数控车床编程与操作

数控车床编程与操作

 

数控车床编程与操作

4.1 数控车床简介

4.1.1 数控车床概述

数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工。

4.1.2数控车床的组成

数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机或步进电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现进给运动。数控系统由NC单元及输入输出模块，操作面板组成。

1.数控车床的机械构成

从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱、溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现运动，因而大大简化了进给系统的结构。由于要实现CNC，因此，数控车床要有CNC装置电器控制和CRT操作面板。图4-1所示为数控车床构成的各部分及其名称。

图4-1  数控车床的构成

(1)主轴箱  图4-2为数控车床主轴箱的构造，主轴伺服电机的旋转通过皮带轮送刀主轴箱内的变速齿轮，以此来确定主轴的特定转速。在主轴箱的前后装有夹紧卡盘，可将工件装夹在此。

图4-2  数控车床主轴箱的构造

(2)主轴伺服电机  主轴伺服电机有交流和直流。直流伺服电机可靠性高，容易在宽范围内控制转矩和速度，因此被广泛使用，然而，近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服电机作为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用起来。

(3)夹紧装置  这套装置通过液压自动控制卡爪的开/合。

(4)往复拖板  在往复拖板上装有刀架，刀具可以通过拖板实现主轴的方向定位和移动，从而同Z轴伺服电机共同完成长度方向的切削。

(5)刀架  此装置可以固定刀具和索引刀具，使刀具在与主轴垂直方向上定位，并同Z轴伺服电机共同完成截面方向的切削，如图4-3所示为刀架结构。

(6)控制面板  控制面板包括CRT操作面板（执行NC数据的输入/输出）和机床操作面板（执行机床的手动操作）。

 

图4-3  刀架结构

2.数控系统

数控车床的数控系统是由CNC装置、输入/输出设备、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成,如图4-4所示。

                          

 

图4-4 CNC系统构成

数控车床通过CNC装置控制机床主轴转速、各进给轴的进z给速度以及其他辅助功能。

4.1.3 数控车床的特点

1.传动链短  数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动。伺服电机直接与丝杠联结带动刀架运动，伺服电机与丝杠也可以按控制指令无级变速，它与主轴之间无须再用多级齿轮副来进行变速。随着电机宽调速技术的发展，目标是取消变速齿轮副，目前还要通过一级齿轮副变几个转速范围。因此，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。

2.刚性高  与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。

3.轻拖动  刀架移动一般采用滚珠丝杠副，为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。

为了提高数控车床导轨的耐磨性，一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，也可延长使用寿命。另外，数控车床还具有加工冷却充分、防护严密等结构特点，自动运转时都处于全封闭或半封闭状态。数控车床一般还配有自动排屑装置。

4.1.4数控车床的分类

数控车床品种繁多，按数控系统功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。

(1）简易数控车床（经济型数控车床）  是低档次数控车床，一般是用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。

(2）多功能数控车床  也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。

(3)数控车削中心  在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。

4.1.5 数控车床（CJK6153）的主要技术规格。

床身最大工具回转直径：ф530mm。滑板最大工件回转直径：ф280mm，机床顶尖距1000mm，刀架最大X向行程：260mm，刀架最大Z向行程：1000mm。手动4级变频调速25~2000转/分。

4.1.6 数控车床（CJK6153）的润滑与冷却

该机床的润滑分床头箱的润格及其它部件的润滑两个部分。有齿轮变速的床头箱均采用油润滑，由摆线泵进行强迫润滑，摆线泵吸油时，先通过精制过滤器，再进过磁性滤清器而后送到各润滑部件或经分油器对主轴轴承及所有其它运转零件进行强迫润滑和喷油润滑。机床上其它部件的润滑，如尾架、道轨及丝杠螺母等均采用油润滑，采用间歇润滑泵对X轴、Z轴的各导轨润滑面及滚珠丝杠螺母、尾架套筒外圆等部位进行自动间歇式润滑。在呈透明状态的油箱内，带有一个液位报警开关，当箱内油液低于规定值时，机床会发出润滑报警。  该机床冷却系统采用泵冷却。冷却装置的日常维修主要是冷却水的补给更换及过滤器的清洗。在冷却箱内未灌入冷却液前，严禁启动冷却泵，以免使冷却泵烧坏。当冷却水减少时，应及时补给。冷却水发生污染变质时，应全部更换，冷却液应注意选择防锈性能好的，以免机床生锈。

4.2 数控车床的编程方法

要学好数控车床的编程，必须了解数控车床的操作要点，现有教材大多没把数控车床的操作与编程作为一个整体来讲。

4.2.1 设定数控车床的机床坐标系

机床坐标系是机床固有的坐标系，是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。机床坐标系在出厂前已经调整好，一般不允许随意变动。参考点也是机床上的一个固定不变的极限点，其位置由机械挡块或行程开关来确定。通过回机械零点来确认机床坐标系。回机械零点前先要开机，数控车床开机前先要熟悉数控车床的面板。面板的形式同数控系统密切相关。数控车床的开机有难有易。对于配图产系统的车床。开机大都比较简单，一般打开电源后，直接启动数控系统即可。开机后，通过回零，使工作台回到机床原点（或参考点，该点为与机床原点有一固定距离的点）。数控车床的回零（回参考点）步骤为：开关置于“回零”位置。按手动轴进给方向键+X、+Z至回零指示灯亮。开机后必须先回零（回参考点），若不作此项工作，则螺距误差补偿、背隙补偿等功能将无法实现。设定机床机械原点同编程中的G54指令直接有关。

4.2.2 设定数控车床的工件坐标系

工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件坐标系是数控车床加工前的必不可少的一步。不同的系统，其方法各不相同。

1.西门子802S系统工件坐标系的建立方法

（1）转动刀架至基准刀（如1号刀）。

（2）在MDA状态下，输入T1D0，使刀补为0。

（3）机床回参考点。

（4）用试切法确定工件坐标原点。先切削试件的端面。Z方向不动。若该点即为Z方向原点，则在参数下的零点偏置于目录的G54中，输入该点的Z向机械坐标值A的负值，即Z=-A。若Z向原点在端面的左边 处，则在G54中输入Z=-（A+ ），回车即可。同理试切外圆，X方向不动。Z方向退刀，记下X方向的机床坐标A，量直径，得到半径R，在G54的X中输入X=-（A+R），回车即可。

2.广数GSK980T系统工件坐标系的建立方法

(1)用手动方式，试切端面。

(2)在Z轴不动的情况下，沿X轴退刀，且停止主轴旋转。3.测量端面与工件坐标系零点间的距离Z。然后在录入方式下输入G50 Z ，运行该句即可。4.同理，用手动方式车外圆，在X轴不动的情况下沿Z轴退刀，且停止主轴旋转，测量工件直径X，在录入方式下输入G50X，运行该句即可。

3.广数GSK928TC工件坐标系的建立方法

(1)车外圆，沿Z向退刀，测得直径，按InputX输入直径值，回车即可。

(2)车端面，沿X向退刀，测得端面与工件坐标系原点间的距离，按InputＺ输入该距离值，回车即可。

4.2.3 确定基准刀在工件坐标系中的位置

  确定了工件坐标系后，可用G50指令确定第1把刀（基准刀）在工件坐标系中的位置。

4.2.4 确定其它刀在工件坐标系中的位置

加工一个零件常需要几把不同的刀具，由于刀具安装及刀具本身的偏差，每把刀转到切削位置时，其刀尖所处的位置并不重合，为使用户在编程时无需考虑刀具间的偏差，需确定其它刀在工件坐标系中的位置，这需要通过对刀来实现。不同的系统，其对刀方法各不相同。                                   

1.西门子802S系统的对刀方法

（1）选用某一把刀为基准刀，按参数键下和刀具补偿按钮，再按新刀具按钮，输入基准刀的刀号及刀沿（补）号。如基准刀为1号刀，选用1号刀沿（补），则刀具为T1D1。

（2）调用对刀窗口，用基准刀车外圆，Z向退刀，在对刀窗口的X轴零偏处输入0（因是基准刀），按计算键后确认。

（3）调用其它各把刀具，确定刀号和刀沿（补）号，车外圆输入直径，车端面。输入台阶深度的负值。计算、确定即可。

2．广数GSK980T系统的对刀方法

（1）用基准刀试切工件，设定基准坐标系：试切端面X向退刀，进入录入方式，按程序按钮。输入G50 Z0，即把该端面作为Z向基准面。然后按设置键，设置偏置号（基准刀+100），输入Z=0，试切外圆，Z向退刀，测得外圆直径 ，进入录入方式，按程序按钮。输入G50X ，然后按设置键，设置偏号，基准刀偏置号+100，X= 。

（2）调用其它各把刀具，车外圆，Z向退刀。测得外圆直径，将所测得的值 设到一偏置号中，该偏置为刀号+100，如刀号为2，则偏置号为202，在此处输入X= 。同理车台阶，X向退刀，测得台阶深度 ，在偏置号处输入Z=- 。

3.广数GSK928TC系统的对刀方法

（1）用基准刀试切工件，用input建立对刀坐标系，该坐标系的Z向原点，一般设在工件的右端，即把试切的端面作为Z向零点。

（2）调用其它各刀，如2号刀，用T20调用，然后试切外圆Z向退刀，测得直径 ，然后按I键。输入 。试切台阶，X向退刀，测得台阶深度为 ，然后按K键，输入- ，刀补即设置完毕。

4.2.5 坐标轴的方向

  无论那种坐标系都规定与车床主轴轴线平行的方向为Z轴，从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为正方向。在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴，远离主轴旋转中心的方向为正方向。

4.2.6 直径或半径尺寸编程

被加工零件的径向尺寸在图纸标注和加工测量时，一般用直径值表示，所以采用直径尺寸编程更为方便。

4.2.7 一般编程方法

1. 确定第一把刀的位置

G50 X  Z    该指令确定了第一把刀的位置，此时需把第一把刀移动到工件坐标为X  Z的位置。

2 .返回参考点

  G26（G28）：X  Z轴同时返回参考点，G27：X轴返回参考点，G29：Z轴返回参考点。

3. 快速定位

   G00 X  Z  快速定位到指定点。

4 .直线插补

   G01 X  Z  F  该指令用于车外圆及端面。F为进给速度，其单位为mm/min (用G94或G98指定)或mm/r(用G95或G99指定)。

5 .圆弧插补

  G02（03） X  Z  I  K  F  该指令用于车顺圆或逆圆周。X  Z为圆弧终点坐标，I  K为圆心相对于起点的坐标，F为进给速度。

6.螺纹切削

  G33（32） X  Z  P（E）   I  K  该指令用于螺纹切削，X  Z为螺纹终点坐标，P为公制螺纹导程(0.25-100mm)，E为英制螺纹导程(100-4牙/英寸)，I  K为退尾数据。螺纹切削时主轴转速不能太高，一般N×P≤3000，N为主轴转速（rpm）,P为公制螺纹导程(mm)。

7. 延时或暂停

  G04  X，X为暂停秒数，该指令一般用于切槽，可保持槽底光滑。

8 .主轴转速设定

  M03（04） S  该指令用于主轴顺时针或逆时针转，主轴转速为S，其单位为m/min (用G96指定)或r/min(用G97指定)。M05表示主轴停止。

9.程序结束

M02（在此处结束）或M30（结束后返回程序首句）。

4.2.8 循环

由于车削加工常用棒料和锻料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，数控车床常具备不同形式的固定循环，可进行多次循环切削。

1. 外径、内径循环

 G90  X  Z  R  F  该指令用于外径、内径的简单车削循环，X  Z为循环终点坐标，R表示圆锥面循环。其值为圆锥体大小端差（直径差），循环起点由上句程序决定，F为进给速度。

2.螺纹车削循环

  G92  X  Z  P（E）   I  K  R  L  该指令用于螺纹车削循环, X  Z为螺纹终点坐标，P为公制螺纹导程(0.25-100mm)，E为英制螺纹导程(100-4牙/英寸)，I  K为退尾数据，R表示螺纹起点与终点的直径差（用于加工圆锥螺纹），L表示螺纹头数，螺纹车削循环起点由上句程序决定。G92指令与G33指令的区别为G92可多次自动切削螺纹。

3.端面车削循环

 G94  X  Z  R  F  该指令用于端面的简单车削循环，X  Z为循环终点坐标，R表示锥面循环。其值为圆锥体大小端差（Z向差），循环起点由上句程序决定，F为进给速度。

4 .切槽循环

 G75  X  Z  I  K  E  F   该指令用于切槽循环，X  Z为循环终点坐标，I为每次X轴的进刀量，K为每次X轴的退刀量，E为Z轴每次的偏移量，F为进刀速度，省略Z表示切断。

5.外圆粗车复合循环

 G71  X  I  K  L  F  该指令用于外圆粗车复合循环，即编程时写出外圆加工形状，系统从毛坯开始自动走出外圆循环形状。该循环平行于Z轴切削，X为循环终点坐标，I为每次X轴的进刀量，K为每次X轴的退刀量，L为决定外圆加工形状的程序段数量，F为进给速度，G71指令段后马上接决定外圆加工形状的程序段。

6.端面粗车复合循环

 G72  Z  I  K  L  F  该指令用于端面粗车复合循环，即编程时写出端面加工形状，系统从毛坯开始自动走出端面循环形状。该循环平行于X轴切削，Z为循环终点坐标，I为每次Z轴的进刀量，K为每次Z轴的退刀量，L为决定端面加工形状的程序段数量，F为进给速度，G72指令段后马上接决定端面加工形状的程序段。

4.2.9 刀具补 偿

编程时，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，为提高工件的加工精度，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。

4.2.10 绝对坐标与增量坐标

   X 、Z表示绝对坐标，U、W表示相对坐标。

4.2.11 公制与英制尺寸设定

公制尺寸设定指令G21，英制尺寸设定指令G20，系统上电后，机床处在G21状态。

4.2.12 圆弧顺逆的判断

数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴，应按右手定则的方法将Y轴也加上去来考虑。判断时让Y轴的正向指向自己，（即沿Y轴的负方向看去），站在这样的位置就可正确判断X-Z平面上圆弧的顺逆时针。

4.3. 典型零件的数控车床编程实例

4.3.1 数控车床编程实例1

编制图4-1所示工件的数控加工程序，要求切断，1#外圆刀，2#切槽刀，切槽刀宽度4mm，毛坯直径32mm

 

图4-1

1.首先根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定工艺路线

（1）粗加工外圆与端面。

（2）精加工外圆与端面。

（3）切断。

2.选择刀具,对刀，确定工件原点

根据加工要求需选用2把刀具，T01号刀车外圆与端面，T02号刀切断。用碰刀法对刀以确定工件原点，此例中工件原点位于最左面。

3.确定切削用量

（1）加工外圆与端面，主轴转速 630rpm, 进给速度150mm/min。

（2）切断，主轴转速 315rpm, 进给速度150mm/min。

4.编制加工程序

N10 G50 X50 Z150                 确定起刀点

N20 M03 S630                    主轴正转

N30 T11                         选用1号刀，1号刀补

N40 G00 X35 Z57.5                准备加工右端面

N50 G01 X-1 F150                 加工右端面

N60 G00 X32 Z60                 准备开始进行外圆循环

N70 G90 X28 Z20 F150             开始进行外圆循环

N80 X26

N90 X24

N100 X22

N110 X21                       φ20圆先车削至φ2１

N120 G01 X0 Z57.5 F150          结束外圆循环并定位至半圆R7.5的起切点

N130 G02 X15 Z50 I0 K-7.5 F150   车削半圆R7.5

N140 G01 X15 Z42 F150          车削φ15圆

N150 X16                      倒角起点

N160 X20 Z40                  倒角

N170 Z20                      车削φ20圆

N180 G03 X30 Z15 I10 K0 F150   车削圆弧R5

N190 G01 X30 Z2 F150          车削φ30圆

N200 X26 Z0                   倒角

N210 G0 X50 Z150              回起刀点

N220 T10                      取消1号刀补

N230 T22                      换2号刀

N235 M03 S315

N240 G0 X33 Z-4               定位至切断点

N250 G01 X-1 F150             切断

N260 G0 X50 Z150              回起刀点

N270 T20                      取消2号刀补

N280 M05                     主轴停止

N290 M02                     程序结束

 

4.3.2 数控车床编程实例2

编制图4-2所示工件的数控加工程序，不要求切断，1#外圆刀，2#缧纹刀，3#切槽刀，切槽刀宽度4mm，毛坯直径32mm

 

  图4-2

1.首先根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定工艺路线

（1）加工外圆与端面。

（2）切槽。

（3）车螺纹。

2.选择刀具,对刀，确定工件原点

   根据加工要求需选用3把刀具，T01号刀车外圆与端面，T02号刀车螺纹，T03号刀切槽。用碰刀法对刀以确定工件原点，此例中工件原点位于最左面。

3.确定切削用量

（1）加工外圆与端面，主轴转速 630rpm, 进给速度150mm/min。

（2）切断，主轴转速315rpm, 进给速度150mm/min。

（3） 车螺纹，主轴转速 200rpm, 进给速度200mm/min。

4.编制加工程序

N10 G50 X50 Z150                确定起刀点

N20 M03 S630                    主轴正转

N30 T11                         选用1号刀，1号刀补

N40 G00 X33 Z60                 准备加工右端面

N50 G01 X-1 F150                  加工右端面

N60 G00 X31 Z62                 准备开始进行外圆循环

N70 G90 X28 Z20 F150             开始进行外圆循环

N80 X26

N90 X24

N100 X22

N110 X21                       φ20圆先车削至φ2１

N120 G00 Z60                    准备车倒角

N130 G01 X18 F150                定位至倒角起点

N140 G01 X20 Z59                倒角

N150 Z20                        车削φ20圆

N160 G03 X30 Z15 I10 K0          车削圆弧R5     

N170 G01 X30 Z0                 车削φ30圆

N180 G00 X50 Z150               回起刀点

N190 T10                        取消1号刀补

N200 T33                        换3号刀

N205 M03 S315

N210 G00 X22 Z40                定位至切槽点

N220 G01 X18 F60                切槽

N230 G04 D5                     停顿5秒钟

N240 G00 X50                    回起刀点

N250 Z150

N260 T30                        取消3号刀补

N270 T22                        换2号刀

N280 G00 X20 Z62                定位至螺纹起切点

N285 M03 S200

N290 G92 X19.5 Z42 P1.5           螺纹循环开始

N300 X19

N310 X18.5

N320 X17.3

N330 G00 X50 Z150               回起刀点

N340 T20                        取消2号刀补

N350 M05                       主轴停止

N 360 M02                       程序结束

4.3.3 数控车床编程实例3

编制图4-3所示工件的数控加工程序,工艺路线、切削用量等与上例类似。刀具选择为：T11:90º外圆车刀。T22:69º螺纹车刀。T33:宽3.6mm切断刀

                    图4-3

加工程序为：

先加工Φ25 宽15的槽   所以原点为前端与轴心线交点

G50  X40  Z50

 M03 S1

T11

G00 X36  Z0

G01 X0 F80

G00 X34 Z2

G01 Z-38 F80

G00 X40 Z50

 T10

T22

G00 X35 Z-15.0

G75 X25.5 Z-23.5 I3 K1 E3.5 F100

G00 Z-12.6 X34.5

G01 X34 F80

  X32 Z-13.6

X28

G03 X25 Z-15.1 R1.5

G01 Z-20

G00 X35

    Z-26

G01 X34 F80

    X32 Z-25

    X28

G02 X25 Z-23.5 R1.5

G01 Z-16

G00 X40

  Z50

T20

M05

M02

后加工球与螺纹

G50 X50 Z50

M03 S1

T11

G00 X36 Z0

G01 X0 F80

G00 X36 Z2

G90 X33 Z-30 F200

X30

X27

X24

X22.5

G00 X35 Z-29

G90 X33 Z-60 F200

X30

X28

G00 X32 Z-59

G01 X35 Z-70 F150

G00 Z-59

X28.5

G01 X34.5 Z-70 F150

G00 X50 Z50

T10

  T33

G00 X23 Z-28.6

G01 X16 F80

G00 X23

   Z-30

G01 X16 F80

G00 X50

Z50

T30

T22

G00 X18 Z4

G01 Z0 F80

   X22 Z-2

Z-23

  X18 Z-25

  X16 Z-30

G02 X22.73 Z-48.17 R15

G03 X34 Z-70 R20

G00 X50

        Z20

G92 X21 Z-28 P1.5

X20

X19.3

G00 X50 Z50

T20

M05

M02

 

4.3.4 数控车床编程实例4

编制图4-4所示工件的数控加工程序,工艺路线、切削用量等与上例类似。

图4-4

加工程序为：

先加工Φ48外圆及斜锥孔

G50 X60 Z50

M03 S1

T11 (外圆刀)

G00 X24 Z2

G01 Z0 F80

X44

X49 Z-2.5

Z-30

G00 X50 Z2

X48

G01 Z-30 F80

T10

T22 (内孔刀)

G00 X26 Z2

G90 X20 Z-25 R14 F120

X23

X25

G00 X40

G01 Z0

X26 Z-30

G00 X24

Z50

T20

M05

M02

后加工M45x1.5及Φ26内孔

G50 X60 Z50

 M03 S1

T11

G00 X52 Z2

G90 X49 Z-50 F120

X47

X45

G00 X24 Z0

G01 X41 F80

X45 Z-2

  Z-50

X47

X48 Z-50.5

G00 X60 Z50

 T10

T33 (螺纹刀)

G00 X46 Z-35

G01 X43 F80

Z-38

G00 X48

    Z2

G92 X43 Z-36 P1.5

X42

X41

X40.2

G00 X60 Z50

T30

T22

G00 X38 Z1

G01 X25 Z-10.2

G00 Z1

X38.73

G01 Z0 F80

G02 X26 E-10.2 R20

G01 Z-46

G00 X24

Z50

X60

T30

M05

M02

 

4.3.5 数控车床编程实例5

编制图4-5所示工件的数控加工程序,工艺路线、切削用量等与上例类似。

图4-5

加工程序为：

先加工Φ49外径及Φ30内孔

G50 X60 Z50

M03 S1

T11 (90º外圆刀)

G00 X52 Z0

G01 X24 F80

G00 X49 Z2

G01 Z-25 F120

G00 X60 Z50

T10

T22 (镗刀)

G00 X30 Z2

G01 Z-15 F80

X28

X26 Z-16

Z-26

X60 Z50

T20

M05

M02

后加工M45X1.5及内孔Φ28

G50 X60 Z50

  M03 S1

 T11 (90º外圆刀)

G00 X52 Z2

G90 X50 Z-33 F120

X48

X46

G00 X24

Z0

G01 X30 F80

G02 X43 Z-6.5 R6.5

G01 X45 Z-7.5

Z-33

G03 X49 Z-35 R2

G00 X60  

Z50

T10

T22

G00 X32 Z1

G01 X28 Z-1 F80

Z-30

X24 Z-32

G00 Z50

   X60

T20

车螺纹

T33 M05 S2

G00 X46 Z0

G92 X45 Z-25 P1.5 I4.8 K3

X43.5

X42

X41

X40.2

G00 X60 Z50

M05

M02

4.4 综合练习题

编写图4-6所示零件的加工程序并进行加工，根据加工要求选用三把车刀，1号刀车外圆，2号刀切槽，3号刀车螺纹。要求正确选择换刀点，以避免换刀时机床与工件、夹具发生碰撞。换刀点选为A（200，350）点。切削用量为：主轴速度（rpm）在车外圆、车槽、车螺纹时分别为630、315、200。进给速度F(mm/min)在车外圆、车槽、车螺纹时分别为150、160、150。

图4-6

 

4.5复习思考题

1.试述所用数控车床的基本结果及所用的数控系统种类、特点。

2.试述数控车床的开机步骤，为什么要回参考点？

3.简述数控车床加工的对刀方法。

4.数控车床加工圆弧顺逆如何判定？

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

数控铣床编程与操作

5.1 数控铣床简介

5.1.1 数控铣床的组成（此处以XK5025型数控铣床为例）

XK5025型数控铣床是典型的数控铣床，它由三大部分组成：机械部分、电气部分、数控部分。

1.机械部分

分为六大块，即床身、铣头部分、工作台、横向进给部件、升降台部分、冷却、润滑部分。

（1）床身：内部布筋合理，具有良好的刚性，底座上设有4个调节螺栓，便于机床调整水平，冷却液储液池设在机床内部。

（２）铣头部分：由有级变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精度轴承上，保证主轴具有高回转精度和良好的刚性，主轴装有快速换刀螺母，前端锥孔采用ISO30^#锥度。主轴采用机械无级变速，调节范围宽，传动平稳，操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，节省辅助时间刹车时通过制动手柄撑开止动环使主轴立即制动。启动主电机时，应注意松开主轴制动手柄。铣头部件还装有伺服电机，内齿带轮、滚珠丝杆副及主轴套筒，它们形成垂直向（Z向）进给传动链，使主轴作垂向直线运动。

（３）工作台：与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装在工作台在右端的伺服电机驱动的。通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠副，从而使工作台获得纵向进给。工作台左端装有手轮和刻度盘，以便进给手动操作。床鞍的导轨面均采用了TURCTTE—B贴塑面，提高了导轨的耐磨性，运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。

（４）横向进给部分：在升降台前方装有交流伺服电机，驱动床鞍作横向缉拿给运动，其工作原理与工作台纵向进给相同。另外，在横向滚珠丝杠前端还装有进给手轮，可实现手动进给。

（５）升降台：在其左侧装有锁紧手柄，周的前端装有长手柄可带动锥齿轮及升降台丝杠旋转，从而获得升降台的升降运动。

（６）冷却、润滑部分：冷却部分是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，将冷却液从底座内储液池打至出水管，再经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。润滑部分是由手动润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒，导轨及滚珠丝杠进行润滑，以提高机床的使用寿命。

2.电气部分

分为强电与弱电二大块，强电控制主轴、冷泵，润滑。弱电控制伺服单元、进而控制伺服电机与编码器。本机床采用三相380V交流电源供电，空气开关控制机床总电源的通断。同时该空气开关的通断还受钥匙开关和开门断电开关的保护控制使机床只有在钥匙打开和电气箱关闭的情况下才能通电，本机床用变频器控制主轴电机，主轴的转速由二部分控制组合而面，一部分是变频器对转速进行无级调速，另一部分为机械手柄和带轮有级调速。

3.数控部分

XK5025的数控部分采用FAUNCOMD系统，该系统在控制电路中采用了32位高速微处理器及大规模集成电路，半导体存储器，实现了高速度，高可靠性的要求。CNC主印刷板，电源板，输入/输出接口板全部安装在一块基板上，与机床的强电箱易于组合。系统内还配有强力PMC，实现了机械加工的高速化及机床方面强电路的简化。在CRT画面上可编辑和显示梯形图，便于监视和维修。

5.1.2 数控铣床（XK5025）的主要技术规格

   工作台行程（X×Y×Z）：680×350×400mm。

   工作台允许最大承载250kg。主轴转速范围：65~4750r/min。进给速度：0~0.35m/min。电机总容量：11kw。脉冲当量：0.001mm。重复定位精度±0.013mm/300mm，重复定位精度：±0.005mm。

5.2 数控铣床的编程方法

要学好数控铣床的编程，必须了解数控铣床的操作要点，现有教材大多没把数控铣床的操作与编程作为一个整体来讲。

5.2.1设定数控铣床的机床坐标系

数控铣床的机床坐标系的确定方法与数控车床相似，但数控铣床有X、Y、Z三轴。通过回机械零点来确认机床坐标系。开机后，通过回零，使工作台回到机床原点（或参考点，该点为与机床原点有一固定距离的点）。数控铣床的回零（回参考点）步骤为：开关置于“回零”位置。按手动轴进给方向键+X、+Y、+Z至回零指示灯亮。设定机床机械原点同编程中的G54指令直接有关。

5.2.2 设定数控铣床的工件坐标系

工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件坐标系是数控铣床加工前的必不可少的一步。数控铣床通过对刀来建立工件坐标系。数控铣床的对刀主要采用二种方法

1.随机对刀法，适用于多品种，小批量产品。该法采用G92指令对刀，用G92指令设定起刀点与编程原点的坐标关系,从而建立了工件坐标系。

2.固定对刀法，适用于单品种、大批量产品。该法采用G54指令对刀，用G54指令设定数控铣床编程原点机械原点的坐标关系（需从面板上输入相关数据），从而建立了工件坐标系，G54值可用G59指令取消。

5.2.3 坐标轴的方向

  数控铣床上的坐标系采用右手直角迪卡儿坐标系。各坐标轴的方向为：                           Z

                              X

                  Y

对运动方向的规定是：铣床某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。

5.2.4 绝对坐标与增量坐标

 G90表示绝对坐标，G91表示相对坐标。

5.2.5 一般编程方法

1.快速定位

   G00 X Y Z  快速定位到指定点。（比数控车床多一个轴）。

2.直线插补

   G01 X Y Z  F    X Y Z 为目标点坐标，F为进给速度，其单位为mm/min (用G94或G98指定)或mm/r(用G95或G99指定)。

3.平面选择

G17指令表示X Y平面，G18指令表示X Z平面，G19指令表示Y Z平面。平面选择指令与圆弧插补有关。

4.圆弧插补

  G02（03） X  Y  I  J  F  该指令用于X Y平面的圆弧插补。X  Y为圆弧终点坐标，I  J为圆心相对于起点的坐标，F为进给速度。

G02（03） X  Z  I  K  F  该指令用于X Z平面的圆弧插补。

G02（03） Y  Z  J  K  F  该指令用于Y Z平面的圆弧插补。

5.2.6 循环

数控铣床的循环指令主要有G73、G74、G76G80~G89，它们主要用于孔加工，包括钻孔、镗孔、攻螺纹等。使用一个程序段就可以完成一个孔加工的全部动作。如果孔加工的动作无须变更，则程序中所有模态的数据可以不写，因此可以大大简化编程。

5.2.7 刀具补偿

G41指令为刀具左偏置，G42指令为刀具右偏置。G40为取消刀具半径补偿，刀具半径补偿的过程分为三步即：（1）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。（2）刀补的进行，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与个偏置量。（3）刀补的取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹过渡到与编程重合的过程。G40必须和G41和G42成对使用。当指令的圆弧半径小于刀具半径时，若进行内侧偏置则会产生过切；另外，刀具半径补偿后的刀具中心轨迹与编程轨迹的方向相反时，也会产生过切，要注意避免。

5.2.8 子程序

程序中有固定的、顺序变化重复的模式时，可将其作为子程序存放，使程序简单化。M98为子程序调用指令，M99为子程序结束指令。子程序调用格式为M98P××× ××××  ，P后面的前3位为重复调用次数，省略时为调用一次，后4位为子程序。

5.2.9 同编程有关的操作方法（以 FANUC系统为例）

1.程序的调用

(１)选择编辑方式，按PRGRM键。

(２)键入地址O及要检索的程序号。

(３)按“CURSOR↓”键，此时在CRT画面的右上方，显示已检索的程序号。按LIB键可查已有程序。

2.程序的编写

(1)选择编辑方式，按PRGRM键。

(2)输入新程序名，如O001，按Insert键。换行则输入EOB键并按Insert键。此时自动显示语句号字。

(3)输入程序段，换行。

(4)修改已输入程序，光标用CURSOR键移至欲修改处，输入新内容，按ALTER键即可。

(5)程序结束后，用RESET键复位，检查后即可运行。

3.程序的删除

(1)删除整个程序，在标记方式，按PRGRM键，假如程序名，按DELET键即可。

(2)删除已输入的程序语句，用DELET键。 

(3)删除未输入的程序语句，用CAN。

4.程序的运行

(1)正常运转，按“循环启动”键，铣床自动运转。

(2)按“进给保持”按纽，可使用自动运转暂时停止。

(3)按“跳步”键，程序中有斜杠“/”的程序段将不执行。

(4)按“单段”键，机车处于单段运行状态，每按一下“循环启动”按纽，只执行一段程序段。

(5)按“空运行”键，此时机车在空运行状态下快速运行。

(6)按“锁定”键，机车停止移动，但位置坐标的现示和机车移动时一样，M、S、T功能也有效。该键主要用于程序的检测。

(7)按“选择停”键，执行含有M01的程序段后，自动运转停止。

(8)按“急停”键，机车移动会瞬间停止。

(9)用“进给速度修调”开关，可选择程序指定的进给速度的百分数，按照刻度可实现0~150%的倍率修调。

5.程序的传输

(1)数控铣床与微机可通过RS232接口进行传输。

(2)传输前数控铣床必须先作好准备。即在编辑方式中按PRGRM键，输入程序名，按INPUT键，屏幕右下角出现闪动的“标头SK”字样。

(3)本书采用Qmodem软件，其使用步骤为：

打开Qmodem后，按ALT+P键，选择参数，按ALT+K键选择接口，按Page UP键选择系统，最后输入待传程序的文件名和路径，即可传输。

5.3 型零件的数控铣床编程实例

5.3.1 数控铣床编程实例1

编制图5-1中矩形的内轮廓，圆的外轮廓数控加工程序，要求使用刀补，铣刀直径10mm,一次下刀8mm。

图5-1

1.首先根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定工艺路线

（1）下刀。

（2）加工矩形的内轮廓。

（3）加工圆的外轮廓，提刀。

2.选择刀具,对刀，确定工件原点

   根据加工要求需选用1把键槽铣刀，直径10mm, 刀补在面板上输入。用随机对刀法确定工件原点。

3.确定切削用量

主轴转速  1000rpm, 进给速度150mm/min。

4.编制加工程序

N10 G92 X0 Y0 Z40               确定工件原点，此时工件原点在刀位点下方40mm处

N20 M03 S1000                   主轴正转

N30 G00 X-50 Y-50                快移至刀补起点

N40 G42G01 X-25 Y0 D01 F150    建立右刀补并至起刀点

N50 G01 Z-8                      下刀

N60 Y15                         开始加工内轮廓

N70 G02 X-15 Y25 R10

N80 G01 X15

N90 G02 X25 Y15 R10

N100 G01 Y-15

N110 G02 X15 Y-25 R10

N120 G01 X-15

N130 G02 X-25 Y-15 R10

N140 G01 Y0                     内轮廓加工结束，定位至外轮廓加工过渡圆起点

N150 G02 X-10 Y0 R7.5            走外轮廓加工过渡圆，使外轮廓进刀时圆滑过渡

N160 G03 I10                     加工外轮廓

N170 G02 X-25 Y0 R7.5            走外轮廓加工过渡圆，使外轮廓退刀时圆滑过渡

N180 G01 Z20                    抬刀

N190 G40G00 X0Y0 D01           取消刀补并回工件原点

N200 M30                        程序结束

 

5.3.2 数控铣床编程实例2

铣图图5-1所示的型腔，深度12mm，要求使用子程序，铣刀直径10mm, 一次下刀2mm

1.工艺路线、刀具,对刀方法及切削用量与编程实例1相似。

2.编制加工程序

（1）主程序O01

N10 G92 X0 Y0 Z40               确定工件原点，此时工件原点在刀位点下方40mm处

N20 M03 S1000                   主轴正转

N30 G00 X-50 Y-50                快移至刀补起点

N40 G42G01 X-25 Y0 D01 F150    建立右刀补并至起刀点

N50 G01 Z-2                      第一次下刀

N60 M98 P02                     调用子程序O02开始第一层型腔加工

N70 G01 z-4                      第二次下刀

N80 M98 P02                     调用子程序O02开始第二层型腔加工

N90 G01 z-6                      第三次下刀

N100 M98 P02                    调用子程序O02开始第三层型腔加工

N110 G01 z-8                     第四次下刀

N120 M98 P02                    调用子程序O02开始第四层型腔加工

N130 G01 Z-10                   第五次下刀

N140 M98 P02                   调用子程序O02开始第五层型腔加工

N150 G01 z-12                   第六次下刀

N160 M98 P02                   调用子程序O02开始第六层型腔加工

N170 G00 Z40                    抬刀

N180 G40G00 X0Y0 D01           取消刀补并回工件原点

N190 M30                        程序结束

（2）子程序O02

N10 G01 Y15                开始加工内轮廓

N20 G02 X-15 Y25 R10

N30 G01 X15

N40 G02 X25 Y15 R10

N50 G01 Y-15

N60 G02 X15 Y-25 R10

N70 G01 X-15

N80 G02 X-25 Y-15 R10

N90 G01 Y0                     开始加工外轮廓

N100 G02 X-10 Y0 R7.5          

N110 G03 I10                   

N120 G02 X-25 Y0 R7.5          

N130 M99                       回主程序

 

5.3.3 数控铣床编程实例3

用立铣刀铣一个200×200的平面，深度3mm，要求使用子程序，铣刀直径12mm

1.工艺路线采用下刀后多次调用子程序的方法。对刀方法及切削用量与相似。

2.编制加工程序

（1）主程序O01

N10 G92 X0 Y0 Z40               确定工件原点，此时工件原点在刀位点下方40mm处，同时位于左上角。

N20 M03 S1000                   主轴正转

N30 G01 Z-3 F150                 下刀

N40 M98 P10 02                  调用10次子程序O02（次数根据铣刀直径及工件宽度计算得出）

N50 G01 Z40                      抬刀

N60 G0 X0 Y0                     回工件原点

N70 M30                         程序结束

（2）子程序O02

N10 G01 Y-210                   子程序开始

N20 G91G01 X10

N30 G90G01 Y0

N40 G91G01 X10

N50 G90

N60 M99                        回主程序，注意相对编程与绝对编程的转换。

5.3.4 数控铣床编程实例4

1.零件如图5-2所示，Z向程序原点位于上表面。

2.刀具选用直径16立铣刀。

3.安全面高度  20mm。

 

 

图5-2

4.加工程序为：

N010 G92X0Y0Z20                     建立工件坐标系

N020 G0 G90 X-10.54 Y8.124 M03 S800

N030 Z2.54

N040 G1 Z-5 F250. M08

N050 X-3.2 Y.784

N060 X6.328 Y-8.744

N070 G0 X8.124 Y-10.54

N080 Z2.54

N090 Z13.08

N100 X95.329

N110 Z5.54

N120 Z2.54

N130 G1 Z0.0

N140 X96.61 Y-3.2

N150 G3 X96.8 Y-1. I-12.61 J2.2

N160 G1 Y4.2

N170 X102.

N180 G3 X103.2 Y4.256 I0.0 J12.8

N190 G1 X104.54 Y23.402

N200 G3 X102. Y18.5 I3.46 J-4.902

N210 G1 Y17.

N220 X94.

N230 G3 X84. Y7. I0.0 J-10.

N240 G1 Y-1.

N250 X16.686

N260 X-2. Y17.686

N270 Y77.

N280 G2 X24. Y103. I26. J0.0

N290 G1 X45.212

N300 X47.48 Y101.

N310 G3 X84.52 I18.52 J21.

N320 G1 X86.788 Y103.

N330 X102.

N340 Y17.

N350 X100.5

N360 G3 X95.598 Y14.46 I0.0 J-6.

N370 G00Z20                   退回安全面高度

N380 M05

N390 X0Y0

N400 M30

N410 M30

 

5.3.5 数控铣床编程实例5

1.零件如图5-3所示，Z向程序原点位于上表面。

2.刀具选用直径6、18、22立铣刀。

3.安全面高度  20mm。

 

 

图5-3

4.加工程序为：

N010 G92X0Y0Z20

N020 M06T01                                    换直径18铣刀

N030 G0 G90 X71.129 Y1.286 M03 S800

N040 G43 H01 Z5.                              1号刀，长度补偿

N050 Z2.54

N060 G1 Z0.0 F250. M08

N070 G41 X69.895 Y3.46 H01                  1号刀，左偏刀具补偿

N080 G3 X64.5 Y6. I-5.395 J-4.46           切入

N090 G1 X62.

N100 X45.

N110 G2 X35. Y16. I0.0 J10.                R10圆弧

N120 G1 Y20.

N130 G3 X25. Y30. I-10. J0.0               R10圆弧

N140 G1 X11.

N150 X6. Y40.

N160 Y60.

N170 X11. Y70.

N180 X25.

N190 G3 X35. Y80. I0.0 J10.               R10圆弧

N200 G1 Y84.

N210 G2 X45. Y94. I10. J0.0               R10圆弧

N220 G1 X79.

N230 G2 X94. Y79. I0.0 J-15.              R15圆弧

N240 G1 Y21.

N250 G2 X79. Y6. I-15. J0.0               R10圆弧

N260 G1 X59.5

N270 G3 X54.105 Y3.46 I0.0 J-7.

N280 G40G1 X52.871 Y1.286

N290 G0 Z5. M05

N300 Z20

N310 M06T02                                    换直径22铣刀

N320 X77.286 Y52.371 M03

N330 G43H02Z5.                                2号刀，长度补偿

N340 Z2.54

N350 G1 Z0.0 F250.

N360 G41 X79.46 Y53.605 H02                2号刀，左偏刀具补偿

N370 G3 X82. Y59. I-4.46 J5.395 S600

N380 G1 Y61.5

N390 Y73.

N400 G3 X70. Y85. I-12. J0.0              R12圆弧

N410 G1 X54.

N420 G3 X42. Y73. I0.0 J-12.              R12圆弧

N430 G1 Y27.

N440 G3 X54. Y15. I12. J0.0               R12圆弧

N450 G1 X70.

N460 G3 X82. Y27. I0.0 J12.               R12圆弧

N470 G1 Y64.

N480 G3 X79.46 Y69.395 I-7. J0.0         退刀

N490 G40G1 X77.286 Y70.629

N500 G0 Z5.

N510 X78.557 Y47.989

N520 Z5.M05

N530 Z20

N540 M06T03                                换直径6铣刀

N550 G43 Z5 H03 M03 S1000               3号刀，长度补偿

N560 Z-2.46

N570 G1 Z-5. F250.

N580 G41 X79.222 Y50.399 H03           3号刀，左偏刀具补偿

N590 G3 X77.203 Y56.01 I-6.969 J.662

N600 G1 X75.435 Y57.778

N610 X67.657 Y65.556

N620 G3 X56.343 I-5.657 J-5.657        R8圆弧

N630 G1 X46.444 Y55.657

N640 G3 Y44.343 I5.657 J-5.657         R8圆弧

N650 G1 X56.343 Y34.444

N660 G3 X67.657 I5.657 J5.657          R8圆弧

N670 G1 X83.213 Y50.

N680 X73.667 Y59.546

N690 G3 X68.056 Y61.565 I-4.949 J-4.95

N700 G40G1 X65.646 Y60.9

N710 G0 Z5.

N720 G00Z20

N730 M05

N740 X0Y0

N750 M30

 

5.4综合练习题

   编写图5-4所示的盖板零件图外形轮廓的加工程序，并进行加工。铣削时以底面定位。

图5-4

5.5 复习思考题

1.试述所用数控铣床的基本结构及所用的数控系统种类、特点。

2.试述数控铣床程序的编辑方法，数控铣床的程序如何传输？

3.数控铣床的对刀方法主要有哪几种？其适用范围如何？

4.如何在数控铣床加工中设置刀具补偿？