作者：张奇丽
出版社：重庆大学出版社
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数控车削加工试读：
前言
随着数控机床的发展和普及，社会需要大批数控机床的编程与操作人员，本教材就是为了适应这一需要，根据中等职业学校数控技术应用专业领域技能型紧缺人才培养培训指导方案，特别是核心教学与训练项目基本要求以及人力资源和社会保障部制定的有关国家职业标准相关的职业技能鉴定规范，编写而成。
就数控车削技术的教学和培训而言，本书具有实用价值。它以培养学生综合职业能力为核心，注重学生自主学习能力的培养，教材的编写采用项目和任务的形式，按照企业生产过程进行编写，特别注重每个活动的评价，及时反馈学生的学习效果，努力实现“教、学、做”融为一体，本书重点介绍广州数控系统的程序编制方法和数控机床的操作。通过本书的学习，使读者能掌握数控车工程序的编制和数控车床的操作；了解企业的生产流程，通过掌握本书的数控车床编程及操作方法，为进一步掌握其它类型的数控机床的操作方法打下良好基础。
本书内容丰富，图文并茂，通俗易懂，采用活页设计，教师可以根据教学需要将评价表拆下来进行综合评价及存档，既注重实践教学环节，又同时兼顾理论知识，旨在培养既能编制程序又能操作数控机床，同时又掌握一定的理论知识的实用性人才。本书主要针对广州数控车床（GSK—980TD），其他系统可以参考。
本书由张奇丽担任主编，李豪杰、胡建担任副主编，郭国庆担任主审。具体分工如下：项目一由胡建编写，项目二由李豪杰编写，项目三、项目四及全书的活动评价表由张奇丽编写，项目五由张忠明编写，曹阳负责全书的实体图绘制。
在教材的调研、编写过程中得到了江苏盐城技师学院徐国权、陈亚岗、许洪伟，重庆五一技师学院谢安京，福建经贸学校林崇文，湖南工贸技师学院宋炜华，福建铁路机电学校程锦辉，长安工业高级技师邹强及各部门领导和老师的大力支持，在此表示衷心感谢。
由于时间紧，经验不足，教材难免有疏漏之处，望请各位同仁批评指正。编 者2014年8月项目一 数控车床操作基础学习任务一 数控车床操作【学习目标】
1．了解数控车工在机械加工中的作用，明确数控车工实习的性质和任务。
2．了解机械零件生产的过程。
3．了解数控车床实习场地及有关机器设备，了解数控车床基本操作的内容。
4．能进行数控车床程序的编辑并模拟加工。
5．能熟练操作数控车床，清楚各个键的功能及用途。
6．熟悉生产现场的“6S”管理。
7．会进行生产现场的“6S”管理。
8．能够参与交流老师设定的主题，学会观察比较。【建议学时】
18学时。学习活动一 数控车床的操作学习过程【知识学习】一、数控车床安全操作规程
数控车床具有较高的技术含量，在操作上要比普通机床复杂，需要严格按照操作规程操作，才能保证机床正常运行。作为一个熟练的操作人员，必须在了解零件的要求、工艺路线、机床特性后，方可操作机床完成各项加工任务。
数控车床操作安全文明规定如下：
①进入数控实习场以后，应服从安排，听从指挥，不得擅自启动或操作数控车床系统。
②开车前，应该仔细检查机床各部分机构是否完好，各传动手柄、变速手柄的位置是否正确。
③操作数控机床时，对各按键及开关的操作不得用力过猛，更不允许用扳手或其他工具进行操作。
④进入岗位前必须按规定穿戴好劳动用品，进入实习场内严禁穿高跟鞋、拖鞋、凉鞋、短裤、裙子，严禁戴头巾和围巾；严禁赤脚、赤膊，严禁敞胸露怀。
⑤下班前必须清理现场，关闭电源。
⑥严格执行交接班制度，做好交接班记录。
⑦实行定期维护和保养制度，保证机床安全运行。二、操作前的注意事项
①零件加工前，一定要先检查机床的正常运行。
②在操作机床前，应仔细检查输入的数据，以免引起误操作。
③确保指定的进给速度与操作所需要的进给速度相适应。
④当使用刀具补偿时，应仔细检查补偿方向与补偿量。
⑤不要随意修改参数，如要修改，请一定仔细阅读使用说明书。三、机床操作过程中的安全操作
①手动操作，要确定刀具和工件当前的位置并保证正确指定了运动轴、方向和进给速度。
②手动返回参考点。机床通电后，请务必先执行手动返回参考点。如果机床没有执行手动返回参考点操作，机床的运动不可预料。
③工件坐标系。手动移动坐标时，一定要看清楚坐标轴的方向和手动速率。
④试运行。一定要确认机床是否锁住，以防程序出错，损坏机床。
⑤自动运行。机床在自动执行程序时，操作人员不得撤离岗位，要密切注意机床、刀具的工作状况，根据实际加工情况调整加工参数。一旦发生意外情况，应立即停止机床动作。四、与编程相关的安全操作
①坐标系的设定。如果没有设置正确的坐标系，尽管指令是正确的，但机床可能并不按想象的动作运动。
②刀具补偿功能。在补偿功能模式下，发生基于机床坐标系的运动命令或参考点返回命令，补偿就会暂时取消，这可能会导致机床不可预想的运动。五、机床关机时的注意事项
①确认工件已加工完毕。
②确认机床的全部运动均已完成。
③检查刀具是否已取下。
④检查工作台面是否已清洁。
⑤关机要求先关功放再关电源。【知识测试】
判断题（每题10分，对的打√，错的打×）
1．操作前应穿好工作服，戴好工作帽。（ ）
2．天冷时，操作中可以围围巾，可以戴手套。（ ）
3．如果不太会操作机床，可以两人同时操作一台机床。（ ）
4．如果天气太热，可以穿凉鞋和短裤。（ ）
5．认真输入程序后，不必检查，马上就可以开始加工了。（ ）
6．在不太清楚操作步骤的情况下，可进行尝试性操作。（ ）
7．在数控加工中，启动加工程序时，不必检查各手柄的位置。（ ）
8．数控机床中的参数操作者可以随意进行改动。（ ）
9．在程序运行过程中操作者应随时监视显示装置，发现报警信号时，应及时停机排除故障。（ ）
10．清除切屑时，要使用一定的工具，应当注意不要被切屑划破手脚。（ ）
11．测量工件时，必须在机床停止状态下进行。（ ）【知识学习】
熟练操作机床面板
1．了解数控车床的坐标系
数控车床的坐标系如图1.1和图1.2所示。图1.1 右手笛卡尔坐标系图1.2 卧式车床
2．了解数控车床的组成
数控车床的组成如图1.3所示。图1.3 数控车床的组成【技能训练】
每组每名学生都要单独进行面板操作学习，注意的是：不能两个人同时操作。学生在操作中注意操作步骤，还要注意输入程序的正确性和时间，练习好后再进行操作测试。【操作测试】
①开、关机，机床坐标的回零。
②编辑方式下的程序输入、修改、插入、删除。
③手动方式下的主轴变速、换刀、坐标移动。
④MDI方式下的位置速度控制。
⑤录入方式下的参数修改。
⑥手轮的操作。
测试评分标准如下：50段左右的标准程序10min及格 60分9min70分8min80分7min90分6min及以下 100分学习活动一综合评价表学习活动二 生产现场的“6S”管理学习过程【知识学习】一、熟悉什么是“6S”管理“6S”管理项目如图1.4所示。图1.4 “6S”管理项目
•整理的“三清”原则：
清理——区分需要品和不需要品。
清除——清不需要品。
清爽——按属别管理需要品。
•整理的要点：丢弃时要有魄力。
•整理的境界：塑造清爽的工作环境。
•清扫厉行“三扫”原则：
扫漏（溢出物）
扫黑（落下物）
扫怪（不对劲之处）
•清扫的境界：塑造干净的工作场所。
•清洁厉行“三不”原则：
不制造脏乱
不扩散脏乱
不恢复脏乱
•清洁的境界：塑造洁净的工作场所。
•素养厉行“三守”原则：
守纪律
守时间
守标准
•素养的境界：塑造守纪的工作场所。二、为什么要进行“6S”管理
①降低安全事故发生的概率。例如，通道上不允许摆放物料，保证了通道的畅通，从而降低安全事故发生的可能性。
②节省寻找物料的时间，提升工作效率。在“6S”管理的整顿环节，其金牌标准是30s内就能找到所需的物品。
③降低在制品的库存。“6S”管理要求将与生产现场有关的物料都进行定置定位，并且标识企业内唯一的名称、图号、现存数量，最高与最低限量等，这就使得在制品的库存量始终处于受控状态，并且能够满足生产的需要，从而杜绝了盲目生产在制品的可能性。
④保证环境整洁，现场宽敞明亮。其结果使得生产现场利用空间增大，环境整洁明亮。
⑤提升员工归属感。“6S”管理的实施可以为员工提供一个心情舒畅的工作环境，在这样一个干净、整洁的环境中工作，员工的尊严和成就感可以得到一定程度的满足，从而提升员工的归属感，使员工更加敬业爱岗。【技能训练】
进行生产现场的“6S”管理
要求：人人动手，各负其责。经过“6S”管理后的效果如图1.5所示。图1.5 经过“6S”管理后的车间和货架学习活动二综合评价表学习任务二 数控车床编程基础【学习目标】
1．掌握数控编程的内容及步骤。
2．掌握绝对值和增量值编程的方法。
3．掌握数控加工工艺的编制方法及加工工艺卡片的填写。了解数控编程的概念。
4．会编制数控车床的加工程序。
5．能用CAXA软件绘制零件图样。
6．会填写加工工艺卡。
7．能独立阅读生产任务单，明确工时、加工数量等要求，说出所加工零件的用途、功能和分类。
8．能主动获取有效信息，展示工作成果，对学习和工作进行总结反思，能与他人合作并进行有效沟通。【建议学时】
18学时。学习活动一 数控车床的编程基础学习过程【知识学习】一、数控编程的概念内容及步骤
数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。数控编程有手工编程和自动编程两种方法。总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。二、编程的方法
编程的方法一般分两种：手工编程和自动编程。
1．手工编程
从分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；程序输入和程序校验均由人工完成，称为手工编程。但对于形状复杂，特别是非圆曲线等零件，用手工编程就很困难，出错的概率将增大，甚至无法编出程序，对编程者的要求较高。
2．自动编程
自动编程就是利用编程软件编制数控加工程序。例如，常用CAXA／UG等。三、程序的结构和格式
1．程序结构
数控程序由程序号、程序内容和程序结束段组成。例如：
程序号：
O0001
程序内容：
N001 G00 X40.0 Y30.0；
N002 G00 X28.0 T0101 S800 M03；
N003 G01 X-8.0 Y8.0 F200；
N004 X0 Y0；
N005 X28.0 Y30.0；
N006 G00 X40.0；
程序结束段：
N007 M30；（1）程序号
采用程序号地址码区分存储器中的程序，不同数控系统程序编号地址码不同，如日本FANUC6数控系统采用O作为程序编号地址码；美国的AB8400数控系统采用P作为程序编号地址码；德国的SMK8M数控系统采用％作为程序编号地址码等。（2）程序内容
程序内容部分是整个程序的核心，由若干个程序段组成，每个程序段由一个或多个指令字构成，每个指令字由地址符和数字组成，它代表机床的一个位置或一个动作，每一程序段结束用“；”号。（3）程序结束段
以程序结束指令M02或M30作为整个程序结束的符号。
2．程序段格式
每个程序段是由程序段编号以及若干个指令（功能字）和程序段结束符号组成。N，G，X，Z，I，K，S，M，T，R，F，；为地址码。
N——程序段地址码，用来制订程序段序号。
G——准备功能地址码。
X，Z——坐标轴地址码，其后面数据字表示刀具在该坐标轴方向应移动的距离。
I，K——圆心坐标，表示圆心到圆弧起点的距离。
S——表示主轴的转速。
M——辅助功能字。
T——刀具功能字。
R——表示圆弧的半径或锥度中的半径差。
F——进给速度地址码，其后面数据字表示刀具进给速度值，F100表示进给速度为100mm／min。
；——程序段结束码，与“NL”“LF”或“CR”“*”等符号含义等效，不同的数控系统规定有不同的程序段结束符。
FANUC系统常用准备功能字一览表见表1.1。表1.1 常用准备功能字一览表
注：①打▲的为开机默认指令。②00组G代码都是非模态指令。③不同组的G代码能够在同一程序段中指定。如果同一程序段中指定了同组G代码，则最后指定的G代码有效。④G代码按组号显示，对于表中没有列出的功能指令，请参阅有关厂家的编程说明书。【自主学习】
查阅资料，学习有关机床坐标系及坐标方向的内容。
①数控机床常采用什么坐标系？大拇指、食指和中指分别表示什么坐标？
__________________________________________
②机床原点、参考点（见图1.6）的概念：__________
__________________________________________图1.6 数控机床的原点与参考点
③在表1.2中填写辅助编程指令的格式及用途。表1.2 辅助编程指令的格式及用途序号指令名称指令格式用途 1程序暂停 2主轴正转 3主轴反转 4主轴停止 5程序结束 6刀具指令 7主轴转速指令 8冷却液开进给功能（每分钟进 9给）进给功能（每转进 10给）【知识学习】
编程指令如下：
1．G00快速点定位
格式：
G00 X（U）__ Z（W）__；
示例如图1.7所示。图1.7 快速点定位
绝对值编程（A—B）：
G00 X30 Z0；
增量值编程（A—B）：
G00 U-15 W-2；
功能：使刀具从当前点快速移动到程序段中指定的位置。X，Z为指定点的绝对位置坐标；U，W为指定点的相对位置坐标。
说明：G00的移动速度可在数控系统参数中设定。
G00因移动速度较快，直接和工件接触容易损坏刀具，所以该指令在编程中应留有一定距离工件的安全距离。
2．G01直线插补
格式：
G01 X（U）__ Z（W）__ F__；
示例如图1.8所示。图1.8 G01编程实例
绝对值编程：
G00 X14 Z2；
G01 Z-10 F100；
X26；
Z-20；
X34；
Z-30；
增量值编程：
G00 U-36 W-2；
G01 W-10 F100；
U12；
W-10；
U12；
W-10；
功能：G01指令刀具以给定的进给速度值F移动到指定的坐标值X（U），Z（W）。在这个过程中，刀具将和工件接触，完成对工件的轮廓加工。
说明：进给速度值F的单位可以是mm/min或mm/r。该系统使用单位为mm/min。【知识测试】
填写如图1.9所示的刀具路径。图1.9 外圆粗车轨迹程序：走刀路线N0010 G00 X___ Z___；A→BN0020 G01 X___ Z___ F___；B→CN0030 G01 X___ Z___ F___；C→DN0040 G00 X___ Z___；D→A学习活动一综合评价表学习活动二 数控车零件的加工工艺基础学习过程【知识学习】一、数控编程的工艺处理
无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订加工工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要做一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。二、数控加工的基本特点
①数控加工的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。
②数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等，在编制数控加工工艺时却要认真考虑。三、数控加工工艺的主要内容
①选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。
②分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制订数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等。
③调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀号的选择、刀具的补偿。
④分配数控加工中的容差。
⑤处理数控机床上部分工艺指令。
制订加工工艺的原则是：先粗后精，先内后外，先主后次，程序段最少，加工路线最短，特殊情况特殊处理。四、数学处理
零件图形进行数学处理是数控编程前要做的主要准备工作，图形的数学处理就是根据零件图样的要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。图形数学处理的内容主要有3个方面，即基点及节点计算、刀位点轨迹计算和辅助计算。
1．基点坐标的计算
零件轮廓或刀位点轨迹的基点坐标计算，一般采用代数法或几何法。代数法是通过列方程组的方法求解基点坐标，这种方法虽然已根据轮廓形状，将直线和圆弧的关系归纳成若干种方式，并变成标准的计算形式，方便了计算机求解，但手工编程时采用代数法进行数值计算还是比较烦琐。根据图形间的几何关系利用三角函数法求解基点坐标，计算比较简单、方便，与列方程组解法比较，工作量明显减少。要求重点掌握三角函数法求解基点坐标。
对于由直线和圆弧组成的零件轮廓，采用手工编程时，常利用直角三角形的几何关系进行基点坐标的数值计算。
2．切削用量的选择
切削用量的选择，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定切削深度at、进给量f和切削速度vc。
所谓合理的切削用量，是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也应有所区别。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的切削深度at，其次选择较大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量f和切削深度at，而尽可能选用较高的切削速度vc。（1）切削深度at的选择
切削深度应根据工件的加工余量来确定。粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀应尽可能切除全部余量。当加工余量过大，工艺系统刚度较低，机床功率不足，刀具强度不够或断续切削的冲击振动较大时，可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸锻件时，应尽量使at大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。
半精加工和精加工的加工余量一般较小，可一次切除，但有时为了保证工件的加工精度和表面质量，也可采用二次走刀。
多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深度取大些，一般为总加工余量的2/3～3/4。
在中等功率的机床上、粗加工时的切削深度可达8～10mm，半精加工（表面粗糙度为Ra6.3～3.2μm）时，切削深度取为0.5～2mm，精加工（表面粗糙度为Ra1.6～0.8μm）时，切削深度取为0.1～0.4mm。（2）进给量f的选择
切削深度选定后，接着就应尽可能选用较大的进给量f。粗加工时，由于作用在工艺系统上的切削力较大，进给量的选取受到下列因素限制：机床—刀具—工件系统的刚度，机床进给机构的强度，机床有效功率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。
半精加工和精加工时，最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。
工厂中，进给量一般多根据经验按一定表格选取（详见车、钻、铣等各章有关表格），在有条件的情况下，可通过对切削数据库进行检索和优化。（3）切削速度vc的选择
在at和f选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，用计算的方法或用查表法确定切削速度vc的值。在具体确定vc值时，一般应遵循下述原则：
①粗车时，切削深度和进给量均较大，故选择较低的切削速度；精车时，则选择较高的切削速度。
②工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。故加工灰铸铁的切削速度应较加工中碳钢低，而加工铝合金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。
③刀具材料的切削性能越好，切削速度也可选得越高。因此，硬质合金刀具的切削速度可选得比高速钢高好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氧化硼刀具的切削速度又可选得比硬质合金刀具高许多。
此外，在确定精加工、半精加工的切削速度时，应注意避开积屑瘤和鳞刺产生的区域；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度，在加工带硬皮的铸锻件加工大件、细长件和薄壁件以及断续切削时，应选用较低的切削速度。五、对刀的概念和车刀的刀位点及对刀
1．对刀的概念
在数控车削中，车刀的位移及其轨迹是受加工程序控制的。为了便于控制每一把车刀在位移中的先后次序、起始位置及规定动作，必须在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使刀架在转位后，每把刀的刀位点都能尽量重合于某一理想位置上，这一过程称为对刀。对刀是为了建立工件坐标系与机床坐标系的联系，即对刀的目的。
2．刀位点
刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。编程时用该点的运动来描述刀具运动，运动所形成的轨迹称为编程轨迹。对于数控车床使用的刀具，由于刀具的结构特点，因此刀位点的选择比较复杂。
常用各类车刀的刀位点如图1.10所示。图1.10 车刀的刀位点
3．对刀的方法（1）试切对刀的步骤
①按“手动”键（选择手动方式）。
②按“位置”键（屏幕显示坐标）。
③按“进给倍率”键（选择合理进给速度）。
④按（换刀），选择需要的刀具。
⑤按和，将刀具移动到对刀位置。
⑥按（正转），启动主轴。
⑦按，在工件上车削外圆。
⑧按，按方向退出。
⑨测量所车削外圆，记录尺寸。（2）试切对刀刀补的设置
①按“刀补”键，再按显示测量画面。
②在对应刀具号位置输入刚才记录的尺寸，输入X（记录的直径值）。
③同样方式在端面进行车削，沿方向退出。
④按“刀补”键，进入刀补画面，在对应刀具号位置输入Z向刀补为“0”。
⑤将刀具移动到一合适位置，选择下一把需对刀的刀具。（重复以上过程即可设置好所需刀具及刀补）【知识测试】一、阅读材料，完成下列问题
①切削用量三要素是什么？切削速度的计算公式是什么？
②用硬质合金刀具加工一个45号钢，直径为φ36×80的零件，主轴转速应为多少？
③查阅直角三角形的几何关系，三角函数计算公式：二、基点的计算
请写出如图1.11所示各基点的坐标。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]