《数控加工技能实训》教学教案—03数控程序编制基础.docx

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1、第1节数控程序编制基础【教学目标】通过本节的教学：掌握数控加工编程的基础知识，主要包括插 补的基本知识、机床坐标系及工件坐标系、刀具补偿的概念、数控加工工艺分析、 数控加工程序的格式及编程方法等。【教学重点】插补、补偿、工艺分析及编程方法。【教学难点】刀具补偿的概念及加工工艺分析。【难点点化】结合教学视频和现场参观充分数控程序编制的基础。【教学时数】3学时【课程类型】理实一体化课程【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、理论联系实际【教学内容】插补的基本知识2.1.1 插补的基本概念数控机床在加工时，刀具的运动轨迹是折线，而不是光滑的曲线，不能严格地 沿着要求的曲线运动，只能沿折线轨迹逼近所要加

2、工的曲线运动。一般情况下，机 床数控系统是根据已知的运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，由数 控系统实时的计算出各中间点坐标，这就是插补。2.1.2 常用的插补方法常用的插补方法按插补曲线形状的不同，可分为直线插补法、圆弧插补法、抛 物线插补法和高次曲线插补法等。第2节常用编程指令【教学目标】通过本节的教学：掌握数控加工编程的基础指令，主要包括准 备功能字和辅助指令。G00G01G02G03G04M03M30等常用指令。【教学重点】常用编程G、M指令。【教学难点】理解G00G01G02G03G04M03M30等常用指令含义。【难点点化】结合教学视频和现场参观充分理解数控程序指令的基本

3、动作。【教学时数】3学时【课程类型】理实一体化课程【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、理论联系实际【教学内容】常用编程指令1 准备功能字 G 指令。(G00G01G02G03G04)2辅助功能字M指令。(M03M30)3其它指令。(TSF)第3节数控机床与夹具【教学目标】通过本节的教学：掌握数控机床的分类，了解数控夹具的选择 原则与使用方法。【教学重点】数控机床的分类、数控夹具的选用。【教学难点】数控机床按伺服方式分类。【难点点化】结合教学视频理解伺服的概念。【教学时数】2学时【课程类型】理实一体化课程【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、理论联系实际【教学内容】数控机床数控机床的分类1按运

4、动方式分类.点位控制数控机床1 .点位直线控制数控机床.轮廓控制数控机床2按工艺用途分类3按加工方式分类1、切削机床类 2、成型机床类3、特种加工机床类 4、其他机床类4按控制系统功能分类5按伺服控制方式分类.开环控制数控机床1 .闭环控制数控机床.半闭环控制数控机床常用夹具(a)，(b)，图2.1直线插补和圆弧插补a直线插补-b圆弧插补，2. 2数控机床坐标系2. 2. 1机床坐标系及运动方向数控机床的坐标系按国际标准化组织标准(International Organization for Standardization-ISO)规定为右手直角笛卡尔坐标系。2. 2. 2绝对坐标与增量坐标所

5、有坐标值均以机床或工件原点计量的坐标系称为绝对坐标系。在这个坐标 系中移动的尺寸称为绝对坐标，也叫绝对尺寸，所用的编程指令称为绝对坐标指令。运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为增量坐标系，也叫相对坐 标系。在这个坐标系中移动的尺寸称为增量坐标，也叫增量尺寸，所用的编程指令 称为增量坐标指令。2. 2. 3机床原点与机床参考点机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定 的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。机床原点是 工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个 定义点。数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或后

6、端面的中心，数控铳床的机 床原点，各生产厂不一致，有的设在机床工作台的中心，有的设在进给行程终点。机床参考点是采用增量式测量的数控机床所特有的，机床原点是由机床参考 点体现出来的。机床参考点是一个硬件点。机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的位置点，是用于对机床工作台、滑 板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制的点。机床参考点通常设置在机床各 轴靠近正向极限的位置，通过减速行程开关粗定位而由零位点脉冲精确定位。机床 参考点对机床原点的坐标是一个已知定值。采用增量式测量的数控机床开机后，都 必须做回零操作，即利用CRT/MD1控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按 钮，使刀具或工作台退回到

7、机床参考点中。回零操作又称为返回参考点操作。当返 回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表 明机床坐标系已自动建立。2. 2. 4工件坐标系工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工 件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是：1 .尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。2 .尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工 精度。3 .要便于测量和检验。4 .对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。5 .对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。6 . Z轴方向的原点，一般设在工件表面。2

8、. 3 刀具补偿的概念2. 3.1刀位点刀位点是在编制加工程序时用以表示刀具位置的特征点。对于端铳刀、立铳刀 和钻头来说，是指它们的底而中心；对于球头铳刀，是指球头球心；对圆弧车刀， 刀位点在圆弧圆心上；对尖头车刀和锚刀，刀位点在刀尖；对于数控线切割来说， 刀位点则是线电极轴心与工件表面的交点。需要指出的是，球形铳刀的刀位点在铳 刀轴线上，刀刃上不同的点切削时，所表现出的刀具半径不一样。数控加工程序控制刀具的运动轨迹，实际上是控制刀位点的运动轨迹。2. 3. 2位置补偿刀具位置补偿包括刀具半径和刀具长度补偿。在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的刀具半径（如铳刀半径）或刀尖部分 有一定的圆弧半径

9、（为方便起见，以后统称刀具半径），所以在零件轮廓加工过程 中刀位点的运动轨迹并不是零件的实际轮廓，而用户通常又希望按工件轮廓轨迹编 写工件加工程序，这样刀位点必须偏移零件轮廓一个刀具半径，这种偏移称为刀具 半径补偿。加工外轮廓表面和内轮廓表面时刀具半径补偿如图2. 8所示。根据ISO 标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向左边时，称为左刀具补偿；反之称为右 刀具补偿。刀具长度补偿，是为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿。当 采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重 调、磨损引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已编制好的程序，利用数控系统 的刀具位置补偿功

10、能，只需要将刀具尺寸变化值输入数控系统，数控系统就可以自 动地对刀具尺寸变化进行补偿。2. 4数控加工工艺分析3. 4.1加工方法的选择数控车床适合于加工圆柱形、圆锥形、各种成形回转表面、螺纹以及各种盘类 工件，并可进行钻、扩、镣孔加工；立式数控铳键床或立式加工中心适合加工箱体、箱盖、盖板、壳体、平面凸轮、 样板、形状复杂的平面或立体工件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铳锋床或卧式加工中心适合于加工复杂的箱体、泵体、阀体、壳体等 工件；多坐标联动数控铳床还能加工各种复杂曲面、叶轮、模具等工件。4. 4. 2加工工序的编排原则在数控机床上加工时，其加工工序一般按如下原则编排：1、按工序集中划分

11、工序的原则2、按粗、精加工划分工序的原则3、按刀具划分工序的原则4、按加工部位划分工序的原则数控加工工序顺序的安排可参考下列原则：1）同一定位装夹方式或用同一把刀具的工序，最好相邻连接完成，这样可避 免因重复定位而造成误差和减少工夹、换刀等辅助时间。2）如一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序 安排在先，以减小加工变形。3）上道工序应不影响下道工序的定位与装夹。4）先内型腔加工工序，后外形加工工序。工件的装夹在决定冬件的装夹方式时，应力求使设计基准、工艺基准和编程计算基准统一, 同时还应力求装夹次数最少。在选择夹具时，一般应注意以下几点：1、尽量采用通用夹具、组合夹具，

12、必要时才设计专用夹具。2、工件的定位基准应与设计基准保持一致，注意防止过定位干涉现象，且 便于工件的安装，决不允许出现欠定位的情况。3、由于在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件 夹紧引起的变形造成对工件加工的不良影响。4、夹具在夹紧工件时，要使工件上的加工部位开放，夹紧机构上的各部件 不得妨碍走刀。5、尽量使夹具的定位、夹紧装置部位无切屑积留，清理方便。对刀点和换刀点位置的确定在数控加工中，还要注意对刀的问题，也就是对刀点的问题。对刀点是加工零 件时刀具相对于零件运动的起点，因为数控加工程序是从这一点开始执行的，所以 对刀点也称为起刀点。选择对刀点的原则是：1）便于数学处

13、理（基点和节点的计算）和使程序编制简单。2）在机床上容易找正。3）加工过程中便于测量检查。4）引起的加工误差小。2. 4. 5加工路线的确定编程时，确定加工路线的原则主要有以下几点：1、应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。2、能够使数值计算简单，程序段数量少，简化程序，减少编程工作量。3、使被加工工件具有良好的加工精度和表面质量（如表面粗糙度）。4、确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。2. 4.6刀具及切削用量的选择1 .刀具及其辅具的选择2 .刀具的配备2. 5数控加工程序的格式及编程方法程序的结构加工程序可分为主程序和子程序，无论是主程序还是子程序，每一个程序都

14、 是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。程序的内容则由若干程序段组成， 程序段是由若干程序字组成，每个程序字乂由地址符和带符号或不带符号的数值组 成，程序字是程序指令中的最小有效单位。2. 5. 2程序的格式数控机床有三种程序段格式：固定顺序，表格顺序，字地址格式。N顺序号G准备功能X土坐标运动尺寸Y土坐标运动尺寸Z土坐标运动 尺寸F进给速度S主轴转速M辅助功能 附加指令30 F200N07G01Z程序段号地址符号数字地址符号符号数字地址符号数字2. 5. 3主程序和子程序主程序即加工程序，子程序是可以用适当的机床控制指令调用的一段加工程 序。主程序可以多次调用同一个或不同的子程序、子程序

15、也可以调用另外的子程序, 称为子程序嵌套，可嵌套的次数，不同的系统有不同的规定。2. 5.4常用地址符及其含义表2.4常用地址符地 址 符说 明机 能程序号。或p或程序编号地址程序段号N程序段顺序编号地址X, Y, Z： U, V, W； P, Q, R；直线坐标轴A, B, C； D, E；旋转坐标轴坐标字R：圆弧半径I, J, K：圆弧中心坐标准备功能G指令动作方式辅助功能M, B；开关功能，工作台分度等补偿值H或D补偿值地址暂停P或X或F暂停时间重复次数L或H子程序或循环程序的循环次切削用量S或V主轴转数或切削速度F进给量或进给速度刀具号T刀库中刀具编号2. 5. 5数控程序的编制方法及步骤数控编程的方法有手工编程和自动编程。手工编程是指各个步骤均由手工编制。即从工件的图样分析、工艺过程的确 定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质、程序的校验和修改等都是由人手 工完成的。自动编程又称为计算机辅助编程，是大部分或全部编程工作都由计算机自动 完成的一种编程方法。数控编程的具体内容和步骤可以用如图2.22所示的框图描述。编程结束上）