资源简介

数控铣削（加工中心）技术训练理实一体课教案
项目一 数控铣床（加工中心）编程基础知识
任务 任务三 掌握数控编程基础知识
授课时间 年 月 日 授课班级
教学方法 讲授、讨论、提示启发、归纳总结法 授课时数 课时
教学用具 多媒体 教学资源 多媒体课件、教材
课前准备 1.实训设备、实习任务书、评分标准及多媒体课件的准备；2.学生工位分配。
教学目标 1. 了解数控加工程序及编制过程。 2. 掌握数控机床的坐标系。 3. 掌握数控加工程序的组成格式。
教学重点 数控加工程序的编制过程及程序格式。
教学难点 1.数控机床坐标系。2.数控加工程序的组成格式。
教学过程 1.数控加工程序及其编制过程。2.数控机床坐标系。3.数控加工程序的组成及格式。
实施环节 教学内容 导学方法
组织教学 1.检查学生出勤情况并做好记录。2.调整学生的注意力，为上课作准备。 互动交流
复习提问 1.数控加工工艺有哪些？2.曲面加工路线怎么确定？ 提问导思
导入 数控铣床（加工中心）是机械加工中的一种重要加工方式，由于其加工精度较高，一般用于工件的精加工。要想熟练掌握数控铣床（加工中心）的操作，只有了解数控铣床（加工中心）的加工对象和编程基础知识，才能为后期学习程序编制打下良好的基础。 启发学习积极性
讲授新课 一、数控加工程序及其编制过程1.数控加工程序的概念数控机床之所以能够自动加工出各种不同形状、尺寸精度的零件，是因为这种机床能按事先编制好的加工程序，经其数控装置接受和处理后，通过信号放大装置控制执行部件对零件实现自动加工。按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集，称为数控机床加工程序。2.程序的编制与方法（1）程序的编制数控机床上加工零件时，需要把加工零件的全部工艺过程和工艺参数，以信息代码的形式记录在控制介质上，并用控制介质上的信息控制机床动作，实现零件的全部加工过程。这种从分析零件图样到获得数控机床所需要的控制介质的全过程，称为程序的编制。主要内容有工艺处理、数学处理、填写程序单及制备控制介质。（2）程序的方法数控程序的编制可以分为手工编程和自动编程两种方法。① 手工编程。对于几何形状简单、计算方便、轮廓由直线和圆弧组成的零件，一般采用手工编程的方法编制加工程序。手工编程的步骤包括图样分析、确定加工工艺、数值处理、编写程序、制作控制介质、程序校验和试切。② 自动编程。对于几何形状复杂，轮廓外形由一些非圆曲线、曲面所组成，或者零件的几何形状并不复杂但是程序编制的工作量很大，或者是需要进行复杂的工艺及工序处理的零件，因其加工过程中数值计算非常繁琐，编程工作量大，如果采用手工编程，往往耗时多且效率低，出错率高，甚至无法完成，这种情况下必须采用自动编程的方法。自动编程是指利用 CAD/CAM 辅助编程软件对零件的加工内容进行编程的过程。自动编程的一般步骤为图样分析、三维造型、生成加工刀具轨迹、后置处理生成加工程序、程序校验与试切。3.程序编制的过程数控铣床（加工中心）是采用数字信息来控制的机床，其工作流程就是根据被加工零件的要求采用数字信息将刀具移动轨迹信息记录在程序介质上， 然后送入数控系统经过译码和运算，控制机床刀具和工件的相对运动，从而加工出所需工件。数控铣床（加工中心）的编程过程如图 1- 14 所示。图1-14 程序编制过程（1）图样分析这个工作要求编程人员能够对零件图样的技术特征、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工内容，为下一步确定加工工艺做准备。（2）辅助准备内容包括确定机床和夹具、机床坐标系、编程坐标系、对刀方法、对刀点位置等。（3）制定加工工艺根据图样分析拟定加工方案确定机床、夹具和刀具，选择适合的对刀点和换刀点，确定合理的切削用量及设定最佳的加工路线。（4）数学处理在编写程序前，还需要根据确定的编程原点对一些加工轨迹中未知的基点坐标进行计算。（5）编写加工程序根据确定的加工路线、刀具号、切削用量以及数值计算的结果，按照数控机床规定使用的功能指令代码及程序段的格式，逐段编写加工程序。此外，还应附上必要的加工示意图、刀具说明、机床调整卡和工序卡等。（6）制备控制介质将程序单上的内容经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息，若程序较为简单，也可直接通过 MDI 键盘输入。（7）程序的校正与试切程序的校正用于检查程序的正确性和合理性，但不能检查加工精度。按校验的方 法可分为静态校验和动态校验两种。①静态校验是指利用数控系统的“程序校验”功 能运行程序，在机床不动的情况下，通过显示屏显示零件加工轨迹来检查程序的正确性。②动态校验是指利用数控系统的“空运行”功能运行程序，在不安装工件的情况下，控制机床按编程轨迹运动，同时在显示屏上显示加工轨迹。（8）试切通过在数控机床上加工实际零件检查程序的正确性和合理性。试切法不仅可查出程序的正确性，还可检查加工精度是否符合要求。通常只有试切零件经检验合格后，加工程序才算编制完毕。二、数控机床坐标系1.坐标系的命名数控编程时为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，就需要明确数控机床坐标轴和进给方向。国际上对数控机床的坐标系和进给方向制定了关于《机床数字控制坐标—坐标轴和运动方向命名》的国际标准。2.机床坐标系机床坐标系是以机床原点为坐标系原点，遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的由X、Y、Z 轴组成的直角坐标系。机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。（1）确定原则标准的机床坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系，三个主要的轴分别为 X、Y 和 Z轴，大拇指的指向为 X 坐标的正方向；食指的指向为 Y 坐标的正方向；中指的指向为 Z 坐标的正方向。绕 X、Y 和 Z 轴回转的轴分别称为 A 、B 和 C 轴，如图 1- 15 所示。图1-15 机床坐标系（2）运动方向的确定① 确定 Z 轴。Z 轴一般与机床主轴中心线相平行，刀具离开工件的方向为 Z 轴正 方向。立式数控铣床 Z 轴竖直，卧式数控铣床 Z 轴水平。② 确定 X 轴。一般情况下 X 轴是水平的，它平行于工作台与 Z 轴垂直。X 轴坐标的正方向分两种情况，若机床 Z 轴是水平的（卧式数控机床），使用右手笛卡尔直角坐标系，确定 X 轴正方向分为两步，首先站立在主轴的正前方伸出右手使中指指向 Z 轴的正方向，然后使大拇指处于水平向左的指向，这时大拇指的指向就是 X 轴的正方向，如图 1- 16 所示。若机床 Z 轴是竖直的（立式数控机床），首先站立在机床的正前方伸出右手使中指指向 Z 轴的正方向，然后使大拇指处于水平向右的指向，这时大拇指的指向就是 X 轴的正方向，如图 1- 17 所示。图1-16 卧式数控铣床 图1-17 立式数控铣床③ 确定 Y 轴。根据右手直角笛卡儿坐标系，中指表示 Z 轴，大拇指表示 X 轴，食指所示方向即为 Y 轴。④ 确定 A 、B 、C 轴。如图 1- 15 所示，A、B、C 表示其相应轴线平行于 X、Y、Z 的旋转运动。A、B、C 轴正方向的判断方法是按照右手螺旋法则，大拇指指向X（Y、Z）轴的正方向，其他四指的指向为 A（B 、C）旋转轴的正方向。（3）机床坐标系原点和参考点① 机床坐标系原点。机床坐标系原点也称为机床原点或机床零点，在机床出厂前经过设计制造和调试调整后，这个原点便被确定下来，它是一个固定点，一般位于 X、 Y、Z 坐标的正方向极限位置。② 机床参考点。机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点，机床参考点与机床原点的距离可由系统参数来设定，如设定值为零，则表示机床参考点与机床原点重合，如设定值不为零，则机床开机回零后显示的机床坐标系值即是系统参数中设定的距离值。3.工件坐标系工件坐标系是固定于工件上的笛卡尔坐标系，是编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序起点的，该坐标系的原点可由编程人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系。一般情况下选择工件坐标系时应遵循以下原则。① 将工件坐标系原点选择在零件的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算， 减少手工计算量；② 对称零件，程序原点应选在对称中心线上；③ X 轴、Y 轴工件坐标系原点设在与零件的设计基准重合的地方；④ 尽可能将工件坐标系原点选择在工艺定位基准上，这样有利于提高加工精度；⑤ 尽量选在精度较高的工件表面上，以提高被加工零件的加工精度；⑥ Z 轴的程序原点通常选在工件的上表面。4.机床坐标系与工件坐标系的关系机床坐标系与工件坐标系的相应坐标轴一般相平行方向也相同，但原点不同。工件原点与机床原点间的距离称为工件原点偏置，加工时，这个偏置值需预先输入到数控系统中，自动附加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。在实际的加工过程中，二者之间的关系是通过对刀点建立的，如图1- 18 所示。对刀点是工件在机床上找正夹紧后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。对刀点可以选择在工件上或工件外，但对刀点与工件坐标系必须有准确、合理、简单的位置对应关系，如图 1- 18 所示的X2和Y2。对刀点既可以与工件坐标系原点重合，也可以不重合，主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与工件坐标系原点重合时，X2 =0、 Y2 =0。工件安装时，工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐 标系（G92）设定后，从对刀点开始的第一个程序图1-18 机床坐标系与工件坐标系的关系段的坐标值为对刀点在机床坐标系中的坐标值，即为（X1，Y1。当按绝对值编程时，从对刀点到工件上左边的孔时，不管对刀点和工件原点是否重合，坐标值都是X3 、Y3；当按增量值编程时，对刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是 X3 、Y3，不重合时，则为（X2+X3）、（Y2+Y3）。三、数控加工程序的组成及格式1.数控加工程序的组成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。例如：上面是一个完整的零件加工程序，由12个程序段组成，每个程序段以“N”开头，以 LF结束。（1）程序号华中数控系统的程序起始符用%（或 O）， %（或 O） 后跟程序号， 其取值范围为 % 1～4294967295。（2）程序内容程序内容是整个程序的核心，它由若干个程序段组成，包含了所有的加工信息， 如加工轨迹、主轴和切削液开关等。（3）程序结束程序结束用 M02 或 M30 表示。（4）注释符注释符采用括号“（ ）”或者分号“；” 的形式，注释符后面的内容为注释文字，如上例中的“；刀具直径 16 mm”，为程序的注释。2.程序段的格式零件的加工程序是由程序段组成的，程序段可以是一个指令或多个指令组成，如图 1- 19 所示。程序段由N开头；中间部分是程序段的内容，主要包括准备功能、尺寸字、进给功能字、辅助功能字、主轴功能字、刀具功能字和段结束符等。程序段结束标记以 LF（或 CR）结束，实际使用时，华中数控系统常用“回车”表示。图1-19 程序段格式每个程序段由若干个指令字组成，每个字是控制系统的具体指令，它是由表示地址的英文字母和带符号（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见表 1- 1。表 1-1 常用地址符说明（1）程序段号它表示程序段的名称，由地址符N和后续的数字组成， 后续数字范围为 0～4294967295。在编写程序段时应注意以下几点：① 程序段号字位于程序段之首，可以用在引导程序、主程序、子程序及用户宏程 序中，也可以省略不写；② 程序段号数字部分为正整数，可以不连续使用，也可以不按顺序使用；③ 顺序号字不是程序段中的必用字，对于整个程序，可以每个程序段均有顺序号字，也可以均没有顺序号字，也可以部分程序段有顺序号字；④ 一个零件程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序执行的，但书写程序时，建议按升序书写程序段号。（2）准备功能准备功能G指令由地址符G和后续的两位数字组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。从G00到G99共100种代码，表1-2是华中数控系统的G代码指令。表 1-2 华中数控系统常用G 代码 （3）尺寸字尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。其中，第一组 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R 用于确定终点的直线坐标尺寸； 第二组 A，B，C，D，E 用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组 I，J，K 用于确定圆弧 轮廓的圆心坐标尺寸。在一些数控系统中，还可以用 P 指令暂停加工、用 R 指令圆弧的半径等。（4）进给功能字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。进给单位分为每分进给（mm/min）和每转进给（mm/r）两种。在华中数控系统中，每分进给量用指令 G94 表示，每转进给量用指令 G95 表示。（5）辅助功能字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，如 M00～M99 。华中数控系统常用辅助功能见表 1-3。表 1-3 常用 M 代码及功能① 程序暂停指令（M00）。M00 为程序暂停指令，当 CNC 执行到 M00 指令时，将暂停执行当前程序，以便操作者进行工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时，机床的进给停止，而全部现存的模态信息保持不变，如果继续执行后续程序，需要重按操作面板上的“循环启动”键。② 程序结束指令（M02）。M02 指令为程序结束指令，一般放在主程序的最后一个程序段中。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。使用 M02 的程序结束后，若要重新执行该程序，就得重新调用该程序， 或在自动加工子菜单下，按【 F4 】键，然后再按操作面板上的“循环启动”键。③ 程序结束指令（M30）。M30 和 M02 功能基本相同，只是 M30指令还兼有控制程序执行返回到零件程序头（%）作用。使用 M30的程序结束后，若要重新执行该程 序只需要再次按操作面板上的“循环启动”键。④ 主轴控制指令（M03 、M04 、M05）。M03、M04、M05为模态代码， 它们之间可以相互取消，M05为缺省功能。M03指令控制主轴以程序中指定的转速顺时针方向（从Z轴正向朝Z轴负向看）旋转。M04指令控制主轴以程序中指定的转速逆时针方向旋转。M05 指令控制主轴停止转动。⑤ 换刀指令（M06）。M06 指令为换刀指令，用于在加工中心上调用一个已安装在刀具库中的刀具。通常与刀具功能字 T 指令配合使用。例如，T01 M06，数控系统在执行这条指令时，首先将原先主轴的刀具换走， 然后在将 01 号刀具自动安装在主轴上。⑥ 切削液开关指令（M07 、M09）。M07 、M09 为模态代码，M09为缺省功能。M07为打开切削液指令。M09 为关闭切削液指令。⑦ 子程序调用指令（M98）、从子程序返回指令（M99）。M98 为调用子程序指令。M99 表示子程序结束，执行 M99 使控制返回到主程序。 （6）主轴功能字（S）S 为主轴控制指令，用地址 S 和其后的数值表示。主轴转速单位包括每分钟转速和恒线速度，单位分别为转/分钟（r /min） 和米/分钟（m /min）。每分钟转速用 G97 指令表示，恒线速度用 G96 指令表示。S指令是模态指令，S 指令所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调。（7）刀具功能字（T）T 为选用刀具指令，用地址T 和其后的两位数值表示。（8）结束符（LF）华中数控系统程序段的结束用“Enter（回车）”键表示。3.程序的文件名编写好的程序只有保存到 CNC 装置中，系统才能通过调用文件名来调用程序，进行加工或编辑。华中数控系统文件的保存格式为 O××××（地址O 后面必须有四位数字或字母）。 结合多媒体讲解数控加工程序的概念、编制方法、编制过程学习手工编程是数控铣（加工中心）编程的主要内容，即使在自动编程普遍应用后，手工编程的地位也不可取代，仍是自动编程的基础。自动编程的优点是效率高、编程时间短、质量高。缺点是必须具备自动编程软件，自动编程的硬件和软件配置费用较高。结合PPT详细讲解数控编程的8个过程结合多媒体PPT重点讲解数控坐标系的命名，机床坐标系的确定原则右手笛卡尔直角坐标系坐标系X、Y、Z轴方向的确定，如图1-16、1-17原点不同对刀点的选择结合多媒体讲解机床坐标系与工件坐标系的关系在数控编程时对刀点选择应考虑以下几点：对刀点在数控机床上容易找正；加工过程中便于检查；引起的加工误差最小；使程序编程简单；尽量与零件的设计基准或定位基准重合。数控加工的程序格式讲解、含义程序段的格式讲解常用地址符说明结合PPT讲解常用G代码含义结合PPT详细讲解常用M代码含义程序的保存格式
课堂小结 1.数控加工程序及其编制过程。2.数控机床坐标系。3.数控加工程序的组成及格式。
课后作业
教学后记

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