数控机床加工零件教案

《数控机床加工零件》教案学习情境学习情境10.1简单外圆型面的数控车削加工参考学时40授课班级学中做任务：简单外圆型面零件简单外圆型面零件任务描述编写数控车削程序，仿真加工验证调试程序，运用数控车床加工此零件。教学目标技能目标1.简单工艺制定及运用所学指令编程。2.运用仿真软件验证程序、调试程序。3.能熟练数控车床的基本操作及操作数控车床加工零件。4.熟练使用常用的量具检测零件。知识目标1.了解数控车床基本组成及结构。2.掌握数控编程基础知识。3.掌握功能字：G、M、S、T、F及坐标字。4.掌握编程指令：G00、G01、G02/G03、G90、G94。5.掌握此任务涉及的基本工艺知识。素质目标严谨细致、开拓创新、经验分享、团队协作重点难点及解决办法重点：数控编程基础知识、编程指令G00、G01、G02/G03、G90、G94的编程运用难点：工艺知识的运用及程序编写，操作数控车床加工出此零件解决办法：1.教师引导、学生以小组讨论读懂图纸2.教师引导、讲授数控技术基础知识和加工此零件需要的编程知识、编程指令3.教师示范讲解数控车床的操作，学生练习并能独立进行数控车床基本操作；教师加工此零件，学生可模仿分组加工出零件教学方法讲授法、讨论法、案例教学法、视频观摩、现场参观、教师示范、任务驱动教学资源计算机、宇航或VNIC仿真软件、教材、教案、多媒体课件、课程学习任务集、数控车床、数控车床说明书、数控车床操作规范参考资料《数控加工技术教程》，苑海燕，清华大学出版社教学过程设计教学过程教学内容教师活动学生活动授课地点参考学时（min）12.1.1资讯1.识读图纸，进行零件数控加工工艺分析发放图纸告知任务小组讨论读懂图纸CAD/CAM实训室或多媒体教室302.数控车床组成结构及配件3.数控编程基础知识4.常用功能字5.此任务涉及的编程指令6.数控车削基本工艺知识引导讲解提问关注练习提问CAD/CAM实训室或多媒体教室54012.1.2决策制定合理的数控车削加工方案引导示范制定数控车削加工方案CAD/CAM实训室或多媒体教室3012.1.3计划1.拟定零件数控车削加工加工工序、装夹方式、粗加工走刀路线2.确定使用刀具、切削用量3.编写程序、验证调试程序引导讲解示范确定加工工艺，编写程序及验证调试程序CAD/CAM实训室13512.1.4实施1.领取零件加工所需的毛坯、刀具、量具2.熟悉练习数控车床的操作3.输入程序，模拟验证程序4.对刀、测刀补5、加工零件示范操作指导纠错练习数控车床操作，输入程序模拟加工，对刀、测刀补，加工数控车削车间45012.1.5检查使用量具对零件进行测量指导检查产品的尺寸数控车削车间3012.1.6评估总结优化工序安排合理性，切削用量选择，机床操作熟练程度，对刀测刀补准确性，量具使用正确性指导总结分析优化数控车削车间3012.1.7做中学任务简单轴的工艺制定，切削用量选择，程序编写及验证调试，数控加工准备，加工零件发放图纸告知任务指导学生自主分组实施数控车削车间630教学后记授课教师一、资讯（一）提供引导文，明确工作任务任务要求：根据简单外圆型面零件零件图，分析、确定数控车削加工工艺和加工参数，编写数控程序，运用仿真软件验证、调试程序，熟悉数控车床基本操作，对刀测刀补，输入程序，加工零件。基本工作思路：分析简单外圆型面零件零件图，把握车削加工难点；教师讲解数控加工编程基础知识、编程指令、基本数控车削加工工艺；引导学生拟定此零件数控车削加工工艺，确定加工参数；引导学生编写程序，验证调试程序；教师示范学生练习数控车床基本操作；输入程序；加工零件；检查及评估。（二）提供信息资讯途径及方法指导图书资料、网络资料等。（三）重点指导1.学生自愿5~7人一组进行分组。2.分析零件图，拟定此零件的数控车削加工工艺。3.程序编写及验证调试4.数控车床的操作、对刀。5.加工零件（四）完成任务以小组为单位现场：1．阐述拟定数控车削加工工艺和确定切削三要素的难点。2．阐述程序编写的难点。3．演示数控车床操作的重要技能点。（五）知识讲解1．认识数控车床1.1普通车床通过对普通车床的结构及传动系统示意图的介绍，引起学生记忆起之前其它课程学习的普通车床相关知识。见普通机床结构图1-1和传动系统示意图1-2图1-1普通车床结构图1-2普通车床传动系统示意图重点指出：

主轴是有级变速

主、进给运动传动链

主、进给运动动力来源于主轴电机

两杠：光杠、丝杠1.2数控车床1.2.1数控车床外观及传动系统图见图1-3和1-4图1-3数控车床外观图1-4数控车床传动系统图1.2.2数控车床比较与普通车床两者相比较，相对于普通车床，数控车床：⑴数控车床简化了主轴箱，无进给箱、挂轮架、溜板箱、光杠、丝杠⑵主轴无级变速或分段式无级变速⑶主、进给运动传动链简短⑷主运动力来源于主轴电机，每个进给运动方向各有一台伺服电机⑸多采用滚珠丝杆1.3常见的数控车床类型见图1-5，常见的数控车床类型有简易数控机床、经济型数控车床、全功能型数控车床和车削中心。图1-5常见数控车床类型将经过标准化或优化的工艺，或编制工艺的逻辑思想，通过CAPP系统存入计算机，在计算机生成工艺时，CAPP软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族的标准工艺和有关工序，经过编辑修改，或按工艺决策逻辑进行推理自动生成具体零件的工艺。1.4数控车床的结构1.4.1数控车床结构组成见图1-6数控车床总体结构和1-7数控车床结构示意图。图1-6数控车床总体结构图1-7数控车床结构示意图从图1-6及1-7可以看出，数控车床主要组成结构有这些部分：⑴信息载体它是承载加工信息，如早期的穿孔纸带，磁带，磁盘，现在的光盘，U盘，存储卡。⑵输入/输出设备如操作面板（显示器、键盘、操作板），磁盘驱动器，光驱，RS-232C等。⑶数控装置它包含数控系统、功能模块板、软件。它是数控机床的核心，主要功能是根据加工程序进行相应的处理（如：刀具运动轨迹）和输出控制命令到相应的执行部件上（伺服单元、驱动装置、PLC）。⑷伺服系统它包含伺服单元（功能电路板）、驱动装置（伺服电动机）、测量装置（检测角位移和直线位移作反馈信号）。它是数控装置的执行部分。它接受数控装置发出的指令信息，并按照指令信息的要求带动数控机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出合格的零件。⑸机床本体它是数控机床的主体，是制造加工的执行部件，包含主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板等）、支承件（立柱、床身）以及特殊装置（换刀、工作台交换）和辅助装置（排屑装置）。1.4.2数控车床的床身布局图1-8数控车床的床身布局数控车床的床身导轨与水平面的相对位置有多种形式，如图1-8所示，它有4种布局形式。图1-8（a）为水平床身，图1-8（b）为斜床身，图1-8（c）为平床身斜滑板，图1-8（d）为立床身。⑴水平床身水平床身配置水平滑板和刀架，工艺性好，一般用于大型数控车床或小型精密数控车床。但水平床身排屑困难，刀架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸。⑵斜床身斜床身配置斜滑板，这种结构的导轨倾斜角度多采用45°和60°。整体床身刚性好、排屑方便。⑶平床身斜滑板水平床身配置倾斜放置的滑板，这种结构一方面具有工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向尺寸较小，排屑方便。一般被中小型数控车床采用。⑷立床身立床身配置90°的滑板，即导轨倾斜角度为90°的滑板结构称为立床身。由于水平床身配置倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局，具有排屑容易，便于安装自动排屑器；操作方便，易于安装机械手，以实现单机自动化；机床外观简洁、美观，占地面积小，容易实现封闭式防护等特点，所以中小型数控车床普遍采用这两种形式。1.4.3数控车床的刀架图1-9数控车床的常用刀架数控车床采用自动换刀刀架。如图1-9中，图（a）为四工位刀架，用在经济型或改装型数控车床上。（b）、（c）用在普及型或全功能型数控车床上。1.4.4数控车床的尾座图1-10数控车床的尾座尾座安装在数控车床床身导轨上，可以根据工件的长短调节纵向位置。它的作用是利用套筒安装顶尖，用来支承较长工件的一端，也可以安装钻头、中心钻或铰刀等刀具进行孔加工。图1-10左图所示为尾座安装顶尖，右图所示为尾座及尾座套筒。1.5数控车床的用途数控车床可自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔等加工。图1-11数控车床的用途1.6数控车床的常用车刀1.6.1焊接式车刀图1-12数控车床常用的刀具1.6.2常见机夹数控可转位车刀图1-13数控车床常用的机夹可转位车刀图1-14机夹可转位车刀的结构如图1-13和1-14所示，可转位车刀由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。常见可转位车刀刀片的夹紧方式有杠杆式、楔块式、楔块上压式和螺钉上压式四种方式。杠杆式、楔块式和楔块上压式。

杠杆式依靠螺钉旋紧压靠杠杆，由杠杆的力压紧刀片达到夹固的目的。

楔块式依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。

楔块上压式依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。

螺钉上压式依靠螺钉压下力将刀片夹紧。1.7数控车床的零件装夹1.7.1顶尖图1-15顶尖图1-16心轴装夹工件对同轴度要求较高且需要调头加工的轴类工件，常用双顶尖装夹工件，如图1-15所示，其前顶尖为普通顶尖，装在主轴孔内，并随主轴一起转动，后顶尖为活顶尖装在尾驾套筒内。工件利用中心孔被顶在前后顶尖之间，并通过拨盘和卡箍随主轴一起转动。1.7.2心轴见图1-16当以内孔为定位基准，并能保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求，此时用心轴定位，常用圆柱心轴和小锥度心轴。对于带有锥孔、螺纹孔、花键孔的工件定位，常用相应的锥体心轴、螺纹心轴和花键心轴。1.7.3中心架图1-17中心架支承车细长轴一般在车削细长轴类时，用中心架来增加工件的刚性，当工件可以进行分段切削时，中心架支承在工件中间，如图示。在工件装中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙度及圆柱度误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。为提高工件精度，车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。1.7.4跟刀架图1-18跟刀架支承车细长轴见图1-18对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，它可以跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。1.7.5花盘图1-19花盘见图1-19，形状不规则的工件，无法使用三爪或四爪卡盘装夹的工件，可以用花盘装夹。花盘是安装在车床主轴上的一个大圆盘，盘面上的许多长槽用以穿放螺栓，工件可用螺栓直接安装在花盘上，如图所示。也可以把辅助支承角铁（弯板）用螺钉牢固夹持在花盘上，工件则安装在弯板上，如图1-19b所示。为防止转动时因重心偏向一边而产生振动，在工件的另一边要加平衡铁。工件在花盘上的位置要经仔细找正。2．数控编程基础知识2.1数控机床的产生和发展2.1.1数控机床的产生⑴数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术，其研究起源于飞机制造业。1947年美国帕森斯（Parsons)公司为了精确地制作直升机机翼、桨叶和飞机框架，提出了用数字信息来控制机床自动加工外形复杂零件的设想。⑵1952年，美国Parsons公司与麻省理工学院(MIT)合作试制了第一台三坐标数控立式铣床，他们利用电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路径的影响，使加工精度达到±0.0015英寸（0.0381mm），这在当时相当高的，从此制造业进入了新的发展阶段。⑶随后，德、苏、日（1958年）于1956年分别制造出本国的第一台数控机床。⑷我国、于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制出了我国的第一台数控铣床。⑸1954年，美国Bendix—Co—Operation公司生产了第一台工业用数控机床⑹195年，美国克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功开发了加工中心（MachiningCenter），把铣、钻、镗等多到加工工序集中于一台NC机床上，通过自动换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心，具有划时代的意义⑺1967年，英国首先把几台数控机床连接成了具有柔性的加工系统。即研制了“系统24”，这是最初的FMS，但由于经济和技术原因未能全部建成。在80年代初FMS（FlexibleManufacturingSystem）才进入实用化。2.1.2数控系统的发展经历两阶段与六代⑴第一阶段：数控（NC）阶段（1952-1970年）早期计算机，不能适应机床实时控制的要求，人们采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED

NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代即：①第一代（1952年）：电子管②第二代（1959年）：晶体管③第三代（1965年）：小、中规模集成电路⑵第二阶段：计算机数控（CNC）阶段（1970年－现在）1970年，通用小型计算机已能批量生产，运算速度大大提高，被作为数控系统的核心部件，从此进入计算机数控（CNC）阶段。1974年，微处理器（CPU）应用于数控系统。1990年，PC机大批量生产，数控系统进入基于PC阶段。①第四代（1970年）：大规模集成电路的小型计算机（CNC）②第五代（1974年）：微处理器（MNC）③第六代（1990年）：基于PC（国外简称PC-BASED）2.1.3数控机床概念数字控制机床（NumericalcontrolMachineTools)简称数控机床，它是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术，它将机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经其运算处理后发出各种控制信号来控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。2.2数控车床的坐标系2.2.1坐标系的建立图1-20笛卡尔坐标系数控机床的标准坐标系及其运动方向，在国际标准中有统一规定，我国的标准JB3052-82与之等效。

⑴右手笛卡尔坐标系

标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔坐标系，用右手螺旋法则判定，如图1-20所示。右手的拇指、食指、中指互相垂直，并分别代表+X、+Y、+Z轴。围绕+X、+Y、+Z轴的回转运动分别用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定则确定。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用带“′”的+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示。①Z轴一般取产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀具远离工件的方向为正向，当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z轴。当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为Z轴。见图1-21（a）数控铣床（b）数控车床图1-21数控铣床和数控车床②X轴

位于平行工件装夹面的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床（如车床、磨床等），在水平面内取垂直工件回转轴线（Z轴）的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向，如图1-22所示。

对于刀具作回转切削运动的机床（如铣床、镗床等），当Z轴垂直时，人面对主轴，向右为正X方向，如图1-22所示；当Z轴水平时，则向左为正X方向，如图1-22所示。

对于无主轴的机床（如刨床），以切削方向为正X方向。图1-22③Y轴根据已确定的X、Z轴，按右手笛卡尔坐标系确定。④A、B、C轴此三轴为回转进给运动坐标。根据已确定的X、Y、Z轴，用右手螺旋定则确定。2.2.2坐标轴正方向的确定原则：在数控加工时，假定工件静止不动，而刀具相对工件运动。规定：刀具远离工件的方向为此坐标轴的正方向。2.2.3数控车床的坐标系见图1-23，标准的数控车床坐标系。图1-23数控车床的坐标系但数控车床前置刀架和后置刀架两种布局方式，那么根据坐标轴正方向的规定，二者的坐标系有所不同，见图1-24。前置刀架是我国经济型数控车床常用的布局方式。图1-24数控车床前置刀架和后置刀架的坐标系2.2.4坐标系的分类数控机床的坐标系分为：机床坐标系，工件坐标系，参考坐标系。⑴机床坐标系

又称机械坐标系，其坐标和运动方向视机床的种类和结构而定。它是由数控机床生产商通过机械硬件和电气件在机床某个固定位置建立的，其坐标系原点的位置是：固定不变的。⑵参考坐标系由于刀具无法回到机床坐标系原点，就无法找到位置基准。由机床生产商在机床另一合适位置建立了一个坐标系，叫参考坐标系。其功能完全等同于机床坐标系。在实际中就用参考坐标系代替机床坐标系，二者基本上合一。提示：数控机床开机时必须首先找到机床「或称机械（或参考）」坐标系原点（简称机床原点），这种操作方式称为机床回零。⑶工件坐标系它是由编程人员在编写加工程序时自行建立的，其原点位置：任意的，自由可变的。(受机床的行程限制）。提示：对于车床：一般：编程时，工件坐标系原点建立在工件右（或左）端面和主轴轴心线的交点处。即右（或左）端面的中心。数控加工时，必须测量出工件坐标系原点（即：工件原点）建立工件坐标系的几种方法：①采用G54～G59指令采用G54～G59指令，对刀测量得到的机械坐标值输入到对应的指令中。②采用刀具偏置把刀具从参考坐标系原点到工件坐标系原点间测量得到的机械坐标值输入到此刀对应的刀具补偿号中，执行换刀程序调用刀具补偿值时建立工件坐标系。③采用G50指令通过G50指令后指定的坐标值数值来设定“起刀点”建立工件坐标系。④自动设定把基准刀测量得到的机械坐标值置入到机床参数中，机床执行“回零”操作时自动建立工件坐标系。⑷三类坐标系间的关系图1-25三坐标系间的关系见图1-25所示，三种坐标系间的位置关系。其中机床坐标系我们在实际使用中很少涉及到，主要使用参考坐标系和工件坐标系。2.2.5工件坐标系下坐标值的确定⑴确定坐标值图1-26坐标值绝对坐标:又称绝对编程，节点坐标是以工件原点O为准而定。见图1-26，节点坐标值AX15Z0或X30Z0(直径）BX15Z-20或X30Z-20CX20Z-40或X40Z-40相对编程：后一点(终点)坐标是相对前一点(起点)的坐标增量(终点绝对—起点绝对)。节点坐标值BU0W-20CU5W-20或U10W-20DU0W-10⑵数控车床坐标值的表达方式①以FANUC车为代表的绝对编程：用字母X、Z。如：节点BX30Z-20相对编程：用字母U、W。如节点BU0W-20混合编程：既有绝对又有相对编程如节点BX30W-20或U0Z-20②以SIEMENS802D车为代表的绝对编程：用G90指令。如：节点BG90X30Z-20相对编程：用G91指令。如：节点BG91X0Z-202.3数控机床的分类2.3.1按加工工艺及机床用途的类型分⑴金属切削类可分为：数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。⑵金属成型类如：数控压力机、数控弯管机、数控旋压机等。⑶特种加工类如：电火花线切割机、数控激光加工机等。⑷测量绘图类如：三坐标测量仪、数控绘图仪等。2.3.2按机床运动轨迹分⑴点位控制这类数控机床仅能控制两个坐标轴，带动刀具或工作台从一个点（坐标位置）准确地快速移动到下一个点（坐标位置），然后控制第三个坐标轴进行钻削、镗削等切削加工。它具有较高的位置定位精度，在移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有要求，见图1-27。定位控制的机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床等，用于加工平面内的孔系。图1-27点位控制图1-28直线控制⑵直线控制这类数控机床控制刀具或工作台以适当的进给速度从一点以一条直线准确地移动到下一个点，移动过程中能进行切削加工。但此直线必须是平行轴线与坐标轴成45度的斜线。见图1-28。⑶轮廓控制这类数控机床具有控制多个坐标轴同时协调运动，即多坐标联动的能力，使刀具相对于工件按程序指定的轨迹和速度运动，能在运动过程中进行连续切削加工。这类数控机床有用于加工曲线和曲面形状零件的数控车床、数控铣床、加工中心等。现在的数控机床基本上就是这种类型。见图1-29。图1-29轮廓控制图1-30两轴半联动2.3.3按机床联动轴数分见图1-30，这种数控机床本身有三个坐标，能作三个方向的运动，但其数控装置只能同时控制两个坐标运动，第三个坐标仅能作等距离的周期移动，故称为两轴半联动。见图1-31，此种机床的数控装置可同时控制三个坐标轴联动，称为三轴联动。见图1-32，此种机床的数控装置可同时控制四个坐标轴联动（X、Y、Z、B轴），称为四轴联动。见图1-33，此种机床的数控装置可同时控制五个坐标轴联动（X、Y、Z、A、B轴），称为五轴联动。图1-31三轴联动图1-32四轴联动图1-33五轴联动2.3.4按伺服控制方式分⑴开环控制方式图1-34开环控制方式无反馈检测装置，采用步进电机，加工精度低，结构简单，价格低，调试维修方便。⑵全闭环控制方式图1-35闭环控制方式①有反馈检测装置，位置检测元件安在工作台上。在全闭环控制形式中，进给伺服系统的速度反馈信号来自伺服电动机的内装编码器信号，而位置反馈信号是来自分离型位置（工作台）检测装置的信号。②全闭环控制特点:位置控制精度相对高，此时精度由位置检测装置精度决定（目前光栅尺的精度有1μm、0.5μm、0.1μm）。③全闭控制相对稳定性不高，易出现系统振荡现象，伺服调整比较困难。但伺服软件技术的发展，新的数控系统克服上面的不足。⑶半闭环控制方式图1-36半闭环控制方式有反馈装置，检测元件安在伺服电机轴上或滚珠丝杆端部，电机——工作台不在反馈环节中，不能消除伺服电动机与丝杠的连接误差及传动间隙对加工的影响。对丝杠螺母副的机械误差，需要在数控装置中用间隙补偿和螺距误差补偿来减小。进给伺服电动机的内装编码器的反馈信号即为速度反馈信号，同时又作为丝杠的位置反馈信号。此控制方式加工精度较高，调试维修较方便，应用最广泛，主要用于全功能数控机床。2.3.5按数控系统功能水平分见表1-1，按功能水平我国比较简单分为低档、中档、高档三个层次。表中列出了各档次数控机床的主要功能参数。表1-1按数控系统功能水平分3.编程常用的功能字3.1数控加工程序的组成结构3.1.1程序的组成一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干个程序段、程序结束部分组成。程序开始：一般以O××××；％××××；：格式程序内容：由若干程序段组成。对于FANUC系统，每个程序段须用“；”（EOB）作为此段的结束。程序结束：用M30或M02作为程序的结束。3.1.2程序段的组成一个程序段由程序段号和若干个“字”组成，一个“字”由地址符和数字组成。⑴字：字母＋数字如：G00G01G02X200Y30.234Z-20.25F100等均为一个“字”。⑵一般程序段构成：N__G__X__Y__Z__(U__V__W__)F__M__S__T__;3.2编程常用的功能字3.2.1准备功能字：G用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。后续数字一般为1～3位正整数。一般格式：G00～G99。表1-2为FANUC和SIEMENS车削系统指令表。⑴指令表表1-2G功能指令表⑵G功能字说明①模态指令与非模态指令，又称续效指令与非续效指令。如：G00/G01/G02/G03②指令组别：同组别的指令不能写在同一句程序中，非同组别的指令可以。如：G00G01X20Z-16F100“×”G90G54G00X60Z10“√”③系统默认指令：数控系统开机时就起作用的指令。如：G00－快速定位G40－取消刀具半径补偿G54－建立工件坐标系G80－取消钻孔循环G95/G99－mm/rG97－恒转速加工3.2.2辅助功能字：M用于指定数控机床辅助装置的开关动作。常用M功能字见表1-3。表1-3M功能字3.2.3进给功能字：F图1-37切削三要素F功能指令用于控制切削进给量，又称走刀速度或进给速度。在程序中，有两种使用方法。⑴每转进给量（系统默认）（即：普通机床进给量)编程格式G99F—。F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。

例：G99F0.2表示进给量为0.2mm/r⑵每分钟进给量

编程格式G98F—

F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min。

例：G98F100表示进给量为100mm/min。二者关系：每分钟进给量用F表示，每转进给量用f表示，则：公式说明：n—主轴转速，Z—刀具刃（齿）数3.2.4主轴转速功能字：SS用于控制主轴转速，它涉及到两种加工方式：⑴恒转速加工转/分钟（即：主轴转速n）G97指定（系统默认）如：G97S1000。⑵恒线速加工米/分钟（即：切削速度VC），G96指定。二者关系：S＝1000VC/πD恒线速加工存在危险：加工端面时，根据上述公式知，刀具愈接近中心线，主轴的转速将愈大，趋近无穷大，造成卡盘和工件飞出来的危险，故使用恒线速加工时必须限制主轴的最高转速，采用G50指令实施。如：G96S120M03G50S2000。3.2.5刀具功能字：TT功能指令用于选择加工所用刀具。数控车床：Txxxx，前两位数指的是刀具号，后两位指的是此刀的刀具补偿号一般与M06联用，如：M06T0101。加工中心：TXX,如：M06T01。4.本任务涉及的编程指令4.1快速定位指令G004.1.1指令格式G00X(U)__Z(W)__4.1.2走刀轨迹三种走刀轨迹，如图1-38。图1-39G00走刀轨迹4.1.3说明⑴速度由机床参数设置，不能由编程确定。⑵具体哪种轨迹，由机床参数设定。⑶此指令控制刀只能用于进刀靠近工件时快速定位，加工完毕时快速退刀，不能用来加工工件。4.2直线插补指令G014.2.1指令格式G01X(U)__Z(W)__F__4.2.2走刀轨迹以工进速度从起点直线到终点。4.2.3说明⑴刀走直线⑵必须对走刀速度编程控制，用以加工工件4.3圆弧插补指令G02/G034.3.1指令格式G02/G03X(U)__Z(W)__R__F__(半径表示法）或G02/G03X(U)__Z(W)__I__K__F__（圆心表示法）4.3.2说明⑴顺圆弧：G02见图1-40（a）⑵逆圆弧：G03见图1-40（b）⑶X、Z—圆弧终点坐标；R—圆弧半径，若圆心角；θ≤180°，R取正值，反之，R取负值，见图1-40（c）；I、K－圆心相对圆弧起点的增量坐标。图1-40顺逆圆弧与圆心角4.3.3G02/G03的圆心表示法G02/G03X__Z__I__K__F__关键是求得I、K的值，有两种计算方法。⑴第一种方法：用圆心的绝对坐标值减去圆弧起点的绝对坐标值，注意代人符号作运算。⑵第二种方法：采用矢量法，如图1-41，作一矢量从圆弧起点指向圆心，把此矢量正交分解在X轴和Z轴，然后先分别求两分量的值大小，再根据分量的箭头指向来判断值的正负（与坐标轴正向一致者取正值，反之为负值）。图1-41圆心表示法4.4内/外径切削单循环指令G904.4.1指令格式柱面：G90X(U)__Z(W)__F__锥面：G90X(U)__Z(W)__R__F__4.4.2说明X(U)Z(W)：每一刀的终点坐标R：每刀切削起点与切削终点的半径之差4.4.3走刀轨迹见图1-41和1-42图1-41G90走刀轨迹图1-42G91走刀轨迹5.本任务涉及的数控车削加工基本工艺知识5.1数控加工工艺内容及步骤数控加工的工艺内容及步骤见图1-43图1-43数控加工工艺内容及步骤5.2数控车削加工工序划分5.2.1以一次安装进行的加工作为一道工序将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。这种工序划分方法适用于加工内容不多的零件。如图1-44圆锥滚子轴承内圈精车两道工序加工方案：（a）以大端外径和端面定位装夹(b)以内孔和小端面定位装夹图1-44圆锥滚子轴承内圈精车两道工序加工方案5.2.2以一个完整数控程序连续加工的内容为一道工序有些零件虽能在一次安装中加工出很多表面，但因程序太长而会受到某些限制，这时可以以一个独立、完整的数控程序段连续加工的内容为一道工序。⑴以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序有些结构复杂、加工内容较多，既有回转表面也有非回转表面，既有外圆、平面也有内腔、曲面的零件，可将加工内容组合，用一把典型刀具加工的内容作为一道工序。可以减少换刀次数，减少空程时间。⑵以粗、精加工划分工序以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。对于容易发生加工变形的零件，可以将粗加工和精加工作为两道或更多的工序，采用不同的刀具或不同的数控车床加工，以合理利用数控车床。这种工序划分方法适用于零件加工后易变形或精度要求较高的零件。粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。5.3工步安排原则5.3.1先粗后精对于粗精加工在一道工序内进行的加工内容，应先对各表面进行全部粗加工，然后再进行半精加工和精加工，以逐步提高加工精度，如图1-45所示。图1-45先粗后精示例图1-46先近后远示例若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求，则要安排半精车，以此为精车做准备。为保证加工精度，精车一定要一刀切出。此原则的实质是在一个工序内分阶段加工，这有利于保证零件的加工精度，适用于精度要求高的场合。5.3.2先近后远先近后远即在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对车削而言，先近后远还可以保持工件的刚性，有利于切削加工。如加工图1-46所示零件，如果按ɸ38mm→ɸ36mm→ɸ34mm的次序安排车削，不仅会增加刀具返回对刀点的空行程时间，而且一开始就削弱了工件的刚性，还可能使台阶的外直角处产生毛刺（飞边）。对这类直径相差不大的台阶轴，宜按ɸ34mm→ɸ36mm→ɸ38mm的次序车削。5.3.3内外交叉先内后外、内外交叉的原则是指粗加工时先进行内腔、内形粗加工，后进行外形粗加工；精加工时先进行内腔、内形精加工，后进行外形精加工。这是因为控制内表面的精度较困难，刀具刚性较差，加工中清除切屑较困难等。5.3.4保证工件加工刚度在一道工序中进行的多工步加工，应先安排对工件刚性破坏较小的工步，后安排对工件刚性破坏较大的工步，以保证工件加工时的刚度要求。即一般先加工离装夹部位较远的在后续工步中不受力或受力小的部位，本身刚性差又在后续工步中受力的部位一定要后加工。5.3.5同一把刀连续加工此原则的含义是用同一把刀把能加工的内容连续加工出来，以减少换刀次数，缩短刀具移动距离。特别是精加工同一表面一定要连续切削。5.4数控车削切削用量5.4.1切削用量的概念⑴切削速度指的是切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度⑵进给量对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向上相当于工件的移动量。单位为mm/r。对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量还可以用进给速度（单位为：mm/min）来表示，即刀具在单位时间内沿着进给方向上相当于工件的位移量。⑶背吃刀量背吃刀量（也称为切削深度）为已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。对于车床背吃刀量的计算公式为：。以上三项也称为切削三要素，见图1-47图1-47切削用量5.4.2切削用量的选择⑴切削用量选择原则数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。⑵背吃刀量背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2～0.5mm。⑶进给速度F进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

确定进给速度的原则：

①当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100～200mm/min范围内选取。

②在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。

③当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。

④刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。⑷主轴转速S主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。5.4.3普通机床与数控机床切削用量比较图1-48普通切削与数控车削的切削用量5.5工艺路线处理5.5.1锥面粗加工路线见图1-49a)阶梯法b)、c)三角形法图1-49锥面粗加工路线5.5.2圆弧粗加工路线⑴阶梯法见图1-50，应用G02（或G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。图1-50阶梯法加工圆弧图1-51同心圆法粗加工圆弧车圆弧的采用阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须精确计算出粗车的终刀距S（直线与圆弧不能相交，留出合适的余量间距）。此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。⑵同心圆法见图1-51，车圆弧采用同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量ap后，对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。但按右图加工时，空行程时间较长。⑶车锥法和圆弧偏移法（a）车锥法（b）圆弧偏移法图1-52车锥法和圆弧偏移法见图1-52车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。圆弧偏移法空行程较长。6.仿真软件的认识及应用6.1宇航仿真软件界面介绍见图1-53，宇航仿真软件的界面。图1-53宇航仿真软件界面6.2宇航仿真软件图标功能介绍见图1-54和1-55，宇航仿真软件的功能图标。图1-54宇航仿真软件的功能图标（水平菜单）图1-55仿真软件功能图标（竖直菜单）6.3仿真加工的一般步骤6.3.1输入程序⑴从控制面板输入见图1-56图1-56从控制面板输入程序步骤⑵从外部导入程序见图1-57图1-57从外部导入程序步骤6.3.2装刀根据程序把所需的刀具装入相应的刀座号上。见图1-58图1-58装刀步骤6.3.3装毛坯件见图1-59。图1-59装毛坯件步骤6.3.4对刀⑴测工件坐标系原点见图1-60。图1-60测工件坐标系原点步骤⑵测刀具补偿值见图1-61。图1-61测刀具补偿值步骤6.3.5自动加工见图1-62。图1-62自动加工步骤7.常用量具见图1-63，常用的测量器具有游标卡尺、外径千分尺、深度千分尺、内径千分尺和内径量表。图1-63常用量具8.零件加工步骤8.1零件数控加工的一般步骤见图1-64，数控加工一般加工步骤所涉及内容。图1-64数控加工一般步骤8.2机床开机

接通机床电源

松开急停按钮

接通数控系统电源

接通伺服驱动电源

检查控制面板上的指示灯是否正常

检查风扇是否正常2.3机床回零⑴按，再分别按，刀架自动回到机床原点。⑵看显示屏上“机械坐标”是否全为0，见图1-65⑶看回零指示灯是否闪烁？图1-65显示屏和指示灯2.4手动移轴2.4.1手轮手动按下，通过手轮选择移动轴，选择速度倍率X1、X10、X100，顺时针或逆时钟方向摇动手轮，可使刀架向各轴正、负方向移动。2.4.2JOG手动按下（JOG），按下X或Z来确定某轴移动，旋动可调节进给速度倍率大小，按+或—使刀架沿此轴点动或连续移动。提示：按下+和—之间的（快速键），可使刀架快速移动，小心使用，防止撞刀。2.4.3JOGINC手动按下（JOGINC），按下选择X轴或Z轴，按调节进给速度倍率大小，按使刀架沿选择轴正方向或反方向移动。提示：在手动工作方式下，还可以进行这些操作。按可使主轴正、反、停转；按可开关冷却液；按可回转刀架实施换刀。2.5安装工件多数情况下采用三爪卡盘安装毛坯件，三爪卡盘具有自定心功能，对于较短零件不需要校正。2.6安装刀具见图1-66，可把刀片安装到刀杆上，见图1-67。然后再安装到刀架上，见图1-68图1-67机夹可转位刀具图1-68自动回转刀架2.7试切对刀及刀参设定2.7.1测量工件坐标系原点选定一把刀作为基准刀具，进行对刀操作。通过对刀才可确保建立一个和编程坐标系一致的工件坐标系。操作步骤如下：⑴机床回零前面已讲，此处略。⑵Z向对刀①按下（MDI）和（PROG），再按显示屏下方软键MDI,输入S400M03，按，再按（循环启动），主轴转动。②手动移刀靠近工件，车工件右端面，刀要过心。如图1-69，然后刀X负向退出，Z向绝不能动。进入【坐标系】界面，光标移到G54~G59某个的Z坐标处，从控制面板上输入Z0，按【测量】，系统自动计算出工件坐标系原点的Z向坐标值，见图1-70/。图1-69Z向对刀示意图图1-70Z向工件原点坐标系值的设定⑶X向对刀再测量X向，仍然手动移刀，如图1-71，车出一段柱面，Z向负向退出刀具，主轴停转，然后用外径千分尺测量此段柱面的直径，进入【坐标系】界面，光标移到之前Z向对刀时采用的坐标系指令对应的X坐标位置，从控制面板输入测量的柱面直径，按显示屏下方的【测量】，见图1-72，系统自动计算出工件原点X向坐标值。图1-71X向对刀示意图图1-72X向工件原点坐标值的设定2.7.2试切对刀及参数设定⑴测量基准刀选择一把刀作为基准刀，先以此刀为准测量出工件坐标系原点。方法如前。⑵测量其它刀其它刀的测量方法基本与前面测工件原点的方法一样，但不同的是Z向不能再车端面，可以用塞尺或量块来靠。如图1-73。然后与基准刀的工件原点坐标值相减，X向、Z向对应，获得的差值及此刀的刀具长度补偿值，然后把此差值输入到【补正】表的【形状】中对应此刀具的刀具补偿号的表栏中。图1-73Z向对刀时采用垫块图1-74补正图1-75刀具长度补正表2.8输入程序2.8.1控制面板输入⑴程序输入按（EDIT）键，按，打开程序保护锁，输入“O××××；”（程序名），按（插入）从控制面板输入程序内容。⑵程序编辑利用（取消）、（替换）、（删除）、（插入）等功能键来编辑修改程序。⑶程序查阅按（EDIT）键，按，按（DIR）软键，输入系统内存中已有的程序名，按就可查阅程序内容。2.9程序校验调出程序，按（图形仿真）键，按软键，按软键，按（循环启动）键，系统自动模拟加工，显示刀轨或实体加工结果。按下键，然后按下软键以显示放大图形，按光标键可移动光标。2.10自动加工2.10.1连续加工按下（MEM），调出打开加工程序，按（循环启动），数控机床根据程序自动加工工件。2.10.2单段加工调出打开加工程序，按下（MEM），同时按下（单段程序运行）键，每按一次（循环启动）键，系统执行一句程序。2.11零件检测正确使用量具对零件进行测量，如果尺寸有误差，则只要修改刀具补偿表中对应刀具的磨耗栏中的值。2.11卸下零件及刀具加