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数控编程教案

知识目标：1数控机床的组成

2数控机床的分类

3数控机床的加工特点

技能目标：1能说出数控机床的组成

2能说出数控机床的各种分类特点

3能说出数控机床优于普通机床的加工特点

任务下达:任务一、数控机床

任务分析

相关知识1

普通机床与数控机床在加工零件的根本区别:数控机床是按

事先编制好的加工程序自动的完成对零件的加工而普通机

床是由操作者按照工艺规程通过手动操作来完成零件的加

工.

1数控/数控机床

数控:数字控制CNC-Numberied.Control）的简称。是用数字

化信号对机床的运动及加工过程进行控制的自动控制技术

数控机床：采用数字控制的机床或装备了数控系统的机床

2数控机床的产生

(1)1949年美国密执安州特拉弗斯城帕森斯公司的帕森斯。为精

确的制作直升飞机叶片的样板.设想了用电子技术控制坐标的

镗床的方案

(2)1989年美国空军后勤司令部位了在短时间内造出经常变更设

计的火箭零件于帕森斯公司合作.并选择麻省理工学院伺服机

构研究所协作单位.于1952年研制成功

(3)1959年美国的克耐.杜列克公司开发出世界第一台加工中心,

从1960年开始德国.日本.前苏联等工业发达国家都陆续开发

生产及使用了数控机床

(4)1967年英国率先将几台数控机床连接成具有的加工系统

（FMS）

（5）20世纪80年代初导性制造单元FMC

（6）我国从1959年开始研究数控技术。1968年研制成功X53K-1 立式铣床。20世纪70年代初加工中心研制成功1988年我国

的第一套FMS通过验收投入运行。用于生产伺服电动机的零

件

3数控机床的发展趋势

高速度，高精度化

多功能化

高效化

智能化

先进制造系统

4数控机床的工作原理

零件图-程序-数控装置-伺服系统-机床本体-工件

进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号一

部分被传送到机床的私服系统。经传动装置驱动机床有关运动

部件有的则传送到可编程控制四中按顺序有控制机床的其他辅

助动作

任务实施：通过录像多媒体课件教学。引导学生分析，认识数空机床。

任务评价：通过提问检查授课结果

任务3现场教学

现场教学内容：

观察数控机床外形，建立立体性认识数控机床组成

数控机床的加工特点

掌握数控机床与普通机床的区别

知识目标：1数控机床坐标系及运动方向

2机床坐标系原点及机床参考点

3工件坐标系

4角柜坐标系与相对坐标系

技能目标：1能运用右手笛卡尔准则正确判断机床坐标轴及方向

2能说出机床坐标系原点与机床参考点的不同

3能理解机床坐标系工件坐标系及方向的区别于联系

4能写出任意点在坐标系中的绝对坐标值或相对与某

一点的相对坐标值

任务下达：数控机床坐标系

任务分析：

1机床的坐标系

X.Y.Z-基本坐标系。判别规则-右手笛卡尔螺旋定则 A.B.C-围绕X.Y.Z轴旋转的圆周进给坐标轴

X轴-大拇指 Y-食指 Z-中指

2坐标轴及其运动方向

JB/T 3015-1999规定：机床某一部件运动的正方向是增大工件和刀

据之间距离的方向

Z坐标轴

车窗：X. Z轴

铣床：夹持刀具的垂直主轴位Z轴.W.R轴

X轴通常是水平的且平行于工件装夹表面。他平行于主要的切削方向。而且以此方向为正方向。

车床X轴：工件平行于工作点的径向

铣床：主要花瓣的运动方向为X轴方向,U.P轴

Y坐标轴

运用右手笛卡尔螺旋定则决定

3机床坐标系原点机床参考点

机床坐标系原点是由机床厂家在设计时确定的，既是机床坐标系

的原点。同时也是其他坐标系的基准点。‘；

机床残开点事相对机床零点的一个特定点一个可设定的参数值

它由机床厂家在机床导轨上设定测量其位置后输出至数控系统

中用户不得随意改动。

4工件坐标系能

工件坐标系的零点-工件零点-工件原点（编程原点）

工件原点偏置：在加工时工件装夹到机床上通过对刀求得工件

原点与机床原点间的距离这个距离称为工件原点偏置。

5绝对坐标系。相对坐标系

相对坐标系：运动轨迹的终点时相对于起点计量的坐标系

绝对坐标系：所有坐标点的坐标值均从某一固定坐标原点计量

的坐标系。

任务实施：通过上一节课现场教学及本节录像，多媒体课件分

析坐标系

任务评价：打开多媒体机床图片让学生说坐标系的轴，方向及坐标原点

任务5

知识目标：1切削用量的选择

2走刀路线的确定

技能目标：1能根据刀具及工件草料加工要求选择合理的切削用量

2能根据圆形及技术要求确定合理的走刀路线

任务下达：选择切削用量，确定走刀路线

任务分析：1切削用量的选择

包括背驰刀量主轴转速切削速度(用于恒线速度切削进给

速度或进给量。

即切削过程中切削速度进给量背吃刀量的总称。

（1）背吃刀量：在与主运动和进给运动方向所组成的平面相垂

直的方向上测量工件的上加工表面和待加工表面的距离。

切削用量的大小对切削力切削功率刀具磨损加工质量和

加工成本均有显著影响数控加工选择切削用量时就是在

保证加工质量和刀具耐用度的前提下充分发挥机床性能

和刀具切削性能使切削效率提高加工成本最低。

粗加工首先选取尽可能大的背吃刀量其次要根据机床动

力和刚性的限制条件等。选取尽可能大的进给量。最后根

据刀具耐用度确定最佳的切削速度。

精加工首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量，其次根据

已加工表面的粗糙度要求。选取较小的进给量，最后在保

证刀具耐用度的前提下，尽可能均较高的切削速度。

背吃刀量ae.ap

粗加工时一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机

床上背吃刀量可达8~10mm,半精加工0.5~2mm

精加工时取为0.2~0.4mm.

(2)主轴转速

n=Vcx1000/ Dc

Vc切削度(单齿切削线速度)单位m/min.Vc与刀具耐用度有关随着Vc的增大刀具耐用度急剧下降。故Vc的选择主

要取决于刀具耐用度，名牌刀具供应商都会向用户提供规

格刀具的切削速度推荐速度参数Vc.

(3)进给量(进给速度)

单位;mm/min.或mm/r.

根据零件的加工精度表面粗糙度要求以及道具和工件材料来选择加工表面粗糙度要求低时Vf可选择的大一些.当加工精度表面粗糙度要求高时进给量数值应选小一些,一般都在20~50mm范围内选取.

①当工件的质量要求能够得到保证时为提高生产效率可选择较高的进给速度一般在100~200mm/min范围内选取.

②当加工精度表面粗糙度要求高时进给速度应选小一些一般在

20~50mm/min范围内选取.

③在切断加工深孔或用高度刚刀具加工时宜选择较低的进给速度一

般都在20~50mm/min范围内选取.

2.加工路线的确定.

(1)对点位加工的数控机床如钻镗床要考虑尽可能缩短走刀路线.以减少空程时向提高加工效率.

(2)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最后一

次走刀连续加工.

(3)刀具的进退刀路线认真考虑要尽可能避免在轮廓初停刀或垂直切入工件以免留下刀痕.

(4)铣削轮廓加工路线要合理选择.

Z字形单向环形

(5)旋转体类零件的加工一般采用数控车床或数控磨床加工由于车削

零件的毛坯多为锻件或棒料.加工余量大且不均匀.因此合理制定粗加工时的加工路线对于编程至关重要.

3.数控加工工艺性分析内容.

(1)零件图分析.

尺寸标注方法分析.

零件图的完整性与正确性分析.

零件技术要求分析(尺寸精度形状精度位置-表面粗糙度及热处理理.

零件材料分析.

在满足零件功能的前提下应选用廉价切削性能好的材料

(2)零件的结构工艺性分析.

指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性性.

①内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小所以内槽圆角半径不应变

小R<0.2H.

②零件铣槽底平面时槽底圆角半径r不要过大.

③应采用统一的基准定位.

任务实施:通过多媒体课件讲解分析.

任务评价:给出圆形让学生画加工路线.

任务6.加工程序格式

知识目标:1.加工程序的结构

2.程序的格式

3.常用地址符及其含义

技能目标:1.能知道并说出加工程序主要由那几部分组成?

2.能正确书写程序的格式

任务下达:加工程序的格式及编程方式

任务分析:

1.加工程序的结构

例:加工矩形轮廓的工件.工件坐标系设在工件的上表面中心刀具从中心出发.逆时针加工一周,加工程序为:

%-----程序起始符

00001 程序名

N0001 G90 G54 G00 X0 Y0 Z100.0 S300 M03;

N0002 G00 X0 Y-500;

N0003 G01 Z-50.0 F100;

N0004 X100.0;

N0005 Y50.0;

N0006 X-100.0;

N0007 Y-50.0;

N0008 X0;

N0009 Z100.0;

N00010 Y0 M05;

N00011 M30;

由以上分析可知,加工程序主要由程序号,程序内容和程序结束等组成.

(1)程序号.

就是给零件加工程序一个编号，并说明零件加工程序开始. %.....; 0.. P..

(2) 程序内容。

由许多程序段组成.每个程序由一个或多个指令构成.表示数控机床要完成的全部动作.包括加工前机床状态要求.刀具加工零件时

的运动轨迹.

程序段是由一个或若干个指令字组成.指令字代表某一信息单元.每个指令字由地址符和数字组成.它代表机床的一位置或一个动作;每个程序段结束处应有“；”表示改程序段结束转入下一个程序段。地址符由字母组成，每个字母、数字、和符号都称为字符。

①程序段格式。

程序段格式是指令字在程序段中排列的顺序。不同数控系统有不同的程序段格式。格式不符合规定，数控装置就会报警，不运行。

常见程序段格式：

N_ G_﹛X_ Y_ Z_﹜﹛I_ J_ K_ ﹜ F_ S_ T_ M_；

U_ V_ W_ R_

Q_ P_ R_

②地址符含义。

程序段序号（简称顺序号）：通常用4位数字表示，即“00000 ~9999”在数字前还冠有标识符号“N”。

准备功能（简称G功能）：它由表示准备功能地址符“G”和两位数字组成。G功能的代号已标准化。

坐标字：由坐标地址符及数字组成，且按一定的顺序进行排列，各组数字必须具有作为地址代码的字母开头，各坐标轴的坐标符按下列顺序排列：

X. Y. Z. U. V. W. Q_ R. A. B. C. D. E

例 X50.0 /X50000表示沿X轴移动50mm。

进给功能F：由进给地址符及数字组成，数字表示所递交的进给速度，一般为四位数字码。

单位： mm/min mm/r

主轴转速功能S：由主轴地址符S及两位数字组成，数字表示主轴转数。 r/ min

刀具功能T：由地址符和数字组成，用以指定刀具的号码。

辅助功能M（简称M功能）：由辅助操作地址符“M”和两位数字组成。M功能的代码已标准化。

程序段结束符号；表示程序段的结束。

（3）程序结束

M02、M30、M99（子程序结束）。

2、数控程序的编制方法及步骤（数控编程的内容及方法）

（1）分析零件图

（2）数学处理

（3）编写零件加工程序单

（4）操作键盘输入程序

（5）校验

（6）加工生产与复制程序存储介质

为了满足设计、制造、维修普及的需要，在输入程序代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序段格式等方面，国际上形成了两种通用的标准，即ISO及EIA。

任务实施：通过多媒体课件讲解，学生分析传授内容。

任务评价：通过对一个程序的分析，评价教学的效果。

任务7：G54. G92. G17-G19指令

知识目标：1、G92的编程格式及应用

2、G54的变成格式及含义

能力目标：1、能说出G92的含义及格式

2、能写出G54的含义及格式

任务下达：G92、G54指令

任务分析:

加工程序：就是把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能等。按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写加工程序单，再把程序单的内容通过控制介质或直接输入到数控机床的数控装置中，从而控制机床加工零件。

坐标系设定指令G92

G92指令就是用来建立工件坐标系的，它规定了工件坐标系原点的位置，就是说它确立了工件坐标的原点（工件原点）在距刀具刀位点起始位置（起刀点）多远的地方，或者说，以弓箭原点为准，确定起到点的坐标值。

编程时通过G92指令将工件坐标系的原点告诉数控装置，并把这个设定值记忆在数控装置的存储内，执行该指令后就确定了起刀点与工件原点的相对位置。

格式：G92X _ Y _ Z _ ；

例：

G92X30 Z40；

2.工件坐标系的选取指令（G54~G59）

一般数控机床可以预先设定6个（G54~G59）工作坐标系，这些坐标系存储在机床存储内。在机床重开机时仍然存在，在程序中可以分别选取其中之一使用。

6个工作坐标系均以机床原点为参考点，分别以各自与机床原点的偏移量表示，需要提前输入机床内部。

3.G90 G91

G90：程序中的位移量用刀具的终点坐标表示。

G91：程序中的位移量用刀具的运动的增量表示。

例：G90X _ Y _ Z _ ； A(200，60，30)

G91X _ y _ z _ ； B(80，150，90)

4.平面选择指令（G17~G19）

G17 -- XY平面

G18 -- ZX平面

G19 -- YZ平面

即：在三坐标机床上加工时，如进行圆弧插补，要规定加工所在的平面。

任务实施：通过多媒体课件，现场教学附属完成本任务的教学。

任务评价：学生讲出G54、G92的含义及区别，评价学生对本任务掌握情况。