数控车削加工基础

项目一数控车削加工基础
1.1学习目标
通过本课题学习，掌握数控车床的基本结构及其各轴移动方向对应的坐标轴；理解坐标系的确立原则，并结合加工前的对刀动作掌握机床上几种坐标系的联系与区别；掌握数控车床编程指令的基本格式；
1.2 知识点
本课题主要讲解以下知识点：
1、机床结构及其对应坐标轴；
2、坐标系的确立原则；
3、机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系的联系与区别；
4、对刀的方法与原理；
5、数控车床编程格式的确定。

1.3 学习容
1.3.1机床结构及其坐标轴
如图1.1示，操作机床面板，了解各坐标轴位置规定并弄清楚正、负方向等。

（可拓展讲解其他类型结构）
附记机床操作安全规程。

图1.1数控车床
1.3.2坐标系的确立原则
1．刀具相对于静止工件而运动的原则
这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下，就可依据零件图样，确定机床的加工过程。

附记机床操作安全规程。

2．标准坐标（机床坐标）系的规定
在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的方向和运动的距离，这就需要一个坐标系才能实现，这个坐标系就称为机床坐标系。

标准的机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系，图1.2中规定了X轴为大拇指指向，Y轴为食指指向，Z轴为中指指向。

这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行，它与安装在机床上的主要直线导轨找正的工件相关。

3．运动的方向
数控机床的某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。

图1.2 坐标系
根据实际情况，结合具体机床，依次确定Z、X、Y轴
1.3.3三点联系与区别
1.机床原点
机床原点是指在机床上设置的一个固定的点，即机床坐标系的原点。

它在机床装配、调试时就已确定下来了，是数控机床进行加工运动的基准参考点。

在数控车床上，一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，如图1.3（a）中O1即为机床原点。

图1.3机床原点
2.编程原点
指根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点，即编程坐标系的原点。

如上图（b）中所示的O2点。

编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，并考虑到编程的方便性，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用数控机床相应的坐标轴方向一致。

3.加工原点
也称程序原点。

是指零件被装卡好后，相应的编程原点在机床原点坐标系中的位置。

1.3.4对刀
设若有图1.4所示加工零件、程序，需要在加工前的完成对刀动作（移动刀具到起刀点位置）。

其加工程序如表
1.1
图1.4 加工零件
表1.1程序表
程序说明
%1
G92 X50 Z100 M03 S300 建立工件坐标系主轴正转
G00 X45 Z－1
G01 X0 F80
G00 X50 Z100 M05.
M30
快速到达切削起点，
进行端面切削
快速返回起刀点，主轴停
程序结束
对刀方法多种多样，建议初学者先理解掌握一般对刀法。

为使结果更为精确，可反复进行“试切—测量—调整”几个阶段。

如图1.5，其对刀操作过程如下：
1.回参考点
进行回参考点操作，通过刀具返回机床零点消除刀具运行中插补累积误差。

图1.5 对刀
2.试切削
用手动方式操做机床，先切削工件外圆表面保持刀具在X方向位置不变退刀，记录此时X轴坐标值X t，并测量试切后的工件外圆直径为d；然后切削工件的右端面，保持刀具在Z方向位置不变退刀，记录此时Z轴坐标值Z t。

3.计算编程原点在机床坐标系中的坐标值
设若工件长度为L，则编程原点为：X o=X t－d，Z o=Z t－L；若编程原点选在右端面，则此处L取0。

4.计算刀具机床坐标系中的起点位置
若刀具起点位置设为A（60，100），则刀具起点坐标位置为X a=X o＋60，Z a=Z o＋100。

5. 建立工件坐标系
移动刀具到起点位置，执行G92指令，则系统建立了新的工件坐标系。

若加工坐标系采用指令G54系列来选择，则只需计算出3步骤中的（X o，Z o）输入相应坐标系设置中即可；但依然显得旧而麻烦，现在常用的T方式对刀法（即将步骤2中测量直径d和工件长度L输入到指定的刀具偏置号中，然后在程序中调用相应偏置号，如T0101就意味着使用1号刀1号偏置来建立工件坐标系），十分简单明了。

1.3.5 程序结构与格式
1.程序结构
一个零件程序是一组被传送到数控装置中去的指令和数据，这个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令组成的，其结构如下：
O1012
N10 G54 G90 G00 Z50
N20 M03 S800
N30 G00 X-50 Y0
N40 Z3。

N110 M30
一般由开始符（单列一段）程序名（单列一段）程序主体和程序结束指令（一般单列一段）组成。

程序的最后还有一个程序结束符。

程序开始符与程序结束符是同一个字符：在ISO代码中是％，在EIA代码中是ER。

程序结束指令可用M02（程序结束）或M30（程序结束返回）。

在使用中，执行M02指令结束程序时，自动运行结束后光标停在程序结束处；而执行M30指令来结束程序时，自动运行结束后光标和屏幕显示能自动返回到程序开始处，一按启动按钮就可以再一次运行程序。

虽然M02与M30允许与其他程序字合用一个程序段，但最好还是将其单列一段，或者只与顺序号共用一个程序段。

程序名位于程序主体之前、程序开始符之后，它一般独占一行。

程序名有两种形式：一种是以规定的英文字母（多用O）打头、后面紧随若干位数字组成，数字最多允许位数由数控系统决定，在使用说明书中可以查询到，常见的是两位和四位两种；另一种形式是，程序名由英文字母、数字或英文、数字混合组成，中间还可以加入“－”号。

程序名用哪种形式是由数控系统决定的。

2.程序段格式
程序段是可作为一个单位来处理的连续的字组，它实际上是数控加工程序中的一句。

多数程序段是用来指令机床完成（执行）某一个动作的。

程序的主体是由若干个程序段组成的。

在书写和打印时，每个程序段一般占一行，在荧光屏显示程序时也是如此。

程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。

在数控机床的发展历史上，曾经用过固定顺序格式和分隔符程序段格式（也叫分隔符顺序格式）。

现
在一般都使用字地址可变程序段格式，它称为字地址格式。

对这种格式，程序段由若干个字组成，字首是一个英文字母，它称为字的地址。

字的功能类别由地址决定。

在此格式程序中，上一段程序中已写明、本程序段里又不必变化的那些字仍然有效，可以不再重写。

具体地说，对于模态（连续有效）G指令（如G01），在前面程序段中已有时可不再重写。

在这种格式中，每个字长不固定。

例如在尺寸字中可只写有效数字、省略前置零或后置零。

各个程序段中的长度（即字符个数）和程序字的个数都是可变的，故属于可变程序段格式。

下面列出某程序中的两个程序段：
N30 G01 X88.467 Z47.5 F50 S250 T03 M08
N40 X75.4
这两段的字数和字符个数相差甚大，但除X坐标有变化外其他情况不变。

当今的数控系统绝大多数对程序段中各类字的排列不要求有固定的顺序。

即在同一程序段中各个指令字的位置可以任意排列。

上例N30段也可写成：N30 M08 T03 S250 F50 Z47.5 X88.467 G01
当然，还有很多排列形式，它们在数控系统中执行都是等效的。

在大多数场合，为了书写、输入、检查和校对的方便，程序字在程序段中习惯按一定的顺序排列，如N、G、X、Y、Z、F、S、T、M顺序。

其相关文字码含义如表1.2所示
表1.2 文字码及其含义
3.M、S、T指令
1）辅助功能M代码
辅助功能由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作。

非模态M功能和模态M功能二种形式。

非模态M功能：当段有效代码；
模态M功能：续效代码，号上电初始化；
前置M功能：在程序段编制的轴运动之前执行；
后置M功能：在程序段编制的轴运动之后执行。

表1.2 常用M代码及功能
M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，与PLC程序无关；
其余M代码用于机床各种辅助功能的开关动作，其功能不由CNC定，而是由PLC程序指定，所以有可能因机床制造厂不同而有差异(表为标准PLC指定的功能)，请使用者参考机床说明书。

2）主轴功能S代码
主轴功能S控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度，常见单位为转/每分钟(r/min)。

恒线速度功能时S指定切削线速度，其后的数值单位为米/每分钟(m/min)。

（G96恒线速度有效、G97取消恒线速度）
S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。

S所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调。

3）刀具功能T代码
T代码用于选刀，其后的4位数字分别表示选择的刀具号和刀具补偿号。

T 代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的，请参考机床厂家的说明书。

当一个程序段同时包含T代码与刀具移动指令时,先执行T代码指令。

T指令同时调入刀补寄存器中的补偿值。

刀具补偿功能目前常用于简便对刀中，见本课题对刀知识点。

1.4思考与练习
1.任意给定两个坐标轴的方向，练习根据右手笛卡儿原则判定第三个坐标轴方向
2.如图1.6所示零件其编程原点可如何选择，其坐标轴位置又如何？
3.M、S、T代码在程序中有何作用？
图1.6 练习零件。