数控车床编程与操作教案资料共22页.docx

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数控车床编程与操作教案资料共22页

营口技师学院

实习课教学教案

年级15级4班

科目数控车床编程与操作

任课教师孙洪建

学期2019～2019学年第一学期

2019年10月27日

第一部分入门篇

课题一入门基础概述

课题：

入门基础概述

教学时间：

10.27--11.4第一周

教学目标：

1、了解数控加工技术的应用及发展前景。

2、了解数控的定义及数控车床的基础知识。

3、了解数控车床的用途及分类。

4、了解数控GSK980TD；FANUC0iMateTc车床系统的编程和操作方法。

重点：

1、了解数控的定义及数控车床的基础知识。

2、了解数控车床的用途及分类。

难点：

了解数控车床的用途及分类。

教法教具：

结合本校现有的数控车床分组进行现场指导教学。

教学内容：

一、数控机床的发展概况

1、数控机床发展的必要性

随着科学技术和社会生产的迅速发展，机械产品日趋复杂，并且对于机械产品的质量和生产率的要求越来越高。

在航天、造船和计算机等工业中，零件的精度高、形状复杂、批量小、改动频率高、加工困难，而传统的机械加工方法生产率低、劳动强度大，产品质量难以得到保证。

因此，机械加工工艺过程自动化是适应上述发展特点的最重要手段之一。

为了解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备-----数控机床应运而生。

目前，数控加工技术与数控机床在工业生产中得到了广泛应用，成为机床自动化的一个重要发展方向。

2、数控机床的发展概况

随着数控机床技术的发展，数控系统不断更新、升级，机床结构和刀具材料也在不断变化。

未来的数控机床将向高速化发展，主轴转速、转位换刀速度将得到进一步的提高，刀架将实现快速移动；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控机床将向多轴、多刀架加工方向发展；通过区域化、网络化的控制，数控机床的生产实现长时间无人化，全自动操作；机床的加工精度及可靠性也在向更高的水平发展。

同时，数控车床的结构设计也更趋于简易。

二、什么叫数控车床？

数控车床又称为CNC（ComputerNumericalControl）车床，既用计算机数字控制的车床。

数控车床是一种用数字化代码作指令，由数字控制系统进行控制的自动化车床。

它是综合应用了电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量、和机床设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新型自动化车床。

二、数控车床的组成

数控车床主要有程序输入装置、数控系统、伺服系统、位置检测反馈装置和机床运动部件组成。

三、数控车床工作过程

数控车床工作大致分为下面四个步骤：

1、根据零件图要求的加工技术内容，进行数值计算、工艺处理和程序设计。

2、将数控程序按数控车床规定的程序格式编制出来，并以代码的形式完整记录在存储介质上，通过输入（手工、计算机传输等）方式，将加工程序的内容输送到数控装置。

3、根据X、Z等运动方向的电脉冲信号由伺服系统处理并驱动机床的运动机构（主轴电动机、进给电动机等）动作，使车床自动完成相应零件的加工。

四、数控车床的特点与应用

1、数控车床加工适用范围主要如下：

（1）形状复杂、加工精度要求高，特别是较为复杂的回转曲线等方面的零件。

（2）产品更换频繁，生产周期要求短的场合。

（3）小批量生产的零件。

（4）价值较高的零件等。

五、数控车床的用途

数控车床是用来加工轴类或盘类的回转体零件的机床。

数控车床可以自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等切削加工，特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。

数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多中、小批量、生产自动化的要求，因此，被广泛应用于机械制造业，例如，汽车制造厂、发动机制造厂等。

六、数控车床的结构与分类

数控车床按分类方式，如按安装方式、工艺处理方式、结构特点、伺服类型，经济特征等。

可分为不同的数控车床。

1、按数控车床工件安装方式分为

（1）卧式数控车床

（2）立式数控车床（3）立卧两用数控车床

2、按系统伺服方式可分为：

（1）开环数控车床

（2）闭环数控车床（3）半闭环数控车床

3、按数控车床结构上的特点可分为不同类型的数控车床：

（1）按主轴速度控制方式分为：

主轴、分级控制主轴数控车床

伺服主轴的数控车床

（2）按卡盘夹紧形式分为：

手动卡盘数控车床

电动卡盘数控车床

液压卡盘数控车床

（3）按床身结构形式分为：

平床身数控车床

斜床身数控车床

（4）按尾座结构分为：

普通尾座数控车床

液压尾座数控车床

可编程尾座数控车床

（5）按刀架位置形式分为：

前置式刀架数控车床

后置式刀架数控车床

4、按数控车床的综合性能分为：

（1）经济型数控车床

（2）普及型数控车床（3）高档数控车床

【小结】：

本次课主要介绍了数控加工技术的应用及发展前景、数控的定义及车床的基础知识、数控车床的用途及分类，这部分内容要求学生了解。

单元二简单轴类零件加工

课题：

数控车床程序的输入与编辑

教学时间：

11.7--11.11

教学目的与要求：

1、了解一个完整程序的基本构成。

2、会选择编程坐标系统。

3、掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。

重点：

1、了解一个完整程序的基本构成。

2、会选择编程坐标系统。

3、掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。

难点：

掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。

教法教具：

理论与现场指导教学。

学法指导：

学生课前要先预习本节内容，课间要认真听老师讲课，课后要复习巩固。

教学内容：

一、数控车床坐标轴与运动方向

为了简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制定了统一的标准，规定直线进给坐标轴，用X、Y、Z表示基本坐标轴，其相互关系用右手定则决定。

1、数控车床坐标轴和方向命名原则

（1）用右手直角笛卡儿坐标定义原则（见图3-1所示）

图3-1　直角坐标系

（2）数控车床的Z坐标轴规定为传递切削动力的主轴线方向；X坐标轴规定为水平方向，X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑板，规定远离卡盘中心方向为正方向。

2、数控车床坐标系的确定与应用

（1）先确定Z轴，Z轴是传递切削动力的主要轴，然后再确定其X轴。

（2）数控车床坐标系的原点一般定义在卡盘中心处，还有一些机床将原点设

在刀架位移的正向极限位置

（3）编程坐标系

编程人员选择工件图样上的某一已知点为原点（也称为程序原点），建立一个新的坐标系，称为编程坐标系。

（4）选择编程原点：

　　从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。

车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心。

Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。

车削零件的编程原点选择见图：

图车削零件的编程坐标原点

3、工件坐标系

操作者通过对刀等方式将编程坐标系的原点移到数控车床上，此时在数控车床上建立的坐标系称为工件坐标系。

其原点一般选择在轴线与工件右端面、左端面或其他位置的交点上，工件坐标系的Z轴一般与主轴轴线重合。

车削零件的工件坐标原点选择见图

图车削零件的工件坐标原点

4、对刀点

将编程坐标系原点转换成机床坐标系的已知点并成为工件坐标系的原点，这个点就称为对刀点。

5、起刀点

起刀点是零件程序加工的起始点。

6、换刀点

在零件车削过程中需要自动换刀，为此必须设置一个换刀点，该点应离开工件有一定距离，以防止刀架回转换刀时刀具与工件发生碰撞。

换刀点通常分为两种类型，即固定换刀点和自定义换刀点。

7、选择起刀点、换刀点的位置通常要注意：

方便数学计算和简化编程

容易找正对刀

便于加工检查

引起的加工误差小

不要与机床、工件发生碰撞

方便拆卸工件

空行程不要太长

三、编程坐标

编程坐标分为绝对坐标（X、Z）、相对坐标（U、W）和混合坐标（X/Z,U/W）。

1.绝对坐标（X、Z）

各点坐标参数以到坐标原点的距离作为参数值。

2．相对坐标（U、W）

某点的坐标参数以到另外一点的距离作为参数值，即指令从前面一个位置到下一个位置的距离作为参数值。

3.混合坐标（X/Z,U/W）

绝对坐标和相对坐标同时使用，即在同一个程序段中，可使用X或U,Z或W。

4..直径坐标

X坐标参数值为直径。

5.半径编程

X坐标参数值为半径值

四、初态、模态

1、初态

指运行加工程序之前的系统编程状态，即机器里面已设置好的，一

开机就进入的状态，例如：

G98、G00。

2、模态

一种连续有效的指令。

指相应字段的值一经设置，以后一直有效，直到某程序段有对该字段重新设置。

设置之后，如果是同一组的也可以使用相同的功能，而不必再输入该字段。

例如：

N30G90X32Z-0F80;

N40X30:

…….

N…G02X30Z-30R5F50:

N…G01Z-30F30;

五、程序构成

在数控车床上加工零件，首先要编制程序，然后用该程序控制机床的运动。

数控指令的集合称为程序。

在程序中根据机床的实际运动顺序书写这些指令。

1.程序结构

一个完整的数控加工程序由程序开始部分、若干程序段、程序结束部分组成。

一个程序段由程序段号和若干个“字”组成，一个“字”由地址符和数字组成。

下面是一个完整的数控加工程序，该程序由程序号开始，以M30结束。

程序说明

O1234程序开始

N10T0101G95M3S500；程序段1

N20G0X100Z100；程序段2

N30G0X26Z0；程序段3

N40G1X0.0F0.1；程序段4

N50Z1；程序段5

N60G0X100；程序段6

N70Z100；程序段7

N80M30；程序结束

（1）程序号

零件程序的起始部分一般由程序起始符号%（或O）后跟1—4位数字（0000～9999）组成，如：

%123，O1234等。

（2）程序段的格式和组成

程序段的格式可分为地址格式、分割地址格式、固定程序段格式和可变程序段格式等。

其中以可变程序段格式应用最为广泛，所谓可变程序段格式就是程序段的长短是可变的。

例如：

N10G01X40.0Z-30.0F200；

程序段号功能字坐标字给速度功能字程序段结束

（3）“字”

一个“字”的组成如下所示：

Z-30.0

地址符符号（正、负号）数据字（数字）

2．主轴转速功能字S

主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。

单位为r/min。

对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的S指令用来指定车削加工的线速度数。

（1）无变速箱的：

直接输入转速，例如S100、S210、S500等。

3.进给功能字（切削速度）F

进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。

对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。

F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。

单位：

G98为每分钟进给，mm/min:

G99为每转进给，mm/r。

。

切削进给速度要有F值，F值的快慢也可在进给倍率中控制。

【小结】：

本次课主要对数控车床坐标系统，程序结构、程序字符与代码、字与字的功能类别、程序格式进行了学习，这些内容是学习好数控编程这门课的基础。

【课外作业】：

1、什么叫坐标原点？

2、什么叫程序起点？

3、编程坐标有几种？

4、什么叫初态？

5、什么叫摸态？

单元三复合固定循环加工工件轮廓

课题：

程序编写

教学时间：

11.14-11.18

教学目的与要求：

1、了解编程的基本要求和顺序。

2、掌握编程坐标的选择。

重点：

了解编程的基本要求和顺序。

难点：

了解编程的基本要求和顺序。

教法教具：

课堂理论教学。

学法指导：

学生课前要先预习本节内容，课间要认真听老师讲课，课后要复习巩固。

新课引入：

上一节讲解了数控加工程序的基础知识，那么编写一个完整的程序有什么基本的要求，又需要注意些什么问题呢？

从而引出本节课的教学内容。

教学内容：

一、快速定位（G00）

1、编程格式：

N10G00X（U）＿Z（W）＿;

式中X、Z的值是快速点定位的终点坐标尺寸，是绝对值坐标编程；

U、W的值是快速点定位的终点坐标尺寸，是相对（增量）值坐标编程。

例：

从A点到B点快速移动的程序段为：

N10G00X20Y30;

或是N10G00U-20W-10;

2、G00走刀路线

a）同时到达终点

b）单向移动至终点

图3-6　快速点定位

　　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。

指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后减速到达终点，如图3-6所示。

注意：

在各坐标方向上有可能不是同时到达终点。

刀具移动轨迹是几条线段的组合，不是一条直线。

例如，在FANUC系统中，运动总是先沿45°角的直线移动，最后再在某一轴单向移动至目标点位置，如图3-6b所示。

编程人员应了解所使用的数控系统的刀具移动轨迹情况，以避免加工中可能出现的碰撞。

3、G00没有F值

（1）快速移动速度由厂家设定。

（2）快速移动速度受快速倍率开关控制（F025‰50‰100‰）。

（3）用F值指定的进给速度无效。

六、编程举例

例3-1工件加工如图3-7所示，试编写数控加工程序。

图3-7编程举例

编写程序：

O0001

N10G50X100Z100；（刀具程序起始点）

N20M03S800T0101；（主轴正转，转速为800r/min，用一号基准刀）

N30G00X30Z2；（快速定位到工件附近）

N40…

…

…（切削加工部分）

…

…

NG00X100Z100；（快速回到起始点）

NM05T0100；（主轴停止，换回基准刀）

NM30；（程序结束，光标返回到程序开始）

七、在同一程序段中可能使用的编程坐标

1、绝对编程坐标：

X、Z。

2、相对（增量）编程坐标：

U、W。

3、混合编程坐标：

X（U）、Z（W）。

例如：

编程举例中N30的程序段中可用：

N30G00X30Z2；（绝对编程）

或N30G00U-70W-98；（相对编程）

N30G00X30W-98；（混合编程）

N30G00U-70Z2；（混合编程）

八、程序编写时应注意的事项

1、坐标系的设定应根据加工工艺的要求，要尽可能靠近工件，只要换刀时不碰到工件就可以。

2、前三步和后三步的格式一样，但坐标系设定的范围不同，工件G00定位的根据加工要求确定。

3、G00的程序段不能含有F值，有F值则无效。

【小结】：

本次课主要对数控车床编程坐标的选择、编程的基本要求、顺序及编程所要注意的事项进行了学习，这些内容是学习好数控编程这门课的基础，要求学生必须掌握。

【课外作业】：

1、坐标系设定有什么要求？

2、什么叫快速定位？

用哪个符号来表示？

3、在同一个程序段中可能使用的编程坐标有几种？

第二部分编程篇

课题五插补功能

课题：

圆弧插补功能

教学时间：

11.21-11.25

教学目标：

1、了解直线插补的使用方法。

2、了解圆弧插补的方法及格式中的各参数的含义。

3、能判断顺时针、逆时针圆弧插补的方向。

重点：

1、了解圆弧插补的方法及格式中的各参数的含义。

难点：

能判断顺时针、逆时针圆弧插补的方向。

学法指导：

学生课前要先预习本节内容，课间要认真听老师讲课，课后要复习巩固。

教学内容：

（一）圆弧插补指令G02、G03

指令格式：

G02/G03X（U）___Z（W）___I___K___F___；

G02/G03X（U）___Z（W）___R___F___；

1.圆弧顺逆的判断

圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03。

圆弧插补的顺逆可按图5-4给出的方向判断：

沿圆弧所在平面（如XZ平面）的垂直坐标轴的负方向（－Y）看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。

数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴，按右手定则的方法将Y轴也加上去来考虑。

观察者让Y轴的正向指向自己（即沿Y轴的负方向看去），站在这样的位置上就可正确判断X-Z平面上圆弧的顺逆时针了。

图5-4圆弧顺逆的判断

2.说明：

①采用绝对值编程时，圆弧终点坐标为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值，用X、Z表示。

当采用增量值编程时；圆弧终点坐标为圆弧终点相对于圆弧起点的增量值，用U、W表示。

②圆心坐标I、K为圆弧起点到圆弧中心所作矢量分别在X、Z坐标轴方向上的分矢量（矢量方向指向圆心）。

本系统I、K为增量值，并带有“±”号，当分矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取“－”号。

③当用半径只指定圆心位置时，由于在同一半径只的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，为区别二者，规定圆心角≤180°时，用“＋R”表示。

若圆弧圆心角>180°时，用“－R”表示。

④用半径只指定圆心位置时，不能描述整圆。

图5-5G02应用实例

图5-6G03应用实例

如图5-5所示G02应用实例：

（1）用I、K表示圆心位置，绝对值编程：

N03G00X20.OZ2.O；

N04G01Z-30.0F80；

N05G02X40.0Z-40.0IO.OKOF60；

（2）用I、K表示圆心位置，增量值编程：

N03G00U-80.OW-98.0；

N04G01UOW-32.0F80；

N05G02U20.OW-10.0I0.0K0F60；

（3）用R表示圆心位置

N04G01Z-30.OF80；

N05G02X40.0Z-40.OR10F60，

如图5-6所示G03应用实例：

（1）用I、K表示圆心位置，采用绝对值编程。

N04G00X28.0Z2.O；

N05G01Z-40.0F80；

N06G03K40.OZ-46.0I0K-6.0F60；

（2）采用增量值编程

N04G00U-150.OW-98.0；

N05G01W-42.OF80；

N06G03U12.0W-6.010K-6.0F60；

（3）用R表示圆心位置，采用绝对值编程。

N04G00X28.0Z2.O；

N05G01Z-40.0F80；

3.G02/G03车圆弧的方法：

应用G02（或G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。

所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。

下面介绍车圆弧常用加工路线。

图5-7车锥法

图5-8车圆法

图5-7为车圆弧的车锥法切削路线。

即先车一个圆锥，再车圆弧。

但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。

确定方法如图2-4所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。

图5-8为车圆弧的同心圆弧切削路线。

即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。

此方法在确定了每次吃刀量ap后，对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。

但空行程时间较长。

编程实例

如图所示，工件已粗加工完毕，各位置留有余量0.2mm，要求重新编写精加工程序，不切断。

编写加工程序

O0502

N10G99G50X100Z100；

N20M03S1000T0101；

N30G00X10Z2；

N40G01Z0F0.5；

N50G03X12Z-1R1F0.2；

N60G01Z-12；

N70G02X18Z-15R3；

N80G03X22W-2R2；

N90G01Z-28；

N100G00X100Z100；

N110M05T0100；

N120M30;

（二）单一固定循环（G90,）

外圆、内圆车削循环（G90）

教学目的和要求：

1、掌握外圆、内圆车削循环（G90）指令

2、能够利用G90环指令编写加工程序

教学重点难点：

1、掌握外圆、内圆车削循环（G90）指令

2、能够利用G90环指令编写加工程序

教学内容

一、外圆、内圆车削循环

功能：

当零件的内、外圆柱面（圆锥面）上毛坯余量较大时，用G90可以去除大部分毛坯余量。

1、直线切削循环

（1）格式：

G90X（U）___Z（W）___F；

其中：

X、Z表示终点绝对值坐标；

U、W表示相对（增量）值终点坐标尺寸；

F切削进给速度。

其轨迹如图6-1所示，由4个步骤组成。

图中1（R）表示第一步快速运动。

2（F）表示第二步按进给速度切削。

3（F）表示第三步按进给速度切削。

4（R）表示第四步快速运动。

图6-1

2、锥体车削循环

（2）格式：

G90X（U）___Z（W）___R__F；

其中：

X、Z表示终点绝对值坐标；

U、W表示相对（增量）值终点坐标尺寸；

R表示锥度尺寸（R=（D-d）/2,D为锥度大端直径，d为锥度小端直径）,车削外圆锥度如是从小端车到大端时，切削锥度R为负值；车削内圆锥度如是从大端车到小端时，内圆锥度R为正值。

F切削进给速

3．编程实例

G90编程实例

图6-3图6-4

图6-3加工程序图6-4加工程序

O0601O0602

N10T0101M03S800；N10M03S600T0101；

N20G00X35Z51；N20G00X40Z50；

N30G90X30Z20F0.2；N30G90X-10Z-30R-5F0.1；

N40G90X27Z20F0.2；N40X-13Z-30R-5；

N50G90X24Z20F0.2；N50X-16Z-30R-5；

N60G0X100Z100；N60X100Z100；

N70M30；N70M30；

【小结】：

本课题是数控车床编程的重要环节，必须了解数控车床的的编程特点，熟练掌握G90固定循环的应用，能够用G90编制简单轴类零件外圆、内圆的数控加工程序。

本课题是数控车床编程的重点和难点，必须掌握圆弧顺，逆方向的判断方法及熟练掌握圆弧插补指令的编程格式。