數控加工與編程

——機電與汽車工程系課程教學目標學生通過本章的學習應達到以下要求：理解數控車削的加工原理，主要加工對象;

理解數控車床的坐標系統；掌握基本加工指令、固定循環功能的編程格式。第２章數控車床的操作與編程全功能數控車床車銑復合中心經濟型數控車床車削中心典型零件車削加工過程視頻錄象

數控車削的主運動是裝夾在主軸上的工件旋轉運動，配合刀具的進給運動，可加工出回轉體零件。G71粗車外圓G72粗車端面G76螺紋加工G73仿形粗車典型車削加工過程模擬動畫數控車床的加工對象:2.1數控車床的構造2.1.1數控車床的基本組成

帶動工件做旋轉數控車床的運動方式:主軸運動,刀具做進給運動

CK7815型數控車床如圖所示。其床身導軌為60°傾斜布置，排屑方便。導軌截面為矩形，剛性很好。主軸由交流調速電機驅動，主軸尾端帶有液壓夾緊油缸，可用于快速自動裝夾工件。床鞍溜板上裝有橫向進給驅動裝置和轉塔刀架，刀盤可選配8位、12位小刀盤和12位大刀盤。縱橫向進給系統采用直流伺服電機帶動滾珠絲杠，使刀架移動。尾座套筒采用液壓驅動。可采用RS232接口和手工鍵盤程序輸入方式，帶有CRT顯示器、數控操作面板和機械操作面板。另外還有防護門罩和排屑裝置。CK7815型數控車床2.2數控車床坐標系的設定2.2數控機床的坐標系1、數控機床坐標系的定義數控機床的操作編程必須使用坐標，度量坐標必須規定坐標系。

根據圖示，標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定：伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90o。則大拇指代表X坐標軸，食指代表Y坐標軸，中指代表Z坐標軸。其中，大拇指的指向為X坐標的正方向，食指的指向為Y坐標的正方向，中指的指向為Z坐標的正方向。2、數控車床坐標軸方向的確定

根據圖示的數控車床結構圖，確定X、Z直線坐標如下（請按圖中按鈕觀察機床運動的方向）：

（1）Z坐標：平行于主軸，刀具離開工件的方向為正。（2）X坐標：工件做旋轉運動，則刀具離開工件的方向為X坐標的正方向。（3）Y坐標：在Z、X坐標確定后，用右手直角坐標系來確定。3、機床坐標系

機床坐標系是用來確定工件坐標的基本坐標系。機床原點：機床原點為機床上的一個固定點。數控車床將其定義在主軸旋轉軸線與卡盤后端面的交點上，如圖所示的M點。機床參考點：數控車床的參考點是刀架相對于機床原點沿X、Z軸正向退至極限的一個固定點，其位置分別由X向與Z向的機械檔塊來確定，且機床在出廠之前由制造商采用精密測量方法確定，如圖所示的R點。

4．工件坐標系的設定

編程時要首先設定下圖的工件坐標系，其上的工件原點又稱為程序原點。工件原點要盡量選擇在工件圖樣的設計基準上，同時要便于編程計算。表2-1常用G功能指令(HNC—22T)注：①表內00組為非模態指令，只在本程序段內有效。其它組為模態指令，一次指定后持續有效，直到被本組其它代碼所取代。?②標有*的G代碼為數控系統通電啟動后的默認狀態。

2.3基本編程指令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位數)

2．M功能(格式：M2，M后可跟2位數)車削中常用的M功能指令有：

M00——進給暫停M01——條件暫停M02——程序結束

M03——主軸正轉M04——主軸反轉M05——主軸停轉

M07、M08——開切削液M09——關切削液

M30——程序結束并返回到開始處M98——子程序調用

M99——子程序返回

3．T功能(格式：T2或T4)有的機床T后只允許跟2位數字，即只表示刀具號，刀具補償則由其他指令表示。有的機床T后則允許跟4位數字，前2位表示刀具號，后2位表示刀具補償號。

T××××T××

刀補存儲器號 刀補存儲器號 刀具號 刀具號

4．S功能(格式：S4，S后可跟4位數)用于控制帶動工件旋轉的主軸的轉速。實際加工時，還受到機床面板上的主軸速度修調倍率開關的影響。按公式：N=1000vc/D，可根據某材料查得切削速度vc，然后即可求得N。例如：若要求車直徑為60?mm的外圓時切削速度控制到48?mm/min，則換算得：N?=?250r/min(轉/分鐘)，則在程序中指令為S250。2.3.2車床的編程方式

1．絕對編程方式和增量編程方式圖

編程方式示例絕對編程是指程序段中的坐標點值均是相對于坐標原點來計量的，常用G90來指定。增量(相對)編程是指程序段中的坐標點值均是相對于起點來計量的，常用G91來指定。如對圖所示的直線段AB編程為：絕對編程：G90G01X100.0Z50.0;增量編程：G91G01X60.0Z?-100.0;注：在某些機床中用X、Z表示絕對編程，用U、W表示相對編程，允許在同一程序段中混合使用絕對和相對編程方法。如上圖直線AB，可用：絕對：G01X100.0Z50.0；相對：G01U60.0W?-100.0;混用：G01X100.0W?-100.0；或G01U60.0Z50.0;這種編程方法不需要在程序段前用G90或G91來指定。

2．直徑編程與半徑編程當地址X后所跟的坐標值是直徑時，稱直徑編程，如前所述直線AB的編程例子。當地址X后所跟的坐標值是半徑時，稱半徑編程，則應寫為：G90G01X50.0Z50.0;注：(1)直徑或半徑編程方式可在機床控制系統中用參數來指定，HNC—22T系統中可用G36指定直徑編程，用G37指定半徑編程。

(2)無論是直徑編程還是半徑編程，圓弧插補時R、I和K的值均以半徑值計量。2.3.3基本編程指令1.G00－快速點定位指令

G00使刀具以點位控制方式從其所在點以最快速度移動到坐標系的另一點。注意:刀具的實際運動軌跡并非直線,只是快速定位，而無運動軌跡要求。書寫格式:Ｇ００Ｘ(U)___Y(V)__Z(W)__目標點坐標其中X、Y、Z為目標點坐標，U、V、W為增量坐標編程方式。目標點坐標進給速度G01直線插補程序段控制各軸以指定的進給速率沿直線方向從現在位置移動到指令位置。G01是模態代碼

書寫方式：Ｇ0１Ｘ＿＿Y＿＿Ｚ＿＿Ｆ＿＿

２.G01

—直線插補例：實現右圖所示從A點到B點的直線插補運動,其程序段為：絕對方式編程G90G01X10Y10F100增量方式編程G91

G01X-10Y-20F100

3．G02、G03—圓弧插補指令該指令命令刀具在XZ坐標平面內，按指定的F進給速度進行圓插補運動，切削出圓弧輪廓。程序格式：XY平面圓弧插補指令程序格式：G17G02Ｘ＿Y＿Ｚ＿I＿J＿

K＿

(R＿)F＿

或G17G03Ｘ＿Y＿Ｚ＿I＿J＿

K＿

(R＿)F＿其中：

X、Y、Z的值是指圓弧插補的終點坐標值；

I、J、K是指圓弧起點到圓心的增量坐標

R為指定圓弧半徑，當圓弧的圓心角≤180°時，R值為正，當圓弧的圓心角＞180°時，R值為負。圓弧插補指令的應用舉例：在右圖中，當圓弧A的起點為P1，終點為P2，圓弧插補程序段為G02X321.65Y280I40J140F50

或：G02X321.65Y280R-145.6F50當圓弧A的起點為P2，終點為P1時，圓弧插補程序段為G03X160Y60I-121.65J-80F50

或：G03X160Y60R-145.6F50

4．G04——暫停延時格式：G04P... 后跟整數值，單位ms(毫秒)或G04X(U)... 后跟帶小數點的數，單位s(秒)由于在兩不同軸進給程序段轉換時存在各軸的自動加減速調整，可能導致刀具在拐角處的切削不完整。如果拐角精度要求很嚴，其軌跡必須是直角時，應在拐角處使用暫停指令。例如：欲停留1.5s時，程序段為

G04X1.5;或G04P1500;

5．G71——外圓粗車復合循環

它適用于圓柱毛坯料粗車外徑和圓棒毛坯料粗車內徑。當給出如圖所示的精加工形狀的路線A→A′→B及每次背車刀量，就會進行平行于Z軸的多次切削，最后再按預留的徑向精車余量△U/2、軸向精車余量△W,使用G70指令進行精加工。

G71U(△d)R(e)；G71P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F_S_；N(ns)……；……程序段號N(ns)到N(nf)之間的程序段定義工件A→A′→BN(nf)……；之間的精車路線其中△d—粗加工每次背吃刀量（半徑值），無符號，車削方向沿AA′的方向；e—退刀量，該參數為模態值，直到指定另一個值前保持不變；ns—精車程序第一個程序段的順序號；nf—精車程序最后一個程序段的順序號；△u—X方向預留精車余量（直徑值）；△w—Z方向預留精車余量。G71粗車循環類型一舉例例：零件輪廓在X和Z方向坐標值必須是單調增加或減小，由A至Aˊ刀具垂直于Z軸移動。如圖所示的零件為使用G71循環指令粗車外圓的實例，毛坯為Φ45棒料。選定粗車的背吃刀量為2mm，預留精車余量X方向0.5mm,Z方向0.25mm,粗車進給速度0.3mm/r，主軸轉速為850r/min，精車進給速度0.15mm/r，主軸轉速為1000r/min。6.G70——精車循環使用G71、G72、G73指令完成零件的粗車加工之后，可以用G70指令進行精加工，切除粗車循環中留下的余量。指令的格式為：G70P(ns)Q(nf)；其中ns—精車程序第一個程序段的順序號；nf—精車程序最后一個程序段的順序號。G70指令在程序中不能單獨出現，要分別與G71、G72、G73配合使用，其編程格式為：……N_G71PnsQnf……；G71、G72或G73粗車循環指令；Nns……；為粗車循環定義的精加工路徑的第一個程序段；……Nnf……；為粗車循環定義的精加工路徑的最后一個程序段；G70PnsQnf

；精車循環指令；……

7．G72——端面粗車復合循環

端面粗切循環是一種復合固定循環。端面粗切循環適于Z向余量小，X向余量大的棒料粗加工，加工過程如下圖所示。編程格式G72U(△d)R(e)G72P(ns)Q(nf)U±(△u)W±(△w)F(f)S(s)T(t)其中各參數的含義與G71指令中的相同。

G72與G71指令加工方式相同，只是車削循環是沿著平行于X軸進行的

8．G73——環狀粗車復合循環封閉切削循環是一種復合固定循環，加工過程如上圖所示，對零件輪廓的單調性則沒有要求。

編程格式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與G71指令中的相同。i—X軸的退刀距離和方向（半徑值）；k—Z軸的退刀距離和方向；d—粗車循環次數。固定形狀粗車循環是按照一定的切削形狀，逐漸地接近最終形狀的循環切削方式。一般用于車削零件毛坯的形狀已用鍛造或鑄造方法成形的零件的粗車，加工效率很高。

2.4螺紋車削程序的編寫2.4.1基本螺紋車削指令G32

(1)功能：執行單行程螺紋切削，車刀的切入、切出、返回均需編入程序。

(2)指令格式G32X(U)_Z(W)_F_；

X省略時為圓柱螺紋切削，Z省略時為端面螺紋切削；X、Z均不省略時為錐螺紋切削；圓柱螺紋切削

圓錐螺紋切削

表2-2常用公制螺紋切削的進給次數與背吃刀量(雙邊)mm例如圖所示圓柱螺紋切削，螺紋導程為1.5mm。其車削程序編寫如下：

……N20G00Z2.0；沿Z軸快進到螺紋切削始點；N21X29.2；沿X軸快進到螺紋切削始點；N22G32Z-51.0F1.5；螺紋車削第一次進給；N23G00X40.0；沿X軸快速退刀；N24Z2.0；沿X軸快速退刀；N25X28.6；沿X軸快進到第二次螺紋切削始點；N26G32Z-51.0；螺紋車削第二次進給；N27G00X40.0；N28Z2.0；N29X28.2；N30G32Z-51.0；螺紋車削第三次進給；N31G00X40.0；N32Z2.0；N33X28.04；N34G32Z-51.0；螺紋車削第四次進給；N35G00X40.0；……圓柱螺紋車削編程圖例

2.4.2螺紋切削循環指令G92(1)功能：簡單螺紋切削循環，其循環路線同前述簡單固定循環，只是將F后的進給量改為螺距值即可。(2)指令格式直螺紋:G92X(U)_Z(W)_F_；矩形循環錐螺紋:G92X(U)_Z(W)_R_F_；梯形循環其中X(U)、Z(W)為螺紋終點坐標，F為螺紋的導程，R為螺紋始點與終點的半徑差,有正負號之分。(2)螺紋切削循環指令G92可車削圓柱螺紋和圓錐螺紋。……N20G00X40.0Z2.0；快進到螺紋切削始點(40.0,2.0)；N21G92X29.2Z-51.0F1.5；第一次螺紋車削循環；N22X28.6；第二次螺紋車削循環；N23X28.2；第三次螺紋車削循環；N24X28.04；第四次螺紋車削循環；……例如圖G92指令編寫程序。2.4.3車螺紋復合循環G76

(1)功能：復合螺紋切削循環指令可以完成一個螺紋段的全部加工任務。（2）格式：G76C(m)R(r)E(e)