数控车床编程与操作教案

数控车床编程与操作第一部分入门篇课题一入门基础概述课题：入门基础概述课型：新知课教学时间：6节教学目标：1、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。

3、了解数控车床的用途及分类。

4、了解数控 GSK980TD车床系统的编程和操作方法。

重点：1、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。

难点：了解数控车床的用途及分类。

教法教具：结合本校现有的数控车床进行现场参观教学。

学法指导：结合学过的普通车床跟现有的数控车床进行比较学习。

新课引入：教学内容：一、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。

数控系统发展历史数控车床又称为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。

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。

五、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。

六、数控车床主要的技术参数学习学校现有的广州数控车床主要技术参数（内容省略）。

七、数控车床的使用条件1、机床位置环境要求2、电源要求3、温度要求4、按说明书的规定使用机床八、影响数控车床加工精度的因素1、加工精度系加工精度系是指零件加工后，其几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数符合的程度。

2、尺寸精度尺寸精度是指零件表面本身的尺寸精度和表面间相互距离尺寸的精度。

3、尺寸公差尺寸公差是允许尺寸的变动量。

它等于最大极限尺寸减去最小极限尺寸之差，或上偏差减去下偏差之差。

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。

（1）几何精度是指机床在不运转时部件之间相互位置精度和主要零件的形状精度、位置精度。

（2）工作精度是指机床在动态条件下，对工件进行加工时所反映出来的机床精度。

（3）影响机床工作精度的主要因素为机床的变形和振动。

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。

（1）机床的空转试验是在无载荷状态下运转机床，检验各机构的运转状态、温度变化、功率消耗以及操纵机构动作的灵活性、平稳性、可靠性和安全性。

（2）机床的负荷试验是用以试验机床最大承载能力。

九、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。

十、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：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）高档数控车床十一、GSK980TD数控系统简介GSK980TD是广州数控设备厂最先开发的控制微步步进电动机及全文数字交流伺服的经济型车床数控系统，其控制线路集成度高，采用了高速微处理器、超大规模可编程门阵列集成电路芯片，四层印制电路板，全中文液晶画面显示在控制面板上，将CNC操作面板与机床操作面板集成一体，有极好的可靠性和易操作性。

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。

【小结】：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。

【课外作业】1.、什么叫数控？它与其他自动控制有哪些区别？2、什么叫数控车床？3、试述数控车床的工作原理？4、数控车床是怎样分类的？它的结构主要由哪几部分组成？5、数控机床的特点主要有哪些？：课题三编程基础知识3.1程序设计课题：程序设计课型：新知课教学时间：4节教学目的与要求：1、了解一个完整程序的基本构成。

2、会选择编程坐标系统。

3、掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。

重点：1、了解一个完整程序的基本构成。

2、会选择编程坐标系统。

3、掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。

难点：掌握G、S、M、F、T功能的使用方法。

教法教具：课堂理论教学。

学法指导：学生课前要先预习本节内容，课间要认真听老师讲课，课后要复习巩固。

新课引入：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。

教学内容：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。

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。

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）机床坐标系数控车床生产厂家按照笛卡儿规则，在数控车床上建立一个Z轴与X轴的直角坐标系，称为机床坐标系。

（2）机床原点机床坐标系的零点称为机床原点，是机床上的一个固定点，一般定义在主轴旋转中心线与车头端面的交点或参考点上。

（3）参考点参考点为机床上一固定点，由X方向与Z方向的机械挡块或系统定义的位置来确定，一般设定在Z、X轴正向最大位置，位置的设定由制造商定义。