《機(jī)床數(shù)控技術(shù) 第2版》課件全套 杜國臣 第1-6章 緒論、數(shù)控加工工藝基礎(chǔ) -數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

第1章

緒

論

數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床各移動(dòng)部件相對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的機(jī)床，它是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)控制、精密檢測及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高復(fù)合化、高智能化和高可靠性等方向發(fā)展，同時(shí)其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。1.1概

述

1.1.1

數(shù)控機(jī)床的定義

數(shù)控機(jī)床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。即將機(jī)床的各種動(dòng)作、工件的形狀、尺寸以及機(jī)床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運(yùn)算以及處理，發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令，自動(dòng)地控制機(jī)床的刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的工件。1.1.2

數(shù)控機(jī)床的組成及加工零件的工作過程1.

數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床主要由程序介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床主體四部分組成，如圖所示。1）程序介質(zhì)

程序介質(zhì)用于記載機(jī)床加工零件的全部信息。如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的程序介質(zhì)有穿孔帶（如圖所示）、磁帶、磁盤和U盤等。2）數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的中樞系統(tǒng)，它的基本任務(wù)是接收程序介質(zhì)帶來的信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接受的指令信號(hào)，然后將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制的伺服系統(tǒng)。3）伺服系統(tǒng)

由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來的指令脈沖信號(hào)，控制機(jī)床執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量，以完成零件的自動(dòng)加工。如圖為西門子802D數(shù)控系統(tǒng)。4）機(jī)床主體

機(jī)床主體也稱主機(jī)，包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái)(刀架)、導(dǎo)軌等。圖為數(shù)控車床主體結(jié)構(gòu)。2.數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程

在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要事先根據(jù)零件加工圖紙的要求確定零件加工路線、工藝參數(shù)和刀具數(shù)據(jù)，再按數(shù)控機(jī)床編程手冊的有關(guān)規(guī)定編寫零件數(shù)控加工程序，然后通過輸入裝置將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置經(jīng)過處理與計(jì)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，通過伺服系統(tǒng)使機(jī)床按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行零件的切削加工。數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程如圖所示。1）程序編制

首先根據(jù)圖紙，對工件的形狀、尺寸、位置關(guān)系、技術(shù)要求等進(jìn)行工藝分析，然后確定合理的加工方案、加工路線、裝夾方式、刀具及切削參數(shù)和圖形輪廓的坐標(biāo)值計(jì)算（數(shù)學(xué)處理）等。2）程序輸入

數(shù)控加工程序通過輸入裝置輸入到數(shù)控裝置。3）數(shù)據(jù)處理

數(shù)控裝置首先對輸入的程序進(jìn)行譯碼，同時(shí)還完成對程序段的語法檢查，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4）插補(bǔ)運(yùn)算

數(shù)控加工程序提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具從起點(diǎn)沿直線或圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)的過程則要通過數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)軟件來控制。5）伺服控制與零件加工

伺服系統(tǒng)接受插補(bǔ)運(yùn)算后的脈沖指令信號(hào)或插補(bǔ)周期內(nèi)的位置增量信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)床的執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)，從而將毛坯加工出零件。1.1.3

數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床是一種高效的自動(dòng)化機(jī)床，具有廣泛的應(yīng)用前景。它與普通機(jī)床相比具有以下特點(diǎn)：

1）精度高、質(zhì)量穩(wěn)定2）適應(yīng)性強(qiáng)3）生產(chǎn)率高4）勞動(dòng)條件好5）便于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理6）使用與維護(hù)要求高1.1.4

數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)1.

主要規(guī)格尺寸

數(shù)控車床的主要規(guī)格尺寸有床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、加工最大工件長度、最大車削直徑等。2.

主軸系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床主軸采用直流或交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有較寬的調(diào)速范圍和較高的回轉(zhuǎn)精度，主軸本身的剛度與抗振性比較好。3.進(jìn)給系統(tǒng)

進(jìn)給系統(tǒng)有進(jìn)給速度范圍、脈沖當(dāng)量、定位精度和重復(fù)定位精度等主要技術(shù)參數(shù)。4.刀具系統(tǒng)

數(shù)控車床刀具系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)有刀架工位數(shù)、換刀時(shí)間、重復(fù)定位精度等。

1.2數(shù)控機(jī)床的分類

1.2.1按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡分類1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是要求保證點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位。它只能控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，對于兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡不作嚴(yán)格要求。對于點(diǎn)位控制的孔加工機(jī)床只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)，在刀具運(yùn)動(dòng)過程中，不進(jìn)行切削加工,如圖所示。2.直線控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是不僅要控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要保證在兩點(diǎn)之間機(jī)床的刀具走的是沿平行于坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45°角方向的一條直線，而且在走直線的過程中往往要進(jìn)行切削,如圖所示。3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是不僅要控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要保證兩點(diǎn)之間的軌跡要按一定的曲線進(jìn)行。這種系統(tǒng)必須控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸能夠同時(shí)運(yùn)動(dòng),如圖所示。1.2.2按伺服系統(tǒng)類型分類1.

開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床沒有位移檢測反饋裝置的數(shù)控機(jī)床稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令直接通過驅(qū)動(dòng)裝置控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成刀架或工作臺(tái)的位移,如圖所示。2.

閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測裝置，而且檢測裝置安裝在機(jī)床刀架或工作臺(tái)等執(zhí)行件上，用以隨時(shí)檢測這些執(zhí)行部件的實(shí)際位置。指令位置值與反饋的實(shí)際位置值相比較，根據(jù)差值控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行誤差修正，直到位置誤差消除為止,如圖所示。3.

半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床也帶有位置檢測裝置，它的檢測裝置安裝在伺服電機(jī)上或絲杠的端部，通過檢測伺服電機(jī)或絲杠的角位移間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)等執(zhí)行部件的實(shí)際位置值，然后與指令位置值進(jìn)行比較，進(jìn)行差值控制。如圖所示。1.2.3

按系統(tǒng)功能水平分類

按照數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分，數(shù)控機(jī)床可以分為經(jīng)濟(jì)型、中擋型和高檔型三種類型。1.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床

這類機(jī)床的伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)一般是由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的開環(huán)驅(qū)動(dòng)，功能比較簡單、價(jià)格比較低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、圓弧及螺紋加工。2.

中檔型數(shù)控機(jī)床

中檔型數(shù)控機(jī)床也稱標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床，采用交流或直流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動(dòng)控制，脈沖當(dāng)量為1

m，進(jìn)給速度為15~24m／min，一般采用16位或32位處理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和內(nèi)裝PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。3.高檔型數(shù)控機(jī)床

高檔型數(shù)控機(jī)床指加工復(fù)雜形狀的多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，其功能強(qiáng)、工序集中、自動(dòng)化程度高。1.2.4

按加工工藝方法分類1.

金屬切削類數(shù)控機(jī)床

金屬切削數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床品種一樣，有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、帶有刀庫和能實(shí)現(xiàn)多工序加工的鏜銑加工中心和車削中心等。2.金屬成形類數(shù)控機(jī)床

金屬成形數(shù)控機(jī)床指使用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控壓力機(jī)、折彎機(jī)、旋壓機(jī)、彎管機(jī)等。3.

特種加工類數(shù)控機(jī)床

特種加工數(shù)控機(jī)床主要指數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成形機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控水刀切割機(jī)等。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程與趨勢

1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程

1948年美國帕森斯公司（ParsonsCo）在研制加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板的機(jī)床時(shí)，提出了數(shù)控機(jī)床的設(shè)想，后來得到美國空軍的支持，并與美國麻省理工學(xué)院（MIT）合作，于1952年研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，如圖所示。1954年底，美國本迪克斯公司（BendixCo）在帕森斯專利的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床。1959年晶體管出現(xiàn)，電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用晶體管元件和印刷電路板，從而使數(shù)控系統(tǒng)跨入了第二代。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都屬于硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱為NC）。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，由此組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。20世紀(jì)70年代初，微處理機(jī)出現(xiàn)，以微處理機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC，通稱為CNC）。自此，開始了數(shù)控機(jī)床大發(fā)展的時(shí)代。進(jìn)入80年代，微處理機(jī)升檔更加迅速，極大地促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床向柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）方向發(fā)展。并奠定了向規(guī)模更大、層次更高的生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末期，又出現(xiàn)了以提高綜合效益為目的，以人為主體，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱，綜合應(yīng)用信息、材料、能源、環(huán)境等高新技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，研究并改造傳統(tǒng)制造過程作用于產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有適用技術(shù)—通稱為先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufactuingTechnology，AMT)。我國從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，從采用電子管著手，到20世紀(jì)60年代曾研究出部分樣機(jī)，1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并在1968年由北京第一機(jī)床廠研制出第一臺(tái)數(shù)控銑床，如圖所示。到20世紀(jì)70年代初又研究出數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和加工中心等。20世紀(jì)80年代初隨著改革開放政策的實(shí)施，我國從國外引進(jìn)技術(shù)，開始了批量生產(chǎn)微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，推動(dòng)了我國數(shù)控機(jī)床新的發(fā)展高潮，我國開發(fā)了加工中心、數(shù)控車床，數(shù)控銑床、數(shù)控鉆鏜床、數(shù)控磨床等。20世紀(jì)80年代末期，我國還在一定范圍內(nèi)探索實(shí)施CIMS，且取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)和教益。20世紀(jì)90年代我國還加強(qiáng)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)的研制工作，而且取得一定的成效。1.3.2

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)控制、精密檢測及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也得到了長足進(jìn)步。目前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1．高速化

2．高精度化3．多功能化

4．加工功能復(fù)合化5．結(jié)構(gòu)新型化

6．編程技術(shù)自動(dòng)化7．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的智能化

8．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的開放性9．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的高可靠性10．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化1.4小

結(jié)

數(shù)控機(jī)床涉及的內(nèi)容和知識(shí)比較多，本章僅對數(shù)控機(jī)床的基本概念、分類及其發(fā)展與發(fā)展趨勢做了概述。(1)

數(shù)控機(jī)床的基本概念

介紹了數(shù)控機(jī)床的概念、組成及加工零件的過程、特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)等。(2)數(shù)控機(jī)床的分類

按機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡、伺服系統(tǒng)的類型、功能水平及加工方式四方面對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了分類。(3)

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與發(fā)展趨勢介紹了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展和發(fā)展趨勢。第2章數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

數(shù)控機(jī)床是嚴(yán)格按照從外部輸入的程序來自動(dòng)地對被加工工件進(jìn)行加工的。理想的數(shù)控程序不僅應(yīng)該保證能加工出符合圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分地發(fā)揮，以使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效的工作。數(shù)控加工工藝分析和零件圖形的數(shù)學(xué)處理(又稱數(shù)值計(jì)算)是數(shù)控編程前的主要準(zhǔn)備工作，無論對于手工編程還是自動(dòng)編程都是必不可少的。2.1數(shù)控加工工藝分析

2.1.1

數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)與內(nèi)容1．?dāng)?shù)控加工工藝的特點(diǎn)（1）工序內(nèi)容具體。在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，工序卡片的內(nèi)容比較簡單。（2）工序內(nèi)容復(fù)雜。由于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行成本和對操作人員的要求相對較高，在安排零件數(shù)控加工時(shí)，一般應(yīng)首先考慮使用普通機(jī)床加工困難、使用數(shù)控加工能明顯提高效率和提高質(zhì)量的復(fù)雜零件。2．?dāng)?shù)控加工工藝的主要內(nèi)容

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，數(shù)控加工工藝分析主要考慮以下內(nèi)容：（1）分析零件圖紙，明確加工內(nèi)容、精度及技術(shù)要求；（2）制定工藝過程，確定加工方案。（3）設(shè)計(jì)工序內(nèi)容，如工步的劃分、工件的定位與夾緊、刀具的選擇、切削用量的確定等。（4）圖形的數(shù)學(xué)處理及加工路線的確定等。如基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)計(jì)算；對刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的選擇；加工路線確定等。（5）編制工藝文件。包括工藝過程卡、工序卡、刀具卡、加工路線圖等。2.1.2數(shù)控加工工藝性分析1.零件圖的尺寸標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的原則(1)零件圖上的尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)。(2)構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分。2.零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)(1)零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。(2)內(nèi)腔和外形凹槽轉(zhuǎn)接圓弧半徑R不應(yīng)過小。(3)內(nèi)腔槽底圓角半徑r不應(yīng)過大。(4)應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。2.1.3加工方法與加工方案的確定1.加工方法的選擇

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法很多，在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。2.加工方案的確定

零件上比較精確表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確的確定從毛坯到最終成形的加工方案。2.1.4工序與工步的劃分1.工序的劃分

首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上完成整個(gè)零件的加工工作，若不能則應(yīng)決定其中哪一部分在數(shù)控機(jī)床上加工，哪一部分在其他機(jī)床上加工，即對零件的加工工序進(jìn)行劃分。一般有以下幾種方式。(1)按零件裝卡定位方式劃分工序。(2)按粗、精加工分開方式劃分工序。(3)按所用刀具集中方式劃分工序。2.工步的劃分

工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。下面說明工步劃分的原則：(1)先粗后精的原則。(2)先面后孔的原則。(3)刀具集中的原則。2.1.5零件的定位與安裝1.定位安裝的基本原則

在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，定位安裝的基本原則與普通機(jī)床相同，也要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。為了提高數(shù)控機(jī)床的效率，在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。(2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工面。(3)避免采用占機(jī)人工調(diào)試加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。(4)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。2.選擇夾具的基本原則

數(shù)控加工的特點(diǎn)對夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。其次，還要考慮以下三點(diǎn)：(1)準(zhǔn)備時(shí)間短。(2)裝卸零件方便。(3)便于自動(dòng)化加工。2.1.6數(shù)控加工刀具與工具系統(tǒng)

刀具與工具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要的內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具和工具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定

、安裝調(diào)整方便等。1.數(shù)控加工刀具材料(1)高速鋼。(2)硬質(zhì)合金。(3)涂層硬質(zhì)合金。(4)陶瓷材料。(5)立方氮化硼(CBN)。(6)聚晶金剛石(PCD)。2.數(shù)控加工刀具

1)車削加工刀具

數(shù)控車床使用的刀具，無論是車刀、鏜刀、切斷刀還是螺紋加工刀具等均有焊接式和機(jī)夾式之分，目前數(shù)控車床上廣泛使用機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具，其結(jié)構(gòu)如圖所示。2)銑削加工刀具

選擇銑刀時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。3)孔加工刀具

數(shù)控孔加工刀具常用的有中心鉆、鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。所鏜孔徑的大小靠調(diào)整刀具的懸伸長度保證，調(diào)整較麻煩，僅用于單件小批生產(chǎn)。但單刃鏜刀結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性較廣，粗、精加工都適用。3.數(shù)控機(jī)床的工具系統(tǒng)

在加工中心上要適應(yīng)多種形式零件不同部位的加工，故其刀具裝夾部分的結(jié)構(gòu)、形式、尺寸也是多種多樣的。把通用性較強(qiáng)的幾種裝夾工具(例如裝夾不同刀具的刀柄和夾頭等)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化就成為通常所說的工具系統(tǒng)。該工具系統(tǒng)，是一個(gè)聯(lián)系數(shù)控機(jī)床的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點(diǎn)。如圖為鉆頭與刀柄的連接圖。4.對刀儀

對刀儀又稱刀具預(yù)調(diào)儀，是用來調(diào)整或測量刀具尺寸的，是數(shù)控機(jī)床的輔助工具。從工作方式上看，對刀儀分機(jī)內(nèi)測量和機(jī)外測量兩種；從結(jié)構(gòu)與原理上又分接觸式測量和非接觸式測量。機(jī)外測量需要將每把刀具依次測量其長度或直徑，并輸入到系統(tǒng)中，常用的有光學(xué)投影式對刀儀等。機(jī)內(nèi)測量是將刀庫中的刀具按事先設(shè)定的程序進(jìn)行測量，然后與參考位置或者標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行比較得到刀具的長度或直徑，并自動(dòng)更新到相應(yīng)的NC刀具參數(shù)表中，常用的有壓電式對刀儀和激光式對刀儀等。對刀儀對刀精度一般在0.001mm左右。2.1.7切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(或切削速度)、背吃刀量、進(jìn)給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。

(1)背吃刀量ap(mm)。背吃刀量ap主要根據(jù)機(jī)床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進(jìn)給次數(shù)切除加工余量，最好一次切凈余量，以便提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控機(jī)床上，精加工余量可小于普通機(jī)床，一般取0.2mm~0.5mm。(2)主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速n主要根據(jù)允許的切削速度v(m/min)選取。

式中

v——切削速度，由刀具耐用度決定，可查有關(guān)手冊或刀具說明書。幾種常用刀具的切削速度見附表。

D——工件或刀具直徑(mm)。(3)進(jìn)給量(進(jìn)給速度)f(mm/min或mm/r)。進(jìn)給量(進(jìn)給速度)f是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。2.1.8數(shù)控加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具的刀位點(diǎn)相對于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為加工路線。所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具對刀時(shí)的理論刀尖點(diǎn)，也是刀具定位的基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖所示。1.加工路線的確定原則

編程時(shí)，加工路線的確定原則主要有以下幾點(diǎn)：(1)加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高、走刀安全；(2)使數(shù)值計(jì)算簡單，以減少編程工作量；(3)應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時(shí)間。2.車削加工路線的確定1)最短的車削加工路線車削進(jìn)給路線為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。圖為粗車幾種不同車削進(jìn)給路線的安排示意圖。其中圖(a)表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復(fù)合循環(huán)功能控制車刀沿著工件輪廓進(jìn)行進(jìn)給的路線；圖(b)為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”進(jìn)給路線；圖(c)為利用其矩形循環(huán)功能而安排的“矩形”進(jìn)給路線。2)車削螺紋加工路線在數(shù)控機(jī)床上車螺紋時(shí)，刀具沿螺紋方向的進(jìn)給應(yīng)和機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，因此應(yīng)避免進(jìn)給機(jī)構(gòu)加速或減速過程中車削。為此要有切入距離δ1和切出距離δ2。如圖所示，δ1和δ2

的數(shù)值不僅與機(jī)床拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)，還與螺紋的導(dǎo)程和螺紋的精度有關(guān)，一般δ1為2mm~5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般取δ1的（1/2~1/4）左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時(shí)，系統(tǒng)控制刀具按45°退刀收尾。3.銑削加工路線的確定1)順銑和逆銑

銑削有順銑和逆銑兩種方式。當(dāng)工件表面無硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無間隙時(shí)，應(yīng)選用順銑，按照順銑安排加工路線。因?yàn)椴捎庙樸娂庸ず?，零件已加工表面質(zhì)量好，刀齒磨損小。精銑時(shí)，尤其是零件材料為鋁鎂合金、鈦合金或耐熱合金時(shí)，應(yīng)盡量采用順銑。當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時(shí)，應(yīng)采用逆銑，按照逆銑安排加工路線。因?yàn)槟驺姇r(shí)，刀齒是從已加工表面切入，不會(huì)崩刃；機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙不會(huì)引起振動(dòng)和爬行。2)銑削外輪廓的加工路線

銑削平面零件外輪廓時(shí)，一般是采用立銑刀側(cè)刃切削。刀具切入零件時(shí)，應(yīng)避免沿零件外輪廓的法向切入，以免在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕，而應(yīng)沿切削起始點(diǎn)延伸線(圖a)或切線方向(圖b)逐漸切入零件，保證零件曲線的平滑過渡。同樣，在切離零件時(shí)，也應(yīng)避免在切削終點(diǎn)處直接抬刀，要沿著切削終點(diǎn)延伸線(圖a)或切線方向(圖b)逐漸切出零件。3)銑削內(nèi)輪廓的加工路線銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出，此時(shí)刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。下圖所示為銑切內(nèi)圓的加工路線，圖中R1為零件圓弧輪廓半徑，R2為過渡圓弧半徑。4)銑削內(nèi)槽的加工路線

內(nèi)槽在模具零件較常見，都采用平底立銑刀加工，刀具圓角半徑應(yīng)符合內(nèi)槽的圖樣要求。下圖所示為加工內(nèi)槽的三種加工路線。圖(a)和圖(b)分別用行切法和環(huán)切法加工內(nèi)槽。綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點(diǎn)，采用圖(c)所示的加工路線。4.孔加工路線的確定1)確定xy平面內(nèi)的加工路線

安排加工路線時(shí)，要避免機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的反向間隙對孔位精度的影響。例如，鏜削圖a所示零件上的四個(gè)孔。按圖b所示加工路線加工，由于4孔與1、2、3孔定位方向相反，y向反向間隙會(huì)使定位誤差增加，從而影響4孔與其它孔的位置精度。按圖c所示加工路線，就可避免反向間隙的引入，提高了4孔的定位精度。2)確定z向(軸向)的加工路線

刀具在z向的加工路線分為快速移動(dòng)進(jìn)給路線和工作進(jìn)給路線。刀具先從初始平面快速運(yùn)動(dòng)到距工件加工表面一定定距離的R平面(距工件加工表面一切入距離的參考平面)上，然后按工作進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。圖a所示為加工單個(gè)孔時(shí)刀具的加工路線。對多孔加工，為減少刀具空行程進(jìn)給時(shí)間，加工中間孔時(shí)，刀具不必退回到初始平面，只要退到R平面即可，其加工路線如圖b所示。2.1.9工藝文件的制定1.機(jī)械加工工藝過程卡

機(jī)械加工工藝過程卡是以工序?yàn)閱挝?，簡要地列出整個(gè)零件加工所經(jīng)過的工藝路線（包括毛坯制造、機(jī)械加工和熱處理等）。它是制訂其他工藝文件的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、編排作業(yè)計(jì)劃和組織生產(chǎn)的依據(jù)。在這種卡片中，由于各工序的說明不夠具體，故一般不直接指導(dǎo)工人操作，而多作為生產(chǎn)管理方面使用。但在單件小批生產(chǎn)中，由于通常不編制其它較詳細(xì)的工藝文件，就以這種卡片指導(dǎo)生產(chǎn)。其格式見機(jī)械加工工藝有關(guān)手冊。2.機(jī)械加工工藝卡

機(jī)械加工工藝卡是以工序?yàn)閱挝?，詳?xì)地說明整個(gè)工藝過程的一種工藝文件。它是用來指導(dǎo)工人生產(chǎn)和幫助車間管理人員和技術(shù)人員掌握整個(gè)零件加工過程的一種主要技術(shù)文件，是廣泛用于成批生產(chǎn)的零件和重要零件的小批生產(chǎn)中。加工工藝卡內(nèi)容包括零件的材料、毛坯種類、工序號(hào)、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設(shè)備和工藝裝備等。其格式見機(jī)械加工工藝有關(guān)手冊。3.數(shù)控加工工序卡

數(shù)控加工工序卡片是根據(jù)機(jī)械加工工藝卡為一道工序制訂的。它更詳細(xì)地說明整個(gè)零件各個(gè)工序的要求，是用來具體指導(dǎo)工人操作的工藝文件。在這種卡片上要畫工序簡圖，說明該工序每一工步的內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設(shè)備與工藝裝備。同時(shí)還要注明程序編號(hào)、編程原點(diǎn)和對刀點(diǎn)等。4.數(shù)控加工刀具卡

數(shù)控加工刀具卡主要包括刀具的詳細(xì)資料，有刀具號(hào)、刀具名稱及規(guī)格、刀輔具等。不同類型的數(shù)控機(jī)床刀具卡也不完全一樣。數(shù)控加工刀具片同數(shù)控加工工序卡一樣，是用來編制零件加工程序和指導(dǎo)生產(chǎn)的重要工藝文件。2.2圖形的數(shù)學(xué)處理

2.2.1基點(diǎn)計(jì)算

一個(gè)零件的輪廓曲線常常有不同的幾何元素組成，如直線、圓弧、二次曲線等。各幾何元素間的連接點(diǎn)稱為基點(diǎn)，如兩直線的交點(diǎn)，直線與圓弧的交點(diǎn)或切點(diǎn)，圓弧與圓弧的交點(diǎn)或切點(diǎn)，圓弧或直線與二次曲線的切點(diǎn)或交點(diǎn)等。

零件平面輪廓大多由直線和圓弧組成，所以零件輪廓曲線的基點(diǎn)計(jì)算較簡單。基點(diǎn)的計(jì)算一般可根據(jù)圖紙給定條件，用幾何法、解析幾何法、三角函數(shù)法或用計(jì)算機(jī)繪圖求得。2.2.2節(jié)點(diǎn)計(jì)算

如果零件的輪廓曲線不是由直線或圓弧構(gòu)成（如可能是橢圓、雙曲線、拋物線、一般二次曲線、阿基米德螺旋線等曲線），而數(shù)控裝置又不具備其他曲線的插補(bǔ)功能時(shí)，要采取用直線（圖a）或圓弧（圖b）逼近的數(shù)學(xué)處理方法。即在滿足允許編程誤差的條件下，用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點(diǎn)或切點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。如圖所示1、2、3點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。最大偏差δ≤δ允，δ允一般取零件公差的1/5~1/10。1.等間距法直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算

等間距法直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算特點(diǎn)是每個(gè)程序段的某一個(gè)坐標(biāo)增量相等，根據(jù)曲線的表達(dá)式求出另一個(gè)坐標(biāo)值，即可求得節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。如圖所示，由起點(diǎn)開始沿x軸方向△x取為等間距長，再由曲線方程y=

f(x)

求得yi，設(shè)xi+1=xi+△x，yi+1=f(xi+△x)，可求出一系列節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值作為編程數(shù)據(jù)。這種方法的關(guān)鍵是確定間距值，△x取決于曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據(jù)加工精度憑經(jīng)驗(yàn)選取，一般選取△x=0.1mm，再進(jìn)行誤差驗(yàn)算。若不滿足δ≤δ允，則減小△x的取值。2.等步長法直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算

這種方法的特點(diǎn)是使所有逼近線段的長度相等，亦即每個(gè)程序段的長度相等，如圖所示。3．等誤差法（變步長法）直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算

等誤差法計(jì)算節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等，且小于或等于δ允，各逼近線段的長度不相等，如圖所示。4．曲率圓法圓弧逼近輪廓的節(jié)點(diǎn)計(jì)算

圓弧逼近輪廓求節(jié)點(diǎn)的方法有曲率圓法、三點(diǎn)圓法和相切圓法等。這里介紹曲率圓法，它是一種等誤差圓弧逼近法，應(yīng)用于曲線

y=f(x)為單調(diào)的情形。若不是單調(diào)曲線則可以在拐點(diǎn)處分段，使每段曲線為單調(diào)。其計(jì)算方法如圖所示。2.2.3輔助計(jì)算1.增量值計(jì)算

描述機(jī)床（或刀具）運(yùn)動(dòng)和位置有兩種坐標(biāo)形式，一是直角坐標(biāo)；二是極坐標(biāo)。直角坐標(biāo)又分絕對值坐標(biāo)和增量值坐標(biāo)。絕對值坐標(biāo)是當(dāng)前點(diǎn)相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)，而增量值坐標(biāo)是當(dāng)前點(diǎn)相對于前一點(diǎn)的相對坐標(biāo)，也就是說當(dāng)前點(diǎn)的增量坐標(biāo)值是當(dāng)前點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值與前一點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值之差。2.螺紋實(shí)際牙頂、實(shí)際牙底尺寸計(jì)算

螺紋牙型高度是指在螺紋牙型上，牙頂?shù)窖赖字g垂直于螺紋軸線的理論高度H，如圖所示。2.3典型零件的數(shù)控加工工藝分析下面以圖所示零件為例，介紹其數(shù)控車削加工工藝。1.零件圖工藝分析通過上述分析，采取以下幾點(diǎn)工藝措施。（1）對圖樣上給定的幾個(gè)精度（IT7~IT8）要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時(shí)不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，因此在加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。（3）為便于裝夾，毛坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分（雙點(diǎn)劃線部分），右端面也應(yīng)先車出并鉆好中心孔。毛坯選

棒料。2.確定裝夾方案

確定毛坯件軸線和左端大端面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊、右端采用活動(dòng)頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序

加工順序按由粗到精的原則確定。即先從右到左進(jìn)行粗車（留0.20mm精車余量），然后從右到左進(jìn)行精車，最后車削螺紋。4.數(shù)值計(jì)算

為方便編程，可利用AutoCAD畫出零件圖形，然后取出必要的基點(diǎn)坐標(biāo)值；利用公式對螺紋實(shí)際牙頂、實(shí)際牙底進(jìn)行計(jì)算。（1）基點(diǎn)計(jì)算。以下圖上O點(diǎn)為工件坐標(biāo)原點(diǎn)，則A、B、C三點(diǎn)坐標(biāo)分別為：XA=40mm（直徑量）、ZA=–69mm；XB=38.76mm（直徑量）、ZB=-99mm；XC=56mm（直徑量）、ZC=–154.09mm。（2）螺紋實(shí)際牙頂

、實(shí)際牙底

計(jì)算。5.選擇刀具（1）粗車、精車均選用35°菱形涂層硬質(zhì)合金外圓車刀，副偏角48°，刀尖半徑0.4mm，為防與工件輪廓發(fā)生干涉，必要時(shí)應(yīng)用AutoCAD作圖檢驗(yàn)或用仿真軟件檢驗(yàn)。（2）車螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀，取刀尖圓弧半徑0.2mm。6.確定切削用量（1）背吃刀量。粗車循環(huán)時(shí)，確定其背吃刀量ap=2mm；精車時(shí)，確定其背吃刀量ap=0.2mm。M30螺紋共分5次車削，但每次背吃刀量不同，查表2-2確定為（直徑量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。（2）主軸轉(zhuǎn)速。查表取粗車時(shí)的切削速度v=90m/min，精車時(shí)的切削速度v=120m/min，根據(jù)坯件直徑（精車時(shí)取平均直徑），利用式n=1000v/πd計(jì)算，并結(jié)合機(jī)床說明書取：粗車時(shí)主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min；精車時(shí)主軸轉(zhuǎn)速n=1200r/min。車螺紋時(shí)取主軸轉(zhuǎn)速n=320r/min。（3）進(jìn)給速度。粗車時(shí)選取進(jìn)給量f=0.3mm/r，精車時(shí)選取f=0.05mm/r。車螺紋的進(jìn)給量等于螺紋導(dǎo)程，即f=2mm/r。7.數(shù)控加工工藝文件的制定

按加工順序?qū)⒏鞴げ降募庸?nèi)容、所用刀具及其切削用量等填入表2-3數(shù)控加工工序卡片中；將各工步所用刀具的型號(hào)、刀片型號(hào)、刀片牌號(hào)及刀尖圓弧半徑等填入表2-4數(shù)控加工刀具卡片中。2.4小

結(jié)

從保證零件的技術(shù)要求、提高生產(chǎn)效率和盡可能降低生產(chǎn)成本考慮，數(shù)控加工工藝分析主要包括加工方法與加工方案的確定、工序與工步的劃分、零件的定位與安裝、刀具與工具的選用、切削用量與數(shù)控加工路線的確定等。其主要內(nèi)容應(yīng)寫入數(shù)控加工工藝文件中，作為數(shù)控機(jī)床編程的依據(jù)。

零件圖形數(shù)學(xué)處理（又稱數(shù)值計(jì)算）是數(shù)控編程前的主要準(zhǔn)備工作，無論對于手工編程還是自動(dòng)編程都是必不可少的。圖形數(shù)學(xué)處理的內(nèi)容主要有三個(gè)方面，即基點(diǎn)計(jì)算、節(jié)點(diǎn)計(jì)算和輔助計(jì)算等。第3章數(shù)控加工程序的編制

數(shù)控機(jī)床是嚴(yán)格按照數(shù)控加工程序來自動(dòng)地對被加工工件進(jìn)行加工的。所謂數(shù)控加工程序就是把零件的工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移量等信息用數(shù)控語言編寫的程序。無論對于手工編程還是自動(dòng)編程，理想的數(shù)控加工程序不僅應(yīng)該保證能加工出符合圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分地發(fā)揮，以使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效的工作。3.1

數(shù)控機(jī)床編程基礎(chǔ)

3.1.1

數(shù)控機(jī)床編程的內(nèi)容與步驟

要編寫出合理的數(shù)控加工程序，其內(nèi)容與步驟如圖所示。1.分析零件圖

通過對工件材料、形狀、尺寸精度及毛坯形狀和熱處理的分析，確定工件在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工的可行性。2.工藝處理

選擇適合數(shù)控加工的加工工藝，是提高數(shù)控加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的首要因素。制定數(shù)控加工工藝除需考慮通常的一般工藝原則外，還應(yīng)考慮充分發(fā)揮所有數(shù)控機(jī)床的指令功能；正確選擇對刀點(diǎn)；盡量縮短加工路線，減少空行程時(shí)間和換刀次數(shù)；盡量使數(shù)值計(jì)算方便，程序段要少等。3.數(shù)值計(jì)算

分析零件圖，確定工件原點(diǎn)。工件原點(diǎn)是人為設(shè)定的，設(shè)定的依據(jù)是既要符合零件圖尺寸的標(biāo)注習(xí)慣，又要便于編程。一般情況下，零件圖的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)就是工件原點(diǎn)。對于形狀較復(fù)雜的零件輪廓，需要計(jì)算出零件輪廓的基點(diǎn)坐標(biāo)等；對于形狀比較復(fù)雜的零件(如非圓曲線、曲面組成的零件)，需要用直線段或圓弧段逼近，計(jì)算出逼近線段的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算一般由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。4.編寫程序單

在完成工藝處理和數(shù)值計(jì)算工作后，可以編寫零件加工程序，編程人員根據(jù)所使用數(shù)控系統(tǒng)的指令、程序段格式，逐段編寫零件加工程序。編程人員應(yīng)對數(shù)控機(jī)床的性能、程序指令以及數(shù)控機(jī)床加工零件的過程等非常熟悉，才能編寫出合理的加工程序。5.輸入數(shù)控系統(tǒng)

程序編寫好之后，最好通過數(shù)控加工仿真軟件或CAM軟件進(jìn)行模擬仿真程序檢驗(yàn)，然后再通過機(jī)床編程面板直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可通過磁盤驅(qū)動(dòng)器、USB接口或RS232接口輸入數(shù)控系統(tǒng)。6.程序校驗(yàn)和首件試切

程序送入數(shù)控系統(tǒng)后，通常需要經(jīng)過試運(yùn)行和首件試切兩步檢查后，才能進(jìn)行正式加工。通過試運(yùn)行，校對檢查程序，也可利用數(shù)控機(jī)床的空運(yùn)行功能進(jìn)行程序檢驗(yàn)，檢查機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性。對帶有刀具軌跡動(dòng)態(tài)模擬顯示功能的數(shù)控機(jī)床可進(jìn)行數(shù)控模擬加工，以檢查刀具軌跡是否正確；通過首件試切可以檢查其加工工藝及有關(guān)切削參數(shù)設(shè)定得是否合理，加工精度能否滿足零件圖要求，加工工效如何，以便進(jìn)一步改進(jìn)，直到加工出滿意的零件為止。3.1.2

數(shù)控機(jī)床程序編制方法

1.手工編程

手工編程是指各個(gè)步驟均由手工編制，即從零件圖分析、工藝處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、編寫程序單、輸入程序到程序檢驗(yàn)等各步驟主要由人工完成的編程過程。對形狀簡單的工件，計(jì)算比較簡單，程序不多，采用手工編程較容易完成，而且經(jīng)濟(jì)、及時(shí)。因此在簡單的點(diǎn)定位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工中，手工編程仍廣泛應(yīng)用。2.自動(dòng)編程

自動(dòng)編程也稱為計(jì)算機(jī)輔助編程，即程序編制工作的大部分或全部由計(jì)算機(jī)完成。典型的自動(dòng)編程有人機(jī)對話式自動(dòng)編程及圖形交互式自動(dòng)編程。在人機(jī)對話式自動(dòng)編程中，從工件的圖形定義、刀具的選擇、起始點(diǎn)的確定、走刀路線的安排，到各種工藝指令的插入等都可由計(jì)算機(jī)完成，最后得到所需的加工程序。圖形交互式自動(dòng)編程是一種可以直接將零件的幾何圖形信息自動(dòng)轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工程序的計(jì)算機(jī)輔助編程技術(shù)。3.1.3字符與代碼

1.字符與代碼的含義

字符(character)是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號(hào)，如數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、數(shù)學(xué)運(yùn)算符等。它是加工程序的最小組成單位。常規(guī)加工程序用的字符分四類。第一類是字母，它由26個(gè)大寫字母組成。第二類是數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，它由0～9共10個(gè)數(shù)字及一個(gè)小數(shù)點(diǎn)組成。第三類是符號(hào)，由正號(hào)(+)和負(fù)號(hào)(-)組成。第四類是功能字符，它由程序開始(結(jié)束)符“%”、程序段結(jié)束符“；”、跳過任選程序段符“/”等組成。2.數(shù)控機(jī)床功能代碼

數(shù)控機(jī)床功能代碼主要包括準(zhǔn)備功能代碼和輔助功能代碼。

準(zhǔn)備功能(又稱G功能)是使數(shù)控機(jī)床建立起某種加工方式的指令，如插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等。G功能代碼由地址符G和后面的兩位數(shù)字組成。

輔助功能(又稱M功能)用于指定主軸的旋轉(zhuǎn)方向、啟動(dòng)、停止、切削液的開關(guān)，工件或刀具的夾緊和松開，刀具的更換等功能。M功能代碼由地址符M和后面的兩位數(shù)字組成。3.1.4

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系

1.坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定

標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系采用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系，如圖所示。這個(gè)坐標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸與機(jī)床的主要導(dǎo)軌相平行。直角坐標(biāo)系X、Y、Z三者的關(guān)系及其方向用右手定則判定；圍繞X、Y、Z各軸回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則確定。2.機(jī)床坐標(biāo)軸的確定1）Z軸的確定Z軸的方向是由傳遞切削力的主軸確定的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：與主軸軸線平行的坐標(biāo)軸為Z軸，并且刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正方向，如圖3.3~圖3.6所示。對于沒有主軸的機(jī)床，如牛頭刨床等，則以與裝夾工件的工作臺(tái)面相垂直的直線作為Z軸方向。如果機(jī)床有幾根主軸，則選擇其中一個(gè)與工作臺(tái)面相垂直的主軸，并以它來確定Z軸方向(如龍門銑床)。圖3.3刀架前置臥式數(shù)控車床圖3.4刀架后置臥式數(shù)控車床（標(biāo)準(zhǔn)型）圖3.5立式銑床或立式加工中心圖3.6臥式銑床2）X軸的確定

平行于導(dǎo)軌面，且垂直于Z軸的坐標(biāo)軸為X軸。X坐標(biāo)是在刀具或工件定位平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的主要坐標(biāo)。對于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如車床、磨床等)，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座導(dǎo)軌面。刀具遠(yuǎn)離工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向，對刀架前置數(shù)控車床如圖3.3所示；對刀架后置數(shù)控車床（標(biāo)準(zhǔn)型）如圖3.4所示。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床(如數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、加工中心等)，如果Z軸是垂直的，則面對主軸看立柱時(shí)，右手所指的水平方向?yàn)閄軸的正方向，如圖3.5所示。3）Y軸的確定Y軸垂直于X、Z軸。Y軸的正方向根據(jù)X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標(biāo)系來判斷。4）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的確定

圍繞坐標(biāo)軸X、Y、Z旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，分別用A、B、C表示。它們的正方向用右手螺旋定則判定，如圖3.2和圖3.3所示。5）附加軸

如果在X、Y、Z主要坐標(biāo)以外，還有分別平行于它們的坐標(biāo)，可分別指定為U、V、W，I、J、K和P、Q、R等。6）工件運(yùn)動(dòng)方向

對于工件旋轉(zhuǎn)類機(jī)床，如數(shù)控車床等，刀具的實(shí)際運(yùn)動(dòng)就是刀具相對工件運(yùn)動(dòng)；而對刀具旋轉(zhuǎn)類機(jī)床，如數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床和加工中心等，實(shí)際上是工件運(yùn)動(dòng)而不是刀具運(yùn)動(dòng)，為了編程，只能看成是刀具相對工件運(yùn)動(dòng)。如圖3.3~圖3.6所表示的X、Y、Z方向都是刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)方向。3.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)與參考點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床的基本坐標(biāo)系，其原點(diǎn)又稱機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)械零點(diǎn)(M)，這個(gè)點(diǎn)是機(jī)床固有的點(diǎn)，由生產(chǎn)廠家確定，不能隨意改變，它是其他坐標(biāo)系和機(jī)床參考點(diǎn)的出發(fā)點(diǎn)。不同的數(shù)控機(jī)床，其原點(diǎn)也不同，數(shù)控車床的原點(diǎn)在主軸前端面的中心上，如下圖左所示M點(diǎn)。數(shù)控銑床和立式加工中心的原點(diǎn)，在機(jī)床工作臺(tái)的左前下方。如下圖右所示M點(diǎn)。3.1.5程序段與程序格式

1.程序字和程序段

在數(shù)控機(jī)床上，把程序中出現(xiàn)的英文字母及其字符稱為“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；數(shù)字0~9(包含小數(shù)點(diǎn)、“+”、“-”號(hào))稱為“數(shù)字”?！暗刂贰焙汀皵?shù)字”的組合稱為“程序字”(亦稱代碼指令)，程序字是組成數(shù)控加工程序的最基本單位，如N10、G01、X100、Z-20、F0.1等。2.常規(guī)加工程序的格式

加工零件不同，數(shù)控加工程序也不同，但有的程序段是所有程序都必不可少的，有的卻是可以根據(jù)需要選擇使用的。下面是一簡單的加工程序?qū)嵗?/p>

從上面的程序中可以看出；程序以O(shè)1000開頭，以M30結(jié)束。在數(shù)控機(jī)床上，將O1000稱為程序號(hào)或程序名，M30稱為程序結(jié)束標(biāo)記。程序中的每一行以“；”作為分行標(biāo)記，稱為段結(jié)束符。程序號(hào)、程序段、程序結(jié)束標(biāo)記是任何加工程序都必須具備的三個(gè)要素。3.2

數(shù)控車削加工程序編制

數(shù)控車床主要用來加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面、圓錐面、螺紋表面、成形回轉(zhuǎn)體表面等。對于盤類零件可進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工。數(shù)控車床還可以完成車端面、切槽等加工。本節(jié)以配置FANUC-0系統(tǒng)的MJ-460數(shù)控車床為例介紹數(shù)控車床的編程。圖3.9為MJ-460數(shù)控車床的外觀圖。圖3.9MJ-460數(shù)控車床的外觀圖1—腳踏開關(guān)2—主軸卡盤3—主軸箱4—機(jī)床防護(hù)門5—數(shù)控裝置6—對刀儀7—刀具8—編程與操作面板9—回轉(zhuǎn)刀架10—尾座11—床身1—腳踏開關(guān)2—主軸卡盤3—主軸箱4—機(jī)床防護(hù)門5—數(shù)控裝置6—對刀儀7—刀具8—編程與操作面板9—回轉(zhuǎn)刀架10—尾座11—床身1—腳踏開關(guān)2—主軸卡盤3—主軸箱4—機(jī)床防護(hù)門5—數(shù)控裝置6—對刀儀7—刀具8—編程與操作面板9—回轉(zhuǎn)刀架10—尾座11—床身3.2.1數(shù)控車床的編程特點(diǎn)

（1）在一個(gè)程序段中，可以用絕對坐標(biāo)編程，也可用增量坐標(biāo)編程或二者混合編程。（2）由于被加工零件的徑向尺寸在圖樣上和在測量時(shí)都以直徑值表示，所以直徑方向用絕對坐標(biāo)(X)編程時(shí)以直徑值表示，用增量坐標(biāo)(U)編程時(shí)以徑向?qū)嶋H位移量的2倍值表示，并附上方向符號(hào)。（3）不同組G代碼可編寫在同一程序段內(nèi)均有效；相同組G代碼若編寫在同一程序段內(nèi)，后面的G代碼有效，G代碼的分組及功能見表3-1。M代碼功能見表3-2。3.2.2

數(shù)控車床工件坐標(biāo)系的設(shè)定

1.數(shù)控車床機(jī)床坐標(biāo)系的建立

在數(shù)控車床開機(jī)之后，當(dāng)完成了刀具返回參考點(diǎn)的操作時(shí)，CRT屏幕上立即顯示刀架中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即建立起了機(jī)床坐標(biāo)系。MJ-460數(shù)控車床的機(jī)床坐標(biāo)系及機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)的相對位置如下圖所示。

在以下三種情況下，數(shù)控系統(tǒng)失去了對機(jī)床參考點(diǎn)的記憶，因此必須使刀架重新返回參考點(diǎn)R。(1)數(shù)控車床關(guān)機(jī)以后重新接通電源開關(guān)時(shí)。(2)數(shù)控車床解除急停狀態(tài)后。(3)數(shù)控車床超程報(bào)警信號(hào)解除之后。2.工件坐標(biāo)系的設(shè)定

工件坐標(biāo)系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素(如點(diǎn)、直線、圓弧等)的位置而建立的坐標(biāo)系，是編程人員在編程時(shí)使用的。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)就是工件原點(diǎn)，而工件原點(diǎn)是人為設(shè)定的。數(shù)控車床工件原點(diǎn)一般設(shè)在主軸中心線與工件左端面或右端面的交點(diǎn)處。3.程序名FANUC數(shù)控系統(tǒng)要求每個(gè)程序有一個(gè)程序名，程序名由字母O開頭和4位數(shù)字組成。如O0001、O1000、O9999等3.2.3

基本編程指令

1.快速定位指令G00格式：G00X(U)＿Z(W)＿；說明：(1)G00指令使刀具在點(diǎn)位控制方式下從當(dāng)前點(diǎn)以快移速度向目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)，G00可以簡寫成G0。絕對坐標(biāo)X、Z和其增量坐標(biāo)U、W可以混編。不運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)可以省略。(2)X、U的坐標(biāo)值均為直徑量。(3)程序中只有一個(gè)坐標(biāo)值X或Z時(shí)，刀具將沿該坐標(biāo)方向移動(dòng)；有兩個(gè)坐標(biāo)值X和Z時(shí)，刀具將先以1∶1步數(shù)兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，然后單坐標(biāo)移動(dòng)，直到終點(diǎn)。(4)G00快速移動(dòng)速度由機(jī)床設(shè)定(X軸：12m/min；Z軸：16m/min)，可通過操作面板上的速度修調(diào)開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.直線插補(bǔ)指令G01格式：G01X(U)＿Z(W)＿F＿；說明：(1)G01指令使刀具以F指定的進(jìn)給速度直線移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)，一般將其作為切削加工運(yùn)動(dòng)指令，既可以單坐標(biāo)移動(dòng)，又可以兩坐標(biāo)同時(shí)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。X(U)、Z(W)為目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。F為進(jìn)給速度（進(jìn)給量），在G98指令下，F(xiàn)為每分鐘進(jìn)給(mm/min)；在G99(默認(rèn)狀態(tài))指令下，F(xiàn)為每轉(zhuǎn)進(jìn)給(mm/r)。(2)程序中只有一個(gè)坐標(biāo)值X或Z時(shí)，刀具將沿該坐標(biāo)方向移動(dòng)；有兩個(gè)坐標(biāo)值X和Z時(shí)，刀具將按所給的終點(diǎn)直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。3.圓弧插補(bǔ)指令G02、G03格式：G02(G03)X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；或G02(G03)X(U)＿Z(W)＿I＿K＿F＿；說明：(1)該指令控制刀具按所需圓弧運(yùn)動(dòng)。G02為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令，G03為逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令；X、Z表示圓弧終點(diǎn)絕對坐標(biāo)，U、W表示圓弧終點(diǎn)相對于圓弧起點(diǎn)的增量坐標(biāo)，R表示圓弧半徑，I、K表示圓心相對圓弧起點(diǎn)的增量坐標(biāo)，F(xiàn)表示進(jìn)給速度。(2)X、U、I均采用直徑量編程。(3)本例是按照刀架后置（標(biāo)準(zhǔn)型）情況介紹。若刀架前置情況，G02為逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令，G03為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令，這一點(diǎn)要特別注意。4.程序延時(shí)(暫停)指令G04格式：G04X＿；或G04U＿；或G04P＿；說明：(1)G04指令按給定時(shí)間延時(shí)，不做任何動(dòng)作，延時(shí)結(jié)束后再自動(dòng)執(zhí)行下一段程序。該指令主要用于車削環(huán)槽、不通孔及自動(dòng)加工螺紋時(shí)可使刀具在短時(shí)間無進(jìn)給方式下進(jìn)行光整加工。(2)X、U表示s(秒)，P表示ms(毫秒)。程序延時(shí)時(shí)間范圍為16ms～9999.999s。5.英制和米制(公制)輸入指令G20、G21格式：G20(G21)說明：(1)G20表示英制輸入，G21表示米制(公制)輸入。G20和G21是兩個(gè)可以相互取代的代碼，但不能在一個(gè)程序中同時(shí)使用G20和G21。(2)機(jī)床通電后的狀態(tài)為G21狀態(tài)。6.進(jìn)給速度控制指令G98、G99格式：G98(G99)說明：(1)G98為每分鐘進(jìn)給(mm/min)，G99為每轉(zhuǎn)進(jìn)給(mm/r)。G98通常用于數(shù)控銑床、加工中心類進(jìn)給指令，G99通常用于數(shù)控車床類進(jìn)給指令。G99為數(shù)控車床通電后的狀態(tài)。(2)在機(jī)床操作面板上有進(jìn)給速度倍率開關(guān)，進(jìn)給速度可在0~150%范圍內(nèi)以每級(jí)10%進(jìn)行調(diào)整。在零件試切削時(shí)，進(jìn)給速度的修調(diào)可使操作者選取最佳的進(jìn)給速度。7.參考點(diǎn)返回檢測指令G27格式：G27X(U)＿；(X向參考點(diǎn)檢查)； G27Z(W)＿；(Z向參考點(diǎn)檢查)； G27X(U)＿Z(W)＿；(X、Z向參考點(diǎn)檢查)。說明：(1)G27指令用于參考點(diǎn)位置檢測。執(zhí)行該指令時(shí)刀具以快速運(yùn)動(dòng)方式在被指定的位置上定位，到達(dá)的位置如果是參考點(diǎn)，則返回參考點(diǎn)燈亮。僅一個(gè)軸返回參考點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)軸的燈亮。若定位結(jié)束后被指定的軸沒有返回參考點(diǎn)則出現(xiàn)報(bào)警。執(zhí)行該指令前應(yīng)取消刀具位置偏置。G27指令運(yùn)動(dòng)速度、模式與G00一樣。(2)X、Z表示參考點(diǎn)在編程坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，U、W表示到參考點(diǎn)所移動(dòng)的距離。(3)執(zhí)行G27指令的前提是機(jī)床在通電后必須返回過一次參考點(diǎn)。8.自動(dòng)返回參考點(diǎn)指令G28格式：G28X(U)＿；X向返回參考點(diǎn) G28Z(W)＿；Z向返回參考點(diǎn) G28X(U)＿Z(W)＿；X、Z向同時(shí)返回參考點(diǎn)說明：(1)G28指令可使被指令的軸自動(dòng)地返回參考點(diǎn)。X(U)、Z(W)是返回參考點(diǎn)過程中的中間點(diǎn)位置，用絕對坐標(biāo)或增量坐標(biāo)指令。(2)X(U)、Z(W)是刀架出發(fā)點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的任一中間點(diǎn)，但此中間點(diǎn)不能超過參考點(diǎn)。有時(shí)為保證返回參考點(diǎn)的安全，應(yīng)先X向返回參考點(diǎn)，然后Z向再返回參考點(diǎn)。9.主軸控制指令G96、G97格式：G96S＿；G97S＿；說明：(1)G96指令用于接通機(jī)床恒線速控制，此處S指定的數(shù)值表示切削速度(m/min)。數(shù)控裝置從刀尖位置處計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速，自動(dòng)而連續(xù)的控制主軸轉(zhuǎn)速，使之始終達(dá)到由S指定的數(shù)值。設(shè)定恒線速可以使工件各表面獲得一致的表面粗糙度。(2)G97指令用于取消恒線速控制，并按S指定的主軸轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此處S指定的數(shù)值表示主軸轉(zhuǎn)速(r/min)，也可以不指定S。(3)在恒線速控制中，由于數(shù)控系統(tǒng)是將X的坐標(biāo)值當(dāng)作工件的直徑來計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速，所以在使用G96指令前必須正確的設(shè)定工件坐標(biāo)系。(4)當(dāng)?shù)毒咧饾u靠近工件中心時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速會(huì)越來越高，此時(shí)工件有可能因卡盤調(diào)整壓力不足而從卡盤中飛出。為防止這種事故發(fā)生，在使用G96指令之前，最好設(shè)定G50指令來限制主軸最高轉(zhuǎn)速。10.主軸最高轉(zhuǎn)速設(shè)定指令G50格式：G50S＿；說明：(1)G50指令有坐標(biāo)系設(shè)定和主軸最高轉(zhuǎn)速設(shè)定兩種功能，此處指后一種功能，用S指定的數(shù)值來設(shè)定主軸最高轉(zhuǎn)速(r/min)，如“G50S2000；”是把主軸最高轉(zhuǎn)速設(shè)定為2000r/min。(2)在設(shè)置恒線速度后，由于主軸的轉(zhuǎn)速在工件不同截面上是變化的，為防止主軸轉(zhuǎn)速過高而發(fā)生危險(xiǎn)，在設(shè)置恒線速度前，可以將主軸最高轉(zhuǎn)速設(shè)定在某一個(gè)最高值，切削過程中當(dāng)執(zhí)行恒線速度時(shí)，主軸最高轉(zhuǎn)速將被限制在這個(gè)最高值。11.螺紋車削指令G32格式：G32X(U)＿Z(W)＿F＿；說明：(1)使用G32指令可進(jìn)行等螺距的直螺紋、圓錐螺紋以及端面螺紋的切削。具體編程時(shí)，一般很少使用該指令，因?yàn)椴蝗缡褂肎92、G76指令方便，G92、G76指令將在后面介紹。(2)X(U)、Z(W)為螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)，F(xiàn)為長軸螺距，如圖3.20所示，若錐角

≤45°，F(xiàn)表示Z軸螺距，否則F表示X軸螺距。F=0.001mm～500mm。圖3.20螺紋加工(3)δ1、δ2為車削螺紋時(shí)的切入量與切出量。一般δ1=2~5mm，δ2=(1/2~1/4)δ1左右。(4)背吃刀量及進(jìn)給次數(shù)可參考表2-2，否則難以保證螺紋精度，或會(huì)發(fā)生崩刀現(xiàn)象。(5)車削螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在保證生產(chǎn)效率和正常切削的情況下，選擇較低轉(zhuǎn)速。一般按機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)說明書中規(guī)定的計(jì)算式進(jìn)行確定，其估算公式為：

式中：P—螺紋的螺距或?qū)С蹋╩m）；K—保險(xiǎn)系數(shù)，一般為80。(6)在螺紋粗加工和精加工的全過程中，不能使用進(jìn)給速度倍率開關(guān)調(diào)節(jié)速度，進(jìn)給速度保持開關(guān)也無效。3.2.4

車削加工循環(huán)指令

1.單一外形固定循環(huán)指令G90、G92、G941)外徑、內(nèi)徑車削循環(huán)指令G90圓柱面車削循環(huán)的編程格式：G90X(U)＿Z(W)＿F＿；圓錐面車削循環(huán)的編程格式：G90X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；2)螺紋車削循環(huán)指令G92直螺紋車削循環(huán)的編程格式(圖3.24b)：G92X(U)＿Z(W)＿F＿；圓錐螺紋車削循環(huán)的編程格式(圖3.24a)：G92X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；圖3.24G92螺紋車削循環(huán)說明：G92使螺紋加工用車削循環(huán)完成，式中X（U）、Z（W）為切削點(diǎn)坐標(biāo)，F(xiàn)為螺紋的螺距或?qū)С蹋琑為錐螺紋大小端的半徑差（半徑量），其定義同圖3.23，R=0為加工圓柱螺紋。U、W的符號(hào)判別同G90指令。圖3.23G90圓錐面車削循環(huán)3)端面車削循環(huán)指令G94端面車削循環(huán)包括直端面車削循環(huán)和圓錐端面車削循環(huán)。直端面車削循環(huán)編程格式(圖3.26)：G94X(U)＿Z(W)＿F＿；圓錐端面車削循環(huán)編程格式(圖3.27)：G94X(U)＿Z(W)＿R＿F＿；G94各代碼的用法同G90指令。圖3.26G94直端面車削循環(huán)圖3.27G94圓錐端面車削循環(huán)2.復(fù)合固定循環(huán)指令復(fù)合固定循環(huán)指令主要用于無法一次走刀即能加工到規(guī)定尺寸的場合，例如粗車和多次走刀車螺紋的情況。主要有以下幾種復(fù)合固定循環(huán)指令。1)外徑、內(nèi)徑粗加工循環(huán)指令G71格式：G71U△dRe；G71PnsQnfU△uW△wF＿；2)端面粗加工循環(huán)指令G72。格式：G72W△dRe；G72PnsQnfU△uW△wF＿；說明：G72指令適用于圓柱毛坯料端面方向的加工，刀具的循環(huán)路徑如圖3.29所示。G72指令與G71指令類似，不同之處就是刀具路徑是按徑向方向循環(huán)的。圖3.29G72端面粗加工循環(huán)3）固定形狀粗車循環(huán)指令G73格式：G73U△iW△kRd；G73PnsQnfU△uW△wF＿；4)精車循環(huán)指令G70格式：G70PnsQnf；說明：G70為執(zhí)行G71、G72、G73粗加工循環(huán)指令以后的精加工循環(huán)指令。在G70指令程序段內(nèi)要給出精加工第一個(gè)程序段的順序號(hào)ns和精加工最后一個(gè)程序段的順序號(hào)nf。5）深孔鉆削循環(huán)指令G74格式：G74Re；G74X（U）＿Z（W）＿P△iQ△kR△dF＿；3.2.5刀具補(bǔ)償指令

數(shù)控車床均有刀具補(bǔ)償功能，刀架在換刀時(shí)前一刀尖位置和更換新刀具的刀尖位置之間會(huì)產(chǎn)生差異，以及由于刀具的安裝誤差、刀具磨損和刀具刀尖圓弧半徑的存在等，在數(shù)控加工中必須利用刀具補(bǔ)償功能予以補(bǔ)償，才能加工出符合圖樣形狀要求的零件。此外合理的利用刀具補(bǔ)償功能還可以簡化編程。

刀具功能又稱為T功能，它是進(jìn)行刀具選擇和刀具補(bǔ)償?shù)墓δ堋?.刀具位置補(bǔ)償?shù)毒呶恢醚a(bǔ)償又稱為刀具偏置補(bǔ)償或刀具偏移補(bǔ)償，亦稱為刀具幾何位置及磨損補(bǔ)償。在下面三種情況下，均需進(jìn)行刀具位置的補(bǔ)償。(1)在實(shí)際加工中，通常是用不同尺寸的若干把刀具加工同一輪廓尺寸的零件，而編程時(shí)是以其中一把刀為基準(zhǔn)設(shè)定工件坐標(biāo)系的，因此必須將所有刀具的刀尖都移到此基準(zhǔn)點(diǎn)。利用刀具位置補(bǔ)償功能，即可完成。(2)對同一把刀來說，當(dāng)?shù)毒咧啬ズ笤侔阉鼫?zhǔn)確的安裝到程序所設(shè)定的位置是非常困難的，總是存在著位置誤差。這種位置誤差在實(shí)際加工時(shí)便成為加工誤差。因此在加工前，必須用刀具位置補(bǔ)償功能來修正安裝位置誤差。(3)每把刀具在其加工過程中，都會(huì)有不同程度的磨損，而磨損后刀具的刀尖位置與編程位置存在差值，這勢必造成加工誤差，這一問題也可以用刀具位置補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q，只要修改每把刀具在相應(yīng)存儲(chǔ)器中的數(shù)值即可。例如某工件加工后外圓直徑比要求的尺寸大(或小)了0.1mm，則可以用U-0.1(或U0.1)修改相應(yīng)刀具的補(bǔ)償值。當(dāng)幾何位置尺寸有偏差時(shí)，修改方法類同。2.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償編制數(shù)控車床加工程序時(shí)，將車刀刀尖看作一個(gè)點(diǎn)。但是為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度

Ra

的值，通常是將車刀刀尖磨成半徑不大的圓弧，一般圓弧半徑

R

在0.2mm~0.8mm之間。如下圖所示，編程時(shí)以理論刀尖點(diǎn)P來編程，數(shù)控系統(tǒng)控制P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。而切削時(shí)，實(shí)際起作用的切削刃是圓弧的各切點(diǎn)，這勢必會(huì)產(chǎn)生加工表面的形狀誤差。而刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能就是用來補(bǔ)償由于刀尖圓弧半徑引起的工件形狀誤差。3.實(shí)現(xiàn)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能的準(zhǔn)備工作在加工工件之前，首先要把刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)數(shù)據(jù)輸入到存儲(chǔ)器中，以便使數(shù)控系統(tǒng)對刀尖的圓弧半徑所引起的誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。1)刀尖半徑工件的形狀與刀尖半徑的大小有直接關(guān)系，必須將刀尖圓弧半徑R輸入到存儲(chǔ)器中，如圖3.37所示。2)車刀的形狀和位置參數(shù)3)參數(shù)的輸入圖3.37CRT顯示刀具補(bǔ)償參數(shù)4.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)姆较?/p>

在進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具和工件的相對位置不同，刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)闹噶钜膊煌?。下圖表示了刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)膬煞N不同方向。5.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)慕⒒蛉∠噶罡袷剑?/p>

說明：(1)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)慕⒒蛉∠仨氃谖灰埔苿?dòng)指令(G00、G01)中進(jìn)行。X(U)、Z(W)為建立或取消刀具補(bǔ)償程序段中刀具移動(dòng)的終點(diǎn)坐標(biāo)；T代表刀具功能，如T0707表示用07號(hào)刀并調(diào)用07號(hào)補(bǔ)償值建立刀具補(bǔ)償；F表示進(jìn)給量，用G00編程時(shí)，F(xiàn)值可省略。G41、G42、G40均為模態(tài)指令。(2)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償和刀具位置補(bǔ)償一樣，其實(shí)現(xiàn)過程分為三大步驟，即刀補(bǔ)的建立、刀補(bǔ)的執(zhí)行和刀補(bǔ)的取消。(3)如果指令刀具在刀尖半徑大于圓弧半徑的圓弧內(nèi)側(cè)移動(dòng)，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。(4)由于系統(tǒng)內(nèi)部只有兩個(gè)程序段的緩沖存儲(chǔ)器，因此在刀具補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程中，不允許在程序里連續(xù)編制兩個(gè)以上沒有移動(dòng)的指令，以及單獨(dú)編寫的M、S、T程序段等。3.2.6

輔助功能指令

1.程序停止指令M00格式：M00；說明：(1)系統(tǒng)執(zhí)行M00指令后，機(jī)床的所有動(dòng)作均停止，機(jī)床處于暫停狀態(tài)，重新按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)將繼續(xù)執(zhí)行M00程序段后面的程序。若此時(shí)按下復(fù)位鍵，程序?qū)⒎祷氐介_始位置，此指令主要用于尺寸檢驗(yàn)、排屑或插入必要的手工動(dòng)作等。(2)M00指令應(yīng)單獨(dú)設(shè)一程序段。2.選擇停指令M01格式：M01；說明：(1)在機(jī)床操作面板上有“選擇停”開關(guān)，當(dāng)該開關(guān)置ON位置時(shí)，M01功能同M00，當(dāng)該開關(guān)置OFF位置時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)不執(zhí)行M01指令，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。(2)M01指令同M00一樣，應(yīng)單獨(dú)設(shè)一程序段。3.程序結(jié)束指令M30、M02格式：M30(或M02)；說明：(1)M30表示程序結(jié)束，機(jī)床停止運(yùn)行。執(zhí)行完M30后系統(tǒng)復(fù)位，程序返回到開始位置。對最早使用穿孔帶和磁帶的數(shù)控機(jī)床，M30還具有倒帶功能；M02也表示程序結(jié)束，機(jī)床停止運(yùn)行。但執(zhí)行完M02后程序停在最后一句，要重復(fù)執(zhí)行該程序，必須再按一下“復(fù)位鍵”，程序才能返回到開始位置。(2)M30或M02應(yīng)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)程序段。4.主軸旋轉(zhuǎn)指令M03、M04、M05格式：M03(M04)S＿；M05；說明：(1)M03啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)，M04啟動(dòng)主軸反轉(zhuǎn)，M05使主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，S表示主軸轉(zhuǎn)速，如M04S500表示主軸以500r/min轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)。從Z軸正方向看主軸，主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正轉(zhuǎn)，反之為反轉(zhuǎn)。(2)M03、M04、M05可以和G功能代碼設(shè)在一個(gè)程序段內(nèi)。5.切削液開關(guān)指令M08、M09格式：M08(M09)；說明：(1)M08表示打開切削液，M09表示關(guān)閉切削液。

(2)M00、M01、M02、M30指令均能關(guān)閉切削液，如果機(jī)床有安全門，則打開安全門時(shí)，切削液也會(huì)關(guān)閉。6.調(diào)子程序指令M98，子程序返回指令M99調(diào)子程序格式：M98P×××

××××；

子程序名

調(diào)子程序次數(shù)子程序返回格式：M99；3.3數(shù)控銑削加工程序編制

數(shù)控銑床是一種用途十分廣泛的機(jī)床，主要用于銑削平面、溝槽和曲面，還能加工復(fù)雜的型腔和凸臺(tái)，如各類凸輪、樣板、靠模、模具和弧形槽等平面曲線的輪廓。同時(shí)還可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、锪、鉸、鏜孔等加工。本節(jié)以配置西門子SINUMERIK802D系統(tǒng)的XK5032數(shù)控銑床為例介紹數(shù)控銑削加工程序的編制，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三軸控制和三軸聯(lián)動(dòng)加工。

3.3.1數(shù)控銑床的功能指令

西門子SINUMERIK802D基本編程功能指令如表3-3所示。3.3.2程序名和坐標(biāo)系指令1.程序名SINUMERIK802D數(shù)控系統(tǒng)要求每個(gè)程序有一個(gè)程序名，程序名由不超過16個(gè)字符組成，字符可以是字母、數(shù)字或下劃線，但不允許使用分隔符。例如將程序命名為AB001、L10等。2.坐標(biāo)系指令1）數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)通常機(jī)床每次通電后，機(jī)床工作臺(tái)的三個(gè)坐標(biāo)軸都要依次走到工作臺(tái)左前下方的一個(gè)極限位置，這個(gè)位置就是數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)，是機(jī)床出廠時(shí)的固定位置。2）工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)O是任意設(shè)定的，它在工件裝夾完畢后，以機(jī)床原點(diǎn)M為基準(zhǔn)偏移，通過對刀來確定。當(dāng)工件裝夾到機(jī)床上后求出偏移量，并通過操作面板輸入到規(guī)定的數(shù)據(jù)區(qū)。在程序中可以通過G54~G59激活此值。零點(diǎn)偏置的設(shè)置如圖3.46所示。圖3.46零點(diǎn)偏置的設(shè)定3）平面選擇G17~G19

在計(jì)算刀具長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償時(shí)必須先確定一個(gè)平面，在此平面中進(jìn)行刀具長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償。平面選擇見表3-4和圖3.48所示。圖3.48平面選擇和坐標(biāo)軸布置4）絕對值指令G90和增量值指令G91G90和G91指令分別對應(yīng)著絕對位置數(shù)據(jù)輸入和增量位置數(shù)據(jù)輸入。G90/G91適用于所有坐標(biāo)軸。5）英制尺寸G70和公制尺寸G71G70或G71指令分別代表程序中輸入數(shù)據(jù)是英制或公制尺寸，模態(tài)有效。系統(tǒng)默認(rèn)值為G71狀態(tài)。G70和G71指令在斷電前后是一致的，即停機(jī)前使用的G70或G71指令，在下次開機(jī)時(shí)仍然有效。6）極坐標(biāo)系指令G110、G111、G112通常情況下工件上的點(diǎn)一般使用直角坐標(biāo)系（X、Y、Z）定義，但也可以用極坐