数控编程电子教案.docx
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数控编程电子教案
数控加工实训指导书
工程训练中心
一.教学难点、难点及要求
（一）教学要求
1.了解数控车床和普通车床在结构上的区别。
2.理解数控车床各部分的名称及作用。
3.能正确建立数控机床的坐标系，能运用指令代码进行简单零件的数控程序编制。
4.掌握文明、安全生产的要求。
（二）教学重点、难点
1.理解数控车床各部分的名称及作用。
2.各数控加工指令代码的作用。
3.掌握文明、安全生产的要求。
二.数控车床入门知识
数控车床又称为CNC或DNC车床,是用计算机数字控制的车床。
普通卧式车床要靠手工操作机床来完成各种切削加工，而数控车床则是将编好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转向，加工各种形状的轴类或盘类回转体零件。
因此，数控车床是目前使用较为广泛的数控机床。
数控编程：
根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件，这个过程称为零件数控加工程序编制，简称数控编程。
（一）数控车床介绍
1.数控车床的种类
按其功能的综合性能大体可以分成以下几种：
（1）简易数控车床：
机床主体部分由普通车床改进而成。
特点：
结构简单，价格低，功能较低、无刀尖圆弧半径自动补偿功能。
（2）经济型数控车床：
特点：
无恒线速切削功能。
（3）全功能型数控车床：
特点：
具有高精度、高刚度和加工高速度。
具备恒线速切削和刀尖圆弧半径自动补偿功能。
（4）车削中心：
特点：
功能更加全面，但价格较高。
2.数控车床的结构
数控车床由主轴部分、刀架、床身、液压部分、进给系统、冷却系统、润滑系统等部分组成。
3.数控车床坐标系的建立
机床坐标系原点也称机械零点，它是启动机床时，机动回机械原点而定的，也就是机床三个坐标轴依次走到机床正方向的一个极限位置，就是机床坐标系的原点。
工件坐标系的原点位置是任意设定的，它在工件装夹完毕后，通过对刀确定。
它是相对机械零点的另一个坐标系。
这个坐标系的原点，称为工件原点，或编程的程序原点。
4.数控车床的操作面板
数控车床的控制核心是由计算机组成,计算机数控装置和机床控制装置的全部操作集中装在一块操作盘上,操作盘由一块机床操作面板和一块CNC控制面板组成.由于目前各厂家生产的数控车床采用的系统规格不一,故操作面板的形状、操作键的位置也不一样，操作者要详细阅读实际的车床操作说明书。
三.数控编程知识
（一）程序段格式
所谓程序段格式，是指程序段书写规则，它包括机床所要求执行的功能和运动所需要的所有几何数据，一个零件加工程序是由若干以段号大小次序排列的程序段组成，每个程序段由以下几部分组成：
机能
地址
范围
意义
程序号
P、N
1~99
指定程序号，子程序号
顺序段号
N
000~999
程序段号
准备机能
G
00~99
指令动作方式
坐标字
X、Z、I、K、R
坐标运动指令
圆心坐标、螺距、半径
进给速度
F
9~2000mm/min
进给速度指令
主轴机能
S
0~5000RPM
主轴转速指令
刀具机能
T
1~20
刀具指令
辅助机能
M
0~99
辅助指令
（二）准备功能（G功能）
准备功能用字母G后跟两位来编程，G功能也称G指令，用来定义轨迹的几何形状的工作状态和CNC的工作状态。
2000S数控系统的G功能如下：
模态G00快速定位
模态G01直线插补
模态G02逆时针圆弧插补
模态G03顺时针圆弧插补
G04暂停定时
G20独立子程序调用
G22独立子程序定义
G24独立子程序定义结束，返回调用程序
G25跳转加工
G26程序块调用加工（程序内子程序调用）
G27无限循环
模态G30倍率定义
模态G31倍率取消
G33螺纹加工
G45短直线速度自动过渡功能
G46取消短直线速度自动过渡功能
G47给参变量P0~P9赋值
G53撤消零点偏置
G54绝对值零点偏置
G56当前点零点
G74返回机床零点
G75返回对刀原点
G76返回加工开始点
G86螺纹加工循环
模态G90绝对值方式编程
模态G91增量值方式编程
G92G92设置程序零点
注意：
所谓模态，即当该G功能被编程后，它一直维持有效，直至被相同性质的另一模态功能所取代。
（三）M辅助功能
M功能也称辅助功能，用于CNC输入输出口的状态控制。
辅助功能用字母M及后面两位数组成，2000M数控系统的辅助功能有如下几个：
M00程序暂停
M01条件停
M02程序结束并停机
M03主轴顺时针旋转
M04主轴逆时针旋转
M05主轴停
M08开冷却液
M09关冷却液
M10工件夹紧
M11工件松开
M20开继电器
M21关继电器
M30程序结束并返回程序开头
1．M00——程序暂停
说明：
程序里出现M00，本段程序运行暂停。
按下加工起动键，程序继续运行。
2．M01——条件暂停
格式：
M01KXX或M01LXX
3．M02——程序结束
说明：
M02结束加工程序，关主轴和冷却液，本次循环加工结束。
4．M03——主轴顺时针旋转
5．M04——主轴逆时针旋转
6．M05——主轴停止旋转
7．M08——打开冷却液
8．M09——关掉冷却液
9．M21——关继电器
10．M30——返回程序头
（四）F、S、T功能
1．F进给功能
2．S主轴转速控制：
M03、M04、M05确定主轴正、反转或停。
3．T——刀具功能
刀具功能也称T功能。
（五）数控机床使用注意事项
1.机床安全使用规则
（1）在不熟悉整个操作过程前，不要进行机床的操作和调节。
（2）当机床工作时，必须使手指远离转动零件和切削刀具。
（3）不要使机床切削运动量过大。
（4）有关切削速度，检修和操作细则方面的问题，必须查阅机械手册或类似这方面的书籍。
（5）当机床工作时，不要移动后盖，并要确保其始终关闭。
（6）在机床停止时，方可旋转卡盘扳手。
（7）当机床在转动时，不要调节或移动机床。
（8）保持刀具的锋利。
（9）切莫在有火种的地方使用本机床，因为火花很容易引起火灾。
2．文明安全生产
文明安全生产是数控加工管理中的一项十分重要的内容，其直接影响着产品质量的好坏及设备的使用寿命。
作为工科类院校的大学生，从开始学习数控基本操作技能时，就要养成文明安全生产的良好习惯。
（1）开车前，应检查数控车床各部分机构是否完好，各按钮是否能自动复位。
（2）不允许在卡盘及床身上敲击或校正工件，床面上不准放置工具或工件。
（3）在车削铸铁、气割下料的工件时，导轨上润滑油要擦去，工件上的型砂杂质应除干净。
（4）使用冷却液时，要在导轨上涂上润滑油。
（5）数控加工时精力应高度集中，出现问题应立即切断机床电源，并向指导老师报告。
（6）操作数控车床之前应熟悉车床的操作说明书，并严格按照操作规程操作。
（7）每件工具都应放在固定位置，不可随便乱放。
（8）爱护量具，经常保持量具的清洁，用后擦净，涂油，放入盒内。
（9）工件位置周围应经常保持整齐清洁。
（10）操作过程中出现机床故障时，应及时向实习指导老师或指导师傅反映。
五.数控加工零件程序编制实例
例1：
编制下图所示的零件数控加工程序。
程序：
数控加工程序
N01
G92
X0
Z0
N02
M03
S600
N03
G00
X17.5
N04
G01
X0
F100
N05
G00
Z2
N06
G00
X15
N07
G01
Z-70
F100
N08
G01
X17
F100
N09
G00
Z2
N010
G00
X14
N011
G01
Z-70
F100
N012
G01
X17
F100
N013
G00
Z2
N014
G00
X13
N015
G01
Z-20
F100
N016
G01
X15
F100
N017
G00
Z2
N018
G00
X11
N019
G01
Z-20
F100
N020
G01
X15
F100
N021
G00
Z2
N022
G00
X10
N023
G01
Z-20
F100
N024
G01
X15
F100
N025
G00
Z60
N026
M02
N027
M30
例2．公制螺纹数控加工程序的编制。
刀尖在X80Z100处工件原点在端面中心点
T1是外圆车刀T2是端面刀T4是螺纹刀T3切断刀
1.M03S100029.X45Z-60
2.T130.G01X37.6
3.G00X45Z531.G00Z-40
4.G01X37F20032.G0133.6
5.Z-6133.G00Z-20
6.X4234.G01X29.6
7.G00Z535.G001
8.G01X36F15036.G01X23
9.Z-6137.G00X100Z100
10.X4238.T3
11.G00Z539.X36Z-21
12.G01X33F20040.G01X25F60
13.Z-4141.X34F200
14.G01X3842.G00X100Z100
15.G00Z543.T4
16.G01X32F15044.X28Z10
17.Z-4145.G86Z-17K1.5R1.95I4L5
18.X3846.G00X100
19.G00Z547.Z100
20.G01X2948.T2
21.Z-2149.05
22.X3450.M30
23.G00Z5
24.G01X27.8
25.Z-21
26.X34
27.G00X100Z100
28.T2
例3：
分析下图零件的数控加工零件的程序。
材料Φ30×100
P001程序号
N002T1外圆车刀
N003（C）S640 主轴正转
（A）M01（B）M02（C）M03（D）M04
N004（A）X0Z0（C） 快进Ａ点，冷却液开
（A）G00（B）G01（C）.G02（D）G03
（A）M99（B）M98（C）.M08（D）M09
N006G01x（ D）F100 工进至C点
Z0（A）-10（B）10（C）-20（D）20
N007（D）X20Z-14.0R（C）F80车圆弧面
（A）G00（B）G01（C）.G02（D）G03
（A）14.2（B）-14.2（C）7.6（D）-7.6
N008G01X（B）Z（B）车锥面
（A）26（B）28（C）27（D）25
（A）-37（B）-38（C）38（D）37
N009G01Z（A）车外圆
（A）-62（B）-55（C）55（D）62
N010G00X35.0Z65.0退至起刀点
N011T3（割槽刀刀宽4mm）换割槽刀
N012G00X30.0Z-48.0快进
N013G01X（A）F60车槽
（A）20（B）-10（C）5（D）-5
N014G04K2延时2秒
N015G01X32F120退刀
N016G00X35.0Z60退至起刀点
N017M05主轴停止
N018（C）程序停止并返回
（A）M99（B）M98（C）M30（D）M02
例4.圆锥螺杆轴数控加工程序（材料φ40×130）
程序：
N0010G00X42Z0
N0020T1
N0030G01X0F100
N0040Z2
N0050G00X40
N0060G81X17Z-14.8R17I-2K-1F200
N0070G00X40Z-13
N0080G81X21Z-24.8R21I-2K-1F200
N0090G00X40Z-24
N0100G81X30.5Z-48.8R26.2I-2K-1F200
N0110G00X39Z-48
N0120G01Z-78F100
N0130X42
N0140G00Z0
N0150G00X12
N0160G01X15.8Z-2F100
N0170G01Z-15F100
N0180X20
N0190Z-25
N0200X25.7
N0210X30Z-49
N0220X38
N0230Z-78
N0240X41
N0250G00X50Z60
N0260T2
N0270G00X39Z-51
N0280G02X39Z-66R15F100
N0290G00X38Z-51
N0300G02X38Z-66R15F100
N0310G01X42F100
N0320G00X50Z60
N0330T3
N0340M03S400
N0350G00X17Z-15
N0360G01X13.8F100
N0370G04K2
N0380G01X39F500
N0390G00Z-78
N0400G01X25.3F80
N0410X39F150
N0420Z-75
N0430X25.3F80
N0440G01X39F150
N0450Z-72
N0460X25.3F80
N0470X39F150
N0480G00X45Z60
N0490T4
N0500M03S450
N0510G00X15.8Z10
N0520G86Z-13R1.95K1.5L8I5
N0530G00X40Z60
N0540T3
N0550M03S450
N0560G00X39Z-71
N0570G01X25F80
N0580Z-77
N0590X20
N0600X23
N0610X25Z-76
N0620Z-77
N0630X0
N0640X40F500
N0650G00X60Z60
N0660T1
N0670M02
N0680M05
N0690M30
六.特种加工实训
（一）教学要求
1.掌握线切割和电火花设备在结构上的区别。
2.理解线切割和电化花加工的原理和特点。
3.了解快速成型技术等其它特种加工技术。
（二）教学重点、难点
1.熟悉线切割、电火花加工的原理。
2.掌握线切割和电火花加工简单零件的基本操作。
（三）基本知识
1．特种加工的概念
特种加工是指非传统性加工，特种加工可以解决普通机械加工方法无法解决的问题，如各种难加工材料的加工问题；具有各种特殊、复杂表面的加工问题；各种具有特殊要求的零件的加工问题等；同时，有些方法还可用于进行超精加工、镜面光整加工和纳米级（原子级）加工，其特点是：
（1）不是主要依靠机械能，而是主要用其它能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。
（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。
（3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
2．特种加工分类
根据加工机理和所采用的能源，可以分为以下几类：
（1）力学加工：
应用机械能来进行加工，如超声波加工，喷射加工。
（2）电物理加工：
利用电能转换为热能、机械能和光能等进行加工，如电火花成形加工，电火花线切割加工，电子束加工，离子加工。
（3）电化学加工：
利用电能转换为化学能进行加工，如电解加工，电镀，电铸加工。
（4）激光加工：
利用激光能转换为热能进行加工。
（5）复合加工：
将机械加工和特种加工叠加在一起就形成复合加工，如电解磨削，超声电解磨削等。
（四）电火花成形加工（EDM）
1．电火花成形加工的基本原理
电火花成形加工：
在绝缘的工作液中，工具和工件之间脉冲性火花放电，局部瞬时产生的高温，使工件表面的金属熔化、气化、抛离工件表面，而将工件逐步加工成形。
2．电火花成形加工必须具备的条件
（1）必须使工具电极和工件被加工表面之间保持一定的放电间隙。
通常约几微至几百微米，以便形成火花放电的条件，间隙过大，不会击穿介质产生放电；间隙过小，很容易形成短路也不能产生放电。
（2）火花放电必修是瞬时的脉冲性放电。
放电延续一段时间（10－7－10－3）后，需停歇一段时间，这样才能使放电所产生的热量来不及传导到其余部分，从而能局部地蚀除金属。
（3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体（工作液）中进行。
工作液既能压缩放电通道的区域，提高放电的能量密度，又能加剧放电时液体动力过程，加速蚀除的排出，同时，对电极和工件表面有较好的冷却作用。
（4）电火花成形加工的特点
a.电火花成形加工是不接触加工，加工过程中没有宏观切削力。
火花放电时局部、瞬时爆炸力的平均值很小，不足以引起工件的变形和位移。
b.可以“以柔克刚”。
由于电火花加工直接利用电能和热能去除金属，与工件材料的强度和硬度关系不大，因此可以用软的工具电极加工硬的工件。
c.影响电火花加工精度的主要因素
与普通的机械加工一样，机床本身的各种误差以及工件和工具电机的定位、安装误差都会影响到加工精度，这里主要讨论与电火花加
（5）工工艺有关的因素。
a.放电间隙的大小及其一致性。
放电间隙的大小可以通过修正工具电极的尺寸进行补偿，以提高加工精度，但间隙大小的一致性与加工过程的稳定性有密切关系，如电参数对放电间隙的影响就非常显著。
b.工具电极的损耗对尺寸精度的形状精度有影响。
c.“二次放电”对形状精度有影响。
二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物的介入而再次进行的不必要的放电。
d.电火花加工时，工具的尖角或凹角很难精确的复制在工件上。
（五）电火花线切割加工
1．电火花线切割加工的原理
电火花线切割加工的原理：
用连续移动的导电金属丝（钨丝、钼丝、铜丝）接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。
当两级通以直流高频脉冲电流时在电极丝和工件之间产生火花放电，高达5000摄氏度的瞬时高温使工件局部金属熔化。
从而实现对工件材料进行电蚀切割加工。
根据电极丝的移动速度可分为快速走丝（10m/s）和慢速走丝（8m/min）两类机床。
2．线切割加工的主要特点
（1）不需要制造成形电极，用简单的电极丝即可对工件进行加工。
（2）由于电极丝比较细，可以加工微细异型孔，窄缝和复杂形状的工件。
尺寸精度达0.02～0.01mm，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。
（3）由于切缝很窄，切割时只对工件材料进行“套料”加工，所以余料可以利用。
（4）自动化程度高，操作方便，加工周期短。
3．影响电火花线切割加工的主要因素
（1）工作液，工作液应具有一定的绝缘性能，较好的洗涤性能和冷却性能。
（2）电极丝，快速走丝的机床的电极丝主要用钼丝、钨丝和钨钼丝，慢速走丝的机床一般用黄铜丝，电极丝的直径过大或过小对加工速度的影响较大。
（3）穿丝孔。
作用：
用于加工凹模前的穿丝；减少凸模加工中的变形量和防止因材料变形而发生夹丝现象；保证被加工部分与其它有关部位的位置精度。
（4）工件的装夹。
工件装夹的形式对加工精度也有直接影响，一般采用压板螺栓固定工件。
4．线切割加工的应用范围
应用于各类模具加工（凸模、凹模）、二维直纹曲面零件、三维直纹曲面零件以及各种导电材料和半导体材料的切断等。
（六）电化学加工
1．电化学加工的概念
（1）用直流电通过电极和电解液时，使工件电极表面和电解液产生化学反应去除金属余量的方法称为电化学加工。
电化学加工包括从工件上去除金属的电解加工（ECM）和向工件上沉积金属的电铸（EFM）、电镀（EPM）加工量大类。
（2）电解加工（ECM）：
电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理，将工件加工成形的方法。
（3）电铸加工（EFM）：
电铸加工是利用电化学阴极涂覆的原理进行加工的方法。
2．电化学加工的特点
（1）电化学加工也是不接触加工，工具电极和工件之间存在着工作液（电解液或电镀液）。
（2）电化学加工过程无宏观切削力，为无应力加工。
（3）电解加工为“减材料”加工，但由于电解加工是不接触、无切削力、无应力加工，可以用软的工具材料加工硬韧的工件，“以揉克刚”，可以加工复杂的立体成形表面。
（4）由于电化学作用是按原子、分子一层层进行的，因此在电解加工中可以控制极薄的去除层，进行微薄层加工，同时可以获得较好的表面粗糙度。
3．电化学加工设备及其组成部分
无论是电解或电铸电镀等，其基本设备是直流电源、电解液（电镀液）循环系统、装夹工具电极和工件的机床夹具系统等。
有的电解加工还需要进给系统，根据不同的工艺所需设备有很大的不同。
（七）激光加工（LBM）
1．激光的特点和激光加工原理
（1）激光的特点：
激光是由处于激发状态的原子、离子或分子受激辐射而发出的得到增强的光。
激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性4大综合性能。
（2）激光器发出单向平行光束，通过光学系统中的光圈、反射镜、聚焦镜将激光束聚焦到工件待加工表面时，工件材料就在高温熔化和冲击波的同时作用下蚀除部分物质而进行各种加工。
2．激光加工的特点
（1）激光加工属高能束流加工，能量密度极高，几乎可以加工任何金属材料和非金属材料。
（2）激光加工无明显机械力，不存在工具损耗，加工速度快，效率高，热影响区小。
（3）激光可通过玻璃、空气等透明的介质进行加工，不需要真空。
（4）激光的光斑大小可聚焦到微米级，输出功率的大小又可以调节，因此可进行精密微细加工。
（5）价格较昂贵。
3．激光加工的基本设备及组成
激光加工的基本设备由激光器、激光器电源、光学系统及机械系统等4大部分组成。
（八）激光快速成形技术
1．快速成形技术（RPM）简介
快速成形技术是一种集CAD、CAM、CNC和激光及材料科学于一体的新型高科技技术。
快速成形技术是直接根据产品CAD的三维实体模型数据，经过计算机进行数据处理后，将三维实体数据模型转化为许多二维平面模型的叠加，再通过计算机控制将这些平面模型顺次联接，从而形成复杂的三维实体零件模型。
快速原型制造技术是机械工程、CAD、数控技术、激光技术以及材料科学的技术集成，它可以迅速地将设计思想转化为具有一定结构和功能的原型或直接制造成零件，从而可以对产品设计进行快速论证、修改。
RPM技术采用基于离散/堆积的工艺方法，使得计算机中的CAD几何模型与制造过程模型共享一个集成环境，能直接从CAD数据模型生成三维产品原型，能在几小时，几十小时或几百小时内制造出不同大小和复杂程度的零件原型，大大缩短了新产品开发周期。
2．几种典型的激光快速成形技术
（1）快速成形技术基本原理
快速成形RPM方法是基于平面离散/堆积的新颖的成形法。
该方法首先在CAD成形系
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