1、 營口技師學院實習課教學教案年 級 15 級 4 班 科 目 數控車床編程與操作 任課教師 孫洪建 學 期 20162017學年第一學期 2016年 10 月 27 日第一部分 入門篇課題一 入門基礎概述課題：入門基礎概述教學時間：10.27-11.4第一周教學目標：1、了解數控加工技術的應用及發展前景。2、了解數控的定義及數控車床的基礎知識。3、了解數控車床的用途及分類。4、了解數控 GSK980TD；FANUC 0i Mate Tc車床系統的編程和操作方法。重點：1、了解數控的定義及數控車床的基礎知識。2、了解數控車床的用途及分類。難點：了解數控車床的用途及分類。教法教具：結合本?，F有的數

2、控車床分組進行現場指導教學。教學內容：一、 數控機床的發展概況1、 數控機床發展的必要性 隨著科學技術和社會生產的迅速發展，機械產品日趨復雜，并且對于機械產品的質量和生產率的要求越來越高。在航天、造船和計算機等工業中，零件的精度高、形狀復雜、批量小、改動頻率高、加工困難，而傳統的機械加工方法生產率低、勞動強度大，產品質量難以得到保證。因此，機械加工工藝過程自動化是適應上述發展特點的最重要手段之一。為了解決上述問題，一種靈活、通用、高精度、高效率的“柔性”自動化生產設備-數控機床應運而生。目前，數控加工技術與數控機床在工業生產中得到了廣泛應用，成為機床自動化的一個重要發展方向。2、 數控機床的發

3、展概況 隨著數控機床技術的發展，數控系統不斷更新、升級，機床結構和刀具材料也在不斷變化。未來的數控機床將向高速化發展，主軸轉速、轉位換刀速度將得到進一步的提高，刀架將實現快速移動；工藝和工序將更加復合化和集中化；數控機床將向多軸、多刀架加工方向發展；通過區域化、網絡化的控制，數控機床的生產實現長時間無人化，全自動操作；機床的加工精度及可靠性 也在向更高的水平發展。同時，數控車床的結構設計也更趨于簡易。二、 什么叫數控車床？數控車床又稱為CNC(Computer Numerical Control)車床，既用計算機數字控制的車床。數控車床是一種用數字化代碼作指令，由數字控制系統進行控制的自動化車

4、床。它是綜合應用了電子技術、計算機技術、自動控制、精密測量、和機床設計等領域的先進技術成就而發展起來的一種新型自動化車床。二、數控車床的組成 數控車床主要有程序輸入裝置、數控系統、伺服系統、位置檢測反饋裝置和機床運動部件組成。三、數控車床工作過程數控車床工作大致分為下面四個步驟：1、根據零件圖要求的加工技術內容，進行數值計算、工藝處理和程序設計。2、將數控程序按數控車床規定的程序格式編制出來，并以代碼的形式完整記錄在存儲介質上，通過輸入（手工、計算機傳輸等）方式，將加工程序的內容輸送到數控裝置。3、根據X、Z等運動方向的電脈沖信號由伺服系統處理并驅動機床的運動機構（主軸電動機、進給電動機等）動

5、作，使車床自動完成相應零件的加工。四、數控車床的特點與應用1、數控車床加工適用范圍主要如下：（1）形狀復雜、加工精度要求高，特別是較為復雜的回轉曲線等方面的零件。（2）產品更換頻繁，生產周期要求短的場合。（3）小批量生產的零件。（4）價值較高的零件等。五、數控車床的用途 數控車床是用來加工軸類或盤類的回轉體零件的機床。數控車床可以自動完成內外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等切削加工，特別適合加工形狀復雜的軸類或盤類零件。 數控車床具有加工靈活、通用性強、能適應產品品種和規格頻繁變化的特點，能夠滿足新產品的開發和多中、小批量、生產自動化的要求，因此，被廣泛應用于機械制造業，例如，汽車制造廠、

6、發動機制造廠等。六、數控車床的結構與分類數控車床按分類方式，如按安裝方式、工藝處理方式、結構特點、伺服類型，經濟特征等?？煞譃椴煌臄悼剀嚧病?、 按數控車床工件安裝方式分為（1）臥式數控車床 （2）立式數控車床 （3）立臥兩用數控車床 2、按系統伺服方式可分為：（1）開環數控車床 （2）閉環數控車床 （3）半閉環數控車床 3、按數控車床結構上的特點可分為不同類型 的數控車床： （1）按主軸速度控制方式分為：主軸、分級控制主軸數控車床 伺服主軸的數控車床 （2）按卡盤夾緊形式分為：手動卡盤數控車床電動卡盤數控車床液壓卡盤數控車床 （3）按床身結構形式分為：平床身數控車床 斜床身數控車床 （4）

7、按尾座結構分為：普通尾座數控車床 液壓尾座數控車床 可編程尾座數控車床 （5）按刀架位置形式分為：前置式刀架數控車床 后置式刀架數控車床 4、按數控車床的綜合性能分為： （1）經濟型數控車床 （2）普及型數控車床 （3）高檔數控車床【小 結】： 本次課主要介紹了數控加工技術的應用及發展前景、數控的定義及車床的基礎知識、數控車床的用途及分類，這部分內容要求學生了解。單元二 簡單軸類零件加工 課題：數控車床程序的輸入與編輯教學時間：教學目的與要求：1、了解一個完整程序的基本構成。2、會選擇編程坐標系統。3、掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。重點：1、了解一個完整程序的基本構成。2、會選擇編程坐

8、標系統。3、掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。難點：掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。教法教具：理論與現場指導教學。學法指導：學生課前要先預習本節內容，課間要認真聽老師講課，課后要復習鞏固。教學內容：一、數控車床坐標軸與運動方向 為了簡化編程和保證程序的通用性，對數控機床的坐標軸和方向命名制定了統一的標準，規定直線進給坐標軸，用X、Y、Z表示基本坐標軸，其相互關系用右手定則決定。1、 數控車床坐標軸和方向命名原則(1) 用右手直角笛卡兒坐標定義原則（見圖3-1所示）圖 3-1直角坐標系 (2)數控車床的Z坐標軸規定為傳遞切削動力的主軸線方向；X坐標軸規定為水平方向，X坐標的方向是在工件

9、的徑向上，且平行于橫向滑板，規定遠離卡盤中心方向為正方向。2、數控車床坐標系的確定與應用（1）先確定Z軸，Z軸是傳遞切削動力的主要軸，然后再確定其X軸。（2）數控車床坐標系的原點一般定義在卡盤中心處，還有一些機床將原點設 在刀架位移的正向極限位置 （3）編程坐標系 編程人員選擇工件圖樣上的某一已知點為原點（也稱為程序原 點），建立一個新的坐標系，稱為編程坐標系。 （4）選擇編程原點 ：從理論上講編程原點選在零件上的任何一點都可以，但實際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計算誤差，應選擇一個合理的編程原點。 車削零件編程原點的 X向零點應選在零件的回轉中心。Z向零點一般應選在零件的右端面、設計基準

10、或對稱平面內。車削零件的編程原點選擇見圖： 圖車削零件的編程坐標原點3、工件坐標系 操作者通過對刀等方式將編程坐標系的原點移到數控車床上，此時在數控車床上建立的坐標系稱為工件坐標系。其原點一般選擇在軸線與工件右端面、左端面或其他位置的交點上，工件坐標系的Z軸一般與主軸軸線重合。車削零件的工件坐標原點選擇見圖 圖車削零件的工件坐標原點4、對刀點 將編程坐標系原點轉換成機床坐標系的已知點并成為工件坐標系的原點，這個點就稱為對刀點。5、起刀點 起刀點是零件程序加工的起始點。6、換刀點 在零件車削過程中需要自動換刀，為此必須設置一個換刀點，該點應離開工件有一定距離，以防止刀架回轉換刀時刀具與工件發生碰

11、撞。換刀點通常分為兩種類型，即固定換刀點和自定義換刀點。7、選擇起刀點、換刀點的位置通常要注意：方便數學計算和簡化編程 容易找正對刀 便于加工檢查 引起的加工誤差小 不要與機床、工件發生碰撞 方便拆卸工件 空行程不要太長三、編程坐標 編程坐標分為絕對坐標（X、Z）、相對坐標（U、W）和混合坐標（X/Z,U/W）。1.絕對坐標(X、Z)各點坐標參數以到坐標原點的距離作為參數值。2相對坐標（U、W）某點的坐標參數以到另外一點的距離作為參數值，即指令從前面一個位置到下一個位置的距離作為參數值。3.混合坐標（X/Z,U/W） 絕對坐標和相對坐標同時使用，即在同一個程序段中，可使用X或U,Z或W。4.直

12、徑坐標X坐標參數值為直徑。5.半徑編程X坐標參數值為半徑值四、初態、模態1、初態指運行加工程序之前的系統編程狀態，即機器里面已設置好的，一開機就進入的狀態，例如：G98、G00。2、模態一種連續有效的指令。指相應字段的值一經設置，以后一直有效，直到某程序段有對該字段重新設置。設置之后，如果是同一組的也可以使用相同的功能，而不必再輸入該字段。例如：N30 G90 X32 Z-0 F80; N40 X30: . N G02 X30 Z-30 R5 F50: N G01 Z-30 F30;五、程序構成在數控車床上加工零件，首先要編制程序，然后用該程序控制機床的運動。數控指令的集合稱為程序。在程序中根

13、據機床的實際運動順序書寫這些指令。1.程序結構一個完整的數控加工程序由程序開始部分、若干程序段、程序結束部分組成。一個程序段由程序段號和若干個“字”組成，一個“字”由地址符和數字組成。下面是一個完整的數控加工程序，該程序由程序號開始，以M30結束。 程序 說明O1234 程序開始N10 T0101 G95 M3 S500； 程序段1N20 G0 X100 Z100； 程序段2N30 G0 X26 Z0； 程序段3N40 G1 X0.0 F0.1； 程序段4N50 Z1； 程序段5N60 G0 X100； 程序段6N70 Z100； 程序段7N80 M30； 程序結束（1） 程序號零件程序的起始

14、部分一般由程序起始符號%（或O）后跟14位數字（00009999）組成，如：%123，O1234等。（2）程序段的格式和組成程序段的格式可分為地址格式、分割地址格式、固定程序段格式和可變程序段格式等。其中以可變程序段格式應用最為廣泛，所謂可變程序段格式就是程序段的長短是可變的。例如：N10 G01 X40.0 Z-30.0 F200 ；程序段號 功能字 坐標字 給速度功能字 程序段結束（3）“字” 一個“字”的組成如下所示：Z - 30.0地址符 符號（正、負號） 數據字（數字）2主軸轉速功能字S主軸轉速功能字的地址符是 S，又稱為S功能或S指令，用于指定主軸轉速。單位為r/min。對于具有恒

15、線速度功能的數控車床，程序中的S指令用來指定車削加工的線速度數。（1） 無變速箱的：直接輸入轉速，例如S100、S210、S500等。 3. 進給功能字（切削速度）F 進給功能字的地址符是 F，又稱為F功能或F指令，用于指定切削的進給速度。對于車床，F可分為每分鐘進給和主軸每轉進給兩種，對于其它數控機床，一般只用每分鐘進給。F指令在螺紋切削程序段中常用來指令螺紋的導程。單位：G98為每分鐘進給，mm/min:G99為每轉進給，mm/r。 。切削進給速度要有F值，F值的快慢也可在進給倍率中控制。 【小 結】： 本次課主要對數控車床坐標系統，程序結構、程序字符與代碼、字與字的功能類別、程序格式進行

16、了學習，這些內容是學習好數控編程這門課的基礎。 【課 外 作 業】： 1、 什么叫坐標原點？2、 什么叫程序起點？3、 編程坐標有幾種？4、 什么叫初態？5、 什么叫摸態？ 單元三 復合固定循環加工工件輪廓課題：程序編寫教學時間：教學目的與要求：1、了解編程的基本要求和順序。2、掌握編程坐標的選擇。重點：了解編程的基本要求和順序。難點：了解編程的基本要求和順序。教法教具：課堂理論教學。學法指導：學生課前要先預習本節內容，課間要認真聽老師講課，課后要復習鞏固。新課引入：上一節講解了數控加工程序的基礎知識，那么編寫一個完整的程序有什么基本的要求，又需要注意些什么問題呢？從而引出本節課的教學內容。教

17、學內容：一、快速定位（G00）1、編程格式 ：N10 G00 X （U） Z(W);式中 X、Z的值是快速點定位的終點坐標尺寸，是絕對值坐標編程； U、W的值是快速點定位的終點坐標尺寸，是相對（增量）值坐標編程。例：從 A點到B點快速移動的程序段為： N10 G00 X20 Y30 ;或是 N10 G00 U-20 W-10;2、G00走刀路線a) 同時到達終點 b) 單向移動至終點 圖 3-6 快速點定位 快速點定位指令控制刀具以點位控制的方式快速移動到目標位置，其移動速度由參數來設定。指令執行開始后，刀具沿著各個坐標方向同時按參數設定的速度移動，最后減速到達終點，如圖 3-6所示。注意：在

18、各坐標方向上有可能不是同時到達終點。刀具移動軌跡是幾條線段的組合，不是一條直線。例如，在FANUC系統中，運動總是先沿45°角的直線移動，最后再在某一軸單向移動至目標點位置，如圖3-6b所示。編程人員應了解所使用的數控系統的刀具移動軌跡情況，以避免加工中可能出現的碰撞。 3、G00沒有F值（1）快速移動速度由廠家設定。（2）快速移動速度受快速倍率開關控制（F0 25 50 100）。（3）用F值指定的進給速度無效。六、編程舉例例3-1 工件加工如圖3-7所示，試編寫數控加工程序。 圖3-7 編程舉例編寫程序：O0001N10 G50 X100 Z100；（刀具程序起始點）N20 M0

19、3 S800 T0101；（主軸正轉，轉速為800r/min，用一號基準刀）N30 G00 X30 Z2；（快速定位到工件附近）N40 (切削加工部分)N G00 X100 Z100；（快速回到起始點）N M05 T0100；（主軸停止，換回基準刀）N M30；（程序結束，光標返回到程序開始）七、在同一程序段中可能使用的編程坐標1、絕對編程坐標：X 、 Z。2、相對（增量）編程坐標： U 、W。3、混合編程坐標：X （U）、 Z(W)。例如：編程舉例中N30的程序段中可用：N30 G00 X30 Z2； （絕對編程）或 N30 G00 U-70 W-98；（相對編程） N30 G00 X30

20、W-98； （混合編程）N30 G00 U-70 Z2； （混合編程）八、程序編寫時應注意的事項1、坐標系的設定應根據加工工藝的要求，要盡可能靠近工件，只要換刀時不碰到工件就可以。2、前三步和后三步的格式一樣，但坐標系設定的范圍不同，工件G00定位的根據加工要求確定。3、G00的程序段不能含有F值，有F值則無效?！拘?結】： 本次課主要對數控車床編程坐標的選擇、編程的基本要求、順序及編程所要注意的事項進行了學習，這些內容是學習好數控編程這門課的基礎，要求學生必須掌握。 【課 外 作 業】： 1、坐標系設定有什么要求？2、什么叫快速定位？用哪個符號來表示？3、在同一個程序段中可能使用的編程坐標有

21、幾種？ 第二部分 編程篇課題五 插補功能課題：圓弧插補功能教學時間：教學目標：1、了解直線插補的使用方法。2、了解圓弧插補的方法及格式中的各參數的含義。3、能判斷順時針、逆時針圓弧插補的方向。重點：1、了解圓弧插補的方法及格式中的各參數的含義。難點：能判斷順時針、逆時針圓弧插補的方向。學法指導：學生課前要先預習本節內容，課間要認真聽老師講課，課后要復習鞏固。教學內容：（一） 圓弧插補指令G02、G03指令格式：G02/G03 X(U)_Z(W)_I_K_F_； G02/G03 X(U)_Z(W)_R_F_；1.圓弧順逆的判斷 圓弧插補指令分為順時針圓弧插補指令G02和逆時針圓弧插補指令G03。

22、圓弧插補的順逆可按圖5-4給出的方向判斷：沿圓弧所在平面(如XZ平面)的垂直坐標軸的負方向(Y)看去，順時針方向為G02，逆時針方向為G03。數控車床是兩坐標的機床，只有X軸和Z軸，按右手定則的方法將Y軸也加上去來考慮。觀察者讓Y軸的正向指向自己(即沿Y軸的負方向看去)，站在這樣的位置上就可正確判斷X-Z平面上圓弧的順逆時針了。圖5-4 圓弧順逆的判斷2.說明：采用絕對值編程時，圓弧終點坐標為圓弧終點在工件坐標系中的坐標值，用X、Z表示。當采用增量值編程時；圓弧終點坐標為圓弧終點相對于圓弧起點的增量值，用U、W表示。圓心坐標I、K為圓弧起點到圓弧中心所作矢量分別在X、Z坐標軸方向上的分矢量(矢

23、量方向指向圓心)。本系統I、K為增量值，并帶有“±”號，當分矢量的方向與坐標軸的方向不一致時取“”號。當用半徑只指定圓心位置時，由于在同一半徑只的情況下，從圓弧的起點到終點有兩個圓弧的可能性，為區別二者，規定圓心角180°時，用“R”表示。若圓弧圓心角>180°時，用“R”表示。用半徑只指定圓心位置時，不能描述整圓。圖5-5 G02應用實例圖5-6 G03應用實例如圖5-5所示G02應用實例：(1)用I、K表示圓心位置，絕對值編程：N03 G00 X20.O Z2.O；N04 G01 Z-30.0 F80；N05 G02 X40.0 Z-40.0 IO.O

24、KO F60；(2)用I、K表示圓心位置，增量值編程：N03 G00 U-80.O W-98.0；N04 G01 UO W-32.0 F80；N05 G02 U20.O W-10.0 I0.0 K0 F60；(3)用R表示圓心位置N04 G01 Z-30.O F80；N05 G02 X40.0 Z-40.O R10 F60，如圖5-6所示G03應用實例： (1)用I、K表示圓心位置，采用絕對值編程。N04 G00 X28.0 Z2.O；N05 G01 Z-40.0 F80；N06 G03 K40.O Z-46.0 I0 K-6.0 F60；(2)采用增量值編程N04 G00 U-150.O W

25、-98.0；N05 G01 W-42.O F80；N06 G03 U12.0 W-6.0 10 K-6.0 F60；(3)用R表示圓心位置，采用絕對值編程。N04 G00 X28.0 Z2.O；N05 G01 Z-40.0 F80；3. G02/G03車圓弧的方法：應用G02（或G03）指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。下面介紹車圓弧常用加工路線。圖5-7 車錐法圖5-8 車圓法圖5-7為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損

26、壞圓錐表面，也可能將余量留得過大。確定方法如圖2-4所示，連接OC交圓弧于D，過D點作圓弧的切線AB。圖5-8為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量ap后，對90°圓弧的起點、終點坐標較易確定，數值計算簡單，編程方便，常采用。但空行程時間較長。編程實例 如圖所示，工件已粗加工完畢，各位置留有余量0.2mm，要求重新編寫精加工程序，不切斷。編寫加工程序O0502N10 G99 G50 X100 Z100；N20 M03 S1000 T0101；N30 G00 X10 Z2；N40 G01 Z0 F0.5；N50 G03 X12 Z-1 R1 F0.2；N60 G01 Z-12；N70 G02 X18 Z-15 R3；N80 G03 X22 W-2 R2；N90 G01 Z-28；N100 G00 X100 Z100；N110 M05 T0100；N120 M30;（二）單一固定循環（G90,）外圓、內圓車削循環(G90) 教學目的和要求：1、掌握外圓、內圓車削循環(G