数控加工编程教案.docx
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数控加工编程教案
张家口职业技术学院教案
（2006～2007学年度第二学期）
系别机械工程系
班级2005级数控1—2班
任教课程数控加工编程及操作
教师姓名宋建武
二00六年三月五日
教师课时授课教案
课程名称
数控加工编程及操作
课时
2
序号
1
授课班级
数控2005
日期
3.6
教学方式
讲授
课题
第1章数控机床加工程序编制基础§1-1
任课教师
宋建武
本节教材分析
本节教材的主要内容有：
（1）数控程序编制的定义；
（2）字与字的功能；
（3）程序格式。
考虑到学生刚实习完普通车床，因此结合普通车床加工零件过程讲授数控编程过程。
教学目标
德育目标：
教育学生爱岗敬业、学好本学科的基本知识和基本技能，服务于社会，建设国家和自己的家园。
知识目标：
掌握数控程序编制的基本概念、方法和步骤。
能力目标：
能够正确书写程序段。
重点
数控程序的构成，功能字的书写
难点
数控程序的构成，功能字的书写
教学方法
普通车床零件加工与数控机床零件加工对比教学，从中体现数控编程在数控加工中的作用。
作业
P28一、1、2三、1、2
授课主要内容
Ⅰ导入新课
[提问]普通车床车削外圆和平面的过程？
[学生答]刀具的运行轨迹：
空行程、切削行程。
[提问]车削过程的完成情况
[学生答]手动完成空进、空退行程，机械自动完成车削行程。
Ⅱ新课教学
1.1数控程序编制的概念
1.1.1数控程序编制的定义
1.数控程序编制的内容及步骤
（1）分析零件图样和制定工艺方案
（2）数学处理
（3）编写零件加工程序
（4）程序校验
2．数控程序编制的方法
（1）手工编程
（2）计算机自动编程
1.1.2字与字的功能
1．字符与代码
（1）ISO国际标准化组织标准代码
（2）EIA美国电子工业协会标准代码
2．字
3．字的功能
（1）顺序号字N
（2）准备功能字G
（3）尺寸字
（4）进给功能字F
（5）主轴转速功能字S
（6）刀具功能字T
（7）辅助功能字M
1.1.3程序格式
1．程序段格式
2．加工程序的一般格式
（1）程序开始符、结束符
（2）程序名
（3）程序主体
（4）程序结束指令
加工程序的一般格式举例：
%//开始符
O1000//程序名
N10G00G54X50Y30M03S3000
N20G01X88.1Y30.2F500T02M08
N30X90//程序主体
…
N300M30
%//结束符
Ⅲ课程小结：
数控编程的过程；
数控程序的构成。
教师课时授课教案
课程名称
数控加工编程及操作
课时
2
序号
2
授课班级
数控2005
日期
3.8
教学方式
讲授
课题
第1章数控机床加工程序编制基础§1-2
任课教师
宋建武
本节教材分析
本节教材的主要内容是：
机床坐标系的类型，机床坐标原点、参考点的寻找方法。
编程坐标系的确定方法和原则，加工坐标系的确定方法。
加工坐标系确定技能是数控机床操作者必备的基本技能，编程坐标系的确定技术是数控编程者的基本技术。
课堂讲学与仿真软件结合，用直观教学法进行教学，使学生真正掌握这项基本技能。
教学目标
德育目标：
培养学生具体问题具体分析，不生搬硬套地学习书本知识的学习方法。
知识目标：
掌握机床坐标系的类型，参考点的定义。
了解编程坐标系、加工坐标系的概念，加工坐标系的重要性。
能力目标：
熟练掌握确定加工坐标系的基本技能（方法和步骤），能够正确地确定编程坐标系，寻找参考点。
重点
机床坐标系坐标轴方向的确定，机床零点与机床参考点的查找
难点
Z坐标轴与X坐标轴方向的确定
教学
方法
对比教学法，直观教学法
作业
授课主要内容
Ⅰ导入新课
[教师]学生在黑板上画出直角坐标系，确定箭头方向、原点，标出正负值范围。
学生画出。
[教师]总结正负值确定方法。
Ⅱ新课教学
1.2数控机床的坐标系
1.2.1机床坐标系
1．机床坐标系的确定
（1）机床相对运动的规定：
工件静止、刀具运动
（2）机床坐标系的规定
标准机床坐标系中X,Y,Z坐标轴的相互关系用右手笛卡儿直角坐标系决定：
图1.1直角坐标系
（3）运动方向的规定
增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向
2．坐标轴方向的确定
（1）Z坐标
图1.2数控车床的坐标系图1.3数控立式铣床的坐标系
（2）X坐标
（3）Y坐标
授课主要内容
3.附加坐标系
（1）指定平行于X,Y,Z的坐标轴
（2）指定不平行于X,Y,Z的坐标轴
4.机床原点的设置
（1）数控车床的原点
图1.4数控车床坐标系
（2）数控铣床的原点
图1.5数控铣床坐标系
5.机床参考点
图1.6数控车床的参考点
授课主要内容
1.2.2编程坐标系
1.2.3加工坐标系
1.加工坐标系的确定
2.加工坐标系的设定
方法一：
在机床坐标系中直接设定加工原点。
方法二：
通过刀具起始点来设定加工坐标系。
1.2.4机床加工坐标系设定实例
图1.7零件图样
1.准备工作
2.装夹工件毛坯
3.对刀测量
图1.8X、Y向对刀方法图1.9Z向对刀方法
4.计算设定值
5.设定加工坐标系
6.校对设定值
Ⅲ课程小结：
机床坐标系的方向与坐标原点，设定编程坐标系的方法。
教师课时授课教案
课程名称
数控加工编程及操作
课时
2
序号
３
授课班级
数控2005
日期
3.10
教学方式
讲授
课题
第1章数控机床加工程序编制基础§1-3
任课教师
宋建武
本节教材分析
本节教材的主要内容有：
绝对尺寸指令和增量尺寸指令；坐标平面选择指令；快速点定位指令；
直线插补指令；圆弧插补指令。
对于数控车床，只有XZ坐标系，因此坐标平面选择指令的应用放在铣床编程中讲授，这里只是顺便提一下；绝对编程和相对编程是数控编程的两种方法，先要求学生熟练应用绝对编程方法，通过直线编程结合仿真软件要求学生试着编写阶梯轴的精加工程序段，需要注意程序格式。
让学生一开始接触编程就和刀具、机床、夹具等工艺系统要素结合起来，以便让学生知道数控编程就是在这些具体条件下的编程；脱离了这些内容，编程将毫无意义。
目的
要求
德育目标：
培养学生理论联系实际的作风。
知识目标：
掌握G90、G91、G17、G00、G01、G02和G03的含义。
能力目标：
使用G90、G00和G01编写阶梯轴精加工程序段。
重点
绝对尺寸指令和增量尺寸指令；快速点定位指令；直线插补指令；圆弧插补指令G02、G03。
难点
圆弧插补指令G02、G03。
教学方法
多媒体课件教学，仿真软件教学，任务驱动
作业
P28一3、4二1、2、3、4
授课主要内容
Ⅰ导入新课
[教师]在黑板上画出有两个圆柱面组成的阶梯小轴，让学生思考编写精加工程序的过程。
[教师]根据学生的回答说明阶梯轴精加工程序的编写步骤，着重说明编写程序的过程就是确定刀具运动方式和运动位置（即坐标）的过程。
Ⅱ新课教学
1.3常用编程指令
1.3.1绝对尺寸指令和增量尺寸指令
1.G功能字指定
G90指定尺寸值为绝对尺寸
G91指定尺寸值为增量尺寸
2.用尺寸字的地址符指定
绝对尺寸的尺寸字的地址符用X，Y，Z。
增量尺寸的尺寸字的地址符用U，V，W。
1.3.2预置寄存指令G92
预置预置寄存指令是按照程序规定的尺寸字值，通过当前刀具所在位置来设定加工坐标系的原点。
这一指令不产生机床运动。
编程格式：
G92X_Y_Z_
注意：
这种方式设置的加工原点是随刀具当前位置（起始位置）的变化而变化的。
1.3.3坐标平面选择指令
坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。
G17表示选择XY平面，G18表示选择ZX平面，G19表示选择YZ平面。
一般，数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床默认在XY平面内加工。
1.3.4快速点定位指令
快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置，其移动速度由参数来设定。
编程格式：
G00X～Y～Z～
1.3.5直线插补指令
直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。
程序格式：
G01X～Y～Z～F～
其中：
X、Y、Z的值是直线插补的终点坐标值。
例：
实现图1.10中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：
绝对方式编程：
G90G01X10Y10F100
增量方式编程：
G91G01X-10Y-20F100
图1.10直线插补运动图1.11圆弧方向判别
1.3.6圆弧插补指令
G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。
G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。
圆弧顺逆方向的判别：
沿着不在圆弧平面内的坐标轴，由正方向向负方向看，顺时针方
向G02，逆时针方向G03，如图1.11所示。
程序格式：
XY平面：
G17G02X～Y～I～J～（R～）F～
G17G03X～Y～I～J～（R～）F～
ZX平面：
G18G02X～Z～I～K～（R～）F～
G18G03X～Z～I～K～（R～）F～
YZ平面：
G19G02Z～Y～J～K～（R～）F～
G19G03Z～Y～J～K～（R～）F～
其中：
X、Y、Z的值是指圆弧插补的终点坐标值；
I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与G90,G91无关；
R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角≤180o时，R值为正，
当圆弧的圆心角＞1800时，R值为负。
例：
在图1.12中，当圆弧A的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：
G02X321.65Y280I40J140F50
或：
G02X321.65Y280R-145.6F50
当圆弧A的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为：
G03X160Y60I-121.65J-80F50
或：
G03X160Y60R-145.6F50
图1.12圆弧插补应用
Ⅲ课程小结：
讲授了数控编程程序段中功能字及其意义，其中包括：
G90、G91、G17、G00、G01、G02和G03。
教师课时授课教案
课程名称
数控加工编程及操作
课时
２
序号
4
授课班级
数控2005
日期
3.13
教学方式
讲授
课题
第1章数控机床加工程序编制基础§1-3
任课教师
宋建武
本节教材分析
本节教材的主要内容有：
刀具半径补偿指令和刀具长度补偿指令。
刀具半径补偿和长度补偿是数控编程中的重点和难点，需要结合具体的机床和刀具条件来确定，本次课仅仅介绍刀具补偿指令和其意义，在后面的内容中将陆续介绍刀具补偿指令的应用。
引入刀具半径补偿和长度补偿后，数控加工程序与刀具的具体尺寸没有直接关系，为同一轮廓采用不同刀具调用同一程序奠定了理论基础，为子程序的编写提供了一定的依据。
目的
要求
德育目标：
刀具补偿和具体的加工条件有关，因此要求学生编程要从具体的条件出发，而不是简单用书本编程格式套用来编程。
知识目标：
掌握刀具半径补偿指令及刀具长度补偿指令的格式与应用。
能力目标：
能用半径补偿编写铣床零件外轮廓的精加工程序。
重点
刀具半径补偿指令的工作过程
难点
刀具半径补偿指令的工作过程
教学
方法
直观教学法，讲授法
作业
P28二5三4、5
授课主要内容
Ⅰ导入新课
[教师]在黑板上画出一个方形外轮廓，让学生思考编写精加工程序的过程。
[教师]根据学生的回答的编写步骤，说明铣床程序的编写思路；利用图形坐标编写的程序反映了刀具中心的轨迹，因此得到的加工尺寸比图纸小，如果要用图形坐标直接编程，需要引入刀具半径补偿功能，经过刀具半径补偿后再编写出的数控加工程序与刀具半径无关。
Ⅱ新课教学
1.3.7刀具半径补偿指令
1.编程格式
G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿，见图1.13。
图1.13左偏刀具半径补偿
G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀具半径补偿，见图1.14。
G40为补偿撤消指令。
图1.14右偏刀具半径补偿
程序格式：
G00/G01G41/G42X_Y_H_
……
……
G00/G01G40X_Y_
2.工作过程
（1）刀具半径补偿建立时，一般是直线且为空行程，以防过切。
（2）刀具半径补偿一般只能平面补偿。
（3）刀具半径补偿结束用G40撤销，撤销时同样要防止过切。
（4）注意
1）建立补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动。
2）建立补偿的程序段，一般应在切入工件之前完成。
3）撤销补偿的程序段，一般应在切出工件之后完成。
3.刀具半径补偿量的改变
4.刀具半径补偿量的符号
5.过切
通常过切有以下两种情况：
（1）刀具半径大于所加工工件内轮廓转角时产生的过切，如图1.15所示。
（2）刀具直径大于所加工沟槽时产生的过切，如图1.16所示。
图1.15加工内轮廓转角图1.16加工沟槽
6.刀具半径补偿的其他应用
1.3.8刀具长度补偿指令
G43为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。
G44为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。
G49为撤消补偿。
刀具长度补偿的情况见图1.17。
编程格式为：
G01G43/G44ZH//建立补偿程序段
…… //切削加工程序段
……
G49 //补偿撤消程序段
H刀具长度补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与长度补偿量一一对应。
刀具长度补偿量可用CRT/MDI方式输入。
如果用H00则取消刀具长度补偿。
图1.17刀具长度补偿
Ⅲ课程小结：
介绍了刀具补偿的概念和补偿注意事项。
教师课时授课教案
课程名称
数控加工编程及操作
课时
２
序号
5
授课班级
数控2005
日期
3.15
教学方式
讲授
课题
第2章数控加工工艺设计 §2-1
任课教师
宋建武
本节教材分析
本节教材主要内容有：
（1）数控加工工艺内容的选择
（2）数控加工工艺性分析
（3）数控加工工艺路线的设计
由于数控工艺课程单开，因此本课程涉及到的数控工艺内容只是为了数控编程的需要而把相关内容进行复习和归纳，主要有工序或工步的划分，加工顺序。
教学目标
德育目标：
编程前，让学生认真研究零件的工艺，达到按工艺编程，不仅使程序实用，而且培养学生自觉遵守工艺纪律的良好品德。
知识目标：
了解数控机床加工的一般对象，掌握数控工序的划分及加工顺序的确定。
能力目标：
根据零件的数控加工内容划分工序，确定加工顺序。
重点
工艺性分析及加工工艺路线的设计
难点
工序的划分，加工顺序的确定
教学
方法
多媒体课件演示法，讲授法
作业
授课主要内容
Ⅰ 导入新课
[教师]通过多媒体课件展示数控机床加工的几个零件，然后指出零件并非所有的表面都是由数控机床加工的，然后引出数控机床加工的主要内容。
Ⅱ新课教学
2.1数控加工工艺设计的主要内容
2.1.1数控加工工艺内容的选择
1、适于数控加工的内容
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；
（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
2、不适于数控加工的内容
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。
相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：
（1）占机调整时间长。
如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；
（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。
这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；
（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。
主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。
此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。
总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。
要防止把数控机床降格为通用机床使用。
2.1.2数控加工工艺性分析
1、尺寸标注应符合数控加工的特点
2、几何要素的条件应完整、准确
3、定位基准可靠
4、统一几何类型及尺寸
2.1.3数控加工工艺路线的设计
1.工序的划分
（1）以一次安装、加工作为一道工序。
（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。
（3）以加工部位划分工序。
（4）以粗、精加工划分工序。
2.顺序的安排
顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。
顺序安排一般应按以下原则进行：
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑。
（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；
（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。
3.数控加工工艺与普通工序的衔接。
Ⅲ课程小结：
根据具体零件讲授了数控加工如何划分工序，确定加工顺序。
教师课时授课教案
课程名称
数控加工编程及操作
课时
２
序号
6
授课班级
数控2005
日期
3.17
教学方式
讲授
课题
第2章数控加工工艺设计 §2-2
任课教师
宋建武
本节教材分析
本节教材的主要内容有：
（1）确定走刀路线和安排加工顺序
（2）确定定位和夹紧方案
（3）确定刀具与工件的相对位置
（4）确定切削用量
这些工艺问题和具体的机床、工件等条件有关，还和工件的批量和编程方法有关，本次课只是把这些问题提出来，以便在以后的编程中给予足够的重视。
教学目标
德育目标：
数控程序中的细节问题既影响加工质量，有影响生产率，引导学生注意细节，让学生从细微处做起，树立细节决定成败的意识。
知识目标：
掌握加工顺序的决定方法。
能力目标：
结合以前学过的课程，能安排走刀路线，选择切削用量和装夹工件。
重点
走刀路线和定位夹紧方式的确定；加工顺序的确定。
难点
走刀路线和定位夹紧方式的确定
教学
方法
仿真软件演示，讲授法
作业
P41 一1、2、3、4、5二1、2、3、4、5三1、2、3、4、5、6、7
授课主要内容
Ⅰ 导入新课
[教师]通过多媒体课件展示数控机床加工视频，引出数控机床加工的工艺内容。
Ⅱ新课教学
2.2数控加工工艺设计方法
2.2.1确定走刀路线和安排加工顺序
1.寻求最短加工路线
如加工图2.1a所示零件上的孔系。
2.1b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。
若改用2.1c图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。
a）零件图样b）路线1c）路线2
图2.1最短走刀路线的设计
2.最终轮廓一次走刀完成
为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。
如图2.2a为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。
但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。
所以如采用2.2b图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。
图2.2c也是一种较好的走刀路线方式。
图2.2铣削内腔的三种走刀路线
3.选择切入切出方向
考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如图所示。
4.选择使工件在加工后变形小的路线
2.2.2确定定位和夹紧方案
在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：
（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；
（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；
（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；
（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。
2.2.3确定刀具与工件的相对位置
对刀点的选择原则如下：
（1）所选的对刀点应使程序编制简单；
（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；
（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；
（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。
在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。
所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。
“刀位点”是指刀具的定位基准点。
如图所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。
（a）砖头的刀位点（b）车刀的刀位点（c）圆柱铣刀的刀位点（d）球头铣刀的刀位点
换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。
对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。
为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。
2.2.4确定切削用量
切削用量包括主轴转速、进给速度、背吃刀量和宽度等，各种切削用量的参数，都应在加工程序中反映，其具体值可根据所使用数控机床的工艺特性、参考切削用量手册并结合实践经验确定。
Ⅲ课程小结
本次课只列举了数控加工中的工艺问题，这些问题包括内容选择、工序划分、加工顺序确定、进给路线确定、工件装夹、切削用量选择等带有普遍性的工艺问题，这些内容只有和实际的数控加工中结合起来，才
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