數控車削技術訓練課件 項目一 數控車削編程基礎

數控車削技術訓練項目一數控車削編程基礎項目一數控車削編程基礎

【相關知識和技能】1.數控車床的分類；2.數控車床的組成；3.數控加工的定義、實質和流程4.數控車床的加工特點；5.數控車床的加工范圍；6.機床坐標系的定義、規(guī)定及作用；7.機床原點與機床參考點；項目一數控車削編程基礎

【相關知識和技能】8.工件坐標系的定義及作用；9.編程原點；10.數控編程的定義、分類及步驟；11.數控加工程序的格式與組成；12.數控機床的有關功能；13.常用指令的屬性；14.坐標功能指令規(guī)則任務一認識數控車床【任務目標】知識目標:1.了解數控車床的種類。2.熟悉數控車床的結構及主要部件功能。3.了解數控加工的定義、實質和流程。4.了解數控車床的加工特點。5.了解數控車床的加工范圍。任務一認識數控車床【任務目標】技能目標：1.能認識各種數控車床。2.能認識各種數控系統(tǒng)。3.能正確指出數控車床的組成部分。4.能清楚知道數控車削的加工過程。任務一認識數控車床【知識準備】一、數控車床的分類1．按車床主軸位置分類數控車床根據車床主軸的位置，可分為臥式數控車床和立式數控車床兩類。經濟型臥式數控車床立式數控車床任務一認識數控車床一、數控車床的分類2．按功能分類數控車床根據功能，可分為經濟型數控車床、全功能數控車床、車削中心等幾類。全功能數控車床車削中心任務一認識數控車床二、數控車床的組成數控車床主要由車床本體和數控系統(tǒng)兩大部分組成。車床本體由床身、主軸、滑板、刀架、冷卻裝置等組成；數控系統(tǒng)由程序的輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服驅動裝置三部分組成。CKA61100型數控車床外形圖1－床身2－主軸箱3－電氣控制箱4－刀架5－數控裝置6－尾座7－導軌8－絲杠9－防護板任務一認識數控車床二、數控車床的組成1．床身床身部分任務一認識數控車床二、數控車床的組成2．主軸箱主軸與編碼器任務一認識數控車床二、數控車床的組成3．電氣控制箱主軸與編碼器任務一認識數控車床二、數控車床的組成4．刀架四工位立式電動刀架轉塔式刀架任務一認識數控車床5．數控裝置數控裝置主要由數控系統(tǒng)、伺服驅動裝置和伺服電動機組成。其工作過程為：數控系統(tǒng)發(fā)出的信號經伺服驅動裝置放大后，指揮伺服電動機進行工作。二、數控車床的組成數控裝置任務一認識數控車床5．數控裝置目前，我國主要使用的數控系統(tǒng)主要包括由日本富士通公司研制開發(fā)的FANUC（發(fā)那科）數控系統(tǒng)、德國西門子公司開發(fā)研制的SIEMENS（西門子）數控系統(tǒng)和國產數控系統(tǒng)三類主流數控系統(tǒng)。二、數控車床的組成FANUC0i數控車床系統(tǒng)操作界面任務一認識數控車床二、數控車床的組成6．尾座尾座在長軸類零件加工時起支撐等作用。7．進給系統(tǒng)數控車床的縱向、橫向進給均由伺服電動機通過聯軸器與滾珠絲杠連接來實現。伺服電動機、彈性聯軸器和各種滾珠絲杠任務一認識數控車床三、數控加工1．數控加工的定義數控加工是指在數控機床上自動加工零件的一種工藝方法。2．數控加工的實質數控機床按照事先編制好的加工程序并通過數字控制過程，自動地對零件進行加工。任務一認識數控車床三、數控加工3．數控加工的流程（1）分析圖樣，確定加工方案（2）工件的定位與裝夾（3）刀具的選擇與安裝（4）編制數控加工程序（5）試運行、試切削并校驗數控加工程序（6）數控加工（7）工件的驗收與質量誤差分析任務一認識數控車床三、數控加工3．數控加工的流程數控加工流程圖任務一認識數控車床四、數控車床的加工特點1．適應能力強2．加工精度高3．生產效率高4．適合復雜零件的加工5．減輕勞動強度6．有利于實現制造和生產管理的現代化任務一認識數控車床五、數控車床的加工范圍適合數控車削加工的零件任務一認識數控車床【任務實施】一、參觀數控車床工作現場1.進行安全文明生產知識教育和紀律教育2.認識數控車床的型號、種類、特點二、認識數控車床1.認識數控車床各部分的機構和功能2.認識FANUC0iMate

TC數控系統(tǒng)。三、參觀學校的數控加工典型零件陳列室1.了解數控車床的加工范圍。2.了解數控車床的加工零件所能獲得的尺寸精度和表面粗糙度要求。任務一認識數控車床【任務評價】填寫任務學習自我評價表（表1-1-1）任務一認識數控車床【任務總結】本任務通過參觀數控車床工作現場、觀察數控車床、參觀本校的數控加工典型零件陳列室等活動，了解了數控車床的種類，熟悉數控車床的結構及主要部件功能，了解主流的數控系統(tǒng)，了解數控加工的工作流程以及數控車床加工特點及加工范圍。任務二了解坐標系【任務目標】知識目標:1．理解數控機床坐標系的概念、相關規(guī)定及作用。2．掌握數控車床的坐標系的X、Z軸的指向規(guī)定。3．理解機床原點與機床參考點的概念和區(qū)別。4．掌握工件坐標系的概念及作用。5．掌握編程原點位置的確定方法。技能目標：1．具有識別各種數控車床坐標系的能力。2．能合理確定工件坐標系的位置。任務二了解坐標系一、機床坐標系1．機床坐標系的定義為了確定機床的運動方向和移動距離，就要在機床上建立一個坐標系，這個坐標系稱為機床坐標系，又稱標準坐標系。任務二了解坐標系一、機床坐標系2．機床坐標系中的規(guī)定在確定機床坐標系的方向時，永遠假定刀具相對于靜止的工件運動。對于機床坐標系的方向，統(tǒng)一規(guī)定增大工件與工件間距離的方向為正方向。數控機床坐標系采用右手直角笛卡兒坐標系。右手笛卡兒坐標系任務二了解坐標系一、機床坐標系2．機床坐標系中的規(guī)定數控車床是以機床主軸軸線方向為Z軸方向，刀具遠離工件的方向為Z軸的正方向。X軸位于與工件裝夾平面相平行的水平面內，垂直于工件回轉軸線的方向，且刀具遠離主軸軸線的方向為X軸的正方向。數控車床的坐標系任務二了解坐標系一、機床坐標系3．機床坐標系的方向（1）Z坐標方向Z坐標的運動由主要傳遞切削動力的主軸所決定。對任何具有旋轉主軸的機床，其主軸及與主軸軸線平行的坐標軸都稱為Z坐標軸（簡稱Z軸）。根據坐標系正方向的確定原則，刀具遠離工件的方向為該軸的正方向。任務二了解坐標系一、機床坐標系3．機床坐標系的方向（2）X坐標方向X坐標一般為水平方向并垂直于Z軸。對于工件旋轉的機床（如車床），X坐標方向規(guī)定為在工件的徑向上平行于車床的橫導軌。同時也規(guī)定刀具遠離工件的方向為X軸的正方向。確定X軸方向時，要特別注意前置刀架式數控車床與后置刀架式數控車床的區(qū)別。前置刀架式后置刀架式任務二了解坐標系一、機床坐標系3．機床坐標系的方向（3）Y坐標方向Y坐標垂直于X、Z坐標軸。普通數控車床沒有Y軸方向的移動。（4）旋轉軸方向旋轉坐標A、B、C對應表示其軸線分別平行于X、Y、Z坐標軸的旋轉坐標。A、B、C坐標的正方向分別規(guī)定為沿X、Y、Z坐標正方向并按照右旋螺紋旋進的方向。任務二了解坐標系一、機床坐標系4．機床原點與機床參考點（1）機床原點機床原點（又稱為機床零點）是機床上設置的一個固定的點，即機床坐標系的原點。機床原點是數控機床進行加工或位移的基準點。機床原點位于卡盤中心機床原點位于刀架正向運動極限點任務二了解坐標系一、機床坐標系4．機床原點與機床參考點（2）機床參考點機床參考點是數控機床上一個位置特殊的點。通常，數控車床的第一參考點一般位于刀架正向移動的極限點位置，并由機械擋塊來確定其具體的位置。機床參考點與機床原點的距離由系統(tǒng)參數設定，其值可以是零，如果其值為零則表示機床參考點和機床零點重合。任務二了解坐標系一、機床坐標系4．機床原點與機床參考點（2）機床參考點機床原點與參考點O—機床原點

O1—機床參考點a—Z向距離參考值

b—X向距離參考值任務二了解坐標系二、工件坐標系1．工件坐標系的定義針對某一工件并根據零件圖樣建立的坐標系稱為工件坐標系（又稱編程坐標系）。任務二了解坐標系二、工件坐標系2．工件坐標系原點工件坐標系原點又稱編程原點，指工件裝夾完成后，選擇工件上的某一點作為編程或工件加工的基準點。工件坐標系原點在圖中以符號“”表示。數控車床工件坐標系原點選取如圖所示。X向一般選在工件的回轉中心，而Z向一般選在完成工件的右端面（O點）或左端面（O’點）。任務二了解坐標系【任務實施】一、通過小組互動提問，教師抽查等形式，闡述坐標系的確定原則。二、分小組繪圖展示數控機床的坐標系，并標注坐標，簡要說明標注依據。三、機床開機后，觀察顯示屏位置界面上的機械坐標，機床坐標及工件坐標。四、觀察車床上實際坐標軸的標識，由教師操作移動車床刀架，觀察位置界面上的坐標變化。任務二了解坐標系【任務評價】填寫任務學習自我評價表（表1-2-1）任務二了解坐標系【任務總結】本任務是了解數控機床的坐標系統(tǒng)，通過觀察數控裝置的顯示界面來理解機床坐標系、工件坐標系的概念，了解機床原點和編程原點的概念，了解機床原點和機床參考點的區(qū)別，并學會沿坐標軸方向手動移動刀架運動。任務三掌握數控車削編程基礎【任務目標】知識目標:1．理解數控編程的概念與編程方法。2．掌握數控加工程序的格式與組成。3．掌握數控機床的有關功能及指令代碼。4．掌握常見指令的屬性。5．掌握坐標功能的指令規(guī)則。技能目標：1．能看懂簡單的車削加工程序格式與組成。2．能對數控車削加工程序的輔助動作及切削運動動作的控制順序布局有初步認識。任務三掌握數控車削編程基礎一、數控編程1．數控編程的定義為了使數控機床能根據零件加工的要求進行動作，必須將這些要求以機床數控系統(tǒng)能識別的指令形式告知數控系統(tǒng)，這種數控系統(tǒng)可以識別的指令稱為程序，制作程序的過程稱為數控編程。數控編程的過程不僅僅指編寫數控加工指令的過程，它包括從零件分析到編寫加工指令，再到制成控制介質以及程序校核的全過程。任務三掌握數控車削編程基礎一、數控編程2．數控編程的分類數控編程可分為手工編程和自動編程兩種。（1）手工編程手工編程是指所有編制加工程序的全過程，即圖樣分析、工藝處理、數值計算、編寫程序單、制作控制介質、程序校驗都是由手工來完成。（2）自動編程自動編程是指通過計算機自動編制數控加工程序的過程。當前常用的數控車床自動編程軟件有Mastercam數控車床編程軟件、CAXA數控車床編程軟件等。任務三掌握數控車削編程基礎一、數控編程3．手工編程的步驟（1）分析零件圖樣（2）確定加工工藝（3）數值計算（4）編寫程序單（5）制作控制介質（6）程序校驗任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成每一種數控系統(tǒng)，根據系統(tǒng)本身的特點與編程的需要，都有一定的程序格式。對于不同的數控系統(tǒng)，其程序格式也不盡相同。因此，編程人員在按數控程序的常規(guī)格式進行編程的同時，還必須嚴格按照系統(tǒng)說明書的格式進行編程。本書是以Fanuc0i系統(tǒng)為例，來進行說明。FANUC0i數控車床系統(tǒng)操作界面任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成1．程序的組成一個完整的程序由程序號、程序內容和程序結束三部分組成，如下所示：O0001；程序號N10G99G40G21；N20T0101；N30G00X100.0Z100.0；程序內容N40M03S800；……N200G00X100.0Z100.0；N210M30；程序結束任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成1．程序的組成（1）程序號程序號是加工程序開始部分的識別標記（又稱為程序名），同一數控系統(tǒng)中的程序號（名）不能重復。FANUC系統(tǒng)程序號的書寫格式為O××××，其中O為地址符，其后為四位數字，數值從O0001到O9999。（2）程序內容程序內容是整個加工程序的核心，它由許多程序段組成，它表示數控機床中除程序結束外的全部動作。（3）程序結束結束部分由程序結束指令構成，作為程序結束標記的M指令有M02和M30。任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（1）程序段基本格式程序段是程序的基本組成部分，每個程序段由若干個數據字構成，而數據字又由表示地址的英文字母、特殊文字和數字構成。程序段格式是指一個程序段中字、字符、數據的排列、書寫方式和順序。例：N50G01X30.0Z30.0F100S800T01M03；任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（2）程序段的組成①程序段號程序段號由地址符“N”開頭，其后為若干位數字。程序段號也可以由數控系統(tǒng)自動生成，程序段號的遞增量可以通過“機床參數”進行設置，一般可設定增量值為10。任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（2）程序段的組成②程序段內容程序段的中間部分是程序段的內容，程序內容應具備六個基本要素，即準備功能字、尺寸功能字、進給功能字、主軸功能字、刀具功能字、輔助功能字等，但并不是所有程序段都必須包含所有功能字，有時一個程序段內僅包含其中一個或幾個功能字也是允許的。任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（2）程序段的組成②程序段內容例：如圖所示，為了將刀具從P1點移到P2點，必須在程序段中明確以下幾點：a.移動的目標是那里？b.沿什么樣的軌跡移動？c.移動速度有多快？d.刀具的切削速度是多少？e.選擇哪一把刀移動？f.機床還需要哪些輔助動作？任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（2）程序段的組成③程序段結束程序段以結束標記“CR（或LF）”結束，實際使用時，常用符號“；”或“＊”表示“CR（或LF）”。

Fanuc-0i系統(tǒng)的程序段以結束標記“LF”結束，實際使用時，常用符號“；”。任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（3）程序的斜杠跳躍有時，在程序段的前面有“/”符號，該符號稱為斜杠跳躍符號，該程序段稱為可跳躍程序段。如下列程序段：例：/N10G00X100.0；這樣的程序段，可以由操作者對程序段和執(zhí)行情況進行控制。當操作機床使系統(tǒng)的“跳過程序段”信號生效時，程序執(zhí)行時將跳過這些程序段；當“跳過程序段”信號無效時，程序段照常執(zhí)行，此時該程序段和不加“/”符號的程序段相同。任務三掌握數控車削編程基礎二、數控加工程序的格式與組成2．程序段的組成（4）程序段注釋為了方便檢查、閱讀數控程序，在許多數控系統(tǒng)中允許對程序進行注釋，注釋可以作為對操作者的提示顯示在屏幕上，但注釋對機床動作沒有絲毫影響。程序的注釋應放在程序段的最后，不允許將注釋插在地址和數字之間，FANUC系統(tǒng)的程序注釋用“（）”括起來。例：O0001；（程序號）

G98G40G21；（程序初始化）

T0101；（換1號刀，取1號刀具補償）

……任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能1．準備功能準備功能也稱G功能或G指令，是用于數控機床做好某些準備動作的指令。它由地址G和后面的兩位數字組成，從G00到G99共100種，如G01、G41等。目前，隨著數控系統(tǒng)的不斷升級，有的新數控系統(tǒng)已采用三位數的功能指令。雖然從G00到G99共有100種G指令，但并不是每種指令都有實際意義，實際上有些指令并沒有指定其功能，這些指令主要用于將來修改標準時指定新功能。還有一些指令，即使在修改標準時也永不指定其功能，這些指令可由機床設計者根據需要定義其功能，但必須在機床的出廠說明書中予以說明。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能1．準備功能表1-3-1

FANUC系統(tǒng)常用準備功能指令任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能2．輔助功能輔助功能也稱M功能或M指令。它由地址M和后面的兩位數字組成，從M00到M99共100種。輔助功能主要控制機床或系統(tǒng)的開、關等輔助動作，如開、停冷卻泵，主軸正反轉，程序的結束等。同樣，由于數控系統(tǒng)以及機床生產廠家的不同，M指令的功能也不相同，甚至有些M指令與ISO標準指令的含義也不相同。因此，一方面迫切需要對數控指令進行標準化；另一方面，在進行數控編程時，一定要按照機床說明書的規(guī)定進行。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能2．輔助功能表1-3-2常用輔助功能指令表任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（1）坐標功能坐標功能字（又稱尺寸功能字）用來設定機床各坐標的位移量。它一般以X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R（用于指定直線坐標）和A、B、C、D、E（用于指定角度坐標）及I、J、K（用于指定圓心坐標）等地址為首，在地址符后緊跟“+”或“－”號及一串數字。如X100.32、A30.0、I－10.0等。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（2）刀具功能刀具功能是指系統(tǒng)進行選刀或換刀的功能指令，也稱為T功能。刀具功能用地址T及后綴的數字來表示。FANUC系統(tǒng)刀具功能指定方法是T4位數法。T4位數法可以同時指定刀具和選擇刀具補償，其4位數的前兩位數用于指定刀具號，后兩位數用于指定刀具補償存儲器號，刀具號與刀具存儲器號允許不相同，但為方便編程與操作，一般將刀具號與刀具存儲器號設置成相同數字。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（2）刀具功能T4位數法可以同時指定刀具和選擇刀具補償，其4位數的前兩位數用于指定刀具號，后兩位數用于指定刀具補償存儲器號。例：T0101；表示選用1號刀具及選用1號刀具補償存儲器號中的補償值。例：T0102；表示選用1號刀具及選用2號刀具補償存儲器號中的補償值。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（3）進給功能用來指定刀具相對于工件運動的速度功能稱為進給功能，由地址F和其后綴的數字組成。根據加工的需要，進給功能分每分鐘進給和每轉進給兩種。①每分鐘進給直線運動的單位為毫米/分鐘（mm/min）。每分鐘進給通過準備功能字G98來指定，其值為大于零的常數。例：G98G01X20.0F100；表示進給速度為100mm/min。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（3）進給功能②每轉進給直線運動的單位為毫米/轉（mm/r）。每轉進給通過準備功能字G99來指定，其值為大于零的常數。例：G99G01X20.0F0.2；表示進給速度為0.2mm/r。在實際操作過程中，可通過機床操作面板上的進給倍率開關來對進給速度值進行修正。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（4）主軸功能用來控制主軸轉速的功能稱為主軸功能，又稱為S功能，由地址S和其后綴數字組成。根據加工的需要，主軸的轉速分為線速度V和轉速S兩種。①轉速S轉速S的單位是轉/分鐘（r/min），用準備功能G97來指定，其值為大于零的常數。例:

G97S1000；表示主軸轉速為1000r/min。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（4）主軸功能②恒線速度V有時，在加工過程中為了保證工件表面的加工質量，轉速常用恒線速度來指定，恒線速度的單位為米/分鐘（m/min），用準備功能G96來指定。例：G96S100；表示主軸轉速為100m/min。注意采用恒線速度進行編程時，為防止轉速過高引起事故，有很多系統(tǒng)都設有最高轉速限定指令，同時系統(tǒng)參數也可直接設置最高轉速。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（4）主軸功能③線速度V與轉速S之間的換算線速度V與轉速S之間可以相互換算，換算關系如圖所示。V=πDn/1000n=1000V/πD式中V——切削線速度，m/min；

D——工件直徑，mm；

n——主軸轉速，r/min在實際操作過程中，可通過機床操作面板上的主軸倍率開關來對主軸轉速值進行修正，一般其調速范圍為50%～120%。任務三掌握數控車削編程基礎三、數控系統(tǒng)的有關功能3．其他功能（4）主軸功能④主軸的啟停在程序中，主軸的正轉、反轉、停轉由輔助功能進行控制。M03表示主軸正轉M04表示主軸反轉M05表示主軸停轉。例：G97M03S300；表示主軸正轉，轉速為300r/min。

M05；表示主軸停轉。任務三掌握數控車削編程基礎四、常用功能指令的屬性

1．指令分組所謂指令分組，就是將系統(tǒng)中不能同時執(zhí)行的指令分為一組，并以編程號區(qū)別。例如G00、G01、G02、G03屬于同組指令，其編號為01組。同組指令具有相互取代作用。因此，在編程過程中要避免將同組指令編入同一程序段內，以免引起混淆。對于不同組的指令，在同一程序段內可以進行不同的組合。例：G98G40G21；該程序段是規(guī)范的程序段，所有指令均為不同組指令。例：G01G02X30.0Z30.0R30.0F100；該程序段是不規(guī)范的程序段，其中G01與G02是同組指令。任務三掌握數控車削編程基礎四、常用功能指令的屬性2．模態(tài)指令模態(tài)指令（又稱為續(xù)效指令）表示該指令一經在一個程序段中指定，在接下來的程序段中一直持續(xù)有效，直到出現同組的另一個指令時，該指令才失效。模態(tài)指令的出現，避免了在程序中出現大量的重復指令，使程序變得簡潔明了。同樣地，尺寸功能字如出現前后程序段的重復，則該尺寸功能字也可以省略。任務三掌握數控車削編程基礎四、常用功能指令的屬性2．模態(tài)指令如下例中有下劃線的指令可以省略。例G01

X20.0

Z20.0

F150；

G01

X30.0

Z20.0

F150；

G02

X30.0

Z-20.0

R20.0

F100；上例中有下劃線的指令可以省略。因此，以上程序可寫成如下形式：

G01

X20.0

Z20.0

F150；

X30.0；

G02

Z-20.0

R20.0

F100；任務三掌握數控車削編程基礎四、常用功能指令的屬性3．開機默認指令為了避免編程人員出現指令遺漏，數控系統(tǒng)中對每一組的指令，都選取其中的一個作為開機默認指令，該指令在開機或系統(tǒng)復位時可以自動生效，因而在程序中允許不再編寫。常見的開機默認指令有G01、G18、G40、G54、G99、G97等。如當程序中沒有G96或G97指令時，用指令“M03S200；”指令的主軸正轉轉速是200r/min。任務三掌握數控車削編程基礎五、坐標功能指令規(guī)則1．絕對坐標與增量坐標在FANUC車床系統(tǒng)中，不采用指令G90/G91來指定絕對坐標與增量坐標，而直接以地址符X、Z組成的坐標功能字表示絕對坐標，而用地址符U、W組成的坐標功能字表示增量坐標。如圖所示的AB與CD軌跡中，B點與D點的坐標如下：B點絕對坐標X20.0

Z10.0；B點增量坐標U-20.0

W-20.0；D點絕對坐標X40.0

Z0；D點增量