数控机床编程与操作项目教程 习题及答案 第3版 任务1.1 认识数控加工技术-2.6套类零件的编程与加工

任务1.1认识数控加工技术【思考与练习】1数控技术经过了哪6代发展?第一代电子管数控系统（1952），第二代晶体管数控系统（1959），第三代集成电路数控系统（1965），第四代小型计算机数控系统（1970），第五代微型计算机数控系统（1974），第六代基于PC的通用型CNC数控系统（20世纪九十年代后）2何谓CNC？由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、计算机数字控制装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等部分组成。3简述数控加工工作过程。4在互联网上查询资料，举例国内外几种著名的数控系统。日本FANUC公司，德国西门子公司，日本三菱公司，广州数控，华中数控5数控机床主要由哪几部分组成？数控机床与普通机床想比有何特点？程序输入装置（2）数控装置（3）伺服系统（4）强电控制装置（5）检测装置（6）主机与普通机床相比，数控机床取代了手工操作，可由数控系统在程序控制下自动完成。6数控机床是如何进行分类的？按工艺方式分类按工艺方式分，最常用的数控机床可分为以下三类：金属切削类数控机床金属成型类数控机床数控特种加工及其他类型机床按伺服控制方式分类按伺服控制方式分，最常用的数控机床可分为以下三类：开环数控机床闭环数控机床半闭环数控机床按机床运动轨迹进行分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制的数控机床7简述开环，闭环，半闭环数控机床的区别。开环数控机床这类数控机床采用开环进给伺服系统。其数控装置发出的指令信号是单向的，没有检测反馈装置对运动部件的实际位移量进行检测，不能进行运动误差的校正，因此步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠组成的传动链误差都将直接影响加工零件的精度。闭环数控机床这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上，当数控系统发出位移指令后，经过伺服电动机、机械传动装置驱动移动部件，直线位置检测装置把检测到的位移量反馈到位置比较环节，与输入信号进行比较，将误差补偿到控制指令中再去控制伺服电动机。半闭环数控机床这类机床的检测元件装在驱动电机或传动丝杠的端部，可间接测量执行部件的实际位置或位移。这种系统的闭环环路内不包括机械传动环节，控制系统的调试十分方便，因此可以获得稳定的控制特性。由于采用高分辨率的测量元件，如脉冲编码器，因此可以获得比较满意的精度与速度。半闭环数控机床可以获得比开环系统更高的精度，但由于机械传动链的误差无法得到消除或校正，因此它的位移精度比闭环系统的要低。8数控加工的特点有哪些？适合于何种类型的零件加工1）生产效率高2）自动化程度高，劳动条件好3）生产准备工作复杂4）有利于实现现代化管理5）加工精度高，加工稳定可靠6）高柔性适合于复杂零件的加工9简述数控技术的发展趋势。现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。1.2数控加工编程基础1数控编程的内容及步骤如何？2什么是手工编程？什么是自动编程？它们各有何特点？手工编程：指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成，对于点位加工和几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，以及几何元素虽不复杂，但程序量很大的零件，计算及编写程序则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。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。编程人员只需借助数控编程系统提供的各种功能对加工零件的几何参数、工艺参数及加工过程进行较简单的描述后，即可由计算机自动完成程序编程的全部过程。自动编程可以大大减轻编程人员的劳动强度，将编程效率提高几十倍甚至上百倍。同时解决了手工编程无法解决的复杂零件的编程难题。因此，除了少数情况下采用手工编程外，原则上都采用自动编程。3常用的数控功能指令有哪些（写出四个以上）？简述其功能。准备功能字G指令准备功能字的地址符是G，所以又称G指令，用来规定刀具和工件相对运动的插补方式、刀具补偿、坐标偏移等。刀具功能字T指令格式：T＿；T指令为刀具指令，在加工中心机床中，该指令用于自动换刀时选择所需的刀具。进给功能字F指令格式：F＿；F指令为刀具编程点的进给速度指令，由地址符F和4位以内的数字组成，表示刀具向工件进给的相对速度。主轴功能字S指令格式：S＿；S指令为主轴转速指令，用来指定主轴的转速，S后跟一串数字。有恒线速（单位为m/min）和恒转速（单位为r/min）两种指令方式。辅助功能字M指令辅助功能指令用于控制机床开关功能的指令，如指定主轴的启停、正反转、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧与松开、刀具的更换等。4什么叫机床坐标系，如何确定数控车床与数控铣床的机床坐标系？数控机床的标准坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定。为了确定机床的运动方向和移动距离，需要在机床上建立一个坐标系，这就是机床坐标系。机床坐标轴的确定先确定Z轴Z轴为传递切削力的主轴轴线，即平行于主轴轴线的坐标轴，刀具远离工件的方向为正方向。如车床、磨床等转动工件的轴为主轴，如图1-15所示；铣床、镗床和攻丝机床等转动刀具的轴为主轴，如图1-16所示。当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z轴；当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为Z轴方向。再确定X轴X轴为水平方向且平行于工件的装夹面。工件旋转类机床，如车床、磨床等，刀具远离工件的方向为正方向。刀具旋转类机床，若Z轴水平，观察者沿刀具主轴后端向工件看，向右方向为正方向，如图1-16a）；若Z轴垂直，观察者面对刀具主轴向床身立柱看，向右方向为正方向，如图1-16b）。最后确定Y轴在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手螺旋法则定出Y轴正方向。5在数控编程中，如何选择一个合理的编程原点？编程原点一般按如下原则选取：工件原点应选在工件图样的尺寸基准上。这样可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少数据换算的工作量。能使工件方便地装夹、测量和检验。尽量选在尺寸精度、光洁度比较高的工件表面上，这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。对于有对称几何形状的零件，工件原点最好选在对称中心点上。车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面。对于形状较复杂的工件，有时为编程方便可根据需要通过相应的程序指令随时改变新的工件坐标原点；对于在一个工作台上装夹加工多个工件的情况，在机床功能允许的条件下，可分别设定编程原点独立地编程，再通过工件原点预置的方法在机床上分别设定各自的工件坐标系。6试述机床与原点、机床参考点和程序原点的区别和联系？机床原点machineorigin机床原点就是机床坐标系的原点，是机床的一个基准位置。它是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。机床参考点referencepoint机床参考点是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的测量系统进行定标与控制的点，一般设定在各坐标轴正向行程极限点的位置上。该位置是在每个轴上用档块和限位开关精确地预先调整好的，它相对于机床原点的坐标是一个已知数，一个固定值。每次开机启动后，或当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时，都应该先让各轴回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。工件原点programorigin在对零件图形进行编程计算时，为了编程方便，需要在零件图样上的适当位置建立编程坐标系，其坐标原点即为程序原点。而要把程序应用到机床上，程序原点应该对应工件毛坯的特定位置，其在机床坐标系中的坐标是多少，必须让机床的数控系统知道，而这一操作是通过对刀来实现的。编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称之为工件原点。对刀操作的目的是为了建立工件坐标系与机床坐标系的关系。7什么是工件坐标系，如何确定工件坐标系？工件坐标系是固定于工件上的笛卡尔坐标系，是编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序起点的，该坐标系的原点可使用人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系。

可通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系。8举例说明程序的基本格式。数控程序的结构一个完整的程序由程序名、程序主体和程序结束指令三部分组成。下面是一个完整的数控加工程序，该程序程序名为O1010，以程序结束指令M30结束。O1010；“程序名”G54G90G99S630M03；G00Z50M08；X0Y0；G81X10Y10Z-15R5F90；X50；“程序主体”Y30；X10；G80；G00Z30M09；M05；M30；“程序结束”程序名：每个独立的程序都有一个自己的程序名。FANUC系统的程序名由O和1~4位数字表示；SIEMENS系统的程序名用%和字母或数字混合组成。程序主体：由若干程序段组成，每个程序段由若干个代码组成，每个代码则由字母（地址符）和数字（有些数字还带有符号）组成。主体最后程序段一般用M05停主轴。程序结束：程序结束指令编在程序最后一行，一般用M02、M30表示。程序段末尾的“；”为程序段结束符号。一个程序段代表一个完整的加工工步或动作。9简述程序指令的类型。准备功能字G指令准备功能字的地址符是G，所以又称G指令，用来规定刀具和工件相对运动的插补方式、刀具补偿、坐标偏移等。G指令由字母“G”和其后两位数字组成，从G00到G99有100种，JB/T3208-1999标准规定如表1-2所示。G指令是程序的主要内容，一般位于程序段中坐标数字的指令前。刀具功能字T指令格式：T＿；T指令为刀具指令，在加工中心机床中，该指令用于自动换刀时选择所需的刀具。在车床中，常为T后跟4位数，前两位为刀具号，后两位为刀具补偿号，如T0101表示调用01号刀具，刀具的偏置量存放在01号寄存器中。在铣、镗床中T后常跟两位数，用于表示刀具号，刀补号则用D代码表示。如T15D17表示调用15号刀具，刀具的偏置量存放在17号寄存器中。T、D控制字可写在同一行，也可分开写。进给功能字F指令格式：F＿；F指令为刀具编程点的进给速度指令，由地址符F和4位以内的数字组成，表示刀具向工件进给的相对速度。F指令为续效指令，一经设定后如未被重新指定，则先前所设定的进给速度继续有效。进给速度单位一般有如下两种表示方法：一种为mm/min；当进给速度与主轴转速有关（如车螺纹）时，单位为mm/r。如F100表示进给速度是100mm/min。这种方法较为直观，目前大多数数控机床都采用此方法。主轴功能字S指令格式：S＿；S指令为主轴转速指令，用来指定主轴的转速，S后跟一串数字。有恒线速（单位为m/min）和恒转速（单位为r/min）两种指令方式。具体方式由G功能字指定。辅助功能字M指令辅助功能指令用于控制机床开关功能的指令，如指定主轴的启停、正反转、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧与松开、刀具的更换等。辅助功能由指令地址符M和后面的两位数字组成，从M00～M99共100种。M指令也有续效指令与非续效指令。10什么是模态、非模态指令？举例说明。模态指令是指该指令一经在一个程序段中指定，便保持有效到被以后的程序段中出现同组类的另一代码所替代（如F指令）；非模态指令是指该指令只在当前程序段有效，如果下一程序段还需要使用此功能则还需要重新书写，如G01为模态指令，可被同组的其他G指令（G00、G02、G03等）取代。2.1数控车床的基本操作1数控系统控制控制面板上有哪些主要控制功能?答：程序编辑，参数设置2如何进行对刀和对刀验证操作？试切对刀及对刀验证步骤Z向对刀启动主轴，采用手轮方式让刀具车削端面，然后停止刀具移动按键进入参数设定页面，按“形状”选择1号刀具存储位置并在输入区域输入“Z0”按软键，工件原点在机床坐标系中的Z坐标就自动计算好了X向对刀启动主轴，采用手轮方式让刀具车削外圆面把刀具沿+Z方向移开，主轴停转之后，测量工件直径，比如Ф19.30按键进入参数设定页面，按“形状”。选择1号刀具存储位置并在输入区域输入“X19.30”按软键，工件原点在机床坐标系中的X坐标就自动计算好了对刀验证利用MDI功能输入一段运动指令如：T0101；G00X21Z0目测观察机床刀具运行位置。如果运行位置正确则对刀操作无误3如果以工件右端面为中心作为编程原点，应如何对切槽刀（前置刀架）Z向对刀启动主轴，采用手轮方式让刀具车削端面，然后停止刀具移动按键进入参数设定页面，按“形状”选择1号刀具存储位置并在输入区域输入“Z0”按软键，工件原点在机床坐标系中的Z坐标就自动计算好了X向对刀启动主轴，采用手轮方式让刀具车削外圆面把刀具沿+Z方向移开，主轴停转之后，测量工件直径，比如Ф19.30按键进入参数设定页面，按“形状”。选择1号刀具存储位置并在输入区域输入“X19.30”按软键，工件原点在机床坐标系中的X坐标就自动计算好了4如何设置主轴转速为1200r/min在MDI模式下输入“M03S1200;insert”2.2阶梯轴零件的编程与加工1思考题（1）G00、G01指令格式如何？使用二者有何区别？答：G00X(U)Z(W)G01X(U)Z(W)FG00为快速定位无F，G01为直线插补要有F值。（2）G98X20Z15F50与G90X20Z15F0.3各有什么区别？答：G98X20Z15F50表示进给速度为50mm/minG90X20Z15F0.3表示进给速度为0.3mm/r（3）G90与G94各适合加工什么类型的零件答：G90加工圆柱面或圆锥面G94加工端面2练习题完成图2-26，2-27，2-28所示零件的编程与加工图2-26零件图O0226；M03S600T0101G00X64Z0G90X60Z-30R-7.5F0.1X56X52X48X44X40G00X100Z100M30图2-27零件图O0227M03S600T0101G00X61Z2G90X55Z-8F0.1X50X45X40X35X30X25X20G00X100Z100M30图2-28零件图O0228M03S600T0101G00X62Z2G94X20Z0R11.5F0.1Z-2Z-4Z-6Z-8Z-9G00X100Z100M302.3成型曲面的编程与加工1思考题（1）轴类零件中圆弧的顺、逆时针是如何判断的答：沿与圆弧所在平面（如XZ平面）相垂直的另一坐标轴的负方向（如-Y方向）看去，顺时针为G02，逆时针为G03，如图2-30所示。图2-30圆弧顺、逆与刀架的关系（2）什么是刀具半径补偿？使用刀具半径补偿指令应注意哪些问题答：为了避免少切或过切现象的产生，使刀尖会自动偏离工件轮廓一个刀尖半径值，即为刀具半径补偿。刀尖半径补偿注意事项=1\*GB3①刀尖半径补偿建立与取消程序段，只能在G00或G01移动指令模式下才有效。=2\*GB3②为保证刀补建立与刀补取消时刀具与工件的安全，通常采用G01运动方式来建立或取消刀补。如果采用G00运动方式来建立或取消刀补，则要确定刀具不与工件发生碰撞。=3\*GB3③为了避免过切或欠切，建立刀尖半径补偿或取消刀尖半径补偿的程序段，最好在工件轮廓线以外，且移动距离应大于一个刀尖半径值。=4\*GB3④使用G41、G42后，必须要用G40取消原补偿状态，才能再次使用G41、G42。=5\*GB3⑤在使用G41、G42指令时，不允许有两句连续的非移动指令，否则会出错。非移动指令包括：M代码、S代码、暂停指令G04等。⑥刀尖半径补偿指令使用前，需通过机床数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀尖半径补偿的相关参数：刀尖圆弧半径R和假想刀尖位置T，作为刀尖半径补偿的依据。刀尖圆弧半径粗加工一般取0.8mm，半精加工取0.4mm，精加工取0.2mm。若粗、精加工采用同一把刀，刀尖半径取0.4mm。例如，数控车床刀架形式为前置刀架，1号刀位为外圆车刀，刀尖圆弧半径为0.2mm，刀尖位置号为3号，参数设置如图2-40所示。图2-40刀尖半径补偿的参数设置（3）G71、G72、G73指令分别适合加工那种类型的轴类零件答：G71外圆粗切循环是一种复合固定循环，适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工。G72轴端面的粗车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。G73封闭切削循环适于对铸、锻毛坯切削，并且毛坯轮廓形状与零件轮廓基本接近，对零件轮廓的单调性则没有要求。2练习题选用合适的指令编写如图2-50、2-51、2-52的零件数控加工程序。图2-50零件图O0250M03S600T0101G00X43Z2G71U1R1G71P60Q200U0.2W0.1F0.1N60G00X0G01Z0G03X12Z-12R12F0.1G01X30W-20X40Z-38N200G00X100Z50M05M30图2-51零件图O0251N010M03S600T0101N020G0X165Z2N030G72W1R1N040G72P50Q200U0.2W0.1F0.1N050G00Z-40N060G01X100N070Z-27G01X70N080N080G03X60Z-22R5N090G01X45Z-10N100Z0N200X165N210G0Z50N220M30图2-52零件图O0252N010M03S500N020T0101N030G0X30Z2N040G71U1R1N050G71P60Q200U0.2W0.1F0.1N060G0X6N070G01Z0N080G03X12Z-3R3N090G01Z-6N100X24Z-12N110Z-16N120G03X20Z-25R25N130G02X20Z-45R25N140G01X24Z-59N150X26N160X28Z-60N200Z-65N210G0X100N220Z100N230M302.4切槽、切段的编程与加工1思考题（1）暂停指令的指令格式是什么？一般用于什么场合答：指令格式=1\*GB3①格式1：G04P；P表示暂停时间，单位为ms（毫秒），不允许使用小数点；=2\*GB3②格式2：G04X；X表示暂停时间，单位为s（秒），不允许使用小数点。适用场合：切槽或钻孔（2）子程序调用的格式是什么？请解释式中的参数含义M98P□□□□

式中，P后可指定8位数字，前四位□□□□数为子程序调用次数，后四位数

表示子程序号。（3）切槽加工中应注意哪些事项在切槽工序中，一般在槽底停留几秒钟保证槽底的表面粗糙度。2在选定切槽加工进给速度时，一定要略小些2练习题完成如图2-61的零件加工，工件外径尺寸已加工完毕，槽宽为3mm。图2-61零件图O00261M03S400T0101G00X0Z5G74R0.3G74Z-20Q12000F0.1G00Z100T0202G00X36Z0M98P030015G00Z-36G75R0.3G75X25Z-42P1500Q1500F0.08G00X100Z100M05M30子程序P0015G00W-9G01U-6F0.1G04X3G00X36M992.5螺纹车削的编程与加工完成图2-71所示轴类零件的车削加工，零件材料为硬铝2A12，毛坯为Φ30×100的铝棒，单件小批量生产。图2-71零件图O0271M03S620T0101G00X30Z5G71U1R1G71P50Q20U0.2W