数控设备操作与加工实训教案.doc
数控设备操作与加工(实训教案) 余 - - 机 电 工 程 系 2011.03数控车床实习指导教案第一小节 数控车削加工基础一、车床的工作原理将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过控制车床X、Z坐标轴的伺服电机或步进电机去控制车床进给部件的动作顺序、进给量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种不同形状的轴类和盘套类等回转体零件。即：数控车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动，配合刀具在平面内的运动加工出回转体零件。二、车床的加工特点加工精度高，零件尺寸的稳定性好；加工生产效率高，能够进行多个零件的重复操作；自动化程度高，劳动强度低；价格昂贵，控制复杂，维修困难。三、车床的应用精度较高，批量生产的零件，各种形状复杂的轴类和盘套类零件。车削加工的主要内容1数控车削加工包括端面、内外轮廓面、成形表面、螺纹、切断等工序的切削加工；2数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件；3车铣中心上可以实现车削和铣削的复合加工；4数控车削工艺灵活多变，其丰富的循环功能指令、各类刀具的选择，是学习的重点内容；5在数控车床和车削中心上加工的零件，一般采用手工编程，对具有复杂外轮廓的回转体零件可以采用自动编程。数控车削加工的主要对象1加工精度要求高的零件2表面粗糙度要求好的零件3轮廓形状复杂的零件4导程有特殊要求的螺纹零件四、数控车削加工工艺的制定（一）对零件图样的工艺分析1仔细阅读图样，明确加工内容； 2详细了解零件图样所标注的几何尺寸、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等技术要求；了解零件的材料、毛坯类型、生产批量等等，这些都是合理安排数控车削加工工艺中各基本参数的主要依据；3分析工件图样上尺寸标注方法是否适应数控加工的特点；4分析工件图样上几何元素的给定条件是否充分，要保证编程时的数值计算能顺利进行。（二）工序的划分1普通零件按工序集中的原则划分工序；2薄壁类零件按粗、精加工分序原则划分工序。（三）加工顺序的确定1先粗加工后精加工；2由近及远；3内外表面加工交叉进行；4最后加工槽、螺纹等表面。（四）进给路线的确定1最短的空行程路线；2最短的切削进给路线；3零件轮廓的精加工进给应连续进行；4切削螺纹的引入与超越；5切槽之后的退刀路线要合理。五、夹具、刀具的选择、装夹方式的确定（一）数控车床上装夹工件的常用方法。1用三爪卡盘装夹工件；2用三爪卡盘和顶尖装夹工件；3用四爪单动卡盘装夹工件；4其它的装夹方法。（二）刀具的选择1数控车床常用刀具；2刀片的编号；3刀片的夹紧方式；4刀片的形状；5刀片的其它参数；6刀片材料的选用。六、切削用量的确定主要内容：数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度vc和进给量f。选择切削用量时，应该在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率，最大地发挥刀具的切削性能。所选取的数值要在机床给定的切削参数允许范围内，同时要使主轴转速、背吃刀量和进给量三者都能相互适应，形成最佳的切削效果。具体的原则是：粗车时，在考虑加工经济性的前提下以提高生产率为主；半精车和精车时，在保证工件加工精度和表面粗糙度的前提下兼顾提高加工效率。（一）背吃刀量的确定。根据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统刚度来确定背吃刀量ap。在工艺系统刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，以提高加工效率。当零件的加工精度要求较高时，需要保留0.20.5mm的单边精车余量。（二）主轴转速的确定依据机床的性能、被加工零件的材料和刀具允许的切削速度，查阅相关的数控加工切削用量资料，选取切削速度。在确定了切削速度vc(mmin)之后,根据工件直径D用下面的公式便可计算出主轴转速n(rmim)。式中，D是工件直径，单位为mm。（三）进给量(进给速度)的确定在确定进给量时，要考虑被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具及工件的材料等因素，在保证加工表面质量要求的前提下，可选择较大的进给量，以提高加工效率。七、小结1、数控车削加工原理、主要加工对象。2、数控车削加工工艺的制定方法、主要技术规程文件。3、三爪卡盘装夹方法、其它的装夹方法、数控车床常用刀具的使用。4、切削用量的作用。第二小节 指令代码一、基本G代码介绍（一）快速定位指令(G00)G00：快速线性移动:用于快速定位刀具，无运动轨迹要求，不对工件进行加工，直到被其它G代码所代替，且进给率F无效。指令格式：G00 X(U)_ Z(W)_ ；其中X、Z为目标点坐标，U、W为增量坐标编程方式。（二）直线插补指令(G01)该指令命令刀具在两坐标点间以插补联动方式按指令的F进给速度作任意斜率的直线运动。刀具以直线从起始点移动到目标位置，以地址F下的进给速度运行。G1一直有效，直到被其它的指令所取代。1指令格式：G01 X(U)_ Z(W)_ F_ ；其中X、Z为目标点坐标，U、W为增量坐标编程方式；F为切削进给速度,单位为mmr。2编程并运行。（三）圆弧插补指令(G02、G03)该指令命令刀具在X Z坐标平面内，按指定的F进给速度进行圆弧插补运动，切削出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。1指令格式： G02 X(U)_ Z(W)_ I_ K_ F_ ； 或 G02 X(U)_ Z(W)_ R_ F_ ；G03 X(U)_ Z(W)_ I_ K_ F_ ； 或 G03 X(U)_ Z(W)_ R_ F_ ；其中X、Z为圆弧终点坐标；I、K为圆弧中心的坐标，R为圆弧半径2顺时针圆弧与逆时针圆弧的判别方法G02：顺时针方向圆弧插补 以地址F下的进给速度运行，G02,G03一直有效,直G03：逆时针方向 到被其它的指令取代为止。在使用G02或G03指令之前，要正确判别刀具在加工零件时是按顺时针路径作圆弧插补运动，还是按逆时针路径作圆弧插补运动。在XZ平面内向Y轴的负方向看去，刀具相对工件进给的方向顺时针为G02，逆时针为G03。b为前置刀架的情况；加工同一段圆弧时，前置刀架的数控车床所使用的圆弧插补指令G02 (G03)与后置刀架的数控车床恰好相反。（四）主轴速度控制指令(G96，G97，G50) G90相对尺寸：表示坐标系中目标点的坐标尺寸。 G91绝对尺寸：表示待运行的唯一量。二、辅助指令代码F：进给率，刀具轨迹速度，在G01，G02，G03插补方式下生效，且一直有效，直到被一个新的地址F所取代为止。 M03：顺时针旋转主轴的方向 M04：逆时针旋转 M05：主轴停止 M02：程序结束程序结束 M30：程序停止指令 G代码一览表M代码一览表注：其他常用指令格式及知识点 G90 X Z F G94 X Z F G92 X Z F 螺纹车削指令，车螺纹时要注意以下几方面：1）转速要小，一般小于500转；2）引入2-3L引出1-2L（L=P×螺纹头数）；3）车削螺纹前外圆直径比螺纹大径小0.1P（10-20丝）；4）小径大径直1.3P G71 外圆粗车多重循环指令G71 U R （U指半径方向的吃刀量，R指退刀量）G71 P Q U W F S T （U、W分别为精车余量）G73仿形加工循环指令G73 U W R （U、W分别为X、z方向总的退刀量，R为走刀次数） G73 P Q U W F S T 式中U=（毛坯直径-零件最小直径）/2，W一般可取0值，R=U值/吃刀量G04 X 暂停，用于切槽、钻、镗等光整加工第三小节 数控车床的程序编制（复习：4课时）（一）NC编程基本原理1、程序结构l NC程序由各个程序段组成l 每一个程序段执行一个加工步骤l 程序段由若干个字组成l 最后一个程序段包括程序结束符M02或M30例如：程序段 字 字 字 程序段 N10 G 0 X20程序段 N20 G 1 Z-10程序段 N30 G91 程序段 N40 M302、程序名的规定：l 开始的两个符号必须是字母l 其后的符号可以是字母，数字或下划线l 最多为8个字符l 不得使用分隔符（二）数控车床的编程特点1.可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程，或混合编程。2. X轴的脉冲当量取为Z轴脉冲当量的一半。3. X坐标一般以工件的直径值表示。4固定循环，可以实现多次重复循环切削。5具备刀尖半径补偿功能。（三）数控车床的坐标系统1机床坐标方向的规定卧式数控车床的刀架结构有前置和后置两种。数控车床的主轴轴线方向作为Z轴，其正方向为刀具远离工件的方向，X轴位于与工件安装面平行的水平平面内，垂直于主轴轴线方向，刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向。2机床坐标系机床坐标系是用来确定工件坐标的基本坐标系。机床原点：机床原点为机床上的一个固定点。数控车床将其定义在主轴旋转轴线与卡盘后端面的交点上。机床参考点：数控车床的参考点是刀架相对于机床原点沿X、Z轴正向退至极限的一个固定点，其位置分别由X向与Z向的机械档块来确定，且机床在出厂之前由制造商采用精密测量方法确定。3工件坐标系的设定工件原点又称为程序原点。工件原点要尽量选择在工件图样的设计基准上，同时要便于编程计算设定工件坐标系有两种方法，一种是以G50的方式，另一种是以G54 G59的方式， 用50设定工件坐标系是数控车削常用的方法。G50是一个非运动指令，只起预置寄存数据的作用，一般放在零件加工程序的第一个程序段位置上，其指令格式为：G50 X _ Z_ ；路径示意图（四）数控车床的操作步骤1、 开机接通电源2、 等待软件系统启动之后，再“保护开” “驱动开”3、 回机械零点4、 编程5、 对刀且检测刀具的位置6、 检测程序7、 自动执行程序（最好单步执行）8、 加工完成后测量并打扫机床教师教学示例零件图：毛坯外径40*100mm，编制数控加工程序。学生任务零件图纸：毛坯：35*100mm，编制数控加工程序。
