《数控加工工艺与编程》实验指导书

数控加工工艺与编程实验指导书数控加工工艺与编程实验指导书机电教研室2010-10数控加工工艺与编程实验指导书使用说明数控加工工艺与编程实验指导书适用于机械设计制造及其自动化本科专业和机械设计及制造专科等专业，共有验证型实验1个、综合型实验2个、设计型实验0个。其中： 机械设计制造及其自动化专业实验 10 学时，实验/理论学时比为10：18 ，包括 数控车床基本操作实验、数控车床编程仿真加工实验 和 加工中心编程仿真加工实验 共 3 个实验项目；机械设计及制造专业实验 6 学时，实验/理论学时比为6：30 ，包括 数控车床编程仿真加工实验 和 加工中心编程仿真加工实验 共 2 个实验项目。本实验现有主要实验设备 台（套），每轮实验安排学生 人，每组 人，每轮实验需要安排实验指导教师 1 人。本实验通过在计算中心上机完成。实验指导书执笔人： 实验指导书审核人： 实验一：数控车床基本操作实验实验学时：2实验类型：验证型（演示）实验要求：必修一、 实验目的1、熟悉数控机床的安全操作规程；2、了解数控机床操作面板各功能键、按钮的功能；3、熟悉数控车床的操作流程；4、熟悉数控车床工件坐标系的建立和对刀等操作。二、 实验仪器与设备1、数控车床一台（机床型号：CAK3675v；数控系统：FANUC 0i Mate-TC）；2、加工用材料：50mm80mm。三、 实验原理及主要知识点（一）安全操作规程为了正确合理地使用数控机床，减少其故障的发生率，操作人员除了要熟悉掌握数控机床的性能以外，还必须具备安全操作的基本常识。1、开机前的注意事项（1）操作人员必须熟悉该数控机床的性能，操作方法。经管理人员同意方可操作机床。（2）机床通电前，先检查电压、气压、油压是否符合工作要求。（3）检查机床可动部分是否处于可正常工作状态。（4）检查工作台是否有越位，超极限状态。（5）检查电气元件是否牢固，是否有接线脱落。（6）检查机床接地线是否和车间地线可靠连接（初次开机特别重要）。（7）已完成开机前的准备工作后方可合上电源总开关。2、开机过程注意事项（1）严格按机床说明书中的开机顺序进行操作。（2）一般情况下开机后必须先进行回机床参考点操作，建立机床做标系。（3）开机后让机床空运转15min以上，使机床达到平衡状态。（4）关机以后必须等待5min以上才可以进行再次开机，没有特殊情况不得随意频繁进行开机或关机操作。3、调试过程注意事项（1）编辑、修改、调试好程序。若是首件试切必须进行空运行，确保程序正确无误。（2）按工艺要求安装、调试好夹具，并清除各定位面的铁屑和杂物。（3）按定位要求装夹好工件，确保定位正确可靠。不得在加工过程中发生工件有松动现象。（4）安装好所要用的刀具，若是加工中心，则必须使刀具在刀库上的刀位号与程序中的刀号严格一致。（5）按工件上的编程原点进行对刀，建立工件坐标系。若用多把刀具，则其余各把刀具分别进行长度补偿或刀尖位置补偿。（6）设置好刀具半径补偿。（7）确认冷却液输出通畅，流量充足。（8）再次检查所建立的工件坐标系是否正确。以上各点准备好后方可加工工件。4、加工过程注意事项（1）加工过程中，不得调整刀具和测量工件尺寸。（2）自动加工中，自始至终监视运转状态，严禁离开机床，遇到问题及时解决，防止发生不必要的事故。（3）定时对工件进行检验。确定刀具是否磨损等情况。（4）关机时，或交接班时对加工情况，重要数据等作好记录。（5）机床各轴在关机时远离其参考点，或停在中间位置，使工作台重心稳定。（6）清洁机床，必要时涂防锈漆。（二）开、关机操作1、开机（1）检查机床状态是否正常；（2）检查电源电压是否符合要求，接线是否正确；（3）按下“急停”按钮；（4）机床上电；（5）数控系统上电；（6）检查风扇电机运转是否正常；（7）检查面板上的指示灯是否正常。2、复位系统上电进入数控系统操作界面时，系统的工作方式为“急停”，为控制系统运行，需旋起机床操作面板上的“急停”按钮使系统复位，并接通伺服电源。3、返回机床参考点控制机床运动的前提是建立机床坐标系，为此，系统接通电源、复位后首先应进行机床各轴回参考点操作。方法如下：（1）如果系统显示的当前工作方式不是“REF”方式，调整机床操作面板上面的“返回参考点”按键，确保系统处于“回零”方式；（2）按下“+X”按键，X轴回到参考点后，X回零的指示灯亮；（3）用同样的方法使Z轴回参考点。所有轴回参考点后，即建立了机床坐标系。注意：（1）在每次电源接通后，必须先完成各轴的返回参考点操作，然后再进入其他运行方式，以确保各轴坐标的正确性；（2）通常情况下，对于数控车床应先使X轴返回参考点；（3）在回参考点前，应确保回零轴与参考点保持适当距离；否则应手动移动该轴直到满足此条件；（4）在回参考点过程中，若出现超程，请按住控制面板上的“超程解除”按键，向相反方向手动移动该轴使其退出超程状态后，按“RESET”解除报警。4、急停机床运行过程中，在危险或紧急情况下，按下“急停”按钮，CNC即进入急停状态，伺服进给及主轴运转立即停止工作（控制柜内的进给驱动电源被切断）；旋开“急停”按钮（右旋此按钮，自动跳起），CNC进入复位状态。注意：在上电和关机之前应按下“急停”按钮以减少设备电冲击。5、关机（1）按下控制面板上的“急停”按钮，断开伺服电源；（2）断开数控电源；（3）断开机床电源。（三）手动操作机床的手动操作，主要包括如下一些内容：手动移动机床坐标轴（点动、增量）；手动控制主轴；机床锁住、刀位转换、冷却液启停。1、坐标轴移动手动移动机床坐标轴的操作机床控制面板上的方式选择、轴手动、增量倍率、进给修调、快速修调等按键共同完成。（1）点动进给调整“点动”旋纽（指示灯亮），系统处于点动运行方式，可点动移动机床坐标轴（下面以点动移动X轴为例说明）：1）按压“X”或“X”按键（指示灯亮），X轴将产生正向或负向连续移动；2）松开“X”或“X”按键（指示灯灭），X轴即减速停止。（2）点动快速移动在点动进给时，若同时按压“快进”按键，则产生相应在轴的正向或负向快速运动。（3）点动进给速度选择在点动进给时，进给速率为系统参数“最高快移速度”的1/3乘以进给修调选择的进给倍率。点动快速移动的速率为系统参数“最高快移速度”乘以快速修调选择的快移倍率。（4）增量进给调整“步进”旋纽，按一下控制面板上的“增量倍率”按键（指示灯亮），系统处于增量进给方式，可增量移动机床坐标轴（下面以增量进给X轴为例说明）：1）按一下“X”或“X”按键，X 轴将向正向或负向移动一个增量值；2）再按一下“X”或“X”按键，X轴将向正向或负向继续移动一个增量值。（5）增量值选择增量进给的增量值由“1”，“10”，“100”，“1000”四个增量倍率按键控制。增量倍率按键和增量值的对应关系如下表所示：增量倍率按键1101001000增量值（mm）0.0010.010.11注意：这几个按键互锁，即按一下其中一个（指示灯亮），其余几个会失效（指示灯灭）。2、主轴控制主轴手动控制由机床控制面板上的主轴手动控制按键完成。（1）主轴正转（2）主轴反转（3）主轴停止注意：“主轴正转”、“主轴反转”、“主轴停止”这几个按键互锁，即按一下其中一个（指示灯亮），其余两个会失效（指示灯灭）。机械变速机床，主轴旋转中，不能改变方向或速度。3、机床锁住机床锁住禁止机床所有运动。在手动运行方式下，按一下“机床锁住”按键（指示灯亮），再进行手动操作，系统继续执行，显示屏上的坐标轴位置信息变化，但不输出伺服轴的移动指令，所以机床停止不动。4、其他手动操作（1）刀位转换在手动方式下，按一下“手动选刀”按键，转塔刀架转动一个刀位。（2）冷却启动与停止在手动方式下，按一下“冷却”按键，冷却液开（默认值为冷却液关），再按一下又为冷却液关，如此循环。（四）程序运行1、手动数据输入（MDI）运行在输入完MDI指令段后，按一下操作面板上的“循环启动”键，系统即开始运行所输入的MDI指令。自动运行过程中，不能进入MDI运行方式，可在进给保持后进入。MDI方式最多允许输入一屏指令，部分功能受限，主要用于机床准备和调试。2、程序的输入与编辑运行在编辑（EDIT）状态下（程序保护解除时），可以输入、编辑程序及调取内存中的程序，程序准备完成后，按一下操作面板上的“循环启动”键，系统即开始运行当前程序。（五）工件坐标系的建立及对刀操作数控车床可用对刀仪或试切等方式进行对刀，下面介绍试切对刀的操作步骤。（将工件坐标系设在工件右端面）1、外圆刀（1）主轴正转；（2）将外圆刀置为当前刀；（3）手动方式将刀具移动到靠近工件位置，选择较低进给倍率；（4）车端面后，使刀具沿X轴正方向退出工件。（5）在MDI状态下，进入“刀具补正/几何”中，将光标移到该刀具号所在行，输入“Z”（如Z0，则将刀具当前所处位置设为工件坐标系Z0平面），按测量软键，系统自动计算出Z偏置值。（6）试切工件外圆后，沿Z轴正方向退出工件。（7）主轴停止后，测量所车出外圆直径，例如“47.78mm”；（8）在MDI菜单下，进入“刀具补正/几何”中，将光标移到该刀具号所在行，输入“X47.78”，按测量软键，系统自动计算出X偏置值，外圆刀对刀完成。2、螺纹刀由于螺纹刀在Z向上，对刀精度要求不高，所以可目测使刀尖对准端面，即可认为此螺纹刀位于工件坐标系Z平面位置；X向对刀，可按照上述方法试切进行。3、切断刀切断刀有两个刀尖，一般以切断刀左刀尖为对刀点。将切断刀在工件外圆某处试切一浅槽，测量槽左端距离工件端面的距离，计算出其与上述刀具设定的工件坐标系Z0平面的距离，如21.02mm，进入“刀具补正/几何”中，将光标移到该刀具号所在行，输入“Z-21.02”，按测量软键，系统自动计算出Z偏置值。X向对刀，可按照上述方法试切进行。4、对刀校验可在刀具偏置建立后，在MDI方式下运行“G00 X50 Z0”或“G00 X0 Z50”检验刀尖位置。四、 实验步骤1、开机前的检查；2、开机；3、复位；4、返参考点；5、基本操作；6、对刀，试切工件检验对刀精度；7、清扫整理机床；8、关机五、 实验结果与分析总结试切对刀过程，编制简短程序，验证试切对刀的精度并以此为依据修正刀具偏置。六、 实验思考题1、如何建立机床坐标系？2、怎样确定工件坐标系？3、机床在非正常操作或运转下，怎样紧急停止？七、 实验报告1、实验名称2、实验目的3、实验内容4、实验设备5、实验原理6、思考题40实验二：数控车床编程仿真加工实验实验学时：4实验类型：综合型实验要求：必修一、 实验目的1、掌握手工编程的步骤；2、掌握车削加工的步骤；3、掌握数控车床加工仿真系统的操作流程；4、了解数控车床综合加工工艺，掌握直线、圆弧、螺纹、复合循环、刀偏及半径补偿等编程指令，提高综合运用能力。二、 实验仪器与设备1、图形工作站（计算机）；2、数控加工仿真软件。三、 实验原理及主要知识点数控程序手工编制的主要内容有：分析零件图纸，进行工艺处理和数值计算，编写零件加工程序、校对程序及首件试切。数控车床具有广泛的加工性能，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、铰孔等加工。数控车床主要用于加工轴类和盘类等回转体零件，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。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。大多数数控车床用X、Z表示绝对坐标，用U、W表示增量坐标。2、数控车床的编程有直径、半径两种方法。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、数控车床上的工件毛坯大多为圆棒料，加工余量较大，一个表面往往需要进行多次反复的加工，如果对每个加工循环都编写若干个程序段，就会增加编程的工作量。为了简化加工程序，一般情况下，数控车床的数控装置中都有车外圆、车端面和车螺纹等不同形式的循环功能，可进行多次重复循环切削。（1）外径、内径粗加工循环指令G71它适用于圆柱毛坯料粗车外径和圆筒毛坯料粗车内径，如图2-1所示。指令格式：G71 U（d）R（e）G71 P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）其中，d背吃刀量（沿垂直轴线方向即AA方向）；e退刀量；ns循环程序中第一个程序段的顺序号；nf循环程序中最后一个程序段的顺序号；u径向（X轴方向）的精车余量（直径值），w轴向（Z轴方向）的精车余量；f、s、tF、S、T代码。注意：nsnf程序段中即使指令了F、S、T功能，对粗车循环也无效。当上述程序指令的是工件内径轮廓时，G71就自动成为内径粗车循环，此时径向精车留量u应指定为负值。G71只能完成外径或内径粗车。图2-1 内、外径粗车循环G71 图2-2 固定形状粗车循环G73（2）固定形状粗车循环G73它适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近时的粗车。指令格式：G73 U（i）W（k）R（d）G73 P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；其中，ns、nf、u、w 、f、s、t与G71指令中相同；iX方向总退刀量（半径值）；kZ方向总退刀量；d粗切循环次数。（3）精车循环G70当用G71、G72、G73粗车工件后，必须用G70来指定精车循环，切除粗加工中留下的余量。在精车循环G70状态下，nsnf程序中指定的F、S、T有效；当nsnf程序中不指定的F、S、T时，粗车循环中指定的F、S、T有效。指令格式：G70 P（ns）Q（nf）其中，ns指定精车循环的第一个程序段的顺序号；nf指定精车循环的最后个程序段的顺序号。 （4）螺纹切削循环G92a）圆锥螺纹循环 b）圆柱螺纹循环图2-3 螺纹循环G92螺纹切削循环G92为简单螺纹循环，该指令可切削锥螺纹和圆柱螺纹。指令格式：G92 X（U）Z（W）RF；式中F为螺纹导程。如图2-3所示，a）为圆锥螺纹循环，b）为圆柱螺纹循环。刀具从循环点开始，按A、B、C、D进行自动循环，最后又回到循环起点A。图中虚线表示按R快速移动，实线表示按F指定的工作进给速度移动。X、Z为螺纹终点（C点）的坐标值；U、W为螺纹终点坐标相对于螺纹起点的增量坐标，R为锥螺纹起点和终点的半径差。加工圆柱螺纹时R为零，可省略。（5）螺纹切削复合循环指令G76该指令可以完成一个螺纹段的全部加工任务。图2-4所示为螺纹走刀路线及进刀方式。a）走刀路线b）进刀方式图2-4 螺纹切削复合循环指令G76指令格式：G76 P（m）（r）（）Q（dmin）R（d）；G76 X（U）Z（W）R（i）P（k）Q（d）F（f）； 其中，m精加工重复次数；r倒角量；刀尖角；dmin最小切入量；d精加工余量；X（U）Z（W）一一终点坐标；i螺纹部分半径之差，即螺纹切削起始点与切削终点的半径差。加工圆柱螺纹时，i0。加工圆锥螺纹时，当X向切削起始点坐标小于切削终点坐标时，i为负，反之为正。k螺牙的高度（X轴方向的半径值）；d第一刀切入量（X轴方向的半径值）；f螺纹导程。注1：G92与G76的比较：G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，由于刀具两侧刃同时切削工件，切削力比较大，而且排屑困难，两切削刃容易磨损。在切削螺距大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径加工误差。但由于其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距高精度的加工。由于刀刃在加工过程中易磨损，因此在加工中要经常测量。G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，由于刀具单刃切削工件，刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单刃切削，刀具负载小，易排屑，并且切削深度为递减式，因此，此加工方法一般用于大螺距低精度的螺纹加工。如果需要加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G92、G76混用的办法，即先用G76完成粗加工，再用G92完成精加工。需要注意的是粗、精加工时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣。注2：常用螺纹切削的进给次数与吃刀量表2-1 常用螺纹切削的进给次数与吃刀量（米制螺纹）米 制 螺 纹（直径值，单位：mm） 牙深：0.6495P螺距（P）1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598背吃刀量及切削次数1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.2（6）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。数控车床的数控装置中都有刀具补偿功能。在加工过程中，对刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖的圆弧半径的变化，都无需更改加工程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入到存储器中，刀具便能自动进行补偿（G41、G42）。数控车床中的刀具补偿包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿。刀补指令用T代码表示。常用T代码格式为：T，即T后可跟4位数，其中前两位表示刀具号，后两位表示刀具补偿号。当补偿号为0或00时，表示不进行补偿或取消刀具补偿。编程时一般习惯于刀具号和刀具补偿号相同。1）刀具位置补偿（刀具长度补偿、刀具偏置、刀具偏移）刀具位置补偿主要应用在以下几种情况中。当用用多把刀具加工时，只需要对一把基准刀，其余刀具可利用刀具补偿功能，将其与基准刀尖之间的位置偏差，都偏置到同一个基准点上。刀具在加工过程中都会有不同程度的磨损，这时的刀尖位置与磨损前的刀尖位置存在偏差，必然产生加工误差。这种情况不需要对工件重新编程，只需要利用刀具补偿功能输入相应的参数即可。对同一把刀来说，当刀具重磨后再把它安装在原来的位置时，会产生安装误差。这种情况也可以通过刀具位置补偿功能来修正安装位置误差。刀具位置补偿实施的关键是测出每把刀具的位置补偿量，并输入到数控系统中。对刀方法主要有手动试切对刀、手动靠近对刀、半自动对刀、用对刀仪对刀、自动对刀等，目前前三种使用比较普遍。2）刀具半径补偿在编制数控车床加工程序时，通常将刀尖看作是一个点。然而，实际的刀具头部是圆弧或近似圆弧，如图2-5所示。a）假想刀尖 b）实际刀尖图2-5 圆头刀刀尖常用的硬质合金可转位刀片的头部都制成圆弧形，其圆弧半经规格有0.2、0.4、0.8、1.2、1.6等。对于有圆弧的实际刀头，如果以假想的刀尖P来编程，数控系统控制P点的运动轨迹，而切削时实际起作用的切削刃是圆弧的各切点，这必然会产生加工误差。当车圆柱面、车端面时，不会产生加工误差；而当车锥面和圆弧面时，产生了如图2-6所示的加工误差。事实上，数控车床用圆头车刀加工时，只要两轴同时运动，如用假想刀尖编程，就会产生误差。而沿一个轴运动时，则不会产生误差。图2-6 刀尖圆弧半径补偿对加工精度的影响对于采用刀尖半径补偿的加工程序，在工件加工之前，要把刀尖半径补偿的有关数据输入到刀补存储器中，以便执行加工程序时，数控系统对刀尖圆弧半径所引起的误差自动进行补偿。为使系统能正确计算出刀具中心的实际运动轨迹，除要给出刀尖圆弧半径R以外，还要给出刀具的理想刀尖位置号T。数控车削使用的刀具有很多种，不同类型的车刀其刀尖圆弧所处的位置不同，如图2-7所示。刀尖方位参数共有8个（18），当使用刀尖圆弧中心编程时，可以选用0或9。图2-7a为后置刀架的数控车床假想刀尖的位置，图2-7b为数控车床常用刀具的刀尖方位参数。a）后置刀架假想刀尖的位置 b）常用车刀的刀尖方位参数图2-7 数控车床假想刀尖的位置3）刀具半径补偿的指令与编程将刀补参数输入到CNC装置后，当执行到含有T功能（如T0101）的程序段时，刀具位置补偿参数即可生效，而刀具半径补偿参数则必须执行到含有刀具半径补偿方向指令G41或G42指令时才可生效。a）G41补偿 b）G42补偿图2-8 刀具半径补偿G41刀具半径左补偿，即沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于工件左侧时的刀具半径补偿，如图2-8a所示。G42刀具半径右补偿，即沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于工件右侧时的刀具半径补偿，如图2-8b所示。G40刀具半径补偿取消，使用该指令后，使G41、G42指令失效。指令格式：G01（或G00）G41 X（U）Z（W）F；G01（或G00）G42 X（U）Z（W）F；G40说明：刀具补偿是一个过程，因此G41，G42，G40程序段中，必须有G00或G01指令。注意：G40、G41、G42不能重复使用，即在程序中前面有了G41或G42指令之后，不能再直接使用G41或G42指令。若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后，再使用G41或G42，否则补偿就不正常了。4）刀具半径补偿功能的应用1）当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，这时只需手工输入改变后的刀具半径，而不需修改已编好的程序。2）在用同一把刀具进行粗、精加工时，设精加工余量为，则粗加工的补偿量为r，而精加工的补偿量改为r即可。四、 实验步骤1、分析零件图零件的形状、尺寸如图2-9所示。技术要求1、以小批量生产条件编制2、未注表面粗糙度Ra3.23、未注倒角C0.54、未注公差尺寸GB1804-M5、毛坯尺寸45120 图2-9 仿真加工零件2、工艺设计（1）加工方案的确定根据零件的加工要求，各表面的加工方案确定为：粗车精车（2）装夹方案及走刀路线的确定此零件需经过二次装夹才能完成。（3）加工工艺的确定填写加工工序卡表（含刀具卡），见表2-2。表2-2 数控加工工序卡数控加工工序卡零件名称零件图号夹具名称设备名称及型号材料名称及牌号工序名称工序号工步号工步内容刀具切削用量备注刀具号刀具规格刀尖半径主轴转速（r/min）进给速度(mm/r）吃刀量(mm）装夹1：1234装夹2：12343、编制程序设定工件坐标系，手工编制加工程序。4、仿真加工启动斯沃仿真系统，选择单机版、FANUC-0iT数控系统，点击运行进入数控加工仿真系统。（1）选择机床：沈阳机床CAK61系列F0i Mate-T。（2）开机返参考点。（3）设定机床为前置刀架、四方刀架。（4）设定工件毛坯为：45120（5）安装刀具：外圆车刀、割刀和螺纹刀。（6）试切法对刀，在【刀具补正/几何】画面下设定X、Z、R、T。（7）输入程序，可选择文件打开方式或直接编辑输入。（8）程序校验、仿真加工。五、 实验结果与分析1、分别采用G71和G73进行粗车，进一步认识两种粗车循环的加工特点和注意事项。2、选择【工件测量】检查工件尺寸，校验在R为0、0.4、1.2下刀尖圆弧半径补偿的结果。六、 实验思考题1、G71、G73复合循环适合加工零件的范围？2、怎样正确地选择刀补消除切削过程中引起的误差？3、总结数控车加工零件的全过程。七、 实验报告1、实验名称2、实验目的3、实验内容4、实验设备5、实验原理6、工件图纸、加工工艺、数控程序、仿真结果（截图）7、思考题实验三：加工中心操作加工仿真实验实验学时：4实验类型：综合型实验要求：必修一、 实验目的1、掌握手工编程的步骤；2、掌握铣削加工的步骤；3、掌握数控铣削加工仿真系统的操作流程；4、了解铣削加工工艺，提高综合运用能力。二、 实验仪器与设备1、图形工作站（计算机）；2、数控加工仿真软件。三、 实验原理及主要知识点数控程序手工编制的主要内容有：分析零件图纸，进行工艺处理和数值计算，编写零件加工程序、校对程序及首件试切。数控铣床可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。除换刀程序外，加工中心的编程方法与普通数控铣床相同。数控铣削加工编程具有如下特点：（一）首先应进行合理的工艺分析。由于零件加工的工序多，在一次装夹下，要完成粗加工、半精加工和精加工，周密合理地安排各工序的加工顺序，有利于提高加工精度和生产效率。（二）尽量按刀具集中法安排加工工序，减少换刀次数。（三）合理设计进、退刀辅助程序段，选择换刀点的位置，是保证加工正常进行，提高零件加工精度的重要环节。（四）数控铣削加工编程中还要尽量使用以下编程手段。1、使用固定循环指令，可进行钻孔、扩孔、锪孔、铰孔和镗孔等加工，提高编程工作效率。常用的铣削固定循环见表3-1。（1）固定循环的动作孔加工固定循环通常由以下6个动作组成，如图3-1所示：图3-1 固定循环的动作表3-1 常用的铣削固定循环指令Z方向进刀孔底位置的动作4Z方向退刀用途G73间歇进给快速移动高速深孔钻循环G74切削进给主轴停主轴正转切削进给攻左旋螺纹循环G76切削进给主轴定向停快速移动精镗循环G80取消固定循环G81切削进给快速移动钻孔、钻中心孔循环G82切削进给暂停快速移动钻孔、锪镗循环G83间歇进给快速移动深孔钻循环G84切削进给主轴停主轴正转切削进给攻右螺纹循环G85切削进给切削进给铰孔循环G86切削进给主轴停快速移动镗孔循环G87切削进给主轴停快速移动背镗循环G88切削进给暂停主轴停手动移动镗孔循环G89切削进给暂停切削进给镗孔循环 X轴和Y轴定位使刀具快速定位到孔加工的位置 快进到R点刀具自初始点快速进给到R点。 孔加工以切削进给的方式执行孔加工的动作。 在孔底的动作包括暂停、主轴准停、刀具移位等等的动作。 返回到R点继续孔的加工而又可以安全移动刀具时选择R点。 快速返回到初始点孔加工完成后一般应选择初始点。说明： 固定循环指令中地址R与地址Z的数据指定与G90或G91的方式选择有关。选择G90方式时R与Z一律取其绝对坐标值；选择G91方式时，则R是指起始点到R点间的距离，Z是指自R点到孔底平面Z点的距离，见图3-2所示。a） 绝对方式 b） 增量方式图3-2 地址R与地址Z指令 起始点是为安全下刀而规定的点。该点到零件表面的距离可以任意设定在一个安全的高度上。当使用同一把刀具加工若干孔时，只有孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完毕时，才使用G98功能使刀具返回到起始点，见图3-3a所示。 R点又叫参考点，是刀具下刀时自快进转为工进的转换点。距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，如工件表面为平面时，一般可取25mm。使用G99时，刀具将返回到该点，如图3-3b所示。a） 返回起始点(G98） b） 返回R点(G99）图3-3 刀具返回指令 加工盲孔时孔底平面就是孔底的Z轴高度；加工通孔时一般刀具还要伸出工件底平面一段距离，这主要是保证全部孔深都加工到规定尺寸。钻削加工时还应考虑钻尖对孔深的影响。 孔加工循环与平面选择指令(G17，G18或G19）无关，即不管选择了哪个平面，孔加工都是在XY平面上定位并在Z轴方向上加工孔。（2）固定循环指令的书写格式孔加工固定循环指令的一般格式为：G90/G91 G98/G99 G73G89 XYZRQPFK；说明：a、G73G89是孔加工固定循环指令。b、X、Y指定孔在XY平面的坐标位置(增量或绝对值）。c、Z指定孔底坐标值。增量方式时指R点到孔底的距离；绝对值方式时指孔底的绝对坐标值。d、R指定参考点坐标值。在增量方式中指起始点到R点的距离；在绝对值方式中指R点的绝对坐标值。e、在G73、G83中，Q用来指定每次进给的深度；在G76、G87中，Q用来指定刀具位移量。f、P用来指定暂停的时间，单位为ms。g、F为切削进给的进给量。h、K用来指定固定循环的重复次数。只循环一次时K可不指定。i、G73G89是模态指令。一旦指定，一直有效，直到出现其他孔加工固定循环指令，或固定循环取消指令(G80），或G00、G01、G02、G03等插补指令时才失效。因此，多孔加工时该指令只需指定一次。以后的程序段只需给出孔的位置即可。j、固定循环中的参数(Z、R、Q、P、F）是模态的，当变更固定循环方式时，被使用的参数可以继续使用，不需重设。k、在使用固定循环编程时一定要在前面程序段中指定M03(或M04），使主轴启动。l、若在固定循环指令程序段中同时指定一后指令M代码(如M05、M09），则该M代码并不是在循环指令执行完成后才被执行，而是执行完循环指令的第一个动作(X、Y轴向定位）后，即被执行。因此，固定循环指令不能和后指令M代码同时出现在同一程序段。m、当用G80指令取消孔加工固定循环后，那些在固定循环之前的插补模态(如G00、G01、G02、G03）指令恢复，M05指令也自动生效(G80指令可使主轴停转）。n、在固定循环中，刀具半径补偿指令(G41、G42）无效。刀具长度补偿指令(G43、G44）有效。（3）固定循环指令格式详解：高速啄式深孔钻循环(G73)指令格式:G73 X-Y-Z-R-Q-P-F-K-加工方式:进给 孔底 快速退刀攻左牙循环(G74)指令格式:G74 X-Y-Z-R-Q-P-F-K-加工方式:进给 孔底 主轴暂停 正转 快速退刀精镗孔循环(G76)指令格式:G76 X-Y-Z-R-Q-P-F-K-加工方式:进给 孔底 主轴定位停止 快速退刀钻孔循环,点钻空循环(G81)指令格式:G81 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:进给 孔底 快速退刀钻孔循环,反镗孔循环(G82)指令格式:G82 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:进给 孔底 快速退刀啄式钻空循环(G83)指令格式:G83 X-Y-Z-Q-R-F-K-加工方式:中间进给 孔底 快速退刀攻牙循环(G84)指令格式:G84 X-Y-Z-R-P-F-K-加工方式:进给 孔底 主轴反转 快速退刀镗孔循环(G85)指令格式:G85 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:中间进给 孔底 快速退刀镗孔循环(G86)指令格式:G86 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:进给 孔底 主轴停止 快速退刀反镗孔循环(G87)指令格式:G87 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:进给 孔底 主轴正转 快速退刀镗孔循环(G88)指令格式:G88 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:进给 孔底 暂停, 主轴停止 快速退刀镗孔循环(G89)指令格式:G89 X-Y-Z-R-F-K-加工方式:进给 孔底 暂停 快速退刀2、使用刀具半径补偿指令，可按零件的实际轮廓编程，简化编程和数值计算。通过改变刀具半径补偿值，可用同一程序实现对工件的粗、精加工。3、使用刀具长度补偿指令，可补偿由于刀具磨损、更换新刀或刀具安装误差引起的刀具长度方向尺寸变化，而不必重新编程。4、使用用户宏程序，可加工一些形状相似的系列零件或非圆曲线。5、使用子程序，可在工件上加工多个形状相同的结构。6、使用简化编程指令，可实现镜像、缩放、旋转的功能。四、 实验步骤1、分析零件图零件的形状、尺寸如图3-4所示。技术要求1、以小批量生产条件编制2、未注公差尺寸GB1804-M3、毛坯尺寸969650图3-4 仿真加工零件该零件由平面、轮廓、槽孔组成，其几何形状为平面三维图形。型腔尺寸精度为0.02mm；表面粗糙度为3.2m，需采用粗、精加工。毛坯为96mm96mm50mm，外形已加工。2、工艺设计该零件毛坯较为规则，采用平口钳装夹，选择以下4种刀具进行加工：1号刀为20mm两刃立铣刀，用于粗加工；2号刀为10mm三刃立铣刀，用于精加工；3号刀为10mm中心钻，用于打定孔位；4号刀为10mm钻刀，用于加工孔。 该零件的加工工艺为：加工90mm90mm15mm的四边形加工五边形加工40mm的内圆精加工四边形、五边形、40mm的内圆加工4个10mm的孔。各工序刀具及切削参数选择参考见表3-2。表3-2 数控加工刀具卡序号加工类型刀具号刀具规格主轴转速n/r.min-1进给速度V/mm.min-1类型材料1粗加工外型T0120两刃立铣刀高速钢5501202精加工外型T0210三刃立铣刀8001003中心钻T038三刃立铣刀800804钻头T0410麻花钻1000603、编制程序手工编程时应根据加工工艺编制加工的主程序，零件的局部形状由子程序加工。该零件由1个主程序和5个子程序组成，其中，P1001为四边形加工子程序，P1002为五边形加工子程序，P1003为圆形加工子程序，P9888为中心孔加工子程序，P9777为加工孔子程序。设定工件坐标系，手工编制加工程序。参考程序如下：表3-3 参考程序程序说明%O8001主程序名G54 G17 G49 G40 G80 G90G91 G28 Z0T01 M06换1号刀具 G90 G43 G00 Z100 H01X0 Y-60.0 S550 M03Z5.0 M08G01 Z-4 F120开始加工（粗加工）M98 P8011 D01调用子程序（加工四边形，分4次）G01 Z-8M98 P8011 D01G01 Z-12M98 P8011 D01G01 Z-14.8M98 P8011 D01G90 G00 X0 Y-60G01 Z-4 F120M98 P8012 D01调用子程序（加工五边形，分3次）G01 Z-8M98 P8012 D01G01 Z-9.8M98 P8012 D01G90 G00 Z10.0X0 Y0G01 Z1 F120G01 X9.7G03 Z-15 I-9.7 K2螺旋下刀加工圆形G03 I-9.7G01 X0Z10.0G00 Z100 M09 M05G91 G28 Z0T02 M06换2号刀具G90 G43 G00 Z100 H02G00 X0 Y-60.0 S800 M03Z5.0 M08G01 Z-15 F100M98 P8011 D02精加工四边形G01 Z-10 F100M98 P8012 D02精加工五边形G01 Z10.0X0 Y0G01 Z-16 F50M98 P8013 D02 F100精加工圆G01 Z10.0G00 Z100 M09 M05G91 G28 Z0T03 M06换3号刀具加工定位孔G90 G43 G00 Z100 H03G00 X0 Y0 S800 M03Z10 M08G98 G81 X-35 Y-35 Z-15 R-7 F80Y35.0X35.0Y-35.0G00 G80 Z100 M09 M05T04 M06换4号刀具加工孔G90 G43 G00 Z100 H04G00 X0 Y0 S1000 M03Z10 M08G98 G73 X-35 Y-35 Z-25 R-7 Q6 F60Y35.0X35.0Y-35.0G00 G80 Z100 M09 M05M30%O8011四边形子程序G90 G41 G00 X15.0G03 X0 Y-45.0 R15.0 G01 X-35.0 G02 X-45.0 Y-35.0 R10.0 G01 Y35.0 G02 X-35.0 Y45.0 R10.0 G01 X35.0 G02 X45.0 Y35.0 R10.0 G01 Y-35.0 G02 X35.0 Y-45.0 R10.0 G01 X0 G03 X-15.0 Y-60.0 R15.0 G01 G40 X0 M99 %O8012 五边形子程序 G90 G41 G01 X28.056 G03 X0 Y-31.944 R28.056 G01 X-23.512 X-37.82 Y12.36 X0 Y40.0 X37.82 Y12.36X23.512 Y-31.944X0G03 X-28.056 Y-60.0 R28.056G40 G01 X0M99%O8013圆形子程序G90 G41 G01 X2 Y-18.0G03 X20 Y0 R18G03 X20.0 Y0 I-20G03 X2 Y18 R18G40 G01 X0 Y0M99%4、仿真加工启动斯沃仿真系统，选择单机版、FANUC-0iM数控系统，点击运行进入数控加工仿真系统。（1）选择机床：FANUC 0i-Mate标准面板。（2）开机返参考点。（3）设定工件毛坯为：96mm96mm50mm（4）安装刀具：端铣刀、钻头。（5）对刀，在【工件坐标系设定】画面下设定G54或G55G59中的X、Y、Z坐标值，另外在【刀具补正】画面下设定D（形状），如使用长度补偿还须在【刀具补正】画面下设定H（形状）。（6）输入程序，可选择文件打开方式或直接编辑输入。（7）程序校验、仿真加工。五、 实验结果与分析1、刀具长度补偿的变化对G54坐标系Z值设定的影响。2、变换不同的刀具半径补偿值，对比加工结果。六、 实验思考题1、固定循环加工指令通常包括几个动作？2、如何实现利用刀具半径补偿在同一程序中，使用同一尺寸刀具实现粗、精加工？3、画图说明确定长度补偿的方法。4、总结加工中心加工零件的全过程。七、 实验报告1、实验名称2、实验目的3、实验内容4、实验设备5、实验原理6、工件图纸、加工工艺、数控程序、仿真结果（截图）7、思考题附件一：FANUC数控指令表一、FANUC数控铣床G指令代码分组意义格式G0001快速进给、定位G00 X- Y- Z-G01直线插补G01 X- Y- Z-G02圆弧插补CW（顺时针）XY平面内的圆弧：ZX平面的圆弧：YZ平面的圆弧：G03圆弧插补CCW（逆时针）G0400暂停G04 P|X 单位秒，增量状态单位毫秒，无参数状态表示停止G1517取消极坐标指令G15 取消极坐标方式G16极坐标指令Gxx Gyy G16 开始极坐标指令G00 IP_ 极坐标指令Gxx：极坐标指令的平面选择（G17，G18，G19）Gyy：G90指定工件坐标系的零点为极坐标的原点G91指定当前位置作为极坐标的原点IP：指定极坐标系选择平面的轴地址及其值第1轴：极坐标半径第2轴：极角G1702XY平面G17选择XY平面；G18选择XZ平面；G19选择YZ平面。G18ZX平面G19YZ平面G2006英制输入G21米制输入G2800回归参考点G28 X- Y- Z-G29由参考点回归G29 X- Y- Z-G4007刀具半径补偿取消G40G41左半径补偿G42右半径补偿G4308刀具长度补偿+G44刀具长度补偿G49刀具长度补偿取消G49G5011取消缩放G50 缩放取消G51比例缩放G51 X_Y_Z_P_：缩放开始X_Y_Z_：比例缩放中心坐标的绝对值指令P_：缩放比例G51 X_Y_Z_I_J_K_：缩放开始X_Y_Z_：比例缩放中心坐标值的绝对值指令I_J_K_：X，Y，Z各轴对应的缩放比例G5200设定局部坐标系G52 IP_：设定局部坐标系G52 IP0：取消局部坐标系IP：局部坐标系原点G53机械坐标系选择G53 X- Y- Z-G5414选择工作坐标系1GXXG55选择工作坐标系2G56选择工作坐标系3G57选择工作坐标系4G58选择工作坐标系5G59选择工作坐标系6G6816坐标系旋转（G17/G18/G19）G68 a_ b_R_：坐标系开始旋转G17/G18/G19：平面选择，在其上包含旋转的形状a_ b_：与指令坐标平面相应的X，Y，Z中的两个轴的绝对指令，在G68后面指定旋转中心R_：角度位移，正值表示逆时针旋转。根据指令的G代码（G90或G91）确定绝对值或增量值最小输入增量单位：0.001deg有效数据范围：-360.000到360.000G69取消坐标轴旋转G69：坐标轴旋转取消指令G7309深孔钻削固定循环G73 X- Y- Z- R- Q- F-G74左螺纹攻螺纹固定循环G74 X- Y- Z- R- P- F-G76精镗固定循环G76 X- Y- Z- R- Q- F-G9003绝对方式指定GXXG91相对方式指定G9200工作坐标系的变更G92 X- Y- Z-G9810返回固定循环初始点GXXG99返回固定循环R点G8009固定循环取消G81钻削固定循环、钻中心孔G81 X- Y- Z- R- F-G82钻削固定循环、锪孔G82 X- Y- Z - R- P- F-G83深孔钻削固定循环G83 X- Y- Z - R- Q- F-G84攻螺纹固定循环G84 X- Y- Z- R- F-G85镗削固定循环G85 X- Y- Z- R- F-G86退刀形镗削固定循环G86 X- Y- Z - R- P- F-G88镗削固定循环G88 X- Y- Z - R- P- F-G89镗削固定循环G89 X- Y- Z - R- P- F-二、FANUC数控车床G指令重要提示：FANUC系统中车床只能采用直径编程。G20，G21，G40，G41，G42，G54-G59与FANUC数控铣相同，参考上一节。代码分组意义格式G0001快速进给、定位G00 X- Z-G01直线插补G01 X- Z-G02圆弧插补CW（顺时针）G03圆弧插补CCW（逆时针）G0400