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1、数控车床编程与技能训练教学课题： 课题一 数控编程基础知识知识目标：1 了解数控车床的编程概念和掌握数控编程的基本步骤；2 掌握数控机床坐标系的设定；3 掌握数控程序的结构与格式；技能目标：1 掌握程序编制的过程及方法；2 熟悉“编程序”主菜单的操作界面；3 了解刀具补偿的相关概念及熟悉“刀偏表”、“刀补表”功能子菜单的操作界面和使用；4 熟练掌握对刀操作的方法和技巧；课题一 数控编程基础知识1.1概述数控车床品种繁多，结构多异，但仍有很多相同之处。本章将以武汉华中数控公司生产的CJK6032数控车床为例，介绍数控车床的编程方法及其操作使用方法和注意事项。该车床为两坐标连续控制的数控车床，数控
2、系统为HCNC1T系统，其人机界面、操作面板、操作步骤及编程方法与当前主流数控系统基本一致。1.1.1 数控车削加工的对象数控车床可进行平面任意曲线的加工，可车削圆柱、圆锥螺纹，适合于加工形状复杂的盘类或轴类零件。1.1.2 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。1.1.3 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。数控程序的编制应该有如下几个过程： (1) 分析零件图纸。要分析零件
3、的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工，或适宜在哪类数控机床上加工。有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。 (2) 确定工艺过程。确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)和加工路线(如对刀点、走刀路线)，并确定加工用量等工艺参数(如切削进给速度、主轴转速、切削宽度和深度等)。 (3) 数值计算。根据零件图纸和确定的加工路线，算出数控机床所需输入数据，如零件轮廓相邻几何元素的交点和切点，用直线或圆弧逼近零件轮廓时相邻几何元素的交点和切点等的计算。 (4) 编写程序单。根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量，
4、结合数控系统的程序段格式编写零件加工程序单。此外，还应填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、工件安装和零点设定卡片等。 (5) 制备控制介质。按程序单将程序内容记录在控制介质(如穿孔纸带)上作为数控装置的输入信息。应根据所用机床能识别的控制介质类型制备相应的控制介质。(6) 程序调试和检验。可通过模拟软件来模拟实际加工过程，或将程序送到机床数控装置后进行空运行，或通过首件加工等多种方式来检验所编制出的程序，发现错误则应及时修正，一直到程序能正确执行为止。1.1.4 程序编制方法 数控程序的编制方法有手工编程和自动编程两种。 (1) 手工编程。从零件图样分析及工艺处理、数值计算、
5、书写程序单、制穿孔纸带直至程序的校验等各个步骤，均由人工完成，则属手工编程。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件来说，编程计算较简单，程序量不大，手工编程即可实现。但对于形状复杂或轮廓不是由直线、圆弧组成非圆曲线零件；或者是空间曲面零件即使由简单几何元素组成，但程序量很大，因而计算相当繁琐，手工编程困难且易出错，则必须采用自动编程的方法。 (2) 自动编程。编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程称自动编程。编程人员只要根据零件图纸和工艺要求，用规定的语言编写一个源程序或者将图形信息输入到计算机中，由计算机自动地进行处理，计算出刀具中心的轨迹，编写出加工程序清单，并自动制成所需控制介质。由于走
6、刀轨迹可由计算机自动绘出，所以可方便地对编程错误作及时修正。1.2数控机床的坐标系与原点为了保证数控机床的正确运动，避免工作的不一致性，简化编程和便于培训编程人员，ISO和我国都统一了数控机床坐标轴的代码及其运动的正、负方向，这给数控系统和机床的设计、使用和维修带来了极大的方便。1.2.1 坐标系的确定原则我国机械工业部1982年颁布了JB305282标准，其中规定的命名原则如下： 刀具相对于静止工件而运动的原则 这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下，就可依据零件图样，确定机床的加工过程。 标准坐标(机床坐标)系的规定 在数控机床上，机床的动作是由数控系统来控制的
7、，为了确定机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的方向和运动的距离，这就需要建立一个坐标系才能实现，这个坐标系就称为机床坐标系。标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系，如图1-1所示。在图中，大拇指的方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向，中指为Z轴正方向。图1-2、图1-3分别给出了卧式车床和立式铣床的标准坐标系。根据右手螺旋方法，我们可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。图1-1 右手笛卡尔直角坐标系 运动方向 数控机床的某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。图1-2 数控车床图1-3 数控立式升降台铣床1.2.2 坐标轴的指定1、Z坐标Z坐标的运动
8、由传递切削力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z坐标。对于车床、磨床和其它成形表面的机床是主轴带动工件旋转；对于铣床、镗床、钻床等是主轴带动刀具旋转。如图1-2、图1-3所示。如果没有主轴(如牛头刨床)，Z轴垂直于工件装夹平面。 Z坐标的正方向为刀具远离工件的方向。2、 X坐标X坐标一般是水平的，它平行于工件的装夹平面。这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床(如车床、磨床等)， X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑板，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向，如图1-2所示。对于刀具旋转的机床(如铣床、镗床、钻床等)，从刀具向立柱看，右手方向为X运动的正方向，如
9、图1-3所示。3、Y坐标Y坐标垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按右手笛卡尔直角坐标系来判断。1.2.3 编程坐标系编程坐标系是编程人员在编程过程中使用的，由编程人员以工件图样上的某一固定点为原点所建立的坐标系，又称为工件坐标系或工作坐标系，编程尺寸都按工件的尺寸确定。1.2.4 坐标系的原点在确定了机床各坐标轴及方向后，还应进一步确定坐标系原点的位置。1、机床原点机床原点是指在机床上设置的一个固定的点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来了，是数控机床进行加工运动的基准参考点。在数控车床上，一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。如图1-4a所示。图中O
10、1即为机床原点。 a) b)图1-4 数控车床坐标系原点a) 数控车床机床原点及加工原点 b) 编程原点2、编程原点编程原点是指根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点，即编程坐标系的原点。如图1-4b中所示的O2点。 加工原点加工原点也称程序原点。是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床原点坐标系中的位置。在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后的加工原点及程序要求进行自动加工的。加工原点如图1-4a中的O3所示。 机床参考点机床参考点是指刀架中心退离距机床原点最远的一个固定点。该点在机床制造厂出厂时已调好，并将数据已输入到数控系统中。一般在车床上使用参考点。1.3 数控程序的构成1.3.1
11、 程序的结构与格式 1、程序的结构 程序号 程序 程序内容 程序结束2、程序段格式 字-地址程序段格式 程序段格式 使用分隔符的程序段格式 固定程序段格式1.3.2编程格式一、数控编程中的有关规则及代码为了满足设计、制造、维修、和普及的需要，在输入代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式等方面，国际上已形成了两种通用的标准，即国际标准化组织(ISO)标准和美国电子工程协会(EIA)标准。我国机械工业部根据ISO标准制定了JB305082数字控制机床用的七单位编码字符、JB305182数字控制坐标和运动方向的命名、JB320883数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备功能G和辅助功能M代码。但
12、是由于各个数控机床生产厂家所用的标准尚未完全统一，其所用的代码、指令及其含义不完全相同，因此，在数控编程时必须按所用数控机床编程手册中的规定进行。目前，数控系统中常用的代码有ISO代码和EIA代码。二、字与字的功能类别字是程序字的简称，在这里它是机床数字控制的专门术语。它的定义是：一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元存储、传递和操作，如X160就是一个“字”。一个字所含的字符个数叫做字长。常规加工程序中的字都是 由一个英文字母与随后的若干位10进制数字组成。这个英文字母称为地址符。地址符与后续数字间可加正、负号。 程序字按其功能的不同可分为7种类型，它们分别称为顺序号字、准备功能字、尺寸
13、字、进给功能字、主轴转速功能字、刀具功能字和辅助功能字。1、顺序号字它也叫程序段号或程序段序号。顺序号位于程序段之首，它的地址符是N，后续数字一般24位。顺序号可以用在主程序、子程序和宏程序中。 顺序号的作用 首先顺序号可用于对程序的校对和检索修改。其次在加工轨迹图的几何节点处标上相应程序段的顺序号，就可直观地检查程序。顺序号还可作为条件转向的目标，更重要的是，标注了程序段号的程序可以进行程序段的复归操作，这是指操作可以回到程序的(运行)中断处重新开始，或加工从程序的中途开始的操作。 顺序号的使用规则 数字部分应为正整数。顺序号的数字可以不连续，也不一定从小到大顺序排列。一般都将第一程序段冠以
14、N10，以后以间隔10递增的方法设置顺序号，这样，在调试程序时如需要在N10和N20之间加入两个程序段，就可以用N11、N12。2、准备功能字 准备功能字地址符是G，所以又称G功能或G指令。它的定义是建立机床或控制系统工作方式的一种命令。准备功能字中的后续数字大多为两位正整数。随着数控机床功能的增加，G00G99已不够用，所以有些数控系统的G功能字中的后续数字已经使用三位数。3、尺寸字尺寸字也叫尺寸指令。尺寸字在程序段中主要用来指令机床上刀具运动到达的坐标位置，表示暂停时间等的指令也列入其中。尺寸字由地址符、+、-符号及绝对(或增量)数值构成。尺寸字的“+”可省略。尺寸字的地址码有X、Y、Z、
15、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、I、J、K、D、H等。4、进给功能字进给功能字地址符是F，所以又称F功能或F指令。它的功能是指令切削的进给速度。由地址符和后续若干位数字构成。对于车床，可分为每分钟进给和主轴每转进给两种。5、主轴转速功能字主轴转速功能字用来指定主轴的转速，单位为r/min，地址符使用S，所以又称为S功能或S指令。6、刀具功能字刀具功能字用地址符T及随后的数字表示，所以也称为T功能或T指令。T指令的功能含义主要是用来指定加工时使用的刀具号。对于车床，其后的数字还兼作指定刀具长度(含X、Z两个方向)补偿和刀尖半径补偿用。在车床上，T之后的数字分2位、4位和6位三种。对两位数字的来说，一般前位数字代表刀具(位)号，后位数字代表刀具长度补偿号。其它两种以后将结合不同的数控系统进行介绍。7、辅助功能字辅助功能字由地址符M及随后的13位数字组成，所以也称为M功能或M指令。它用来指令
