數(shù)控車編程實訓(xùn)教案

數(shù)控車編程實訓(xùn)教案工程訓(xùn)練中心2009年12月

長春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練課程教案教師姓名實訓(xùn)項目名稱數(shù)控車編程實訓(xùn)時間30分鐘地點數(shù)控車編程實訓(xùn)室講授內(nèi)容教學(xué)目的及要求：1、了解數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。2、了解數(shù)控車床的加工工藝。3、掌握數(shù)控車床手工編程的方法。4、掌握數(shù)控車床CAD/CAM的應(yīng)用。教學(xué)重點：數(shù)控車床的編程。教學(xué)難點：數(shù)控車床的手工編程。教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求。機(jī)械加工的自動化是實現(xiàn)上述要求的重要措施之一。特別在家用電器、農(nóng)用機(jī)械、汽車等行業(yè)，由于生產(chǎn)的產(chǎn)品批量比較大，通常采用專用機(jī)床，組合機(jī)床及自動化生產(chǎn)線。雖然前期的投入比較大，但是由于生產(chǎn)的高效率使平攤到每個產(chǎn)品的費用非常低，利潤還是很可觀的。但是在機(jī)械加工中，有很大一部分產(chǎn)品都是中小批量生產(chǎn)的，特別是在航天、航空、國防等部門，這些部門的產(chǎn)品都是精度要求高、形狀復(fù)雜，而且經(jīng)常的更新?lián)Q代。采用專用機(jī)床，自動化生產(chǎn)線就明顯不合適了。這時候一種新興的柔性制造技術(shù)———數(shù)控技術(shù)，就產(chǎn)生了。它的產(chǎn)生為精度要求高，形狀復(fù)雜，中小批量生產(chǎn)的零件提供了自動化的加工手段。1948年，美國的帕森斯公司在研制直升飛機(jī)輪葉片檢驗用樣板的機(jī)床時，首先提出來用電子計算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1952年受美國空軍的委托，它和麻省理工學(xué)院的司服機(jī)構(gòu)，共同研制出世界上第一臺三坐標(biāo)的數(shù)控銑床，1955年進(jìn)入使用階段。我們國家是1958年才開始研制數(shù)控機(jī)床，今年來采用了國外的一些先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，有了很大的發(fā)展，但同國際發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。第二章數(shù)控車床加工工藝制定方法在數(shù)控車床上加工零件時，應(yīng)遵循如下工藝原則：選擇適合在數(shù)控車床上加工的零件。分析被加工零件圖樣。明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求。設(shè)定坐標(biāo)系。制定加工工藝路線。應(yīng)考慮加工起始點位置，起始點一般也作為加工結(jié)束的終點，起始點應(yīng)便于檢查和裝夾工件；應(yīng)考慮粗車、半精車、精車路線，在保證零件加工精度和表面粗糙度的前提下，盡可能以最少的進(jìn)給路線完成零件的加工，縮短單件的加工時間；應(yīng)考慮換刀點的位置，換刀點位置的選擇應(yīng)考慮換刀過程中不發(fā)生干涉現(xiàn)象，且換刀路線盡可能短。加工起始點和換刀點可選同一點，也可不同。擇合理的切削用量。在加工過程中，應(yīng)根據(jù)零件的精度要求、材料來選擇合理的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和切削深度。7、選擇合適的刀具。根據(jù)加工零件的材料、形狀和表面精度要求，選擇合適的刀具進(jìn)行加工。8、編制加工程序，檢驗調(diào)試，完成零件加工。第三章數(shù)控車床的手工編程一、數(shù)控車床坐標(biāo)系的設(shè)定在編寫工件的加工程序時，首先要設(shè)定坐標(biāo)系。1、 機(jī)床坐標(biāo)系的設(shè)定對于數(shù)控車床，我們要了解以下概念：機(jī)床參考點：是指刀架中心退離距機(jī)床原點較遠(yuǎn)的一個固定點。該點在機(jī)床制造廠出廠時已調(diào)試好，并將數(shù)據(jù)已輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。機(jī)床坐標(biāo)系：是以機(jī)床參考點為坐標(biāo)原點建立起來的X、Z軸二維坐標(biāo)系。Z軸與主軸中心線平行，為縱向進(jìn)刀方向；X軸與主軸垂直，為橫向進(jìn)刀方向。數(shù)控機(jī)床開機(jī)時，必須先確定機(jī)床參考點，我們也稱其為機(jī)床刀臺回零的操作。只有機(jī)床參考點確定以后，車刀的移動才有了依據(jù)，否則，不僅編程沒有基準(zhǔn)，還會發(fā)生碰撞事故。當(dāng)完成返回機(jī)床參考點操作之后，即建立了機(jī)床坐標(biāo)系。2、 工件坐標(biāo)系的設(shè)定工件坐標(biāo)系是用于確定工件上各幾何要素的位置而建立的坐標(biāo)系。坐標(biāo)原點就是工件原點。數(shù)控車床的工件原點一般設(shè)在主軸線與工件右端面的交點處，既工件的右端面中心。設(shè)定工件坐標(biāo)系就是以工件原點為坐標(biāo)原點，確定刀具移動的坐標(biāo)值，工件各尺寸的坐標(biāo)值都是相對工件原點而言的。二、數(shù)控車床程序格式所謂程序格式，是指程序段書寫規(guī)則，它包括程序名、程序段號、機(jī)床要求執(zhí)行的各種功能、運動所需要的幾何參數(shù)和工藝數(shù)據(jù)。各指令順序如下：O**N**G**X**（U**）Z**（W**）R**F**S**T**；M**；**代表數(shù)字；O程序名以O(shè)打頭，最多可由8位數(shù)指定；N程序順序號以N打頭，最多可由5位數(shù)指定；G準(zhǔn)備功能，指令動作方式，范圍00～99；X、Z絕對坐標(biāo)，單位mm；U、W相對坐標(biāo)，在循環(huán)指令中還可表示加工余量，單位mm；R在圓弧指令中表示圓弧半徑，單位mm；F進(jìn)給量、螺紋導(dǎo)程；S主軸功能，指定主軸轉(zhuǎn)速；T刀具功能，指定刀具和刀補；M輔助功能；三、數(shù)控車床編程指令簡介1、準(zhǔn)備功能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均表示直徑）。本指令是將刀具按機(jī)床的限速快速移動到所需位置，一般作為空行程運動。例1G00X100Z100；表示將刀具從當(dāng)前位置快速移動到X100，Z100的位置上，見圖1（X向刀具實際坐標(biāo)為50）。G00U-20；表示將刀具從當(dāng)前位置向X的負(fù)方向快速移動10mm，見圖2。圖1圖2表1準(zhǔn)備功能代碼功能代碼功能G00快速定位*G71外圓粗切削復(fù)循環(huán)G01直線插補G72端面粗切削復(fù)循環(huán)G02圓弧插補G73成型切削復(fù)循環(huán)G03圓弧插補G76螺紋切削復(fù)循環(huán)G04暫停G77外圓粗切削固定循環(huán)G20英制輸入G78螺紋切削固定循環(huán)G21公制輸入*G79端面粗切削固定循環(huán)G33螺紋加工G94每分鐘進(jìn)給*G40取消刀尖半徑補償*G95每轉(zhuǎn)進(jìn)給G41刀尖半徑左補償G96主軸恒線速G42刀尖半徑右補償G97取消主軸恒線速*G70精加工循環(huán)注：標(biāo)有*的G代碼為本數(shù)控系統(tǒng)通電后默認(rèn)狀態(tài)（2）直線插補指令G01指令格式：G01X（U）＿Z（W）＿F＿；本指令是將刀具以F指定的進(jìn)給量沿直線移動到所需位置，通常作為切削加工指令，在車床上用于加工外圓、端面、錐面等。G01X100Z100F0.2；表示將刀具以0.2mm/r的速度從當(dāng)前位置移動到X100Z100的位置上，見圖1：（3）圓弧插補指令G02，G03；指令格式：G02X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；（本機(jī)床G02為逆時針，G03X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；G03為順時針。）本指令是將刀具以F指定的進(jìn)給量沿半徑R的圓弧移動到所需位置，用于加工圓弧面。具體方向判別見圖3：圖3圖4G03X60Z0R30F0.1；加工半徑為30mm的順時針圓弧，刀具以0.1mm/rG02U40W-20R25F0.1；加工逆時針圓弧，X方向?qū)嶋H的變化量為40mm，Z方向上的變化量為-20mm，見圖4圓弧2（4）螺紋切削G33指令格式：G33X（U）＿Z（W）＿F＿；F為螺距（5）循環(huán)指令G70、G71、G72、G78外圓粗切削復(fù)循環(huán)G71指令格式：G71U＿R＿；G71P＿Q＿U＿W＿F＿S＿T＿；U：切削量R：退刀量

P：加工路徑的開始程序N號Q：加工路徑的結(jié)束程序N號U：X向的加工余量W：Z向的加工余量路徑程式中的F、S、T指令無效。F、S、T是以粗切削復(fù)循環(huán)的指令來指定或先前所指定。G71U3R2；G71P10Q50U2W1F0.2S400T0101；表示用1號刀具粗加工棒料毛坯成A-B的形狀，X向Z向各留1mm余量。從A點到B加工路徑的順序號為：N10～N50，加工軌跡如圖5所示。端面粗切削復(fù)循環(huán)G72指令格式：G72U＿R＿；G72P＿Q＿U＿W＿F＿；功能同上指令G71，只是加工方向為X向。③精切削循環(huán)G70指令格式：G70P＿Q＿；表示精切削 P～Q的程序段。④螺紋切削固定循環(huán)G78指令格式：G78X（U）＿Z（W）＿F＿；此循環(huán)為直線螺紋切削，在加工時根據(jù)實際情況需多次進(jìn)刀，通過調(diào)整X的值來調(diào)整切削深度（X表示加工后的螺紋底徑），F(xiàn)為螺距。G78X19.2Z30F1；X18.8；X18.6；表示切削直徑為20mm，螺距1mm的螺紋。分3次進(jìn)刀，每次切削深度分別為0.4mm、0.2mm、0.1mm。2、輔助功能（M指令，見表2）表2輔助功能序號代碼功能1M00程序停止2M01選擇性停止3M03主軸正轉(zhuǎn)4M04主軸反轉(zhuǎn)5M05主軸停止6M08冷卻開7M09冷卻關(guān)8M30程序結(jié)束9M98調(diào)子程序10M99返回主程序調(diào)用子程序指令M98指令格式：M98P＿H＿L＿；P為調(diào)用子程序的程序號；H為子程序開始的順序N號；L為調(diào)用次數(shù)。4、主軸轉(zhuǎn)速指令S指定機(jī)床轉(zhuǎn)數(shù)，單位r/min，范圍30～1600。進(jìn)給速度指令F在G94下為mm/min，在G95下為mm/r?？捎?位數(shù)指定，整數(shù)5位，小數(shù)3位。6、刀具指令T刀具指令T是進(jìn)行刀具選擇和刀具補償?shù)墓δ?。?位數(shù)構(gòu)成，前兩位為刀具號，后兩位為刀補號。刀補是對刀時刀具的補償值。通常刀具號與刀補號一致。例如：T0101表示1號刀具，1號刀補。四、編程舉例圖6加工如圖6所示工件，毛坯直徑為40mm。首先確定工件坐標(biāo)系，以工件右端面回轉(zhuǎn)中心為原點建立坐標(biāo)系。制定加工路線，采用外圓粗切削復(fù)循環(huán)，精切削循環(huán)一次。選擇合適的切削用量和刀具。加工程序如下：程序段號指令代碼說明N10S800T0101；主軸每分鐘800轉(zhuǎn)1號刀1號刀補N20M03；主軸正轉(zhuǎn)N30G00X40Z2；快速移動到循環(huán)起始點N40G71U2R3；設(shè)定循環(huán)的切削量和退刀量N50G71P60Q90U1W0.2F0.2N60GO1X20Z0F0.1N70Z-20；¨N80X30Z-30；¨N90Z-50；¨N100G70P60Q90；N11N12N13五、獨立編程按照圖7尺寸要求編制加工程序。毛坯直徑為φ32mm圖7工程實訓(xùn)圖，毛坯直徑φ25mm。圖8圖9圖10自動編程圖：毛坯直徑φ32mm圖11圖12第四章CAXA數(shù)控車2000軟件的自動編程CAXA數(shù)控車2000軟件功能簡介CAXA數(shù)控車2000是一套Windows風(fēng)格的中文軟件，它通過二維圖形，利用軟件與數(shù)控加工相關(guān)的菜單功能，可以自動生成適用于數(shù)控系統(tǒng)的加工程序，從而實現(xiàn)了CAD/CAM的統(tǒng)一?；竟δ苋缦拢豪L制圖形自動生成零件加工的刀具軌跡可以對加工零件進(jìn)行模擬加工自動生成零件的加工程序CAXA數(shù)控車2000的運行打開計算機(jī)，用鼠標(biāo)左鍵雙擊桌面上的“CAXA數(shù)控車”圖標(biāo),進(jìn)入初始界面。見圖13繪制圖形我們通過繪制圖14介紹如何繪制圖形。在這里只需繪制出工件和毛坯輪廓正向的一半即可。選擇一個平面作為繪制圖形的平面，并確定工件坐標(biāo)系。在這里直接使用軟件初始狀態(tài)的X、Z平面與坐標(biāo)系，坐標(biāo)系中Z軸為機(jī)床主軸方向，X軸為橫向進(jìn)刀方向。首先點擊直線圖標(biāo)，然后在參數(shù)表里會出現(xiàn)直線命令的無模式菜單，見圖：選擇“兩點線”方式，此時在屏幕左下角的狀態(tài)欄里會提示：“第一點”，要求輸入直線的第一點。按“回車（Enter）”鍵，在屏幕繪圖區(qū)會出現(xiàn)輸入坐標(biāo)的對話框，輸入坐標(biāo)（0，0）并按“回車”確認(rèn)（先輸入Z值，再輸入X值），如圖：狀態(tài)欄提示：“第二點”，要求輸入直線的第二點A點。和第一點的輸入方式一樣，按“回車”鍵，輸入（-20，8）并確認(rèn)，屏幕上在坐標(biāo)（0，0）和（-20，8）之間便出現(xiàn)了一條直線。按同樣方法依次輸入坐標(biāo)B（-40，8）、C（-50，16）、D（0，16）、（0，0），按鼠標(biāo)右鍵，結(jié)束畫圖命令即可繪制出圖14。直線OABC為工件表面輪廓，直線ODC為毛坯輪廓。圖14生成刀具加工軌跡首先點擊“輪廓粗車”圖標(biāo)，系統(tǒng)會彈出一個粗車參數(shù)表，如圖15加工參數(shù)點擊對話框中的“加工參數(shù)”標(biāo)簽即可進(jìn)入加工參數(shù)表。加工參數(shù)表主要是對粗加工中各種工藝條件和加工方式進(jìn)行限定。各加工參數(shù)含義如下：加工表面類型：外輪廓：采用外輪廓車刀加工外輪廓。內(nèi)輪廓：采用內(nèi)輪廓車刀加工內(nèi)輪廓。端面：采用端面車刀加工端面。加工參數(shù)：加工精度：指樣條線的擬合精度，系統(tǒng)將按給定的精度把樣條線轉(zhuǎn)化成直線段來滿足用戶所需的加工精度。對于輪廓中的直線和圓弧，機(jī)床可以精確的加工。加工余量：加工后，被加工表面的剩余量（與最終加工結(jié)果比較）。加工角度（度）：刀具的切削方向與機(jī)床Z軸正方向的夾角。切削行距：切削的深度，兩相臨切削行之間的距離。干涉前角：做前角干涉檢查時，確定干涉檢查的角度。干涉后角：做底切干涉檢查時，確定干涉檢查的角度。拐角過度方式：尖角：在切削過程中遇到拐角時，刀具從輪廓的一邊到另一邊的過程中，以尖角的方式過渡。圓?。涸谇邢鬟^程中遇到拐角時，刀具從輪廓的一邊到另一邊的過程中，以圓弧的方式過渡。反向走刀：否：刀具按缺省方向走刀，即刀具從機(jī)床Z軸的正向向Z軸的負(fù)向移動。是：刀具按與缺省方向相反的方向走刀。詳細(xì)干涉檢查：否：假定刀具前后干涉都是0度，對凹槽部分不做加工，以保證切削軌跡無前角及底切干涉。是：加工凹槽時，用定義的干涉角度檢查加工中是否有刀具前角及底切干涉，并按定義的干涉角度生成無干涉的切削軌跡。退刀時沿輪廓走刀：是：兩刀位行之間如果有一段輪廓，在后一刀位行之前、之后增加對行間輪廓的加工。否：刀位行首末直接退刀，不加工行與行之間的輪廓。刀具半徑補償：編程時考慮半徑補償：在生成加工軌跡時，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前所用刀具的刀尖半徑進(jìn)行補償計算（按假象刀尖點編程）。所生成代碼即為已考慮半徑補償?shù)拇a，無需機(jī)床再進(jìn)行刀尖半徑補償。由機(jī)床進(jìn)行半徑補償：在生成加工軌跡時，假設(shè)刀尖半徑為零，按輪廓編程，不進(jìn)行刀尖半徑計算。所生成代碼在用于實際加工時應(yīng)根據(jù)實際刀尖半徑由機(jī)床指定補償值。2)進(jìn)退刀方式點擊對話框中的“進(jìn)退刀方式”標(biāo)簽即可進(jìn)入進(jìn)退刀方式參數(shù)表。該表用于對加工中的進(jìn)退刀方式進(jìn)行設(shè)定。見圖16：進(jìn)刀方式：相對毛坯進(jìn)刀方式用于指定對毛坯部分進(jìn)行切削時的進(jìn)刀方式，相對加工表面進(jìn)刀方式用于指定對加工表面部分進(jìn)行切削時的進(jìn)刀方式。與加工表面成定角：指在每一切削行前加入一段與軌跡切削方向夾角成一定角度的進(jìn)刀段，刀具垂直該進(jìn)刀段的起點，再沿該進(jìn)刀段進(jìn)刀至切削行。角度定義該進(jìn)刀段與軌跡切削方向的夾角，長度定義該進(jìn)刀段的長度。垂直進(jìn)刀：指刀具垂直進(jìn)刀到每一切削行的起始點。矢量進(jìn)刀：指在每一切削行前加入一段與機(jī)床Z軸正向成一定夾角的進(jìn)刀段，刀具進(jìn)刀到該進(jìn)刀段的起點，再沿該進(jìn)刀段進(jìn)刀至切削行。角度定義矢量（進(jìn)刀段）與機(jī)床Z軸正向的夾角，長度定義該退刀段的長度。退刀方式：相對毛坯退刀方式用于指定對毛坯部分進(jìn)行切削的退刀方式，相對加工表面退刀方式用于指定對加工表面部分進(jìn)行切削時的退刀方式。與加工表面成定角:指在每一切削行后加入一段與軌跡切削方向夾角成一定角度的退刀段，刀具先沿該退刀段退刀，再從該退刀段的末點開始垂直退刀。角度定義該退刀段與軌跡切削方向的夾角，長度定義該退刀段的長度。輪廓垂直退刀：指刀具沿每一切削行的末點垂直退刀。輪廓矢量退刀：指在每一切削行后加入一段與機(jī)床Z軸正方向成一定夾角的退刀段，刀具先沿該退刀段退刀，再從該退刀段的末點開始垂直退刀。角度定義矢量（退刀段）與機(jī)床Z軸的正方向的夾角，長度定義矢量（退刀段）的長度快速退刀距離：以給定的退刀速度回退的距離（相對值），在此距離上以機(jī)床允許的最大進(jìn)給速度退刀。切削用量在每種刀具軌跡生成時，都需要設(shè)置一些與切削用量及機(jī)床加工相關(guān)的參數(shù)。點擊“切削用量”標(biāo)簽可進(jìn)入切削用量參數(shù)設(shè)置頁，如圖17：速度設(shè)定：主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)的速度。單位：轉(zhuǎn)/分。切削速度：刀具切削工件時的進(jìn)給速度。單位：毫米/分、毫米/轉(zhuǎn)。接近速度：刀具接近工件時的進(jìn)給速度。退刀速度：刀具離開工件時的速度。主軸轉(zhuǎn)速選項：恒轉(zhuǎn)速：切削過程中按指定的主軸轉(zhuǎn)速保持主軸轉(zhuǎn)速恒定，直到下一指令改變該轉(zhuǎn)速。恒線速度：切削過程中按指定的線速度值保持線速度恒定。樣條擬和方式：直線擬和：對加工輪廓中的樣條線根據(jù)給定的加工精度用直線段進(jìn)行擬和。圓弧擬和：對加工輪廓中的樣條線根據(jù)給定的加工精度用圓弧段進(jìn)行擬和。輪廓車刀點擊“輪廓車刀”標(biāo)簽可進(jìn)入輪廓車刀參數(shù)