数控加工与编程(比较简单版,适合自动化专业)

数控加工与编程

——机电与汽车工程系课程教学目标学生通过本章的学习应达到以下要求：理解数控车削的加工原理，主要加工对象;

理解数控车床的坐标系统；掌握基本加工指令、固定循环功能的编程格式。第２章数控车床的操作与编程全功能数控车床车铣复合中心经济型数控车床车削中心典型零件车削加工过程视频录象

数控车削的主运动是装夹在主轴上的工件旋转运动，配合刀具的进给运动，可加工出回转体零件。G71粗车外圆G72粗车端面G76螺纹加工G73仿形粗车典型车削加工过程模拟动画数控车床的加工对象:2.1数控车床的构造2.1.1数控车床的基本组成

带动工件做旋转数控车床的运动方式:主轴运动,刀具做进给运动

CK7815型数控车床如图所示。其床身导轨为60°倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩形，刚性很好。主轴由交流调速电机驱动，主轴尾端带有液压夹紧油缸，可用于快速自动装夹工件。床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔刀架，刀盘可选配8位、12位小刀盘和12位大刀盘。纵横向进给系统采用直流伺服电机带动滚珠丝杠，使刀架移动。尾座套筒采用液压驱动。可采用RS232接口和手工键盘程序输入方式，带有CRT显示器、数控操作面板和机械操作面板。另外还有防护门罩和排屑装置。CK7815型数控车床2.2数控车床坐标系的设定2.2数控机床的坐标系1、数控机床坐标系的定义数控机床的操作编程必须使用坐标，度量坐标必须规定坐标系。

根据图示，标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90º。则大拇指代表X坐标轴，食指代表Y坐标轴，中指代表Z坐标轴。其中，大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。2、数控车床坐标轴方向的确定

根据图示的数控车床结构图，确定X、Z直线坐标如下（请按图中按钮观察机床运动的方向）：

（1）Z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。（2）X坐标：工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。（3）Y坐标：在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。3、机床坐标系

机床坐标系是用来确定工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，如图所示的M点。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，如图所示的R点。

4．工件坐标系的设定

编程时要首先设定下图的工件坐标系，其上的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。表2-1常用G功能指令(HNC—22T)注：①表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其它组为模态指令，一次指定后持续有效，直到被本组其它代码所取代。 ②标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。

2.3基本编程指令2.3.1程序中用到的各功能字1．G功能(格式：G2，G后可跟2位数)

2．M功能(格式：M2，M后可跟2位数)车削中常用的M功能指令有：

M00——进给暂停M01——条件暂停M02——程序结束

M03——主轴正转M04——主轴反转M05——主轴停转

M07、M08——开切削液M09——关切削液

M30——程序结束并返回到开始处M98——子程序调用

M99——子程序返回

3．T功能(格式：T2或T4)有的机床T后只允许跟2位数字，即只表示刀具号，刀具补偿则由其他指令表示。有的机床T后则允许跟4位数字，前2位表示刀具号，后2位表示刀具补偿号。

T××××T××

刀补存储器号 刀补存储器号 刀具号 刀具号

4．S功能(格式：S4，S后可跟4位数)用于控制带动工件旋转的主轴的转速。实际加工时，还受到机床面板上的主轴速度修调倍率开关的影响。按公式：N=1000vc/D，可根据某材料查得切削速度vc，然后即可求得N。例如：若要求车直径为60 mm的外圆时切削速度控制到48 mm/min，则换算得：N = 250r/min(转/分钟)，则在程序中指令为S250。2.3.2车床的编程方式

1．绝对编程方式和增量编程方式图

编程方式示例绝对编程是指程序段中的坐标点值均是相对于坐标原点来计量的，常用G90来指定。增量(相对)编程是指程序段中的坐标点值均是相对于起点来计量的，常用G91来指定。如对图所示的直线段AB编程为：绝对编程：G90G01X100.0Z50.0;增量编程：G91G01X60.0Z -100.0;注：在某些机床中用X、Z表示绝对编程，用U、W表示相对编程，允许在同一程序段中混合使用绝对和相对编程方法。如上图直线AB，可用：绝对：G01X100.0Z50.0；相对：G01U60.0W -100.0;混用：G01X100.0W -100.0；或G01U60.0Z50.0;这种编程方法不需要在程序段前用G90或G91来指定。

2．直径编程与半径编程当地址X后所跟的坐标值是直径时，称直径编程，如前所述直线AB的编程例子。当地址X后所跟的坐标值是半径时，称半径编程，则应写为：G90G01X50.0Z50.0;注：(1)直径或半径编程方式可在机床控制系统中用参数来指定，HNC—22T系统中可用G36指定直径编程，用G37指定半径编程。

(2)无论是直径编程还是半径编程，圆弧插补时R、I和K的值均以半径值计量。2.3.3基本编程指令1.G00－快速点定位指令

G00使刀具以点位控制方式从其所在点以最快速度移动到坐标系的另一点。注意:刀具的实际运动轨迹并非直线,只是快速定位，而无运动轨迹要求。书写格式:Ｇ００Ｘ(U)___Y(V)__Z(W)__目标点坐标其中X、Y、Z为目标点坐标，U、V、W为增量坐标编程方式。目标点坐标进给速度G01直线插补程序段控制各轴以指定的进给速率沿直线方向从现在位置移动到指令位置。G01是模态代码

书写方式：Ｇ0１Ｘ＿＿Y＿＿Ｚ＿＿Ｆ＿＿

２.G01

—直线插补例：实现右图所示从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：绝对方式编程G90G01X10Y10F100增量方式编程G91

G01X-10Y-20F100

3．G02、G03—圆弧插补指令该指令命令刀具在XZ坐标平面内，按指定的F进给速度进行圆插补运动，切削出圆弧轮廓。程序格式：XY平面圆弧插补指令程序格式：G17G02Ｘ＿Y＿Ｚ＿I＿J＿

K＿

(R＿)F＿

或G17G03Ｘ＿Y＿Ｚ＿I＿J＿

K＿

(R＿)F＿其中：

X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值；

I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标

R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角≤180°时，R值为正，当圆弧的圆心角＞180°时，R值为负。圆弧插补指令的应用举例：在右图中，当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为G02X321.65Y280I40J140F50

或：G02X321.65Y280R-145.6F50当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为G03X160Y60I-121.65J-80F50

或：G03X160Y60R-145.6F50

4．G04——暂停延时格式：G04P... 后跟整数值，单位ms(毫秒)或G04X(U)... 后跟带小数点的数，单位s(秒)由于在两不同轴进给程序段转换时存在各轴的自动加减速调整，可能导致刀具在拐角处的切削不完整。如果拐角精度要求很严，其轨迹必须是直角时，应在拐角处使用暂停指令。例如：欲停留1.5s时，程序段为

G04X1.5;或G04P1500;

5．G71——外圆粗车复合循环

它适用于圆柱毛坯料粗车外径和圆棒毛坯料粗车内径。当给出如图所示的精加工形状的路线A→A′→B及每次背车刀量，就会进行平行于Z轴的多次切削，最后再按预留的径向精车余量△U/2、轴向精车余量△W,使用G70指令进行精加工。

G71U(△d)R(e)；G71P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F_S_；N(ns)……；……程序段号N(ns)到N(nf)之间的程序段定义工件A→A′→BN(nf)……；之间的精车路线其中△d—粗加工每次背吃刀量（半径值），无符号，车削方向沿AA′的方向；e—退刀量，该参数为模态值，直到指定另一个值前保持不变；ns—精车程序第一个程序段的顺序号；nf—精车程序最后一个程序段的顺序号；△u—X方向预留精车余量（直径值）；△w—Z方向预留精车余量。G71粗车循环类型一举例例：零件轮廓在X和Z方向坐标值必须是单调增加或减小，由A至Aˊ刀具垂直于Z轴移动。如图所示的零件为使用G71循环指令粗车外圆的实例，毛坯为Φ45棒料。选定粗车的背吃刀量为2mm，预留精车余量X方向0.5mm,Z方向0.25mm,粗车进给速度0.3mm/r，主轴转速为850r/min，精车进给速度0.15mm/r，主轴转速为1000r/min。6.G70——精车循环使用G71、G72、G73指令完成零件的粗车加工之后，可以用G70指令进行精加工，切除粗车循环中留下的余量。指令的格式为：G70P(ns)Q(nf)；其中ns—精车程序第一个程序段的顺序号；nf—精车程序最后一个程序段的顺序号。G70指令在程序中不能单独出现，要分别与G71、G72、G73配合使用，其编程格式为：……N_G71PnsQnf……；G71、G72或G73粗车循环指令；Nns……；为粗车循环定义的精加工路径的第一个程序段；……Nnf……；为粗车循环定义的精加工路径的最后一个程序段；G70PnsQnf

；精车循环指令；……

7．G72——端面粗车复合循环

端面粗切循环是一种复合固定循环。端面粗切循环适于Z向余量小，X向余量大的棒料粗加工，加工过程如下图所示。编程格式G72U(△d)R(e)G72P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F(f)S(s)T(t)其中各参数的含义与G71指令中的相同。

G72与G71指令加工方式相同，只是车削循环是沿着平行于X轴进行的

8．G73——环状粗车复合循环封闭切削循环是一种复合固定循环，加工过程如上图所示，对零件轮廓的单调性则没有要求。

编程格式G73U(i)W(k)R(d)

G73P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F(f)S(s)T(t)其中ns、nf、△u、△w、F和S与G71指令中的相同。i—X轴的退刀距离和方向（半径值）；k—Z轴的退刀距离和方向；d—粗车循环次数。固定形状粗车循环是按照一定的切削形状，逐渐地接近最终形状的循环切削方式。一般用于车削零件毛坯的形状已用锻造或铸造方法成形的零件的粗车，加工效率很高。

2.4螺纹车削程序的编写2.4.1基本螺纹车削指令G32

(1)功能：执行单行程螺纹切削，车刀的切入、切出、返回均需编入程序。

(2)指令格式G32X(U)_Z(W)_F_；

X省略时为圆柱螺纹切削，Z省略时为端面螺纹切削；X、Z均不省略时为锥螺纹切削；圆柱螺纹切削

圆锥螺纹切削

表2-2常用公制螺纹切削的进给次数与背吃刀量(双边)mm例如图所示圆柱螺纹切削，螺纹导程为1.5mm。其车削程序编写如下：

……N20G00Z2.0；沿Z轴快进到螺纹切削始点；N21X29.2；沿X轴快进到螺纹切削始点；N22G32Z-51.0F1.5；螺纹车削第一次进给；N23G00X40.0；沿X轴快速退刀；N24Z2.0；沿X轴快速退刀；N25X28.6；沿X轴快进到第二次螺纹切削始点；N26G32Z-51.0；螺纹车削第二次进给；N27G00X40.0；N28Z2.0；N29X28.2；N30G32Z-51.0；螺纹车削第三次进给；N31G00X40.0；N32Z2.0；N33X28.04；N34G32Z-51.0；螺纹车削第四次进给；N35G00X40.0；……圆柱螺纹车削编程图例

2.4.2螺纹切削循环指令G92(1)功能：简单螺纹切削循环，其循环路线同前述简单固定循环，只是将F后的进给量改为螺距值即可。(2)指令格式直螺纹:G92X(U)_Z(W)_F_；矩形循环锥螺纹:G92X(U)_Z(W)_R_F_；梯形循环其中X(U)、Z(W)为螺纹终点坐标，F为螺纹的导程，R为螺纹始点与终点的半径差,有正负号之分。(2)螺纹切削循环指令G92可车削圆柱螺纹和圆锥螺纹。……N20G00X40.0Z2.0；快进到螺纹切削始点(40.0,2.0)；N21G92X29.2Z-51.0F1.5；第一次螺纹车削循环；N22X28.6；第二次螺纹车削循环；N23X28.2；第三次螺纹车削循环；N24X28.04；第四次螺纹车削循环；……例如图G92指令编写程序。2.4.3车螺纹复合循环G76

(1)功能：复合螺纹切削循环指令可以完成一个螺纹段的全部加工任务。（2）格式：G76C(m)R(r)E(e)