汽轮机高中压外缸的数控加工程序设计精品.docx

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汽轮机高中压外缸的数控加工程序设计精品

第1章　绪论

1.1　数控机床的产生

20世纪中叶数控技术和数控机床的诞生标志着生产和控制领域一个崭新时代的到来。

科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品的质量和生产率提出了赶赴高的要求。

机械加工工艺过程和自动化成为实现上述要求的最重要措施之一。

它不仅能够提高产品质量．提高生产率．降低生产成本，还能够极大地改善生产者的劳动条件。

许多企业，诸如汽车，拖拉机，家用电器等制造厂，广泛采用了自动机床，组合机床和以专用机床为主体的自动生产线，用多刀，多工位和多面同时加工，成年累月地进行着单一产品零件的高效率和高自动化的生产。

尽管这种生产方式需要巨大的初始投资和很长的生产准备周期，但在大批量的生产条件下，由于分摊在每一个加工零件上的加工费用很少，经济效益仍然是十分显著的。

但是，在机械制造工业中并不是所有的产品都具有很大的批量，单件与小批生产和零件仍然占机械和军工等产品，不仅加工批量小，而且加工零件形状比较复杂，精度要求也很高，还需要经常改型。

如果仍采用专用化程度很高的自动化机床加工这类产品的零件就显得很不合理。

经常改装和调整设备，对于专业生产线来说，不仅会大大提高产品的成本，甚至是不可能实现的。

自改革开放以来，我国的社会主义市场经济体制日趋成熟，绝大多数的产品都以从卖方市场向买方市场，产品的竞争十分剧烈，迫使生产企业要不断更新产品，提高产品的性能价格比，人们越来越认识到，用户所得到的相对低廉价格的产品是以牺牲用户对产品的某些性能为代价换取的。

因此，为了保持企业承包产品的市场份额，即使是大量生产的企业也必须改变产品长期一成不变的传统做法。

这样，“刚性”的自动化生产方式即使在批量生产中也已日益暴露其不适应性。

1.2　数控编程的定义

生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控（NCprogramming），有时也称为零件编程（manualprogramming）。

采用计算机辅助数控编程需要一套专用的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为主的各种类型的APT语言和以CAD软件为基础的交互式CAD/CAM－NC编程集成系统。

第2章　数控编程常用指令及格式

2.1　数控编程的步骤

现代数控机床都是按照事先编制好的零件数控加工程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备。

理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。

在数控编程这前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、CNC系统所具备的功能及编程指令格式等。

编制程序时，应先对图样规定的技术特性、零件的几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方法和加工路线，再进行数值计算，获得刀位数据。

然后按数控机床规定的代码和程序格式，将工件的尺寸、刀位数据、加工路线、切削参数（主轴转速、进给速度、切削深度等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、冷却液开、关等）编制成加工程序，并输入数控系统，由数控系统控制数控机床自动地进行加工。

一般来说，数控编程过程主要包括：

分析零件图样、工艺处理、数学处理、编写程序单、输入数控系统程序检验，如图２－１所示。

数控编程的具体步骤与要求如下：

１、分析零件图样和工艺处理　这一步骤的内容包括：

对零件图样进行分析以明确加工的内容及要求、确定加工方案、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。

工艺处理涉及的问题很多，编程人员需要注意以下几点：

（１）确定加工方案　此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。

（２）工夹具的设计和选择　应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。

使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。

此外，所用夹具应便于安装，便于协调工作和机床坐标系的尺寸关系。

（３）正确地选择编程原点及编程坐标系　对于数控机床来说，程序编制时，正确地选择编程原点及编程坐标系是很重要的。

编程坐标系是指在数控编程时，在工作上确定的基准坐标系，　其原点也是数控加工的对刀点。

编程原点及编程坐标系的选择原则如下：

①所选的编程原点及编程坐标系应便于检查的位置。

②编程原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置。

③引起的加工误差小。

（４）选择合理的走刀路线，路线合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。

走刀路线的选择应从以下几个方面考虑：

①尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。

②合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。

③保证加工零件的精度和表面粗糙的要求。

④保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的　涉。

⑤有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。

（５）选择合理的刀具　根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削乃是以及其它与加工有关的因素来选择刀具。

（６）确定合理的切削用量　在工艺处理中必须正确确定切削用量。

２、数学处理　在完成了工艺处理的工作之后，下一步需根据零件的几何尺寸、加工路线和刀具半径补偿方式计算刀具运动轨迹，以获得刀位数据。

　３、编写零件加工程序单、输入数控机床及程序检验在完成上述工艺处理和数值计算之后，编程员使用数控系统和程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写零件加工程序单。

编程员应对数控机床的性能、程序指令及代码非常熟悉，才能编写出正确的零件加工程序。

2.2　数控编程的方法

数控编程的分类方法有多种，大致可归纳为：

1）根据编程地点进行分类：

办公室或车间。

2）根据编程计算机进行分类：

CNC内部计算机，个人计算机（PC）或工作站（workstation）等。

3）根据编程软件进行分类：

CNC内部编程软件，APT语言或CAD/CAM集成数控编程软件。

图２－２描述了上述几种不同的数控编程分类方法及其相互之间的关系。

　　在图２－２中，采用集成电路的面向车间的编程（WorkshopOrientedProgramming，简称WOP）的CNC系统进行编程是在机床上进行的，对于简单零件的编程及程序的局部修改十分有效，整个过程教师在以图像支持为基础的菜单及命令交互方式下完成任务的，而编程方法则属于手工编程的范畴。

下面主要探讨手工编程。

手工编程　是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成，如图２－３所示。

对于点位加工和几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。

但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，以及几何元素虽不复杂，但程序量很大的零件，计算及编写程序则相当繁琐，工作量在，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。

因此，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂劳动零件的加工问题，采用手工编程已不能满足要求，而必须采用自动编程方法。

2.3　数控编程常用指令及其格式

一般来说，一个程序段中各指令的格式（举例）为：

N35G01X26.8Y32Z15.428F152

其中N35为程序段号,现代CNC系统中很多都不要求程序段号,即程序号可有可无:

G代码为准备功能,G01表示直线插补，一般可以用G1代替，即可以活力前导０；Ｘ、Ｙ、Ｚ为刀具运动的终点坐标位置，现代CNC系统一般都对坐标值的小数点有严格的要求：

Ｆ为进给速度代码，F152表示进给速度为152mm/min，其小数点Ｘ、Ｙ、Ｚ与的小数点同样重要。

在一个程序段中，可能出现的编码字符还有Ｓ（主轴转速）、Ｔ（刀具号码）、Ｍ（辅助功能）、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｈ、Ｒ等。

程序段中英文字母的含义

字符

意义

A

绕X旋转

B

绕Y旋转

C

绕Z旋转

D

第二刀具功能，刀具半径补偿指令

E

第二进给功能

F

第一进给功能

G

准备功能

H

补偿号的指定

I

圆弧中心X轴向坐标

J

圆弧中心Y轴向坐标

K

圆弧中心Z轴向坐标

L

固定循环及子程序的重复次数

M

辅助功能

N

程序段顺序号

O

程序号、子程序号的指定

P

暂停或程序中某功能的开始使用的顺序号

Q

固定循环终止段号或固定循环中的定距

R

固定循环中定距离和圆弧半径的指令

S

主轴转速的指令

T

刀具编号的指令

U

X

V

Y

W

Z

X

X轴的绝对坐标值或暂停时间

Y

Y轴的绝对坐标

Z

Z轴的绝对坐标

2.3.1准备功能指令

准备功能指令由字符Ｇ和其后的１～３位数字组成，常用的从Ｇ00～Ｇ99，很多现代CNC系统的准备功能已扩大至G150。

准备功能的主要作用是指定机床的运动方式，为数控系统的插补运算做准备。

常用的Ｇ指令如下：

１、坐标快速定位（G00）与插补（G01、G02和G03）指令　这是一组模态指令，即同时只能一个有效，缺省为G00。

１）G00或G0——坐标快速定位　它使刀具以点位控制方式从刀具当前所在点快速移到指令给出的目标位置。

如G0X0Y0Z100使刀具快速移到的位置，它只能用于快速定位不能用于切削加工。

2）G01或G1——线性插补可使机床沿各坐标轴方向运动，或在各坐标平面内执行具有任意斜率的直线运动，或使机床三坐标联运，沿任意空间直线运动，也可使机床作四坐标、五坐标线性插补运动。

如G01X10Y20Z20使刀具从当前位置沿直线运动到（10,20,20）的位置。

３）G02或G2、G03或G3——圆弧插补　使机床在各坐标平面内执行圆弧插补运动，切削出圆弧轮廓。

G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。

圆弧的顺、逆方向可图２－４中给出的方向进行判断。

使用圆弧插补指令之前必须应用平面选择指令，指定圆弧插补的平面。

其指令格式（举例）为：

G02（或G03）X20Y2　　　图２－４　圆弧顺逆插补

I10J0,其中Ｘ、Ｙ为圆弧的终点坐标，Ｉ、Ｊ为圆心相对于圆弧起点（由上一条指令给出）的坐标，如图２－５所示。

　　２、G17、G18、G19——坐标平面选择　G17指定零件进行平面上的加工，G18、G19分别为XY、YZ平面上的加工，如图４所示。

这些指令在进行圆弧插补、二维刀具半径补偿时必须使用。

这是一组模态指令，缺省为G17。

３、G40、G41、G42——刀具半径补偿　G41其中为刀具半径左补偿，G42为刀具半径右补偿，G40为缺省刀具半径补偿。

这是一组模态指令，缺省为G40。

４、G43、G44、G49——刀具长度补偿　G43其中为刀具长度正向补偿，G44为刀具长度负向补偿，G49为取消刀具长度补偿。

这是一组模态指令，向导省为G49。

５、G54～G59——选择程序原点１＃～６＃　这些代码在已存储程序原点偏置量的六个工件坐标系中选择一个，以后的各轴坐标位置都是相对于所选择的工件坐标系。

这是一组模态指令，没有缺省方式。

如果程序没有用G92设定工件坐标系，也没有用G54～G59选择程序原点，那么CNC系统默认的缺省程序原点为机床参考点。

６、G90、G91——绝对坐标及增量坐标编程　G90表示程序段的坐标字按绝对坐标编程，G91表示程序段的坐标字按相对坐标编程。

这些一组模态指令，缺省为G90。

７、G92——设定工件坐标系　按照刀具当前位置与工件原点位置的偏差，设置当前刀具位置坐标。

该指令的本质是建立工件坐标系。

该指令只改变刀具当前位置的用户坐标，不产生任何机床运动。

８、G73～G89——固定循环加工　包括钻孔、攻螺纹、镗孔等循环加工功能。

2.3.2辅助功能指令

辅助功能指令亦称“Ｍ”指令，由字母Ｍ和其后的两位数字组成，从M00～M99共100种这类指令主要用机床加工操作时的工艺性指令。

常用的Ｍ指令有：

１、M00——程序停止　在执行完指令程序段之后，主轴停转、进给停止、冷却液关闭、程序停止。

当重新按下机床控制面板上的循环启动（cyclestart）按钮之后，继续执行下一程序段。

２、M01——计划程序停止　该指令的作用与M00相似。

所不同的是，必须在操作面板上，预先按下“任选停止”按钮，当执行完M01指令程序段之后，程序停止；如果不按下“任选停止”开关，则M01指令无效。

３、M02——程序结束　该指令用于程序全部结束，命令主轴停转、进给停止及冷却液关闭。

常用于机床复位及纸带倒回到“程序开始”字符。

４、M03、M04、M05分别为主轴顺时针旋转、主轴逆时针旋转及主轴停止。

５、M06——换刀　用于具有刀库的数控机床（如加工中心）的换刀功能。

６、M08——冷却液开　用于液状冷却液开。

７、M09——冷却液关　注销M08。

８、M30——程序结束并返回　在完成程序段的所有指令后，使主轴停转、进给停止和冷却液关闭，将程序指针返回到第一个程序段并停下来，包括将纸带倒回到“程序开始”字符，或使环形纸带越过接头。

2.3.3其它常用功能指令

１、Ｔ功能——刀具功能　Tnn代码用于选择刀具库中的刀具，但并不执行换刀操作，M06用于起动换刀操作。

Tnn不一定要放在之前，只要放在同一程序段中即可。

２、Ｓ功能——主轴速度功能　Ｓ代码后的数值为主轴转速，要求为整数，速度范围：

从１到最大的主轴转速。

在零件加工之前一定要先启动主轴运转（M03或M04）。

３、Ｆ功能——进给速度／进给率功能　在只有Ｘ、Ｙ、Ｚ三坐标运动的况下，Ｇ代码后面的数值表示刀具的运动速度，单位为。

如果运动坐标有转角坐标Ａ、Ｂ、Ｃ中任何一个，则Ｆ代码后的数值表示进给率，即Ｇ＝１／△ｔ,△ｔ为走完一个程序段所需要的时间，Ｆ的单位为1/min。

在程序启动第一个G01或G02或G03功能时，必须同时启动Ｆ功能。

当前值在下一个Ｆ值修改之前保持不变。

第三章　高中压外缸程序编制

坐标系的建立如图３－１、３－２

3.1半粗加工

零（部）件代号G18.012Z-2a

产品名称汽轮机

零（部）件名称高中压外缸

钻：

钻φ60通孔至φ50。

K-K钻φ46通孔至φ36。

S-S钻φ80通孔至φ60。

T-T钻、扩φ105通孔至φ80。

Q-Q、Q1-Q1

3.1.1上半程序

%100

N0015G54工件坐标系统选择

N0020M41M10M20主轴选低速档,Z轴锁紧,机器人工作起动

N0025G00G60G90W500Z0刀具快速接近工件,准确定位

N0030X-1000Y0

N0035（-----3-1-----）延时

N0040M06T11自动换T11刀具

N0045@31

N0050（HUANDAOT11-045D=45）

N0055G00G60G90G43D2W500Z0刀具长度补偿

N0060M41S140F60主轴低速档,转速140r/min,

进给速度60mm/mim

N0065G00X100Y486快速定位到（K-K）

N0070W0Z20M03主轴正转,加工（K-K）

N0075G81M57M90固定循环,主轴进给修调开,

冷却液开

N0080X225

N0085Y-486

N0090X100

N0095G80M50M93固定循环取消,修调取消,

冷却液关

N0100G00G43D0W500Z0M05刀具快速离开工件,刀具长度

补偿D0主轴停止

N0105M06T11自动换刀

N0110@31

N0115（HUANDAOT11-060D=60）

N0120G00G60G90G43D2W500Z0刀具长度补偿D2

N0125M41S125F55主轴低速档,转速125r/min,

进给速度55mm/mim

N0130G00X428Y486快速定位到（T-T）

N0135W0Z20M03主轴正转开始加工（T-T）

N0140L001调用子程序L001

N0145G00G43D0W500Z0M05刀具快速离开工件,刀具长度

补偿D0主轴停止

N0150M06T11自动换刀

N0155@31

N0160（HUANDAOT11-036D=36）

N0165G00G60G90G43D2W500Z0刀具长度补偿D2

N0170M41S220F65主轴低速档,转速220r/min,

进给速度65mm/mim

N0175G00X3441.5Y1305快速定位到（T-T）

N0180W0Z20M03主轴正转加工（S-S）

N0185L002调用子程序L002

N0190G00G43D0W500Z0M05刀具快速离开工件,刀具长度

补偿D0主轴停止

N0195M02程序结束

3.1.2子程序

%SP

L0100

N0010X428Y486（T-T）

N0015GR24M57M90

N0020X409.004Y622

N0025X436.518Y780.187

N0030X514.661Y920.45

N0035X634.69Y1027.095

N0040X783.175Y1090.286

N0045X943.5Y1124.079

N0050X1123.5Y1135

N0055X1283.5

N0060X1443.5

N0065X1603.5

N0070X1763.5

N0075X1923.5

N0080X2083.5

N0085X2243.5

N0090X2403.5

N0095X2563.5

N0100X2723.5

N0105X2883.5

N0110X3043.5

N0115X3203.5

N0120G80W300M50M93

N0125X428Y-486

N0130W0Z20

N0135GR24M57M90

N0140X409.004Y-622

N0145X436.518Y-780.187

N0150X514.661Y-920.45

N0155X634.69Y-1027.095

N0160X783.175Y-1088.189

N0165X943.5Y-1096.896

N0170X1123.5Y-1135

N0175X1283.5

N0180X1443.5

N0185X1603.5

N0190X1763.5

N0195X1923.5

N0200X2083.5

N0205X2243.5

N0210X2403.5

N0215X2563.5

N0220X2723.5

N0225X2883.5

N0230X3043.5

N0235X3203.5

N0240G80M50M93

N0245M17

L0200

N0255X3441.5Y1305（S-S）

N0260GR24M57M90

N0265X3548.137Y1404.276

N0270X3667.747Y1496.056

N0275X3808.965Y1548.855

N0280X3959.449Y1558.059

N0285X4106.049Y1522.864

N0290X4235.953Y1446.344

N0295X4337.809Y1335.188

N0300X4402.715Y1199.11

N0305X4425Y1050

N0310Y905

N0315X4403.178Y760

N0320X4351.34Y650.317

N0325X4272.63Y558

N0330X4220Y480

N0335X4120Y430

N0340G80W300M50M93

N0345X3441.5Y-1305

N0350W0Z20

N0355GR24M57M90

N0360X3548.137Y-1404.276

N0365X3667.747Y-1496.056

N0370X3808.965Y-1548.855

N0375X3959.449Y-1558.059

N0380X4106.049Y-1522.864

N0385X4235.953Y-1446.344

N0390X4337.809Y-1335.188

N0395X4402.715Y-1199.11

N0400X4425Y-1050

N0405Y-905

N0410X4403.178Y-760

N0415X4351.34Y-650.317

N0420X4272.63Y-558

N0425X4220Y-480

N0430X4120Y-430

N0435G80M50M93

N0440M17

L0300

N0450@24Z

N0455G59N0ZR93

N0460@24W

N0465G59N2WR93

N0470G90G55W0Z0

N0475G91G01G42D1W0Z-R20

N0480G01G64W-R01

N0485W-R03ZR02

N0490W-R04

N0495G02W-R06ZR05P10

N0500G01W-R08ZR07

N0505G00G60G90G42D0W0

N0510Z0

N0515M17

L0400

N0525@24Z

N0530G59N0ZR93

N0535@24W

N0540G59N2WR93

N0545G90G55W0Z0

N0550G91G01G42D1W0Z-R20

N0555G01G64W-R01

N0560ZR02

N0565W-R04ZR03

N0570W-R05

N0575G02W-R07ZR06P10

N0580G01W-R09ZR08

N0585G00G60G90G42D0W0

N0590Z0

N0595M17

　　3.1.3下半程序

%200　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

N0015G54

N0020M41M10M20

N0025X-1000Y0

N0030G00G60G90W3000Z0

N0035（-----7-1-----）

N0040（D=149）

N0045X1333Y0

N0050M00

N0055W2000Z0M03M57

N0060（10mmABOVESURFACE）

N0065R200R0118R028R031.4106R044.8159

N0070R055R068.6603R0716.9721R089.7988L003

N0075L003R205

N0080L003R2010

N0085L003R2015

N0090L003R2020

N0095L003R2024.6

N0100L003R20