金工实习数控编程加工.doc

第八章 数控加工8-1 数控加工工艺及其特点8.1.1数控加工工艺的主要内容所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。数控加工与普通机床加工在方法和内容上很相似，但加工过程的控制方式却大相径庭。以机械加工中小批零件为例，在通用机床上加工，就某工序而言，其工步的安排、机床运动的先后次序、进给路线及相关切削参数的选择等，虽然也有工艺文件说明，但操作上往往是由自行考虑和确定的，而且是用手工方式进行控制的。在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输入数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断传向伺服机构使机床实现加工运动的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。可见，实现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺的范畴。因此，数控加工工艺主要包括以下几个方面的内容：1）选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。2）进行数控加工工艺设计。3）对零件图形进行必要的数学处理。4）编写加工程序（自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序加工程序）。5）按程序单制作控制介质。6）对程序进行校验与修改。7）首件试加工与现场问题处理。8）数控加工工艺技术文件的编写与归档。8.1.2数控加工的特点数控加工与通用机床加工相比，在许多方面遵循基本一致的原则，在使用方法上也有很多相似之处。但由于数控机床本身自动化程度较高，设备费用较高，设备费用较高，设备功能较强，使数控加工相应形成了如下几个特点：1）数控加工的工艺内容十分明确而且具体 进行数控加工时，数控机床是接受数控系统的指令，完成各种运动实现加工的。因此，在编制加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺因素，如切削用量、进给路线、刀具的几何形状，甚至工步的划分与安排等一一作出定量描述，对每一个问题，由操作工人依据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定。也就是说，本来由操作工人在掌握灵活加工并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先具体设计和明确安排的内容。2）数控加工的工艺工作相当准确而且严密 数控加工不能像用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题由操作者自由地进行调整。比如加工内螺纹时，在普通机床上操作着可以随时根据孔中是否挤满了切屑而决定是否需要退一下刀或先清理一下切屑再继续，而数控机床则不得而知。所以在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，做到万无一失。尤其是在对图形进行数学处理、计算和编程时，一定要准确无误。在实际工作中，由于一个字符、一个小数点或一个逗号的差错都有可能酿成重大机床和质量事故。因为数控机床比同类的普通机床价格高得多，其加工的也往往是一些形状比较复杂、价值也较高的工件，万一损坏机床或工件报废都会造成重大损失。根据大量加工实例分析，数控工艺考虑不周和计算与编程时粗心大意是造成数控加工失误的主要原因。因此，要求编程人员除必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验外，还必须具有耐心和严谨的工作作风。3）数控加工的工序相对集中 一般来说，在普通机床上加工是根据机床的种类进行单工序加工。而在数控机床上加工往往是在工件的一次装夹中完成工件的钻、扩、铰、铣、镗、攻螺纹等多工序的加工。这种“多序合一”现象也属于“工序集中”的范畴，极端情况下，在一台加工中心上可以完成工件的全部加工内容。由于数控加工的特点和数控机床本身的性能与功能，使数控加工体现出如下优点：1）柔性加工程度高 在数控机床上加工工件，主要取决于加工程序。它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具等，一般不需要很复杂的工艺装备，也不需要经常重新调整机床，就可以通过编程把形状复杂和精度要求较高的工件加工出来。因此能大大缩短产品研制周期，给产品的改型、进给和新产品研制开发提供了捷径。 2）自动化程度，改善了劳动条件 数控加工过程是按输入程序自动完成的，一般情况下，操作者主要是进行程序的输入和编辑、工件的装卸、刀具的准备、加工状态的监测等工作，而不需要进行繁重的重复性手工操作机床，体力劳动强度和紧张程度可大为减轻，相应地改善了劳动条件。3）加工精度较高 数控机床是高度综合的机电一体化产品，是由精密机械和自动化控制系统组成的。数控机床本身具有很高的定位精度，机床的传动系统与机床的结构具有很高的刚度和热稳定性。在设计传动结构时采用了减少误差的措施，并由数控进行补偿，所以数控机床有较高的加工精度。更重要的数控加工精度不受工件形状及复杂程度的影响，这一点是普通机床无法与之相比的。4）加工质量稳定可靠 由于数控机床本身具有很高的重复定位精度，又是按所编程序自动完成加工的，消除了操作者的各种人为误差，所以提高了同批工件加工尺寸的一致性，使加工质量稳定，产品合格率高。一般来说，只要工艺设计和程序正确合理，并按操作规程精心操作，就可实现长期稳定生产。5）生产效率较高 由于数控机床具有良好的刚性，允许进行强力切削，主轴转速和进给量范围都较大，可以更合理地选择切削用量，而且空行程采用快速进给，从而节省了机动和空行程时间。数控机床加工时能在一次装夹中加工出很多待加工部件，既省去了通用机床加工时原有的不少辅助工序（如划线、检验等），也大大缩短了生产准备时间。由于数控加工一致性好，整批工件一般只进行首件检验即可，节省了测量和检测时间。因此其综合效率比通用机床加工会有明显提高。如果采用加工中心，实现自动换刀，工作台自动换位，一台机床上完成多序加工，缩短办成品周转时间，生产效率的提高更加明显。6）良好的经济效益 改变数控机床加工对象时，只需重新编写加工程序，不需要制造、更换许多工具、夹具和模具，更不需要更新机床。节省了大量工艺装备费用，又因为加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本下降，生产率又高，所以能够获得良好的经济效益。7）有利于生产管理的现代化 利用数控机床加工，可预先准确计算加工工时，所使用的工具、夹具、刀具可进行规范化、现代化管理。数控机床数字信号和标准代码作为控制信息，易于实现加工信息的标准化管理。数控机床易于构成柔性制造系统（FMS），目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地相结合。数控机床及其加工技术是现代集成制造技术地基础。虽然数控加工工具有上述优点，但数控机床初期投资大，维修费用高，数控机床及数控加工技术对操作人员和管理人员的素质要求也较高。因此，应该合理地选择和使用数控机床，提高企业的经济效益和竞争力。8.1.3数控加工的适应性 数控机床是一种高度自动化的机床，有一般机床不具备的许多优点，所以数控机床加工技术的应用范围在不断扩大，但数控机床这种高度机电一体化产品，技术含量高，成本高，使用与维修都有较高的要求。根据数控加工的优缺点及国外大量应用实践，一般可按适用程度将零件分为下列三类：1） 最适应数控加工零件类（1）形状复杂，加工精度要求高，用通用机床很难加工或虽然能加工但很难保证加工质量的零件。（2）用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。（3）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件。（4）必须在一次装夹中合并完成铣、镗、铰或攻螺纹等多工序的零件。2）较适应数控加工零件类(1)在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦失控便造成重大经济损失的零件。(2）在通用机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件。(3）需要多次更改设计后才能定型的零件。(4）在通用机床上加工需要做长时间调整的零件。(5）用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。3)不适应数控加工零件类(1）生产批量大的零件（当然不排除其中个别工序用数控机床加工）。(2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。(3）加工余量很不稳定的零件，且在数控机床上无在线检测系统用于自动调整零件坐标位置。4）必须用特定的工艺装备协调加工的零件。综上所述，对于多品种小批量零件；结构较复杂，精度要求较高的零件；需要频繁改型的零件；价格昂贵，不允许报废的关键零件和需要最小生产周期的急需零件采用数控加工。8-2 数控机床8.2.1 数控机床的基本构成如图8-1所示，数机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。程序编制加工图纸输入装置数控装置CNC伺服驱动及位置检测辅助控制（即强电控制）装置机床主运动进给运动辅助运动加工零件图8-1 数控机床的基本结构1）程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置，刀具与零件相对运动的尺寸参数，零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。2）输入装置输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工(数控系统内存较小时)，另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段调出进行加工。 3）数控装置数控装置是数控机床的核心，数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其它非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。4）驱动装置和位置检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照设定值运动。5）辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器(PLC)具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。6）机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。8.2.2数控机床的分类及其应用数控机床的品种很多，根据其加工、控制原理、功能和组成，可以从以下几个不同的角度进行分类。 1）按加工工艺方法分类 （1）金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床上加装一个刀库和换刀装置就成为了数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。（2）特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 （3）板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 2）按控制运动轨迹分类 （1）点位控制数控机床 点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标锉床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。控机床的数控装置称为点位数控装置。 （2）直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。（3）轮廊控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线数控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现代计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。3）按驱动装置的特点分类按驱动装置的特点分类，数控机床可分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床、混合控制数控机床。8-3 数控车床的加工编程8.3.1 数控车床加工概述数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%左右。它主要用于对精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成圆柱面，圆锥面，圆弧面和各种螺纹的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等加工。数控车床的基本构成可以分成以下几个部分：1）主机 主机是数控车床的机械部件，包括主轴箱、床鞍与刀架、尾架、进给机构和床身等。2）控制部分（CNC装置） 控制部分是数控车床的控制核心，包括专用计算机、显示器、键盘、输入和输出装置等。3）驱动装置 驱动装置是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电机等。4） 辅助装置 辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括对刀仪、液压、润滑、气动装置、冷却系统和排屑装置等。本节将以FANUC0i操作系统为例来介绍数控车床的编程和操作。8.3.2 数控车床编程方法1） 数控车床的编程特点（1）在一个程序段内，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程或两者混合编程。（2）由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时都以直径值表示，所以直径方向用绝对坐标编程时X以直径值表示，用增量坐标编程时以径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。（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）编程时一般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。对不具备半径自动补偿功能的数控车床，编程时需要先计算补偿量。2） 数控车床常用的准备功能指令(1)快速点定位指令（G00）该指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。输入格式：G00 IP_;“IP”代表目标点的坐标，可以用X、Z、C、U、W或H表示（下文同）；X（U）坐标按直径值输入；“；”表示一个程序的结束。例：快速进刀（G00）图8-3 G01指令切外圆柱图8-2 G00指令快速进刀程序：G00 X50.0 Z6.0; （图8-2所示为刀具目标位置） 或 G00 U-70.0 W-84.0;符号代表程序原点；本示例均采用毫米输入，以下示例同；在某一轴上相对位置不变时，可以省略该轴的移动指令；在同一程序段中，绝对坐标系指令和增量坐标系指令可以混用；刀具移动的轨迹不是标准的直线插补；(2）直线插补指令（G01）该指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿X轴、Z轴方向执行单独运动，也可以沿X、Z平面内任意斜率的直线运动。输入格式：图8-4 G01指令切外圆锥G01 IP_ F_;例：外圆柱切削（图8-3）程序： G01 X60.0 Z-80.0 F0.3;或 G01 U0 W-80.0 F0.3;X、U指令可以省略；X、Z指令与U、W指令可在一个程序段内混用，程序可写为：G01 U0 Z80.0 F0.3;或 G01 X60.0 W-80.0 F0.3;例：外圆锥切削（图8-4）程序： G01 X80.0 Z-80.0 F0.3;或 G01 U20.0 W-80.0 F0.3;(3）圆弧插补指令（G02 G03）该指令能使刀具沿着圆弧运动，切出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令，表8-1列出了G02,G03程序段中各地址代码含义。输入格式：G02 X_Z_I_K_F_; 或 G02 X_Z_R_F_;G03 X_Z_I_K_F_; 或 G03 X_Z_R_F_;用增量坐标U、W也可以； C轴不能执行圆弧插补指令；表8-1 G02、G03程序段的含义考虑的因素指令含义1回转方向G02刀具轨迹顺时针回转G03刀具轨迹逆时针回转2终点位置X、Z(U、W)加工坐标系中圆弧终点的X、Z(U、W)值3从圆弧起点到圆弧中心的距离I、K从圆弧起点到圆心的距离（经常用半径R指定）圆弧半径R指圆弧的半径，取小于180的圆弧部分例：顺时针圆弧插补(图8-5)图8-5 G02顺时针圆弧插补图8-6 G03逆时针圆弧插补（I、K）指令：G02 X50. Z-10. I20. K17 F0.3; G02 X30. W-10. I20. K17 F0.3;(R) 指令：G02 X50. Z-10. R27 F0.3;G02 U30. W-10. R27 F0.3;例：逆时针圆弧插补(图8-6)（I、K）指令：G03 X50. Z-24. I-20. K-29. F0.3; G03 U30. W-24. I-20. K-29. F0.3;(R) 指令： G03 X50. Z-24. R35. F0.3;G03 U30. W-24. R35. F0.3;执行圆弧插补需要注意的事项：I、K（圆弧中心）的指定也可以用半径指定；当I、K值均为零，该代码可以省略；圆弧在多个象限时，该指令可连续执行； 在圆弧插补程序段内不能有刀具功能（T）指令；进给功能F指令指定切削进给速度，并且，进给速度F控制沿圆弧方向的线速度；使用圆弧半径R值时，指定小于180；指定比始点到终点的距离的一半还小的R值时，按180圆弧计算；当I、K和R同时被指定时，R指令优先，I、K值无效。（4）刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）在实际加工中，一般数控装置都有刀具半径补偿功能，为编制程序提供了方便。有刀具半径补偿功能的数控系统，编程时不需要计算刀具中心的运动轨迹，只按零件轮廓编程。使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上手工输入刀具半径，数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。即执行刀具半径补偿后，刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。图8-7 刀具半径补偿（a）刀架在操作者内侧（b）刀架在操作者外侧G41为刀具半径左补偿，即刀具沿工件左侧运动方向时的半径补偿；G42为刀具半径右补偿，即刀具沿工件右侧运动时的半径补偿；G40为刀具半径补偿取消，使用该指令后，G41、G42指令无效。G40必须和G41或G42成对使用，如图8-7所示。刀具半径补偿的过程分为以下三步： 刀补的建立，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。 刀补进行，执行有G41、G42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量。图8-8 刀具半径补偿的建立与取消(a)刀补建立的过程(b)刀补取消的过程 刀补的取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹要过渡到与编程重合的过程。图8-8所示为刀具半径补偿的建立与取消过程。编程时应注意：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。（5）复合固定循环指令（G70-G73）现代数控车床配置不同的数控系统，定义了一些具有特殊功能的固定循环切削指令，日本FANUC Oi系统定义了G70-G76各种形式的复合固定循环指令，下面介绍几种指令的使用方法。外径、内径粗加工循环指令（G71）：G71指令将工件切削至精加工之前的尺寸，精加工前的形状及粗加工的刀具路径由系统根据精加工尺寸自动设定。在G71指令程序段内要指定精加工工件的程序段的顺序号，精加工留量，粗加工每次切深、F功能、S功能、T功能等，刀具循环路径如图8-9所示。图8-9 G71指令刀具循环指令路径 图8-10 G72指令刀具循环指令路径输入格式：G71 Pns Qnf Uu Ww Dd （F S T ）;其中：ns精加工程序第一个程序段的序号； nf精加工程序最后一个程序段的序号； uX轴方向精加工留量（直径值）； wZ轴方向精加工留量； d精加工每次切深。端面粗加工循环指令（G72）：G72指令与G71指令类似，不同之处就是刀具路径是按径向方向循环的，输入格式同G71指令，刀具循环路径如图8-10所示。G72 Pns Qnf Uu Ww Dd （F S T ）;其中：ns精加工程序第一个程序段的序号； nf精加工程序最后一个程序段的序号； uX轴方向精加工留量（直径值）； wZ轴方向精加工留量； d粗加工每次切深（直径值）。闭合车削循环指令（G73）; G73指令与G71、G72指令功能相同，只是刀具路径是按工件精加工轮廓进行循环的，如图8-11所示。例如：铸件、锻件等工件毛坯已经具备了简单的零件轮廓，这时粗加工使用G73循环指令可以省时，提高功效。图8-11 G73指令刀具循环指令路径输入格式：G73 Pns Qnf Ii Kk Uu Ww Dd （F S T ）;其中： ns精加工程序第一个程序段的序号；nf精加工程序最后一个程序段的序号；iX轴方向退出距离（半径值）和方向；uX轴方向精加工留量（直径值）；wZ轴方向精加工留量；kZ轴方向退出距离和方向；d粗切次数。精加工循环指令（G70）：执行G71、G72、G73粗加工循环指令以后的精加工循环，在G70指令程序段内要指令精加工程序第一个程序段序号和精加工程序最后一个程序段序号。输入格式：G70 Pns Qnf；其中：ns精加工程序第一个程序段序号； nf精加工程序最后一个程序序号。8.3.3典型零件的加工程序编制下面这个椭圆（图8-12）能说明数控车床特点，在数控车床加工此零件，只需要十分钟就能加工完毕，而在普通车床加工此零件，很难加工，并精度也很难保证。但在数控车床加工此零件，完全能保证加工精度，时间又短，明显提高生产效率，减轻劳动强度，下面我们一起来分析一下此零件的加工路线和程序编制。例1：图8-12 车削工件图毛坯25棒料，刀具T01 90外圆刀，T02刀具4mm割刀；表8-2加工程序程 序注 释O2112;N10 G50 X100 Z100； 设定工件坐标N20 T0101; 调用1号刀具，并调用刀补N30 M03 S700; 主轴以700转每分钟正转N40 G00 X26 Z2; 快速靠近工件N50 G73 U7 R8;N60 G73 P70 Q120 U0.4 W0.2 F0.15;N70 G01 G42 X0 F0.1 S900; N80 Z0;N90 G03 X3.72 Z-0.69 R2.5;N100 G03 X15.46 Z-36.01 R30;N110 G02 X17 Z-60.12 R25;N120 G01 Z-65.12;N130 G70 P70 Q120;精车循环N140 G00 G40 X100 Z100; 取消刀具补偿，回退原处N150 T0202; 换2号刀具，并调用刀补N160 M03 S600; 切断工件时，要降低转速N170 G00 X26 Z3; 快速靠近工件N180 G00 Z-70; 注意X方向刀具一定要离开工件，再快速靠近工件N190 G01 X18 F0.2;空刀，不进行切削N200 G75 R1;N210 G75 X9.1 Z-80 P3000 Q3000 F0.1 M08; 注意切断时进给慢一点N220 G01 Z-69.12;N230 X9;N240 Z-80;N250 G01 X1; 切断工件N260 G00 X100 Z100 M09; 退回原处N270 M05;N280 M30;例2：图 8-13 车削工件图如图8-13所示，毛坯30棒料，刀具T01 90右偏刀，T02刀具4mm割刀，T03刀具90左偏刀按粗、精车加工的工步完成所有尺寸并切断；表8-3加工程序程 序注 释O2113;N10 G50 X100 Z100 S1200; 设定工件坐标系，限制主轴最高转速1200转每分钟N20 T0100； 调用1号刀取消刀补N30 G96 S100 M03; 设定恒线速控制切削每分钟100转N40 G00 X30 Z3 T0101; 快速靠近工件，并调用刀补N50 G71 U2 R0.5;N60 G71 P70 Q180 U0.5 W0.2 S90; 恒线速控制90转每分钟N70 G00 G42 X0; 建立刀具右补偿N80 G01 Z0 F0.1 S120;提高恒速度，nsN90 G03 X27 Z-13.5 R13.5;N100 G01 Z-48.5; 留割断余量N110 G01 X31;N120 G00 X100 Z100 T0100 M05; 返回原处，并取消刀补N130 M00; 暂停N140 G50 X150 Z100 S600; 设定最高转速600转每分钟N150 T0200; 换2号刀具，注意换刀时防止刀具与工件和机床相碰，取消刀补N160 G96 S50 M03; 设定恒线速50转每分钟N170 G00 X50 Z-29.7 T0202 M00 调用刀补并留端面0.1mm余量N180 G01 X30 F0.2 空刀不参加切削N190 G75 R0.5;N200 G75 X12.1 Z-39 P3500 Q3200;向Z轴方向移动3.2mmN210 G01 Z-40.593 F0.5; 空刀N220 X15 F0.1; 必须换走刀量N230 G03 X12 W1.5 R1.5;N240 G01 Z-29.8;N250 G00 X40;N260 X150 Z100 T0200 M05; 返回原处取消刀补N270 M00; 暂停N280 G50 X150 Z100 S1000; 设定3号刀工件坐标，并限制最高转速N290 T0300; 取消3号刀补N300 G96 S100 M03; 设定恒线速控制切削每分钟100转N310 G00 X29 Z-26.265 T0303; 调用3号刀补N320 G71 U1 R0.5;N330 G71 P340 Q380 U0.5 W-0.2 F0.15;N340 G01 G41 X12 F0.1; 刀具在补偿N350 Z25.593 S120; 提高恒线速N360 G02 X27 Z-13.5 R13.5;N370 G01 W2;N380 X30;N390 G70 P340 Q380;N400 G00 G40 X150 Z100 T0300; 取消补偿返回原处N410 M00;N420 G50 X150 Z100 S1200;N430 T0100;N440 G96 S120 M03; 提高恒线速，保证粗糙度N450 GOO X30 Z3 T0101;N460 G70 P70 Q110; 精车N470 G00 G40 X150 Z100 T0100 M05;N480 M00;N490 X150 Z100 S600;N500 G50 X150 Z150 S600;N510 T0200;N520 G96 S50 M03;N530 G75 R0.5;N540 GOO X30 Z-47.593 T0202;N550 G75 X2 P3500 F0.1;N560 G00 X100;N570 Z100;N580 M05;N590 M30;8.3.4数控车床的操作1）数控车床的操作面板数控车床的操作面板由CRT/MDI操作面板及机床操作面板构成（如图8-14）。图8-14 数控车床操作面板（1）CRT/MDI操作面板CRT/MDI操作面板是由CRT显示器和键盘构成，如图8-15所示即为CRT显示器，其下方是软键：图8-15 CRT显示器图8-16所示即为CRT/MDI操作面板的键盘，其中主要功能键如图示：功能键换挡键取消键输入键光标移动键翻页键地址/数字键编辑键POS位置画面PROG程序画面OFFSETSETTING刀偏/设定画面SYSTEM系统画面MESSAGE信息画面CUSTOMGRAPH图形显示画面ALTER替换INSERT插入DELETE删除图8-16 CRT/MDI操作面板的键盘（2）机床操作面板图8-17所示为机床操作面板，其操作键的主要功能见表8-4。表8-4 操作键功能名称功能操作面板电源开关ON为机床操作面板电源开 OFF为机床操作面板电源关主轴正转控制数控车床主轴正转主轴反转控制数控车床主轴反转主轴停控制数控车床主轴停转直接点动控制数控车床主轴点动旋转报警显示灯分别有机床、NC、电源报警回参考点显示灯分别有X和Z轴的回参考点显示灯刀具分度由刀具选择旋钮和刀具分度按钮组成冷却手动打开冷却液照明用于打开加工区域的照明灯超程解除用于车床刀具超程后复位和报警的解除手脉控制由X/Z轴选择按钮和手脉组成紧急停止按钮使机床紧急停止循环启动用于自动加工进给保持自动加工暂停，直到按循环启动键后再继续进给主轴正转 主轴停 主轴反转 直接点动（从左至右）操作面板电源开关报警显示灯回参考点显示灯冷却 照明超程解除刀具分度手脉控制循环起动 进给保持图8-17 机床操作面板2）手动操作（1）进入数控车床的操作总菜单在CRT/MDI的键盘中按刀偏/设定按钮（“OFFSET/SETTING”键）按下CRT显示器下方软键中的继续菜单键屏幕出现相对应的操作后，选择“操作PN”下方的软键（如图8-18所示）系统进入了操作PN选择界面，通过键盘中的光标移动键就可以进行菜单的选择了，主要的操作内容有MDI，MEM自动加工操作，EDIT程序编制操作，HND手脉进给操作，JOG手动进给操作，REF机床回参考点操作图8-18 操作PN的打开（2）机床的回参考点操作打开操作PN后，用光标移动键选择到REF，通过键盘中的“6”和“2”键往X的正方向和Z的正方向回零点（如图8-19）。 图8-19 回参考点按键（3）以MDI方式运转打开操作PN后，用光标移动键选择到MDI，按PROG键 输入“M03S800；”在机床操作面板中按循环启动键。按CRT/MDI操作面板键盘中的复位键停止主轴运转（4）程序的输入与检索输入：打开操作PN后，用光标移动键选择到EDIT，按PROG键；输入程序号，以O开头后跟四个数字，在键盘上按INSERT 在系统内存里插入一个新的程序。输入已经写好的程序，每段程序语句后加上“EOB”程序结束：检索：打开操作PN后，用光标移动键选择到EDIT，连按PROG键 两次，屏幕进入程序列表画面，键入要检索的程序号，按显示屏中“检索”正下方的软键。（5）自动加工自动加工方式有存储器运行方式，MDI运转方式，跳段执行循环，单段执行循环，进给倍率控制等。存储器运行方式将程序编写进存储器中；选择要运行的程序；打开操作PN后，用光标移动键选择到MEM；按循环启动键运行程序。MDI运转方式打开操作PN后，用光标移动键选择到MDI；按PROG键，键入程序；按循环启动键运行程序。跳段执行循环自动加工时系统可以跳过某些指定的程序段不执行。若在某程序段前加上“/”，且跳过任选程序段开关设为ON，则自动加工时跳过该程序段。当跳过任选程序段开关为OFF时，“/”不起作用，程序段被执行。单段执行循环自动加工时，为安全起见可选择单段执行加工程序的功能，当单段执行开关为ON时，按一次循环启动按纽仅执行一个程序段的动作，加工程序逐段执行。进给倍率控制自动加工时可用进给倍率开关控制主轴速率，快速进给速度，切削进给速度，调整范围为0%150%。机床空运行机床空运转时主轴不转动，刀具根据所编程序自动运行，以检查程序是否编制正确，运行时程序指定的进给速度无效。3）数据的设定刀具偏置量的直接输入。把编程时假想的基准位置(基本刀具刀尖和刀架中心等)与实际使用的刀尖差作为偏置量设定时,用以下方法比较简便(如图8-20所示)。（1）选择实际使用的刀具,用手脉方式切削端面A；（2）不移动Z轴,仅X方向退刀,主轴停止；（3）打开OFFSET刀偏设定，在刀偏设定操作中按下刀具形状补偿的软键，找到相应的刀具补偿号在Z档下输入Z0，并按下测量的软键；（）用手脉方式车削外圆面B；（）不移动X轴，仅Z轴方向退刀，主轴停止；（）测量B面的直径a，打开OFFSET刀偏设定，在刀偏设定操作中按下刀具形状补偿的软键，找到相应的刀具补偿号在X档下输入X a，并按下测量的软键；图8-20刀具偏置量的直接输入8-4 数控铣床的加工编程8.4.1数控铣床加工概述数控铣床一般指规格较小的升降台铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床（例如工作台宽度在500，630mm以上的）多属于床身式布局或龙门式布局。数控铣床可进行钻孔、镗孔、攻螺纹、外形轮廓铣削、平面铣削、平面型腔铣削及三维复杂形状的铣削加工。加工中心、柔性加工单元是在数控铣床的基础上产生和发展的，其主要加工也是铣削加工。）数控铣床的分类和组成数控铣床可以按通用的分类方法分为下列3类：（）数控立式铣床 数控立式铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围广泛。三坐标数控立铣可以进行三轴联动，但也有部分机床只能进行三坐标中的两个联动加工。（）卧式数控铣床 卧式数控铣床的轴线平行于水平面，为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘（或万能数控转盘）来实现4，5坐标加工。这样既可以加工工件侧面的连续回转轮廓，又可以实现在一次安装中通过转盘改变工位，进行“4面加工”。（）立卧两用数控铣床 这类铣床的主轴可以更换，可在一台机床上进行立式加工或卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。它的使用范围更广，功能更全。数控铣床的基本构成：基本组成单元和数控车床一样，也是由以下几个单元组成的：（）主机 主机是数控车床的机械部件，包括主轴箱、床鞍与刀架、尾架、进给机构和床身等。（）控制部分（CNC装置） 控制部分是数控车床的控制核心，包括专用计算机、显示器、键盘、输入和输出装置等。（）驱动装置 驱动装置是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电机等。（）辅助装置 辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括对刀仪、液压、润滑、气动装置、冷却系统和排屑装置等。）数控铣床编程特点数控铣床在切削过程中，不可避免地存在着刀具磨损的问题，例如铣刀、钻头等在磨损后尺寸必然发生变化，于是使加工出工件的尺寸也随之发生改变，目前的数控系统都有刀具尺寸补偿功能。在启动机床加工前，输入所用刀具的参数，数控系统能自动计算出刀具中心的运动轨迹的计算，只需直接按零件的轮廓进行编程即可，大大简化了数控编程工作，减轻了编程人员的劳动强度。同时可在加工过程中，根据对零件的测量，即时地输入刀具尺寸的修正值，以保证所加工出的工件尺寸符合图样要求。刀具尺寸补偿通常有三种：刀具长度尺寸补偿、刀具半径尺寸补偿和刀具位置尺寸补偿。（）刀具长度补偿 如图8-21所示，刀具长度补偿是用来补偿长度差值的。当刀具实际长度与编程时刀具标称长度不一致时，只需把实际刀具长度与编程标称长度之差作为偏置值输入数控系统便可进行刀具长度补偿。应注意该差值应连同正、负号一起输入。数控铣床的刀具长度补偿指令有两条：图8-21 刀具长度补偿建立刀具长度补偿，指令格式：G43 该指令出现在程序中便建立了刀具长度补偿，此时在刀具偏置存储器内的Z轴长度偏差值起作用。取消刀具长度补偿，指令格式:G44 该指令取消刀具补偿功能。（2）刀具半径补偿 刀具半径补偿功能已在数控车床编程部分叙述过，但也只限于刀尖圆弧半径的补偿。对于数控铣床来说，由于采用的多为回转类刀具，这个补偿就显得尤为重要。如图8-22所示，图样上的尺寸是零件的轮廓尺寸，通常编程时都按轮廓尺寸编制，而铣削刀具都是具有一定尺寸的回转类刀具，数控系统按输入的刀具半径值进行计算，自动地控制刀具中心向外移动一个半径r后，沿虚线运动，这便是刀具半径自动偏移计算或刀具半径补偿。同样地，当更换刀具或刀具磨损后，也只需改变的刀具半径值，仍可用原来的程序进行加工。 图8-22刀具半径补偿刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）的功用、用法和使用中的一些注意事项已在数控车床编程部分介绍过。对于数控铣床编程来说，还应注意：在有G41、G42的程序段中，必须有G01功能及对应的坐标参数才能有效地建立刀补。在G41（或G42）和G40指令之间不得出现任何转移加工，如镜像，子程序跳转等。刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途。如果人为地使刀具中心与工件轮廓偏置值不是一个刀具半径、精加工问题。在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值。这样可使粗、精加工采用同一个程序。）数控铣床的编程知识（1）工件坐标系设定指令（G92）工件坐标系设定指令是规定工件坐标系原点的指令，工件坐标系原点又称编程零点。数控编程时，必须先建立工件坐标系，用来确定刀具刀位点在坐标系中的坐标值。编程格式：G92 X_ Y_ Z_式中，X、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置，程序内绝对指令中的坐标数据，就是在工件坐标系中的坐标值。（2）工件坐标系选择（G54G59）G54G59是系统预定的6个工件坐标系，或称绝对零点偏置指令，可以根据需要任意选用。CNC具有零点偏置表，这6个工件坐标系的原点在机床坐标系中的值用MDI方式输入，产生独立的某些工件零点，如图8-23所示。图8-23工件坐标系与机床坐标系之间的关系图8-24 加工平面的选择一旦选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值，均为相对此工件坐标系原点的值。G54G59为模态指令，当电源接通时，G54为缺省值。（3）坐标平面选择指令（G17、G18、G19）平面选择指令G17、G18、G19分别用来指定程序段中刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿平面。在笛卡儿直角坐标系中，三个互相垂直的轴X、Y、Z分别构成三个平面，如图8-24所示。G17表示选择在XY平面内加工，G18表示选择在ZX平面内加工，G19表示选择在YZ平面内加工。立式数控铣床大都在X、Y平面内加工，故G17可以省略。（4）绝对和增量尺寸编程（G90/G91）G90和G91指令分别对应着绝对位置数据输入和增量位置数据输入。G90表示程序段中的尺寸字为绝对坐标值，即从编程零点开始的坐标值。系统上电后，机床处在G90状态。G90编入程序时，以后所有输入的坐标值全部是以编程零点为基准的绝对坐标值，并且一直有效，直到在后面的程序段中由G91（增量位置输入数据）替代为止。图8-25所示零件，孔A、B、C的相互位置采用相对尺寸标注，在编程时采用G91方式比较方便；而图8-26所示的零件采用绝对尺寸标注，即采用G90方式编程。（5）刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F数控铣床的刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F的编程格式及其规则，与数控车床基本相同。图8-25 相对尺寸标注及坐标计算图8-26 绝对尺寸标注及坐标计算 ）数控铣床常用指令（1）快速点定位指令（G00）该指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。输入格式：G00IP_;“IP”代表目标点的坐标，可以用X、Y、Z表示； 使用G00指令时，机床的进给率由机床参数指定；（2）直线插补指令（G01）图8-27 G01编程实例图8-28 圆弧顺逆方向的判断该指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿X轴、Y轴、Z轴方向执行单独运动，也可以沿X、Y、Z平面内任意斜率的直线运动（如图8-27示）。输入格式：G01 IP_ F_;“IP”代表目标点