《機床數(shù)控技術(shù)》-許德章 習(xí)題及答案 第三章答案

第三章數(shù)控加工程序編制3-1什么是數(shù)控編程？數(shù)控編程分為哪幾類？手工編程的步驟是什么？答：數(shù)控編程的定義：從零件圖的分析到制成數(shù)控加工程序單的全部過程稱為數(shù)控程序編制。類別：通常有手工編程和自動編程兩類。手工編程步驟：手工編程的步驟包括分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編制數(shù)控程序、輸入數(shù)控系統(tǒng)、程序檢驗、首件試切削。3-2數(shù)控機床的坐標(biāo)軸與運動方向是怎樣規(guī)定的？畫出臥式車床和立式銑床的機床坐標(biāo)系。答：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機床的坐標(biāo)系采用右手定則的笛卡兒坐標(biāo)系，XYZ為移動坐標(biāo)軸，相互垂直，大拇指指向為X軸的正方向，食指指向為Y軸的正方向，中指指向為Z軸的正方向；確定坐標(biāo)軸時，一般先確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸；規(guī)定平等于機床主軸軸線的刀具運動作為Z軸，X軸為水平方向且垂直于Z軸，并平行于工件的裝夾平面。Y軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，當(dāng)X、Z軸確定后可根據(jù)右手直角笛卡兒坐標(biāo)系來確定。兩種機床坐標(biāo)系畫法如下：(1)臥式車床的機床坐標(biāo)系：因為其不需要做垂直方向運動，所以不需要規(guī)定Y軸。(2)立式銑床的機床坐標(biāo)系：屬于刀具旋轉(zhuǎn)的機床，若Z軸是垂直的，則面對刀具（主軸）向立柱方向看，X軸的正方向指向右邊。3-3機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的含義是什么？請闡述它們之間的關(guān)系。答：含義：機床坐標(biāo)系是數(shù)控機床安裝調(diào)試時便設(shè)定好的固定坐標(biāo)系，并設(shè)有固定的坐標(biāo)原點，是數(shù)控機床進行加工運動的基準(zhǔn)點。工件坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系，其各軸應(yīng)與所使用的數(shù)控機床相應(yīng)的坐標(biāo)軸平行，正方向一致。兩者關(guān)系：工件安裝到機床上后，可通過對刀來測量工件原點與機床原點之間的距離，得到工件原點偏置值，并輸入數(shù)控系統(tǒng)，加工時偏置值會自動加到工件坐標(biāo)系上。3-4什么是程序段？數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)常用的程序段格式是什么？答：程序段含義：由程序段號和若干個指令字組成，以“；”結(jié)束；每個指令字又由字母、符號（或缺）和數(shù)字組成，是整個程序的核心。程序段格式：常用的格式是字-地址可變，每個指令字前有地址（G、X、F、M...），各字的排列順序沒有嚴(yán)格要求，指令字的位數(shù)可多可少（但不得大于規(guī)定的最大允許位數(shù)），不需要的字以及與上一程序段相同的續(xù)效字可以不寫。3-5準(zhǔn)備功能G指令的模態(tài)和非模態(tài)有什么區(qū)別？答：模態(tài)指令又稱續(xù)效指令，在某一段程序應(yīng)用后可以一起保持有效狀態(tài)，直到撤銷這些指令；非模態(tài)指令是單段有效指令，僅在編入的程序段中有效。3-6試舉例說明絕對值編程和增量值編程的區(qū)別。答：例如刀具需從A點移動到B點，A點坐標(biāo)為X10，Y25，B點坐標(biāo)為X20，Y30。絕對坐標(biāo)表示：X20，Y30增量坐標(biāo)表示：X10，Y53-7簡述數(shù)控車床的刀具補償原理，說明其補償值的設(shè)定及實現(xiàn)方法。答：原理：刀具補償可分為刀具位置補償和刀尖圓弧半徑補償。(1)刀具位置補償：是刀具幾何位置偏移及磨損補償，又稱刀具長度補償，用來補償不同刀具之間的刀尖位置偏移。由于刀具幾何尺寸差異及安裝誤差，以某一刀具設(shè)定的工件系無法適用于所有刀具，所以要對每把刀具的軸向和徑向偏移量進行修正，將刀具磨損或重新安裝時可將刀尖位置移至對刀點。(2)刀尖圓弧半徑補償：車刀刀尖也并非尖點，而是半徑較小的圓弧，這時使用刀尖圓弧半徑補償功能，手工輸入刀尖圓弧半徑及刀尖方位號，無需修改已經(jīng)編寫好的程序。補償值的設(shè)定：對于刀具位置補償有X向和Z向，刀尖圓弧半徑補償有刀尖圓弧半徑補償量R和刀尖方位號T。實現(xiàn)方法：由程序中指定的T代碼和刀尖圓弧半徑補償代碼共同實現(xiàn)的。T代碼由字母T和其后的4位數(shù)字組成，前兩位數(shù)字為刀具號，后兩位數(shù)字為刀具補償號，都有X、Z、R、T參數(shù)。3-8簡述數(shù)控銑床的刀具補償?shù)哪康募霸?，圖示說明刀具半徑補償?shù)倪^程。答：數(shù)控銑床的刀具補償分為刀具長度補償和刀具半徑補償。刀具長度補償：(1)目的：使刀具在Z向上的實際位移量比程序給定值增加或減少一個偏置量。(2)原理：當(dāng)?shù)毒咴陂L度方向的尺寸發(fā)生變化時，如刀具磨損或更換刀具等原因引起的刀具長度尺寸變化時，在不調(diào)整程序的情況下，通過改變偏置量，加工出所要求的零件尺寸。刀具半徑補償：(1)目的：加工平面內(nèi)零件輪廓時，利用刀具半徑補償可確保合適的零件輪廓。(2)原理：加工路線與零件輪廓曲線有一個刀具半徑值大小的偏移量，編程時加入刀具半徑的補償指令，可根據(jù)工件輪廓和刀具半徑自動計算出刀具中心軌跡。如下圖所示，刀具半徑補償?shù)倪^程如下：(1)讀入OA，判斷是刀補建立。(2)讀入AB，根據(jù)矢量夾角小于90°過渡方式為插入型。則計算a，b，c的坐標(biāo)值，輸出線段Oa、ab、bc，作為刀心軌跡，進行插補。(3)讀入BC，根據(jù)矢量夾角小于90°過渡方式為插入型。則計算d、e的坐標(biāo)值，輸出線段cd、de，作為刀心軌跡，進行插補。(4)讀入CD，根據(jù)矢量夾角大于180°過渡方式為縮短型。則計算f的坐標(biāo)值，輸出線段ef，作為刀心軌跡，進行插補。(5)讀入DE，判斷是刀補撤消，根據(jù)矢量夾角大于90°而小于180°，過渡方式為伸長型。則計算g、h的坐標(biāo)值，輸出線段fg、gh、hE，作為刀心軌跡，進行插補。(6)刀具半徑補償處理結(jié)束。3-9圖示說明G90、G94與G92循環(huán)指令走刀路徑。答：在數(shù)控加工中，G90、G94和G92是常用的循環(huán)指令，它們可以指定刀具軌跡的走向和加工方式。下面是對這些指令的圖示說明：G90指令：功能：G90指令是絕對編程指令，指定了以絕對坐標(biāo)方式進行加工。走刀路徑：根據(jù)絕對坐標(biāo)進行加工，刀具從一個絕對位置移動到下一個絕對位置。示意圖：以外（內(nèi)）徑直線軸向循環(huán)為例。刀具路徑描述：(1)循環(huán)前應(yīng)先將刀具快速定位至起始點。(2)執(zhí)行G90指令后，刀具先在X軸向快速移動至欲進刀的X(U)坐標(biāo)位置。(3)接著刀具以所指定的F（進給速度）的進刀速率，朝所指定的X(U)、Z(W)坐標(biāo)位置進刀。(4)進刀結(jié)束，刀具自動快速退回起始點。(5)到起始點后，刀具繼續(xù)以每次所改變的X(U)值一次次重復(fù)路徑。(6)車削到所指定的尺寸，刀具最后停在起點，等待下一次的循環(huán)。G94指令：功能：G94指令是單位時間進給率（每分鐘進給）編程指令。走刀路徑：按照給定的進給速率進行加工，刀具在單位時間內(nèi)移動的距離一樣，進給速率不受刀具的曲線變化影響。示意圖：以徑向直線軸向循環(huán)。刀具路徑描述：(1)循環(huán)前將刀具快速定位至起始點。(2)執(zhí)行G94后，刀具在Z軸向快速移動至欲進刀的Z/W坐標(biāo)。(3)以指定的F（進給速度），朝所指定的X/U、Z/W坐標(biāo)進刀。(4)進刀結(jié)束，自動快速退回起始點。(5)到起始點后，刀具繼續(xù)以每次改變的Z/W值一次次重復(fù)路徑。(6)車削到所指定尺寸，刀具停在起點，等待下一次的循環(huán)。G92指令：功能：G92指令是設(shè)置工件原點或坐標(biāo)系原點的指令。走刀路徑：在設(shè)定的位置上重新設(shè)置工件坐標(biāo)系原點，然后以該原點為參考點進行加工。示意圖：以直線平行螺紋車削循環(huán)。刀具路徑描述：(1)循環(huán)前將刀具快速定位至起始點。(2)執(zhí)行G92后，刀具先在X軸向快速移動至欲進刀的X/U坐標(biāo)。(3)刀具以所指定的F（進給速度）朝指定的X/U、Z/W坐標(biāo)位置進刀。(4)進刀結(jié)束，刀具自動快速退回起始點。(5)到起始點后，刀具繼續(xù)以每次改變的X/U值（其改變差值為每次進刀量）一次次重復(fù)車削路徑。(6)車削到所指定的尺寸，刀具最后停在起點，等待下一次的循環(huán)。3-10孔加工固定循環(huán)的基本組成動作有哪些？并用圖示說明。答：孔加工固定循環(huán)是由多個簡單動作組合而成的，一個固定循環(huán)一般由以下六個動作順序組成，如下圖所示。動作1：XY平面內(nèi)快速定位到初始點B。動作2：快速移動到加工表面上方參考點R。動作3：孔加工。動作4：孔底動作，包括暫停、主軸準(zhǔn)停、刀具偏移等。動作5：退回到參考點R。動作6：快速返回初始點B。其中，第5、6個動作只能選擇1個。3-11指出G92、G50與G54～G59指令的區(qū)別。答：G50或G92指令用來設(shè)定工件坐標(biāo)系。車床使用G50指令，而銑床使用G92指令。G50/G92是非模態(tài)指令，但由該指令建立的工件坐標(biāo)系卻是模態(tài)的，在機床重開機時消失。G54～G59指令用來選取工件坐標(biāo)系。共六個指令，可設(shè)定六個不同的工件坐標(biāo)系，適用于多種不同零件間隔重復(fù)批量生產(chǎn)而程序不變，或一個工作臺上同時加工幾個工件的工件坐標(biāo)系設(shè)定。G54～G59是模態(tài)指令，在機床重開機時仍然存在。3-12何謂圖形交互式自動編程？簡述其主要過程。答：圖形交互式自動編程是編程人員根據(jù)屏幕菜單提示的內(nèi)容，以人機對話的方式進行加工工藝的確定、加工模型的建立、刀具軌跡的生成、后置處理，直至輸出數(shù)控程序的方法。主要過程：(1)幾何造型。利用CAD系統(tǒng)的圖形編輯功能進行圖形構(gòu)建、編輯修改、曲線、曲面和實體造型等，準(zhǔn)確繪制零件被加工部位的幾何圖形。(2)刀具軌跡生成。調(diào)用刀具軌跡生成功能，從圖形中提取編程所需的信息，進行分析判斷，計算節(jié)點數(shù)據(jù)值并轉(zhuǎn)換為刀具位置數(shù)據(jù)，在屏幕上顯示出零件圖形和刀具運動軌跡。(3)軌跡仿真校驗。正式加工前必須認真檢查和校核數(shù)控加工程序，防止數(shù)據(jù)輸入錯誤，工作發(fā)生碰撞造成危險事故。(4)后置處理。將檢驗正確的刀具軌跡轉(zhuǎn)換成可以控制機床移動和動作的數(shù)控加工程序，即NC代碼。3-13自動編程為何要進行后置處理？不同的數(shù)控系統(tǒng)，后置處理為何不同？答：后置處理是將檢驗正確的刀具軌跡轉(zhuǎn)換成可以控制機床移動和動作的數(shù)控加工程序。各種機床配置的數(shù)控系統(tǒng)不同，其加工程序指令代碼及程序格式也不相同，所以數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置一個后置處理文件來處理刀具軌跡，生成與特定機床相匹配的數(shù)控加工程序。3-14簡述數(shù)控車床試切方式對刀的過程。答：(1)對刀前先手動執(zhí)行機床回參考點的操作。(2)試切外圓。手動（手輪或JOG方式）操縱機床加工外圓試切一刀，保持刀具X方向位置不變，沿Z軸正向退刀，待主軸停轉(zhuǎn)后測量工件的直徑D，或記下X方向的機械坐標(biāo)值。(3)在操作面板上，按“OFFSET”鍵，再按“形狀”軟鍵將光標(biāo)移至與刀號相應(yīng)的刀補號位置，按“INPUT”鍵輸入測量直徑即可。(4)試切端面。用同樣的方法將工件的右端面試切一刀，保持刀具Z坐標(biāo)位置不變，沒X軸正向退刀，記錄此時端面的機械坐標(biāo)值，然后將此輸入數(shù)控系統(tǒng)中特定位置。(5)在操作面板上，按“OFFSET”鍵，再按“形狀”軟鍵將光標(biāo)移至與刀號相應(yīng)的刀補號位置，按“INPUT”鍵輸入即可。3-15簡述數(shù)控銑床G54~G59設(shè)置工件零點方式對刀的過程。答：對刀步驟如下：(1)在“回零”方式下使刀具返回機床參考點。(2)在主軸上安裝偏心式尋邊器，在MDI方式下輸入M03S600，執(zhí)行該指令使主軸中速正轉(zhuǎn)。(3)用尋邊器先輕微接觸工件左側(cè)面，打開POS界面，將當(dāng)前的相對坐標(biāo)值x1清零，再接觸工件右側(cè)面，記錄相對坐標(biāo)x2，然后將尋邊器移動到相對坐標(biāo)x2/2處;同理，將刀具的Y方向相對坐標(biāo)移動到y(tǒng)2/2處。打開工件坐標(biāo)系設(shè)定界面，將光標(biāo)移動到G54中的X坐標(biāo)位置，在屏幕左下方輸入X0，按“測量”鍵，完成刀具基準(zhǔn)點在機床坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)的測量。同樣的方法測量出刀具基準(zhǔn)點在機床坐標(biāo)系中Y坐標(biāo)。(4)停止主軸，將尋邊器卸下，換上直徑為10mm，長度為100mm的標(biāo)準(zhǔn)芯軸，并在芯軸與工件上表面之間加入厚度為1mm的塞尺，采用手輪方式移動芯軸輕微接觸塞尺上表面，打開工件坐標(biāo)系設(shè)定界面，將光標(biāo)移動到G54中Z坐標(biāo)位置，在屏幕左下方輸入Z1，按下“測量”鍵，完成刀具基準(zhǔn)點在機床坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)的測量。數(shù)控系統(tǒng)會自動計算出工件原點的機械坐標(biāo)值。(5)打開刀具補正界面，在第一組補正量的（形狀）H處輸入刀具與芯軸的長度差，在D處輸入刀具的直徑。3-16編制如圖3-67所示軸類零件的數(shù)控加工程序。圖3-67車削加工零件圖解：(1)工藝分析，根據(jù)先粗后精和先主后次的原則確定工藝方案和走刀路線：車右端面→粗車外廓→精車外廓→車M30螺紋。其中精車外廓詳細走刀路線為：倒角→車螺紋外徑圓柱面→車Ф26圓柱面→車圓錐面→車Ф36圓柱面→車R15圓弧面→車R25圓弧面→車R15圓弧面車→Ф34圓柱面→車圓錐面→車Ф56圓柱面。(2)編制數(shù)控車削加工程序。見下表程序說明O0040程序號N0010G90G97G21G40；設(shè)定初始化指令N0020G00X50.0Z50.0T0101;快速定位到起刀點N0030G00X50.0Z10.0S800M04;選01號刀具和01號刀具補償值，預(yù)啟動。N0040G50S1800;限制主軸最高轉(zhuǎn)速。N0050G96S100;設(shè)定粗車主軸恒線速度加工100m/minN0060G98F120;設(shè)定進給速度120mm/minN0070G41G00X45.0Z2.0M08; 刀尖圓弧半徑左補償N0080G94X-0.5Z-1.0F120; 車工件左端面循環(huán)，F(xiàn)120可以省略。N0090G40G00X50.0Z2.0;取消刀補N0100G42G99G00X45.0Z0.0;刀具半徑右補償，快進至粗車循環(huán)起始點N0110G71U2.0R0.5;G71外徑粗車復(fù)合循環(huán)N0120G71P0130Q0250U0.5W0.25F0.15;N0130G01X26.0F0.15;開始定義精車軌跡，Z軸不移動N0140G97G01X30.0Z-2.0F0.08S1000;倒角2×45°N0150W-18.0;車螺紋外徑Φ30mm圓N0160X26.0Z-20.0;倒角2×45°N0170W-5.0;N0180U10.0W-10.0;N0190W-10.0;N0200G02U-6.0W-9.0R15;N0210G02U20.01W-30.0R25;N0220G02U-16.0W-24.0R15;N0230G01W-5.0;N0240G01X56.01Z-52.0;N0250G01U3.0;徑向退刀，完成精車程序段N0260G00G40X50.0Z50.0T0100M05M09;快速返回換刀點，取消刀補N0270X60.0T0202M04;選用02號刀具和02號刀具補償值N0280G42G00Z0.0M08;快進至循環(huán)起點，刀具半徑右補償N0290G70P130Q0220;精車循環(huán)N0300G00G40X100.0Z100.0T0200M05M09;快速返回換刀點，取消刀補N0310G96S60;設(shè)定切槽恒線速度60m/minN0320G99G00X25.0T0303M04;選用03號刀具和03號刀具補償值N0330G42G00Z2.0M08;快進至螺紋循環(huán)起點，刀具半徑右補償N0340G92X29.2Z-20.0F1.5;螺紋切削第一次循環(huán)，切深0.4mmN0350X28.6螺紋切削第二次循環(huán)，切深0.3mmN0360X28.376螺紋切削第三次循環(huán)，切深0.112mmN0370G00G40X50.0Z50.0T0300M05M09;快速返回換刀點，取消刀補N0380M30;程序結(jié)束3-17用直徑為Φ20mm的立銑刀，精銑如圖3-68所示零件輪廓，要求每次最大切削深度不超過20mm，其中中間兩孔為已加工的工藝孔。試編制數(shù)控加工程序。圖3-68銑削加工零件圖圖3-70數(shù)學(xué)處理用圖解：(1)加工工藝分析。建立工件坐標(biāo)系如圖3-70所示，精銑所示零件輪廓。走刀路線為：起刀點—下刀點—沿adcdefa精銑輪廓—抬刀—返回起刀點。(2)編制數(shù)控銑削加工程序。如下表程序說明O0060程序號（自動運行前，手工安裝好Φ20mm立銑刀）N0010G90G94G97G21G40G49；設(shè)定初始化指令N0020G54G00X300.0Y200.0Z60.0;設(shè)定工件坐標(biāo)系N0030G43G00Z-20.0H01S550M03;絕對尺寸方式編程，刀具長度偏置，下刀。N0040G42X110.0Y125.0D01M08;刀具半徑右補償，快進至接近工件。N0050G01X50.0F40;切線方向從a點切入，切削進給至b點。N0060G02X-50.0Y125.0R50.0;順圓切削進給至c點N0070G01X-100.0Y125.0; 切削進給至d點N0080G91Y-150.0; 改為增量尺寸編程方式，切削進給至e點。N0090G03X200.0Y0.0R100.0;逆圓切削進給至f點N0120Y150.0;切削進給至a點，并沿切線方向切出N0130G90G49G00Z40.0M09;改為絕對尺寸編程方式，抬刀，取消刀具長度偏置。N0140G40X115.0Y60.0M05;返回起刀點，取消刀具半徑補償。N0150M30;程序結(jié)束。3-18用立式加工中心加工如圖3-69所示端蓋上各孔，采用底面和兩側(cè)面定位、壓板壓緊。試編制數(shù)控加工程序。解：(1)加工工藝分析?？刹捎玫酌婧蛢蓚?cè)面進行定位，采用壓板在四角從上往下壓緊。由于零件簡單，以工件正中心為坐標(biāo)系原點建立坐標(biāo)系，內(nèi)圓X軸正方向為A孔，逆時針為B,C,D孔，外圓第一象限為E孔，逆時針為F,G,H孔，依次加工。(2)編制數(shù)控加工程序。采用主程序和子程序結(jié)構(gòu)，主程序主要完成換刀及子程序的調(diào)用，子程序完成具體工藝內(nèi)容。加工程序見下表。主程序說明O0080程序號N0010G94G97G21G40G49G80;設(shè)定初始化指令。N0020G54G91G28Z0.0T01;選擇工件坐標(biāo)系，Z軸返回參考點，選中心鉆T01。N0030G91G28X0.0Y0.0;X、Y軸返回參考點，以避免撞刀。N0040M06;換中心鉆T01。N0050G90G29X0.0Y0.0Z40.0S2000M03M08T02;從參考點返回，啟動主軸，開冷卻液，選麻花鉆T02。N0060M98P0081;調(diào)鉆中心孔子程序0081。N0070G49;取消刀具長度偏置N0