数控编程与操作教案

数控编程与操作

教学模式改革-理实一体化授课教案

授课日期授课班级

授课教师授课时间理论90分钟，上机操

作12学时

模块一不带刀具补偿值时候的编程与加工

课题一平面铣削加工

教学目的与要求1、了解平面铣削工艺路线；

2、掌握、G00、G01、G90、G91的正确使用；

3、学会机床的正确维护方法；

教学重点1、了解切削、切削液的基本概念；

2、掌握相对坐标的应用；

3、基点的计算；

教学难点1、绝对编程与相对编程的区别；

2、铣削工艺路线的设计；

3、铣削编程格式的建立；

教学实施

先教授编程理论及工艺要点，再进行计算机模拟仿真，最后进行操作技能的训练；

教学方法

通过理论教学，仿真，实习操作中的对比、图例、分层次等教学法的应用，把理论知识逐步应用到实习操作中，达到指导生产实际的效果；

课后练习课后练习一、练习二编程加工练习；

教学后记

1

任务一平面铣削编程加工

任务说明

◎通过对平面类零件加工编程方法的分析，使用学生掌握数控铣床上常用的编程格式及编程方法，使学生具备灵活应用绝对坐标和相对坐标进行编程的能力。◎能力点

◎简单零件编程基点的计算与确定；

◎初步明确在加工实践中解决实际问题的基本思路(明确问题-分析问题-收集信息-优化信息-探询解决问题的有效方法-试验(或实践)-处理信息-解决问题-总结分析思考-是否还有其他的方法或更好的方法。

◎在数控铣床上加工零件的方法

知识点

◎数控铣削编程格式各代号的含义；

◎ G00、G01、G90、G91代码的应用方法。

◎ G90绝对编程代码与G91相对编程代码的区别。

◎平面铣削编程加工的代码及其格式。

2

组织教学

一、任务实施

1、任务描述

2、知识链接教学引入：由普通机加工相关知识引入。

课题一平面铣削的数控编程加工

加工零件时，通常都会碰到这样的情况：毛坯材料的表面凹凸不平，

比较粗糙，需要先加工出一个表面，作为定位装夹的基准面，然后再采

用“互为基准”的原则，加工出另外的表面；本课题以铣削某一块平板

的上表面为例，在工件的上表明铣削1mm的深度，形成光滑平面。

一、相关理论知识

1、快速点定位（G00）

格式：G00 IP_；（IP_在本书中代表任意不超过三个进给轴地址的组合，G00编程举例

起始点位置为X10.，Y10.，执行指令G00 X40.Y40.；将使刀具

走出如图1－3左边所示的轨迹；如果起始点位置仍为X10.，Y10.；执

行指令G00 X40.Y60.；将使刀具走出如图1－3右边所示的轨迹，

2、直线插补（G01）

格式：G01 IP_ F_；

假设当前刀具所在点为X10. Y10.，则如下程序段

N10 G01 X40. Y40. F100 ；

N20 X80. Y40.；

将使刀具走出如下图所示轨迹

3、绝对值和增量值编程（G90和G91）

○1G90绝对指令格式G90 X_ Y_ Z_ ;

3

3、绝对值和增量值编程（G90和G91）

○1G90绝对指令格式G90 X_ Y_ Z_ ;

刀具由A点到B点用绝对值表示：G90G0X90.0Y50.0Z18.0 ○2G91相对指令格式G90 X_ Y_ Z_ ;

刀具由A点到B点用增量值表示：G91G1X-52.0Y-60.0Z-34.0 ○3绝对值和增量值的混合使用示意图

G90 G01 X18. F100；H → B，用绝对值表示较方便。

G91 X35. Y -20.； B → C，用增量值表示较方便。

G90 X92.； C → D，用绝对值表示较方便。

Y15.； D → E，用绝对值表示较方便。

G91 X -60.； E → F，用增量值表示较方便。

Y -15.； F → G，增量值或绝对值皆方便，但沿用上单

节增量指令，可不必再用G90设定为绝对值，

故用增量值表示。

X -32.；G→程序原点，理由同上。

Y60.；程序原点→A，理由同上。

二、课题解析

工艺分析：采用虎钳装夹，下垫垫铁，采用两种不同的编程方法进行

4

加工。

方法一：用工件上表面的中心作为程序原点，对刀，建立工件坐标系54；

方法二：无需建立工件坐标系，操作时把铣刀调到工件的上表面“碰”一下，然后移出，再调用加工程序，省去对刀的过程，提高了加工的效率。

工艺卡片：

机床：数控铣床加工数据表

工序加工内

容

刀具刀具

主轴转

速

进给量

刀具半径

补偿

刀具长度补

偿

1 平面铣

削

T01

Φ120

铣刀

450 100 无无

(方法一)

NC加工程式：

O21;

N10 G90 G54 M03 S450; （设定主轴工作状态，调用工件坐标系）N15 G0 X280. Y-110.;（水平方向定位，便于下刀）

N16 Z100.;

N17 Z2.;

N20 G01 Z-1.0 F200; （切深1mm）

N30 G91 G01 X-420.0 F100;（水平方向第一次进刀）

N40 Y90.0;（y向步进）

N50 X420.0; （水平方向第二次进刀）

N60 Y90.0;

N70 X-420.0; （水平方向第三次进刀）

N80 X90.0;

N90 X420.; （水平方向第三次进刀）

N100 G00 Z180.0;（提刀）

N120 M30;（程序结束）

(方法二)

NC加工程式：

O0022;

N10 M03 S450; （设定主轴工作状态）

N20 G01 Z-1.0 F80; （切深1mm）

N30 G91 X-420.0 F100;（水平方向第一次进刀）

N40 Y90.0;（y向步进）

N50 X420.0; （水平方向第二次进刀）

N60 Y90.0;

N70 X-420.0; （水平方向第三次进刀）

N80 X90.0;

N90 X420.; （水平方向第三次进刀）

N100 G00 Z180.0;（提刀）

N120 M30;（程序结束）

课后练习：

5

6 一、将上例中的相对坐标编程改为绝对坐标编程。

技巧提示：

“刀路设计”：及设定加工中的刀具按照怎么样的路径走刀，是一个很重要的问题；手工编程需要画出分析图形，或者借助CAD/CAM 应用软件，模拟分析刀路，找出编程过程中需要的“基点”，这些基点是我们编写NC 程序的基础。当然这样做比较麻烦，但这是熟悉NC 程式必须的过程，也是我们将来采用CAM 软件编程的基础。本例的刀路设计如下：

本课主要讨论了G00、G01、G90、G91格式的应用，要注意每个数据的含义及确定方法，注意数控铣床编程的格式，平面加工时绝对与相对编程的应用方法。 1、工件的安装 2、程序的输入 3、零件的加工 按小组上机操作，并打分，其余熟悉程序编写。 注意事项：安装工件时注意找正和加工余量；

二、小

结

三、操

作演示

四、分

组训练

数控编程与操作

教学模式改革-理实一体化授课教案

授课日期授课班级

授课教师授课时间理论90分钟，上机操

作12学时

模块一不带刀具补偿值时候的编程与加工

课题二全圆密封槽的铣削加工

教学目的与要求1、了解全圆铣削工艺路线；

2、掌握G02、G03的正确使用；

3、学会机床的正确维护方法；

教学重点1、了解切削、切削液的基本概念；

2、掌握360度全圆编程的应用；

3、基点的计算；

教学难点1、全圆与一般圆弧编程的区别；

2、铣削工艺路线的设计；

3、铣削编程格式的建立；

教学实施

先教授编程理论及工艺要点，再进行计算机模拟仿真，最后进行操作技能的训练；

教学方法

通过理论教学，仿真，实习操作中的对比、图例、分层次等教学法的应用，把理论知识逐步应用到实习操作中，达到指导生产实际的效果；

课后练习课后练习一、练习二编程加工练习；

教学后记

7

任务二全圆密封槽的铣削加工

任务说明

1、通过对全圆类零件加工编程方法的分析，使用学生掌握数控铣床上常用的编程

格式及编程方法，使学生具备灵活应用绝对坐标和相对坐标进行编程的能力。

2、能力点

3、简单零件编程基点的计算与确定；

4、初步明确在加工实践中解决实际问题的基本思路(明确问题-分析问题-收集信

息-优化信息-探询解决问题的有效方法-试验(或实践)-处理信息-解决问题-总结分析思考-是否还有其他的方法或更好的方法。

5、在数控铣床上加工零件的方法

知识点

◎数控铣削编程格式各代号的含义；

6、G02、G03代码的应用方法。

7、一般圆弧与360度全圆编程的区别。

8、圆弧铣削编程加工的代码及其格式。

8

组织教学

一、任务实施

1、任务描述

2、知识链接教学引入：由直线插补相关知识引入。

课题二“8”字形密封槽的铣削加工

某零件上表面带一密封槽，由两个圆环相连形成的“8”字型密封槽，如图所示，槽深3mm，材料为铸锌合金，编写加工程序。

一、相关理论知识

圆弧插补（G02/G03）

下面所列的指令可以使刀具沿圆弧轨迹运动：

在X--Y平面

在X--Z平面

在Y--Z平面

指令详解

○1平面选择

G17：指定X--Y平面上的圆弧插补；

G18：指定X--Z平面上的圆弧插补；

G19：指定Y--Z平面上的圆弧插补；

○2圆弧方向

G02：顺时针方向的圆弧插补；

G03：逆时针方向的圆弧插补；

在这里，我们所讲的圆弧的方向，对于X--Y平面来说，是由Z轴

的正向往Z轴的负向看X--Y平面所看到的圆弧方向，同样，对于X--Z

平面或Y--Z平面来说，观测的方向则应该是从Y轴或X轴的正向到Y

轴或X轴的负向。

9

二、课题解析

工艺分析：

由于此图形对形状精度要求和位置精度无较高要求，属于自由公差，模式较简单。可采用键槽铣刀直接从工件原点正上方下刀，铣削加工轮廓，一把刀完成加工。

简化加工模型，我们在一块120 x 200 x 30mm的板料上完成如上图零件的加工，工件原点设在毛坯上表面的中心。

工艺卡片：

机床：数控铣床加工数据表

工序加工内容刀具刀具类

型

主轴转

速

进给量

刀具半

径补偿

刀具长度

补偿

1 外形铣削T01 Φ4的键

槽刀

3000 250 无无

NC加工程式：

O0021;

N10 G90 G54; (绝对编程，调用工件坐标系)

N20 M03 S3000;（设定主轴工作状态）

N30 G00 X0 Y0 Z100.0;（刀具在水平方向上定义到初始位置）

N40 G01 Z2.0 F150; （刀具到达参考面高度）

N50 Z-2.0 F20;（降刀，到第切削层高度）

N60 G03 I0 J30.0 F100;（加工小圆）

N70 G02 I0 J-40.0; （注：全圆加工，只能用向量的方式定

圆心）

N80 G00 Z100.0;（提刀）

N90 M05; （主轴停转）

N100 G91 G28 Z0; （Z轴返回参考点）

N110 G91G28 X0 Y0; （X、Y轴返回参考点）

N120 M30; （程序结束，主轴停转，光标返回程序开头）

技巧提示：

○1、铣床加工，一把刀具，刀具号、长度补偿号均可以不写。

○2、刀具从安全高度下刀到参考面高度是写的程序段是N40 G01

Z2.0 F150;而不是G00 Z2.0，原因是G00的速度太快（参看G00的使用

说明），避免撞主轴。

○3、加工完毕后回参考点先是Z方向返回，再是X、Y方向返回，

避免提刀的时候刀具撞上工件或夹具。

课后练习：

10

11 一、在240 x 140 x 30mm 的平板上加工如下图所示的“8”字型圆环，槽深2mm ，编写加工程序。 二、2008年第28届奥运会在北京举行，我们这次练习在150 x 100 x 30mm 的平板上加工如下图所示的“五环”。 本课主要讨论了G02、G03格式的应用，要注意每个数据的含义及确定方法，注意数控铣床编程的格式，圆弧加工时编程的应用方法。 1、工件的安装 2、程序的输入 3、零件的加工 按小组上机操作，并打分，其余熟悉程序编写。 注意事项：安装工件时注意找正和加工余量；

二、小结

三、操作演示

四、分组训练

数控编程与操作

教学模式改革-理实一体化授课教案

授课日期授课班级

授课教师授课时间理论90分钟，上机操

作12学时

模块一不带刀具补偿值时候的编程与加工

课题三铣削加工“C”形凹槽

教学目的与要求1、掌握螺旋式下刀的工艺路线；

2、掌握G02、G03的正确使用；

3、了解45号钢的切削用量；

教学重点1、螺旋式下刀的基本概念；

2、掌握R大于180度圆弧的编程方法；

3、基点的计算；

教学难点1、大于180度圆弧与一般圆弧编程的区别；

2、铣削工艺路线的设计；

3、螺旋式下刀编程路线的建立；

教学实施

先教授编程理论及工艺要点，再进行计算机模拟仿真，最后进行操作技能的训练；

教学方法

通过理论教学，仿真，实习操作中的对比、图例、分层次等教学法的应用，把理论知识逐步应用到实习操作中，达到指导生产实际的效果；

课后练习课后练习一、练习二编程加工练习；

教学后记

12

任务三铣削加工“C”形凹槽

任务说明

◎通过对全圆类零件加工编程方法的分析，使用学生掌握数控铣床上常用的编程格式及编程方法，使学生具备灵活应用绝对坐标和相对坐标进行编程的能力。◎能力点

◎简单零件编程基点的计算与确定；

◎初步明确在加工实践中解决实际问题的基本思路(明确问题-分析问题-收集信息-优化信息-探询解决问题的有效方法-试验(或实践)-处理信息-解决问题-总结分析思考-是否还有其他的方法或更好的方法。

◎在数控铣床上加工零件的方法

知识点

◎数控铣削编程格式各代号的含义；

◎ G02、G03代码的应用方法。

◎一般圆弧与360度全圆编程的区别。

◎圆弧铣削编程加工的代码及其格式。

13

组织教学

一、任务实施

1、任务描述

2、知识链接教学引入：由全圆铣削相关知识引入。

课题三铣削加工“C”形凹槽

在长120×120×30mm的45号钢料(硬度为HRC28～32)上铣削加

工如图所示的“C”形凹槽，深5mm，刀具为Φ12的4刃高速钢铣刀，

编写加工程序。

一、相关理论知识

1、加工外形轮廓常用的进退刀方式

○1对于有水平和竖直边的外形轮廓可以沿水平和竖直边进退刀。

这是最简单的一种方法，如图所示。

水平竖直进退刀

○2采用圆弧切向进退刀，加工效果较好，应用比较具有普遍性，

但编程比水平方向直接进退刀稍复杂一点，需设计切入和切出圆弧，如

图所示。

圆弧切向进退刀

手工编程带半径补偿（G41/G42）时，尤其要注意进退刀时是否过切，这是一个重点也是一个难点，我们将在加工部分详细讲解。如果采

用自动编程，不带刀具半径补偿值，就不存在类似的问题。如图所示为

14

CAM软件中设定的进退刀圆弧。

Mastercam中设定的进退刀圆弧

2、加工型腔时的进退刀方式

○1直接下刀

键槽铣刀、球头刀在刀具的底面有切削刃，下刀时进行切削，可以采用这种方法；但是一般的平底刀底面是中空的，没有切削刃，不要直接下刀，否则刀具的下表面和工件会发生干涉，使刀具折断。

○2螺旋下刀（Helix）

采用螺旋线的方式往下切削，由于螺旋线半径和下刀角度计算得合理，就算一般的平底刀也可以用来加工型腔，如图所示。

螺旋下刀

○3斜插下刀（Ramp）

采用斜插下刀的方式往下切削，下刀线段长度和下刀角度计算得合理，就算是一般的立铣刀也可以用来加工型腔，如图所示。

斜插下刀

二、课题解析

工艺分析：虎钳装夹，取工件上表面的中心为工件原点，采用螺旋式下刀。

机床：数控铣床加工数据表

工序加工内容刀具刀具类型主轴转速进给量

刀具半径

补偿

刀具长

度补偿

15

二、小结

三、操作演示

四、分组训练

1 型腔铣削T01

Φ12立

铣刀

680 150 无无

NC加工程式：

O1;

G90G54G17G40G80;(绝对编程，调工件坐标系，加工状态初

始化)

M03 S680;（主轴正转动）

G00 X0 Y34.0 Z100.0; (刀具水平方向定位到初始下刀位置)

Z5.0;

M08；（冷却液开）

G1Z0F200;

G2 X-34.0 Y0 Z-5.0 R-34.0 F150; (螺旋式下刀)

X-26.0 R4.0;（刀位点编程）

G3 X0 Y26.0 R-26.0;

G2 Y34.0 R4.0;

X-34.0 Y0 R-34.0; （再次去除余量）

G0Z150.0;

M09；（冷却液关）

M05；（主轴停转）

M30;（程序结束）

技巧提示：

○1、下刀的过程为螺旋式下刀，会留下加工余量，故在程序结尾时

编写G2 X-34.0 Y0 R-34.0将多余余量去除掉。

○2、加工圆弧大于180度，G2/G3后面接的R为负，加工360度的

全圆时，只能采用向量I、J、K的方式。

○3、在加工过程中，注意调整切削用量。

本课主要讨论了螺旋式下刀格式的应用，要注意每个数据的

含义及确定方法，注意数控铣床编程的格式，圆弧加工时编程

的应用方法。

1、螺旋式下刀

2、切削用量的控制

3、零件的加工

按小组上机操作，并打分，其余熟悉程序编写。

注意事项：安装工件时注意找正和加工余量；

16

数控编程与操作

教学模式改革-理实一体化授课教案

授课日期授课班级

授课教师授课时间理论90分钟，上机操

作12学时

模块一不带刀具补偿值时候的编程与加工

课题四铣削加工英文字母“CNC”

教学目的与要求1、了解简单文字加工的工艺路线；

2、掌握G52局部工具坐标系的正确使用；

3、学会一般基点的计算；

教学重点1、G52局部工件坐标系的建立和格式；

2、键槽铣刀的下刀方式；

3、相同加工内容的编程；

教学难点1、 G52格式的建立和取消；

2、铣削工艺路线的设计；

3、铣削编程格式的建立；

教学实施

先教授编程理论及工艺要点，再进行计算机模拟仿真，最后进行操作技能的训练；

教学方法

通过理论教学，仿真，实习操作中的对比、图例、分层次等教学法的应用，把理论知识逐步应用到实习操作中，达到指导生产实际的效果；

课后练习课后练习一、练习二编程加工练习；

教学后记

17

任务四铣削加工英文字母“CNC”

任务说明

◎通过对简单字母加工编程方法的分析，使用学生增加对学习数控编程的兴趣，从而让学生具备灵活应用绝局部工件坐标系进行编程的能力。

◎能力点

◎简单零件编程基点的计算与局部工件坐标系的建立；

◎初步明确在加工实践中解决实际问题的基本思路(明确问题-分析问题-收集信息-优化信息-探询解决问题的有效方法-试验(或实践)-处理信息-解决问题-总结分析思考-是否还有其他的方法或更好的方法。

◎在数控铣床上建立局部工件坐标系的方法。

知识点

◎ G52编程格式和代号的含义；

◎建立与取消局部工件坐标系的应用方法。

◎一般工件坐标系与局部工件坐标系编程的区别。

◎建立局部工件坐标系加工的代码及其格式。

18

组织教学

一、任务实施

1、任务描述

2、知识链接教学引入：一般工件坐标系相关知识引入。

课题四铣削加工英文字母“CNC”

在长460×160×50mm的45号钢板料(硬度为HRC28～32) 上铣

削加工如图所示的英文字母，深2mm，编写加工程序。

训练内容：在一个加工程序中调用多个工件坐标系。

一、相关理论知识

1、用G92指令

指令格式：G92 X_Y_

其中X、Y值是指程序原点到刀位点的向量值，在使用时，必

须将X、Y值表示出来。

2、用G54 ～G59指令

其后不须书写X、Y值，其定义是指机床原点与程序原点的向量值。注：一般使用G54～G59指令后，就不再使用G92指令。但如果使用时，

则由原来G54～G59设定的程式原点将被移动到G92后面X、Y值。

注意事项：

○1G54与G55～G59的区别

G54～G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机

床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别：利用G54设置机

床原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正；利用G55～G59设置加工坐标系的情况下，进行回

参考点操作时机床坐标值显示零值。

○2G92与G54～G59的区别

G92指令与G54～G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在

使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，

它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点

在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。

○3G54～G59的修改

G54～G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标

系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具

的当前位置无关，除非再通过MDI 方式修改。

3、局部坐标系：G52

局部坐标系（local coordinate system setting）是用于将原坐标系中

分离出数个子坐标系統。其指令格式：

G52 X_Y_；其X、Y的定义是原坐标系的程式原点到子坐标系的

程式原点之向量值；G52 X0 Y0；表示回复到原坐标系。

19

4、G53指令选择机床坐标系

编程格式：G53 G90 X～Y～Z～；

G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中X、Y、Z后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。

G53 G90 X-100.0 Y-100.0 Z-20.0

执行后刀具在机床坐标系中的位置如图所示

5、附加工件坐标系(G54.1或G54)

除了6个工件坐标系(标准工件坐标系)G54到G59以外还可使用48个附加工件坐标系；指令格式：

G54.1Pn; 或G54Pn；

Pn：指定附加工件坐标系的代码，n的范围从1到48；

例如：G90G17G40G54.1P23（表示调用的是23号附加工件坐标系）二、课题解析

工艺分析：本工件的装夹和找正比较容易，为了编程方便，取每个字母的中心作为一个工件原点，所有的坐标均是相对于此原点给出。字母的铣削深度较浅，可以用Φ8的球头刀具直接铣出。

工艺卡片：

机床：数控铣床加工数据表

工序加工内容刀具刀具

类型

主轴转速进给量

刀具半

径补偿

刀具长度

补偿

1 文字铣削T01 Φ8球

刀

1200 150 无无

刀路设计：

针对其中一个字母分析如下，节点坐标已经给出，其它的字母以此

类推。

20

21

NC 加工程式：

O0024;

N1; (加工第一个字母C) G90G54G40G17G49G80; M3 S1200;

G0 X55.0 Y25.0 Z100.0; G1 Z2.0 F400; Z-2.0 F20;

X25.0 Y55.0 F150; X-25.0;

X-55.0 Y25.0; Y-25.0;

X-25.0Y-55.0; X25.0;

X55.0Y-25.0; G0 Z100.0;

N2; (加工第二个字母N) G55 G0 X-55.0 Y-55.0; G1 Z2.0 F400; Z-2.0 F20; Y55.0 F150; X55.0 Y-55.0; Y55.0; G0 Z100.0;

N3; (加工第三个字母C) G56 G0 X55.0 Y25.0 Z100.0; G1 Z2.0 F400; Z-2.0 F20;

X25.0 Y55.0 F150; X-25.0;

X-55.0 Y25.0; Y-25.0;

X-25.0Y-55.0; X25.0;

X55.0Y-25.0; G0 Z100.0; G91 G28 Z0; G91 G28 X0 Y0 ; M30;

技巧提示：

G00、G01等前面的0可以省略为G0、G1，这样就大大提高了手

工编程的效率。

数控程序开头部分都要进行机床初始状态的设定，工件坐标系的设定；并实现水平方向的定位和Z 方向上的下刀，本例中用斜体表示。

数控程序的结束部分要抬高刀具，关停主轴和冷却液，进行刀具返回等操作，本例中用斜体表示。由于M30包含了冷却液和主轴的关闭，故可以只写M30即可。

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