数控车床基础知识

广州市 XXXX 技工学校 教 案 册 生产实习 课题 数控车床基本知识 教师 时间 课 题数控车床基本知识授课时间年 月 日至 年 月 日 计划课时6入门指导时数4实习操作时数2 实习班级学生人数 指导教师 及辅导人员 目的要求 1 掌握数控加工的入门知识 组成及工作原理 2 掌握数控编程的基础知识 3 熟练数控的基本功能 4 掌握数控编程通用 G 代码 M 功能 S 功能 T 功能的运用 授课内容 1 数控车床加工特点以及加工流程 2 数控车床坐标系及坐标参数识读 3 G T F S M 指令 模态 初态非模态 重点难点 1 G 代码的应用和格式 2 程序的编写 3 简单零件的工艺流程 课前准备 1 准备编写用的例子和实物 2 检查电脑模拟软体是否正常 3 认真备好本课题的教案 教学过程 1 课题学习要求 引言 2 数控车床加工特点以及加工流程 0 3 课日 3 数控车床坐标系及坐标参数识读 0 3 课日 4 G T F S M 指令 模态 初态非模态 0 4 课日 5 总结 教研组长 签阅 部门领导 签阅 课题学习要求 引言 课 题 练 习 与 作 业 图 样 图 技术要求 1 以 O1 为工件编程原点写出各点的绝对坐标值 2 以 O2 为工件编程原点写出各点的绝对坐标值 名称材料45 额定工时 本课题的教学目的 掌握数控加工的入门知识 组成及工作原理 及数控编程的基础知识 熟练数控的基本功能 掌握数控编程通用 G 代码 M 功能 S 功能 T 功能 一 数控车床加工特点以及加工流程 0 3 课日 1 数控的定义 数控是指用数字来控制 通过计算机进行自动控制的技术通称为数控技术 2 数控机床的特点 1 具有高度柔性 2 加工精度高 3 加工质量稳定 可靠 4 生产率高 5 改善劳动条件 6 利于生产管理现代化 3 数控机床的组成和工作原理 1 数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备 CNC 装置 或称 CNC 单元 伺服单元 驱动装置 或称执行 机构 可编程控制器 PLC 及电气控制装置 辅助装置 机床本体及测量装置组成 下图是数控机床的组成框图 其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控 CNC 系统 2 工作步骤 在数控机床上加工零件通常经过以下几个步骤 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 4 数控车床编程的基础知识 数控车床之所以能够自动加工出不同形状 尺寸及高精度的零件 是因为数控车床按事先编制 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 介 好的加工程序 经其数控装置 接收 和 处理 从而实现对零件的自动加工的控制 使用数控车床加工零件时 首先要做的工作就是编制加工程序 从分析零件图样到获得数控车 床所需控制介质 加工程序单或数控带等 的全过程 称为程序编制 其主要内容和一般过程如下 图所示 1 图样分析 根据加工零件的图纸和技术文件 对零件的轮廓形状 有关标注 尺寸 精度 表面粗糙度 毛坯种类 件数 材料及热处理等项目要求进行分析并形成初步的加工方案 2 辅助准备 根据图样分析确定机床和夹具 机床坐标系 编程坐标系 刀具准备 对刀方法 对刀点位置 及测定机械间隙等 3 制定加工工艺 拟定加工工艺方案 确定加工方法 加工线路与余量的分配 定位夹紧方式并合理选用机床 刀具及切削用量等 4 数值计算 在编制程序前 还需对加工轨迹的一些未知坐标值进行计算 作为程序输入数据 主要包括 数值换算 尺寸链解算 坐标计算和辅助计算等 对于复杂的加工曲线和曲面还须使用计算机辅助 计算 5 编写加工程序单 根据确定的加工路线 刀具号 刀具形状 切削用量 辅助动作以及数值计算的结果按照数控车床 规定使用的功能指令代码及程序段格式 逐段编写加工程序 此外 还应附上必要的加工示意图 刀具示意图 机床调整卡 工序卡等加工条件说明 6 制作控制介质 加工程序完成以后 还必须将加工程序的内容记录在控制介质上 以便输入到数控装置中 如 穿孔带 磁带及软盘等 还可采用手动方式将程序输入给数控装置 7 程序校核 加工程序必须经过校验和试切削才能正式使用 通常可以通过数控车床的空运行检查程序格式有无 出错或用模拟防真软件来检查刀具加工轨迹的正误 根据加工模拟轮廓的形状 与图纸对照检查 但是 这些方法尚无法检查出刀具偏置误差和编程计算不准而造成的零件误差大小 及切削用量 选用是否合适 刀具断屑效果和工件表面质量是否达到要求 所以必须采用首件试切的方法来进行 实际效果的检查 以便对程序进行修正 二 数控车床坐标系及坐标参数识读 0 3 课日 1 数控车床的坐标系 1 标准坐标系 是一个右手直角笛卡坐标系用 X 轴 Z 轴组成的直角坐标系进行定位和插补 运动 X 轴为水平面的前后方向 Z 轴为水平面的左右方向 向工件靠近的方向为负方向 离开工件 的方向为正方向 如图示 前 后刀座的坐标系 X 方向正好相反 而 Z 方向是相同的 坐标系的坐 标轴的平面与车床的主要导轨相的平面平行 2 坐标中的各原点 数控车床的坐标系统 包括坐标系 坐标原点和运动方向 对于数控加工和编程是一个十分重 要的概念 每一个数控机床的编程者 操作者都必须对数控车床的坐标系统有一个完全而正确的理 解 现将数控车床的一些主要的原点及其机床坐标系和编程坐标系介绍如下 1 机床原点 机床零点 出厂时制造商确定 2 机械原点 机械零点 机床固定原点或机床参考点 出厂时制造商确定 但一般的经 济型或改造的数控车床上没有安装机械原点 3 工件编程原点 在工件坐标上 确定工件轮廓坐标值的计算和编程的原点 它属于一个 浮动坐标 4 程序原点 刀具起始点或参考点 指刀具 刀尖 为加工程序执行时的起点 一般情况下 一个零件加工完毕刀具返回程序原点位置 等候命令执行下一个零件的加工 2 坐标值的确定 在编制加工程序时 为了准确描述刀具运动轨迹 除正确使用准备功能字外还要有符合图纸轮 廓的地址及坐标值 要正确识读零件图纸中各坐标点的坐标值 首先要确定工件编程坐标原点 以 此建立一个直角坐标系 来进行各坐标点的坐标值的确定 1 绝对坐标值 在直角坐标系中 所有的坐标点均以直角坐标系中的原点 工件编程原点 为固定的原点 作 为坐标位置的起点 0 0 如图 2 5 中 O1 02 是分别建立在工件上两个不同的工件编程原点 并以之计算各坐标点的坐标值 箭头所指的方向为正方向 绝对坐标值是指某坐标点到工件编程原 点之间的垂直距离 用 X 代表径向 Z 代表轴向 且 X 向在直径编程时为直径量 实际距离的 2 倍 图 2 5 中各点的绝对坐标值如下 图 以 O1为工件编程原点 以 O2为工件编程原点 X Z X Z A 80 80 A 80 40 A 0 40 A 0 0 B 16 32 B 16 8 C 16 28 C 16 12 D 20 28 D 20 12 E 28 18 E 28 22 F 28 10 F 28 30 G 20 10 G 20 30 H 20 1 H 20 39 I 18 0 I 18 40 2 增量坐标值 相对坐标值 指在坐标系中 运动轨迹的终点坐标是以起点计量的 各 坐标点的坐标值是相对于前点所在的位置之间的距离 径向用 U 表示 轴向用 W 表示 图中各点的增量坐标值以加工顺序是 A A B C D E F G H I 为例 则各坐标点的增量坐标值为 A 点 U 80 W 40 相对于 A 点 B 点 U16 W 8 相对 于 A 点 C 点 U0 W 4 相对于 B 点 D 点 U4 W0 E 点 U8 W 10 F 点 U0 W 8 G 点 U 8 W0 H 点 U0 W 9 I 点 U 2 W 1 从以上各点坐标值不难看出 各点的增量坐标值都是相对于前一个点的位置而言的 而不是象 绝对坐标值那样各点都是相对于工件编程原点而言的 三 G T F S M 指令 模态 初态非模态 0 4 课日 1 数控车床的基本功能 数控车床的基本功能包括准备功能 G 功能 刀具功能 T 功能 主轴功能 S 功能 辅助 功能 M 功能 和进给功能 F 功能 1 准备功能 G 功能 准备功能也称为 G 功能 或称为 G 代码 它是用来指令车床工作方式或控制系统工作 方式的一种命令 G 功能由地址符 G 和其后的两位数字组成 00 99 从 G00 到 G99 共 100 种功 能 用以指令机床不同的动作 如用 G01 来指令运动坐标的直线进给 具体 G 功能在后面介绍 2 刀具功能 T 功能 刀具功能也称为 T 功能 用于指令加工中所用刀具号及自动补偿编组号的地址字 其自动补偿内 容主要指刀具的刀位偏差及刀具半径补偿 GSK980T 系统就采用四位数的规定 对刀具较多的数控车床或车削中心 其数控系统一般规定其后续数字为四位数 前两位为刀具号 后两位为刀具补偿的编组号或同时为刀尖圆弧半径补偿的编组号 例 T0100 T0202 T0303 T0404 采四位数 说明 T 表示刀具功能 首位数字一般表示刀具号 常用 0 8 共 9 个数字 其中 0 表 示不转刀 末位数表示刀具补偿的编组号 常用 0 8 共 9 个数字 其中 0 表示不执行 刀补 补偿量为零 3 主轴功能 S 功能 主轴转速指令功能 它是由地址 S 及其后面的数字表示 目前有 S2 两位数 S4 四位数 的表示法 即 SXX和 SXXXX 一般的经济型数控车床一般用一位或两位约定的代码来控制主轴某一档位的高速和低速 用 S1 指定为高速 S2 指定为低速 对具有无级调速功能的数控车床 则可由后续数字直接指令其主轴的转速 r min 另外对具 有恒线速度切削功能的数控车床 其加工程序中的 S 指令即可指令恒定转速 转 分 也可指令车 削时的恒定线速度 米 分 即在车削时 其主轴转速随着车削直径的变化而自动变化 始终保持 线速度为给定的恒定值 例 G96 S18 表示切削速度为 18 米 分 G97 S1200 表示取消 G96 主轴转速为 1200 转 分 4 辅助功能 M 功能 辅助功能也称 M 功能 用以指令数控机床中的辅助装置的开关动作或状态 辅助功能是用 地址 M 及其后续数字 一般为两位数 组成 程序暂停指令 M00 主轴控制指令 M03 主轴的正转 M04 主轴的反转 M05 主轴的停止 冷却液控制指令 M08 打开冷却泵 M09 关闭冷却泵 程序结束指令 M30 润滑开指令 M32 润滑关指令 M33 调用子程序 M98 子程序结束返回 M99 5 进给功能 F 功能 在切削零件时 用指定的速度来控制刀具运动和切削的速度称为进给 决定进给速度的功能称 为进给功能 也称 F 功能 对于数控车床 其进给的方式可以分为 每分钟进给和每转进给两种 1 每分钟进给 即刀具每分钟走的距离 单位为 mm min 每分钟多少毫米 与车床转速快慢无关 其进给进 度不随主轴转速的变化而变化 对于 F 值的确定 可用公式 F 值 车床转速 所选走刀量 来计算 适用于每分钟进给方式 如车削 外圆 主轴转速分别定为 400 转 分和 600 转 分 而走刀量都选为 0 3 毫米 转 则 F 值分别为 F120 和 F180 2 每转进给 即车床主轴每转一圈 刀具向进给方向移动的距离 单位为毫米 转 主轴每转刀具的进给量 用 F 后续的数值直接指令 用 G99 配合指令 如 G99 F0 3 表示主轴每转一圈 刀具向进给方向移 动 0 3 毫米 与普通车床的走刀量概念完全相同 其运行的速度是随主轴的变化而变化的 3 在螺纹加工时表示螺纹导程 毫米 例如 F2 5 表示螺纹导程为 2 5 毫米 2 模态 初态非模态 1 G 代码有模态 G 代码和非模态 G 代码之分 模态 G 代码指 在同组 G 代码出现之前 其代 码一直有效 如 G00 G01 而非模态 G 代码只限于被指令的程序段中有效 如 G02 G03 2 初态 是指数控车床系统已经设定好的 例如 G97 恒