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1、项目五车削类数控加工的编程与操作项目五车削类数控加工的编程与操作项目描述项目描述1概述概述车削类数控加工是指在数控车床上，利用工件的回转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，加工成图样要求的零件。图图5-1 数控车削加工零件图数控车削加工零件图数控车床是使用最为广泛的数控机床之一，主要用于轴类、套类及盘类等零件的内外圆柱（锥）面、端面、球面以及螺纹的加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等，如图5-1所示。 图5-1 数控车削加工零件图数车加工所用刀具主要是各类车刀及钻头、镗刀、铰刀等。加工精度可达IT5IT6，表面粗糙度可达Ra.或更高。数控车床按其功能分为：经济型数控车
2、床、中、高档数控车床等，特别是近年来研制的数控车削中心和数控车铣中心，可以一次装夹完成更多的加工工序，更有利于形状复杂的回转类零件的加工，大大提高加工精度和生产效率。数控加工的系统主要有：日本的Fanuc、德国的SIEMENS及美国的HAAS系统，国产的是华中、广数、凯恩迪系统等，本项目主要介绍FANUC系统数控车床的程序编制及加工操作。2数控车削加工特点数控车削加工特点（1）适应能力强，降低加工成本适应性强是数控车床最突出的优点，当零件形状发生变化时，只需输入新的程序就能自动完成新零件的加工，而不需改变机械部分和控制部分的硬件。这为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便
3、，大大缩短了更换机床硬件的技术准备时间，降低了加工成本。（2）加工精度高，质量稳定现代数控车床工作台的移动当量达到了0.010.0001mm，而且具有反向间隙及丝杠螺距误差补偿功能，定位精度高，加工精度由过去的0.01 mm提高到0.005mm甚至更高。数控车床是按编程指令进行加工的，避免了操作者人为产生的误差，提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。（3）自动化程度高，劳动强度低数控车床加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督车床运行。操作者不需进行繁重的重复手工操作，大大降低了劳动强度。（4）有利于新产品研制
4、和改型数控车床加工不需要重新设计工装，只要修改加工程序，就可以进行新产品研制及改型。因而大大缩短新产品研制开发周期，为产品的改良、改型提供了捷径。 3数控车床编程特点数控车床编程特点（1）长度单位数控车床使用的量纲有公制（米制）和英制两种， FANUC系统用G20表示使用英制单位，G21表示使用公制（米制）单位。系统通电开机后，缺省为公制尺寸状态。（2）直径编程大多数控车床径向尺寸采用直径编程方式，即，数控程序中X轴的坐标值即为零件图上的直径值。（3）编程尺寸同一个程序段中，根据图样的标注，尺寸可以采用绝对编程、增量编程及混合编程方式。（4）循环加工数控车削加工可以利用固定循环指令，对较大余量
5、的毛坯进行多次重复循环切削。（5）自动补偿数控车削加工时，为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀的刀尖常刃磨成一个半径不大的圆弧。因此车刀的刀位点的运动轨迹与工件的轮廓是不重合的，为了提高工件的加工精度，编程时需进行半径补偿。大多数控车床具有自动补偿功能。项目设计项目设计本项目分为三个任务：车削的固定循环指令，数控车床基本操作，手柄类零件的宏程序。这三个任务由理论到实践，循序渐进，涵盖了数控车加工所应掌握的编程知识及操作方法。任务一车削的固定循环指令任务一车削的固定循环指令知识目标知识目标掌握G90、G94单一循环指令，G7（1）G7（2）G7（3）G70复合循环指令及G9（2）G76螺纹加工循
6、环指令的编程格式及应用。技能目标技能目标掌握各循环指令的应用特点及编程技巧；能较合理制订车削加工的工艺路线；利用固定循环指令编制阶梯轴的加工程序。任务分析任务分析固定循环指令是数控系统中一种简化编程方式。在数控车床上加工阶梯轴零件时，其毛坯常选用棒料或铸、锻件，加工余量较大，需要多次重复循环加工才能去除全部加工余量。通过使用固定循环指令可以达到精简NC代码量，减少程序所占的内存，提高编程效率。循环指令内容主要包括两个方面：指令格式和切削轨迹。指令格式指出了循环指令的使用方法，切削轨迹指示了循环指令在工作时具体的走刀线路。数控车床（FANUC系统）的循环指令：G90与G94单一固定循环指令，G7
7、（1）G7（2）G73及G70复合固定循环指令，深孔钻削循环指令G74，G92及G76螺纹加工循环指令等。整个任务分：外圆类零件的加工；内轮廓类零件加工及螺纹加工三个过程完成。任务实施任务实施1数控车床工件坐标系数控车床工件坐标系根据ISO841标准，数控机床坐标系用右手笛卡儿坐标系作为标准确定。数控车床平行于主轴方向即纵向为Z轴，垂直于主轴方向即横向为X轴，刀具远离工件方向为正向。图图5-2数控车床工件数控车床工件坐标系坐标系工件坐标系的建立是数控车削加工中一个非常重要的环节，是机床进行加工时使用的坐标系，它应该与编程坐标系一致。是以工件上的某一个点（一般为程序原点）为坐标原点，建立起来的X
8、-Z直角坐标系统。如图5-2所示。 图5-2数控车床工件坐标系数控车床启动后，第一步回参考点，是为了建立机床坐标系；第二步进行对刀，是为了建立工件坐标系，因此确定了工件坐标系与机床坐标系及数控系统之间的准确联系，以保证零件加工精度。2确定工件坐标系的三种方法确定工件坐标系的三种方法 第一种是：通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系。这种方法操作简单，可靠性好，只要不断电、不改变刀偏值，工件坐标系就会存在且不会变，即使断电，重启后回参考点，工件坐标系还在原来的位置。 第二种是：用G50设定坐标系，对刀后将刀移动到G50设定的位置才能加工。 第三种方法是MDI参数，运用G54G59可以设定六个
9、坐标系，这种坐标系是相对于参考点不变的，与刀具无关。这种方法适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。过程一外圆类零件的加工过程一外圆类零件的加工1单一固定循环指令单一固定循环指令G90、G94对于几何形状简单，走刀路线单一的工件，只需使用G90、G94一条指令，就能完成：进刀、切削、退刀、返回四步。（1）外圆切削单一循环指令G90指令格式指令格式G90 X（U） Z(W) R F 其中X和Z外圆柱（锥）切削终点坐标值； U和W外圆柱（锥）切削终点相对于循环起点的坐标增量；R圆锥面切削起点相对于终点的半径差（切削圆柱面时差值为，可省略）。如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标，R值为
10、负，反之为正。走刀路线走刀路线刀具从循环起点开始，按图5-（3）图5-4所示走刀，最终返回循环起点。图中虚线R表示快速移动，实线F表示按进给速度移动。图5-3圆柱面单一切削循环图5-4圆锥面单一切削循环实践训练实践训练应用G90指令编制图5-5所示30mm外圆柱面加工程序。O1001 ； 程序名 T0101 ； 刀偏法建立加工坐标系M0S S800 ；G00 X50.0 Z5.0 ； 到达循环起点G90 X40.0 Z-46.0 F0.2 ；A-B-G-H-AX35.0 ； A-C-F-H-AX30.0 ； A-D-E-H-A G00 X60.0 Z20.0 ； 结束循环M30 ； 程序结束
11、图5-5 圆柱面切削循环图5-6圆锥面切削循环 拓展拓展：T0101，FANUC数控车加工中刀具指令，其格式，T后跟4位数字，即T,前2位表示是刀位号，后2位是补偿号。实践训练实践训练应用G90指令编制图5-6所示外圆锥面加工程序。O1003 ；T0101 M03 S800 ；G00 X45.0 Z5.0 ； 到达循环起点G90 X40.0 Z-40.0 R-4 F0.2 ；A-B-G-H-AX35.0 ； A-C-F-H-AX30.0 ； A-D-E-H-A G00 X60.0 Z20.0 ； 结束循环M30 ；（2）端面切削单一循环指令G94指令格式指令格式G94 X（U） Z(W) R
12、F 其中X和Z端面切削终点坐标值； U和W端面切削终点相对于循环起点的坐标增量；R端面切削起点相对于终点在Z轴方向上的坐标增量。（端面切削差值为，可省略）。当起点Z向坐标小于终点Z向坐标时R值为负，反之为正。走刀路线走刀路线刀具从循环起点开始，按图5-7、图5-8所示走刀，最终返回循环起点。图中虚线R表示快速移动，实线F表示按进给速度移动。图5-7端面单一切削循环图5-8锥面端面单一切削循环实践训练实践训练3应用G94指令编制图5-7所示外圆端面加工程序O1004 ；T0101 M03 S800 ；G00 X65.0 Z5.0 ； 到达循环起点G94 X30.0 Z-8.0 F0.2； A-B
13、-G-H-AZ-16.0 ； A-C-F-H-A Z-23.0 ； A-D-E-H-A G00 X65.0 Z20.0 ；M30 ； 结束循环实践训练实践训练4应用G94指令编制图5-9所示锥 面端面加工程序。 G94 X20.0 Z0 R-15.0 F0.2 ； A-B-G-H-AZ-6.0 ； A-C-F-H-AZ-12.0 ； A-D-E-H-A 图5-9 锥面端面切削循环2复合固定循环指令复合固定循环指令G7（1）G7（2）G7（3）G70车削复合固定循环指令是将多次重复动作用一段程序表示，只要在程序中给出刀具路径轨迹及每次循环切削的进刀量和退刀量，系统就会自动重复切削，直至加工完成。
14、程序简短，是零件手工编程中自动化程度较高的一类指令。车削复合固定循环指令，包括外圆粗车循环G7（1）端面粗车循环G7（2）封闭粗车循环G7（3）精加工循环G70等指令。（1）外圆粗车复合循环指令G71该指令适用于余量较大，径向尺寸要求较高的长轴类工件的粗车循环加工。指令格式指令格式 G71U（d）R（e）；G71P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；其中 d 每次半径方向的吃刀量，半径值； e 每次切削循环的退刀量，半径值； ns 加工轮廓程序的第一个程序段序号； nf 加工轮廓程序的最后一个程序段序号； u X轴方向的精车余量； w Z轴方向的精车余量； F、S、T粗
15、加工中的切削用量及使用的刀具走刀路线走刀路线 如图5-10所示，AB为工件轮廓线，刀具从循环起点C开始快速移动到D点，移动的距离为精车余量。然后快速沿X轴方向进刀d深度，进行轴向车削，退刀时按照45方向，退刀量为e。退刀后快速移动到循环出发点，完成第一次粗车循环，第二次切削加工的深度为d+e，依次多次循环。粗车的最后一个循环是根据精车留量完成AB的一次成形车削循环。 图5-10 ?外圆粗车循环路径指令说明指令说明在G71程序段中的F、S、T对粗加工循环有效，而在nsnf程序段中的F、S、T仅对后续精加工循环指令有效，对粗车循环无效。G71指令一般适用于轮廓外形单调递增或单调递减的场合。循环中的
16、第一个程序段必须以G00或G01形式X方向走刀，不允许有Z轴方向的运动。循环起点的位置是靠近毛坯件轮廓的外围，不宜太远，以减小空走刀，提高加工效率。nsnf程序段中不允许调用子程序。（2）精加工循环指令G70G70不能单独存在，必须由粗车复合循环指令完成粗加工后，用G70指令进行精车循环，切除粗加工后的精加工余量。指令格式指令格式G70 P（ns）Q（nf）指令说明指令说明 ns、nf分别表示精加工循环起始和结束的程序段号，必须与粗车加工循环的第一个和最后一个程序中的程序段序号相同。 nsnf程序段中的F、S、T仅对G70指令的精加工有效。图5-11 G71指令编程实例实践训练实践训练应用G7
17、（1）G70指令编制如图5-11所示零件加工程序。图5-11 G71指令编程实例 T0101外圆粗车刀；T0202外圆精车刀O1005 ；T0101 M03 S800 ；G00 X62.0 Z2.0 ； 到达循环起点G71 U3.0 R2.0 ；G71 P10 Q20 U0.3 W0.2 F0.3 ； F0.3表示进给量是0.3mm/rN10 G00 X20.0 ； 循环加工起始段序号G01 Z-20.0 ；X26.0 ；G03 X30.0 W-2.0 R2.0 ；G01 Z-50 ；X44.0Z-90.0 ；N20 G00 X80.0.0 ；循环加工结束段序号Z80.0 ； 到达换刀位置点T
18、0202 ； 换上精加工车刀G00 X62.0 Z2.0 ； 到达循环起点G70 P10 Q20 ； 精加工Z20.0 ；M30 ；拓展拓展 如需换刀进行精加工，则粗加工循环完成后，要先到达换刀点，换精车刀后，再回到循环起点，然后写入G70指令。（3）端面粗车循环指令G72该指令适用于Z向余量小，X向余量较大的盘类零件的端面粗车循环加工。指令格式指令格式 G72 W（d）R（e）；G72 P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；其中 d 每次轴向的吃刀量； e 每次切削循环的退刀量； ns 加工轮廓程序的第一个程序段序号； nf 加工轮廓程序的最后一个程序段序号； u X
19、轴方向的精车余量； w Z轴方向的精车余量； F、S、T粗加工中的切削用量及使用的刀具走刀路线走刀路线 如图5-12所示，AB为工件轮廓，刀具从循环起点C开始点快速移动到D点，移动量为精车余量。然后向z轴方向进刀d值，进行径向车削，退刀时按照45方向，退刀量为e，退回循环出发点，完成第一次循环，依次循环，粗车的最后一个循环是根据精车余量完成BA的一次成形车削循环。 图5-12 端面粗车循环路径指令说明指令说明循环中的第一个程序段必须以G00或G01形式沿Z方向走刀，不允许有X轴方向的运动。其余说明与G71同。实践训练实践训练6应用G7（2）G70指令编制如图5-13所示零件加工程序。O1006
20、 ； G00 X80.0 Z1.0 ；到循环起点G72 W3.0 R2.0 ；G72 P10 Q20 U0.3 W0.2 F0.3 ；N10 G00 Z-55.0 ；循环加工起始G01 X54.0 Z-40.0 ；Z-30.0 ；G02 X46.0 W4.0 R4.0 ；G01 X30.0 ；Z-15 ；X14.08 ；G03 X10.0 Z-13.0 R2.0 ；N20 G01 Z5.0 ；循环结束段G70 P10 Q20 ； 精加工G00 X90.0 Z20.0 ；M30 ；图5-13 G72指令编程实例（4）封闭粗车循环指令G73该指令适用于轮廓形状基本成形的铸件或锻件的粗车循环加工。指
21、令格式指令格式G73 u(i) w() R(d)；G73 P(ns) Q(nf) u(u) w() F() s(s) T(t)；图5-14封闭粗车循环路径其中 iX向总的粗加工余量，半径值； Z向总的粗加工余量； d粗加工次数； 其它含义与G7（1）G72指令相同。走刀路线走刀路线如图5-14所示，刀具由C点开始快速移动到D点，然后刀具根据粗车余量的加工次数d计算每次切削深度，循环次数决定切削深度；车削循环轨迹与G7（1）G72不同，每次循环都是一个完整的工件轮廓轨迹，这个命令可以进行递减轮廓的加工。图5-14封闭粗车循环路径指令说明指令说明G73指令对于零件轮廓没有单调性要求；循环中的第一个
22、程序段允许有X、Z轴方向的运动。对于圆棒料毛坯，采用G73编程会增加刀具切削空行程，降低加工效率。实践训练实践训练7应用G7（3）G70指令编制如图5-15所示零件加工程序。X向总的加工余量为6mm(半径)，Z向总的加工余量为6mm，粗加工次数为3次。图5-15 G73指令编程实例图5-15 G73指令编程实例O1007 ；T0101 M03 S800 ；G00 X112.0 Z6.0 ； 到达循环起点G73 U6.0 W6.0 R3 ；G73 P10 Q20 U0.3 W0.2 F0.3 ；N10 G00 X30.0 Z1.0 ； 循环加工起始段序号G01 Z-20.0 ；X60.0 W-1
23、0.0 ；W-30.0 ；X100.0 W-20.0 ；N20 X106.0 ； 循环结束段序号 G70 P10 Q20 ； 精加工G00 X130.0 Z20.0 ；M30 ；任务三任务三 非圆曲线类零件宏程序非圆曲线类零件宏程序知识目标知识目标了解FANUC系统数控车宏程序应用的范围，掌握常用宏变量、运算符、表达式的使用及宏程序的指令应用。技能目标技能目标掌握宏程序编程技巧，能熟练利用宏程序指令编制非圆轮廓的加工程序。任务分析任务分析宏程序变量编程，是用函数公式描叙的工件轮廓或曲面进行数控加工，是现代数控系统一个重要的新功能和新方法。 各种不同数控系统定义的宏指令差别很大，在此仅介绍FAN
24、UC数控系统宏程序加工非圆曲线类零件的应用。任务实施任务实施1宏变量宏变量（1）变量的种类空变量（#0）；局部变量（#1#33）；公共变量（#100#199，#500#999）；系统变量（#1000以上）。（2）变量的表示#I (I=1，2，3，)，例#1 ，#5， #120#表达式 ，例#1+#2+126 （3）变量的使用格式：#I，例F#10，设#100.2，则为F0.2#I，例Z#104，设#10419，则为Z-19，例X#12+302宏程序的运算宏程序的运算（1）算术运算#I=#J + #K 加运算#I=#J - #K 减运算#I=#J * #K 乘运算#I=#J / #K 除运算（2
25、）函数运算#I=SIN#J 正弦#I=COS#J 余弦#I=TAN#J 正切#I=ATAN#J 反正切#I=SQRT#J 平方根#I=ABS#J 绝对值#I=ROUND#J 四舍五入化整（3）逻辑判断#I EQ #J 等于#I NE #J 不等于#I GT #J 大于#I LT #J 小于#I GE #J 大于等于#I LE #J 小于等于 3转移与循环指令转移与循环指令（1）无条件的转移格式：GOTO n式中 n顺序号（19999），可以用变量表示。 例：GOTO #10或GOTO 1（2）条件转移格式：IF GOTO n例：IF#1GT10 GOTO 100 N100 G00 G91 X1
26、0.0 （3）循环 格式：WHILE DO m END m说明：条件满足时，从DO m 到END m之间的程序重复执行；条件不满足时，执行END m下一条语句。省略WHILE语句，只有DO m END m，则从DO m 到END m之间形成死循环。EQ、NE时，“空”和“0”不同，其他条件下，“空”和“0”相同。实践训练实践训练13 编制如图5-39所示的椭圆的精加工程序。材料45钢，毛坯尺寸45mm60mm 。图图5-39 椭圆零件图椭圆零件图分析：椭圆是非圆曲线，根据三角函数关系进行赋值。#130 椭圆长半轴 #220 椭圆短半轴 #30 椭圆切削起点角度 #490 椭圆切削终点角度 #5
27、1 角度值每次增加量选用90外圆车刀 图5-39 椭圆零件图加工程序 O1014；G40 G54 G97 M03 S600； G54建立加工坐标系，取消刀补，设置恒转速为600r/minT0101； 选择1号外圆车刀G00 X50.0 Z10.0； #130； 椭圆长半轴 #220； 椭圆短半轴 #30 ； 椭圆切削起点角度 #490； 椭圆切削终点角度 #51； 角度值每次增加量 N10 #6 = #1*COS #3； 计算Z轴坐标值 #7 = #2 * SIN #3； 计算X轴坐标值 G42 G01 X 2 * #7 Z - #6 F0.05； 建立右刀补，加工椭圆轮廓 #3 = #3+
28、#5； 角度值递增IF #3 LE #4 GOTO 10； 如果角度值90，则返回N10程序段执行G40 G01 X45.0； 取消刀补G00 Z60.0；M30； 程序结束 此零件加工的编程原点在椭圆中心处，而对刀点在毛坯件右端面的中心，因而在建立G54加工坐标系时，要在相应的偏移值中输入30。小结小结（1）宏程序编程的原理是相通的，只要合理运用宏程序的参数及转移、循环指令，根据自变量与变量之间的对应关系，并用G01直线插补指令进行拟合，就能加工出椭圆、抛物线等任何二次曲线类零件。（2）对变量进行赋值时，应先对自变量的起始值进行赋值。（3）精加工时，为保证精度要选用较小的递增量。实训实训 非
29、圆曲线零件宏程序应用非圆曲线零件宏程序应用1实训目的实训目的（1）了解宏指令的使用特点（2）掌握车削加工中宏程序的编制方法2实训内容实训内容加工如图5-40所示的零件。材料45钢，70的外轮廓已加工完成，进行装夹用。（1）图样分析）图样分析该零件包含一抛物线轮廓，零件需要加工外圆、圆角及抛物线。图5-40 抛物线零件图（2）工艺分析）工艺分析先用G72指令加工零件的外形轮廓，再用宏程序编程加工抛物线；70外轮廓已加工完成，用三爪卡盘进行定位和装夹；采用试切法对刀，加工坐标系原点设置在右端面中心上。（3）刀具选择）刀具选择T0101 93外圆车刀，加工外轮廓。切削量详见加工程序。图5-40 抛物
30、线零件图（4）加工程序）加工程序O1015； 程序名（加工外形轮廓）T0101 M03 S800； 选择1号外圆车刀，主轴正转800r/minG00 X78.0 Z3.0； 到达循环起点G72 W2.0 R1.0； 采用G72循环加工指令G72 P10 Q20 U0.3 W0.2 F0.2；N10 G00 Z-55.0；G01 X56.0；G03 X50.0 W3.0 R3.0N20 G01 Z5.0；G70 P10 Q20； 精加工G00X90； M30； 程序结束O1016； 程序名（加工抛物线）G40 G97 M03 S800； 程序初始化，主轴正转800r/minT0101； 选择1号
31、外圆车刀G00 X36.0 Z0； 快速定位到抛物线加工起点#1=0； 抛物线粗加工起点Z坐标#2 = -30.0； 抛物线粗加工终点Z坐标WHILE #1 GE #2 D01； 粗加工终点判别#3 = SQRT -#1 * 10； 抛物线加工对应X坐标G01 X 2 * #3 +0.3 Z #1 F0.2；粗加工直线拟合切削，精加工余量0.3mm#1 =#1 -0.2； 循环加工Z轴递增量0.2mmEND1； G00 X36.0 S1000； 粗加工结束，主轴转速1000r/minZ0； #4 = 0； 抛物线精加工起点Z坐标#5 = -30.0； 抛物线精加工终点Z坐标WHILE #4 GE #5 D01； 精加工终点判别#6 = SQRT -#4 * 10； 抛物线精加工对应X坐标G01 X 2 * #6 Z #4 F0.1； 精加工直线拟合切削#4 = #4 -0.1； 循环加工Z轴递增量0.1mmEND2；G00 X100.0；Z50；M30； 程序结束
