数控车床编程与操作教案资料

1 1 营口技师学院 实习课教学教案 年 级 15 级 4 班 科 目 数控车床编程与操作 任课教师 孙洪建 学 期 2016 2017 学年第一学期 2016 年 10 月 27 日 2 2 第一部分第一部分 入门篇入门篇 课题一课题一 入门基础概述入门基础概述 课题 课题 入门基础概述入门基础概述 教学时间 教学时间 10 27 11 4 第一周第一周 教学目标教学目标 1 了解数控加工技术的应用及发展前景 了解数控加工技术的应用及发展前景 2 了解数控的定义及数控车床的基础知识 了解数控的定义及数控车床的基础知识 3 了解数控车床的用途及分类 了解数控车床的用途及分类 4 了解数控 了解数控 GSK980TD FANUC 0i Mate Tc 车床系统的编程和操作方法 车床系统的编程和操作方法 重点 重点 1 了解数控的定义及数控车床的基础知识 了解数控的定义及数控车床的基础知识 2 了解数控车床的用途及分类 了解数控车床的用途及分类 难点 难点 了解数控车床的用途及分类 了解数控车床的用途及分类 教法教具 教法教具 结合本校现有的数控车床分组进行现场指导教结合本校现有的数控车床分组进行现场指导教 学 学 教学内容 教学内容 一 一 数控机床的发展概况数控机床的发展概况 1 数控机床发展的必要性 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 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 3 3 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 为了解决上述问题 一种灵活 通用 高精度 高效率的 柔 性 自动化生产设备 数控机床应运而生 目前 数控加工技术与 数控机床在工业生产中得到了广泛应用 成为机床自动化的一个重 要发展方向 2 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 同时 数控车床的结构设计也更趋于简易 二 二 什么叫数控车床 什么叫数控车床 数控车床又称为 CNC Computer Numerical Control 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 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 二 数控车床的组成 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 三 数控车床工作过程三 数控车床工作过程 数控车床工作大致分为下面四个步骤 4 4 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 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 四 数控车床的特点与应用四 数控车床的特点与应用 1 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 五 数控车床的用途五 数控车床的用途 数控车床是用来加工轴类或盘类的回转体零件的机床 数控车 床可以自动完成内外圆柱面 圆锥面 圆弧面 端面 螺纹等切削加 工 特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件 数控车床具有加工灵活 通用性强 能适应产品品种和规格频 繁变化的特点 能够满足新产品的开发和多中 小批量 生产自动化 的要求 因此 被广泛应用于机械制造业 例如 汽车制造厂 发动 机制造厂等 六 数控车床的结构与分类六 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 1 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 主轴 分级控制主轴数控车床 伺服主轴的数控车床 2 按卡盘夹紧形式分为 手动卡盘数控车床 5 5 电动卡盘数控车床 液压卡盘数控车床 3 按床身结构形式分为 平床身数控车床 斜床身数控车 床 4 按尾座结构分为 普通尾座数控车床 液压尾座数控车 床 可编程尾座数控车床 5 按刀架位置形式分为 前置式刀架数控车床 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 小小 结结 本次课主要介绍了数控加工技术的应用及发展前景 数控的定义 及车床的基础知识 数控车床的用途及分类 这部分内容要求学生了 解 单元二单元二 简单轴类零件加工简单轴类零件加工 课题 数控车床程序的输入与编辑课题 数控车床程序的输入与编辑 教学时间 教学时间 11 7 11 11 教学目的与要求教学目的与要求 1 了解一个完整程序的基本构成 了解一个完整程序的基本构成 2 会选择编程坐标系统 会选择编程坐标系统 3 掌握 掌握 G S M F T 功能的使用方法 功能的使用方法 重点 重点 6 6 1 了解一个完整程序的基本构成 了解一个完整程序的基本构成 2 会选择编程坐标系统 会选择编程坐标系统 3 掌握 掌握 G S M F T 功能的使用方法 功能的使用方法 难点 难点 掌握掌握 G S M F T 功能的使用方法 功能的使用方法 教法教具 教法教具 理论与现场指导教学 理论与现场指导教学 学法指导 学生课前要先预习本节内容 课间要认真听老师学法指导 学生课前要先预习本节内容 课间要认真听老师 讲课 课后要复习巩固 讲课 课后要复习巩固 教学内容 教学内容 一 数控车床坐标轴与运动方向一 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 1 数控车床坐标轴和方向命名原则 1 用右手直角笛卡儿坐标定义原则 见图 3 1 所示 图 3 1 直角坐标系 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 7 7 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处 还有一些机床将原点 设 在刀架位移的正向极限位置 3 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 4 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 车削零件的工件坐标原点选择见图 8 8 图车削零件的工件坐标原点 4 对刀点 将编程坐标系原点转换成机床坐标系的已知点并成为工件坐 标系的原点 这个点就称为对刀点 5 起刀点 起刀点是零件程序加工的起始点 6 换刀点 在零件车削过程中需要自动换刀 为此必须设置一个换刀点 该点应离开工件有一定距离 以防止刀架回转换刀时刀具与工件发生 碰撞 换刀点通常分为两种类型 即固定换刀点和自定义换刀点 7 选择起刀点 换刀点的位置通常要注意 方便数学计算和简化 编程 容易找正对刀 便于加工检查 引起的加工误差小 不要与机床 工件发生碰撞 方便拆卸工件 空行程不要太长 三 编程坐标三 编程坐标 编程坐标分为绝对坐标 X Z 相对坐标 U W 和混合 坐标 X Z U W 1 绝对坐标绝对坐标 X Z 各点坐标参数以到坐标原点的距离作为参数值 2 相对坐标 相对坐标 U W 某点的坐标参数以到另外一点的距离作为参数值 即指令从前面一个 位置到下一个位置的距离作为参数值 3 混合坐标 混合坐标 X Z U W 绝对坐标和相对坐标同时使用 即在同一个程序段中 可使用 X 或 U Z 或 W 4 直径坐标直径坐标 X 坐标参数值为直径 5 半径编程半径编程 9 9 X 坐标参数值为半径值 四 初态 模态四 初态 模态 1 初态 初态 指运行加工程序之前的系统编程状态 即机器里面已设置好的 一 开机就进入的状态 例如 G98 G00 2 模态 模态 一种连续有效的指令 指相应字段的值一经设置 以后一直有效 直到某程序段有对该字段重新设置 设置之后 如果是同一组的也可 以使用相同的功能 而不必再输入该字段 例如 N30 G90 X32 Z 0 F80 N40 X30 N G02 X30 Z 30 R5 F50 N G01 Z 30 F30 五 程序构成五 程序构成 在数控车床上加工零件 首先要编制程序 然后用该程序控制 机床的运动 数控指令的集合称为程序 在程序中根据机床的实际运 动顺序书写这些指令 1 程序结构程序结构 一个完整的数控加工程序由程序开始部分 若干程序段 程序 结束部分组成 一个程序段由程序段号和若干个 字 组成 一个 字 由地址符和数字组成 下面是一个完整的数控加工程序 该程序由程序号开始 以 M30 结束 程序 说明 O1234 程序开始 N10 T0101 G95 M3 S500 程序段 1 N20 G0 X100 Z100 程序段 2 N30 G0 X26 Z0 程序段 3 10 10 N40 G1 X0 0 F0 1 程序段 4 N50 Z1 程序段 5 N60 G0 X100 程序段 6 N70 Z100 程序段 7 N80 M30 程序结束 1 程序号程序号 零件程序的起始部分一般由程序起始符号 或 O 后跟 1 4 位 数字 0000 9999 组成 如 123 O1234 等 2 程序段的格式和组成 程序段的格式和组成 程序段的格式可分为地址格式 分割地址格式 固定程序段格式 和可变程序段格式等 其中以可变程序段格式应用最为广泛 所谓可 变程序段格式就是程序段的长短是可变的 例如 N10 G01 X40 0 Z 30 0 F200 程序段号 功能字 坐标字 给速度功能字 程序段结束 3 字字 一个 字 的组成如下所示 Z 30 0 地址符 符号 正 负号 数据字 数字 2 主轴转速功能字主轴转速功能字 S 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 1 无变速箱的 直接输入转速 例如 S100 S210 S500 等 3 3 进给功能字 切削速度 进给功能字 切削速度 F 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 单位 G98 为每分钟进给 mm min G99 为每转进给 mm r 11 11 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 小小 结结 本次课主要对数控车床坐标系统 程序结构 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 课课 外外 作作 业业 1 什么叫坐标原点 2 什么叫程序起点 3 编程坐标有几种 4 什么叫初态 5 什么叫摸态 12 12 单元三单元三 复合固定循环加工工件轮廓复合固定循环加工工件轮廓 课题 课题 程序编写程序编写 教学时间 教学时间 11 14 11 18 教学目的与要求教学目的与要求 1 了解编程的基本要求和顺序 了解编程的基本要求和顺序 2 掌握编程坐标的选择 掌握编程坐标的选择 重点 重点 了解编程的基本要求和顺序 了解编程的基本要求和顺序 难点 难点 了解编程的基本要求和顺序 了解编程的基本要求和顺序 教法教具 教法教具 课堂理论教学 课堂理论教学 学法指导 学生课前要先预习本节内容 课间要认真听老师学法指导 学生课前要先预习本节内容 课间要认真听老师 讲课 课后要复习巩固 讲课 课后要复习巩固 新课引入 上一节讲解了数控加工程序的基础知识 那么编新课引入 上一节讲解了数控加工程序的基础知识 那么编 写一个完整的程序有什么基本的要求 又需要注写一个完整的程序有什么基本的要求 又需要注 意些什么问题呢 从而引出本节课的教学内容 意些什么问题呢 从而引出本节课的教学内容 教学内容 教学内容 一 快速定位 一 快速定位 G00 13 13 1 编程格式 N10 G00 X U Z W 式中 X Z 的值是快速点定位的终点坐标尺寸 是绝对值坐标编程 U W 的值是快速点定位的终点坐标尺寸 是相对 增量 值坐标编 程 例 从 A 点到 B 点快速移动的程序段为 N10 G00 X20 Y30 或是 N10 G00 U 20 W 10 2 G00 走刀路线 14 14 a 同时到达终点 b 单向移动至终点 图 3 6 快速点定位 快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置 其移动速度由参数来设定 指令执行开始后 刀具沿着各个坐标方向 同时按参数设定的速度移动 最后减速到达终点 如图 3 6 所示 注 意 在各坐标方向上有可能不是同时到达终点 刀具移动轨迹是几条 线段的组合 不是一条直线 例如 在 FANUC 系统中 运动总是先沿 45 角的直线移动 最后再在某一轴单向移动至目标点位置 如图 3 6b 所示 编程人员应了解所使用的数控系统的刀具移动轨迹情况 以 避免加工中可能出现的碰撞 3 G00 没有 F 值 1 快速移动速度由厂家设定 2 快速移动速度受快速倍率开关控制 F0 25 50 100 3 用 F 值指定的进给速度无效 六六 编编程程举举例例 例 3 1 工件加工如图3 7 所示 试编写数控加工程序 图 3 7 编程举例 编写程序 O0001 N10 G50 X100 Z100 刀具程序起始点 N20 M03 S800 T0101 主轴正转 转速为 800r min 用一号基准刀 15 15 N30 G00 X30 Z2 快速定位到工件附近 N40 切削加工部分 N G00 X100 Z100 快速回到起始点 N M05 T0100 主轴停止 换回基准刀 N M30 程序结束 光标返回到程序开始 七七 在在同同一一程程序序段段中中可可能能使使用用的的编编程程坐坐标标 1 绝对编程坐标 X Z 2 相对 增量 编程坐标 U W 3 混合编程坐标 X U Z W 例如 编程举例中 N30 的程序段中可用 N30 G00 X30 Z2 绝对编程 或 N30 G00 U 70 W 98 相对编程 N30 G00 X30 W 98 混合编程 N30 G00 U 70 Z2 混合编程 八八 程程序序编编写写时时应应注注意意的的事事项项 1 坐标系的设定应根据加工工艺的要求 要尽可能靠近工件 只要换刀时不碰到工件就可以 2 前三步和后三步的格式一样 但坐标系设定的范围不同 工 件 G00 定位的根据加工要求确定 3 G00 的程序段不能含有F 值 有 F 值则无效 小小 结结 本次课主要对数控车床编程坐标的选择 编程的基本要求 顺序 及编程所要注意的事项进行了学习 这些内容是学习好数控编程这门 课的基础 要求学生必须掌握 课课 外外 作作 业业 1 坐标系设定有什么要求 2 什么叫快速定位 用哪个符号来表示 16 16 3 在同一个程序段中可能使用的编程坐标有几种 第二部分第二部分 编程篇编程篇 课题五课题五 插补功能插补功能 课题 圆弧课题 圆弧插补功能插补功能 教学时间 教学时间 11 21 11 25 教学目标教学目标 1 了解直线插补的使用方法 了解直线插补的使用方法 2 了解圆弧插补的方法及格式中的各参数的含 了解圆弧插补的方法及格式中的各参数的含 义 义 3 能判断顺时针 逆时针圆弧插补的方向 能判断顺时针 逆时针圆弧插补的方向 重点 重点 1 了解圆弧插补的方法及格式中的各参数的含 了解圆弧插补的方法及格式中的各参数的含 义 义 难点 难点 能判断顺时针 逆时针圆弧插补的方向 能判断顺时针 逆时针圆弧插补的方向 学法指导 学法指导 学生课前要先预习本节内容 课间要认真听老学生课前要先预习本节内容 课间要认真听老 师讲课 课后要复习巩固 师讲课 课后要复习巩固 教学内容 教学内容 一一 圆圆弧弧插插补补指指令令G02 G03 指令格式 G02 G03 X U Z W I K F G02 G03 X U Z W R F 17 17 1 圆弧顺逆的判断 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 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 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 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 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 用半径只指定圆心位置时 不能描述整圆 18 18 图 5 5 G02 应用实例图 5 6 G03 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 N03 G00 X20 O Z2 O N04 G01 Z 30 0 F80 N05 G02 X40 0 Z 40 0 IO O KO F60 2 用 I K 表示圆心位置 增量值编程 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 表示圆心位置 N04 G01 Z 30 O F80 N05 G02 X40 0 Z 40 O R10 F60 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 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 采用增量值编程 N04 G00 U 150 O W 98 0 N05 G01 W 42 O F80 N06 G03 U12 0 W 6 0 10 K 6 0 F60 3 用 R 表示圆心位置 采用绝对值编程 N04 G00 X28 0 Z2 O N05 G01 Z 40 0 F80 3 G02 G03 车圆弧的方法 19 19 应用 G02 或 G03 指令车圆弧 若用一刀就把圆弧加工出来 这 样吃刀量太大 容易打刀 所以 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 图 5 8 为车圆弧的同心圆弧切削路线 即用不同的半径圆来车削 最后将所需圆弧加工出来 此方法在确定了每次吃刀量 ap 后 对 90 圆弧的起点 终点坐标较易确定 数值计算简单 编程方便 常采用 但空行程时间较长 编程实例编程实例 如图所示 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 20 20 编写加工程序编写加工程序 O0502 N10 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 单一固定循环 二 单一固定循环 G90 外圆 内圆车削循环外圆 内圆车削循环 G90 教教学学目目的的和和要要求求 1 掌握 掌握外