·沈阳星光建材学校
授课计划
2017年9月——2018年1月
第二学年第一学期
专业数控技术
班级1603
课程数控车床编程与操作
教师赵建学
总课时 讲授 实验 实习习作 其他 周课时 36 36 2
审核批准
2017年9月1日
教案
课题 数控车削编程基础科目 授课时间
教学
目标 知识
目标 能力
目标 教材
分析 重点 难点
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学生回答：主轴、分级控制主轴数控车床②伺服主轴的数控车床 课时
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随着科学技术和社会生产的迅速发展，机械产品日趋复杂，并且对于机械产品的质量和生产率的要求越来越高
·教学过程及内容
数控机床的发展概况
数控机床发展的必要性
。在航天、造船和计算机等工业中，零件的精度高、形状复杂、批量小、改动频率高、加工困难，而传统的机械加工方法生产率低、劳动强度大，产品质量难以得到保证。因此，机械加工工艺过程自动化是适应上述发展特点的最重要手段之一。
数控机床的发展概况
随着数控机床技术的发展，数控系统不断更新、升级，机床结构和刀具材料也在不断变化。未来的数控机床将向高速化发展，主轴转速、转位换刀速度将得到进一步的提高，刀架将实现快速移动；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控机床将向多轴、多刀架加工方向发展；通过区域化、网络化的控制，数控机床的生产实现长时间无人化，全自动操作；机床的加工精度及可靠性也在向更高的水平发展。
数控系统发展历史
数控系统名称 在世界上首次
生产的年代 在中国首次
生产的年代 第一代电子管数控系统（NC） 1952年 1958年 第二代晶体管数控系统（NC） 1959年 1964年 第三代集成电路数控系统 1965年 1972年 第四代小型计算机数控系统（CNC） 1970年 1978年 第五代微型处理器数控系统（MNC） 1974年 1981年 第六代基于工控PC机的通用CNC系统 1990年 1992年
二、数控车床的特点与应用
1、与卧式车床相比，数控车床加工具有如下特点：
（1）自动化程度高
（2）具有加工复杂形状能力
（3）加工精度高，质量稳定
（4）生产效率高
（5）不足之处主要表现是要求操作者技术水平高，数控车床价格高，加工成本高，技术复杂，对加工编程要求高，加工中难以调整，维修困难等。
2、数控车床加工适用范围主要如下：
（1）形状复杂、加工精度要求高，特别是较为复杂的回转曲线等方面的零件。
（2）产品更换频繁，生产周期要求短的场合。
（3）小批量生产的零件。
（4）价值较高的零件等。
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教案
课题 数控车削编程基础科目 授课时间
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随着科学技术和社会生产的迅速发展，机械产品日趋复杂，并且对于机械产品的质量和生产率的要求越来越高
·教学过程及内容
三、影响数控车床加工精度的因素
加工精度系
2、尺寸精度
3、尺寸公差
4、数控车床精度检验可分为几何精度的检验和形状精度的检验。
5、金属切削机床试验是为了检验机床的制造质量、加工性质和生产能力而进行的试验，主要进行空试试验和负荷试验。
四、数控车床的结构与分类
数控车床按分类方式，如按安装方式、工艺处理方式、结构特点、伺服类型，经济特征等。可分为不同的数控车床。
按数控车床工件安装方式分为
（1）卧式数控车床（2）立式数控车床（3）立卧两用数控车床
2、按系统伺服方式可分为：
（1）开环数控车床（2）闭环数控车床（3）半闭环数控车床
3、按数控车床结构上的特点可分为不同类型的数控车床：
（1）按主轴速度控制方式分为：①主轴、分级控制主轴数控车床②伺服主轴的数控车床
（2）按卡盘夹紧形式分为：①手动卡盘数控车床
②电动卡盘数控车床③液压卡盘数控车床
（3）按床身结构形式分为：①平床身数控车床②斜床身数控车床
（4）按尾座结构分为：①普通尾座数控车床②液压尾座数控车床③可编程尾座数控车床
（5）按刀架位置形式分为：①前置式刀架数控车床
②后置式刀架数控车床
4、按数控车床的综合性能分为：（1）经济型数控车床（2）普及型数控车床（3）高档数控车床
五、GSK980TD数控系统简介
GSK980TD的控制精度为0.001mm，能胜任多种高精度切削任务。GSK980TD车床系统的编程和操作方法将在往后的章节中逐步介绍。
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教案
课题 数控车床基本操作科目 授课时间
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数控车床又称为CNC(ComputerNumericalControl)车床，既用计算机数字控制的车床。数控车床是一种用数字化代码作指令，由数字控制系统进行控制的自动化车床。·教学过程及内容
一、什么叫数控车床？
它是综合应用了电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量、和机床设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新型自动化车床。数控车床主要有程序输入装置、数控系统、伺服系统、位置检测反馈装置和机床运动部件组成。
1、输入装置
输入装置的方式：通过控制介质输入、手动输入、计算机与机床通讯方式传递输入等。
（1）控制介质
①控制介质就是由穿孔带或磁盘等存储数控程序的介质。
②控制介质大致分为纸介质（现在已经不用了）和电磁介质（包括磁带和磁盘）。
（2）手动输入
手动输入是将数控程序通过数控机床上的键盘输入，程序内容将存储在数控系统的存储器内，使用时可以随时调用。
（3）计算机与机床通讯方式传递输入
采用机床与计算机通信方式传递数控程序到数控系统中。
2、数控装置
（1）数控装置是数控机床的中枢，一般由输入装置，控制器、运算器和输出装置组成。
（2）数控装置是数控车床的核心部分，它将接受到的数控程序，经过编译、数学运算和逻辑处理后，输出各种信号到输出接口上。
3、伺服系统
伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号，转换成机床移动部件的运动。接收数控装置输出的各种信号，经过分配，放大、转换等功能，驱动各运动部件，完成零件的切削加工。
4、位置检测反馈装置
位置检测、速度反馈装置根据要求不断测定运动部件的位置或速度，转换成电信号传输到数控装置中，数控装置将接受的信号与目标信号进行相比较，运算，对驱动系统不断进行补偿控制，保证运动部件的运动精度。
5、车床运动部件
机床的作用和通用机床相同，只是操作由数控系统去自动地完成全部工作，由伺服器驱动伺服电动机带动部件运动，完成工件与刀具之间的相对运动。
三、数控车床工作过程
数控车床工作大致分为下面四个步骤：
1、根据零件图要求的加工技术内容，进行数值计算、工艺处理和程序设计。
2、将数控程序按数控车床规定的程序格式编制出来，并以代码的形式完整记录在存储介质上，通过输入（手工、计算机传输等）方式，将加工程序的内容输送到数控装置。
3、由数控系统接收来的数控程序（NC代码），NC代码是由编程人员在CAM软件上生成或手工编制的，她是一个文本数据，表达比较直观，较容易地被编程人员直接理解，但却无法为硬件直接使用。数控装置将NC代码“翻译”为机器代码，机器代码是一种由0和1组成的二进制文件，再转换为控制X、Z等方向运动的电脉冲信号，以及其它辅助处理信号，以脉冲信号的形式向数控装置的输出端口发出，要求伺服系统进行执行。
4、根据X、Z等运动方向的电脉冲信号由伺服系统处理并驱动机床的运动机构（主轴电动机、进给电动机等）动作，使车床自动完成相应零件的加工。
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课题 科目 授课时间
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上一节课同学们都解了数控车床的加工原理，那么数控车
床之所以能够自动的加工工件原因是什么呢？从而引出加工程序的基本构成及编程的常用代码及车床仿真加工。
·教学过程及内容
一、数控车床坐标轴与运动方向
为了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定了统一的标准，规定直线进给坐标轴，用X、Y、Z表示基本坐标轴，其相互关系用右手定则决定。
数控车床坐标轴和方向命名原则
用右手直角笛卡儿坐标定义原则（见图3-1所示）
(2)数控车床的Z坐标轴规定为传递切削动力的主轴线方向；X坐标轴规定为水平方向，X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向滑板，规定远离卡盘中心方向为正方向。就（见图3-2所示）
图3-2数控车床坐标轴及其方向
2、数控车床坐标系的确定与应用
（1）先确定Z轴，Z轴是传递切削动力的主要轴，然后再确定其X轴。
（2）数控车床坐标系的原点一般定义在卡盘中心线与中间端面交点。
二、数控车床坐标系
1、数控车床坐标系
（1）机床坐标系
（2）机床原点
（3）参考点
2、编程坐标系
编程人员选择工件图样上的某一已知点为原点（也称为程序原点），建立一个新的坐标系，称为编程坐标系。
（1）选择编程原点从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心。Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。车削零件的编程原点选择见图
图3-3车削零件的编程坐标原点
3、工件坐标系
操作者通过对刀等方式将编程坐标系的原点移到数控车床上，此时在数控车床上建立的坐标系称为工件坐标系。其原点一般选择在轴线与工件右端面、左端面或其他位置的交点上，工件坐标系的Z轴一般与主轴轴线重合。车削零件的原点选择见图①方便数学计算和简化编程②容易找正对刀③便于加工检查④引起的加工误差小⑤不要与机床、工件发生碰撞⑥方便拆卸工件⑦空行程不要太长
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本次课主要对程序字符与代码、字与字的功能类别、程序格式进行了学习，这些内容是学习好数控编程这门课的基础。
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上一节课同学们都解了数控车床的加工原理，那么数控车
床之所以能够自动的加工工件原因是什么呢？从而引出加工程序的基本构成及编程的常用代码及车床仿真加工。
·教学过程及内容
主轴转速功能字S
主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的S指令用来指定车削加工的线速度数。进给功能字F
进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。
G00为快速定位，没有F值，速度由倍率控制快慢。
切削进给速度要有F值，F值的快慢也可在进给倍率中控制。
刀具功能字T
刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。辅助功能字M
辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为1～3位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作，见表准备功能字G
准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。后续数字一般为1～3位正整数，见表。
）
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本次课主要对程序字符与代码、字与字的功能类别、程序格式进行了学习，这些内容是学习好数控编程这门课的基础。
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课题 科目 授课时间
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G01是使刀具以指令的进给速度沿直线移动到目标点。
·教学过程及内容
一、直线插补G01
（1).指令格式为：G01X(U)___Z(W)___F___；
其中：X、Z表示目标点绝对值坐标；
U、W表示目标点相对前一点的增量坐标；
F表示进给量，若在前面已经指定，可以省略。
通常，在车削端面、沟槽等与x轴平行的加工时，只需单独指定X(或U)坐标；在车外圆、内孔等与Z轴平行的加工时，只需单独指定Z(或W)值。图5-1为同时指令两轴移动车削锥面的情况，用G01编程为：
图5-1
绝对坐标编程方式：G01X80.0Z-80.0F0.25
增量坐标编程方式：G01U20.0W-80.0F0.25
说明：
①G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程，由尺寸字地址决定，有的数控车床由数控系统当时的状态决定。
②进给速度由F指令决定．F指令也是模态指令，它可以用GOO指令取消。如果在G01程序段之前的程序段没有F指令，而现在的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。因此，G01程序中必须含有F指令。
二、编程加工举例
例5-1如图5-2所示，工件已粗加工完毕，各位置留有余量0.2mm，要求重新编写精加工程序，不切断。
图5-2
编写加工程序
O0501
N10G99G50X150Z100；
N20M03S1000T0101；
N30G00X16Z2；
N40G01X16Z0F0.5；
N50G01X20Z-2F0.1；
N60Z-20；
N70X40Z-30
N80G00X150Z100；
N90M05T0100；
N100M30；
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本次课主要数控编程这门课的。
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课题 科目 授课时间
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G01是使刀具以指令的进给速度沿直线移动到目标点。
·教学过程及内容
分析零件图样和制定工艺方案
这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。
（2）数学处理
在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。
（3）编写零件加工程序
在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。
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本次课主要数控编程这门课的。
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课题 科目 授课时间
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教师提问：车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。
学生回答：机床坐标系是制造和调整机床的基础
教师提问：具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，
学生回答：机械部分多为在普通车床基础上改进
教师提问：也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。
学生回答：加工精度较低，功能较简单 课时
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G01是使刀具以指令的进给速度沿直线移动到目标点
·教学过程及内容
1.按数控系统的功能分类
(1)经济型数控车床
一般用单板机、单片机进行开环控制，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，加工精度较低，功能较简单。机械部分多为在普通车床基础上改进
(2)全功能型数控车床
较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适宜于加工精度高、形状复杂、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件的加工
(3)精密型数控车床
采用闭环控制，不但具有全功能型数控车床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快，在数控车床基础上增加其他附加坐标轴。适用于精密和超精密加工。
机床坐标系和编程坐标系
机床坐标系以机床原点为坐标系原点建立起来的X、Z轴直角坐标系，称为机床坐标系。
车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。
机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。
参考点是机床上的一个固定点。该点是刀具退离到一个固定不变的极限点
工件坐标系（编程坐标系）
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本次课主要数控编程这门课的。
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学生回答：主轴、分级控制主轴数控车床②伺服主轴的数控车床 课时
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圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03
·教学过程及内容
圆弧插补指令G02、G03
指令格式：G02/G03X(U)___Z(W)___I___K___F___；
G02/G03X(U)___Z(W)___R___F___；
1.圆弧顺逆的判断
。圆弧插补的顺逆可按图5-4给出的方向判断：沿圆弧所在平面(如XZ平面)的垂直坐标轴的负方向(－Y)看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。
数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴，按右手定则的方法将Y轴也加上去来考虑。观察者让Y轴的正向指向自己(即沿Y轴的负方向看去)，站在这样的位置上就可正确判断X-Z平面上圆弧的顺逆时针了。 图5-4圆弧顺逆的判断 2.说明：
①采用绝对值编程时，圆弧终点坐标为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值，用X、Z表示。当采用增量值编程时；圆弧终点坐标为圆弧终点相对于圆弧起点的增量值，用U、W表示。
②圆心坐标I、K为圆弧起点到圆弧中心所作矢量分别在X、Z坐标轴方向上的分矢量(矢量方向指向圆心)。本系统I、K为增量值，并带有“±”号，当分矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取“－”号。
③当用半径只指定圆心位置时，由于在同一半径只的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，为区别二者，规定圆心角≤180°时，用“＋R”表示。若圆弧圆心角>180°时，用“－R”表示。
④用半径只指定圆心位置时，不能描述整圆。
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圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03
·教学过程及内容
图5-5G02应用实例 图5-6G03应用实例 如图5-5所示G02应用实例：
(1)用I、K表示圆心位置，绝对值编程：
N03G00X20.OZ2.O；
N04G01Z-30.0F80；
N05G02X40.0Z-40.0IO.OKOF60；
(2)用I、K表示圆心位置，增量值编程：
N03G00U-80.OW-98.0；
N04G01UOW-32.0F80；
N05G02U20.OW-10.0I0.0K0F60；
(3)用R表示圆心位置
N04G01Z-30.OF80；
N05G02X40.0Z-40.OR10F60
如图5-6所示G03应用实例：
(1)用I、K表示圆心位置，采用绝对值编程。
N04G00X28.0Z2.O；
N05G01Z-40.0F80；
N06G03K40.OZ-46.0I0K-6.0F60；
(2)采用增量值编程
N04G00U-150.OW-98.0；
N05G01W-42.OF80；
N06G03U12.0W-6.010K-6.0F60；
(3)用R表示圆心位置，采用绝对值编程。
N04G00X28.0Z2.O；
N05G01Z-40.0F80；
3.G02/G03车圆弧的方法：
实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。下面介绍车圆弧常用加工路线。
图5-7车锥法 图5-8车圆法 图5-7为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图2-4所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。
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课题 螺纹加工科目 授课时间
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程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句·教学过程及内容
一、螺纹切削G32
1、格式：G32X（U）__Z（W）__F__
2、说明：
X、Z：为绝对编程时，有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标；
U、W：为增量编程时，有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量；
F：螺纹导程，即主轴每转一圈，刀具相对于工件的进给值；
①从螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数；
②在没有停止主轴的情况下，停止螺纹的切削将非常危险；因此螺纹切削时进给保持功能无效，如果按下进给保持按键，刀具在加工完螺纹后停止运动；
③在螺纹加工中不使用恒定线速度控制功能；
④在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段δ和降速退刀段δ′，以消除伺服滞后造成的螺距误差。
二、螺纹切削循环G92
1、格式：G92X（U）__Z（W）__F__；
2、说明：X、Z：绝对值编程时，为螺纹终点在工件坐标系下的坐标；增量值编程时，为螺纹终点相对于循环起点的有向距离。
F：螺纹导程；
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课题 螺纹加工科目 授课时间
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程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句·教学过程及内容
一、程序段格式
一个数控加工程序是若干个程序段组成的。
程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写。这种功能字称之为续效字。
二、子程序及其调用
子程序支持重复调用和多重嵌套，即子程序可以被主程序多次调用，在子程序中也可嵌套用其它子程序。
三、刀位点与手动对刀
1.刀位点
2.手动对刀
四、刀具位置补偿
刀具位置补偿就是数控系统在换刀后，对刀具的安装位置和刀具形状引起的刀位点位置偏差进行的自动补偿
五、关于数控编程的其他说明
1）公制单位或英制单位
2）绝对坐标和增量坐标
3）直径、半径方式编程
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课题 内轮廓加工科目 授课时间
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方法
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本课题是数控车床编程的重要环节，必须了解数控车床的的编程特点，熟练掌握G90固定循环的应用，能够用G90编制简单轴类零件外圆、内圆的数控加工程序
·教学过程及内容
一、外圆、内圆车削循环功能：当零件的内、外圆柱面（圆锥面）上毛坯余量较大时，用G90可以去除大部分毛坯余量。
1、直线切削循环
（1）格式：
G90X（U）___Z(W)___F；
其中：X、Z表示终点绝对值坐标；
U、W表示相对（增量）值终点坐标尺寸；
F切削进给速度。
其轨迹如图6-1所示，由4个步骤组成。
图中1（R）表示第一步快速运动。
2（F）表示第二步按进给速度切削。
3（F）表示第三步按进给速度切削。
4（R）表示第四步快速运动。
图6-1
2、锥体车削循环
（2）格式：
G90X（U）___Z(W)___R__F；
其中：X、Z表示终点绝对值坐标；
U、W表示相对（增量）值终点坐标尺寸；
R表示锥度尺寸（R=(D-d)/2,D为锥度大端直径，d为锥度小端直径）,车削外圆锥度如是从小端车到大端时，切削锥度R为负值；车削内圆锥度如是从大端车到小端时，内圆锥度R为正值。
F切削进给速
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G指令应用
1、快速定位方式G00（模态）
格式：G00XZ；
G00轨迹是直线，速度由系统确定，后面的坐标值为终点坐标值，应用于空行程、快进、快退，节省时间，提高效率。
2、直线插补指令G01（模态）
格式：G01XZF；
程序中首次出现的插补指令（G01、G02、G03）一定要有F指令，否则出错！后续程序中如速度相同可省略。如速度改变不可省略。
3、圆弧插补指令G02、G03（模态）
G02--顺圆插补（在车床上为逆圆插补）
G03--逆圆插补（在车床上为顺圆插补）
格式：
G02（G03）X（u）z(w)IJ（R）F；
I、J值为圆心相对于圆弧起点的增量值，且总为增量值；
R值为圆弧半径，该值的正负取决于圆弧的大小，若圆弧小于或等于180度，则R为正值，若圆弧大于180度，则R值为负。
F值为圆弧插补的进给速度。
4、G33 X（Y）ZF；
若为直螺纹可省略X（或Y），这里指令导程的字是F，有的标准规定螺纹导程用IJ字。
5、G41（G42）刀具半径补偿指令格式
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其轨迹如图6-2所示，R值的正负与刀具轨迹有关。
图6-2
3．编程实例
G90编程实例
图6-3图6-4
图6-3加工程序图6-4加工程序
O0601O0602
N10T0101M03S800；N10M03S600T0101；N20G00X35Z51；N20G00X40Z50；N30G90X30Z20F0.2；N30G90X-10Z-30R-5F0.1；N40G90X27Z20F0.2；N40X-13Z-30R-5；N50G90X24Z20F0.2；N50X-16Z-30R-5；
N60G0X100Z100；N60X100Z100；N70M30；N70M30；
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