中农大金工实习（机械工程实训）课件：数控编程与操作

数控编程与操作张宾教授

中国农业大学工学院机械工程训练中心数控实习目标(4天实习)1.了解数控车床的组成和工作原理。2.掌握数控车床加工零件的工艺过程和操作方法。3.了解零件加工程序的编制方法。会使用常用的G50、G00、G01、G02、G03、G32、F、S、T、M等编程指令。

1数控加工概述1.1数字控制与数控机床1基本概念

数字控制（NC，numericalcontrol）

数控系统（NCsystem）：(控制器+伺服系统）数控机床：装备了数控系统的机床。*1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。1.2数控机床加工过程

数控装置伺服系统加工程序零件图数控系统机床优点1．

功能强,柔性大；2．

加工精度高、质量稳定；3．

生产效率高、经济效益好，适于大批大量加工；4．

减轻操作者的劳动强度、操作简单；问题：

调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；

1.3数控机床的特点2数控编程基础数控程序由若干程序段组成2.1程序组成O2587--------------------程序名N10G50X100Z100;-------------------设定坐标系，换刀点N20T0101（T11);-----------------------换粗车刀T1N30M03S500G99F0.10;--------------主轴转速、转向、进给量N32G00X50Z0;N35G01X0；

--------------车右端面N40G00X28.5Z1.0;------------加工起点N50M98P2000;-----------加工外轮廓开始余量为3.5mm的加工N60G01X25.5Z1.0;--------------------余量为3mmN65M98P2000;N70G01X25Z1.0S400F0.05;---精车变速变进给量，余量为0.5mmNW75M98P2000;N100G00X100Z100；------------------返回换刀点N110T0303(T33)；-------------------换切刀T3N120G00

Z-34--------------------切断功能N130

X32；N140G01

X0；N150

X32；N160

G00X100Z100;---------------------返回换刀点(N170

T0101(T11);N180G00X100Z100;----------------取消刀补操作!!!)N190M05；-------------------------主轴停转N200M30；-------------------------程序结束2.2、数控车床程序格式N**G**X(U)±**

Z(W)±**I**K**(R**)F**S**T**M**；程序段结束符号辅助功能尺寸功能刀具功能主轴功能进给功能准备功能程序顺序号（2）．工件坐标系用来确定工件坐标系的基本坐标系。是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。（1）．机床坐标系2.3数控加工坐标系统（2）．工件坐标系编程人员在编程时使用的，以工件图纸上的某一固定点为原点，所建立的一个新的坐标系。（1）．机床坐标系一般通过对刀获得工件坐标系。（3）．坐标系方向（2）．工件坐标系刀具运动的正方向是工件与刀具距离增大的方向（1）．机床坐标系车床机床原点、参考点、工件原点a

刀架后置式b刀架前置式工件原点说明：由于车削加工是围绕主轴中心前后对称的，因此无论是前置还是后置式的，X轴指向前后对编程来说并无多大差别。为适应笛卡尔坐标习惯，编程绘图时按后置式的方式进行表示指令格式：N----G50X----Z----；X、Z为起刀点相对于工件原点的位置。该指令不会产生机床运动注：程序中使用该指令，应放在程序的第一段。(4)设定工件坐标系指令G50例:若设定工件原点O1

,则程序段为:G50X

100.Z50.若设定工件原点O2,则程序段为:G50X

100.Z110.以刀具当前所在位置为起刀点执行G50指令时，是通过刀具当前所在位置（刀具起始点）来设定工件坐标系的。G50设置的工件原点是随刀具当前位置（起始位置）的变化而变化的。若起刀点位置向左移动20mm,则执行上述指令时,结果怎样呢?说明（1）、一旦执行G50指令建立坐标系，后续的绝对值指令坐标位置都是此工件坐标系中的坐标值。（2）、G50指令必须跟坐标地址字，须单独一个程序段指定。且一般写在程序开始。（3）、执行此指令刀具并不会产生机械位移，只建立一个工件坐标系.（4）、执行此指令之前必须保证刀位点与程序起点（或对刀点）符合。（5）、该指令为非模态指令。尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组A，B，C，D，E用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组I，J，K用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。2.4尺寸字(半径、直径）2.5直径编程方式在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值取为零件图样上的直径值的编程方式。与设计、标注一致、减少换算。如图所示：图中A点的坐标值为（30，80），B点的坐标值为（40,60）。编程方式可由指令指定。也可由参数设定。一般默认直径方式。如：华中数控G36|—直径编程G37—半径编程西门子G22—直径编程G23—半径编程XZ2.6绝对编程与增量编程

数控编程通常都是按照组成图形的线段或圆弧的端点的坐标来进行的。绝对编程：指令轮廓终点相对于工件原点绝对坐标值的编程方式。增量编程：指令轮廓终点相对于轮廓起点坐标增量的编程方式。有些数控系统还可采用极坐标编程绝对编程G90增量编程G91

均为模态指令绝对编程：G90G01X100.0Z50.0;

增量编程：G91G01X60.0Z-100.0;

进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。2.7进给功能字F进给速度单位的设定每分钟进给G98：mm/min(默认)

每转进给G99：mm/r以上均为模态指令,可互相注销.2.8主轴转速功能字S主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。2.9刀具功能字（T指令）

在实际加工中，一般以第1号刀为基准刀具，其X、Z两个方向的刀具偏置值为0，0。测量出第2、3、4号刀相对第l号刀的偏置值存入刀具参数表中，在程序中根据需要加以使用。刀具偏置值是其它刀具和基准刀具在X、Z两个方向位置上的差值。(1)M03：主轴正转指令，用以启动主轴正转。(2)M04：主轴反转指令；用以启动主轴反转。(3)M05：主轴停止指令。(4)M30：程序结束停止指令，程序结束并返回到本次加工的开始程序段。

(5)M98:调用子程序(6)M99:子程序结束2.10辅助功能字M表1.3G功能字含义表准备功能字又称为G功能或G指令，是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。G功能字FANUC系统SIEMENS系统G00快速移动点定位快速移动点定位G01直线插补直线插补G02顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补G04暂停暂停2.11

准备功能字（G指令）准备功能是建立机床或控制系统工作方式的一种命令。模态：在同一组其他的G代码被指定前，均有效的G代码。非模态：仅在被指定的程序段内有效的G代码。指令格式：N---G00X(U)---Z(W)---；X(U)、Z(W)为目标位置的坐标值。注：一般为空行程运动。例：N50G00X100Z300；1、快速定位指令G00指令格式：N---G01X(U)---Z(W)F---；X(U)、Z(W)为直线的终点坐标值。

本指令可将刀具按给定速度沿直线移动到所需位置，一般作为切削加工运动指令，既可单坐标运动，也可双坐标同时运动，在车床上用于加工外圆、端面、锥面等。2、直线插补指令G01例：刀具以50mm/min的速度进给，从起始点移动到终点。N50G01U25W-50F50；指令格式：N---G01X(U)---Z(W)F---；X(U)、Z(W)为直线的终点坐标值。3、直线插补指令G01G02——指定为顺时针圆弧插补。G03——指定为逆时针圆弧插补。指令格式：

N--G02/G03X(U)--Z(W)--I--K--(R--)F---；圆弧终点坐标值圆弧中心相对于圆弧起点的坐标值圆弧半径进给速度4、圆弧插补指令G02、G03

圆弧方向的判断：沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴，从正方向往负方向进行观查，顺时针方向时为顺时针圆弧插补；反之为逆时针圆弧插补。如圆弧1所示，表示加工逆时针圆弧，刀具以F0.15速度运动到X20，Z-15位置。如圆弧2所示，表示加工顺时针圆弧，刀具以F0.15速度运动到X30，Z12位置。圆弧1编程如下：按绝对坐标编程：N30G03X20Z-15R10F0.15；或N30G03X20Z-15I0K-10F0.15；按增量坐标编程：N30G03U20W-10R10F0.15；或N30G03U20W-10I0K-10F0.15；圆弧2编程如下：按绝对坐标编程：N30G02X30Z12R12F0.15；或N30G02X30Z12I12K0F0.15；按增量坐标编程：N30G03U24W-12R12F0.15；或N30G03U24W-12I12K0F0.15；指令程序格式G32Z(W)…F…X、Z为螺纹切削的终点坐标值。W：为增量编程时，有效螺纹终点B相对于螺纹切削起点的增量。F为螺纹导程。5、G32——圆柱螺纹切削

例1：试编写如图所示螺纹的加工程序。螺纹导程3mm，升速进刀段δ1=3mm，降速退刀段δ2=1.5mm。假设第1刀螺纹切削深度1mm；第2刀螺纹切削深度0.5mm。……G00U-62；G32W-74.5F3；G00U62；W74.5；U-63；G32W-74.5F3；G00U63；W74.5；……

引入距离超越距离圆柱螺纹编程实例1螺纹加工的数值计算表

常用米制螺纹切削进给次数与吃刀量螺距1.01.522.53牙深（半径量）0.650.981.31.6251.95(直径值）切削次数及吃刀量1次0.70.80.91.01.22次0.40.60.60.70.73次0.20.40.60.60.64次

0.160.40.40.45次

0.10.40.46次

0.150.47次

0.2螺纹大径：螺纹小径：例：试计算M24×2螺纹d、d1的尺寸。d=D=d-0.1×P=24-0.1×2=23.8mmd1=D1=d-0.7×P×2=24–0.7×2×2=21.2mm切削总量（直径值）1.3，分3次切削0.7、0.4、0.2外螺纹编程实例2：O4001

T0404；螺纹刀M03S260;G00X26Z3;X23.3;G32Z-22F1;

G00X26;Z3;X22.9;G32Z-22F1;G00X26;Z3;X22.7;G32Z-22F1;G00X26;X80Z100M05;M30;O5001;T0101M03S800;G00X8Z4;G01X19.8Z-1.9F0.1;Z-24;X25.99F0.5;Z-36;G00X100Z120;M5;M30;X：2+4=6；20-12=8工步1：外圆精加工路线及程序编程练习３——圆柱螺纹零件的加工

O5002;T0202M03S300;G00X28Z-24;G01X16F20;G04X0.5;G01X28F0.4;Z-18;

X16Z-24;G04X0.5;G01X28;G00X100Z120M5;M30;X：（28-16）/2=6；Z：6；20+4-6=18工步2：切槽加工路线及程序46工步3：螺纹加工路线及程序O5003;T0303M03S200;G00X25Z4;X19.1；20-0.9G32W-25F2；G00X25；W25；X18.5；19.1-0.6G32W-25；G00X25；W25；……M30;切削总量（直径值）2.6，分5次切削0.9；0.6、0.6、0.4、0.12.12进刀和退刀方式(特别注意!!)进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。退刀时沿轮廓延长线工进退出至工件附近，再快速退刀。一般先退X轴，后退Z轴。2.13编程方式（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程,一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。

手工编程的特点：耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。

（2）自动编程技术(CAD/CAM)分析零件图样和制定工艺方案

数

学

处

理

编

写

程

序

程

序

校

验修改

（3）数控程序编制的内容及步骤（手工编程）在数控车床上加工零件时，应遵循如下工艺原则：1．选择适合在数控车床上加工的零件。2．分析加工零件图样，明确加工内容和技术要求。3．确定工件坐标系原点位置。4．制定加工工艺路线。5．选择合理的切削用量。6．选择合适的刀具。7．数据处理。8．编制加工程序，调试加工程序，完成零件加工。

计算出各直线、圆弧的起止点的坐标值。计算3阶梯轴数控加工程序编制3.1阶梯轴类零件的数控编程–工作任务1.熟悉机床1）机床功能配置：主轴、卡盘、尾座、刀架等2）机床加工范围2.熟悉CNC系统1）机床的操作2）CNC系统的功能3）指令及编程3.工艺设计1）加工零件图纸的分析2）选择毛坯3）选择夹具工装4）加工工艺线路分析5）选择刀具6）确定切削用量、主轴速度4.加工程序设计1）确定编程零点2）程序的编制3.2数控加工流程5.安装1）工装夹具2）工件毛坯3）刀具6.程序的输入（手动输入或RS-232接口输入）7.建立工件坐标系8.程序的试运行1）机床锁定图形模拟运行（锁定刀具，X、Y轴移动）2）去掉毛坯空运行（利用空运行按钮完成）9.试切1）对刀，单段运行2）慢速连续切削10.程序的修改11.再次试切（如有问题返回10）12.正常切削加工13.程序的备份归档1．明确加工内容：从图纸上看，零件不需要热处理，主要加工表面为工件的外径各部。2．选定毛坯：从图纸上看零件的最大直径、总长、留有足够加工余量等，选用Ø32的塑料棒料。3．选择刀具4确定装夹定位方案：用三爪自定心卡盘装夹定位，零件经一次装夹加工，就能完成加工工序。5.确定各表面加工方案。根据零件形状及加工精度要求，本零件以一次装夹所能进行的加工作为一道工序，分粗、精两个工步完成全部轮廓加工。3.3分析零件加工工艺3.4制订零件加工工序卡片将外轮廓编写成子程序。在粗车的下刀点处给出径向精车余量０.５mm。X方向的最大加工余量是32-２5=7，执行一次子程序，X方向切除掉3.5、3、0.5mm加工余量，这样执行轮廓加工的子程序，完成加工。前2次为粗车，最后一次完成精车。3.5确定粗、精加工次数、切削用量3.6走刀轮廓、换刀点换刀点3.7程序结构模块化编程子程序O2587--------------------主程序N10G50X100Z100;-------------------设定坐标系，换刀点N20T0101（T11);-----------------------换粗车刀T1N30M03S500G99F0.20;--------------主轴转速、转向、进给量N32G00X50Z0;N35G01X0；车右端面N40G00X28.5Z1.0;------------加工起点N50M98P2000;-----------加工外轮廓开始余量为3.5mm的加工N60G01X25.5Z1.0;--------------------余量为3mmN65M98P2000;N70G01X25Z1.0S400F0.05;精车变速变进给量，余量为0.5mmNW75M98P2000;N100G00X100Z100；------------------返回换刀点N110T0202(T22)；-------------------换切刀T3N120G00

Z-34--------------------切断功能N130

X32；N140G01

X0；N150

X32；N160

G00X100Z100;---------------------返回换刀点N170

T0101(T11);N180G00X100Z100;----------------取消刀补操作!!!N190M05；-------------------------主轴停转N200M30；-------------------------程序结束O2000------------------加工轮廓子程序名N20G01W-21;N30U5;------------切断面N40W-15;----加工大经，并留切断余量N50U2;------------抬刀N60G00W36;-------水平返回N70U-7；完成一次轮廓循环N130M99；------------------子程序结束注意：在程序段中既有G指令，又有S、M、T指令时，先执行S、M、T指令，后执行G指令。4数控机床操作与程序运行数控车床操作面板完成数控机床的所有操作，是数控机床的重要部件，由LCD/MDI操作面板和用户操作键盘组成。对于LCD/MDI操作面板只要数控系统相同，都是相同的，对于用户操作面板，由于生产厂家不同而有所不同，主要是按钮和旋钮设置方面有所不同。如图所示。工作时，MDI和用户面板配合使用。

4.1数控机床控制面板用户操作面板MDI操作面板进给倍率开关主轴倍率开关手动控制开关急停按钮NC通电快进/手轮倍率选择程序运行控制刀架快速操作循环启动键循环暂停建手轮NC断电程序保护开关LCD操作方式选择FANUC数控车床用户操作面板功能索引急停按钮NC通电手轮倍率选择刀架快速操作循环启动键循环暂停建手轮主轴倍率开关NC断电程序保护开关用户操作面板LCDMDI操作面板操作方式选择编辑删除键坐标位置显示页面数据输入键系统参数键报警信息键图形模拟键编辑插入键编辑变更键解除报警，CNC复位键帮助键光标移动键CRT显示翻页程序显示编辑页面设定显示刀补偏移量输入域字母切换

键清除输入域字符键软键（选择上方CRT对应显示功能）程序段结束（；）换行键输入域数字/字母键

FANUC数控车床MDI操作面板功能索引⑴编辑（EDIT）方式

编辑方式是输入、修改、删除、查询、检索工件加工程序的操作方式。⑵手动数据输入（MDI）方式MDI方式主要用于两个方面，一是修改系统参数；二是用于简单的测试操作。⑶自动操作（AUTO）方式

自动操作方式是按照程序的指令控制机床连续自动加工的操作方式。其基本步骤如下。①按自动操作方式键；②选择要执行的程序；③按下循环启动键，自动加工开始。程序执行完毕，循环启动指示灯灭，加工循环结束；⑷手动操作（JOG）方式

这种方式下可以实现所有手动功能的操作，如主轴的手动操作、手动选刀、冷却液开关、X、Z轴的点动等。⑸手摇脉冲（HANDLE）进给方式

操作者可以使用手轮（手摇脉冲发生器）控制刀架前后、左右移动。其速度快慢随意调节，非常适合于近距离对刀等操作。

⑹

回参考点（ZRN）方式①按返回参考点键，键的指示灯亮。②按下“+X”轴的方向选择按钮不松开，直到零点指示灯亮。③按下“+Z”轴的方向选择按钮不松开，直到零点指示灯亮。4.2操作方式选择：

4.3数控车床操作规程1．开机2．返回参考点操作机床返回参考点后，要通过手动操作（JOG）方式，分别按下“方向键”中X轴负向键和Z轴负向键，使刀具回到换刀位置附近。3．车床手动操作通过数控车床面板的手动操作，可以完成主轴旋转、进给运动、刀架转位、冷却液开/关等动作，检查机床状态，保证机床正常工作。(1)把程序保护开关置于ON上(刀架不会误动作)。(2)操作方式设定为编辑方式（EDIT）(3)按功能键（PROG）后，显示并编辑程序。4．输入工件加工程序5．刀具和工件装夹（１）图形模拟、机床锁紧运行。（２）将刀架远离工件运行。６．程序校验程序校验无误后，装夹好工件，选自动方式，选择适当的进给率和快速倍率，按循环启动键，开始自动加工。首件试切时应选较低的快速倍率，并利用单步运行功能，可以减少程序和对刀错误引发的故障。8．首件试切首件加工完成后测量各加工部位尺寸，修改各刀具的刀补值，然后加工第二件，确认无误后恢复快速倍率100%，加工全部工件。

9．