数控车编程实训教案

数控车编程实训教案工程训练中心2009年12月

长春工业大学工程训练课程教案教师姓名实训项目名称数控车编程实训时间30分钟地点数控车编程实训室讲授内容教学目的及要求：1、了解数控技术的产生与发展。2、了解数控车床的加工工艺。3、掌握数控车床手工编程的方法。4、掌握数控车床CAD/CAM的应用。教学重点：数控车床的编程。教学难点：数控车床的手工编程。教学内容：数控技术的产生与发展随着生产力的发展和科学技术的不断进步，社会对产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。机械加工的自动化是实现上述要求的重要措施之一。特别在家用电器、农用机械、汽车等行业，由于生产的产品批量比较大，通常采用专用机床，组合机床及自动化生产线。虽然前期的投入比较大，但是由于生产的高效率使平摊到每个产品的费用非常低，利润还是很可观的。但是在机械加工中，有很大一部分产品都是中小批量生产的，特别是在航天、航空、国防等部门，这些部门的产品都是精度要求高、形状复杂，而且经常的更新换代。采用专用机床，自动化生产线就明显不合适了。这时候一种新兴的柔性制造技术———数控技术，就产生了。它的产生为精度要求高，形状复杂，中小批量生产的零件提供了自动化的加工手段。1948年，美国的帕森斯公司在研制直升飞机轮叶片检验用样板的机床时，首先提出来用电子计算机控制机床的设想。1952年受美国空军的委托，它和麻省理工学院的司服机构，共同研制出世界上第一台三坐标的数控铣床，1955年进入使用阶段。我们国家是1958年才开始研制数控机床，今年来采用了国外的一些先进数控系统，有了很大的发展，但同国际发达国家相比还有一定的差距。第二章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：选择适合在数控车床上加工的零件。分析被加工零件图样。明确加工内容和技术要求。设定坐标系。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。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。8、编制加工程序，检验调试，完成零件加工。第三章数控车床的手工编程一、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：是指刀架中心退离距机床原点较远的一个固定点。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：是以机床参考点为坐标原点建立起来的X、Z轴二维坐标系。Z轴与主轴中心线平行，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。二、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；O程序名以O打头，最多可由8位数指定；N程序顺序号以N打头，最多可由5位数指定；G准备功能，指令动作方式，范围00～99；X、Z绝对坐标，单位mm；U、W相对坐标，在循环指令中还可表示加工余量，单位mm；R在圆弧指令中表示圆弧半径，单位mm；F进给量、螺纹导程；S主轴功能，指定主轴转速；T刀具功能，指定刀具和刀补；M辅助功能；三、数控车床编程指令简介1、准备功能G指令快速定位指令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）。G00U-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。图1图2表1准备功能代码功能代码功能G00快速定位*G71外圆粗切削复循环G01直线插补G72端面粗切削复循环G02圆弧插补G73成型切削复循环G03圆弧插补G76螺纹切削复循环G04暂停G77外圆粗切削固定循环G20英制输入G78螺纹切削固定循环G21公制输入*G79端面粗切削固定循环G33螺纹加工G94每分钟进给*G40取消刀尖半径补偿*G95每转进给G41刀尖半径左补偿G96主轴恒线速G42刀尖半径右补偿G97取消主轴恒线速*G70精加工循环注：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。G01X100Z100F0.2；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：图3图4G03X60Z0R30F0.1；加工半径为30mm的顺时针圆弧，刀具以0.1mm/rG02U40W-20R25F0.1；加工逆时针圆弧，X方向实际的变化量为40mm，Z方向上的变化量为-20mm，见图4圆弧2（4）螺纹切削G33指令格式：G33X（U）＿Z（W）＿F＿；F为螺距（5）循环指令G70、G71、G72、G78外圆粗切削复循环G71指令格式：G71U＿R＿；G71P＿Q＿U＿W＿F＿S＿T＿；U：切削量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W：Z向的加工余量路径程式中的F、S、T指令无效。F、S、T是以粗切削复循环的指令来指定或先前所指定。G71U3R2；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。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精切削循环G70指令格式：G70P＿Q＿；表示精切削 P～Q的程序段。④螺纹切削固定循环G78指令格式：G78X（U）＿Z（W）＿F＿；此循环为直线螺纹切削，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），F为螺距。G78X19.2Z30F1；X18.8；X18.6；表示切削直径为20mm，螺距1mm的螺纹。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）表2辅助功能序号代码功能1M00程序停止2M01选择性停止3M03主轴正转4M04主轴反转5M05主轴停止6M08冷却开7M09冷却关8M30程序结束9M98调子程序10M99返回主程序调用子程序指令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。进给速度指令F在G94下为mm/min，在G95下为mm/r。可由8位数指定，整数5位，小数3位。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，前两位为刀具号，后两位为刀补号。刀补是对刀时刀具的补偿值。通常刀具号与刀补号一致。例如：T0101表示1号刀具，1号刀补。四、编程举例图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N10S800T0101；主轴每分钟800转1号刀1号刀补N20M03；主轴正转N30G00X40Z2；快速移动到循环起始点N40G71U2R3；设定循环的切削量和退刀量N50G71P60Q90U1W0.2F0.2N60GO1X20Z0F0.1N70Z-20；¨N80X30Z-30；¨N90Z-50；¨N100G70P60Q90；N11N12N13五、独立编程按照图7尺寸要求编制加工程序。毛坯直径为φ32mm图7工程实训图，毛坯直径φ25mm。图8图9图10自动编程图：毛坯直径φ32mm图11图12第四章CAXA数控车2000软件的自动编程CAXA数控车2000软件功能简介CAXA数控车2000是一套Windows风格的中文软件，它通过二维图形，利用软件与数控加工相关的菜单功能，可以自动生成适用于数控系统的加工程序，从而实现了CAD/CAM的统一。基本功能如下：绘制图形自动生成零件加工的刀具轨迹可以对加工零件进行模拟加工自动生成零件的加工程序CAXA数控车2000的运行打开计算机，用鼠标左键双击桌面上的“CAXA数控车”图标,进入初始界面。见图13绘制图形我们通过绘制图14介绍如何绘制图形。在这里只需绘制出工件和毛坯轮廓正向的一半即可。选择一个平面作为绘制图形的平面，并确定工件坐标系。在这里直接使用软件初始状态的X、Z平面与坐标系，坐标系中Z轴为机床主轴方向，X轴为横向进刀方向。首先点击直线图标，然后在参数表里会出现直线命令的无模式菜单，见图：选择“两点线”方式，此时在屏幕左下角的状态栏里会提示：“第一点”，要求输入直线的第一点。按“回车（Enter）”键，在屏幕绘图区会出现输入坐标的对话框，输入坐标（0，0）并按“回车”确认（先输入Z值，再输入X值），如图：状态栏提示：“第二点”，要求输入直线的第二点A点。和第一点的输入方式一样，按“回车”键，输入（-20，8）并确认，屏幕上在坐标（0，0）和（-20，8）之间便出现了一条直线。按同样方法依次输入坐标B（-40，8）、C（-50，16）、D（0，16）、（0，0），按鼠标右键，结束画图命令即可绘制出图14。直线OABC为工件表面轮廓，直线ODC为毛坯轮廓。图14生成刀具加工轨迹首先点击“轮廓粗车”图标，系统会弹出一个粗车参数表，如图15加工参数点击对话框中的“加工参数”标签即可进入加工参数表。加工参数表主要是对粗加工中各种工艺条件和加工方式进行限定。各加工参数含义如下：加工表面类型：外轮廓：采用外轮廓车刀加工外轮廓。内轮廓：采用内轮廓车刀加工内轮廓。端面：采用端面车刀加工端面。加工参数：加工精度：指样条线的拟合精度，系统将按给定的精度把样条线转化成直线段来满足用户所需的加工精度。对于轮廓中的直线和圆弧，机床可以精确的加工。加工余量：加工后，被加工表面的剩余量（与最终加工结果比较）。加工角度（度）：刀具的切削方向与机床Z轴正方向的夹角。切削行距：切削的深度，两相临切削行之间的距离。干涉前角：做前角干涉检查时，确定干涉检查的角度。干涉后角：做底切干涉检查时，确定干涉检查的角度。拐角过度方式：尖角：在切削过程中遇到拐角时，刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以尖角的方式过渡。圆弧：在切削过程中遇到拐角时，刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以圆弧的方式过渡。反向走刀：否：刀具按缺省方向走刀，即刀具从机床Z轴的正向向Z轴的负向移动。是：刀具按与缺省方向相反的方向走刀。详细干涉检查：否：假定刀具前后干涉都是0度，对凹槽部分不做加工，以保证切削轨迹无前角及底切干涉。是：加工凹槽时，用定义的干涉角度检查加工中是否有刀具前角及底切干涉，并按定义的干涉角度生成无干涉的切削轨迹。退刀时沿轮廓走刀：是：两刀位行之间如果有一段轮廓，在后一刀位行之前、之后增加对行间轮廓的加工。否：刀位行首末直接退刀，不加工行与行之间的轮廓。刀具半径补偿：编程时考虑半径补偿：在生成加工轨迹时，系统根据当前所用刀具的刀尖半径进行补偿计算（按假象刀尖点编程）。所生成代码即为已考虑半径补偿的代码，无需机床再进行刀尖半径补偿。由机床进行半径补偿：在生成加工轨迹时，假设刀尖半径为零，按轮廓编程，不进行刀尖半径计算。所生成代码在用于实际加工时应根据实际刀尖半径由机床指定补偿值。2)进退刀方式点击对话框中的“进退刀方式”标签即可进入进退刀方式参数表。该表用于对加工中的进退刀方式进行设定。见图16：进刀方式：相对毛坯进刀方式用于指定对毛坯部分进行切削时的进刀方式，相对加工表面进刀方式用于指定对加工表面部分进行切削时的进刀方式。与加工表面成定角：指在每一切削行前加入一段与轨迹切削方向夹角成一定角度的进刀段，刀具垂直该进刀段的起点，再沿该进刀段进刀至切削行。角度定义该进刀段与轨迹切削方向的夹角，长度定义该进刀段的长度。垂直进刀：指刀具垂直进刀到每一切削行的起始点。矢量进刀：指在每一切削行前加入一段与机床Z轴正向成一定夹角的进刀段，刀具进刀到该进刀段的起点，再沿该进刀段进刀至切削行。角度定义矢量（进刀段）与机床Z轴正向的夹角，长度定义该退刀段的长度。退刀方式：相对毛坯退刀方式用于指定对毛坯部分进行切削的退刀方式，相对加工表面退刀方式用于指定对加工表面部分进行切削时的退刀方式。与加工表面成定角:指在每一切削行后加入一段与轨迹切削方向夹角成一定角度的退刀段，刀具先沿该退刀段退刀，再从该退刀段的末点开始垂直退刀。角度定义该退刀段与轨迹切削方向的夹角，长度定义该退刀段的长度。轮廓垂直退刀：指刀具沿每一切削行的末点垂直退刀。轮廓矢量退刀：指在每一切削行后加入一段与机床Z轴正方向成一定夹角的退刀段，刀具先沿该退刀段退刀，再从该退刀段的末点开始垂直退刀。角度定义矢量（退刀段）与机床Z轴的正方向的夹角，长度定义矢量（退刀段）的长度快速退刀距离：以给定的退刀速度回退的距离（相对值），在此距离上以机床允许的最大进给速度退刀。切削用量在每种刀具轨迹生成时，都需要设置一些与切削用量及机床加工相关的参数。点击“切削用量”标签可进入切削用量参数设置页，如图17：速度设定：主轴转速：机床主轴旋转的速度。单位：转/分。切削速度：刀具切削工件时的进给速度。单位：毫米/分、毫米/转。接近速度：刀具接近工件时的进给速度。退刀速度：刀具离开工件时的速度。主轴转速选项：恒转速：切削过程中按指定的主轴转速保持主轴转速恒定，直到下一指令改变该转速。恒线速度：切削过程中按指定的线速度值保持线速度恒定。样条拟和方式：直线拟和：对加工轮廓中的样条线根据给定的加工精度用直线段进行拟和。圆弧拟和：对加工轮廓中的样条线根据给定的加工精度用圆弧段进行拟和。轮廓车刀点击“轮廓车刀”标签可进入轮廓车刀参数