第二章数控车床编程基础教学教学教案.docx

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第二章数控车床编程基础教学教学教案

第二章数控车床编程基础教案

课题

第一节数控加工的基本过程及其坐标系

课时

2

教学目标

1.了解数控车床加工的基本过程

2.理解数控车床编程的概念及内容

3.掌握数控机床的坐标系

教学重点难点

1.数控编程的概念及内容

2.数控机床的坐标系

教学过程

主要教学内容及步骤

一、数控机床编程概念

1.数控编程概念

1）数控加工程序

根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制的数控加工指令序列，就是数控加工程序，或称零件程序。

2）数控编程

制备数控加工程序的过程称为数控加工程序编制，简称数控编程（NCprogramming）。

2.数控编程的内容及步骤（图1）

图1数控车床编程过程

（1）分析零件图样

（2）确定工艺过程

（3）图形的数学处理

（4）编写程序单及程序的输入

（5）程序校验

（6）首件试切

3.数控编程方法

1）手工编程

含义：

根据数控系统规定的功能指令代码和程序格式编写出数控加工程序单。

整个编程的过程（分析零件图→确定加工工艺→数值计算→编写零件加工程序单→制备控制介质→程序校验）都是由人工完成。

特点：

这种方式比较简单，容易掌握，适应性较大。

应用范围：

适用于加工形状不太复杂的（如点位加工、由直线和圆弧组成的轮廓加工）、计算量不大的零件。

2）自动编程

含义：

是经过计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）处理，由计算机自动生成加工程序。

特点：

这种方式适应面广、效率高、程序质量好，但投资大，掌握起来需要一定时间。

适用范围：

适用于加工形状复杂的（如具有非圆曲线、列表曲线和曲面组成的）零件编程，以及各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS），应用广泛。

二、数控机床的坐标系

1.机床坐标系的命名规定

1）规定

不论是刀具移动，还是工件移动，一律假定刀具相对于静止的工件移动。

刀具与工件之间距离增大的方向为坐标轴的正方向。

2）机床坐标系

为了确定机床的运动方向和移动的距离，要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就是标准坐标系，也叫机床坐标系，机床坐标系采用右手笛卡尔坐标系。

图2右手笛卡尔坐标系

图3机床坐标系的建立

2.机床坐标轴方向和方位的确定

1）Z轴的规定

平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴，如数控铣床主轴带动刀具旋转，与主轴平行的坐标即为Z坐标，如图4所示；

图4立式数控铣床坐标系

取刀具远离工件的方向为其正方向，如钻孔时钻入工件的方向为负方向，而退出方向为正方向；

对于没有主轴的机床，如牛头刨床取垂直于装夹工件的工作台的方向为Z轴方向；

如果机床有几个主轴，则选择其中一个与装夹工件的工作台垂直的主轴为主要主轴，并以它的方向作为Z轴方向。

2）X轴的规定

X轴位于与工件定位平面相平行的水平面内，且垂直于Z轴。

对于工件旋转的机床，X轴在水平面内且垂直于工件旋转轴线，刀具离开工件的方向为正方向，如图5所示；

对于刀具旋转的机床，若主轴是垂直的，从主轴向立柱看时，X轴的正方向指向右方。

若主轴是水平的，当从主轴向工件看时，X轴的正方向指向右方，如图6所示。

对于无主轴的机床（如刨床），则选定主要切削方向为X轴正方向。

图5工件旋转的机床

图6卧式数控铣床的机床坐标系

3）Y轴的确定

Y轴方向可根据已确定的Z轴、X轴方向，用右手直角笛卡儿坐标系来确定。

4）回转轴

绕X轴回转的坐标轴为A，绕Y轴回转的坐标轴为B，绕Z轴回转的坐标轴为C，方向采用右手螺旋定则。

5）附加坐标轴

如果机床除有X、Y、Z主要的直线运动坐标外，还有平行于它们的坐标运动，则应分别命名为U、V、W。

作业布置

课后习题

教后小记

数控编程的完整认识，数控机床坐标系的规定和原则是学习这门课程的基础。

应要求学生完全掌握。

第二章数控车床编程基础教案

课题

第二节数控车床的编程原则

课时

2

教学目标

1.掌握绝对编程与增量编程的方法和区别

2.理解工件坐标系的几种设定方法

3.掌握单位设置、进给量设置、主轴转速设置

4.掌握G00、G01指令的运用

教学重点难点

1.直径编程、半径编程和极坐标编程

2.单位设置、进给量设置、主轴转速设置

3.G00、G01指令的运用

教学内容

一、数控车床编程规则

1.绝对编程与增量值编程

1）绝对编程：

绝对编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法，即采用绝对值编程时，所有编入的坐标值全部以编程零点为基准。

并用地址X，Z进行编程（X为直径值）。

如图所示，刀具由A点移动到B点，用绝对坐标表示B点的坐标为（X30.0,Z70.0）。

图7绝对坐标编程图8增量坐标编程

2）增量编程：

增量编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法，即采用增量坐标编程时，所有编入的坐标值均以前一个坐标位置作为起终点来计算运动的位置矢量。

即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。

用地址U，W代替X，Z进行编程。

U，W的正负方向由行程方向确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正，反之为负。

如图所示，刀具由A点移动到B点，用增量坐标表示B点的坐标为（U-30.0,W-40.0）。

3）混合编程：

绝对值编程与相对值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程。

如图所示，刀具由A点移动到B点，用混合坐标表示B点的坐标为（X30.0,W-40.0）。

2.直径编程和半径编程

1）数控车床采用直径编程更简单、直观。

2）数控车床出厂时均设定为直径编程，如需用半径编程则需要更改系统中的相关参数，使系统处于半径编程状态。

3）当采用绝对值编程时，径向尺寸X以直径表示；

4）当采用增量坐标编程时，以径向实际位移量的2倍来表示，并附上方向符号（正号可以省略）。

如：

“G00U5.0”表示刀具执行完这句程序后刀具X向的移动量为2.5mm，移动方向为X的正向。

3.极坐标编程

图9极坐标编程

4.小数点编程

①对于距离，小数点的位置单位是mm或in；对于时间，小数点的位置单位是s（秒）。

②程序中有无小数点的含义根本不同。

无小数点时，与参数设定的最小输入增量有关。

③在程序中，小数点的有无可混合使用。

④在暂停指令中，小数点输入只允许用于地址X和U，不允许用于地址P。

二、设定工件坐标系

①用G50设置工件坐标系

指令格式：

G50X_Z_

X＿Z＿为刀尖起始点距工件原点在X、Z方向的距离

执行此程序段只建立工件坐标系，刀具并不产生运动，且刀具必须放在程序要求的位置上。

该坐标系在机床重开机时消失，是临时的坐标系。

图10临时的坐标系

选左端面为工件原点

G50X150.0Z100.0

选右端面为工件原点

G50X150.0Z20.0

②用G54~G59设置工件坐标系

图11MDI方式输入各坐标系的坐标原点

说明：

①使用该组指令时，必须先用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。

②其存放的是当前工件坐标系与机床坐标系之间的差值，与刀具所停位置无关。

③工件坐标系一旦选定，就确定了工件坐标系在机床坐标系的位置，后续程序中均以此坐标系为基准。

④坐标系存储在机床中，故重新开机仍存在，但须先返回参考点。

⑤为模态指令，可相互注销。

例：

如图使用工件坐标系编程：

要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点。

图12工件坐标系编程

G54G00X40.0Z30.0；

G59G00X30.0Z30.0；

三、切削用量的单位设置

1.单位设置指令G20/G21

格式：

G20（英制尺寸，单位为英寸）

G21（公制尺寸，单位为毫米）

注：

①为模态指令，可相互注销。

（默认为公制G21）

②换算关系：

1英寸=25.4毫米

2.进给速度单位设置指令（G99、G98）

1）每转进给量指令（G99）

格式：

G99（F）；F后面指主轴每转进给量（进给速度mm/r）

图13每转进给量

例如：

G99F0.3；表示每转进给量0.3㎜。

2）每分钟进给量指令（G98）

输入格式：

G98（F）；F后面指主轴每分钟进给量（进给速度mm/min）

例如：

G98F80；表示每分钟进给量80㎜。

说明：

①G98、G99为模态指令，默认为G99。

②F为模态指令，且在插补指令（G01/G02/G03）中必须指定F，但快速定位（G00）与F无关。

3.主轴S功能指令（G50、G96、G97）

1）主轴最高转速的设定（G50）

格式：

（G50）S；

S为主轴最高转速，单位：

r/min。

例如：

G50S1500；

表示设定主轴最高转速为1500r/min。

说明：

使用恒线速控制切削时，为防止主轴转速过高而使用最高转速限制。

2）设定主轴线速度恒定指令（G96）

格式：

（G96）S；

主轴速度以恒定线速度（m/min）值输入例如：

G96S200；表示切削速度为200m/min。

说明：

当工件直径变化时主轴每分钟转数也随之变化，这样就可保证切削速度不变，从而提高了切削质量。

3）直接设定主轴转速指令（G97）

格式：

（G97）S；

主轴速度用转速设定，单位为r/min。

例如：

G97S1000；

表示主轴转速为1000r/min。

说明：

①G96、G97均为模态指令，可相互相互相互注销；默认为G97。

②使用完G96后，必须及时用G97取消。

四、插补指令

1.快速点定位指令（GOO）

定位指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。

输入格式：

G00X（U）Z（W）；

①“X（U）Z（W）”目标点的坐标；

②X（U）坐标按直径值输入；

③“；”表示一个程序段的结束。

图14快速点定位

绝对坐标编程为：

G00X40.0Z56.0;

相对坐标编程为：

G00U-60.0W-30.5;

2.直线插补指令（G01）

直线插补指令用于直线或斜线运动。

可使数控车床沿x轴、z轴方向执行单轴运动，也可以沿x、z平面内任意斜率的直线运动。

输入格式：

G01X（U）Z（W）F；

①“X（U）Z（W）”目标点的坐标；

②F为进给速度

图15直线插补

绝对坐标编程为：

G01X40.0Z20.1F0.2;

相对坐标编程为：

G01U20.0W-25.9F0.2;

作业

课后习题

教学后记

绝对编程与增量编程的方法和区别、单位设置、进给量设置、主轴转速设置、是编程的前题条件，基本指令G00、G01是最常用的两条指令，要注意各自的适用场合。

第二章数控车床编程基础教案

课题

第三节圆弧插补指令

课时

2

教学目标

1.圆弧顺逆的判断（前置刀架与后置刀架）

2.掌握G02/G03指令的格式

3.G41、G42指令的区分

4.刀具半径补偿功能的建立方法

教学重点难点

1.指令中R的正负值区别

2.采用圆心方法编程时I、K数值的计算

3.刀具半径补偿的作用

4.左补偿、右补偿的方法判断

5.建立刀补取消刀补的过程

教学过程

主要教学内容及步骤

一、圆弧插补指令

圆弧插补指令：

G02/G03

1．圆弧顺逆的判断

对于前置刀架数控车床，顺圆为G03,逆圆为G02；

对于后置刀架数控车床，顺圆为G02,逆圆为G03；

2．指令格式

1）用圆弧半径R指定圆心位置编程

G02（或G03）XZRF（绝对）；

G02（或G03）UWRF（相对）；

2）用I,K指定圆心位置的编程

G02（或G03）XZIKF（绝对）；

G02（或G03）UWIKF（相对）；

指令格式的说明

绝对坐标形式中，XZ表示圆弧终点在的坐标值；

相对坐标形式中，UW表示圆弧终点相对于圆弧

起点的坐标增量值；

IK为圆心相对起点的坐标增量；

圆心角大于180°，R为负；圆心角小于等于180°，R为正；

图16圆弧插补（a）

①X,Z是圆弧终点的坐标值；

②I,K是圆心相对于圆弧起点的坐标值；

③U,W是终点相对始点的坐标值；

④R是圆弧的半径值。

图17圆弧插补（b）

A.绝对坐标编程

半径法：

G02X60.0Z-23.0R23.F30;

圆心法：

G02X60.0Z-23.0I23.K0F30;

B.相对坐标编程

半径法：

G02U46.0W-23.0R23.F30;

圆心法：

G02U46.0W-23.0I23.K0F30;

图18圆弧插补（C）

A.绝对坐标编程

半径法：

G03X60.0Z-30.0R30F30;

圆心法：

G03X60.0Z-30.0I0K-30F30;

B.相对坐标编程

半径法：

G03U60.0W-30.0R30F30;

圆心法：

G03U60.0W-30.0I0K-30F30;

例：

如图所示，刀具由O点沿着工件轮廓以0.3mm/r的进给速度切削到A点，快速退刀至B点。

试用G01、G02、G03等指令编写上述刀具运动过程的程序段

图19圆弧插补（d）

二、刀具半径补偿功能（G40、G41、G42）

1.刀具半径补偿的类型

图20刀具位置补偿

刀具的位置补偿包括刀具几何补偿和刀具磨损补偿；

1）几何补偿是补偿刀具形状和刀具安装位置与编程时理想刀具或基准刀具的偏移。

2）磨损补偿是用于补偿刀具使用磨损后刀具尺寸与原始尺寸的误差。

图21刀尖圆弧半径补偿

在数控车削加工中，为了提高刀尖的强度，降低加工表面的粗糙度，一般将刀尖处处理成半径为0.4～1.6mm圆弧过渡刃，但是在数控加工编程过程中，一般按假想刀尖A进行编程，而在实际车削中起作用的切削刀刃是圆弧与工件轮廓表面的切点。

2.刀具补偿指令

1）指令格式

G40G01（G00）X__Z__；

G41G01（G00）X__Z__D__；

G42G01（G00）X__Z__D__；

G40—取消刀具偏置及刀尖圆弧半径补偿；

G41—建立刀具偏置及刀尖圆弧半径左补偿；

G42—建立刀具偏置及刀尖圆弧半径右补偿；

X、Z—建立或取消刀具补偿程序段中，刀具移动的终点坐标;

D—存储刀具补偿值的寄存器号。

2）补偿方向

图22前置刀架数控车床后置刀架数控车床

3）注意事项

◎G40/G41/G42指令只能和G00/G01结合编程，不允许同G02/G03等其他指令结合编程；

◎在编入G40/G41/G42的G00与G01前后两个程序段中X、Z至少有一值变化；

◎在调用新刀具前必须用G40取消补偿；

◎在使用G40前，刀具必须已经离开工件加工表面。

3.刀具补偿的建立过程

图23刀具补偿的建立刀具补偿的取消

图24刀具补偿切削

切削程序：

G42G00X60.0Z0.0D01；

（A→B,建立刀尖圆弧半径右补偿）

G01X120.0Z-150.0F80；

（B→C，切削外圆锥面）

G00G40X300.0Z30.0；

（C→A，取消刀尖圆弧半径补偿）

4.刀具补偿功能的实现

1）刀尖方位号

图25前置刀架车床图26后置刀架车床

2）补偿参数的输入

图27补偿参数

将刀尖圆弧半径R和刀具的理想刀尖位置号T输入到偏置文件中

5.刀具补偿功能举例

图28阶梯轴

作业布置

课后习题

教后小记

圆弧指令要能正确判断顺时针和逆时针，掌握好刀具半径补偿功能可提高加工精度及简化编程。

第二章数控车床编程基础教案

课题

第四节单一固定循环指令

课时

2

教学目标

1.G90、G94、G92各语句的格式

2.G90、G92指令的功能

3、三种单一循环语句的具体应用方法

教学重点难点

1.内外直径的单一切削循环语句G90的使用

2.螺纹切削单一循环语语句G92的应用

教学过程

主要教学内容及步骤

一、单一固定循环指令

①内外直径的切削循环（G90）

格式：

G90X（U）___Z（W）___F___;

X、Z--------圆柱面切削的终点坐标值；

U、W-------圆柱面切削的终点相对于循环起点坐标分量。

图29圆柱面切削加工起点--终点坐标（a）

图30圆柱面切削加工起点--终点坐标（b）

例：

A→B→C→D→A

A→E→F→D→A

A→G→H→D→A

G90X40.0Z20.0F0.4;

X30.0；

X20.0;

格式：

G90X（U）___Z（W）___R___F___;

X、Z：

圆锥面切削的终点坐标值；

U、W：

圆锥面切削的终点相对于循环起点的坐标。

R：

圆锥面切削的起点相对于终点的半径差。

如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标，I值为负，反之为正。

图31圆锥面切削加工起点--终点坐标（a）

图32圆锥面切削加工起点--终点坐标（b）

例：

A→B→C→D→A

A→E→F→D→A

A→G→H→D→A

G90X40.0Z30.0R5.F0.4;

X30.0；

X20.0;

例：

图33圆柱面切削加工

切削程序：

T0101；

M03S1000；

G00X105.0Z5.0；

G90X90.0Z-80.0F0.3；X85.0；

X80.0；

X75.0；

X70.0；

G00X150.0Z100.0；

M05；

M30；

例：

图34圆锥面切削加工

切削程序：

T0101；

M03S1000；

G00X105.0Z5.0；

G90X96.0Z-80.0R-10.0F0.3；

X93.0；

X90.0；

G00X100.0Z100.0；

M05；

M30；

②端面切削循环指令（G94）

格式：

直端面G94X（U）___Z（W）___F___；

X、Z切削终点坐标值；

U、W切削终点相对于循环起点的坐标。

图35圆柱面端面循环切削加工（a）

图36圆柱面端面循环切削加工（b）

例：

A→B→C→D→A

A→E→F→D→A

A→G→H→D→A

O5003；

……

G94X50.0Z16.0F0.3；

Z13.0；

Z10.0；

……

格式：

锥端面G94X（U）___Z（W）___R___F___;

X、Z切削终点坐标值；

U、W切削终点相对于循环起点的坐标。

R为端面切削的起点相对于终点在Z轴方向的坐标分量。

当起点Z向坐标小于终点Z向坐标时K为负，反之为正。

图37圆柱面端面循环切削加工（c）

图38圆柱面端面循环切削加工（d）

例：

A→B→C→D→A

A→E→F→D→A

A→G→H→D→A

O5004；

……

G94X15.0Z33.48F0.2；

Z31.48；

Z28.78；

……

图39圆柱面端面循环切削加工（e）

切削程序：

T0101；（调用1号刀具，1号刀补）

M03S1000；（主轴正转，转速1000r/min）

G00X65.0Z40.0；（快速接近工件）

G94X20.0Z34.0R-4.0F30；（锥面切削循环）

Z32.0；（第二刀切2mm）

Z30.0；（第三刀切2mm）

Z29.0；（切削到规定尺寸）

G00X65.0Z100.0；（退刀到安全位置）

M05；（主轴停转）

M30；（程序结束）

图40圆柱面切削加工

切削程序：

T0101；

M03S1000；

G00X65.0Z25.0；

G94X50.0Z16.0F30；

Z13.0；

Z10.0；

G00X65.0Z100.0；

M05；

M30；

③螺纹切削循环指令（G92）

图41螺纹切削（a）

运动轨迹：

A→B→C→D→A

格式：

圆柱螺纹G92X（U）___Z（W）___F___;

X、Z—绝对值编程时，螺纹终点C的坐标值；

U、W—增量值编程时，螺纹终点C相对于循环起点A的增量值；

F—螺纹导程。

例：

加工如图所示M30×1.5㎜圆柱螺纹，螺纹外径已加工完成，起刀点定在X100.0、Z150.0位置，利用螺纹固定循环指令G92编写螺纹加工程序。

图42螺纹切削（b）

O5005；

T0303；

M03S300；

G00X35.0Z104.0；

G92X29.2Z56.0F1.5；

X28.6；

X28.2；

X28.04；

G00X100.0Z150.0；

M05；

M30；

图43螺纹切削（c）

运动轨迹：

A→B→C→D→A

圆锥螺纹：

G92X（U）___Z（W）___R___F___;

X、Z：

绝对值编程时，螺纹终点C的坐标值；

U、W：

增量值编程时，螺纹终点C相对于循环起点A的增量值；

R：

螺纹起点B与螺纹终点C的半径差；

F：

螺纹导程。

例：

加工如图所示M40×2㎜圆锥螺纹，螺纹外径已加工完

成，起刀点定在X100.0、Z150.0位置，利用螺纹固定循环指令G92编写螺纹加工程序。

图44螺纹切削--圆锥螺纹（d）

O5006；

T0303；

M03S200；

G00X80.0Z62.0；

G92X49.1Z12.0R-5.0F2.0；

X48.5；

X47.9；

X47.5；

X47.4；

G00X100.0Z150.0；

M05；

M30；

作业布置

课后编程练习

教后小记

单一固定循环指令可简化编程，尤其是螺纹的加工应用较广泛。

第二章数控车床编程基础教案

课题

第五节复合固定循环指令G71

课时

2

教学目标

1.G71复合循环指令的功能

2.G71指令格式中各参数的含义及取值

3.G71的运用场合的区分

教学重点难点

1.G71指令格式中各参数的含义及取值

2.G71的运用场合的区分

教学过程

主要教学内容及步骤

一、复合固定循环指令

1.内外直径粗加工循环指令（G71）

格式：

G71U（?

d）R（e）

G71P（ns）Q（nf）U（?

u）W（?

w）F（f）S（s）T（t）

△d:

切削深度（半径指定）

e:

退刀行程

ns:

精加工形状程序的第一个段号。

nf:

精加工形状程序的最后一个段号。

△u：

X方向精加工余量

△w:

Z方向精加工余量

图45G71粗车循环指令走刀路线（a）

图46G71粗车循环指令走刀路线（b）

说明：

①ns→nf程序段中指定的F、S、T功能，只对精加工有效，

对粗车循环加工无效；

②G71指令必须带有P、Q地址ns、nf，且与精加工路径起、

止顺序号对应；

③在ns→nf程序段中，不能调用子程序；

2.用外径粗加工复合循环编制零件的加工