数控加工技术(改).ppt

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数控加工技术,石泉职教中心数控教研组王春举,YOURSITEHERE,数控加工技术简介,一、数控技术数字控制（NumericalControl，NC）技术简称数控技术，顾名思义就是以数字的形式实现控制的一门技术。

数控设备：

如果一种设备的操作命令是以数字的形式来描述，工作过程是按照规定的程序自动地进行，那么这种设备就称为数控设备。

YOURSITEHERE,二、数控机床及其加工原理数字控制机床（NumericalControlMachineTools）简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。

工艺分析,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,三、数控机床的适用范围数控机床最适宜加工以下类型的零件：

（1）生产批量小的零件（100件以下）

（2）需要进行多次改型设计的零件（3）加工精度要求高、结构形状复杂的零件。

（4）需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件（5）价值昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果加工中因出现差错而报废，将产生巨大的经济损失。

YOURSITEHERE,自动化程度高,对加工对象适应性强,加工精度高，产品质量稳定,生产效率高,有利于生产管理的现代化,易于建立计算机通信网络,一、数控机床的特点,数控机床的特点及其分类,YOURSITEHERE,二、数控机床的分类,按工艺用途分类,1.金属切削类2.金属成型类3.特种加工类,1.点位控制类2.直线控制类3.轮廓控制类,按运动轨迹分类,1.开环控制类2.闭环控制类3.半闭环控制类,按伺服系统的控制分类,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,数控铣床的主要加工对象,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,高速钻孔,五轴加工,复合加工,高速加工,先进机床,高精度化,高速度化,高智能化,开放式结构,高复合化,数控机床的发展趋势,未来机床构想,YOURSITEHERE,数控机床的坐标系,一、数控机床坐标系的作用,四、机床坐标系与工件坐标系的关系（难点）,三、坐标轴运动方向的确定（重点）,二、机床坐标系确定原则,YOURSITEHERE,一、数控机床坐标系的作用,为了确定机床的运动方向和运动距离，必须在机床上建立坐标系，以描述刀具和工件的相对位置及其变化关系。

YOURSITEHERE,大拇指为x轴，食指为Y轴，中指为z轴。

1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90，指向为正方向。

则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。

2）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。

二、机床坐标系（标准坐标系）的规定,标准的的机床坐标系统一规定（ISO和我国JB3051-1982）采用右手直角笛卡儿坐标。

YOURSITEHERE,数控机床坐标系确定原则：

1、刀具相对静止工件而运动的原则,假设：

工件固定，刀具相对工件运动。

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，就能根据零件图样确定机床的加工过程。

2、刀具远离工件的方向为坐标轴正方向。

三、坐标轴运动方向的确定,1、X、Y、Z坐标轴与正方向的确定,判定顺序是：

先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。

YOURSITEHERE,

（1）Z坐标轴,1）Z坐标轴的运动由传递切削力的主轴决定，与主轴平行的标准坐标轴为Z坐标轴，其正方向为增加刀具和工件之间距离的方向。

YOURSITEHERE,

（2）X坐标轴,1）X坐标轴的运动是水平的，它平行于工件装夹面。

2）对于工件旋转的机床（车床、磨床），X坐标的方向在工件的径向上，并且平行与横滑座，刀具离开工件回转中心的方向为X坐标的正方向。

3）对于刀具旋转的机床（铣床），Z坐标水平时（卧式铣床），观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时（立式铣床），观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。

YOURSITEHERE,（3）Y坐标轴,根据X、Z坐标轴，按照右手直角笛卡儿坐标系确定。

注：

如在X、Y、Z主要直线运动之外还有第二组平行于它们的运动，可分别将它们坐标定为U、V、W。

YOURSITEHERE,1.机床坐标系与机床原点、机床参考点,机床坐标系是指机床制造厂家设定在机床上的固有坐标系，其原点为机床原点。

注意：

这个点用户不能随意更改。

机床参考点是机床制造厂家在机床上用行程开关设置的一个位置。

机床参考点与机床原点之间的相对位置是一个已知的固定值，在机床出厂之前有机床制造厂家精密测量确定。

在开机时要手动返回参考点，以便在机床上建立准确的机床坐标系位置。

作用：

返回参考点的操作，可以根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值，间接确定机床原点的位置，数控装置就建立了机床坐标系。

四机床坐标系与工件坐标系（难点）,YOURSITEHERE,2工件坐标系与工件坐标系原点,

（1）工件坐标系,编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。

（2）工件坐标系原点,也称为工件原点或编程原点，由编程人员根据编程计算方便性、机床调整方便性、对刀方便性、在毛坯上位置确定的方便性等具体情况定义在工件上的几何基准点，一般为零件图上最重要的设计基准点。

工件坐标系与机床坐标系坐标轴方向一致，原点不同。

YOURSITEHERE,工件原点选择：

1.与设计基准一致2.尽量选在尺寸精度高，粗糙度低的工件表面3.最好在工件的对称中心上4.要便于测量和检测,YOURSITEHERE,小结：

机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）或工件（工作台）位置的参考系。

确定数控机床坐标系时总是假设工件固定，刀具相对工件运动。

标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则判断，直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：

先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。

Z坐标轴的运动由传递切削力的主轴决定，与主轴平行的标准坐标轴为Z坐标轴;X坐标轴的运动是水平的，它平行于工件装夹面;Y坐标轴根据X、Z坐标轴，按照右手直角笛卡儿坐标系确定.各坐标轴的正方向为增加刀具和工件之间距离的方向；,YOURSITEHERE,机床坐标系原点是指在机床上设置的一个固定点，是数控机床进行加工运动的基准参考点；机床参考点对机床原点的坐标是已知值，既可根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置；编程人员在编程时设定的坐标系称工件坐标系，工件坐标系坐标轴的确定与机床坐标系坐标轴方向一致。

YOURSITEHERE,为了区分每个程序，对程序都要进行编号，程序号由程序号地址和程序的编号组成，如O,N_G_X_Y_Z_T_D_M_S_F_;,一个指令字是由地址符（指令字符）和带符号（如定义尺寸的字）或不带符号（如准备功能字G代码）的数字组成的,1.程序的文件名,2.程序段的格式,3.指令字的格式,程序结构与格式（FANUC0i系统）,YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,在程序段中，必须明确以下几点的对应关系：

移动目标：

终点坐标值；沿怎样的轨迹移动：

准备功能字；进给速度：

进给功能字F；切削速度：

主轴转速功能字S；使用刀具：

刀具功能字T；机床辅助动作：

辅助功能字M。

组成程序段的各要素如下图所示。

组成程序段要素示意图,加工程序的一般格式举例,YOURSITEHERE,1.数控车床的组成数控车床是由床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统等部分组成。

数控车削编程,YOURSITEHERE,2.数控车床的编程特点：

1）在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。

2）由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，都是以直径值表示。

所以直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示，用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略）。

3）为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。

4）由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，所以为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。

5）编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧，因此为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。

大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能（G41、G42）这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。

对不具备刀具半径自动补偿功能的数控车床，编程时，需先计算补偿量。

YOURSITEHERE,YOURSITEHERE,3.数控车削的主要加工对象数控车削是数控加工中用的最多的加工方法之一。

针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车削加工。

1）精度要求高的回转体零件2）表面粗糙度要求要的回转体零3）表面形状复杂的回转体零件4）带锥螺纹及其他特殊螺纹的回转体零件,YOURSITEHERE,外圆车刀,内孔车刀,螺纹车刀,常用车刀,切槽刀,YOURSITEHERE,4.数控车床常用指令数控车床加工中的动作在加工程序中用指令的方式事先予以规定，这类指令有准备功能G、辅助功能M、刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F等。

1）准备功能G指令准备功能也称G功能，它是由地址字G及其后面的两位数字组成的，主要用来指令机床的动作方式。

本书以日本FANUC-0i数控系统为例介绍部分准备功能G指令。

YOURSITEHERE,2）辅助功能M指令3）F、T、S功能指令

（1）F功能指令指定进给速度，由地址F和其后面的数字组成。

a.每转进给（G99）G99F0.3系统开机状态为G99，只有输入G98后G99指令才被取消。

b.每分钟进给（G98）G98F120两个均为模态指令。

（2）T功能指令指定数控系统进行选刀或换刀，用地址T和其后面的数字来指定刀具号和刀补号，数控车床上一般采用T的形式。

表示刀具号，表示刀补号。

（3）S功能指令指定主轴速度，由地址S和其后面的数字组成。

S功能指令包含以下三种功能。

a.直接指定主轴速度。

例如：

M03S500；b.主轴最高速度限定（G50）。

例如：

G50S1500c.恒线速度控制（G96）。

例如G96S150；G97指令是取消恒线速度控制的指令。

G97指令后S指定的数值表示主轴每分钟的转数。

例如G97S1200。

YOURSITEHERE,5.数控车床的基本编程指令与格式1）绝对值编程与增量值编程

（1）绝对值编程

（2）增量值编程（3）混合编程2）常用编程G指令

（1）工件坐标系设定G50该指令是规定刀具起刀点距工件原点的距离。

格式：

G50XZ；

（2）快速点定位指令G00格式：

G00X（U）Z（W）；（3）直线插补指令G01格式：

G01X（U）Z（W）F；（4）圆弧插补指令G02/G03a.用I、K指定圆心坐标，其格式为：

G02/G03X（U）Z（W）IJF；b.用圆弧半径R指定圆心位置，其格式为:

G02/G03X（U）Z（W）RF；,YOURSITEHERE,6.数控车床固定循环指令的用法数控车床上被加工工件的毛坯常用棒料或铸锻件，因此加工余量大，一般需要多次重复循环加工，才能去除全部余量。

为了简化编程，数控系统提供了不同形式的固定循环功能，以缩短程序长度，减少程序所占内存。

固定循环一般分为单一形状固定循环、复合形状固定循环和螺纹切削循环。

1.单一形状固定循环指令1）外圆切削循环指令G90指令格式：

G90X（U）Z（W）F；,YOURSITEHERE,例：

利用循环指令G90加工如图示零件O1487G00X50.0Z2.0；G90X45.0Z-25.0F0.35；X40.0；X35.0；G00X200.0Z100.0；M05；M30；,二数控车床常用编程指令,G90加工走刀路线,YOURSITEHERE,2）锥面切削循环指令G90指令格式：

G90X（U）Z（W）RF；,G90车圆锥面走刀路线,YOURSITEHERE,3）端面切削循环指令G94指令格式：

G94X（U）Z（W）F；4）带锥度的端面切削循环指令G94指令格式：

G94X（U）Z（W）RF；,G94加工端面的走到路线,YOURSITEHERE,2.复合循环指令该指令应用于粗车和多次走刀加工的情况下。

利用复合循环功能，只要编写出最终走刀路线，给出每次切削用量，机床即可以自动完成多重切削直至加工完毕。

1）外圆粗车循环G71（适用于切削棒料毛坯的大部分加工余量）其格式为：

G71U（d）R（e）；G71P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F；其中：

d每次径向吃刀深度（半径给定）e径向退刀量（半径给定）ns精加工路径第一程序段的顺序号；nf精加工路径最后程序段的顺序号；uX方向精加工余量和方向，u为负值时，表示内径粗车循环；wZ方向精加工余量和方向。

G71加工走刀路线,YOURSITEHERE,例：

按图所示尺寸编写外圆粗切循环加工程序。

OO006N10G54G00X100Z100M03S650；（选定坐标系G54，到程序起点位置,主轴以650rmin正转）N20G50S1000；（设定主轴最高转速为1000r/min）N30G96S100；N40G00X50Z3；（刀具到循环起点位置）N50G71U1.5R1；（粗加工切削深度1.5mm，退刀量1mm）N60G71P70Q160UO.4WO.2F0.25；（精加工余量：

UO.4mmWO.2mm；粗加工进给量0.25mm/r）N70G00X0；（精加工轮廓起始行，到倒角延长线）N80G01X10Z-2；（精加工245倒角）N90Z-20；（精加工10外圆）N100G02U10W-5R5；（精加工R5圆弧）N110GO1W-10；（精加工20外圆）N120G03U14W-7R7；（精加工R7圆弧）N130GO1Z-52；（精加工34外圆）N140U10W-10；（精加工外圆锥）N150W-20；（精加工44外圆）N160X50；（退出已加工面）N170G00X100Z100；（回对刀点）N180M05；N190M30；,YOURSITEHERE,其对应的加工过程,其对应的走刀路线,YOURSITEHERE,

（2）端面粗加工复合固定循环指令G72格式：

G72W（d）R（e）；G72P（ns）Q（nf）U（u）W（w）FST；d切削深度（每次切削量）,指定时不加符号，如图3-22所示；e每次退刀量；ns精加工路径第一程序段号；nf精加工路径最后程序段号；uX方向精加工余量（直径值）；WZ方向精加工余量。

YOURSITEHERE,例：

按图323所示尺寸编写端面粗切循环加工程序。

OO007N10G54X100Z100；（选定坐标系G54，到程序起点位置）N20M03S400；（主轴以400rmin正转）N30G00X6Z3；（到循环起点位置）N40G72W1.5R1；（内端面粗切循环加工）N50G72P60Q160U-0.4WO.2FO.25；（精加工余量：

U-0.4mm，W0.2mm）N6OG00Z-61；（精加工轮廓开始,到倒角延长线处）N70G01U6W3FO.2；（精加工倒245角）N80W10；（精加工10外圆）N90G03U4W2R2；（精加工R2圆弧）N100GO1X30；（精加工Z45处端面）N110Z-34；（精加工30外圆）N120X46；（精加工Z34处端面）N130G02U8W4R4；（精加工R4圆弧）N140G01Z-20；（精加工54外圆）N150U20W1O；（精力工锥面）N160Z3；（精加工74外圆，精加工轮廓结束）N170G00X100Z100；（返回对刀点位置）N180M05；（主轴停）N190M30；（主程序结束）,其对应的加工过程,YOURSITEHERE,（3）封闭轮廓复合循环指令G73格式：

G73U（i）W（k）R（d）；G73P（ns）Q（nf）U（u）W（w）FST；iX轴方向退刀距离和方向（半径值）；kZ轴方向退刀量的距离和方向；d粗切削次数；ns精加工路径第一程序段的顺序号；nf精加工路径最后程序段的顺序号；uX方向精加工余量（直径值）；wZ方向精加工余量；,G73走刀路线,YOURSITEHERE,例：

按图325所示尺寸用G73粗切循环指令编写加工程序。

OO008N10G54G00X100Z100；（选定坐标系，到程序起点位置）N20M03S400；（主轴以400rmin正转）N30G00X56Z3（到循环起点位置）N40G73U22W3R11；（闭环粗切循环加工）N50G73P60Q140UO.4WO.2FO.3；（精加工余量：

UO.4mmWO.2mm）N60G00XOZ3；（精加工轮廓开始，到倒角延长线处）N70GO1U1OZ-2F0.05；（精加工倒245角）N80Z-20；（精加工10外圆）N90G02U10W-5R5；（精加工R5圆弧）N100GO1Z-35；（精加工20外圆）N110G03U14W-7R7；（精加工R7圆弧）N120GO1Z-52；（精加工34外圆）N130U10W-10；（精加工锥面）N140X50；（精加工轮廓结束）N150G00X100Z100；（返回程序起点位置）N160MO5；（主轴停）N170M30；（主程序结束）,其对应的加工过程,其对应的走刀路线,YOURSITEHERE,（4）精车循环指令G70格式：

G70P（ns）Q（nf）；说明:

ns精加工路径第一程序段号；nf精加工路径最后程序段号。

当用G71、G72、G73粗车工件后，用G70来指定精车循环，切除粗加工留下的余量；在G71，G72，G73中的F、S、T无效，在执行G70时处于ns到nf程序段之间的F、S、T有效；在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中，不能调用子程序。

YOURSITEHERE,（5）编程示例,YOURSITEHERE,O0001N10G54G00X100Z100M03S600；N20G50S1500；N30G96S100；N40T0101；N50G00X54Z3；N60G71U1.5R1；N70G71P80Q200U0.4W0.2F0.2；N80G42G00X-6S800；N90G02X0Z0R3F0.1；N100G03X20Z-10R10；N110G01W-10F0.1；N120X26；N130G03X32W-3R3；N140G01Z-45；N150X36；N160X40W-2；N170Z-66；N180G02X48W-4R4；N190G01W-10；N200G40U5；N210G70P80Q200；N220G00X100Z100；N230M05；N240M30；,其对应的加工过程,其对应的走刀路线,YOURSITEHERE,7.螺纹加工指令1）螺纹切削指令G32G32指令可以执行单行程螺纹切削，车刀进给运动严格根据输入的螺纹导程进行。

但是，车刀的切入、切出、返回均需编入程序。

利用G32指令可以加工圆柱螺纹、圆锥螺纹、外螺纹和内螺纹以及左旋螺纹和右旋螺纹。

指令格式：

G32X（U）Z（W）F；其中，X（U），Z（W）为螺纹终点坐标值，X、Z用于绝对编程，U、W用于相对编程，F为导程（螺距）。

YOURSITEHERE,例:

如图所示为待加工螺纹，M18螺纹，螺距F=1.5mm，螺纹长度16mm，右端面倒角C1.5mm，用G32指令为其编制螺纹加工程序。

螺纹加工程序：

；G00X20.0Z5.0；X17.0；直径切深1mmG32Z-18.0F1.5；G00X20.0；Z5.0；X16.5；直径切深1mmG32Z-18.0F1.5；G00X20.0；Z5.0；X16.05；直径切深到牙低尺寸G00X20.0；Z5.0；,YOURSITEHERE,2）.螺纹切削循环指令G92

（1）G92直螺纹循环切削指令指令格式：

G92X（U）Z（W）F；,G92加工直螺纹走刀路线,YOURSITEHERE,例：

用G92螺纹循环切削指令为图所示零件编制螺纹加工程序,用G92螺纹循环切削指令编程就比G32简化多了。

O0112；G54G99G97S400M03；T0303；G00X20.0Z5.0；G92X17.0Z-18.0F1.5；X16.5；X16.1；X16.05；G00X200.0Z100.0；M05；M30；,YOURSITEHERE,

（2）G92锥螺纹循环切削指令指令格式：

G92X（U）Z（W）RF；R为刀具切出点到切入点距离在X方向的投影，与X轴方向相同取正，与X轴方向相反取负（半径值）。

G92加工锥螺纹走刀路线,YOURSITEHERE,如右上图所示为一锥螺纹的零件，试计算其相关值：

a.设定升速进刀段，降速退刀段。

b.求R值根据相似三角形的计算方法计算得出（见右下图）：

得R=7.2R投影方向与X正向相反，R为-7.2。

c.求螺纹切出点大径值（牙顶直径）根据相似三角形：

D=31.25d.求螺纹切出点小径值经计算得出d=29.3mm,YOURSITEHERE,则可编写出上图所示的锥螺纹加工程序：

O0114；G54G99S400M03T0303；G00X32.0Z5.0；G92X30.5Z-18.0R-7.2F1.5；X30.0；X29.7；X29.5；X29.4；X29.35；X29.3；G00X200.0Z100.0M05；M30；,YOURSITEHERE,（3）用G92加工多头螺纹在大多数情况下采用单头螺纹，通常采用多头螺纹的目的是在较长的距离上较快地精确传递运动。

要注意精确这个词，粗螺纹也可以比较快地传递运动，但精确度比较差。

对于编程者而言，加工多头螺纹需要特殊的考虑。

也就是每线螺纹的起始点的位置在螺纹的端面圆上必须均匀分布。

右图所示螺纹横截面和末端螺纹截面图。

图中从上往下依次为单头螺纹、双线螺纹、三线螺纹和四线螺纹，黑点表示螺纹起点。

YOURSITEHERE,例：

在前置刀架式数控车床上，用G92指令编写如图4-22所示的双线左旋螺纹的加工程序。

在螺纹加工前，其螺纹外圆直径已加工至。

O0006；G00X31.0Z-34.0；G92X28.9Z3.0F3.0；X28.4X28.15；X28.05；G01Z-32.5F200；G92X28.9Z4.5F3.0；X28.4X28.15；X28.05；G00X100.0Z100.0；M30；,YOURSITEHERE,3）复合螺纹切削循环指令G76格式：

G76P（m）（r）（a）Q（dmin）R（d）；G76X（u）Z（w）R（i）P（k）Q（d）F（L）其中：

m精加工次数（199）,为模态值；r退尾倒角量，数值为0.01L9.9L（介于0099之间）,为模态值；a刀尖角度，可选80、60、55、30、29、0；dmin最小切削深度（半径值）；d精加工余量（用半径编程指定）i螺纹两端的半径差；如i=0，为圆柱螺纹切削方式；k螺纹单边牙深（半径值），通常为正；d第