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1、数控车削编程与操作课程标准商建方一、背景数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。我们把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序，它是机床数控系统的应用软件。与数控系统应用软件相对应的是数控系统内部的系统软件，系统软件是用于数控系统工作控制的，它不在本教程的研究范围内。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提
2、高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。1.1 数控程序编制的概念在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序（如图1.1所示的程序样本）。图1.1程序样本1.1.1 数控程序编制的定义编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。1、数控程序编制的内容及步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图1.2所示，编程工
3、作主要包括：程 序 校 验编 写 程 序数 学 处 理分析零件图样和制定工艺方案修 改图1.2数控程序编制的内容及步骤（1）分析零件图样和制定工艺方案 这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。（2）数学处理 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。
4、数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。（3）编写零件加工程序 在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。（4）程序检验 将编写好的加工程序输入数
5、控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。2、数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制
6、程序和自动编制程序。（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。如图1.3所示。编程手册工艺人员加工程序加工程序初稿编程人员工艺规程夹具表零件图样机床表刀具表修 改图1.3手工编程一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。手工编程的特点：耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。据国外资料统计，当采用手工编程时，一段程序的编写时间与其在机床上运行加工的实际时间之比，平均约为30：1，而数控机床不能开动的原因中有20%30%是由于加工程序编制困难，编程时间较长。（2）计算机自动编程自动编程是指在编程过程中，除了分析零件
7、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。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。2.2数控车床的基本编程方法数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等，在分析
8、了数控车床工艺装备和数控车床编程特点的基础上，下面将结合配置GSK980TD数控系统的数控车床重点讨论数控车床基本编程方法。 2.2.1 F功能 F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。1、 每转进给量 编程格式 G95 F F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。例：G95 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r。2、每分钟进给量编程格式G94 F F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。例：G94 F100 表示进给量为100mm/min。 图2.1 恒线速切削方式2.2.2 S功能S功能指令用于控制主轴转速。编程格式 SS后面的数字表示主轴转速
9、，单位为r/min。在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用。1、最高转速限制编程格式 G50 SS后面的数字表示的是最高转速：r/min。例：G50 S3000 表示最高转速限制为3000r/min。2、恒线速控制 编程格式 G96 S S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。 例：G96 S150 表示切削点线速度控制在150 m/min。 对图2.1中所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150 m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000150(40)=1193 r/minB：n=1000150(60)=795r/minC：n=1000150(70)=
10、682 r/min3、恒线速取消 编程格式 G97 S S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。 例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。3.2.3 T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式 TT后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。 例：T0303 表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。3.2.4 M功能M00： 程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行
11、；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。3.2.5加工坐标系设置编程格式 G50 X Z式中X、Z的值是起刀点相对于加工原点的位置。G50使用方法与G92类似。在数控车床编程时，所有X坐标值均使用直径值，如图2.3所示。 例：按图2.2设置加工坐标的程序段如下：G50 X128.7 Z375.12.2设定加工坐标系3.2.6倒角、倒圆编程1、45倒角由轴向切削向端面切削倒角，即由Z轴向X轴倒角，i的正负根据
12、倒角是向X轴正向还是负向,如图2.3a所示。 其编程格式为 G01 Z(W) Ii 。由端面切削向轴向切削倒角，即由X轴向Z轴倒角，k的正负根据倒角是向Z轴正向还是负向，如图2.3b所示。编程格式 G01 X(U) Kk。a)Z轴向X轴 b)X轴向Z轴图2.3 倒角2、 任意角度倒角在直线进给程序段尾部加上C，可自动插入任意角度的倒角。C的数值是从假设没有倒角的拐角交点距倒角始点或与终点之间的距离，如图2.4所示。 例：G01 X50 C10 X100 Z-100图2.4 任意角度倒角3、 倒圆角 编程格式 G01 Z(W) Rr时，圆弧倒角情况如图2.5a所示。 编程格式 G01 X(U)
13、Rr时，圆弧倒角情况如图2.5b所示。a)Z轴向X轴 b)X轴向Z轴图2.5 倒圆角4、任意角度倒圆角 若程序为 G01 X50 R10 F0.2X100 Z-100则加工情况如图2.6所示。图2.6 任意角度倒圆角例：加工图2.7所示零件的轮廓，程序如下： G00 X10 Z22 G01 Z10 R5 F0.2 X38 K-4 Z0 图2.7 应用例图3.2.7刀尖圆弧自动补偿功能编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，如图2.8所示。当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产
14、生少切或过切现象，如图2.9所示。具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生。图2.8 刀尖圆角R图2.9刀尖圆角R造成的少切与过切图2.10 刀尖圆角R的确定方法图2.11 刀具补偿编程G40-取消刀具半径补偿，按程序路径进给。G41-左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给。G42-右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。在设置刀尖圆弧自动补偿值时，还要设置刀尖圆弧位置编码，指定编码值的方法参考图2.10。例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图2.11所示零件：刀尖位置编码：3N10 G50 X200 Z175 T0101 N20 M03 S1500N30 G00 G42 X58 Z10 M08N40 G96 S200N50 G01 Z0 F1.5N60 X70 F0.2N70 X78 Z-4N80 X83N90 X85 Z-5N100 G02 X91 Z-18 R3 F0.15N110 G01 X94N120 X97
