1、数控车编程与加工电子教案 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】数控车编程与加工电子教案福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用授课教师苏圆圆所在单位（部门）机械汽车科课程类别专业课授课时间80分钟授课内容第一章 数控车削编程基础知识 数控编程概述授课对象教学目的及要求1.了解：数控编程的概念2.理解：数控加工程序结构的组、格式以及程序段的含义3.熟知：数控车床的基本指令代码教学重点与 难 点1.重点：掌握数控加工程序结构的组成、格式以及程序段的含义，能够读懂数控车床的基本指令代码2.难点：数控指令代码教学手段教学过程及内容提要时间分
2、配及备注 数控编程概述一、数控编程的概念普通机床在加工工件时是由工艺员按照设计图纸事先制订好的零件加工工艺规程，在工艺规程中制订出零件的加工工序，操作者按照工艺规程的步骤操作机床来完成对工件的加工，整个过程都贯穿着操作者的手工劳动。数控机床是依据程序来控制机床运转及动作的，使用数控机床进行零件加工时必须首先将零件图纸上的信息处理成数控系统能识别的程序，这一程序的编制叫做数控编程。二、数控编程的种类1、手工编程：手工编程是指编制零件数控加工程序的各步骤，即由分析图纸确定工艺过程数值计算、编写零件加工程序单，制备控制介质到程序校验都是由人工完成的，这种编程方法叫手工编程。对于点定位加工或几何形状不
3、太复杂的零件，数控编程计算较为简单程序段不多手工编程即可实现。但对几何形状复杂的零件特别是对轮廓形状不是简单的直线、圆弧组成而是由非圆曲线、列表曲线及曲面的零件，若用手工编程有一定的困难、出错率较大有的甚至无法编制，因此就必须用自动编程方法来完成。 2、自动编程： 自动编程是用计算机编制数控加工程序的过程，即把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程大部分工作由计算机来完成，编程人员只需根据零件图纸及工艺要求使用规定的数控编程语言写一个较简短的零件程序，并将其输入到计算机自动进行数值计算、后置处理、编写出零件加工程序单。45分钟福州工业学校教案课程名称：数控车削
4、编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注二、数控加工程序编制的步骤分析零件的图样：通过分析零件的材料、形状、尺寸、精度以及毛坯和材料处理要求等，选定在什么数控机床上进行加工。确定加工工艺过程：在分析零件图样的基础上，确定加工顺序、加工路线、装卡方法、刀具选择及切削参数等，制定出合理的工艺方案。数值计算：根据要求，设定编程坐标系，在坐标系中计算出零件轮廓各个轨迹节点的坐标，计算时可以采用计算机辅助计算。编写程序单：加工工艺、参数、刀具轨迹坐标值确定后，编程者可以根据数控系统的功能指令和程序格式，编写数控程序单，制定加工方案。制作控制介质，输入系统：将程序清单的内容记录到控制介质上并送入数控装
5、置。程序较验：数控程序编制好后，不一定能顺利运行，各个环节把握不好，如输错一个字母，都有可能出现意想不到的情况出现，严重的会损坏数控机床，为了保证零件加工的正确性，数控程序必须进行较验和试切才能用于正式加工。二、数控编程前准备 数控车削加工包括端面车削加工、外圆柱面的车削加工、内圆柱面的车削加工、钻孔加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工，一般在数控车床上进行，其中复杂外形轮廓外形回转面的车削加工一般采用计算机辅助数控编程，其它车削加工可以采用手工编程，也可以采用图形编程和计算机辅助数控编程。1.车床选择与工件坐标系的确定 数控编程应根据数控车床的结构、系统的不同而来确定，编程的格式、数据标准在设
6、定时都有所不同，所以，编程前操作者应该详细了解数控车床的特性。 工件坐标系采用与机床运动坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点（即程序原点）要选择便于测量或对刀的基准位置，同时要便于编程计算。2工艺准备进刀、退刀方式 对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削始点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削进给起始点的确定与工件的毛坯余量大小有关，以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。车削完成退刀时一般采用快速走刀的方式，但应注意刀具快速离开工件时不能与工件相邻部分发生碰撞。45分钟福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备
7、注 3刀尖半径补偿 在数控车削编程中为了编程方便，把刀尖看作为一个尖点，数控程序中刀具的运动轨迹即为该假想刀尖点的运动轨迹。实际上刀尖并不是尖的，而是具有一定的圆角半径，为了考虑刀尖圆角半径的影响，在数控系统中引入了刀尖半径补偿，在数控程序编写完成后，将已知刀尖半径值输入刀具补偿表中，程序运行时数控系统会自动根据对应刀尖半径值对刀具的实际运动轨迹进行补偿。4加工路线的选择 数控车削的走刀路线包括刀具的运动轨迹和各种刀具的使用顺序，是预先编制在加工程序中的。合理地确定走刀路线、安排刀具的使用顺序对于提高加工效率、保证加工质量是十分重要的。数控车削的走刀路线不是很复杂，也有一定规律可遵循。课后作业
8、1、数控程序编制的步骤有哪些课后反思提示：根据课堂教学效果总结福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用授课教师苏圆圆所在单位（部门）机械汽车科课程类别专业课授课时间80分钟授课内容 数控车床坐标系统 数控程序结构授课对象教学目的及要求1.了解：机床坐标轴2.理解：机床坐标系，和机床坐标原点3.熟知：工件坐标系、对刀点以及程序结构，程序格式教学重点与 难 点1.重点：坐标系设定2.难点：程序格式教学手段讲授教学过程及内容提要时间分配及备注 数控车床坐标系统一、机床坐标轴1、坐标和运动方向命名原则为了使编程人员能在不知道机床在加工零件时是刀具移向工件，还是工件移向刀具的情况下，就可以根据图样
9、确定机床的加工过程。规定：永远假定刀具相对静止而坐标是运动的。2、机床坐标系的规定在数控机床上加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向，移动的距离在机床上建立一个坐标系称机床坐标系，在编制程序时就以该坐标系来规定运动方向和距离。该坐标系是采用右手直角笛卡儿坐标系。如图 12 所示，为简化编程和保证程序的通用性，统一规定直线进给坐标轴用X，Y，Z表示，称基本坐标轴。15分钟福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注 X，Y，Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，大姆指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正
10、方向。围绕X，Y，Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A，B，C表示，根据右手螺旋定则，如图所示，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A，+B，+C方向。数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着工件运动来实现。上述坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动的方向。如果是工件移动则在字母右上角用加“”来表示，按相对运动的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，对编程员、工艺员来说只考虑不带“”的运动方向，即有：+X =-X, +Y =-Y, +Z =-Z，+A =-A, +B =-B, +C =-C二、坐标轴的确定和运
11、动方向的命名为了使编程人员能在不知道机床在加工零件时是刀具移向工件，还是工件移向刀具的情况下，就可以根据图样确定机床的加工过程。规定：永远假定刀具相对静止而坐标是运动。数控机床坐标系是为了确定零件在机床中的位置、机床运动部件的一些特殊位置（如换刀点、参考点等）以及运动范围如行程范围等建立的几何坐标系，如图32所示。X轴 一般规定位于平行工件装夹面的水平面内，对于数控车床，在水平面内取垂直于主轴旋转中心轴线的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向，如图33所示。Z轴 一般规定产生切削力的主轴旋转中心线为Z轴，刀具远离工件的方向为正向，如图33所示。30分钟福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其
12、应用教学过程及内容提要时间分配及备注三、对刀点和换刀点1）对刀点（起刀点）对刀点（起刀点）是数控加工中刀具相对于工件运动的起点，是零件程序的起点。对刀的目的是确定工件零点（原点）在机床坐标系中的位置，即建立工件坐标系与机床坐标系的关系。它可以设在工件外任何一点，但该点与工件原点之间必须有确定的坐标联系。一般情况下，对刀点既是加工程序执行的起点，也是加工程序执行的终点。通常将设定对刀的过程看成是建立工件坐标系的过程。2）换刀点刀架的换刀点是指刀架转位所在的位置，其位置可以是固定的、也可以是任意的。它的设定原则是以刀架转位时不碰撞工件和机床其它零部件为准，通常在顶尖不使用情况下，将其设定为与刀具对
13、刀点重合。3）“对刀点”和“换刀点”的确定对刀点是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，即编程时程序的起点，或称起刀点。在编程序时应正确选择对刀点的位置。选择原则是，（1）应便于数学处理和使程序编程简单。（2）在机床上易于找正。（3）加工过程中易于检查。（4）引起加工误差小。课后作业课后反思提示：根据课堂教学效果总结福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注 数控程序结构1、程序结构数控加工程序是由若干程序段构成，程序段则是按照一定顺序排列，能使数控机床完成某特定动作的一组指令，每个指令都是由地址字符和数字所组成。一个完整的数控加工程序，由程序号、程序内容和
14、程序结束指令三部分组成，程序号位于程序主体之前，是程序的开始部分，以“O”和四位数字组成，无属性系统，独占一行，后面4位数字从“00019999”之间任意值。程序段是数控加工程序中的一句，用来发出指令使机床做出某一个动作或一组动作，由程序段号及各种指令字构成，在程序段中不同的指令字符及其后续准备功能字数值确定了每个指令字的含义。一个数控装置执行的指令行其格式的语句含义如下。N50 G02 ；2、准备功能G指令准备功能G指令由后面1或2位数值组成，用来规定刀具和工件的相对运动轨迹，机床坐标系、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。G准备功能指令是指在数控装置插补运算之前需要预先规定，为插补运算、刀补
15、运算、固定循环等做好准备。分模态指令和非模态指令两种，模态指令这类指令在同组其它G指令出现之前一直有效；非模态指令这类指令只有在被指定的程序段中才有效。FANUC 0i 系统 “G”指令代码。3、主轴功能S 指令主轴功能S指令用来控制主轴转速，S后面的数值表示主轴的速度，单位r/min或恒线速度m / min（若采用恒线速度要加G96、取消恒线速度G97等指令）。如：G97 S1200 M03 ；（取消恒线速度采用转速1200 r / min主轴正转） G96 S80 ； （采用恒线速度80m / min）数控车削时，按需要可以设置恒切削速度（例如：G96 S80为保证车削后工件的表面粗糙度一
16、致，应设置恒切削速度），车削过程中数控系统根据车削时工件不同位置处的直径计算主轴的转速。设置恒切削速度后，由于主轴的转速在工件不同截面上是变化的，为防止主轴转速过高而发生危险，在设置恒切削速度前，可以将主轴最高转速设置在某一个最高值如：G50 S2000。切削过程中当执行恒切削速度时，主轴最高转速将被限制在这个最高值。45分钟福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注4、刀具功能T指令刀具功能T代码刀具功能T其后的4位数字分别表示选择的刀具号和刀具补偿号。执行T指令时刀架自动转动选用指定的刀具，当一个程序段同时包含T代码与刀具移动指令时：先执行T代码指令，而
17、后执行刀具移动指令。同时调入刀补寄存器中的补偿值，如T0202,说明2号刀、刀补为02内的值；T0200为02号刀并取消补偿，取消补偿时注意刀具位置。5、进给功能F指令在程序中进给速度“F ” 表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，有每分钟进给量G98 mm / min和主轴每转一转刀具的进给量G99 mm / r两种。当工作在G01、 G02 或G03 方式下编程F 一直有效，直到被新的F 值所取代。6、辅助功能M指令辅助功能M指令主要用来指令各种辅助动作及其状态，如：主轴的正转、反转、停、冷却液的开、关等。有非模态M功能和模态M功能二种形式，非模态M功能在当段有效、模态M功能同组可
18、相互注销，注销前一直有效。另外M功能还可以分为前作用M功能和后作用功能M功能两类。前作用M功能是指在程序编制的轴运动之前执行；后作用功能M功能是指在程序编制的轴运动之后执行。课后作业课后反思提示：根据课堂教学效果总结福州工业学校教案授课教师苏圆圆所在单位（部门）机械汽车科课程类别专业课授课时间80分钟授课内容第三章 常用数控车削基本编程指令授课对象教学目的及要求1.了解：直线、圆弧的插补原理2.理解：数控常用指令功能3.熟知：学会G00G01G02G03等指令的功能教学重点与 难 点1.重点：G00G01G02G03判定和应用2.难点：参考点控制指令及其常用指令的应用教学手段讲 授、练习教学过
19、程及内容提要时间分配及备注 数控车常用移动指令1、快速点定位指令G00该指令用于快速点定位，刀具以快速进给速度移动到指令位置，接近终点位置时，进行减速，当确认达到进入位置状态即定位点后，开始执行下个程序段。它只限于空行程，不能用于切削，在程序中不必指令移动速度，只需指令终点位置坐标即可。格式：G00 X（U）_ Z（W）_ ；X、Z 为绝对编程时，终点在工件坐标系中的坐标值。U、W 为增量编程时，终点相对于起点的位移量。2、直线插补指令G01该指令用于轮廓切削的进给指令移动的轨迹为直线。格式 G01 X（U）_ Z（W） F_ ；X、Z 为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标值。U、W 为增量编
20、程时终点相对于起点的位移量。F 两个轴的合成进给速度。可分为每分进给量和主轴每转进给量。该指令为续效指令，被指令的进给速度直到被重新指令前均有效。执行G01指令时刀具在两坐标或三坐标间以插补联动的方式，按F指定的合成进给速度，从当前位置点作任意斜率的直线运动。G01是模态（续效）代码，可由G00、G02、G03或G32功能注销，F指令也是模态代码，它可以用G00指令取消。45分钟福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注3、圆弧进给指令G02 / G03G02：顺时针圆弧插补；G03：逆时针圆弧插补。(1) 用I、K指定圆心位置：格式 G02 / G03 X
21、 ( U )_ Z ( W )_ I _ K _ F _；(2) 用圆弧半径R指定圆心位置：格式 G02 / G03 X ( U )_ Z ( W )_ R _ F _；X、 Z 为绝对编程时，圆弧终点在工件坐标系中的坐标。U、 W 为增量编程时，圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。 I、 K 圆心相对于圆弧起点的增加量(等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标)。在绝对编程、增量编程时都是以增量方式指定，在直径、半径编程时I都是半径值。R 圆弧半径。（同时编入R与I、K时，R有效，用R指定圆心位置时，不能描述整圆。F 被编程的两个轴的合成进给速度。(3) 当圆心角大于1800 R应为负值，整圆编程时不可
22、以使用R ，只能用I 、K指令。(4) 顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向，前置刀架与后置刀架正好相反。(5) 圆弧顺逆的判定圆弧插补指令G02/G03的判定，即在加工平面内，根据其插补时的旋转方向为顺时针/逆时针来判断的。加工平面为观察者向着+Y轴的指向看到的回转方向，前置刀架与后置刀架正好相反。福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注【实例】如图 313 所示，试编写圆弧插补指令精车程序。O0019工进到Z0处圆弧逆圆插补车削40 46 圆环 N140 G01 Z0 ； N150 G03 Z ； N160 G01 ； 课
23、后作业课后反思提示：根据课堂教学效果总结福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注 参考点控制指令1、返回参考点检验指令G27格式 G27 X ( U )_ Z ( W )_ T 00；X、 Z 为绝对编程时，为参考点在工件坐标系中的坐标值。U、 W 为增量编程时，为参考点在工件坐标系中的坐标值。该指令用于检查X轴与Z轴是否正确返回参考点。但注意在执行G27指令前的前提是机床上电后必须返回过一次参考点（手动返回或用G28返回）。2、自动返回参考点指令G28格式 G28 X ( U )_ Z ( W )_ T 00；X、 Z 为绝对编程时，为中间点在工件坐标系
24、中的坐标值。U、 W 为增量编程时，为中间点在工件坐标系中的坐标值。该指令首先使X、Z轴都快速定位到中间点（在工件以外所设定的安全点），然后再从中间点返回到参考点，用于检查X轴Z轴能否正确返回参考点。如图314所示：否则会发生不正确的动作。它主要用于刀具自动更换或者消除机械误差，在执行该指令之前应取消刀具补偿。6、自动从参考点返回指令G29格式 G29 X (U)_ Z（W) _ ；X、 Z 为绝对编程时，为目标点在工件坐标系中的坐标值。U、 W 为增量编程时，为目标点在工件坐标系中的坐标值。该指令为刀具由当前点A开始，快速进给经过G28指令定义的中间点B，然后再自动返回参考点。编程时不必计算
25、从中间点到参考点的实际距离，到达参考点时相应的坐标方向指示灯亮。福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教学过程及内容提要时间分配及备注 参考点控制指令1、机床坐标系下编辑指令G53是针对机床坐标系坐标编程用的，在含有G53的程序段中，绝对值编程时的指令值是在机床坐标系中的坐标值。其为非模态指令，实例：如图 写出直接机床坐标系下的零件原点程序段。%0005N10 G53 X 30 Z 45 2、坐标系的选择G54G59 格式：G54G59G54坐标系1选择G55坐标系2选择G59坐标系6选择G54G59是系统预定的6个坐标系可根据需要任意选用。加工时其坐标系的原点，必须设为工件坐标系的原
26、点在机床坐标系中的坐标值：即工件零点偏置值并用MDI方式输入各坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值，系统自动记忆。否则刀具将偏离程序轨迹不能加工零件，甚至出现危险。当坐标系选择后，后续程序段中用绝对值编程时的指令值均为相对此坐标系原点的值，G54G59为模态功能，可相互注销，为缺省值。使用该组指令前机床必须先回参考点对刀，调刀具（刀尖）到工件原点位置，用MDI手动输入方式，打开坐标系G54窗口，将刀具（刀尖）在机床坐标系下工件原点的值输入到系统中。再调下面程序，在自动方式下打开循环启动3、绝对值编程G90与增量值编程G91 格式：G90 G91福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用教
27、学过程及内容提要时间分配及备注绝对值编程指令G90：，编程坐标轴的值是相对于程序原点的。增量值编程指令G91：，编程坐标轴的值是相对于前一点坐标沿轴移动的距离。采用增量编程时， 用地址U、W代替X、Z或G91指令后面的X、Z表示X轴、Z轴的增量值，其正、负由行程方向确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正、反之为负。注意：增量的字符U、W不能用于循环指令G80、G81、G82、G71、G72、G73、G76程序段中，但可用于定义精加工轮廓的程序中G90、G91为模态功能，G90为缺省值。混合编程：绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程。4、工件坐标系设定G92格式：G92 X（）
28、 Z （）X、Z后续值为刀尖点到工件坐标系原点X向、Z向的尺寸。当执行该指令后，系统内部即对(，)进行记忆，并建立一个使刀具当前点坐标值为(，)的坐标系，系统控制刀具在此坐标系中按程序进行加工。但刀具并不产生运动，只起一个与预置寄存的作用，为非模态指令。若加工时刀具当前点不在工件坐标系的和坐标值上，则加工原点与程序原点不一致，即刀具将偏离程序轨迹不能加工零件，甚至出现超程撞车等危险。因此执行该指令时，刀具当前点必须在工件坐标系的和坐标值上。实例：如图 36所示坐标系的设定若选工件左端面为坐标原点时工件坐标系应设定为G92 X150 Z 200 若选工件端面为坐标原点时工件坐标系应设定为G92
29、X150 Z80由上可知，同一工件由于编程原点变了，程序段中的尺寸也随之变化，确定X、Z值，即确定对刀点在工件坐标系下的坐标值。课后作业课后反思提示：根据课堂教学效果总结福州工业学校教案课程名称：数控车削编程及其应用授课教师苏圆圆所在单位（部门）机械汽车科课程类别专业课授课时间80分钟授课内容第四章 简单固定循环授课对象教学目的及要求1.了解：简单固定循环的应用2.理解： G80、G81指令3.熟知： G80、G81指令教学重点与 难 点1.重点： G80、G81指令2.难点：固定循环指令编写外锥、内锥面程序教学手段讲 授教学过程及内容提要时间分配及备注 轴类零件内（外）固定切削循环简单固定切削循环通常是在轴类、盘类工件的粗车切削加工中，由于切削量大，需要多次进刀切削加工时，用循环指令编写程序，可以减少工作量缩短程序长度使之得以简化。在重复切削时，只需在程序中设定相应参数值即可。1、外圆柱、内孔切削循环格式 G80 X（U）_Z（W）_ F_；X、Z 绝对值编程时，为切削终点C在工件坐标系下的坐标值。U、W 增量值编程时，为切削终点C 相对循环起点B的有向距离。F 表示以指定刀具进给速度。如图48所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，最后又回到循环起点。图中虚线表示按R快速移动，实线表示按F指定的进给速度移动。内直孔车削循环如图410所示，内膛刀按ABCDA的轨迹动作。其中
