西华大学数控上机指导书.doc

数控技术概论与加工编程上机实验指导书一、OpensoftCNC数控系统的常用编程指令练习（2学时）(1) 熟悉OpensoftCNC数控系统及主要操作界面；(2)打开并运行OpensoftCNC自带的车削、铣削仿真演示程序；(3)请着重练习车削、铣削系统的常用G功能和M功能指令代码。车削指令：G00、G01、G02、G28、G33、G90、G92；铣削指令：G00、G01、G02、G03、G28、G41、G90、G92。二、数控车削加工编程（4学时）首先请学习图1 所示零件的车削加工编程过程：图1 车削零件图 21 工艺分析 在数控机床上加工零件，首先遇到的问题就是工艺问题。数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有许多相同之处，也有许多不同之处，在数控机床上加工的零件通常要比普通机床上加工的零件工艺规程复杂得多。在数控机床加工前，要将机床运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员要有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个很好的工艺人员，应对数控机床的性能、特点、切削范围和标准刀具系统等有较全面的了解，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程以及正确、合理地确定零件的加工程序。 数控机床是一种高效的设备，它的效率一般高于普通机床24倍。要充分发挥数控机床这一特点，必须熟练掌握性能、特点及使用方法，同时还必须在编程之前正确的确定加工方案，进行工艺设计，再考虑编程。22 数控车床编程的有关问题(1） 数控车床编程中径向值的表示 通常在图纸上和测量时均以直径值表示被加工零件的径向尺寸，故在未指定的情况下，径向值X在绝对编程以直径值表示在相对编程中以实际位移量的两倍表示。(2) 数控车床坐标系数控车床坐标系分为机床坐标系和工作（编程）坐标系。二者均规定与机床主轴轴线平行的方向为Z轴，其正向为从卡盘中心至尾座顶尖的方向：在水平内与车床主轴线垂直的方向为X轴，其正向为远离主轴旋转中心的方向。1)机床坐标系机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的机床原点，由机床生产厂家在设计机床的时候确定，并在机床使用说明书上说明。2)工作（编程）坐标系工作坐标系是编程人员确定并使用的，目的是用来确定工件几何体上各要素的位置，工作坐标系的原点即为编程原点，其位置的设置应使编程方便以及各尺寸直观。23 轴类零件的加工方法数控机床的程序编制问题，是将零件加工的工艺顺序、运动轨迹与方位、位移量、工艺参数（转速、进给量、切削深度）以及辅助动作（换刀、变速、冷却液开、停等），按动作顺序，用数控机床的数控系统所规定的代码和程序格式，编制成加工程序单（相当于普通机床加工的工艺规程），再将程序输给数控系统，从而控制数控机床自动加工。由于获得同意精度和表面粗糙度的加工方法往往有很多种，选择时还要考虑生产率要求和经济效益，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求以及工厂的生产条件等。任何一种加工方法，可以获得的精度和表面粗糙度值均有一个较大的范围，如增加切削用量提高了生产率，虽然成本降低了，但精度也较低。所以，只有在一定的精度范围内才是经济的，这一定范围的精度就是指在正常加工条件下所能达到的精度，即经济精度，相应的表面粗糙度为经济表面粗糙度。加工方案为：粗车半精车精车。划分加工阶段，就是把整个工艺过程划分成几个阶段，做到粗精加工分开进行。粗加工的目的主要是切去大部分加工余量，精加工的目的主要是保证加工零件达到规定的质量要求。加工质量要求较高的零件，应尽量将粗、精加工分开进行。进给量f是工件或刀具的主运动每转一转或每一行程时，工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量。例如外圆车削的进给量f是工件每转时刀具相对于工件在进给运动方向上的位移量，其单位为：mm/r。在切削加工中，也有用进给速度v来表示进给运动的。所谓进给速度v是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，其单位为：mm/s。切削速度v是切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的。当主运动为旋转运动时。粗加工，要尽可能保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。提高切削速度、增大进给量和背吃刀量，都能提高金属切除率。在粗加工时，一次走刀应尽可能切去全部加工余量，在中等功率机床上，a就可达810 mm，所以，在选择粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，最后才能根据刀具的耐用度的要求，选定合理的切削速度。半精加工、精加工时首先要保证加工精度和表面质量，同时应兼顾必要的刀具耐用度和生产效率，此时的被吃刀量根据粗加工留下的余量确定。一般多才用较小的被吃刀量和进给量。在半精加工时，a=0.52m。精加工时，a=0.10.4。确定加工余量的方法有：经验估算法、查表修正法。估算法估算余量一般偏大，对毛坯总余量必须保证切除毛坯制造时的缺陷。铸铁件毛坯顶面缺陷16mm，底面和侧面12mm；铸钢件缺陷比铸铁件深12mm；碳钢锻件缺陷约为0.51mm。其次是机械加工和热处理时造成的误差。在估算余量时，还必须考虑上述因素。棒料直接为50，粗加工背吃刀量为6mm，半精加工背吃刀量为2mm，精加工背吃刀量为2mm。进给速度为1000mm/min。实际生产中也可以从（切削用量手册）中选取切削速度的参考值。粗车时，a、f（进给量）较大，所以V较低，精加工时，a、f均较小，所以V较高。工件材料强度、硬度较高时，应选较低的V；反之，较高。材料加工性越差，V越低。刀具材料的切削性能愈好，V愈高。加工该零件所需的刀具有三把：外圆车刀、切槽刀、切断刀。工件在机床上进行加工，为了保证其精度要求，工件的加工表面与刀具之间必须保持一定的位置关系，因此，工件必须借助夹具占有正确位置。采用数控车床进行加工。采用OpensoftCNC系统进行编程。车削程序编制当中主要用到以下指令：G00、G01、G02、G28、G33、G90、G92OpensoftCNC车削及铣削加工系统V3.0的功能代码主要根据ISO标准，并参照国际流行的数控系统的功能指令代码，如FANUC等的代码指定而成，并与大多数控制系统的编程指令兼容。2.4 车削加工程序 图1 零件的数控车削程序代码：;工件尺寸130*50;起始位置X=50 Z=10;1号刀具：车刀, 2号刀具切槽刀;N10 G92 X100 Z10N20 S1800 M03N30 T1N40 G00 X50 Z10 M08N50 G01 X46 F40 N60 G01 Z-130 ；粗车外圆46到Z=-130 N70 G00 X100N80 G00 Z10N90 G01 X40 F40N100 G01 Z-130 ；粗车外圆40到Z=-40N110 G00 X100N120 G00 Z10N130 G01 X34 F40N140 G01 Z-85 ；粗车外圆34到Z=-85N150 G00 X100N160 G00 Z10N170 G01 X28 F40 N180 G00 Z-50 ；粗车外圆28到Z=-50N190 G00 X100N200 G00 Z10N210 G01 X22 F40 N220 G01 Z-26 ；精车外圆22到Z=-26N230 G00 X100N240 G00 Z10N250 G01 X20 F40N260 G01 Z-26 ；精车外圆20到Z=-26N270 G00 X100 N280 G00 Z10N290 G00 X16 Z2 N300 G01 X20 Z-2 F0.15 ；倒角N310 G00 X100 N320 G00 Z10 N330 G00 X24 Z-26N340 G01 Z-50 N350 G00 X100N360 G00 Z10 N370 G00 X20 Z-26N380 G01 X24 Z-28 F0.15 ；倒角N390 G00 X100 N400 G00 Z10 N410 G00 X24 Z-38N420 G03 Z-50 R6 ；精车圆弧R6N430 X24N440 G01 X31 Z-85 ；精车锥面N450 X31N460 G02 X34 Z-105 R19 ；精车圆弧R19N470 G28 M09 N480 M05 N490 T2N500 S1800 M03N510 G00 X42 Z-105 M08N520 G01 X38 Z-110 F0.16N530 G01 X34 Z-110 F0.16 ；车34的槽N540 G28 N550 M05 ；结束2.5 数控车削零件编程练习（共四学时）图2 手柄图3 轴三、数控铣削加工编程（4学时）首先请学习图4所示零件的铣削加工编程过程：图4 凸轮图31数控铣的特点数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前速度发展起来的加工中心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，目前人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时，也一直把铣削加工作为重点。 数控铣床也像普通铣床那样分为立式、卧式和立卧两式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也不尽相同，除各有其特点之外，常具有下列主要功能： 点位控制功能 利用这一功能，数控铣床可以进行只需要作点位控制的钻孔、扩孔、锪孔、铰孔和镗孔等加工。 连续轮廓控制功能 数控铣床通过直线与圆弧插补，可以实现对刀具运动轨迹的连续轮廓控制，加工出直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓工件。对非原曲线（椭圆、抛物线、双曲线等二才曲线及对数螺旋线、阿基米德螺旋线和列表曲线等）构成的平面轮廓，在经过直线或圆弧逼近后也可以加工。除此之外，还可以加工一些空间曲面。 刀具半径自动补偿功能 使这一功能，在编程时可以很方便地按工件实际轮廓形状和尺寸进行编程计算，而加工中可以使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半，加工出符合要求的轮廓表面。也可以利用该功能，通过改变刀具半径补偿量量的方法来弥补铣刀制造的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用范围及刀具返修刃磨的允许误差。还可以利用改变刀具半径补偿的方法，以同议价工程序实现分层铣削和粗、精加工或利用提高加工精度。此外，通过改变刀具半径补偿值的正负号，还可以用同一加工程序加工某些需要和配合的工件（如相互配合的凹凸摸等）。 刀具长度补偿功能 利用该功能可以自动改变切削平面的高度，同时可以降低在制造与翻修时对刀具长度尺寸的精度要求，还可以弥补刀具的轴向对刀误差。 镜向加工功能 镜向加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一般形状的加工程序就完成全部加工了。 固定循环功能 利用数控铣床对孔进行钻、扩、铰，锪和镗加工时，加工的基本工作是：刀具无切削快速达到孔位慢速切削进给快速退回。对于这种典型话动作，可以专门设计一段程序（子程序），在需要的时候进行调用来实现上述加工循环。 特殊功能 有些数控铣床在增加了数控仿形加工装置后，可以在数控和靠模两种控制方式中任选一种进行加工，从而扩大了机床的使用范围。32 工艺分析加工方案为：粗铣精铣； 毛坯厚度为30mm， 粗加工背吃刀量为5mm，精加工背吃刀量为0.51mm。 进给速度为1000mm/min。 加工零件所需的刀具有：棒铣刀。 程序编制当中主要用到以下指令： G00、G01、G02、G03、G28、G42、G90、G9233 铣削加工编程程序图4 所示零件的铣削加工程序：;*;工件尺寸:长度150 ; 宽度150 ; 高度15 ; 起刀点：X=0,Y=0,Z=2; 刀具半径为2，棒铣刀； ; 以上单位均为毫米； ;*N10 G92 X0 Y0 Z40N20 G90 G00 G17 X-73.8 Y20 N30 G00 Z0 N40 G01 Z-16 F30N50 G10 D01 R15N60 G42 D01 G01 X-63.8 Y10 F5N70 G01 X-63.8 Y0N80 G03 X-9.96 Y-63.02 R63.8N90 G02 X-5.57 Y-63.76 R175N100 G03 X63.99 Y-0.28 R64N110 G03 X63.72 Y0.03 R0.3N120 G02 X44.79 Y19.6 R21N130 G03 X14.79 Y59.18 R46N140 G03 X-55.26 Y25.05 R61N150 G02 X-63.02 Y9.97 R175N160 G03 X-63.80 Y0 R63.8N170 G01 X-63.80 Y-10 N180 G01 G40 X-73.8 Y-20 ；粗铣凸台轮廓N190 G10 D01 R10 N200 G42 D01 G01 X-63.8 Y10 F2N210 G01 X-63.8 Y0N220 G03 X-9.96 Y-63.02 R63.8N230 G02 X-5.57 Y-63.76 R175N240 G03 X63.99 Y-0.28 R64N250 G03 X63.72 Y0.03 R0.3N260 G02 X44.79 Y19.6 R21N270 G03 X14.79 Y59.18 R46N280 G03 X-55.26 Y25.05 R61N290 G02 X-63.02 Y9.97 R175N300 G03 X-63.80 Y0 R63.8N310 G01 X-63.80 Y-10 N320 G01 G40 X-73.8 Y-20 ；粗铣轮廓N190 G10 D01 R7 N200 G42 D01 G01 X-63.8 Y10 F2N210 G01 X-63.8 Y0N220 G03 X-9.96 Y-63.02 R63.8N230 G02 X-5.57 Y-63.76 R175N240 G03 X63.99 Y-0.28 R64N250 G03 X63.72 Y0.03 R0.3N260 G02 X44.79 Y19.6 R21N270 G03 X14.79 Y59.18 R46N280 G03 X-55.26 Y25.05 R61N290 G02 X-63.02 Y9.97 R175N300 G03 X-63.80 Y0 R63.8N310 G01 X-63.80 Y-10 N320 G01 G40 X-73.8 Y-20 ；精铣凸台轮廓N330 G10 D01 R5 N340 G42 D01 G01 X-63.8 Y10 F0.5N350 G01 X-63.8 Y0N360 G03 X-9.96 Y-63.02 R63.8N370 G02 X-5.57 Y-63.76 R175N380 G03 X63.99 Y-0.28 R64N390 G03 X63.72 Y0.03 R0.3N400 G02 X44.79 Y19.6 R21N410 G03 X14.79 Y59.18 R46N420 G03 X-55.26 Y25.05 R61N430 G02 X-63.02 Y9.97 R175N440 G03 X-63.80 Y0 R63.8N450 G01 X-63.80 Y-10 N460 G01 G40 X-73.8 Y-20 ；精铣凸台轮廓N470 G00 Z40N480 G00 X0 Y0 N490 M02 ；程序结束2.4 数控铣削零件编程练习（共四学时）图5 凸凹模 (工件厚度5mm)图6 凸台零件（零件整体高度50mm）17