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数控加工工艺

杨娜

1 课程介绍课程定位及学习内容
- 1.1 数控加工工艺概述
2 金属切削基础
- 2.1 切削运动，切削表面及切削用量
  - 2.1.1 微课视频资源
- 2.2 切削层
- 2.3 金属切削刀具
  - 2.3.1 刀具切削部分的组成
  - 2.3.2 刀具的几何角度标注
- 2.4 金属切削规律
  - 2.4.1 切削变形
  - 2.4.2 切削力及切削温度
  - 2.4.3 切屑的形成及种类
  - 2.4.4 材料的切削加工性能
  - 2.4.5 切削用量和切削液的合理选择
- 2.5 刀具几何参数的合理选择
- 2.6 刀具的磨损，破损及耐用度
3 数控刀具
- 3.1 数控刀具材料及选择
4 工件的装夹
- 4.1 夹具及分类及定位原理
- 4.2 定位基准的分类及选择
- 4.3 定位元件及定位方式
- 4.4 定位误差的计算
- 4.5 工件的夹紧装置
5 数控加工工艺基础
- 5.1 机械加工过程基本概念
- 5.2 加工质量
- 5.3 机械加工工艺规程的制定
- 5.4 工序尺寸的确定
6 数控车削加工工艺分析
- 6.1 数控车削加工工艺分析基础
- 6.2 数控车削加工零件图纸
7 数控加工工艺与编程
- 7.1 模块一数控车削加工工艺与编程
  - 7.1.1 项目一数控车削加工工艺设计
    - 7.1.1.1 项目导入
    - 7.1.1.2 学习任务
      - 7.1.1.2.1 数控车床类型及加工对象
      - 7.1.1.2.2 零件图工艺分析
      - 7.1.1.2.3 加工工艺路线拟定
      - 7.1.1.2.4 零件的定位与装夹
      - 7.1.1.2.5 加工刀具及其选用
      - 7.1.1.2.6 数控车削切削用量选择
      - 7.1.1.2.7 加工工艺规程编制
    - 7.1.1.3 项目实施
      - 7.1.1.3.1 零件图工艺分析
      - 7.1.1.3.2 加工工序及进给路线拟定
      - 7.1.1.3.3 零件的定位与装夹
      - 7.1.1.3.4 刀具选用
      - 7.1.1.3.5 切削用量选择
      - 7.1.1.3.6 加工工艺规程编制
    - 7.1.1.4 项目实训
      - 7.1.1.4.1 拓展提升
      - 7.1.1.4.2 实训指导
  - 7.1.2 项目二阶梯轴加工工艺与编程
    - 7.1.2.1 项目导入
    - 7.1.2.2 学习任务
      - 7.1.2.2.1 阶梯轴加工工艺设计
      - 7.1.2.2.2 数控系统功能指令
      - 7.1.2.2.3 快速点定位指令（G00）
      - 7.1.2.2.4 直线插补指令（G01）
      - 7.1.2.2.5 外径/内径单一循环指令（G90）
      - 7.1.2.2.6 端面车削循环指令（G94）
    - 7.1.2.3 项目实施
      - 7.1.2.3.1 工艺分析
      - 7.1.2.3.2 编制加工程序
    - 7.1.2.4 项目实训
      - 7.1.2.4.1 拓展提升
    - 7.1.2.5 德技融合
  - 7.1.3 项目三螺纹轴加工工艺与编程
    - 7.1.3.1 项目导入
    - 7.1.3.2 学习任务
      - 7.1.3.2.1 螺纹轴加工工艺特点
      - 7.1.3.2.2 复合循环指令（G71/G70）
      - 7.1.3.2.3 螺纹加工指令（G32/G92）
    - 7.1.3.3 项目实施
      - 7.1.3.3.1 工艺分析
      - 7.1.3.3.2 编制加工程序
    - 7.1.3.4 项目实训
      - 7.1.3.4.1 拓展提升
    - 7.1.3.5 德技融合
  - 7.1.4 项目四圆弧面零件加工工艺与编程
    - 7.1.4.1 项目导入
    - 7.1.4.2 学习任务
      - 7.1.4.2.1 圆弧面零件加工工艺特点
      - 7.1.4.2.2 圆弧插补指令（G02/G03）
      - 7.1.4.2.3 刀尖圆弧半径补偿
      - 7.1.4.2.4 固定形状复合循环指令（G73/G70）
    - 7.1.4.3 项目实施
      - 7.1.4.3.1 工艺分析
      - 7.1.4.3.2 编制加工程序
    - 7.1.4.4 项目实训
      - 7.1.4.4.1 拓展提升
    - 7.1.4.5 德技融合
  - 7.1.5 项目五盘套类零件加工工艺与编程
    - 7.1.5.1 项目导入
    - 7.1.5.2 学习任务
      - 7.1.5.2.1 盘套类零件加工工艺特点
      - 7.1.5.2.2 端面粗加工复合循环指令（G72）
      - 7.1.5.2.3 钻孔循环指令（G74）
    - 7.1.5.3 项目实施
      - 7.1.5.3.1 工艺分析
      - 7.1.5.3.2 编制加工程序
    - 7.1.5.4 项目实训
      - 7.1.5.4.1 拓展提升
    - 7.1.5.5 德技融合
- 7.2 模块二数控铣削加工工艺与编程
  - 7.2.1 项目六数控铣削加工工艺设计
    - 7.2.1.1 项目导入
    - 7.2.1.2 学习任务
      - 7.2.1.2.1 数控铣床类型及加工对象
      - 7.2.1.2.2 零件图工艺分析
      - 7.2.1.2.3 数控铣削零件工工艺路线拟定
      - 7.2.1.2.4 零件的定位与装夹
      - 7.2.1.2.5 数控铣削加工刀具及其选用
      - 7.2.1.2.6 数控铣削切削用量选择
      - 7.2.1.2.7 加工工艺规程编制
    - 7.2.1.3 项目实施
      - 7.2.1.3.1 零件图工艺分析
      - 7.2.1.3.2 零件的装夹与定位基准
      - 7.2.1.3.3 加工工序及进给路线拟定
      - 7.2.1.3.4 工艺装备与刀具选择
      - 7.2.1.3.5 切削用量选择
      - 7.2.1.3.6 加工工艺规程编制
    - 7.2.1.4 项目实训
      - 7.2.1.4.1 拓展提升
    - 7.2.1.5 德技融合
  - 7.2.2 项目七外轮廓零件加工工艺与编程
    - 7.2.2.1 项目导入
    - 7.2.2.2 学习任务
      - 7.2.2.2.1 平面铣削加工工艺特点
      - 7.2.2.2.2 数控铣削系统功能指令
      - 7.2.2.2.3 工件坐标系指令G92/G54－G59
      - 7.2.2.2.4 绝对与增量坐标指令G90/G91
      - 7.2.2.2.5 刀具补偿指令G41/G42
    - 7.2.2.3 项目实施
      - 7.2.2.3.1 工艺分析
      - 7.2.2.3.2 编制加工程序
    - 7.2.2.4 项目实训
      - 7.2.2.4.1 拓展提升
    - 7.2.2.5 德技融合
  - 7.2.3 项目八型腔类零件加工工艺与编程
    - 7.2.3.1 项目导入
    - 7.2.3.2 学习任务
      - 7.2.3.2.1 型腔类零件加工工艺特点
      - 7.2.3.2.2 子程序指令（M98/M99）
    - 7.2.3.3 项目实施
      - 7.2.3.3.1 工艺分析
      - 7.2.3.3.2 编制加工程序
    - 7.2.3.4 项目实训
      - 7.2.3.4.1 拓展提升
    - 7.2.3.5 德技融合
  - 7.2.4 项目九孔系零件加工工艺与编程
    - 7.2.4.1 项目导入
    - 7.2.4.2 学习任务
      - 7.2.4.2.1 孔零件加工工艺特点
      - 7.2.4.2.2 孔加工固定循环指令（G81/G80）
      - 7.2.4.2.3 深孔啄钻固定循环指令（G83）
    - 7.2.4.3 项目实施
      - 7.2.4.3.1 工艺分析
      - 7.2.4.3.2 编制加工程序
    - 7.2.4.4 项目实训
      - 7.2.4.4.1 拓展提升
    - 7.2.4.5 德技融合
- 7.3 微课视频
  - 7.3.1 阶梯轴加工工艺与程序编制
  - 7.3.2 阶梯轴加工机床操作
  - 7.3.3 阶梯轴加工精度控制
- 7.4 技能题库
  - 7.4.1 数控技术专业技能题库
    - 7.4.1.1 数控车削加工零件图
    - 7.4.1.2 数控铣削加工零件图

数控系统功能指令

[学习目标]

1、知识目标：掌握数控系统中常用指令以及各指令代码含义

2、情感目标：培养严谨细致、认真钻研、创新等工匠精神

3、能力目标：培养独立分析问题和解决问题的能力

[理论知识]

不同的数控系统，其指令的功能不同，编程时需要参考机床制造厂的编程说明书。我们这里介绍以FANUC 0i Mate TC系统的编程指令，国内华中数控系统和广州数控系统都适用。

一、准备功能(G指令)

1、指令功能与格式

准备功能是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。G代码由地址G和后面的两位数字组成，常用的从G00～G99共100种。其G指令见教材表1。

G代码			组	功能
A	B	C	组	功能
* G00	* G00	* G00	01	定位（快速）
G01	G01	G01		直线插补（切削进给）
G02	G02	G02		顺时针圆弧插补
G03	G03	G03		逆时针圆弧插补
G04	G04	G04	00	暂停
G10	G10	G10		可编程数据输入
G11	G11	G11		可编程数据输入方式取消
* G18	* G18	* G18	16	ZPXP平面选择
G20	G20	G70	06	米制输入
G21	G21	G71	06	公制输入
* G22	* G22	* G22	09	存储行程检查接通
G23	G23	G23	09	存储行程检查断开
G27	G27	G27	00	返回参考点检查
G28	G28	G28		返回参考位置
G30	G30	G30		返回第2、第3和第4参考点
G31	G31	G31		跳转功能

G32	G33	G33	01	螺纹切削
G34	G34	G34	01	变螺距螺纹切削
* G40	* G40	* G40	07	刀尖半径补偿取消
G41	G41	G41		刀尖半径补偿左
G42	G42	G42		刀尖半径补偿右
G50	G92	G92	00	坐标系设定或最大主轴速度设定
G50.3	G92.1	G92.1		工件坐标系预置
G52	G52	G52		局部坐标系设定
G53	G53	G53		机床坐标系设定
* G54	* G54	* G54	14	选择工件坐标系1
G55	G55	G55		选择工件坐标系2
G56	G56	G56		选择工件坐标系3
G57	G57	G57		选择工件坐标系4
G58	G58	G58		选择工件坐标系5
G59	G59	G59		选择工件坐标系6
G65	G65	G65	00	宏程序调用
G66	G66	G66	12	宏程序模态调用
* G67	* G67	* G67	12	宏程序模态调用取消

G70	G70	G72	00	精加工循环
G71	G71	G73		粗车外圆循环
G72	G72	G74		粗车端面循环
G73	G73	G75		多重车削循环
G74	G74	G76		排屑钻端面孔循环
G75	G75	G77		外径/内径钻孔循环
G76	G76	G78		螺纹切削复合循环
G90	G77	G20	01	外径/内径车削循环
G92	G78	G21		螺纹切削循环
G94	G79	G24		端面车削循环
G96	G96	G96	02	恒表面切削速度控制
* G97	* G97	* G97	02	恒表面切削速度控制取消
G98	G94	G94	05	每分钟进给
* G99	* G95	* G95	05	每转进给
—	* G90	* G90	03	绝对值编程
—	G91	G91	03	增量值编程
—	G98	G98	11	返回到起始平面
—	G99	G99	11	返回到R平面

对于不同的数控系统和机床，表中所列的G代码可能并不全适用，所以一定要参考机床和数控系统参考手册加以确认。G代码有两种：模态代码和非模态代码。模态代码又称续效代码，一经在一个程序段中指定，便保持到以后程序段中直到出现同组的另一代码时才失效。非模态代码只有在所出现的程序段有效。

二、辅助功能(M功能)

辅助功能是用地址M及两位数字表示的。它主要用来表示机床操作时各种辅助动作及其状态，如主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关、工件或刀具的夹紧或松开等功能。辅助功能代码及其功能见表2。

代码	功能	代码	功能
M00	程序停止	M24	取消M23指令
M01	计划停止	M30	程序结束并返回到程序头
M02	程序结束	M40	主轴空挡
M03	主轴正转	M41	主轴低速
M04	主轴反转	M42	主轴高速
M05	主轴停止	M68	夹头紧
M08	切削液开	M69	夹头松
M09	切削液关	M70	接手伸出
M19	主轴定向停止	M71	接手退回、自动送料
M20	机器人工作启动	M98	调用子程序
M23	车螺纹45°倒角退刀	M99	子程序结束并返回主程序

以下几种为常用M代码：

1、程序停止指令（M00）

M00实际上是一个暂停指令。当执行有M00指令的程序段后，主轴停转、进给停止、切削液关、程序停止。程序运行停止后，模态（续效）信息全部被保存，利用机床的“程序启动”键，便可继续执行后续的程序。该指令经常用于加工过程中测量工件的尺寸、工件调头、手动变速等操作。

2、程序结束指令（M02、M30）

该指令用在程序的最后一个程序段中。当全部程序结束后，用此指令可使主轴、进给及切削液全部停止，并使数控机床复位。M30与M02基本相同，但M30能自动返回程序起始位置，为加工下一个工件作好准备。

3、与主轴有关的指令（M03、M04、M05）

M03表示主轴正转，M04表示主轴反转。所谓正转，是从主轴向Z轴正向看，主轴顺时针转动；而主轴反转时，观察到的转向则相反。M05为主轴停止，它是在该程序段其他指令执行完以后才执行的。

4、换刀指令（M06）

M06是手动或自动换刀指令，它不包括刀具选择功能，但兼有主轴停转和主轴定向的功能。

5、与切削液有关的指令（M07、M08、M09）

M07为2号切削液（雾状）开，M08为1号切削液（液状）开，M09为切削液关。

三、主轴功能(S功能)

主轴功能用于指定机床主轴的转速大小，用地址S和其后的数字组成。其后数值表示主轴转速值。S功能与G96、G97和G50配合使用，可以进行恒线速度控制、恒线速取消和主轴最高速度限定控制。

1、恒线速度控制(G96)

编程格式：G96 S_

S后面的数字表示的是恒定的线速度(m/min)。

如图1所示，用G96 S150指令加工Ф80、Ф60、Ф40三段不同轴颈时，其切削点线速度为150m/min，而主轴转速分别为：

n=597r/min；n=795r/min；n=1193r/min。

2、恒线速取消(G97)

编程格式：G97 S_

S后面的数值表示恒线速度控制取消后的主轴每分钟的转数（单位为r/min）。

3、主轴最高速度限定(G50)。

编程格式：G50 S_

指令功能是用S指定的数值设定主轴的最高转速。如G50 S2000表示最高转速限定为2000r/min。

四、进给功能 (F功能)

进给功能用于指定刀具中心运动时的进给速度，用地址F和其后的数字组成。

1、每转进给量(G99)

编程格式：G99 F_

进给量的单位为mm/r。如: G99 F0.2，表示进给量为0.2mm/r。

2、每分钟进给量(G98)

编程格式：G98 F_

进给量的单位为mm/min。如：G98 F200 表示进给量为200mm/min。

3、指令使用说明：

（1）编写程序时，第一次编写直线(G01)或圆弧(G02/G03)插补指令时，必须编写F指令，否则，CNC采用F0。

（2）G98、G99均为模态指令，实际切削进给的速度可由操作面板上的进给倍率修调旋钮在0%～150%之间来调节，但螺纹切削时无效。

五、刀具功能 (T功能)

刀具功能用于指定加工所用刀具和刀具补偿号，用地址T和其后的两位数字或四位数字组成。

1、编程格式

2、指令使用说明

T后面是两位数的，表示所选刀具号码；T后面是4位数字的，前两位是刀具号，后两位是刀具补偿号。例如，T0202表示选用2号刀及2号刀具长度补偿和刀尖圆弧半径补偿号。T0200 表示取消刀具补偿。

六、工件坐标系设定

1、工件坐标系的设定（G50）

G50指令是规定工件坐标系原点的指令，编程格式如下：

G50X（α）Z（β）；

其中α、β分别为刀尖距工件坐标系原点在X向和Z向上的距离。

用G50指令所建立的坐标系，是一个以工件原点为坐标系原点，确定刀具当前所在位置的一个工件坐标系。通常把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面或右端面上，或是卡盘端面上，尽量使编程基准其与设计、安装基准重合。

如下图2所示，就是将Z坐标原点设在3个不同的位置上，程序见下表。

图2 零件上的坐标原点设置

Z坐标零点位置	设在工件左端面	设在工件右端面	设在卡盘端面
程序	G50X200.0 Z263.0	G50X200.0 Z123.0	G50X200.0 Z253.0
刀尖距原点距离	X＝100 ，Z＝263	X＝100，Z＝123	X＝100 ，Z＝253

2、工件坐标系的选择（G54～G59）

为了编程方便，许多CNC系统容许预先建立多个工件坐标系供随时选用，如在FANUC 0i Mate—TB系统中，用MDI面板可预先设定6个坐标系，从G54到G59中指定一个G代码，即可以从工件坐标系1到6中选择一个。工件坐标系是在机床通电后执行了返回参考点操作时建立的，通电时，自动选择从G54坐标系。

如图3，此例为选择工件坐标系2。

G55 G00 X100.0 Z40.0；

（快速定位到工件坐标系2中的X＝100.0，Z=40.0位置）

图3 工件坐标系2

[章节测验]

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