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1、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
2、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、任务驱精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下
3、载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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30 2.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
4、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540 12.1.2 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30 12.1.3 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135 12.1.4 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
5、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450 12.1.5 检查使用量具对零件进行指导检 查 产 品数 控 车 削30 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 测量的尺寸车间12.1.6 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30 12.1.7 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
6、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）
7、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 57 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）知识讲解精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 1认识数控车床1.1 普通车床通过对
8、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 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 图 1-3 数控车床外观图 1-4 数控
9、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： 数控车床简化了主轴箱，无进给箱、挂轮架、溜板箱、光杠、丝杠 主轴无级变速或分段式无级变速 主、进给运动传动链简短 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 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
10、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数控车床结构组成精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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： 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。 输入 / 输
11、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。 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）。 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。 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
12、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精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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。 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
13、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。 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。 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。 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
14、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数控车床的尾座精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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
15、，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 焊接式车刀精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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
16、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 顶尖精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - -
17、 - - - - -第 9 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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
18、-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。
19、1.7.5 花盘精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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
20、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 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。 1952 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
21、相当高的，从此制造业进入了新的发展阶段。 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。 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。 1954 年，美国 Bendix CoOperation 公司生产了第一台工业用数控机床 195 年， 美国克耐 杜列克公司（Keaney & Trecker ） 首次成功开发了加工中心（Machining Center） ，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 1967 年， 英国首先把几台数控机床连接成
22、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 （Flexible Manufacturing System ）才进入实用化。2.1.2 数控系统的发展经历两阶段与六代 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：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载
23、 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 第一代（ 1952 年） ：电子管 第二代（ 1959 年） ：晶体管 第三代（ 1965 年） ：小、中规模集成电路 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。 第四代（ 1970 年） ：大规模集成电路的小型计算机（CNC） 第五代（
24、 1974 年） ：微处理器（ MNC ） 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 （Numerical control Machine Tools) 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JB 30
25、52-82与之等效。 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。 Z 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 精品资料 -
26、- - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 42 页 - - - - - - - - - - （a）数控铣床（b）数控车床图 1-21 数控铣床和数控车床 X 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
27、-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 1-22 Y轴根据已确定的X、Z 轴，按右手笛卡尔坐标系确定。 A、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 42 页 - - - -
28、- - - - - - 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。 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。 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
29、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。 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：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 一般：编程时，工件坐标系原点建立在工件右（或
30、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： 采用 G54G59 指令采用 G54G59 指令，对刀测量得到的机械坐标值输入到对应的指令中。 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。 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。 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。 三类坐标系间的关系图 1-25
31、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 确定坐标值图 1-26 坐标值精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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A X15 Z0 或 X30 Z0( 直径）B X15 Z-20 或 X30 Z-20C X20 Z-40
32、 或 X40 Z-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B U0 W-20 C U5 W-20 或 U10 W-20 D U0 W-10 数控车床坐标值的表达方式 以 FANUC 车为代表的绝对编程：用字母X、Z。如：节点B X30Z-20 相对编程：用字母U、W。如节点 B U0W-20 混合编程：既有绝对又有相对编程如节点B X30W-20 或 U0Z-20 以 SIEMENS 802D 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B G91X0Z-20 2.3 数
33、控机床的分类2.3.1 按加工工艺及机床用途的类型分 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。 金属成型类如：数控压力机、数控弯管机、数控旋压机等。 特种加工类如：电火花线切割机、数控激光加工机等。 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 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
34、加工平面内的孔系。图 1-27 点位控制图 1-28 直线控制 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。见精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 图 1-28。 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
35、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
36、） ，称为五轴联动。图 1-31 三轴联动图 1-32 四轴联动精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 图 1-33 五轴联动2.3.4 按伺服控制方式分 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。 全闭环控制方式图 1-35 闭环控制方式 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
37、反馈信号是来自分离型位置（工作台）检测装置的信号。 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1m 、0.5 m 、0.1 m ） 。 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。 半闭环控制方式精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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
38、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. 编程常用的功能字精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 -
39、- - - - - - - - -第 19 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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。 字：字母数字如：G00 G01 G02 X200 Y30.234 Z-20.25 F100
40、 等均为一个“字”。 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13 位正整数。一般格式： G00G99。表 1-2 为 FANUC 和 SIEMENS 车削系统指令表。 指令表表 1-2 G 功能指令表 G 功能字说明 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/G03 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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名
41、师归纳 - - - - - - - - - -第 20 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 如： G00G01X20Z- 16F100 “ ”G90G54G00X60Z10 “ ” 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/G99mm/r G97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 1-3 M 功能字3.2.3 进给功能字： F 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名
42、师归纳 - - - - - - - - - -第 21 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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。 每转进给量（系统默认） （即：普通机床进给量) 编程格式G99 F。F 后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。例： G99 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r 每分钟进给量编程格式 G98 FF 后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min 。例： G98 F100 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
43、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：S S 用于控制主轴转速，它涉及到两种加工方式： 恒转速加工转/分钟 （即：主轴转速n） G97 指定（系统默认）如： G97S1000。 恒线速加工米/分钟（即：切削速度VC） ，G96 指定。二者关系： S1000VC/D 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： T T 功能指令用于选择加工所
44、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：M06 T0101 。加工中心： TXX,如：M06 T01 。4. 本任务涉及的编程指令4.1 快速定位指令 G00 4.1.1 指令格式G00 X(U)_Z(W)_ 4.1.2 走刀轨迹三种走刀轨迹，如图1-38。nfzF精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 22 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 图 1-39 G00 走刀轨迹4.1.3 说明 速度由机床参数设置
45、，不能由编程确定。 具体哪种轨迹，由机床参数设定。 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 G01 4.2.1 指令格式G01 X(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 刀走直线 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/G03 4.3.1 指令格式G02/G03 X(U)_Z(W)_R_F_(半径表示法）或 G02/G03 X(U)_Z(W)_I_K_F_（圆心表示法）4.3.2 说明 顺圆弧： G02 见图 1-40（a） 逆圆弧： G03 见图 1-4
46、0（b） X、Z圆弧终点坐标；R圆弧半径，若圆心角；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4.3.3 G02/G03 的圆心表示法G02/G03 X_Z_I_K_F_ 关键是求得I、K 的值，有两种计算方法。 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。 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）。精品资料 - -
47、 - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 23 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 图 1-41 圆心表示法4.4 内/ 外径切削单循环指令 G90 4.4.1 指令格式柱面： G90 X(U)_Z(W)_F_ 锥面： G90 X(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 1-41 G90 走刀轨迹图 1-42 G91 走刀轨迹5. 本任务涉及的数控车削加工基本工艺知
48、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 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 24 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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)
49、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。 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。 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
50、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 25 页，共 42 页 - - - - - - - - - - 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