置和后置两种。 数控车床的主轴轴线方向作为 Z 轴，其正方向为刀具远离工件的方向，X 轴位于与工件 安装面平行的水平平面内， 垂直于主轴轴线方向， 刀具远离主轴轴线的方向为 X 轴的正方向。 2机床坐标系 机床坐标系是用来确定工

13、件坐标的基本坐标系。 机床原点： 机床原点为机床上的一个固定点。 数控车床将其定义在主轴旋转轴线与卡盘 后端面的交点上。 机床参考点：数控车床的参考点是刀架相对于机床原点沿 X、Z 轴正向退至极限的一个 固定点， 其位置分别由 X 向与 Z 向的机械档块来确定， 且机床在出厂之前由制造商采用精密 测量方法确定。 3工件坐标系的设定 工件原点又称为程序原点。 工件原点要尽量选择在工件图样的设计基准上， 同时要便于 编程计算 设定工件坐标系有两种方法， 一种是以 G50 的方式， 另一种是以 G54 G59 的方式， 用 50 设定工件坐标系是数控车削常用的方法。 G50 是一个非运动指令， 只起预置寄存数据的作 用，一般放在零件加工程序的第一个程序段位置上，其指令格式为：G50 X _ Z_ ； 路径示意图 （四）数控车床的操作步骤 1、 开