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2011数控加工综合实践教材.pdf

发布时间：2022-04-20 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.75M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    数控加工综合实践 实验指导 杨明金 编 西南大学工程技术学院 2011 年 4 月
    目 录 第一章 数控车床编程与操作.....................................................................................................................2 1.1 概述...............................................................................................................................................2 1.1.1 数控车床的结构和功能.....................................................................................................2 1.1.2 CK6140 的设计特点和主要技术参数...............................................................................2 1.2 数控车床编程...............................................................................................................................3 1.2.1 数控车床编程基础.............................................................................................................3 1.2.2 数控车床编程.....................................................................................................................5 1.3 数控车床操作............................................................................................................................. 11 1.3.1 数控车床操作装置........................................................................................................... 11 1.3.2 数控车床基本操作...........................................................................................................13 1.3.3 数控车床编程软件操作...................................................................................................16 1.3.4 数控车床编程及操作练习 ...............................................................................................16 第二章 数控铣床编程与操作...................................................................................................................19 2.1 数控铣床概述.............................................................................................................................19 2.1.1 数控铣床的结构和功能 ...................................................................................................19 2.1.2 DM4600 的设计特点和主要技术参数............................................................................19 2.2 数控铣床编程.............................................................................................................................20 2.2.1 数控铣床编程基本知识 ...................................................................................................20 2.2.2 数控铣床编程...................................................................................................................21 2.3 数控铣床操作.............................................................................................................................27 2.3.1 数控铣床操作装置...........................................................................................................27 2.3.2 数控铣床基本操作...........................................................................................................28 2.3.3 数控铣床编程软件操作 ...................................................................................................32 2.3.4 数控铣床编程及操作练习 ...............................................................................................33 第三章 加工中心编程与操作...................................................................................................................35 3.1 加工中心概述.............................................................................................................................35 3.1.1 加工中心的结构和功能 ...................................................................................................35 3.1.2 DM4600 的设计特点和主要技术参数............................................................................35 3.2 加工中心编程.............................................................................................................................35 3.2.1 加工中心编程基本知识...................................................................................................35 3.2.2 加工中心编程...................................................................................................................36 3.2.3 宏指令编程.....................................................................................................................42 3.3 加工中心操作.............................................................................................................................45 3.3.1 加工中心操作装置...........................................................................................................45 3.3.2 加工中心基本操作...........................................................................................................45 3.3.3 加工中心编程软件操作...................................................................................................46 3.3.4 加工中心编程及操作练习 ...............................................................................................47 - - 1
    第一章 数控车床编程与操作 1.1 概述 1.1.1 数控车床的结构和功能 数控车床 CK6140 是在普通车床 C6140 的基础上，采用计算机控制和交流伺服电机驱动，卧式 布局，如图 1-1 所示。数控车床的刀架及滚珠丝杠直接由电动机驱动，取消了普通车床的进给箱、 溜板箱、挂轮架等，主轴采用变频调速，实现了开机状态下的无极调速，具有操作方便、结构紧凑、 外形美观、性能稳定、精度高、噪音低等特点。 图 1-1 数控车床 CK6140 外形结构图 机床配以高性能的华中数控世纪星 HNC-21T 数控系统，通过发出和接收信号控制交流伺服电 机、机床主轴、刹车和转位刀架。主轴通过变频器控制电机转速达到无级变速，进给速度可以任意 设定，从而实现由微电脑控制的自动化加工。该机床可以在自动、手动等方式下进行操作，具有半 自动对刀、刀具补偿和间隙补偿功能，配有硬件、软件限位等功能。 本数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧、 螺纹、成形面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，特别适合复杂形状回转体 零件的加工。 1.1.2 CK6140 的设计特点和主要技术参数 1. CK6140 的设计特点 （1）高精度 采用滚动丝杠传动方式，间隙小，定位精度高，最小设定单位 0.001mm，车床切 削粗糙度可达 Ra1.6。 （2）高效率 采用高速微处理器控制，交流伺服电机驱动，实现对零件的自动化加工，快移速 度高达 5m/min，效率比普通车床提高 4-l0 倍。 （3）高可靠性 华中数控世纪星 HNC-21T 数控系统采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式 工业 PC，采用国际标准 G 代码编程。配置 7.5in 彩色液晶显示屏，集成进给轴接口、主轴接口、手 - - 2
    持单元接口和内嵌式 PLC 接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序储存方式以及软驱、DNC、以太网 等程序交换功能。具有可靠性高、精度高、操作简单易学等特点，并设有各种自保护功能和自诊断 功能。 （3）长寿命 床身导轨选用耐磨铸铁经超音频淬火及精磨而成，床鞍及滑动面贴塑，能长久稳 定地保持机床工作精度。 2. CK6140 的主要技术参数 床身上最大回转直径 Φ410 横拖板上最大回转直径 Φ250 顶尖距离 750 床头箱主轴锥孔 莫氏 6# 床头箱主轴速度 75-2500 r/min 床头箱主轴孔径 Φ50 Z 轴最大行程 600 Z 轴最快移动速度 5000 mm/min Z 轴最小设定单位 0.001 Z 轴最大静力矩 6 N.m X 轴最大行程 185 X 轴最快移动速度 2500 mm/min X 轴最小设定单位 0.001 X 轴最大静力矩 6 N.m 尾架套筒行程 135 尾架套筒锥度 莫氏 4# 尾架套筒直径 Φ55 数控系统 HNC-21T+HSV-16 刀架 四工位电动自动转位刀架 主电机功率 5.5 kW 变频电机 刀架重复定位精度 ＜0.004 净重 1500 kg 1.2 数控车床编程 1.2.1 数控车床编程基础 1. 机床坐标轴 为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一的标准，规定直 线进给坐标轴用X、Y、Z表示，常称基本坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，如 图1-2所示，图中大母指的指向为X 轴的正方向，食指指向为Y 轴的正方向，中指指向为Z 轴的正 方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，以大母指 指向+X、+Y、+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A、+B、+C方向。 对车床而言，Z轴与主轴轴线重合，沿着Z 轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离；X 轴垂 直于Z 轴，对应于自动回转刀架的径向移动，沿X 轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离；Y 轴 （通常是虚设的）与X 轴和Z 轴一起构成遵循右手定则的坐标系统，如图1-3所示。 2. 机床坐标系与工件坐标系 1）机床坐标系、机床零点与机床参考点 机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，其坐标和运动方向视机床的种类和结构而定， - - 3
    如数控铣床、数控车床都有自己的坐标系。机床坐标系的原点也称机床原点或零点。这个原点在机 床设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系， 通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点。机床参考点可以与机床零点重合也可以不重 合，通过机床参数指定该参考点到机床零点的距离。如图1-4所示。机床工作时，各坐标轴先进行回 机床参考点的操作，就可建立机床坐标系。 数控机床的参考点有两个主要作用，一个是建立机床坐标系，如前所述，另一个是消除由于漂 移、变形等造成的误差。机床使用一段时间后，工作台会造成一些漂移，使加工有误差，回一次机 床参考点，就可以使机床的工作台回到准确位置，消除误差。所以在机床加工前，经常要进行回机 床参考点的操作。 +Y +B +Z＇ +X +Y +Z +X＇ +C +Z +X +A +Y＇ +X +A +B +C +Y +Z 图 1-2 机床坐标轴 图 1-3 数控车床坐标系 图 1-4 机床零点 OM 与机床参考点 Om 2）工件坐标系和程序原点 编程时一般是选择工件上的某一点作为程序原点（程序零点），并以这个原点作为坐标系的原点， 建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系 所取代。 程序原点的选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。对数控车床而 言，X 方向的原点一般选择在工件的轴心线上，Z 方向的原点一般选择在工件的前端面上。 加工开始时要设置工件坐标系，工件坐标系的建立和选择可用 G92 和 G54-G59 指令来完成。 - 4 -
    1.2.2 数控车床编程 1. 零件加工程序的结构 零件加工程序是由一个个程序段组成的，而一个程序段则是由若干个指令字组成。每个指令字 是控制系统的一个具体指令，它由指令字符（地址符）和数值组成，如图1-5所示。 图 1-5 零件的程序结构 华中数控世纪星HNC-21T的程序结构： 程序起始符：%（或O）符，%（或O）后跟程序号； 程序结束：M02 或M30； 注释符：括号( )内或分号；后的内容为注释文字。 程序段号的数码大小不影响执行顺序，程序段按输入顺序执行。程序段中不同的指令字符及其 后续数值确定了每个指令字的含义。在数控程序段中主要指令字符的含义，见表1-1。 表 1-1 指令字符一览表 机能 零件程序号 程序段号 准备机能 尺寸字 进给速度 主轴机能 刀具机能 辅助机能 补偿号 地址 %，O N G X，Y，Z A，B，C U，V，W R I，J，K F S T M 意义 程序编号：1-9999 程序段编号：N1-9999 指令动作方式(直线、圆弧等) G00-99 坐标轴的移动命令±99999.999 圆弧的半径 圆弧中心相对起点的增量坐标 进给速度的指定 F0-15000 主轴旋转速度的指定 S0-9999 刀具编号的指定 T00-T16 T0000-9999 机床侧开/关控制的指定 M0-99 H，D 刀具补偿号的指定 00-99 - 5 -
    暂停 P，X 暂停时间的指定 s 子程序号的指定 P1-9999 子程序和固定循环的重复次数 L2-9999 程序号的指定 重复次数 参数 P L P，Q，R 固定循环的参数 2. HNC-21T 数控系统的编程指令体系 1）准备功能G 代码 准备功能G 指令由G 后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标 系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。 （1）绝对值编程G90 与相对值编程G91 格式：G90 G91 说明：G90，绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的；G91，相对值编程， 每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。 绝对编程时，用G90 指令后面的X、Z表示X 轴、Z 轴的坐标值；增量编程时，用U、W或G91 指 令后面的X、Z 表示X 轴、Z 轴的增量值。 （2）坐标系设定 G92 格式：G92 X_ Z_ 说明：X、Z，对刀点到工件坐标系原点的有向距离。设定机床坐标系与工件坐标系的关系，执 行该指令只建立一个坐标系，刀具并不产生运动。 （3）快速点定位 G00 格式：G00 X（U）_ Z（W）_ 说明：X、Z，绝对编程时，快速定位终点在工件坐标系中的坐标；U、W，增量编程时，快速 定位终点相对于起点的位移量。刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程 序段指令的定位目标点，快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用F规定。 G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。 （4）直线插补 G01 格式：G01 X（U）_ Z（W）_ F_ 说明：X、Z，绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标；U、W，增量编程时终点相对于起点的 位移量；F，合成进给速度。刀具以联动的方式，按F 规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线 （联动直线轴的合成轨迹为直线）移动到程序段指令的终点。 （5）圆弧插补 G02、G03 格式：G02（G03） X（U）_ Z（W）_I_ K_(R_) F_ G02（G03） X（U）_ Z（W）R_ F_ 说明：G02，顺时针圆弧插补；G03，逆时针圆弧插补；X、Z，绝对编程时，圆弧终点在工件 坐标系中的坐标；U、W，增量编程时，圆弧终点相对于圆弧起点的位移量；I、K，圆心相对于圆 - 6 -
    弧起点的增加量（等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标），在绝对、增量编程时都是以增量方式指 定，在直径、半径编程时I 都是半径值；R，圆弧半径；F，被编程的两个轴的合成进给速度。 圆弧顺、逆方向判断：沿圆弧所在平面垂直坐标轴向负方向观察，刀具相对于工件的移动方向 为顺时针时用 G02 指令，逆时针时用 G03 指令。 R 参数不能描述整圆，整圆时只能用 I、J、K 指定圆心；小于 180∘的圆弧 R 取正，大于 180∘ 的圆弧 R 取负。 （6）暂停指令 G04 格式：G04 P_ 说明：P，暂停时间，单位为s。G04为非模态指令，仅在其被规定的程序段中有效。在前一程序 段的进给速度降到零之后才开始暂停动作。在执行含G04指令的程序段时，先执行暂停功能。G04 可使刀具作短暂停留，以获得圆整而光滑的表面。该指令除用于切槽、钻镗孔外，还可用于拐角轨 迹控制。 例1 如图1-6所示球头面，编写程序（按轮廓轨迹编程）。 图1-6 球头面编程 程序清单： %0001 N1 G92 X40 Z5 （设立坐标系，定义对刀点的位置） N2 M03 S400 （主轴以400 r/min 旋转） N3 G00 X0 （到达工件中心） N4 G01 Z0 F60 （工进接触工件毛坯） N5 G03 U24 W-24 R15 （加工R15 圆弧段） N6 G02 X26 Z-31 R5 （加工R5 圆弧段） N7 G01 Z-40 （加工Φ26 外圆） N8 X40 Z5 （回对刀点） N9 M30 （主轴停、主程序结束并复位） （7）螺纹切削G32 - 7 -
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