(完整版)(完整版)数控车床编程教案
数
控
设
备
与
编
程
教案
班级：08春、秋数控班专业：数控加工专业
教师：秦丽君
课时授课计划
引言：
提问：1 、了解数控机床有多少？
2、见过和数控有关系的设备有哪些？
3，为什么报数控专业？
4，想不想学数控？
第一节：概述
一、数控技术与数控设备
数控技术定义：NC
数控设备：
数控技术在数控设备中运用广泛，成为机电一体化产品。
二、数控设备的特点
1、适应性强
2、能实现复杂的运动
3、精度高，质量稳定
4、生产率高
5、减轻劳动强度，改善劳动条件
6、有利于生产管理
第二节：数控设备的组成及工作原理
一、数控设备的组成
输入输出装置——计算机数控装置——伺服系统——受控设备
举人的动作行为：想喝水（输入信号）——大脑——手去拿——拿茶杯倒水喝数控机床工作过程：
零件图——编程——输入——数控设备运行——机床工作——零件产品
二、数控设备的重要装置及其功能
1、输入输出装置
2、计算机数控装置
3、伺服系统（重点介绍，画图讲解）
开环系统
闭环系统
半闭环系统
位置检测装置
4、受控设备
第三节：数控加工设备的分类一、按工艺用途分类
普通数控机床
数控加工中心
数控特种加工（数控点火花，线切割，激光……）
二、按控制运动的方式分类
点位控制数控机床
直线控制数控机床
轮廓控制数控机床
三、按伺服系统类型分类
开环系统控制数控机床
闭环系统控制数控机床
半闭环系统控制数控机床
四、按控制坐标轴数分类
两坐标轴数控机床
三坐标轴数控机床
两个半轴坐标轴数控机床
五、按数控装置功能分类
低档
中档
高档
作业
习题第3题，第5题，第7题
课时授课计划
第一节：概述
数控机床的结构：主传动装置——进给传动装置——工作台——床身——刀库——自动换刀——润滑装置——冷却装置——排屑装置等
比一般机床提高精度和高生产率，结构比一般机床有以下6个体现
1、主传动装置方面的改变
2、进给传动装置方面的改变
3、工作台方面的改变
4、配备了刀库和自动换刀装置
5、增加排屑、冷却、润滑等辅助装置
6、机械结构的刚性，抗振性提高
第二节：数控机床的主传动系统
一、主传动系统的组成几特点
组成：主轴电动机——变速机构——主轴
特点：1、采用调速电动机驱动主轴
2、变速机构结构简单
3、变速迅速可靠
4、转速高，功率大，刚性好
二、主传动系统的变速方法（重点内容）
1、无级变速
调速电动机无级变速
机械无级变速
2、分段无级变速
液压拨叉操纵机构
电磁离合器操纵机构
3、内置式调速电动机无级变速
三、数控机床主轴部件
1、主轴部件的组成
2、主轴及其支承
第三节：数控机床进给传动系统
一、进给传动系统的组成及特点
组成：
伺服电动机——传动装置——工作台——刀架——与传动有关的导轨
特点：
1、采用伺服电动机驱动
2、采用低摩擦的传动副
3、传动副配有传动间隙调整装置
4、工作台的功能多
二、滚珠丝杠螺母副
1、滚珠丝杠螺母副的结构
滚道的法向截面形状（1、单圆弧2、双圆弧）
滚珠的循环方式（1、外循环2、内循环）
2、滚珠丝杠螺母副轴向间隙调整
垫片调隙法
螺纹调隙法
齿差调隙法
三、无间隙齿轮传动副
1、直齿圆柱齿轮传动副的间隙消除法
2、斜齿圆柱齿轮传动副的间隙消除法
3、锥齿圆柱齿轮传动副的间隙消除法
四、导轨
1、滚动导轨
滚珠导轨——滚针导轨——滚柱导轨
特点：容易制造，成本低，但接触面积小，刚度低，所以承载能力小，适用于运动部件质量小和切削力较小的机床
滚动导轨的间隙调整和预紧
垫片调整
斜镶条调整
平镶条调整
2、滑动导轨
帖塑导轨——注塑导轨
优点：
摩擦特性好
耐磨性好
减振性好
工艺性好
3、静压导轨
五、工作台
1、分度工作台
插销式分度工作台——结构——工作原理
齿盘式分度工作台——结构啊—工作原理
2、回转工作台
开环数控回转工作台——结构——工作原理
闭环数控回转工作台——结构——工作原理
3、交换工作台
第四节：自动换刀装置
一、刀架式自动换刀装置
1、方刀架
方刀架换刀工作原理
2、回转刀架
回刀架换刀工作原理
3、动力刀架
动刀架换刀工作原理
二、刀库式自动换刀装置
1、刀库
刀库的形式：圆盘式刀库
链式刀库
自动选刀方式
顺序选刀方式
任意选刀方式（刀具编码法、刀座编码法、计算机记忆法）
2、换刀装置
无机械手换刀
机械手换刀
第五节：排屑装置
一、排屑装置的作用
影响加工质量，或者无法加工，大量的热量，热变形，都影响加工精度，所以迅速有效的排屑是非常重要的。
二、排屑装置的结构形式
1、平板链式排屑装置
2、刮板式排屑装置
3、螺旋式排屑装置
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第一节：程序编制的基本内容与方法
一、程序编制的基本内容
1、分析零件图样（材料、形状、尺寸、精度、热处理……）
2、确定工艺过程（工夹具、装夹定位、加工路线、加工刀具选择、切削用量……）
3、计算刀具运动轨迹的坐标值（绝对坐标、相对坐标）
4、编写加工程序
5、程序输入数控系统手动数据输入
用控制介质输入
通过机床通讯接口输入
6、程序校验与首件试切
二、程序编制的方法
1、手工编程
2、计算机辅助编程数控语言编程
图形交互式编程
第二节：程序编制中常用的术语
一、程序编制中的坐标系
1、机床坐标轴
为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订了统一的标准。
规定直线进给坐标轴用X，Y，Z 表示，常称基本坐标轴。
右手笛卡儿直角坐标系：
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 轴的正方向。
2、工件坐标系、程序原点和对刀点
工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点（也称程序原点），建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。
二、编程参考点
1、机床坐标系、机床零点和机床参考点
机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点称为机
床原点或机床零点。在机床经过设计、制造和调整后，这个原点
便被确定下来，它是固定的点。
2、工件原点（程序零点）
工件坐标系的原点，可以任意的设定，对刀来具体确定的。
3、对刀点（程序起点）
刀具相对零件运动的起点，选择在容易找正、加工中便于检查，编程容易计算的地方。
4、换刀点
方便换刀不碰对机床和工件安全的地方。一般可选在对刀点或者机床原点上。
三、编程方式（绝对坐标、增量坐标）
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四、加工程序结构与格式
一．引言：
一个零件程序是一组被传送到数控装置中去的指令和数据。一个零件程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字组成的。二．加工程序的组成
一个指令字是由地址符(指令字符)和带符号（如定义尺寸的字）或不带符号（如准备功能字G 代码）的数字数据组成的。程序段中不同的指令字符及其后续数值确定了每个指令字的含义。
在数控程序段中包含的主要指令字符下所示。
%1000
N01 G00 U50 W60
N10 G01U100 W500 F150 S300 M03
N......
N200 M30
1、程序开始
2、程序内容
3、程序结束
二．程序段的组成与格式
一个程序段定义一个将由数控装置执行的指令行。程序段的格式定义了每个程序中功能字的句法，如下所示：
N01 M03 S800 TO1
N02 G01 X20 Z-4 F100
N01、 N02程序段号
M03 辅助功能
S800 主轴转速
TO1 刀具选择
G01 准备功能
X20 Z-4 尺寸地址
F100 刀具进给功能
三、模态指令，非模态指令
N01 G00 X10 Z5；将刀具快速移到点（10，5）
N02 GOO X20 Z5；将刀具快速移到点（20，5）
其中第二行的GOO 和 Z5可以省略不写
如下：
N01 G00 X10 Z5；将刀具快速移到点（10，5）
N02 X20 ；将刀具快速移到点（20，5）
四、主程序与子程序
五、最小输入增量与最小指令增量
六、插补功能
第三节编程时常用的工艺指令
工艺指令大体上可以分为两大类：
1、准备性工艺指令又称准备功能G指令
2、辅助性工艺指令有M F S T
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一．引言：加工前要建立坐标系，本节介绍有关坐标系绝对值编程G90 与相对值编程G91及坐标系设定G50(G92)
二．有关坐标系和坐标的G 功能
(1) 绝对值编程G90 与相对值编程G91
格式： G90 ,91
说明：
G90：绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于
程序原点的。
G91：相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于
前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。
绝对编程时，用G90 指令后面的X、Z 表示X 轴、Z 轴的坐
标值；
增量编程时，用U、W 或G91 指令后面的X、Z 表示X 轴、
Z 轴的增量值；
程序中G90、G91 为模态功能，可相互注销，G90 为缺省值。
例1．
三．标系设定G92
格式：G50（G92） X_ Z_
说明：
X 、Z：对刀点到工件坐标系原点的有向距离。
四，进给控制指令
(1) 快速定位G00
格式：G00 X（U）_ Z（W）_
说明：
X 、Z ：为绝对编程时，快速定位终点在工件坐标系中的
坐标；
U 、W ：为增量编程时，快速定位终点相对于起点的位移
量；
（2）直线插补指令G01
格式： G01 X（U）_ Z（W） _ F_ ；
说明：
X 、Z ：为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标；
U 、W ：为增量编程时终点相对于起点的位移量；
F_：进给速度。
G01 指令刀具以联动的方式，按F 规定的进给速度，从
当前位置按线性路线(联动直线轴的合成轨迹为直线)移动到程序
段指令的终点。
G01 是模态代码，可由G00、G02、G03 或G32 功能注销。
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圆弧进给G02/G03
一引言：圆弧插补G02/G03，是在加工平面内完成圆弧的加工在数控车数控铣中都要用到。
一、圆弧进给G02/G03
格式：G02/G03 X _Z _ R_
G02/G03 X _Z _I_K__ F_
G02/G03 指令刀具，按顺时针/逆时针进行圆弧加工。
圆弧插补G02/G03 的判断，是在加工平面内，根据其插补时的旋
转方向为顺时针/逆时针来区分的。加工平面为观察者迎着Y 轴的
指向，所面对的平面。
二、暂停指令G04
格式：G04 P_ （非模态指令）
说明：
P：暂停时间，单位为s。
G04 在前一程序段的进给速度降到零之后才开始暂停动作。
在执行含G04 指令的程序段时，先执行暂停功能。
G04 可使刀具作短暂停留，以获得圆整而光滑的表面。该指令除用于切槽、钻镗孔外，还可用于拐角轨迹控制。
三、回参考点控制指令
(1) 自动返回参考点G28
格式：G28 X_Z_
说明：
X 、Z ：绝对编程时为中间点在工件坐标系中的坐标；
U 、W ：增量编程时为中间点相对于起点的位移量。
G28 指令首先使所有的编程轴都快速定位到中间点，然后再从中间点返回到参考点。
一般，G28 指令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尖半径补偿。
在G28 的程序段中不仅产生坐标轴移动指令，而且记忆了中间点坐标值，以供G29 使用。电源接通后，在没有手动返回参考点的状态下，指定G28 时，从中间点自动返回参考点，与手动返回参考点相同。这时从中间点到参考点的方向就是机床参数“回参考点方向”设定的方向。
(2) 自动从参考点返回G29
格式：G29 X_Z_
说明：
X 、Z ：绝对编程时为定位终点在工件坐标系中的坐标；
U 、W ：增量编程时为定位终点相对于G28 中间点的位移量。
G29 可使所有编程轴以快速进给经过由G28 指令定义的中间
点，然后再到达指定点。通常该指令紧跟在G28 指令之后。
G29 指令仅在其被规定的程序段中有效。
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辅助功能
(1) 程序暂停M00 执行到M00 指令时，将暂停执行当前程序，以方便操
作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作
(2)程序结束M02 当CNC 执行到M02 指令时，机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束。
(3) 程序结束并返回到零件程序头M30
M30 和M02 功能基本相同，只是M30 指令还兼有控制返回到
零件程序头(%)的作用。
(4) 子程序调用M98 及从子程序返回M99
M98 用来调用子程序。
M99 表示子程序结束，执行M99 使控制返回到主程序
(5)主轴控制指令M03、M04、M05
(6)冷却液打开、停止指令M07、M09
(7) 主轴功能S、进给功能F 和刀具功能T
a.主轴功能S 控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度，单位为
转/每分钟(r/min)。
b. F 指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度
c.T 代码用于选刀，其后的4 位数字分别表示选择的刀具号和刀
具补偿号。
第四节编制程序时的工艺处理
一、零件加工的工艺分析
1、毛坯的安装性
2、毛坯材质的加工性
3、刀具运动的可行性
4、零件尺寸标注对编程的适应性
5、零件结构工艺性对数控加工的适应性
二、对刀点和换刀点的确定
三、加工路线的确定
四、刀具和切削用量的选择
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单一固定循环
单一固定循环可以将一系列连续加工动作，如“切入-切削-退刀-返回”，用一个循环指令完成，从而简化程序。
1、圆柱面或圆锥面切削循环
圆柱面或圆锥面切削循环是一种单一固定循环，圆柱面单一固定循环如图3.28所示，圆锥面单一固定循环如图3.30所示。
图3.28圆柱面切削循环图3.29 G90的用法（圆柱面）
图3.30 圆锥面切削循环图3.31 端面切削循环
（1）圆柱面切削循
编程格式 G90 X(U)～ Z(W)～ F ～ 式中：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。 例：应用圆柱面切削循环功能加工图3.29所示零件。
N10 G50 X200 Z200 T0101 N20 M03 S1000 N30 G00 X55 Z4 M08 N40 G01 G96 Z2 F2.5 S150 N50 G90 X45 Z-25 F0.2 N60 X40 N70 X35
N80 G00 X200 Z200 N90 M30
（2）圆锥面切削循环
编程格式 G90 X(U)～ Z(W)～ R ～ F ～ 式中：X 、Z- 圆锥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，R 值为负，反之为正。如图3.30所示。
图3.32 锥面端面切削循环 图3.33 G94的用法（锥面）
例：应用圆锥面切削循环功能加工图3.30所示零件。
……
G01 X65 Z2
G90 X60 Z-35 R-5 F0.2
X50
G00 X100 Z200
……
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端面切削循环
端面切削循环是一种单一固定循环。适用于端面切削加工，如图3.31所示。
（1）平面端面切削循环
编程格式G94 X(U)～ Z(W)～ F～
式中：X、Z- 端面切削的终点坐标值；
U、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标。
例：应用端面切削循环功能加工图3.31所示零件。
……
G00 X85 Z5
G94 X30 Z-5 F0.2
Z-10
Z-15
……
（2）锥面端面切削循环
编程格式 G94 X(U)～ Z(W)～ R～ F～
式中：X、Z- 端面切削的终点坐标值；
U、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标；
K- 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。如图3.32所示。
例：应用端面切削循环功能加工图3.33所示零件。
……
G94 X20 Z0 R-5 F0.2
Z-5
Z-10
……
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螺纹切削循环指令把“切入-螺纹切削-退刀-返回”四个动作作为一个循环（如图3.44所示），用一个程序段来指令。
编程格式 G92 X(U)~ Z(W)~ I~ F~
式中：X(U)、 Z(W) - 螺纹切削的终点坐标值；
I - 螺纹部分半径之差，即螺纹切削起始点与切削终点的半径差。加工圆柱螺纹时，I=0。加工圆锥螺纹时，当X 向切削起始点坐标小于切削终点坐标时，I 为负，反之为正。 例：试编写图3.45所示圆柱螺纹的加工程序。
教学课题：单一固定循环G92的学习及应用 教学目的：
1．理解单一固定循环G92的功能，走刀轨迹； 2．使学生理解G92中各的参数的含义， 3．掌握复合循环G92的编程方法
教学重点
1、 单一固定循环G92的功能
2、 走刀轨迹及编程方法；
教学难点
走刀轨迹及编程方法；
教学方法：绘图讲解
学时：2
图3.44螺纹切削循环
图3.45 圆柱螺纹切削循环
……
G00
X35
Z104
G92
X29.
2
Z53
图3 .46圆锥螺纹切削循环应用
F1.5
X28.6
X28.2
X28.04
G00 X200 Z200
……
例：试编写图3.46所示圆锥螺纹的加工程序。
……
G00 X80 Z62
G92 X49.6 Z12 I-5 F2
X48.7
X48.1
X47.5
X47
G00 X200 Z200
……
课时授课计划