企业培训_数控机床实例教材

2020 2 22 数控机床实例 铣床部分 2020 2 22 2020 2 22 3 2 1数控机床的分类 1 数控铣床按主轴布置形式可分为三类 立式 卧式 龙门数控铣床 1 立式数控铣床 2020 2 22 2 卧式数控铣床卧式数控铣床的主轴轴线与工作台面平行 主要用来加工箱体类零件 卧式数控铣床相比 立式数控铣床 结构复杂 在加工时不便观察 但排屑顺畅 3 龙门式数控铣床工作台宽度在630mm以上的数控铣床 多采用龙门式布局 用于大工件 大平面的加工 主要在汽车 航空航天 机床等行业使用 2020 2 22 分为点位控制数控铣床 直线控制数控铣床和轮廓控制数控铣床 2 按运动方式分 轮廓控制铣床加工 直线控制铣床加工 点位控制铣床加工 2020 2 22 分为开环控制 闭环控制和半闭环控制数控铣床 1 开环控制数控铣床运动部件没有位置检测反馈装置 采用步进电动机驱动 3 按伺服系统的控制方式分类 开环控制数控机床结构 2020 2 22 2 闭环控制数控铣床运动部件上安装有位置测量反馈装置 由直流或交流伺服电动机驱动 闭环控制数控机床结构 2020 2 22 3 半闭环控制数控铣床将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端 通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位移 与数控装置中的指令位移量相比较 实现差值控制 半闭环控制数控机床结构 2020 2 22 有两坐标联动 两坐标半联动 三坐标联动和多坐标联动之分 如图是6坐标铣床 X Y Z B C W六个轴 4 按控制联动坐标数 2020 2 22 分为经济型数控铣床 全功能数控铣床 高速数控铣床和龙门数控铣床 5 按系统功能 经济 全功能 高速铣床 龙门铣床 2020 2 22 3 2 2数控铣床的结构和调整1 数控铣床的组成 数控铣床一般由机床本体 数控系统 进给伺服系统 冷却润滑系统等几大部分组成 机床本体是数控机床的主体 包括 床身 立柱等支承部件 主轴等运动部件 工作台 刀架以及进给运动执行部件 传动部件 此外还有冷却 润滑 转位和夹紧等辅助装置 与传统机床相比 数控铣床的外部造型 整体布局 传动系统与刀具系统的部件结构以及操作机构等都发生了很大的变化 这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点 2020 2 22 1 底座 2 强电柜 3 变压器箱 4 13 14 伺服电动机 5 主轴变速控制面板 6 床身 7 数控柜 8 11 纵向行程限位开关 9 挡铁 10 操纵台 12 横向滑板 15 升降台 16 纵向滑板 2020 2 22 2 数控铣床结构的主要特点 1 高刚度和高抗振性铣床刚度是铣床的技术性能之一 它反映了铣床结构抵抗变形的能力 根据铣床所受载荷性质的不同 铣床在静态力作用下所表现的刚度称为铣床的静刚度 铣床在动态力作用下所表现的刚度称为铣床的动刚度 在铣床性能测试中常用铣床柔度来说明铣床的该项性能 柔度是刚度的倒数 为满足数控铣床高速度 高精度 高生产率 高可靠性和高自动化的要求 与普通铣床比较 数控铣床应有更高的静 动刚度 更好的抗振性 2020 2 22 2 减少铣床热变形的影响铣床的热变形是影响铣床加工精度的重要因素之一 由于数控铣床主轴转速 进给速度远高于普通铣床 而大切削量产生的炽热切屑对工件和铣床部件的热传导影响远比普通铣床严重 而热变形对加工精度的影响 操作者往往难以修正 因此 应特别重视减少数控铣床热变形的影响 3 传动系统机械结构简化数控铣床的主轴驱动系统和进给驱动系统 分别采用交流 直流主轴电动机和伺服电动机驱动 这两类电动机调速范围大 并可无级调速 因此使主轴箱 进给变速箱及传动系统大为简化 箱体结构简单 齿轮 轴承和轴类零件数量大为减少 甚至不用齿轮 由电动机直接带动主轴或进给滚珠丝杠 2020 2 22 4 高传动效率和无间隙传动装置对进给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命 高刚度 无间隙 高灵敏度和低摩擦阻力的特点 目前 数控铣床进给驱动系统中常用的机械装置主要有三种 即滚珠丝杠螺母副 静压蜗杆 蜗轮机构和预加载荷的双齿轮 齿条机构 5 低摩擦因数的导轨对导轨地要求有 在高速进给时不振动 低速进给时不爬行 具有很高的灵敏度 能在重载下长期连续工作 耐磨性高 精度保持性好等 现代数控铣床使用的导轨 仍是滑动导轨 滚动导轨和静压导轨三种类型 但在材料和结构上已发生了质的变化 已不同于普通铣床的导轨 2020 2 22 3 数控铣床的使用要求数控铣床是一种全自动化的机床 但是象装卸工件和刀具 清理切屑 观察加工情况和调整等辅助工作 还得由操作者来完成 因此 在使用方面有特定要求 1 便于同时操作和观察 2 刀具 工件装卸 夹紧方便 3 排屑和冷却 2020 2 22 4 数控铣床操作注意事项操作者尤其地初学者在操作数控铣床时应该注意以下几个方面 1 操作前必须仔细阅读该机床的使用说明书 2 加强机床的日常维护和保养 3 每次开机前要检查一下铣床后面润滑油泵中的润滑油是否充裕 空气压缩机是否打开 切削液是否足够等 4 注意开机时 先打开电源 然后再按下CNC电源中的开启按钮 5 不要轻易修改系统内定的各类参数 建议用户记录原始参数值备查 6 经常注意刀具磨损对零件尺寸精度的影响 2020 2 22 3 2 3常用编程指令1 常用的准备功能编程见下表 2020 2 22 2020 2 22 2020 2 22 2020 2 22 常用编程指令介绍 1 尺寸单位选择 G20 G21 G22 2 进给速度单位的设定 G94 G95 格式 G94F 或G95F G94每分钟进给 对于线性轴F的单位依G20 G21 G22的设定而为mm min in min或脉冲当量 min 对于旋转轴F的单位为度 min或脉冲当量 min G95为每转进给 即主轴转一周时 刀具的进给量F的单位依G20 G21 G22的设定而为mm r in r或脉冲当量 r 这个功能只在主轴装有编码器时才能使用 G94 G95为模态功能 可相互注销 G94为缺省值 2020 2 22 3 与坐标系有关的指令1 绝对尺寸指令 G90 ISO代码中绝对尺寸指令用G90 它表示程序段中的尺寸字为绝对坐标值 即以编程零点为基准的坐标值 编程举例 G90G01X50Y 45F125 2 增量尺寸指令 G91 它表示程序段中的尺寸字为增量坐标值 即刀具运动的终点相对于起点的坐标值增量 编程举例 G91G01X 150Y145F125 在实际的编程中 选用G90还是G91 主要是根据具体的零件特点确定 那种方式编程方便就采用那一种方式 G90和G91为模态功能 可相互注销 G90为缺省值 2020 2 22 3 工件坐标系设定 G92 G92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 当使用绝对尺寸编程时 必须先建立一坐标系 用来确定刀具起始点在坐标系中的坐标值 G92指令通过设定刀具起点对刀点与坐标系原点的相对位置建立工件坐标系 工件坐标系一旦建立 绝对值编程时的指令值就是在此坐标系中的坐标值 如右图所示 程序示例 G92X40Y30Z25 2020 2 22 坐标值X40Y30Z25为刀位点在工件坐标系中的初始位置 执行G92指令时 机床不动作 即X Y Z轴均不移动 但CRT或液晶显示器上的坐标值发生了变化 G92指令可以在程序中指定 也可以在MDI方式中设定 G92指令为非模态指令一般放在一个零件程序的第一段 4 工件坐标系选择 G54 G59 格式 G54 G59 G54 G59是系统预定的6个工件坐标系 可根据需要任意选用 这6个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值 工件零点偏置值 可用MDI方式输入 系统自动记忆 工件坐标系一旦选定 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 G54 G59为模态功能 可相互注销 G54为缺省值 2020 2 22 如右下图所示 使用工件坐标系编程 要求刀具从当前点移动到A点 再从A点移动到B点 程序如下 1000N01G54G00G90X30Y40N02G59N03G00X30Y30 注意 使用该组指令前 先用要输入各坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值 2020 2 22 4 快速点定位指令 G00 G00指令是指刀具以点定位控制方式 从刀具所在点以最快的速度 移动到目标点 G00指令中的快移速度由机床参数 快移进给速度 对各轴分别设定 不能用进给速度F规定 一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀 G00为模态功能可由G01 G02 G03或G33功能注销 注意 在执行G00指令时 由于各轴以各自速度移动 不能保证各轴同时到达终点 因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线 操作者必须格外小心 以免刀具与工件发生碰撞 常见的做法是将Z轴移动到安全高度 再放心地执行G00指令 2020 2 22 5 直线插补指令 G01 G01指令是指刀具按给定的进给速度F 从当前点进行直线插补并到达指定的终点 可以采用绝对或增量编程 G01指令两个 或三个坐标 以联动的方式 按指定的进给速度F值插补加工出任意斜率的平面 或空间 直线 G01为模态功能可由G00 G02 G03或G33功能注销 如图所示 刀具从A点工作移动到B点 绝对 G90G00X60 0Y30 0F150 增量 G91G00X40 0Y20 0F150 2020 2 22 6 圆弧插补指令 G02 G03 按给定的进给速度F从当前点进行顺时针 G02 或逆时针 G03 圆弧插补 在不同平面内进行圆弧插补 G17 G18 G19为圆弧插补平面选择指令 以此来确定被加工表面所在平面 G17可以省略 格式 XY平面 G17G02X Y I J R F G17G03X Y I J R F ZX平面 G18G02X Z I K R F G18G03X Z I K R F YZ平面 G19G02Y Z J K R F G19G03Y Z J K R F 2020 2 22 其中 X Y Z为圆弧终点坐标 R为圆弧半径 I J K为圆弧圆心到起点的增量坐标 等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标 与采用G90 G91无关 F为进给速度 当圆弧的圆心角 180 时 R值为负 当圆弧的圆心角 180 时 R值为正 注意 采用R编程不能表达整圆 此时 必须采用I J K编程 同时编入R与I J K时 R有效 I J K的选择如下图所示 2020 2 22 注意 顺时针或逆时针圆弧是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向 如左图所示 如右图 刀具从A开始沿A B C切削 编程 2020 2 22 158G92X200 0Y40 0Z0 设置工件坐标系G90G03X140 0Y100 0R60 0F300 绝对值编程G02X120 0Y60 0R50 0 或G92X200 0Y40 0Z0 G90G03X140 0Y100 0I 60 0J0F300 G02X120 0Y60 0I 50 0J0 G91G03X 60 0Y60 0R60 0F300 增量值编程G02X 20 0Y 40 0R50 0 或G91G03X 60 0Y60 0I 60 0J0F300 G02X 20 0Y 40 0I 50 0J0 M30 2020 2 22 如图所示为一封闭圆 整圆 现设起刀点在坐标原点O 加工是从O快速移动至A逆时针加工整圆 用绝对尺寸编程 N10G92X0Y0Z0 N20G90G00X30Y0 N30G03I 30J0F100 N40G00X0Y0 用增量尺寸编程 N20G91G00X30Y0 N30G03I 30J0F100 N40G00X 30Y0 特规定圆弧所对应的圆心角为小于等于180 时 圆弧段1 用 R 圆心角大于180 的圆弧 圆弧段2 用 R 2020 2 22 7 自动返回参考点 G28 格式 G28X Y Z A X Y Z A回参考点时经过的中间点非 参考点 在G90时为中间点在工件坐标系中的坐标 在G91时为中间点相对于起点的位移量 G28指令首先使所有的编程轴都快速定位到中间点 然后再从中间点返回到参考点 一般G28指令用于刀具自动更换或者消除机械误差在执行该指令之前应取消刀具半径补偿和刀具长度补偿 注意 在G28的程序段中不仅产生坐标轴移动指令 而且记忆了中间点坐标值 以供G29使用 电源接通后在没有手动返回参考点的状态下 指定G28时 从中间点自动返回参考点 与手动返回参考点相同 这时从中间点到参考点的方向就是机床参数 回参考点方向 设定的方向 G28指令仅在其被规定的程序段中有效 2020 2 22 8 自动从参考点返回 G29 格式 G29X Y Z A X Y Z A返回的定位终点 在G90时为定位终点在工件坐标系中的坐标 在G91时为定位终点相对于G28中间点的位移量 G29可使所有编程轴以快速进给经过由G28指令定义的中间点 然后再到达指定点 通常该指令紧跟在G28指令之后 G29指令仅在其被规定的程序段中有效 G91G28X100Y20G29X50Y 40M06T02 2020 2 22 9 暂停指令 G04 格式 G04P P 暂停时间 单位为s 秒 G04在前一程序段的进给速度降到零之后才开始暂停动作 在执行含G04指令的程序段时 先执行暂停功能 G04为非模态指令 仅在其被规定的程序段中有效 G04可使刀具作短暂停留以获得圆整而光滑的表面 如对不通孔作深度控制时 在刀具进给到规定深度后 用暂停指令使刀具作非进给光整切削 然后退刀 保证孔底平整 2020 2 22 10 简化编程指令1 镜像功能 G24 G25 格式 G24X Y Z A M98P G25X Y Z A G24 建立镜像 G25 取消镜像 X Y Z A 镜像位置 当工件相对于某一轴具有对称形状时 可以利用镜像功能和子程序 只对工件的一部分进行编程 而能加工出工件的对称部分 这就是镜像功能 当某一轴的镜像有效时该轴执行与编程方向相反的运动 G24 G25为模态指令 可相互注销 G25为缺省值 2020 2 22 0024 主程序G90G54 设置零点偏置 对刀点在 0 0 0 G0Z100 X0Y0 右图程序如下 2020 2 22 Z0G91G17 相对坐标补偿 M03S600M98P100 调用子程序100 加工 G24X0 Y轴镜像镜 像位置为X 0M98P100 加工 G24Y0 X Y轴镜像 镜像位置为 0 0 M98P100 加工 G25X0 X轴镜像继续有效 取消Y轴镜像M98P100 加工 G25Y0 取消镜像M30 2020 2 22 100 子程序 的加工程序 N100G41G00X10Y4D01 左刀补G41N130G01Z 5F300 加工深度为5N140Y26N150X10N160G03X10Y 10I10J0 加工圆弧N170G01Y 10N180X 25N185G49G00Z105N200G40X 5Y 10N210M99 返回 2020 2 22 2 缩放功能 G50 G51 格式 G51X Y Z P M98P G50G51 建立缩放 G50 取消缩放 X Y Z 缩放中心的坐标值 P 缩放倍数 G51既可指定平面缩放 也可指定空间缩放 在G51后 运动指令的坐标值以X Y Z为缩放中心 按P规定的缩放比例进行计算 在有刀具补偿的情况下 先进行缩放 然后才进行刀具半径补偿刀具和长度补偿 G51 G50为模态指令 可相互注销 G50为缺省值 2020 2 22 使用缩放功能编制如图所示轮廓的加工程序 已知三角形ABC的顶点为A 10 30 B 90 30 C 50 110 三角形A B C 是缩放后的图形 其中缩放中心为D 50 50 缩放系数为0 5倍 设刀具起点距工件上表面50mm 2020 2 22 0051 主程序G90G54 零点偏置G54 对刀点在 0 0 0 G0Z50X0Y0M03S600G1Z 10F150 加工深度 10M98P100 调用子程序 加工三角形ABCG1Z 6F150 加工深度 6G51X50Y50P0 5 缩放中心 50 50 缩放系数0 5M98P100 加工三角形A B C G50 取消缩放G49Z46M05M30 2020 2 22 100 子程序 三角形ABC的加工程序 N100G42G00X10Y30D01 右刀补N150G01X90Y30F300N160X50Y110N170X10Y30N200G40G00X0Y0 取消刀补N210M99 2020 2 22 3 旋转变换 G68 G69 格式 G17G68X Y P G18G68X Z P G19G68Y Z P M98P G69G68 建立旋转 G69 取消旋转 X Y Z 旋转中心的坐标值 P 旋转角度 单位是 度 0 P 360 在有刀具补偿的情况下 先旋转 后刀补 刀具半径补偿 长度补偿 在有缩放功能的情况下 先缩放后旋转 G68 G69为模态指令 可相互注销 G69为缺省值 2020 2 22 使用旋转功能编制如图所示轮廓的加工程序 设刀具起点距工件上表面50mm 切削深度5mm 2020 2 22 0068 主程序N10G92X0Y0Z50 工件坐标系设置N15G90G17M03S600N20G43G1Z 5H02F300 N25M98P200 加工 N30G68X0Y0P45 旋转45 N40M98P200 加工 N60G68X0Y0P90 旋转90 N70M98P200 加工 N20G49G0Z50N80G69 取消旋转N90M05M30 程序结束 2020 2 22 200 子程序 的加工程序 N100G41G01X20Y 5D02F300 建立刀补N105Y0N110G02X40Y0I10J0N120X30Y0I 5J0N130G03X20Y0I 5J0N140G00Y 5N145G40X0Y0 取消刀补N150M99 HNC 21M数控系统常用的辅助功能见下表 2020 2 22 2020 2 22 数控加工中某些加工动作循环已经典型化 例如 钻孔 镗孔的动作是孔位平面定位 快速引进 工作进给 快速退回等 这样一系列典型的加工动作已经预先编好程序存储在内存中 可用称为固定循环的一个G码程序段调用 从而简化编程工作 3 3 1华中世纪星HNC 21M数控系统固定循环1 固定循环参数固定循环包括 G73 G74 G76 G80 G89 格式 G98 G99G X Y Z R Q P I J K F L 3 3固定循环与子程序应用 2020 2 22 G98 G99 为孔加工完后的回退方式指令 G98返回起始平面 G99返回R点平面 当某孔加工完后还有其他同类孔需要继续加工时 一般使用G99指令 只有当全部同类孔都加工完成后 或孔间有比较高的障碍需跳跃时 才使用G98指令 这样可节省抬刀时间 G 固定循环代码G73 G74 G76和G81 G89中之一 后面表所示为HNC 21M数控系统的固定循环功能 X Y 加工起点到孔位的距离 G91 或孔位坐标 G90 Z R点到孔底的距离 G91 或孔底坐标 G90 2020 2 22 R 初始点到R点距离 G91 或R点的坐标 G90 Q 每次进给深度 G73 G83 在G76 G87方式中 为横移距离 在固定循环有效期间是模态值 P 刀具在孔底的暂停时间 s I J 刀具在轴反向位移增量 G76 G87 F 切削进给速度 L 固定循环的次数 2020 2 22 2020 2 22 固定循环的动作构成 一般由6个动作组成 动作1 A B 刀具快速定位到要加工孔坐标位置 X Y 即循环起始点B 动作2 B R 刀具Z向快进从起始点进给到R点平面 动作3 R E 以切削进给的方式执行孔进给动作 如钻孔 镗孔 攻螺纹等 动作4 E点 在孔底作相应的动作 动作5 E R 返回到R点平面 动作6 R B 快速返回到起始点B 2020 2 22 作用平面 在孔加工动作中有3个作用平面 初始平面 初始点所在的与Z轴垂直的平面 它是为了安全下刀而规定的一个平面 初始平面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成时 才使刀具返回到初始平面上的初始点 R点平面 R点平面是刀具下刀时由快速进给转为切削进给的高度平面 与工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化 一般可以取 2 5 mm 孔底平面 加工盲孔时孔底平面就是孔的底端的Z轴高度 加工通孔时一般刀具要伸出工件底面一端距离 主要是保证全部孔深都加工到尺寸 注意 循环与平面选择指令 G17 G18 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 2020 2 22 G98和G99的区别固定循环中孔的加工数据给定方式有2种 即绝对值 G90 方式和增量值 G91 方式 如下页左图所 在绝对值 G90 方式中 X Y 为孔在XY平面上的坐标值 R Z 分别为R平面和孔底平面的Z向坐标值 在增量值 G91 方式中 X Y 为初始点相对于刀具当前位置的增量值 R 是初始平面到R平面的距离 Z 是指R平面到孔底平面的距离 注意 G98和G99的区别 刀具返回R点平面用G99 刀具返回初始平面用G98 如下页右图所示 2020 2 22 a G90 b G91 a G98 b G99图G90和G91的坐标计算图G98和G99的区别 2020 2 22 2 固定循环介绍 1 G73高速深孔加工循环格式 G98 G99G73X Y Z R Q P K F L 说明 Q 每次进给深度 K 每次退刀距离 G73用于Z的间歇进给 使深孔加工时容易排屑 减少退刀量 可以进行高效率的加工 G73指令动作循环如右图所示 注意 Z K Q移动量为零时该指令不执行 2020 2 22 2 G83深孔加工循环格式 G98 G99G83X Y Z R Q P K F L 说明 Q 每次进给深度 K 每次退刀后 再次进给时 由快速进给转换为切削进给时距上次加工面的距离 G83指令动作循环如右图所示 2020 2 22 3 G74反攻丝循环 格式 G98 G99G74X Y Z R P F L G74攻反螺纹时主轴反转 到孔底时主轴正转 然后退回 G74指令动作循环下图 注意 1 攻丝时速度倍率 进给保持均不起作用 2 R应选在距工件表面7mm以上的地方 3 如果Z的移动量为零 该指令不执行 2020 2 22 4 G84攻丝循环 格式 G98 G99G84X Y Z R P F L G84攻螺纹时从R点到Z点主轴正转 在孔底暂停后 主轴反转 然后退回 G84指令动作循环见下图 注意 1 攻丝时速度倍率 进给保持均不起作用 2 R应选在距工件表面7mm以上的地方 3 如果Z的移动量为零 该指令不执行 2020 2 22 5 G76精镗循环格式 G98 G99G76X Y Z R P I J F L 说明 I X轴刀尖反向位移量 J Y轴刀尖反向位移量 G76精镗时 主轴在孔底定向停止后 向刀尖反方向移动 然后快速退刀 这种带有让刀的退刀不会划伤已加工平面 保证了镗孔精度 G76指令动作循环见右图 注意 如果Z的移动量为零 该指令不执行 2020 2 22 6 G81钻孔循环 中心钻 格式 G98 G99G81X Y Z R F L G81钻孔动作循环包括X Y坐标定位 快进 工进和快速返回等动作 G81指令动作循环见下图 注意 如果Z的移动量为零 该指令不执行 2020 2 22 7 G82带停顿的钻孔循环格式 G98 G99G82X Y Z R P F L G82指令除了要在孔底暂停外 其他动作与G81相同 暂停时间由地址P给出 G82指令主要用于加工盲孔 以提高孔深精度 注意 如果Z的移动量为零 该指令不执行 8 G85镗孔循环G85指令与G84指令相同 但在孔底时主轴不反转 9 G86镗孔循环G86指令与G81相同 但在孔底时主轴停止 然后快速退回 注意 1 如果Z的移动位置为零 该指令不执行 2 调用此指令之后 主轴将保持正转 2020 2 22 10 G87反镗循环格式 G98 G99G87X Y Z R P I J F L 说明 I X轴刀尖反向位移量 J Y轴刀尖反向位移量 G87指令动作循环见右图 描述如下 1 在X Y轴定位 2 主轴定向停止 2020 2 22 3 在X Y方向分别向刀尖的反方向移动I J值 4 定位到R点 孔底 5 在X Y方向分别向刀尖方向移动I J值 6 主轴正