数控车床上成形面的编程与加工
数控机床程序编制的一般步骤和手工编程
数控机床程序编制的一般步骤和手工编程数控机床程序编制〔又称数控编程〕是指编程者〔程序员或数控机床操作者〕根据零件图样和工艺文件的要求，编制出可在数控机床上运行以完成规定加工任务的一系列指令的过程。
具体来说，数控编程是由分析零件图样和工艺要求开始到程序检验合格为止的全部过程。
一般数控编程步骤如下〔见图19－22〕。
图19－22 一般数控编程顺序图1．分析零件图样和工艺要求分析零件图样和工艺要求的目的，是为了确定加工方法、制定加工方案，以及确认与生产组织有关的问题，此步骤的内容包括：1〕确定该零件应安排在哪类或哪台机床上进行加工。
2〕采用何种装夹具或何种装卡位方法。
3〕确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工。
4〕确定加工路线，即选择对刀点、程序起点〔又称加工起点，加工起点常与对刀点重合〕、走刀路线、程序终点〔程序终点常与程序起点重合〕。
5〕确定切削深度和宽度、进给速度、主轴转速等切削参数。
6〕确定加工过程中是否需要提供冷却液、是否需要换刀、何时换刀等。
2．数值计算根据零件图样几何尺寸，计算零件轮廓数据，或根据零件图样和走刀路线，计算刀具中心〔或刀尖〕运行轨迹数据。
数值计算的最终目的是为了获得编程所需要的所有相关位置坐标数据。
3．编写加工程序单在完成上述两个步骤之后，即可根据已确定的加工方案〔或方案〕及数值计算获得的数据，按照数控系统要求的程序格式和代码格式编写加工程序等。
编程者除应了解所用数控机床及系统的功能、熟悉程序指令外，还应具备与机械加工有关的工艺知识，才能编制出正确、实用的加工程序。
4．制作控制介质，输入程序信息程序单完成后，编程者或机床操作者可以通过CNC机床的操作面板，在EDIT方式下直接将程序信息键入CNC系统程序存储器中；也可以根据CNC系统输入、输出装置的不同，先将程序单的程序制作成或转移至某种控制介质上。
控制介质大多采用穿孔带，也可以是磁带、磁盘等信息载体，利用穿孔带阅读机或磁带机、磁盘驱动器等输入〔输出〕装置，可将控制介质上的程序信息输入到CNC系统程序存储器中。
数控机床技能实训：第三章 数控车床的加工工艺基础与编程
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
范围很大，并可无级调速，加工时可选用最佳的切削速度和进 给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，这就 大大地提高了生产率，降低了加工成本，尤其对大批量生产的 零件，批量越大，加工成本越低。
中体现并由机床自动完成加工，因此，数控加工工艺 的正确与 否将直接影响到数控车床的加工精度和效率。 一、数控车削加工零件的类型
数控车床车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动， 配合刀具在平面内的运动，加工的类型主要是回转体零件。
回转体零件分为轴套类、轮盘类和其他类几种。轴套类和 轮盘类零件的区分在于长径比，一般将长径比大于1的零件视为 轴套类零件；长径比小于1的零件视为轮盘类零件。
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识 3.2数控车削加工工艺的相关内容 3.3数控车削加工编程基础
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识
数控车床与普通车床相比，加工效率和精度更高，可以加 工的零件形状更加复杂，加工工件的一致性好，可以完成普通 车床无法加工的具有复杂曲面的高精度的零件。
端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺 纹、锥面螺纹等。
(3)其他类零件 数控车床与普通车床一样，装上特殊卡盘就可以加工偏心
轴，或在箱体、板材上加工孔或圆柱。
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
二、数控车削的加工特点 数控车削是数控加工中使用最广泛的加工方法之一，同常
数控车床加工工艺编程-外圆、端面、台阶轴加工
用，因此它的技术要求一般有：
各挡外圆之间的同轴度、外圆
和台阶平面的垂直度、台阶平
面的平面度以及外圆和台阶平
面相交处的清角。
车削台阶时，通常使用90°外圆偏刀。 车刀的装夹应根据粗、精车的特点进行安 装。如粗车时余量多，为了增加切削深度， 减少刀尖压力，车刀装夹可取主偏角小于 90°为宜（一般为85°～90°）。精车时为了 保证台阶平面和轴心线垂直，应取主偏角 大于90°（一般为93°左右）。
fr —每转进给量，（mm/r）
3、切削速度V
主运动的线速度叫切削速度，单位为m/min。 车削外圆时的切削速度计算公式为：
V=πdn/1000
其中: d—工件待加工表面的直径，(mm)；
n—工件的转速，(r/min)； V—切削速度，（ m/min)。
车削台阶轴 在同一工件上，有几个直径大小不同的圆 柱体连接在一起像台阶一样，就叫它为台 阶工件。俗称台阶为“肩胛”。台阶工件 的车削，实际上就是外圆和平面车削的组 合。故在车削时必须兼顾外圆的尺寸精度 和 （1台）台阶阶长工度件的的技要术求要求。
车削台阶工件的方法
车削台阶工件，一般分粗、精车进行。车削前根据 台阶长度先用刀尖在工件表面刻线痕，然后按线痕进 行粗车。粗车时的台阶每档均略短些，留精车余量。 精车台阶工件时，通常在机动进给精车外圆至近台阶 处时，以手动进给代替机动进给。当车至平面时，然 后变纵向进给为横向进给，移动中滑板由里向外慢慢 精车台阶平面，以确保台阶平面垂直轴心线。
车削台阶轴时的注意事项
1）台阶平面和外圆相交处要清角，防止产生凹坑和出 现小台阶。 2）车刀没有从里向外横向切削或车刀装夹主偏角小于 90°，以及刀架、车刀、滑板等发生移位会造成台阶平 面出现凹凸。 3）台阶工件的长度测量，应从一个基准面量起，以防 累积误差。 4）刀尖圆弧较大或刀尖磨损会使平面与外圆相交处出 现较大圆弧。 5）主轴没有停妥，不能使用量具进行测量。 6）使用游标卡尺进行测量时，卡脚应和测量面贴平， 以防卡脚歪斜产生测量误差。松紧程度要适当，以防过 紧或过松造成测量误差；取下时，应把紧固螺钉拎紧， 以防副尺移动，影响读数的正确。
数控车床编程及加工
若各部位精度相差很大，则精度接近的表面安排同一把刀走刀路线 内加工，并先加工精度较低的部位，最后再单独安排精度高的部位的 走刀路线。
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4、特殊的进给路线
在数控车削加工中，一般情况下，Z坐标轴方向的进给路线都是沿着坐标的负方 向进给的，但有时按这种常规方式安排进给路线并不合理，甚至可能车坏工件。
➢由X轴向Z轴倒角
格式：G01 X(U) K F ；
其中：X、U——图中b点的绝对值(增量)坐标。
K ——当向X轴正向倒角时为正值,反之,取负值。
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基本加工类指令
4、自动倒圆指令G01
➢由Z轴向X轴倒圆
格式：G01 Z(W) R
F；
其中：Z、W——图中b点的绝对值(增量)坐标。
R ——当向X轴正向倒角时为正值,反之,取负值。
G02/G03的判断
R值的正负
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基本加工类指令 R编程有几种 编程方式？
【例】G02/G03编程。 答：绝对编程： G02 X46.Z-15.078 R23. F0.2 ； 增量编程： G02 U26. W-15.078 R23. F0.2； 混合编程： G02 X46. W-15.078 R23. F0.2； G02 U26. Z-15.078 R23. F0.2；
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2、粗加工（或半精加工）进给 路线
➢常用的粗加工进给路线。（图a) ➢大余量毛坯的阶梯切削进给路线。(图b) ➢双向切削进给路线 。(图c）
a
b
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3、精加工进给路线
➢完工轮廓的连续切削进给路线。
在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时，其零件的完工轮廓应 由最后一刀连续加工而成 。
数控车床编程操作【全】
#§1-1 数控入门知识随着科学技术和社会生产和迅速发展，机械产品日趋复杂，对机械产品和质量和生产率的要求越来越高.在航天、造船、军工和计算机等工业中，零件精度高、形状复杂、批量小、经常改动、加工困难，生产效率低、劳动强度大,质量难以保证。
机械加工工艺过程自动化是适应上述发展特点的最重要手段.为了解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备-—-——-数控机床在这种情况下应运而生。
目前数控技术已做逐步普及，数控机床在工业生产中得到了广泛应用，已成为机床自动化的一个重要发展方向.1—1—1数控定义数控即数字控制（Numerical Control)，是数字程序控制的简称。
数控车床由数字程序控制车床简称；CNC表示计算机数控车床。
数控机床加工原理是把刀具与工件的运动坐标分成最小的单位量即最小位移量，由数控系统根据工件的要求，向各坐标轴发出指令脉冲，使各坐标移动若干个最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动,以完成零件的加工.数控的实质是通过特定处理方式下的数字信息（不连续变化的数字量）去自动控制机械装置进行动作，它与通过连续变化的模拟量进行的程序控制（即顺序控制），有着截然不同性质.由于数控中的控制信息是数字化信息，而处理这些信息离不开计算机，因此将通过计算机进行控制的技术通称为数控技术，简称数控。
这里所讲的数控，特指用于机床加工的数控（即机床数控)。
1—1-2 机床数控与数控机床机床数控是指通过加工程序编制工作，将其控制指令以数字信号的方式记录在信息介质上，经输入计算机处理后，对机床各种动作的顺序、位移量和速度实现自动控制的一门技术。
数控机床则是一种通过数字信息控制按给定的运动规律,进行自动加工的机电一体化新型加工装备。
§1—2 数控机床的用途分类1—2—1 数控车床的用途数控车床与卧式车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。
但是由于数控车床是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，所以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。
数控加工工艺与编程第六章
演讲人：何文
CONTENTS 目录
01 数控车床编程的特点和方法 02 数控车床的对刀 03 数控车床编程实例
6.1数控车床编程的特点和方法
第6章 数控车床的手工编程
数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。车削中心则可在一次装夹中完成更 多的加工工序，大大提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。通 过加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、螺纹和端面等工序的切削加 工，并能进行车槽、钻孔、铰孔等加工。 数控车床的编程特点
第6章 数控车床的手工编程
(3)有的机床具有主轴恒线速控制(G96)和恒转速控制(G97 )的指令功能，那么，对于 端面螺纹和锥面螺纹的加工来说，若恒线速控制有效，则主轴转速将是变化的，这样加工出 的螺纹螺距也将是变化的，所以，在螺纹加工过程中就不应该使用恒线速控制功能。从粗加 工到精加工，主轴转速必须保持一常数。否则，螺距将发生变化。
第6章 数控车床的手工编程
第6章 数控车床的手工编程
循环过程如图6-8所示X,Z为端平面切削终点坐标值，U,W端面切削终点相对循环 起点的坐标增量。
第6章 数控车床的手工编程
2 切削锥面循环时，编程格式:G94 x(U)_ z(W)_ K_ F 循环过程如图6-9所示，K为端面切削始点至终点位移在Z轴方向的坐标增量，图中轨 协K的方向是Z轴的负方向，值为负，反之为正。
⑤精车之前，如需换精加工刀具，则应注意换刀点的选择。批量小不换刀，批量大换刀。 ⑥a的定位:不要使第一刀切在毛坯表皮上，否则容易崩掉刀。可以允许a=毛坯直径。
第6章 数控车床的手工编程
}2)端面粗加工循环(U}2} (U72与G71均为粗加工循环指令，而G72是沿着平行于X轴进行切削循环加工的，适合加工斋类零件。 如图6-11所示，编程格式为
数控车床编程与操作
数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工。
4.1.2数控车床的组成数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。
与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机或步进电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现进给运动。
数控系统由NC单元及输入输出模块，操作面板组成。
1.数控车床的机械构成从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。
与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱、溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现运动，因而大大简化了进给系统的结构。
由于要实现CNC，因此，数控车床要有CNC装置电器控制和CRT操作面板。
图4-1所示为数控车床构成的各部分及其名称。
图4-1数控车床的构成(1)主轴箱图4-2为数控车床主轴箱的构造，主轴伺服电机的旋转通过皮带轮送刀主轴箱内的变速齿轮，以此来确定主轴的特定转速。
在主轴箱的前后装有夹紧卡盘，可将工件装夹在此。
图4-2数控车床主轴箱的构造(2)主轴伺服电机主轴伺服电机有交流和直流。
直流伺服电机可靠性高，容易在宽范围内控制转矩和速度，因此被广泛使用，然而，近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服电机作为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用起来。
(3)夹紧装置这套装置通过液压自动控制卡爪的开/合。
(4)往复拖板在往复拖板上装有刀架，刀具可以通过拖板实现主轴的方向定位和移动，从而同Z轴伺服电机共同完成长度方向的切削。
《数控车床编程与操作》课程标准
《数控车床编程与操作》课程标准《数控车床编程与操作》是数控技术专业核心课程、专业必修课程。
通过项目式方式，采取理实一体化方法，培养学生的数控车床操作,编程能力,熟悉数控机床的组成,工作原理和分类方法.掌握数控车床编程的步骤,方法,特点及应用场合.培养学生工作执行,工作组织,团队协作等能力。
三、设计思路1.以职业工作过程构建课程学习领域按数控机床操作工的制订工艺方案-零件编程操作加工-工件检验等工作过程确定行动领域,根据行动领域确定零件的数控编程,学习情境设计遵循从易到难,从简单到复杂的原则。
2课程设计理念与思想设计理念：课程贯彻校企合作,工学结合的职业教育课程理念.课程的项目源自格特拉克公司的产品加工。
3设计思路①在教学过程中，以“数控加工技术应用与操作能力的培养”为主线，以应用为目的，专业知识教学以“必需”和“够用”为度。
在训练中应以培养学生的综合运用知识和技能的能力为主，把进行全面的素质教育作为教学活动开展的基础，注重提高学生的实践能力和岗位就业竞争能力。
②采用理论实践一体化教学法和项目教学法；结合数控车床编程模拟操作软件辅助教学，使编程、仿真、加工一体化，以提高训练效率和安全性；结合中级数控车床操作工职业资格标准进行教学与强化训练。
③通过学生合作教学项目，培养团队合作精神.在教学中注重品质控制和质量管理方面素质养成与提高。
四、课程培养目标（-）专业能力培养目标1.掌握数控车床操作、编程、维护和保养技术，能处理一般的报警故障。
2.能看懂零件图和部件装配图，根据零件件的技术要求，制定一般零件的加工工艺规程。
3.能熟练使用工、夹具和测量仪器，对工件精度进行检测和调整。
4.熟练掌握数控车床的操作方法和步骤，能正确操作机床完成各种零件的加工。
5.掌握在工件加工过程中，对工件质量进行分析，分析产生误差、废品的原因，寻求解决方法。
6.能独立完成中等复杂程度工件的编程与加工。
（二）方法能力培养目标1.培养学生必要的政治素质。
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数控车床上成形面的编程与加工
在数控机床加工过程中，经常遇到工件轮廓是由圆弧和圆弧、圆弧和直线相切、相交而构成的一些成型面零件，如各类手摇柄、单球手柄、双球手柄及一些简单工艺品等。
对这些零件的加工，在普通机床上加工需要成形刀或靠操作者用双手同时操作完成，难度系数较大。
而运用数控车削技术加工成形面就显得容易得多，只需按照数控系统编程的格式及要求，编写出相应的圆弧插补程序段，就可实现对成形面的加工。
但在编写程序的过程中，基点或节点的计算相对而言，具有一定的难度，编程者可以选择手工编程或自动编程的方式来计算相关的基点或节点的坐标。
在手工编程中，对于简单的回转体零件，编程者可通过利用勾股定理、三角函数、平面几何等相关数学计算来得到基点坐标；对于复杂回转体零件的圆弧与圆弧相切、相交则要通过给定零件图的相关尺寸，采用解析几何列解方程来求解。
在自动编程中，编程人员需借助一定的软件，根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加工程序单，加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。
自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。
实现自动编程的CAM 软件常用的有UG PRO/E MASTERCAMCAXA等，可以实现多轴联动的自动编程并进行仿真模拟。
下面采用手工编程的方式介绍车削圆球体（图1）的具体步骤。
1工艺分析
1.1机床选择
根据工件的形状及结合学校的现有资源，选用FANUCO—i TA 系列的CK6132数控车床（前置刀架）进行本工件的加工。
1.2夹具选择
采用三爪自定心卡盘进行工件的定位与装夹。
1.3刀具选择
1）刀宽5 mm的切槽刀一一完成？20外圆槽的加工；2）带有断削槽的90°正偏刀——完成右半球的粗、精车削加工；3）带有断削槽的90°反偏刀——完成左半球的粗、精车削加工；4）45°端面刀——采用手动切削右端面。
1.4车削顺序
1）用三爪自定心卡盘夹持左端，棒料伸出卡爪外75 mm；2）用切槽刀以排切法从右到左车削加工？20外圆槽并车至？20.8 直径尺寸；3）采用G71 粗车循环法用90°反偏刀车削加工左半球；4）采用G72端面车削循环法用90°正偏刀车削加工右半球。
2数值计算
连接三角形OAE利用勾股定理求得：
OA==22 .91mm即：B 点坐标（20、47.91 ）。
3参考程序（用排刀法切槽程序略）
【FANUC 0i 系统】（工件坐标系设置在工件的右端面）O0063；
（T02 为二号反偏刀、T03 为三号正偏刀）
N10 T0202 ；（调二号反偏刀，确定坐标系）
N20 M03 S800 ；（主轴正转、转速800r/min ）
N25 G96 S100 ；（恒线速度有效，100m/min）
N30 G00 X58.0 Z —47.91 M08 ；（到左半球外圆切削循环点）
N40 G71 U1.2 R1.1 ；
N50 G71 P60 Q70 U0.8 W0.5 F0.2 ；
N60 G01 X20.0 ；（移动到精车起点处）
N70 G02 X50.0 W22.91 R25.0 ；
N80 G70 P60 Q70;（精车左半球外圆）
N90 G00 X100.0 ；
N100 Z100.0 M09 ;（到程序起点或换刀点位置）
N110 G97 S600 ;（取消恒线速度，设主轴600r/min ）
N120 T0303 ;（调三号正偏刀，确定坐标系）
N130 M03 S1000 ;（主轴正转、转速1000r/min ）
N140 G96 S100 ;（恒线速度有效，100m/min）
N150 G00 X58.0 Z2.0 M08 ;（到右半球外圆切削循环点）
N160 G72 W0.5 R1.2;
N170 G72 P180 Q200 U0.8 W0.4 F0.2 ;
N180 G00 Z—25.0 ；
N190 G01 X50.0 ；
N200 G02 X0 Z0 R25.0 ；
N210 G70 P140 Q160;（精车右半球外圆）
N220 G00 X100.0 ；
N230 Z100.0 M09 ;（到程序起点位置）
N240 G97 S600;（取消恒线速度，设主轴600 r / min ）
N250 M30 （程序结束并复位）
4注意事项
1 ）数控车床上车削成形面时要注意副切削刃的角度，不能与工件产生干涉；2）在球面上各点的斜率不同，所以在车削时要设定主轴线速度恒定，退刀后还应取消恒线速度。