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1、轴类零件加工工艺设计、编程与加工 n工作任务：工作任务：n阶梯轴、锥度轴、外沟槽类零件车削加工工艺设计、编程与加工n学习目标：学习目标：n掌握数控车削加工的基本工艺知识、相关编程指令和编程方法、数控车床和车削中心的操作方法、零件的常用检测方法，并最终掌握一般轴类零件的加工；设备、工装的日常维护和保养；职场环境下人际沟通的基本原则和方法。任务二数控车削加工工艺分析任务二数控车削加工工艺分析n任务要求n1、了解数控车床、车削中心的适用范围。n2、掌握制定数控车削加工工艺时的考虑因素。n3、掌握制定零件车削加工工艺、填写工艺卡片的方法。n4、掌握一般测量检测仪器的原理和使用方法。n5、掌握常用夹具的
2、装夹方法。n一、数控车床的认识一、数控车床的认识n数控车床，即用数字化信息对车床的运动及其加工过程进行控制的车床，它将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Z坐标轴的伺服电动机去控制数控车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，自动加工出形状不同的轴类或盘类回转体零件。n1数控车床的特点n1）可以加工有复杂型面的工件n2）加工精度高，产品质量稳定n3）自动化程度高，劳动强度低n4）生产效率高n5）良好的经济效益n6）有利于生产管理的现代化n2数控车床的组成n数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统，润滑系统、排屑器等部分组成。
3、如图1.2所示。图1.2数控车床的组成n(1)床身。数控车床的床身主要有水平床身、斜床身、平床身斜滑板等。中小规格的数控车床，其床身的倾斜角度以60为宜。大型数控车床和小型精密数控车床多采用平床身。n(2)主传动系统及主轴部件。主传动系统般采用直流或交流无级调速电动机，通过皮带传动带动主轴旋转，实现自动无级调速及恒切削速度控制。主轴部件是机床实现旋转的执行部件。n(3)进给传动系统。进给传动系统有横向进给传动系统和纵向进给传动系统。横向进给传动系统是带动刀架做横向（X轴）移动的装置，它控制工件的径向尺寸；纵向进给传动系统是带动刀架做纵向（Z轴）移动的装置，它控制工件的轴向尺寸。n3数控车床分类
4、n（1）按数控系统的功能分类:n1）经济型数控车床。2）全功能型数控车床。n3）车削中心。4）数控车铣中心。n（2）按主轴的配置形式分类。n1）卧式数控车床。2）立式数控车床。n（3）其他分类方法。按数控系统的不同控制方式，数控车床还可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；按特殊或专门的工艺性能又可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等。图1.3经济型数控车床图1.4全功能型数控车床图1.5车削中心图1.6车铣中心图1.7卧式数控车床图1.8立式数控车床n4数控车床的加工范围 n（1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件n（2）精度要求高的零件n（3）特殊的螺旋零件n（4）以
5、特殊方式加工的零件n5典型数控系统介绍n目前，FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MITSUBISHI（日本）等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。n1）FANUC公司的主要数控系统：高可靠性的power Mate 0系列 普及型CNC0-D系列全功能型的0-C系列高性/价比的0i系列具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列。n2）SIEMENS公司的主要数控系统：SINUMERIK 802S/C用于车床、铣床等，可控3个进给轴和
6、1个主轴；SINUMERIK802D控制4个数字进给轴和1个主轴，PLC I/O模块，具有图形式循环编程；SINUMERIK 810D用于数字闭环驱动控制，最多可控6轴（包括1个主轴和1个辅助主轴），紧凑型可编程输入/输出。SINUMERIK 840D全数字模块化数控设计，用于复杂机床、模块化旋转加工机床，最大可控31个坐标轴。n3）FAGOR公司的数控系统：CNC8070，目前是FAGOR的最高档数控系统；8055系列数控系统；8040/8055-i标准系列；8040/8055-i/8055TCO/MCO系列；8040/8055-i/8055TC/MC系列；8025/8035系列。n4）华中
7、数控系统。华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC-21T为车削系统，最大联动轴数为4；HNC-21/22M为铣削系统，最大联动轴数为4，采用开放式体系结构，内置嵌入式工业PC。n5）北京航天数控。北京航天数控的主要产品为CASMUC2100数控系统，是以PC机为硬件基础模块化、开放式的数控系统，可用于车床、铣床、加工中心等8轴以下机械设备的控制，具有2轴、3轴、4轴联动功能。n6数控车床保养与维护n1）在操作机床前必须确认主轴润滑是否符合要求。n2）防止灰尘进入数控装置。n3）伺服电动机的保养。n4）定期检查电器部件。n5）经常监视数控系统的电网电压。n6）定期更换存储器用电池。n
8、7）定期进行机床水平和机械精度检查并校正。n8）长期不用的数控机床的保养。n二 数控车床操作简介n1、数控车床控制面板及操作面板nCYNCP-320型数控车床采用的是FANUC O-TD-II型数控系统。n1）方式译码开关n方式译码开关共有以下7种方式，见图1.10。图1.10方式译码开关nEDIT 程序编辑方式，编辑一个已存储的程序。nAUTO 程序自动运行方式，自动运行一个已存储的程序。nMDI 手动数据输入方式，直接运行手动输入的程序。nINC 增量进给方式nHANDLE 手摇脉冲方式，使用手轮，步进的值由手轮开关来选择。nJOG 手动进给方式，使用点动键或其他手动开关。nZRN 回零方
9、式，手动返回参考点。n2）CRT/MDI控制面板nFANUC O-TD-II型数控系统CRT/MDI控制面板如图1.11所示，有6个功能键。在自动（AUTO）或手动数据输入（MDI）方式中，启动程序可以按START按钮。在程序运行时，不能切换到其他操作方式，要等程序执行完或按下RESET键终止运行后才能切换到其他操作方式。图1.11 数控系统控制面板n各功能键说明如：nPOS：显示坐标的位置。nPRGRM：显示程序的内容。nMENU/OFSET：显示或输入刀具偏置量和磨耗值。nDGNOS/PQRAM：显示诊断数据或进行参数设置。nOPR ALARM：显示报警和用户提示信息。nAUX GRAPH
10、：显示或输入设定，选择图形模拟方式。nPAGE ：按该键可以进行显示器的翻页。n要进行操作必须按相应的上述6个功能键。nINPUT：数据的输入键。nSTART：程序启动键或数据的输出键。n3）机床操作面板n图1.12所示为CYNCP-320型数控车床的操作面板。图1.12 数控车床操作面板n（1）ST启动开关；SP停止开关。n（2）KEY开关是写保护开关。当这个开关打开时，用户加工程序可以进行编辑，参数可以进行改变，否则不能进行修改。n（3）TRST开关是手动换刀开关。只在手动方式下有效。n（4）ON水泵启动开关、OFF水泵停止开关。按下ON，水泵电机启动，可以进行冷却。按一下OFF，水泵电机
11、就停止。另外，水泵的启动停止也可以通过M08、M09进行控制。n（5）NOR开关：是手动主轴正转开关。n（6）REV开关：是手动主轴反转开关。n（7）STOP是手动主轴停止开关。n (8)DRN：空运行开关。在试运行程序时运用。n（9）BDT：程序跳转开关。当程序执行到“”时，程序会跳过这一段。n（10）SBK：程序单段开关。在SBK有效的情况下，程序每执行完一段暂停，按一下ST循环启动开关，程序又执行下一段，以此类推。n (11)进给倍率开关。这个开关有双层数字标识符号，外层数字符号表示手动进给倍率，内层的数字符号表示程序倍率。这个开关另外还有一个控制功能，即快速进给倍率控制功能，它在自动方
12、式下控制G00的进给倍率，在手动JOG方式下控制快速进给的倍率。n (12)急停按钮开关。按下急停按钮，紧急停止。n2、回参考点及手动操作、回参考点及手动操作n1）回参考点操作n（1）将机床操作模式开关设置在ZRN手动方式位置上。n（2）操作机床面板上的“X”方向按钮，进行X轴回零操作。n（3）X轴回零后，操作机床面板上的“Z”方向按钮，进行Z轴回零操作。n（4）当坐标轴返回参考点时，刀架返回参考点，确认灯亮后，操作完成。n2）手动操作n(1)手动连续进给。n将方式选择开关置于JOG的位置上。n操作控制面板上的X方向慢速或Z方向慢速移动按钮，机床将按选择的轴方向连续慢速移动。n(2)快速进给，
13、同时按下快速移动按钮及X方向或Z方向按钮，刀具将按选择的方向快速进给。n（3）步进进给（STEP）可实现步进移动，操作如下：n将方式选择开关置于STEP的位置。n选择移动量。n每按一次按钮，按选定方向移动轴，刀具移动一个进给量。n（4）手轮进给，转动手摇脉冲发生器，可使机床微量进给。n3）对刀及刀具补偿的设置）对刀及刀具补偿的设置n1）对刀n(1)试切对刀。n回参考点操作。用ZRN方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系，此时CRT上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中当前位置的坐标值。n试切测量。用MDI方式操作机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在横向（X轴方向）上的位置尺寸不变，
14、沿纵向（Z轴方向）退刀；测量工件试切后的直径D即可知道刀尖在X轴方向上当前位置的坐标值，并记录CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中X轴方向上当前位置的坐标值Xt。n用同样的方法再将工件右端面试车一刀，保持刀具纵向（Z轴方向）位置不变，沿横向（X轴方向）退刀，同样可以测量试切端面至工件原点的距离（长度）尺寸L，并记录CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中Z轴方向上当前位置的坐标值Zt。n对刀。根据算出的坐标增量，用手摇脉冲发生器移动刀具，使前面记录的位置坐标值（Xt，Zt）增加相应的坐标增量，即将刀具移至使CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中位置坐标值为（
15、Xt+X-D，Zt+Z-L）为止。这样就实现了将刀尖放在程序所要求的起刀点位置（X、Z）上。n建立工件坐标系。若执行程序段为G50 X Z，则CRT将会立即变为显示当前刀尖在工件坐标系中的位置（X、Z），即数控系统用新建立的工件坐标系取代了前面建立的机床坐标系。n2）刀具补偿n(1)直接输入刀具偏置值。把编程时假设的基准位置与实际使用的刀尖差，作为偏置量来设定，用以下方法比较简便。工件坐标系已经设定如图1.15所示。n选择实际使用的刀具用手动方式切削A面。图1.16所示。图1.15 工件坐标系设定 图1.16 对刀时的工件坐标n不移动Z轴，仅X方向退刀，主轴停止。n测量从工件坐标系的原点到A面
16、的距离b,把该值作为Z轴的测量值,用下述方法设定到指定号的刀偏存储器中。n按OFSET键和PAGE键，显示刀具补偿画面，如图1.17所示。n移动光标键，指定刀偏号。n按地址键M和地址键Z。n键入测量获得的工件坐标系原点到A面的距离b的数值。n按INPUT按钮，如图1.18所示。n用手动方式切削B面，如图1.16所示。n不移动X轴，仅Z轴方向退刀，主轴停止。n测量B面的直径a，将此值设定为所要求的偏置号的X测量值，对每把刀具重复上述步骤，则自动地计算出偏置量并设定在相应的刀偏号中。图1.17 输入刀具形状补偿前画面图1.18 输入刀具形状补偿前画面n（2）偏置量的计数器输入。将刀具分别移动到机床
17、上的一个参考点，可直接设定刀偏置值。n将基准刀具用手动移动到参考位置。n把相对坐标值U，W复位为零。n将基准刀具移走，将要设定刀偏量的刀具移到参考位置。n用光标选择偏置量欲置入偏置号。n按地址键X（或Z），按INPUT键。n则这把刀具的偏置输入至该偏置号的存储器中。n三、数控车削加工工艺分析三、数控车削加工工艺分析n数控机床加工中，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对加工零件进行工艺分析，并把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具参数和切削用量、位移参数等编制成程序，以数字信息的形式存储在数控系统的存储器内，以此来控制数控机床进行加工。n(一)数控车削加工工艺内容的选择n1适于数控车削加
18、工的内容n数控车削主要的加工对象是：精度要求高的回转体零件；表面粗糙度要求高的回转体件；轮廓形状特别复杂的零件；带特殊螺纹的回转体零件等。n2不适于数控车削加工的内容n(1)占机调整时间长。n(2)加工部位分散，需要多次安装、设置原点。n(3)按某些特定的制造依据（如样板、标样件、模胎等）加工的型面轮廓。n(二)数控加工零件图的工艺性分析n1尺寸标注应符合数控加工的特点n2几何要素的条件应完整、准确n3精度及技术要求分析n4统一几何类型及尺寸n(三)数控车削加工工艺路线的拟定n1加工方法的选择n(1)加工精度为IT8IT9级、表面粗糙度Ral.63.2、除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控
19、车床，按粗车、半精车、精车的方案加工。n(2)加工精度为IT6IT7级、表面粗糙度Ra0.20.63、除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。n(3)加工精度为IT5级、表面粗糙度Ra0.2、除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。n2工序的划分n(1)工序的划分原则。工序的划分原则有工序集中原则和工序分散原则两种。n工序集中原则。工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。n：工序分散原则。该原则是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。n(2)工序划分
20、方法。在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方n法如下。n按零件装夹定位方式划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。n按所用刀具划分。以同一把刀具加工的那一部分工艺过程为一道工序。n按粗、精加工划分。粗加工中完成的那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。n按加工部位划分。以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点将加工部位划分成多道工序，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。n(3)回转类零件非数控车削加工工序的安排。n零件上有不适合数控车削加工的表面，如渐开线齿形、键槽、花
21、键表面等，必须安排相应的非数控车削加工工序。n零件表面硬度及精度要求均高，热处理需安排在数控车削加工之后，则热处理之后一般安排磨削加工。n零件要求特殊，不能用数控车削加工完成全部加工要求，则必须安排其他非数控车削加工工序，如喷丸、滚压加工、抛光等。n零件上有些表面根据工厂条件采用非数控车削加工更合理，这时可适当安排这些非数控车削加工工序，如铣端面打中心孔等。n3.加工顺序的安排n在数控车床上加工零件，安排零件车削加工顺序一般遵循下列原则。n(1)先粗后精原则。n(2)先近后远原则。n(3)先内后外，内外交叉原则。n(4)刀具集中原则。n(5)基面先行原则。n（6）刚性优先原则。n4确定进给路线
22、n走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工零件的运动轨迹和方向。在拟定走刀路线时，主要考虑下列几点。n(1)刀具引入、切出。要安排好刀具的引入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出，避免在轮廓处停刀或垂直切人、切出工件。n(2)确定最短的空行程路线。n(3)确定最短的切削进给路线。n(4)零件轮廓精加工一次走刀完成。n（5）方便数值计算，减少编程工作量。尽量减少程序段数。n(四)零件的定位与夹具的选择n1定位基准的选择。n在数控车削中，应尽量让零件在一次装夹下完成大部分甚至全部表面的加工。对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作定位基准；对于套类零件则以内孔作定位基准。n(1)粗基
23、准的选择。选择粗基准时，必须达到两个基本要求：首先应该保证所有加工表面都有足够的加工余量；其次应该保证零件上加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度。粗基准的选择原则如下。n选择不加工表面作为粗基准。n对所有表面都要加工的零件，应根据加工余量最小的表面找正。n应该选用比较牢固可靠的表面作为基准，否则会使工件夹坏或松动。n粗基准应选择平整光滑的表面。n粗基准不能重复使用。n(2)精基准的选择原则。n基准重合原则。尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准，并使定位基准和测量基准重合。n基准统一原则。除第一道工序外，其余工序尽量采用同一个精基准。n自为基准原则。某些要求加工余量小而均匀的精加工工序
24、，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。n互为基准原则。当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。n便于装夹原则。选择精度较高、装夹稳定可靠的表面作为精基准，并尽可能选用形状简单和尺寸较大的表面作为精基准，使夹具设计简单，操作方便。n2常用车削夹具和装夹方法序号装夹方法特 点适用范围1三爪卡盘夹紧力较小，夹持工件时一般不需要找正，装夹速度较快适于装夹中小型圆柱形、正三边或正六边形工件2四爪卡盘夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但夹持工件时需要找正适于装夹形状不规则或大型的工件3两顶尖及鸡心夹头用两端中
25、心孔定位，容易保证定位精度，但由于顶尖细小，装夹不够牢靠，不宜用大的切削用量进行加工适于装夹轴类零件4一夹一顶定位精度较高，装夹牢靠适于装夹轴类零件5中心架配合三爪卡盘或四爪卡盘来装夹工件，可以防止弯曲变形适于装夹细长的轴类零件6心轴与弹簧卡头以孔为定位基准，用心轴装夹来加工外表面，也可以外圆为定位基准，采用弹簧卡头装夹来加工内表面，工件的位置精度较高 适于装夹内外表面的位置精度要求较高的套类零件n(五)数控车削加工刀具及其选择n1车削刀具材料n金属切削加工中常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等5类，目前数控加工中用得最普遍的刀具是高速钢刀具和硬质合金刀具。n2数控车削
26、刀具的类型及其选择n(1)车刀的类型。数控车削用的车刀一般分为3类：即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。n尖形车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。n圆弧形车刀。圆弧形车刀的特征是：构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧。n成型车刀。成型车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。n常用车刀的种类、形状和用途，如图1.23所示。图1.23常用车刀的种类、形状和用途1、切断车刀 2、90左偏刀 3、90右偏刀 4、弯头车刀 5、直头车刀 6、成型车刀 7、宽刃精车刀 8、外螺纹车刀 9、端面车刀 10、内螺纹车刀 11、内槽车刀 12、通孔
27、车刀 13、盲孔车刀n(2)机夹可转位车刀的选用。为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片，机夹刀片常采用可转位车刀。这种车刀就是把经过研磨的可转位多边形刀片用夹紧组件夹在刀杆上。车刀在使用过程中，一旦切削刃磨钝后，通过刀片的转位，即可用新的切削刃继续切削，只有当多边形刀片所有的刀刃都磨钝后，才需要更换刀片。n(3)刀夹。数控车刀一般通过刀夹(座)装在刀架上。刀夹的结构主要取决于刀体的形状、刀架的外形和刀架对主轴的配置3种因素。n(六)数控车削加工的切削用量选择n数控车削加工中切削用量包括背吃刀量、主轴转速(切削速度)、进给速度(进给量)
28、等。n1背吃刀量ap的确定n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，应尽可能选择较大的背吃刀量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。n2主轴转速n的确定n(1)车光轴时的主轴转速。在实际生产中，主轴转速可用下式计算：n式中：切削速度，由刀具的耐用度决定；n d 零件待加工表面的直径(mm)。n（2）车螺纹时的主轴转速。大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下：式中：P被加工工件螺纹导程（螺距），mm；k保险系数，一般为80。n3进给量（进给速度）f的确定n进给量f是指工作每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r），它与背吃刀量有着较密切的关系。n进给速度是指在
29、单位时间里，刀具沿进给方向移动的距离（mm/min）。n（七）数控编程中的数值计算n根据被加工零件图要求，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算机床数控系统所需要输入的数据，称为数值计算。n数值计算一般包括以下两个内容。n（1）根据零件图样给出的形状、尺寸和公差等直接通过数学方式，计算出编程时所需要的有关各点的坐标值。n（2）当按照零件图样给出的条件不能直接计算出编程所需的坐标，也不能按零件给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义时，就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学处理或改动，才可以进行各点的坐标计算和编程工作。n1基点和节点的
30、坐标计算n零件的轮廓是由直线、圆弧、二次曲线等几何要素组成的，各几何要素之间的连接点称为基点。基点坐标是编程中必需的重要数据，如图1.28所示。n如果零件的轮廓是由直线和圆弧以外的其他曲线构成。数控系统就需要通过一定的数学处理。数学处理的方法是：将构成零件的轮廓曲线，按数控系统插补功能的要求，在允许的编程误差的条件下，用若干直线段或圆弧段去逼近零件轮廓非圆曲线，这些逼近线段与被加工曲线交点或切点称为节点。如图1.29所示，对图中曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。图1.28零件轮廓的基点 图1.29零件轮廓的节点 2刀位点轨迹的计算刀位点是标志刀具所处不同位置的坐标点，数
31、控系统从对刀点开始控制刀位点运动，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件轮廓。对于具有刀具半径补偿功能的数控机床，只要在编写程序时，在程序的适当位置写入建立刀具补偿的有关指令，就可以保证在加工过程中，使刀位点按一定的规则自动偏离编程轨迹，达到正确加工的目的。n（八）数控加工的工艺文件编制n数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、数控加工工序卡、数控加工走刀路线图、数控刀具卡、数控加工程序单等。n四、一般测量检测仪器的原理和使用方法四、一般测量检测仪器的原理和使用方法n1.钢直尺n2.游标卡尺n游标卡尺是一种常用的量具，可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等，应用范围很广。n
32、2）游标卡尺的读数方法 n游标卡尺的读数机构，是由主尺和游标两部分组成。n3.外径千分尺n应用螺旋测微原理制成的量具，称为螺旋测微量具。常用的螺旋读数量具有千分尺。n千分尺的种类很多，机械加工车间常用的有：外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺以及螺纹千分尺和公法线千分尺等，并分别测量或检验零件的外径、内径、深度、厚度以及螺纹的中径和齿轮的公法线长度等。n1）外径千分尺的结构图 1.44 025mm外径千分尺1-尺架；2-固定测砧；3-测微螺杆；4-螺纹轴套；5-固定刻度套筒；6-微分筒；7-调节螺母；8-接头；9-垫片；10-测力装置；11-锁紧螺钉；12-绝热板。n2）千分尺的工作原理和读数方
33、法n（1）千分尺的工作原理。用千分尺测量零件的尺寸，就是把被测零件置于千分尺的两个测量面之间，所以两测砧面之间的距离，就是零件的测量尺寸。当测微螺杆在螺纹轴套中旋转时，由于螺旋线的作用，测量螺杆就有轴向移动，使两测砧面之间的距离发生变化。n（2）千分尺的读数方法。千分尺的具体读数方法可分为三步：n第一步：读出固定套筒上露出的刻线尺寸。n第二步：读出微分筒上的尺寸，将格数乘0.01mm即得微分筒上的尺寸。n第三步：将上面两个数相加，即为千分尺上测得尺寸。n 任务二、对刀及对刀设备的使用n一、对刀点与换刀点的确定n1对刀点n对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点的选择原则如下。n
34、（1）对刀点的位置应该容易确定，所选的对刀点应使程序编制简单。n（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。n（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。n（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。n（5）批量加工时，对刀点应选在夹具定位元件的起始基准上，并将编程原点与定位基准重合。n2刀位点n刀位点是指刀具的定位基准点。它是在刀具上用于表现刀具位置的参照点。常用车刀的刀位点如图1.50所示。在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。图1.50常用车刀的刀位点n3换刀点n在数控车床上加工零件时，需要经常换刀，在程序编制时就要设置
35、换刀点。换刀点是指刀架转位换刀时的位置，换刀点可以是某一固定点（如车削中心，其换刀点的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。普通换刀点常常设置在被加工零件或夹具的轮廓之外，并留有一定的安全量。n二、数控车床上的对刀方法二、数控车床上的对刀方法n1、采用G92XZ建立工件坐标系对刀n该指令规定了刀具起点在工件坐标系中的坐标值。如图1.51所示工件坐标系的设定。工件定位夹紧后，工件坐标系原点在机床上的位置已确定，对刀就是按工件已安装确定的位置，使刀具的刀位点在程序运行前准确停在G92指令要求的坐标位置，即对刀点上。图1.51工件坐标系的建立n具体对刀步骤如下：n机床回参考点。建立机床坐
36、标系。CRT上显示刀架中心在机床坐标系中的坐标值。刀代表刀具刀位点的当前位置。n试切测量。采用点动或MDI方式将工件或端面试车一刀，保持刀具Z轴方向位置不变，沿X轴方向退刀，测量试切端面至工件原点的距离度L，并记录CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中Z轴方向上的当前位置的坐标值Zt。再将工件外圆表面试切一刀，沿纵向Z轴方向退刀，保持刀具在X轴方向上的位置尺寸不变，然后测量工件试切后的直径D，即可知道刀尖在X轴方向上的当前位置在工件坐标系内的坐标值，并记录CRT上显示的刀架中心在机床坐标系中X轴方向上的当前位置的坐标值Xt。n 计算坐标增量。根据试切后测量的工件直径D、端面距离长度
37、L与程序所要求的起刀点位置（X，Z），即可计算出刀尖移到起刀点位置所需的X轴坐标移动增量XD与Z轴坐标移动增量ZL。由于刀尖的X轴和Z轴坐标移动增量与刀架中心的移动增量值完全相等，移动时可通过CRT上显示的刀架中心的移动增量值来控制。n 对刀。根据计算出的坐标增量，用手摇脉冲发生器移动刀具，使前面记录的刀架中心坐标值（Xt，Zt）增加相应的坐标值增量，即将刀具移至使CRT屏幕上所显示的刀架中心在机床坐标系中的坐标值为（Xt十X一D，Zt Z一L）为止，这样就实现了将刀位点置于 程序所要求的起刀点位置上，实现了对刀。n建立工件坐标系。若执行程序段G92 XZ，则屏幕将会变为显示当前刀位点在 工件
38、坐标系中的位置，即数控系统用新建立的工件坐标系取代了前面建立的机床坐标系。n2、采用G54G59零点偏置指令建立工件坐标系对刀nG54指令中的(X，Z)值是指机床坐标系下的坐标值代表刀位点的坐标时，工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。用此指令的对刀方法是求出当刀尖（刀位点）与工件坐标系原点重合时，刀架中心在机床坐标系中的坐标值，此值即表示工件原点在机床坐标系中的坐标值，在对完刀后要把此值输人到CNC系统零点偏置寄存器中。具体对刀过程与G92的基本相同。n3、改变参考点位置，通过回参考点直接对刀n通过调整机床各坐标轴的机械挡块位置和精确测量并重设数控系统参数，将参考点设置在与起刀点相对应的位置
39、上，这样在进行回参考点操作时，即能使刀尖到达起刀点位置实现直接对刀。n4、多刀加工时的对刀利用刀具长度补偿功能对刀n此种对刀的目的是使所换刀具的刀位点位于对刀点上，不是建立工件坐标系。刀具补偿功能由程序中指定的T代码来实现。T代码由字母T后面跟位数字组成，其中前两位为刀具号，后两位为刀具补偿号。n三、数控车床对刀仪三、数控车床对刀仪n很多车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差，大大提高对刀精度。n1机外对刀仪对刀n图1.52所示是一种比较典型的车床用机外对刀仪。它由导轨、刻度尺、光源、投影放大镜、微型读数器、刀具台安装座和底座等组成。这种对刀仪可通用于各种数控车床。图1.5
40、2机外对刀仪 机外对刀仪的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀台上某一基准点之间的X及Z方向的距离，这也称为刀具X及Z向的长度，即刀具的长度补偿值。n2ATC对刀nATC对刀是在机床上利用对刀显微镜自动地计算出车刀长度的一种对刀方法。对刀时，用手动方式将刀尖移到对刀镜的视野内，再用手动脉冲发生器微移刀架使假想刀尖点与对刀镜内的中心点重合，再将光标移至相应的刀补号，并按“自动计算（对刀）”按键，这时这把刀两个方向的长度就被自动计算出来并自动存人它的刀补号区域。n3.自动对刀n利用CNC装置自动、精确地测出刀具两个坐标方向的长度、自动修正刀具补偿值，并且不用停顿就接着开始加工工件，这就是刀具检测功能，也
41、叫自动对刀。n4.ETC-4M型对刀器 nETC-4M型对刀器是数控车床专用对刀器。使用这种对刀器能在数控车床上直接进行X轴和Z轴的对刀。如图1.54所示。图1.54ETC-4M型对刀器n对刀器的操作：n1）对刀器的安装。直接用机床卡盘夹持对刀器的圆柱柄，并使圆柱柄的端面靠紧卡盘的端面。n2）X轴对刀。手动控制刀架移动，使刀架上车刀的刀尖缓慢地与对刀环的圆周面精确接触，根据对刀环的半径与工件被加工尺寸的半径差值，即可确定刀尖的X轴位置。n3）Z轴的相对对刀。Z轴的相对对刀是指确定刀架上各个车刀刀尖在Z轴方向上的差值。n对第一把刀时，手动控制刀架移动，使刀架上车刀的刀尖缓慢地与对刀环的端面精确接
42、触，记录机床当前的Z轴坐标值。按此操作过程将刀架上所有的刀尖在Z轴上的位置逐一确定，即完成Z轴的相对对刀。n任务四数控车削编程基本指令的熟悉任务四数控车削编程基本指令的熟悉n任务要求n1、掌握机床坐标系的概念，正确判断坐标方向。n2、掌握工件坐标系的概念及工件坐标系的建立方法。n3、掌握数控机床基本指令的格式和编程方法。n4、了解刀具补偿的原理，掌握刀具补偿功能和使用方法。n一、数控机床坐标系一、数控机床坐标系n1、机床坐标系及运动方向n数控机床的坐标系按国际标准化组织标准规定为右手直角笛卡尔坐标系，如图1.55所示。图1.55右手笛卡尔坐标系n2、绝对坐标与增量坐标n所有坐标值均以机床或工件
43、原点计量的坐标系称为绝对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为绝对坐标，也叫绝对尺寸，所用的编程指令称为绝对坐标指令。n运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为增量坐标系，也叫相对坐标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为增量坐标，也叫增量尺寸，所用的编程指令称为增量坐标指令。n3、机床原点与机床参考点n机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定的点，不允许用户改变。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后端面的中心。n机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点通常设置在机床各轴靠近正向极限
44、的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。n4、工件坐标系n工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。选择工件坐标系原点的一般原则是：n1）尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。n2）尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度及同一批零件的一致性。n3）能使工件方便地装夹、测量和检验。n二、数控编程的内容和方法二、数控编程的内容和方法n1程序的结构n数控加工程序是由一系列机床数控系统能辨识的指令有序结合而构成的。加工程序可分为主程序和子程序，其结构形式如图1.58所示。无论是主程序还是子程序，每一个程序都是由程序号、程序内容和程序结
45、束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成，程序段是由若干程序字组成，每个程序字又由地址符和带符号或不带符号的数值组成，程序字是程序指令中的最小有效单位。n1）程序号n程序号是程序的开始部分。在FANUC系统中，使用英文字母“O”作为程序编号地址。程序编号一般由程序编号地址符加不多于四位数字组成。n2）程序内容n程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令组成，表示数控机床要完成的全部动作。n3）程序结束n以程序结束指令作为整个程序结束的符号来结束整个程序。程序结束位于最后一个程序段。n2程序的格式n程序段格式是程序段的书写规则。数控机床有三种程序段格式：固定顺序，表
46、格顺序，字地址格式。目前使用最多的是字地址程序段格式，这种格式是以地址符开头，后面跟随数字或符号组成程序字，每个程序字根据地址来确定其含义，因此不需要的程序字或与上一程序段相同的程序字都可以省略。n通常字地址程序段中程序字的顺序及格式如下：nN顺序号G准备功能X坐标运动尺寸Y坐标运动尺寸Z坐标运动尺寸F进给速度S主轴转速M辅助功能附加指令n下面通过一个例子来说明程序段的意义。nN07 G 01 Z 30 F 200n程序段号地址符号数字地址符号符号数字地址符号数字n这个程序段的意义是：直线插补到Z轴坐标为-30mm处（人们约定正号省略不写），进给速度为200mm/min。n3主程序和子程序n主
47、程序即加工程序，子程序是可以用适当的机床控制指令调用的一段加工程序。主程序可以多次调用同一个或不同的子程序、子程序也可以调用另外的子程序，称为子程序嵌套，可嵌套的次数，不同的系统有不同的规定。n4.数控程序的编制方法及步骤n1）数控程序的编制方法n数控编程的方法有手工编程和自动编程两种。n手工编程是指各个步骤均由手工编制。即从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质、程序的校验和修改等都是由人手工完成的。n自动编程又称为计算机辅助编程，自动编程系统使用数控语言描述切削加工时的刀具和工件的相对运动、轨迹和一些加工工艺过程，然后输入计算机，自动编程系统自动完成运动轨迹
48、的计算、加工程序编制和控制介质的制作等工作。n2）数控编程的具体内容和步骤n（1)分析工件图样。首先根据零件图纸，对工件材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等，进行加工工艺分析，确定工件加工的可行性。n（2)确定工艺过程。工艺过程的内容包括确定工件的定位基准、选用夹具、确定对刀方式和选择对刀点、制订进给路线并确定加工余量、切削参数等。n（3)数值计算。根据工件图及确定的加工路线和切削用量，计算出数控机床所需的数据。数值计算主要包括工件轮廓的基点和节点坐标的计算。n（4)编写工件加工程序单。加工路线、工艺参数、计算出来的数值、所选的刀具及辅助动作，编程人员按数控系统规定使用的功能指令代码
49、及程序段格式，逐段编写加工程序单。n5)制作控制介质。常用的控制介质有穿孔纸带、磁带、磁盘等。通过程序的手工输入或者通讯传输送入数控系统。n6)校验控制介质。控制介质必须经过调试和实际切削运行后，才可以使用或保存。通常使用的调试方法是在数控机床上不安装工件而让数控机床空运行，观察运动轨迹是否正确。n7)首件试切。对工件进行首件试切，发现加工是否有误差 n三、与坐标和坐标系有关的指令三、与坐标和坐标系有关的指令n1工件坐标系设定指令nG92指令用来设定刀具在工件坐标系中的坐标值，属于模态指令，其设定值在重新设定之前一致有效。n程序段格式为：G92 X ZnX、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置。
50、n2工件坐标系选择指令n工件坐标系选择指令有G54、G55、G56、G57、G58、G59。均为模态指令。指令与所选坐标系对应的关系是：nG54：选定工件坐标系1；G55：选定工件坐标系2；nG56：选定工件坐标系3；G57：选定工件坐标系4；nG58：选定工件坐标系5；G59：选定工件坐标系6；n程序段格式为：nG54 n3坐标平面选择指令nG17、G18、G19指令功能为指定坐标平面，都是模态指令，相互之间可以注销。G17、G18、G19分别指定空间坐标系中的XY平面、ZX平面和YZ平面，如图1.63所示，其作用是让机床在指定坐标平面上进行插补加工和加工补偿。XYZOG17G18G19图1