第一篇：《数控技术》双语 电子教案 Chapter 1
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课程名称 数控技术（双语）任课教师 韩建海
Chapter 1 Introduction to Numerical Control 计划学时 6 教学目的和要求：
Through the study of this chapter ,students should grasp the basic concepts of NC, CNC ,NC machine tools and so on;understand the characteristics and main technical indicators of CNC machine tools;master the composition and classification of CNC machine tools;know the prospects of Numerical Control.重点：
1.Basic Components and classification of NC machine tools.2.Application of NC machine tools.3.Prospects of Numerical Control.难点：
1.Concept of interpolation．
2.Control principle and composition of NC machine tools.思考题：
1.What are the components of NC machine tool，and the function of each component? 2.What is the Point-to-point control，contouring control NC machine tool? 3.What is the open-loop control，half-closed-loop control and closed-loop control NC machine ? 4.What are the Advantages and Disadvantages of NC? 5.What work parts are suited for machining by NC machine?
内容提要
This chapter introduces the basic concepts of the numerical control technology and NC machine tools;components of CNC machine tools;characteristics of CNC machining;Control principle and classification of CNC machine tools;scope of application of CNC machine tools;history and prospects of NC technology and NC machine tools.Chapter 1 Introduction to Numerical Control 1.1 FUNDAMENTALS OF NC TECHNOLOGY 1.1.1 Development History of NC The concept for NC dates from the late 1940s．The numerical data was stored in the punched cards．
The first NC machine was developed in 1952．MIT met the challenge successfully，and in 1952 demonstrated a Cincinnati Hydrotel milling machine equipped with the new technology，which was named Numerical control(NC)and used a pre-punched tape as the input media．
Since 1952，practically every machine tool manufacturer in the Western world has converted part or its entire product to NC．
The first NC machines used vacuum tubes，electrical relays，and complicated machine control interfaces(1952)．The second generation of machines utilized improved miniature electronic tubes(1959)，and later small scale integrated circuits(1965)．
As computer technology improved，NC underwent one of the most rapid changes known in history．The fourth generation used much improved integrated circuit(1970s)．
The fifth generation is microprocessor CNC(1980s)．
Among the strengths of the fifth generation microprocessor CNC(MCNC)are added part program memory storage，reduction of printed circuit boards，programmable interface，faster memory access，parametric subroutines，and macro capabilities．
1.1.2 Concept of NC and CNC Numerical control(NC)is a form of programmable automation in which the mechanical actions of a machine tool or other equipment are controlled by a program containing coded alphanumeric data．
The capability to change the program makes NC suitable for low and medium production．It is much easier to write new programs than to make major alterations of the processing equipment．
Numerically controlled(NC)machine tools were developed to fulfill the contour machining requirements of complex aircraft parts and forming dies．The first-generation numerically controlled units used digital electronic circuits and did not contain any actual central processing unit；thereby they were called NC or hardwired NC machine tools．In 1970s，computer numerically controlled(CNC)machine tools were developed with minicomputers used as control units．With the advances in electronics and computer technology，current CNC systems employed several high-performance microprocessors and programmable logical controllers that work in a parallel and coordinated fashion．Current CNC systems allow simultaneous servo position and velocity control of all the axis，monitoring of controller and machine tool performance，online part programming with graphical assistance，in-process cutting process monitoring，and in-process part gauging for completely unmanned machining operations． Manufacturers offer most of these features as options．Today，virtually all the new machine control units are based on computer technology；hence，when we refer to NC in chapter and elsewhere, we mean CNC．
1.1.3 Basic Components of NC Machine Tools 1.The work process of NC.2.A typical NC machine tool has five fundamental units：
(1)the input media，(2)the machine control unit，(3)the servo-drive unit，(4)the feedback transducer，and(5)the mechanical machine tool unit．The general relationship among the five components is illustrated in Figure 1.2．
(1)The input media contains the program.of instructions，it is the detailed step-by-step commands that direct the actions of the machine tool；the program of instructions is called a part program.The individual commands refer to positions of a cutting tool relative to the worktable on which the work part is fixtured.Additional instructions are usually included, such as spindle speed , feed rate, cutting tool selection, and other functions．The program is coded on a suitable medium for submission to the machine control unit．For many years，the common medium was 1-inch wide punched tape，using a standard format that could be interpreted by the machine control unit．Today，punched tape has largely been replaced by newer storage technologies in modern machine shops．These technologies include magnetic tape，diskette，and electronic transfer of part programs from a computer．(2)In modern CNC technology，the machine control unit(MCU)consists of a microcomputer and related control hardware that stores the program of instructions and executes it by controlling each command into mechanical actions of machine tool，one command at a time．The MCU includes system software，calculation algorithm，and transition software to covert the NC parts program into a usable format for the MCU．
(3)The third basic component of an NC system is the servo-drive unit；the drives in machine tools are classified as spindle and feed drive mechanisms．Spindle and feed drive motors and the。servo-amplifiers are the components of the servo-drive unit．The MCU processes the data and generates discrete numerical position commands for each feed drive and velocity command for the spindle drive．The numerical commands are converted into signal v01tage by the，MUC unit and sent to servo-amplifiers, which process and amplify them to the high voltage levels required by the drive motors．
(4)The forth basic component of an NC system is the feedback transducer．As the drives Move, sensors measure their actual position．The difference between the required position and the actual position is detected by comparison circuit and the action is taken，within the servo． to minimize this difference．
(5)The fifth basic component of an NC system is the machine tool that performs useful Work.It accomplishes the processing steps to transform the starting workpiece into a completed part.Its operations are directed by the MCU，which in turn is driven by instructions contained in the part program．In the most common example of NC，machine tool consists of the worktable and spindle．
1.2 CLASSIFICATIONS OF NC MACHNINES Numerical control machines are classified in different way：(1)the types of NC motion control system，(2)the type of servo-drive system，(3)application of NC．
1.2.1 Types of NC Motion Control System Some NC processes are performed at discrete locations on the workpart(e．g．，drilling，punching and spot welding)．Others are carried out while the workhead is moving(e．g.turning，milling and continuous arc welding)．If the workhead is moving，it may be required to follow a straight-line path or a circular or other curvilinear path．These different types of movement are accomplished by the motion control system．
Motion control systems for NC can be divided into two types：
(1)point-to-point,(2)continuous path，those features are explained below．
1.2.1.1 Point-to-Point Control Systems Point-to-point system，also called Positing control systems.Moves the worktable to a programmed location without regard for the path． Such as drilling or punching a hole． As depicted in Figure 1．3．
Phenomenon : zigzag path ,straight-cut(45 vectors)．
01.2.1.2 Contouring Control Systems The contouring facility enables an NC machine to follow any path at any prescribed feed-rate．The contouring control system，also called continuous path control systems，manages the simultaneous motion of the cutting tool in two，three，four，or five axes(the fourth and fifth axes are angular orientations)by interpolating the proper path between prescribed points． In this case，the tool performs the process while the worktable is moving，thus enabling the system to generate angular surfaces，two-dimensional curves，or three-dimensional contours in the workpart．This control mode is required in many milling and turning operations．A simple two-dimensional profile milling operation is shown in Figure 1.4 to illustrate continuous path contro1．
When continuous path control is utilized to move the tool parallel to only One of the major axes of the machine tool worktable，this is called straight-cut NC．When continuous path control is used for simultaneous control of two or more axes in machine operations，the term contouring is used．All NC contouring systems have the ability to perform linear interpolation and circular interpolation．
1.2.1.3 Interpolation One of the important aspects of contouring is interpolation．The paths that a contouring type NC system is required to generate often consist of circular arcs and other smooth nonlinear shapes．Some of these shapes can be defined mathematically by relatively simple geometric formulas，whereas others cannot be mathematically defined except by approximation．In any case，a fundamental problem in generating these shapes using NC equipment is that they are continuous，whereas NC is digital．To cut along a circular path，the circle must be divided into a serious of straight-line segments that approximate the circular path．The tool is commanded to machine each line segment in succession So that the machined surface closely matches the desired shape．The maxim error between the nominal(desired)surface and the actual(machined)surface can be controlled by the lengths of the individual line segments as explained in Figure 1.5．
If the programmer were required to specify the endpoints for each of the line segments，the programming task would be extremely arduous and fraught with errors．Also，the part program would be extremely long because of the large number of points．To ease the burden，interpolation routines have been developed that calculate the intermediate points to be followed by the cutter to generate a particular mathematically defined or approximated path.A number of interpolation methods are available to deal with the various problems encountered in generating a smooth continuous path．They include：(1)Linear interpolation，(2)circular interpolation，(3)helical interpolation，(4)parabolic interpolation，and(5)cubic interpolation．Each of these procedures permits the programmer to generate machine instructions for linear or curvilinear paths using relatively few input parameters．The interpolation module in the MCU performs the calculation and directs the tool along the path．In CNC systems，the interpolation is generally accomplished by software．Linear and circular interpolations are almost always included in modern NC systems，whereas helical interpolation is a common option．Parabolic and cubic interpolations are less common；they are only needed by machine shops that must produce complex surface contours． 1.2.2 Types of NC Servo-Drive Systems
In a NC machine，the MCU accepts information in the form of punched，magnetic tape codes or stored program．These input data must be transformed by the MCU into specific output codes in terms of voltages，or pulses per second．The transformed data，called output is used to drive the motors to position the machine slides to the programmed position．These slides，or table drives，are commonly known as servo-drives．The principal function of NC is the positioning of the tool 0r the machine table in accordance with the programmed data．Industry has developed three different types of drives based on how the NC system accomplishes positioning．These are the open-loop，the closed-loop and half closed-loop drive system．
1.2.2.1 Open-Loop Servo-Drive An 0pen-100p control system is the simplest and least cost form of servo-drive．It is characterized as a system that lacks feedback as in Figure 1．6；that is，once an input control signal is sent.there is no sensing device to confirm the action of the control signal．
In the open-loop control NC machine，the servomotor is usually stepping motor.The stepping motor output shaft rotates in direct proportion to pulses received．It has the advantages of high accuracy，easy implementation and compatible with digital signals，but it has the disadvantages of low torque，limited speed and risk of missed pulse under load．So the open 100p contr01 system is used in the economic NC machine．With an open loop system，there is always the risk that the actuator will not have the intended effect on the process，and that is
the disadvantage of an open loop system．Open-loop systems are usually appropriate when the following conditions apply：(1)The actions performed by the control system are simple，(2)the actuating function is very reliable，and(3)any reaction forces opposing the actuation are small enough to have no effect on the actuation．If these characteristics are not applicable，then the feedback control system may be appropriate．There are two kinds of feedback control system，one is a closed-loop control and another is half-closed-loop system．
The open-loop application in general，is restricted to smaller machines because of the limited power output availability with the stepping motors(a typical maximum is 4～5kW and a torque of 200Nm)．Again the pulses per second restrict the speed of the drive．A typical maximum for stepping motors is 1 6000 pulses per second．When this is applied to a system requiring 0.001 mm accuracy，the resultant maximum speed would be 0.96m／min．Again for high-precision application like jig boring where an accuracy of 0.001mm is to be maintained，an open-loop system do-se-s not serve the purpose．There is，of course，no doubt that 0n light duty machinery where the 15roblems of instability are absent and also the requirements are not of high precision ,open-close servo control does offer some cost saving solution．Usually the open-loop NC system is called economical NC system．
1.2.2.2 Half-Closed-Loop Servo-Drive A half-closed-loop control NC system is one of the feedback control system as i11ustrated in Figure 1．7，uses feedback measurements to ensure that the worktable is moved to the desired position．It is characterized as a system that the indirect feedback monitors the output of servomotor．Although this method is popular with NC systems，it is not as accurate as direct feedback．The half-closed-loop system compares the command position signal with the drive signal of the servomotor． In operation，the half-closed-loop system is directed to move the Worktable to a specified location as defined by a coordinate value in a Cartesian system．Most positioning system have at least two axes with a contro1 system for each axis，but our diagram only illustrates one of these axes．A servomotor connected to a leadscrew is a common actuator for each axis．A signal indicating the coordinate value is sent from the MCU t0 the motor that drive the leadscrew, whose rotation is converted into linear motion of positioning table．As the table moves closer to the desired coordinate value，the difference between the actual position and the input
value is reduced．The actual position is measured by a feedback sensor，which is attached to servomotor axis or lead screw．This system is unable to sense backlash or lead screw windup due to varying loads，but it is convenient to adjust and has a good stability．
1.2.2.3 Closed-Loop Servo-Drive A closed-loop control system is another feedback control system as illustrated in Figure 1．8．It is characterized as a system that the direct feedback monitors the output of servomotor．A feedback sensor directly measures the position of worktable．The closed-loop control system，with its drive signal originated by the worktable，is the preferred system because it monitors the actual position of the worktable on which the part is mounted．It is more accurate；however，its implementation costs are higher． A half closed-loop or closed-loop system uses conventional variable-speed AC or DC motors，called servos，to drive the axes。1.2.3 Application of CNC The operating principle of CNC has many applications．There are many industrial operations in which the position workhead must be controlled relative to part or product being processed．The applications are divided into two categories：(1)machine tool applications and(2)non-machine tool applications．Machine tool applications are those usually associated with the metalworking industries．Non-machine tool applications comprise a diverse group of operations in other industries．It should be noted that the applications are not always identified by the name“numerical control”；this term is used principally in the machine tool industry 1.2.3.1 Machine Tool Applications The most common applications of NC are in machine tool control，machining was the first application of NC．Machining is a manufacturing process in which the geometry of work IS produced by removing excess material．By controlling the relative motion between a cutting tool and the workpiece，the desired geometry is created．
There are four common types of machining operations：(1)turning，(2)drilling，(3)milling，and(4)grinding．Each of the four machining processes is traditionally carried out on a machine tool designed to perform that processes．Turning is performed on a lathe, drilling is done drilling press ,milling on a milling machine ,and so on ．The common NC done machine tools are listed in the following along with their typical features．
NC lathe，either horizontal or vertical axis．Turing requires two-axis continuous path control，either to produce a straight cylindrical geometry or to create a profile．
NC boring。mill，horizontal or vertical spindle．Boring is similar to turning，except that an internal cylinder is created instead of an external cylinder．The operation requires continuous path，two-axis contr01．
NC drill press．These machines are use point-to-point control of workhead(spindle containing the drill bit)and two axis(*y)control of the worktable．Some NC
drill presses have turrets containing six or eight drill bits．The turret position is programmed under NC control，thus allowing different drill bits to be applied to the same workpart during the ma-chine cycles without requiring the machine operator to manually change the tool．
NC milling machine．Milling machines require continuous path control to perform straight cut or contouring operations．
NC grinding machine．NC grinding machine is intended for finishing treatment of work-parts．The grinding machine includes cylindrical-，surface-，internal-，spindle-，thread-，gear and tool grinding machines．
Machining center．Machining centers have been defined as multifunction NC machines with automatic tool changer and tool storage．Since their introduction in the late l 950s，they have become one of the most common of all cutting machines．Increased productivity and versatility are the major advantages of machining center．The ability to perform drilling，turning，reaming，boring，milling，contouring，and threading operations on a single machine eliminates the need for a number of individual machine tools，thus reducing capital equipment and labor requirements．Additional savings result from reduced materials handling，fixture costs，and floor space requirements．Substantial time conventionally spent moving work from machine t0 machine is saved，and throughput is much faster．Also，in-process inventory，represented by kinds of work-pieces normally seen at several machines，is replaced by work at only one ma-chine．
Machining centers，are classified as either vertical or horizontal．Vertical machining centers continue to be widely accepted and used，primarily for flat parts and where three-axis machining is required on a single part face such as in mold and die work．Horizontal machining centers are also widely accepted and used，particularly with large，boxy，and heavy parts． 1.2.3.2 Non-Machine Tool Applications In addition to the machining process，NC machine tool have also been developed for other metal working processes，these machines inc Punch presses for sheet metal hole punching.The two-axis NC operation is similar to that of a drill press except that holes are produced by punching rather than by drilling.Presses for sheet metal bending．Instead of cutting sheet metal，these systems bend sheet metal according to programmed commands．
Welding machine．Both spot welding and continuous arc welding machines are available With automat IC controls based on NC．
Thermal cutting machine．Such as oxyfuel cutting，laser cutting，and plasma arc cutting． The stock is usually flat：thus two-axis control is adequate．Some laser cutting machines can cut holes 1n preformed sheet metal stock，requiring four or five axis control．
Tube bending machine．Automatic tube bending machines are programmed to control the location(along length of the tube stock)and the angle of the bend．Important applications include frames of bicycles and motorcycles． 1.3 FEATURES OF NUMERICAL CONTROL AND ITS
APPLICATION AREAS 1.3.1 Advantages and Disadvantages of NC When the production application satisfies the characteristics：(1)batch production in small or medium lot sizes；(2)repeat orders at random or periodic intervals；(3)complex part geometry；(4)Much metal needs to be removed from part；(5)many separate machining operations on the part and(6)the part is expensive．NC yields many benefits and advantages over manual production methods．These benefits and advantages translate into economic savings for the user company．However，NC is more sophisticated technology than conventional production methods，and there are drawbacks and cost that must be considered apply the technology effectively．In this section，we examine the advantages and disadvantages of NC．
The advantages generally attributed to NC，with emphasis on machine tool applications，are the following：
(1)Greater accuracy and repeatability．Compared with manual production methods，NC reduces or eliminates variations that are due to operator skill differences，fatigue，and other factors attributed to inherent human variability．Parts are made closer to nominal dimensions，and there is less dimensional variation among parts in the batch．
(2)More complex part geometries are possible．NC technology has extended the range of possible part geometries beyond what is practical with manual machining methods．1 his is an advantage in product design in several ways：①More functional features can be designed into a single part，thus reducing the total number of parts in the product and the associated cost of assembly；②mathematically defined surfaces can be fabricated with high precision；and③the space is expanded within which the designer’s imagination can wander to create new part and product geometries．
(3)Nonproductive time is reduced．NC cannot optimize the metal cutting process itself，but it does increase the proportion of time the machine is cutting metal，reduce the workpiece handling time，and carry out automatic tool changes on some NC machines．This advantage translates into labor cost savings and lowers elapsed times to produce parts．
(4)Lower scrap rates．Because greater accuracy and repeatability are achieved，and human errors are reduced during production，more parts are produced within tolerance．As a consequence，a lower scrap allowance can be planed into the production schedule，so fewer Darts are made In each batch with the result that production time is saved．
(5)Inspection requirements are reduced．Less inspections are needed when NC is used because parts produced from the same NC part program are virtually identical．Once the pro-gram has been verified，there is no need for the high level of sampling inspection that is required when parts are produced by conventional manual methods．Except for tool wear and equipment malfunctions，NC produces exact replicates of the part each cycle．
(6)Engineering changes can be accommodated more gracefully．Instead of making alterations in a complex fixture so that the part can be machined to the engineering change，revisions are made in the NC part program to accomplish the change.(7)Simpler fixtures are needed．NC requires simpler fixtures because accurate positioning of the tool is accomplished by the NC machine t001．Tool positioning does not have to be designed into the jig．
(8)Shorter manufacturing lead times．Jobs can be set up more quickly and fewer setups are required per part when NC is used．This results in shorter elapsed time between order re-lease and completion．
(9)Reduced parts inventory．Because fewer setups are required and jig changeovers are easier and faster，NC permits production of parts in smaller lot sizes．The economic lot size is lower in NC than in conventional batch production．Average parts inventory is therefore reduced．
(10)Less floor space required．This results from the fact that fewer NC machines are required to perform the same amount of work compared to the number of conventional machine tools needed．Reduced parts inventory also contributes to lower floor space requirements．
(11)Operator skill-level requirements are reduced．The skill requirements for operating an NC machine are generally less than those required to operate a conventional machine t001． Tending an NC machine usually consists only of loading and unloading parts and periodically Changing tools.The machining cycle is carried out under program control.Changing tools for some NC machine tools can even be carried out by program contr01．Performing a comparable machining cycle in a conventional machine requires much more participation by the operator，and a higher level of training and skill are needed．
On the opposing side，the disadvantages of NC include the following：
(1)Higher investment cost．An NC machine tool has a higher first cost than a comparable conventional machine tool.There are several reasons why:①NC machines include CNC controls and electronics hardware；②software development costs of the CNC controls and manufacturer must be included in the cost of the machine；③more reliable mechanical components are generally used in NC machine；and④NC machine tools often possess additional features not included on conventional machines，such as automatic tool changers and part changers．
(2)Higher maintenance effort．In general，NC equipment requires a higher level of maintenance than conventional equipment requires，which translates to higher maintenance and repair costs．This is due largely to the computer and other electronics that are included in modern NC system．The maintenance staff must include the persons who are trained in maintaining and repairing this type of equipment．
(3)Part program．NC equipment must be programmed．To be fair，it should be mentioned that process planning must be accomplished for any part，whether or not it is produced 0n NC equipment．However，NC part programming is a special preparation step in batch production that is absent in conventional machine shop operations．
(4)Higher utilization of NC equipment．To maximize the economic benefits of an NC machine tool，it usually must be operated multiple shifts．This might mean adding one or two extra shifts to the plant’s normal operations，with the requirement for supervision and other staff support． 1.3.2 Application Areas for NC Machine Tools As with other expanding technologies，there is tendency to consider numerical control as a final solution to a broad range of manufacturing problems；however，NC application in certain manufacturing situations would be highly undesirable.Figure 1.9(a)illustrates the appropriate application area for NC，based on the criteria of number of parts to be produced and their complexity；(b)illustrates the relations between the cost of machining and the number of parts．
An NC machine is most efficiently used in an environment that takes advantage of inherent flexibility of NC．The precise level of control attributed to a numerically controlled device enables it to perform complex operations often beyond the capability of a human operator． For these reasons，NC is best suited to relatively low volume runs of complex and varied component s．However，NC can also be used to produce large numbers of complex components and／or small numbers simple ones．
The application areas of general-purpose conventional machines and special purpose automated machines are also illustrated in Figure 1．9．The lines separating the application areas represent general boundaries only．Depending on manufacturing requirements and available equipment，significant variations can occur． 本章小结
Generally, this chapter introduces the basic concepts of the numerical control technology and NC machine tools;components of NC machine tools;characteristics of NC machining;Control principle and classification of NC machine tools;scope of application of NC machine tools;and the history and prospects of NC technology and NC machine tools.This chapter is the one of the focus of this course.
第二篇：数控技术电子教案
电子教案
《数控加工实训》
学习情境设计
学习情境一
摩托车发动机齿轮室盖的加工
授课班级
上课时间
上课地点
加工中心实训室、一体化教室
教师引导项目
本项目职业描述
我院加工中心生产车间承接了摩托车齿轮室盖，对方提供了零件图纸和毛胚，首件调试期一周，要求本生产车间半年内平均每周交付500个合格零件。你作为该项目的技术负责人，要带领项目小组在规定时间内完成该项目的工艺方案的设计与实施。职业行动步骤：根据零件图纸加工要求，进行零件加工工艺分析，确定工件坐标系，制定加工工艺过程卡、工序卡，应用基本指令编制数控加工程序，合理选择刀具及参数，对刀并完成零件的试制加工，正确使用选择量具进行检测，根据测量结果分析误差，再进行二次加工检测，整理工艺文件。
本项目教学分析
要完成此项目，学生应具备读图能力，学会机械零件的加工工艺分析方法，掌握加工中心刀具选用方法及数控编程方法，并具备熟练地机床操作能力及零件检测能力及团队协作能力。以加工任务的最终完成为目标，在完成任务的过程中培养上述的各项能力并获取相关的专业知识。
本项目教学设计
参照职业行动步骤进行教学设计，转换成6个子任务：
1、承接业务、图纸分析、生产条件分析；
2、制订零件的机械加工工艺方案；
3、加工中心刀具及刀片的选用；
4、制订加工工艺规程及检验规程；
5、数控编程、首件加工及检测；
6、调整优化工艺方案及二次加工。教师更多的是起引导和协助的作用，学生通过自主学习和团队协作分步骤的完成各个子任务，在学习和工作过程中获取知识锻炼技能。
提供的材料
《机械设计手册》、《机械制造手册》、《金属材料手册》、《画法几何》、《机械制图》等参考书以及零件图纸，零件毛坯、游标卡尺、千分尺、深度尺、内径百分表、通用计算机、课件、黑板、多媒体等。
教学目的
通过一个完整项目的完成，熟悉加工中心工艺员的工作流程，掌握相关的知识和技能。
教学目标
知识目标
能力目标
素质目标
了解数控机床的分类及加工范围、加工特点知识； 了解常见金属材料的种类及牌号； 掌握较复杂箱体类、盖类零件图样阅读及分析相关知识； 掌握较复杂箱体类、盖类零件的机械加工工艺方案制订方法
掌握工艺卡、刀具卡、数控程序卡、检验规程等技术文件的基本格式及编制规范要求； 掌握箱体类、盖类零件的数控编程知识；
掌握千分尺、游标卡尺、深度尺、内径百分表使用方法及加工中心机外对刀仪使用方法； 掌握机械加工简图的画法；
能根据零件图样及毛坯及企业生产条件设计加工工艺方案并编制工艺卡、刀具卡、数控程序卡、检验规程等数控加工技术文件； 能合理选用加工中心刀具；
能熟练操作加工中心并编程、调试、加工出合格零件； 能正确使用各种量具、量仪检测零件；
具备爱岗敬业精神，及良好的职业道德和严谨的工作态度，具有强烈的责任心； 具有高度的安全意识、环境保护及职业卫生意识；
具有较强的口头与书面表达能力、良好的沟通协调能力以及团队合作能力； 运用各种媒体进行学习，提取信息、获取新知识的能力； 工作中发现问题、分析问题、解决问题的能力；
具有借助工具书阅读、翻译、撰写外文专业技术资料的基本能力；
任务
任务1：承接业务、图纸分析、生产条件分析； 任务2：制订零件的机械加工工艺方案； 任务3：加工中心刀具及刀片的选用； 任务4：制订加工工艺规程及检验规程； 任务 5：数控编程、首件加工及检测； 任务6：调整优化工艺方案及二次加工。
重点难点及解决方法
由于加工中心最适合加工形状复杂、工序较多、要求较高的零件，该类零件的图纸也较复杂，各项尺寸精度及行位公差较多，如何在其中选择适合加工中心的加工内容是要完成的第一个任务。
加工中心的特点：定位精度及重复定位精度高；配刀库，工件一次装夹后能完成铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作；比较适合于箱体类、壳体类零件和孔系的加工； 读图重点：
1、注意“技术要求”中的铸造公差等级、未注机械加工尺寸公差、机械加工余量。
2、注意图纸中尺寸精度、形位公差及表面粗糙度高的部位；
3、注意局部剖； 毛胚分析重点： 毛胚的材料； 各加工部位在毛胚上的分布状况；
定位基准及支撑点、夹紧点的初步考虑； 测量毛胚各部位尺寸并与零件图的尺寸比较； 加工部位的选择要点：
尺寸精度、形位公差及表面粗糙度高的部位； 占机时间少的加工部位；
精度要求一般，但一次装夹时可附带加工的部位；
参考资料
《机械设计手册》、《机械制造手册》、《金属材料手册》、《画法几何》、《机械制图》
工具与材料
零件图纸，零件毛坯、游标卡尺、千分尺、深度尺、内径百分表、通用计算机、课件、黑板、多媒体等。
第三篇：数控技术教案
第一章 绪论
本章重点：1.数控机床概念
2.数控机床采用的新颖机械结构 3.数控机床按检测系统的分类 一般了解：数控机床的组成、数控机床的优缺点、数控机床的发展趋势
一、数字控制：用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。
数控机床：国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。
二、数控机床的产生与发展：
（一）产生：
1、传统的生产方法已满足不了生产需求
1)单件小批量生产——占70%，一般用试切法，技术水平要求高，劳动强度大，精度不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、1 刨、磨床等
2)工艺流水作业——调整法加工，生产率提高，精度提高，成本低，品种多，采用组合机床，多机床配合，环节出现问题，生产停滞。3)自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工件，且改型困难
2、社会的需求 1)品种多样化
2)零件精度和形状复杂程度不断提高 3)生产品种的频繁换型
3、技术上的可行性
1)电子计算机的发明 2)电子技术的发展
a、现代控制理论的发展 b、各种功能优越件的产生 2 c、大规模集成电路的出现 3)新颖机械结构的出现
a、滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵活，间隙更小，精度提高 b、滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵活，克服爬行和前冲现象 4)机床动态特性的研究成果
使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振性提高
由于生产的发展要求出现新的生产工具，而在技术上又已具备了条件，于是在1948年，美国帕森斯公司提出应用计算机控制机床加工的设想，并与麻省理工学院合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。1958年我国开始研制数控机床。(二)发展：
1952——1959年，电子管制成数控机床控制系统 1959——1965年，晶体管制成数控机床控制系统 3 1965——1970年，小规模集成电路 1970——1974年，大规模集成电路
1974——，微型计算机
三、数控机床的组成： 数字 控制 计算机
伺服系统 PC控制部分 液压、气动系统 机械部分 数字控制计算机：处理加工程序，输出各种信号，控制机床完成各种运动。PC控制部分：介于控制计算机和机械、液压部件之间的控 制系统，接受计算机输出的指令信号，经过编译、逻辑判断、功率放大后，直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，完成相应的动作。
以上两部分加上输入输出设备、驱动装置等可以和 称为——计算机数控系统（Computerized Numerical Control System）也可简称为CNC系统。目前通常所 说的数控系统，一般均指计算机数控系统。4 液压、气动系统：辅助装置，用来实现润滑、冷却、夹 紧、转位、排屑等功能。
机械部分：包括主运动部件（主轴）、进给运动执行部分（工作台、拖板、床身等）
伺服系统：根据CNC发来的速度和位移指令，控制执行 部件的进给速度、方向、位移。
四、数控机床的加工运动：
主运动（控制主运动可以得到合理的切削速度）一般指主 轴转速。
数控机床需要无级变速，一般采用变频器控制变频
电机来实现无级变速。如：XKA714采用日本安川变频器，河北变频电机。
进给运动（控制进给运动可以得到不同的加工表面）用伺 服电机或步进电机来控制丝杠的转动，从而带动工作台或刀具在二维、三维空间内进行移动，加工出各种曲面。
五、数控机床的优缺点： 优点：1.精度高，质量稳定 5 液压、气动系统：辅助装置，用来实现润滑、冷却、夹 紧、转位、排屑等功能。
机械部分：包括主运动部件（主轴）、进给运动执行部分（工作台、拖板、床身等）
伺服系统：根据CNC发来的速度和位移指令，控制执行 部件的进给速度、方向、位移。
四、数控机床的加工运动：
主运动（控制主运动可以得到合理的切削速度）一般指主 轴转速。
数控机床需要无级变速，一般采用变频器控制变频
电机来实现无级变速。如：XKA714采用日本安川变频器，河北变频电机。
进给运动（控制进给运动可以得到不同的加工表面）用伺
服电机或步进电机来控制丝杠的转动，从而带动工作台或刀具在二维、三维空间内进行移动，加工出各种曲面。
五、数控机床的优缺点： 优点：1.精度高，质量稳定 5 传动精度高（滚珠丝杠），摩擦阻力小（滚动导轨），设有检测元件（矫正误差）程序自动加工，避免认为误差。2..生产率高，采用高硬度的硬质合金刀具，因而切
削速度提高，可实现自动换刀，空行程速度快：15m/min~240m/min，因而缩短了辅助时间。
3.功能多，一次装夹可完成多种加工，消除因重复 定位而带来的误差。如：数空镗铣床、纵切机床。4.适应不同零件的自动加工，要换零件品种，只需 改变程序。
5.能完成复杂形面的加工，如：螺旋桨面 6.减低劳动强度，有较高经济效益。缺点：1.价格昂贵，一次性投资大 2.维修和操作较复杂 数控机床的结构特点： 1.增加机床的刚度 2.注重散热和排屑
3.采用滚珠丝杠和滚动导轨，或塑料贴面导轨 6 4．采取了传动消除间隙机构，提高了传动精度
六、分类： 1.按工艺用途分 2.按加工路线分
点位控制系统：孔坐标位置精度要求高，如：钻床、镗 床、冲床等.轮廓加工控制系统：刀具轨迹运动精度要求高，如铣床 3.按有无检测装置分：
1）开环系统—无位置检测装置 2）闭环系统—检测元件装在床身和移动部件上 3）半闭环系统—检测元件装在电机尾部 4.按可联动坐标数分： 二坐标联动——数控车床
三坐标联动——数控铣床
在工作台上装数控分度头，即四坐标联动，使工作台 沿X轴可转动，即轴联动。
七、数控机床的发展趋势：
1.先进的自检能力：提高机床的综合性能 7 2.向高速、高精度发展：分辨率可达0.01微米，进给 速度可达400~800mm/min 3.更高的生产率，利用率：自动换刀
4.单元模块化：控制单元、伺服单元、机械部件已模块
化生产，需要时组装，如：XKA714机械部分北京一机床，CNC西门子生产
5.更强的通讯、图象编程、显示功能：计算机编程
八、单机 FML柔性制造生产线 FMS柔性制造系统 FMS FMS...机械手 单机 单机...FML FML...FA自动化工厂
九、数控机床加工特点 数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现自动化最重要的环节，是 8 发展柔性生产的基础。数控机床在加工下面一些零件中更能显示优越性：
1)批量小（200件以下）而又多次生产的零件 2)几何形状复杂的零件
3)在加工过程中必须进行多种加工的零件 4)切削余量大的零件 5)必须严格控制公差（即公差带范围小）的零件6)工艺设计经常变化的零件
7)加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件8)需要全部检验的零件，等 9 发展柔性生产的基础。数控机床在加工下面一些零件中更能显示优越性：
1)批量小（200件以下）而又多次生产的零件 2)几何形状复杂的零件
3)在加工过程中必须进行多种加工的零件 4)切削余量大的零件 5)必须严格控制公差（即公差带范围小）的零件6)工艺设计经常变化的零件
7)加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件8)需要全部检验的零件，等 9 第二章零件加工程序的编制 第一节 概述
本节重点：1.数控加工基本原理 2.数控机床编程方法
一、数控加工基本原理
零件图纸 工艺分析 穿孔带 数据计算 编程 控制机 伺服电机 机床部件 成品 伺服电机 伺服电机 机床部件 机床部件
二、数控机床程序编制的内容和步骤
主要内容：分析零件图、确定加工工艺过程、进行数学处
理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、程序输入、工件试切 步骤：
分析零件图纸 工艺处理 数学处理 编写程序清单 程序输入 程序检查 数控系统 数控机床试切 零件毛坯 成品零件 10 1.分析零件图和工艺处理
分析零件图，决定加工方案，确定加工顺序，设计夹具，选择刀具，确定走刀路线，切削用量等。正确选择对刀点、切入方式。2.数学处理
建立工件坐标系，确定加工路线，计算出各几何元素的
起点、终点、圆心坐标值。（复杂零件或不规则零件坐标点不好找，可以借助CAD画图求出）3.编写程序
根据所使用的数控系统指定的代码及格式编写程序。4.程序输入 以前用穿孔带作为介质，通过纸带阅读机送入数控系统。
现在可以直接用键盘输入，或在计算机中编好后通过相应的软件及接口传入程序。5.程序校验与首件试切 程序必须经过检查校验试切后才可使用。可以通过空运行程序检查轨迹是否正确，还可以用图形 模拟功能。11 首件试切时，一般单段运行，监视加工状况，随时调整
参数，出现问题，立刻停车。
三、数控机床编程方法 1)手工编程 由人工完成零件图纸分析、工艺处理、数值计算、编写程序清单，直到程序输入、校验，称为“手工编程”。此种方法适用于点位或几何形状不太复杂的零件。2）自动编程
所谓“自动编程”，就是使用计算机或编程机，完成零件编程的过程，使用规定的语言手工编写一个描述零件加工要求的程序，输入计算机中，计算机自动进行计算并生成程序。PowerMill、Mastercam、CAXA等可先画出零件的三维实体图，设置好加工参数、路径，可以自动生成加工程序。
此方法适用于复杂曲面的零件或几何元素不复杂，但程序量很大的零件。
手工编程时间：加工时间约为30：1且NC机床不能开动的原因中20%~30%是由于程序不能及时编出造成的，所以必须要求编程自动化。12 第二节、数控机床编程的基础知识 本节重点：1.程序段格式 2.各功能字作用
国际上已形成了两个通用标准：国际标准化组织（ISO）标准和美国电子工业学会（EIA）标准。我国根据ISO标准制定了JB3051-82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》等国标。由于生产厂家使用标准不完全统一，使用代码、指令含义也不完全相同，因此需参照机床编程手册。
1、程序结构与格式
一个完整的零件加工程序，由若干程序段组成； 一个程序段，序号、若干代码字和结束符号组成； 每个代码字，由字母和数字组成。例：（程序段）
/ N3 G00 X10 Z10 M3 S650 ； 程序段结束符 辅助功能代码 坐标值
准备功能代码 程序段序列号 选择程序段跳过符 13 第二节、数控机床编程的基础知识 本节重点：1.程序段格式 2.各功能字作用
国际上已形成了两个通用标准：国际标准化组织（ISO）标准和美国电子工业学会（EIA）标准。我国根据ISO标准制定了JB3051-82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》等国标。由于生产厂家使用标准不完全统一，使用代码、指令含义也不完全相同，因此需参照机床编程手册。
1、程序结构与格式
一个完整的零件加工程序，由若干程序段组成； 一个程序段，序号、若干代码字和结束符号组成； 每个代码字，由字母和数字组成。例：（程序段）
/ N3 G00 X10 Z10 M3 S650 ； 程序段结束符 辅助功能代码 坐标值 准备功能代码 程序段序列号 选择程序段跳过符 13 例：设X0=0 Y0=0 Z0=100 Xi=100 Yi=80 刀具初始位置Zi=35 用同一把钻头加工A、B两孔，加工程序如下：
O2001（程序名，一个完整程序存放在内存中的首地址表识符。西门子
用“%”，FANUC用“O”）
N001 G91 G00 X100.00 Y80.00 M03 S650；快速定位到A点，主轴正转，转速650 N002 Z-33.00； 刀具下降33mm，距工件2mm N003 G01 Z-26.00 F100； 直线插补，刀具向下工进26mm穿透工件 N004 G00 Z26.00； 快速返回
N005 X50.00 Y30.00； 快速定位到B点 N006 G01 Z-17.00； 刀具向下工进17mm，进入到工件内15mm N007 G04 F2； 暂停2秒 N008 G00 Z50.00； 刀具快速上移50mm N009 X-150.00 Y-110.00；返回起始点 N010 M02； 程序结束
一个程序段包含三部分：程序标号字（N字）+程序主体+结束符（1）程序标号字（N字）：也成为程序段号，用以识别和区分程序段的标号，不是所有程序段都要有标号，但有标号便于查找，对于跳转程序来说，必须有程序段号，程序段号与 14 执行顺序无关。
（2）结束符号：用“；”，有些系统用“*”或“LF”，任何程序段都必须有结束符，否则不与执行。（一般情况下，在数控系统中直接编程时，按回车键，可自动生成结束符，但在电脑中编程时，需手工输入结束符）
（3）程序段主体部分：一个完整加工过程，包括各种控制信息和数据，由一个以上功能字组成。功能字包括：准备功能字（G），坐标字（X、Y、Z），辅助功能字（M），进给功能字（F），主轴功能字（S），刀具功能字（T）等。
2、功能字：
（1）准备功能字（G字）：使机床做某种操作的指令。用地址G和两位数字表示，从G00-G99共100种。
非模态G代码：只在它所在的程序段内有效，如：G04、G92、G08、G09（加、减速）
模态G代码：一旦执行就一直保持有效，直到被同一模态组的另一G代码替代为止。如：G00、G01、G02（2）坐标字：由坐标名、带+/-号的绝对坐标值（或增量值）15 构成。X、Y、Z，U、V、W，P、Q、R，A、B、C，I、J、K（3）进给功能字（F字）：由地址码F和后面表示进给速度的若干位数构成。（4）主轴转速功能字（S字）：由S字母和后面的若干位数字组成。（5）刀具功能字（T字）：T地址字后接若干位数值，数值为刀号和刀补号。如 T3 选3号刀具（6）辅助功能字（M字）：M地址字后接2位数值，M00-M99共100种M代码。如M00、M02、M03、M04等
（7）刀具偏置字（D字和H字）：D字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具直径值调出，当程序中有G41或G42指令时，这个值就是刀具半径的补偿值。H字后接一个数值是将规定在刀具偏置表中的刀具长度度值调出，当Z轴运动时，这个值就是刀具长度偏置值。第三节、坐标系 本节重点：1）数控机床坐标系的确定 2）机床坐标系、工件坐标系、参考点 3）工件坐标系的设定 16
一、坐标轴
数控机床的坐标系采用直角笛卡尔坐标系,其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标系。其名称和方向符合右手法则。坐标轴方向确定： Z轴：无论哪一种机床都规定Z轴作为平行于主轴中心线的坐标轴，如果有多个主轴，应选择垂直于工件装夹面的轴为Z轴。X轴：通常选择为平行于工件装夹面，与主要切削进给方向平行。数控机床的坐标轴及其运动方向a)数控车床b)立式数控镗铣床c)卧式数控镗铣床 工作台旋转坐标A、B、C的方向分别对应X、Y、Z轴按右手螺旋方向确定。+Z：使刀具远离工件的方向。+X：（1）.在刀具旋转的机床上（如铣床），如果Z轴水平，当从主轴向工件看时，+X方向指向右方（卧铣）。17
一、坐标轴 数控机床的坐标系采用直角笛卡尔坐标系,其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标系。其名称和方向符合右手法则。坐标轴方向确定： Z轴：无论哪一种机床都规定Z轴作为平行于主轴中心线的坐标轴，如果有多个主轴，应选择垂直于工件装夹面的轴为Z轴。X轴：通常选择为平行于工件装夹面，与主要切削进给方向平行。数控机床的坐标轴及其运动方向a)数控车床b)立式数控镗铣床c)卧式数控镗铣床 工作台旋转坐标A、B、C的方向分别对应X、Y、Z轴按右手螺旋方向确定。+Z：使刀具远离工件的方向。+X：（1）.在刀具旋转的机床上（如铣床），如果Z轴水平，当从主轴向工件看时，+X方向指向右方（卧铣）。17 如果Z轴垂直，当从主轴向工件看时，+X方向指向右方（立铣）。（2）.在没有旋转刀具、没有旋转工件的机床上（牛头刨），X轴平行于主要切削方向。
注意：编程时认为-刀具运动，工件静止，刀具在刻画工件。
二、坐标原点
1.机床原点：现代数控机床一般都有一个基准位置，称为机床原点（machine origin）或机床绝对原点(machine absolute origin)。是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。一般用“M”表示。或用 表示。2.机床参考点：与机床原点相对应的还有一个机床参考点（reference point），用“R”表示，或用 表示。它是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂前由机床制造商精密测量确定。
3.程序原点：（program origin）编程员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为工件原点（part origin），用“W”表示，或用 表示。程序原点一般用G92 18 或G54-G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）设置。
三、坐标系
1.机床坐标系：机床原点对应的坐标系称为机床坐标系，它是固定不变的，是最基本的坐标系，是在机床返回参考点后建立起来的，一旦建立，除了受断电影响外，不受程序控制和新设定坐标系影响。通过给参考点赋值可以给出机床坐标
系的原点位置，有些机床把参考点和机床坐标系原点重合。2.工件坐标系：程序原点对应的坐标系称为工件坐标系，这个坐标系由编程员自己设定，只要方便编程即可。但在实际加工中，操作者在机床上装好工件之后要测量该工件坐标系的原点和基本机床坐标系原点的距离，并把测得的距离在数控系统中预先设定，这个设定值叫工件零点偏置。如图： 例1.如车床
工件工件坐标系x距离x距离机床坐标系x 19 刀具例2.如铣床
工件坐标系工作台工件工件距离距离距离一般数控系统可以设定几个工件坐标系。例如美国A-B公司的9系列数控系统就可以设定9个工件坐标系。它们是G54、G55、G56、G57、G58、G59、G59.1、G59.2、G59.3。它们是同一组模态指令，同时只能有一个有效。下面举例说明机床参考点、机床坐标系、工件坐标系的建立及关系：
机床参考点机床坐标系建立工件坐标系如图：通过给机床参考点赋值X=-
3、Y=-2，定义了机床坐标系，然后在机床坐标系中用坐标值X=
3、Y=2定义G54工件坐标 20 系的零点位置。
举例说明工件坐标系与机床坐标系的关系
设刀具在基准点（-6，0），要使刀具从基准点移到A、再到B、C、D、再经O1点返回基准点。
基准点机床坐标系确定工件坐标系程序如下： N1 G00 G90 G54 X10 Y10； N2 G01 X30 F100； N3 X10 Y20；
N4 G00 G53 X10 Y20； N5 X0 Y0； N6 G28 X0 Y0； 举例说明工件坐标系与工件坐标系的关系 21 系的零点位置。
举例说明工件坐标系与机床坐标系的关系
设刀具在基准点（-6，0），要使刀具从基准点移到A、再到B、C、D、再经O1点返回基准点。
基准点机床坐标系确定工件坐标系程序如下： N1 G00 G90 G54 X10 Y10； N2 G01 X30 F100； N3 X10 Y20；
N4 G00 G53 X10 Y20； N5 X0 Y0； N6 G28 X0 Y0； 举例说明工件坐标系与工件坐标系的关系 21 工件坐标系工件坐标系程序如下： G54； 激活G54工件坐标系 G00 X20 Y20； 刀具移到G54工件坐标系中的X20、Y20点 G55 X10 Y10； 刀具移到G55工件坐标系中的X10、Y10点 X3 Y2； 刀具运动到G55工件坐标系中的X3、Y2点
修改偏置表中的偏置值：常用的是手动修改和通过程序修改两种。3.设定工件坐标系
设定工件坐标系原点常用G92或G54-G59（对于数控镗铣床）设置。（1）G92-后面的坐标值是把刀具的当前位置设定在新坐标系中的坐标值。如下例中Ni句设定的坐标系是把刀具所在的位置A点，设定在该坐标系的X=0、Y=0点上。Nj句设定的坐标系是把A点设定在该坐标系的X=100、Y=100点上。G92指令不能 22 命令机床运动。
j设定坐标系设定坐标系通常用G92设定对刀点，数控机床工作时，有时先把刀具移到第一工步的起始点上，利用G92建立工件坐标系。下面以车床为例：
N1 M03 S640 N2 G92 X25 Z40 ：
注：先测量工件的直径、长度（25、40），刀具起始位置在A点，主轴启动，手动移动到B点，启动程序，程序运行到G92时，自动把B点定义为新建工件坐标系中的（25，40）点，新 23 工件坐标系建立，加工程序在工件坐标系中运行。
G92的另一功能是移动由G54-G59建立的工件坐标系。如图例 工件坐标系建立G54的新零点 移动后的G55坐标系工件坐标系N3 G55 Y10 X5；在G55坐标系移到X5，Y10点 N4 G54 Y10 X5；在G54坐标系移到X5，Y10点 N5 G92 Y-5 X-5；把刀具所在位置定义新G54坐标系下
Y-5，X-5点，G55同时移动相同增量
N6 Y15 X0； 移动到新G54坐标系下Y15，X0点 N7 G55 Y10 X5； 移动到新G55坐标系下Y10，X10点 举例说明G92、G54-G59的应用：
下图描述了一个一装夹加工三个相同零件的多程序原点与机床参考点之间的关系及偏移计算方法，先以G92为例： 24 如图：
机床参考点向多程序原点的偏移N1 G90；绝对编程，刀具位于机床参考点
N2 G92 X6 Y6 Z0；将程序原点定义在第一个零件的工件原点W1 ： ： ： 加工第一个零件 N8 G00 X0 Y0； 快速返回程序原点
N9 G92 X4 Y3； 将程序原点定义在第二个零件的工件原点W2 ： ： ： 加工第二个零件 N13 G00 X0 Y0； 快速返回程序原点
N14 G92 X4.5 Y-1.2；将程序原点定义在第三个零件的工件原点W3 举例说明G54-G59应用： 首先设置G54-G59原点偏置寄存器： 25 如图：
机床参考点向多程序原点的偏移N1 G90；绝对编程，刀具位于机床参考点
N2 G92 X6 Y6 Z0；将程序原点定义在第一个零件的工件原点W1 ： ： ： 加工第一个零件 N8 G00 X0 Y0； 快速返回程序原点
N9 G92 X4 Y3； 将程序原点定义在第二个零件的工件原点W2 ： ： ： 加工第二个零件 N13 G00 X0 Y0； 快速返回程序原点
N14 G92 X4.5 Y-1.2；将程序原点定义在第三个零件的工件原点W3 举例说明G54-G59应用：
首先设置G54-G59原点偏置寄存器： 25 对于零件1：G54 X-6 Y-6 Z0 对于零件2：G55 X-10 Y-9 Z0 对于零件3：G56 X-14.5 Y-7.8 Z0 然后调用： N1 G90 G54 ： 加工第一个零件 N7 G55 ： 加工第二个零件 N10 G56 ： 加工第三个零件 4.工件坐标系的零点偏置
用G52指令可将工件坐标系的零点偏置一个增量值 G52 X Y Z ； 执行该指令可将当前坐标系零点从原来的位置偏移一个X Y Z 距离。G52与G92比较
区别：G52后面的坐标值是工件坐标系原点的移动值，而G92后面的坐标值是刀具在新坐标系中的坐标值。26 相同：不产生机床移动，只改变工件坐标系位置。
例： 程序 机床坐标系位置 工件坐标系位置 G01 X25 Y25 F55 X25 Y25 X25 Y25 G52 X10 Y10 X25 Y25 X15 Y15 偏置后工件坐标系刀具位置 工件坐标系（机床坐标系）注：G01前无工件坐标系设定指令（如G92），所以工件坐标系与机床坐标系重合，G52偏置后机床坐标系不动，工件坐标系移动。取消方式： 1）用G52X0Y0Z0 2）用G92移动有零点偏置的坐标系 3）程序结束 第四节 常用编程指令
本节重点：1）重点掌握基本编程指令的使用 2）注意车床与铣床编程时的区别 27 3）熟练掌握极坐标编程
4）会使用刀具长度偏置指令及半径补偿指令
一、快速定位方式G00（模态）格式：G00 X Y Z ；
G00轨迹是直线，速度由系统确定，后面的坐标值为终点坐标值，应用于空行程、快进、快退，节省时间，提高效率。
二、直线插补指令G01（模态）格式：G01 X Y Z F ；
XYZ坐标值为直线终点坐标值，可为绝对坐标值或相对坐标值，F为速度指令，改变F值可以改变直线插补速度。*程序中首次出现的插补指令（G01、G02、G03）一定要有F指令，否则出错！后续程序中如速度相同可省略。如速度改变不可省略。
三、1）绝对坐标编程指令G90（模态）格式：G90；
以后出现的坐标值均为绝对坐标值，即刀具运动的位置坐标是指刀具相对于程序原点的坐标。
2）相对坐标编程指令G91（模态）28 格式：G91；
以后出现的坐标值均为相对坐标值，即刀具运动的位置坐标是指刀具从当前位置到下一位置之间的增量。
例：分别用绝对和增量方式编程 绝对方式： 增量方式：
N1 M03 S640； 主轴正转 N1 M03 S640； N2 G90； 选绝对（增量）N2 G91；
N3 G00 X20 Z60； 快进A-B N3 G00 X-60 Z-20； N4 G01 X30 Z40 F100；工进B-C N4 G01 X10 Z-20 F100； N5 G01 X30 Z20； C-D N5 G01 X0 Z-20； N6 G01 X40 Z20； D-E N6 G01 X10 Z0； N7 M02； 结束 N7 M02； 29 格式：G91；
以后出现的坐标值均为相对坐标值，即刀具运动的位置坐标是指刀具从当前位置到下一位置之间的增量。
例：分别用绝对和增量方式编程 绝对方式： 增量方式：
N1 M03 S640； 主轴正转 N1 M03 S640； N2 G90； 选绝对（增量）N2 G91； N3 G00 X20 Z60； 快进A-B N3 G00 X-60 Z-20； N4 G01 X30 Z40 F100；工进B-C N4 G01 X10 Z-20 F100； N5 G01 X30 Z20； C-D N5 G01 X0 Z-20； N6 G01 X40 Z20； D-E N6 G01 X10 Z0； N7 M02； 结束 N7 M02； 29 有些数控系统不用G90、G91区分绝对和增量编程，而是直接用X、Y、Z表示绝对编程，用U、V、W表示增量编程。例： 绝对编程： 增量编程： N1 M03 S640； N1 M03 S640； N2 G00 X20 Z60； N2 G00 U-60 W-20； N3 G01 X30 Z40 F100； N3 G01 U10 W-20 F100； N4 G01 X30 Z20； N4 G01 X0 Z-20； N5 G01 X40 Z20； N5 G01 X10 Z0； N6 M02； N6 M02；
以上程序中没有出现G92指令，G92指令为定义工件坐标系，有些系统用G50（数控车），还有些系统两者都不用（南京仁和），它采用直接对刀，通过输入刀补参数来建立工件坐标。习题：根据下图编写加工程序（加工路径A-B-C-D-A）30 绝对方式： 增量方式： N1 G90 G00 X16 Z50； N1 G91 G00 X-24； N2 G01 Z35 F200； N2 G01 Z-15 F200； N3 X18 Z20； N3 X2 Z-15； N4 G00 X40 Z50； N4 G00 X22 Z30； N5 M02； N5 M02；
**注意数控车床编程特点：X轴方向竖直向下，Z轴方向水平向右；X轴坐标为Z轴坐标2倍，即直径量编程。
注意上例中，程序中有很多坐标字、G功能字被省略。（书22页：若某个方向上的坐标增量值为0，则在程序中可以省略。）表现在绝对编程中：相邻程序段中坐标值相同的坐标字可以省略；而在增量编程中：程序段中坐标值为0的坐标字可以省略。习题：综合运用G00、G01指令编程。31
四、圆弧插补指令G02、G03（模态）G02--顺圆插补（在车床上为逆圆插补）G03--逆圆插补（在车床上为顺圆插补）格式： G02（G03）X Y（Z）I J（K）或（R），F ； X、Y、Z值为圆弧终点坐标值（G90），或是终点相对起点的增量值（G91）； I、J、K值为圆心相对于圆弧起点的增量值，且总为增量值； R 值为圆弧半径，该值的正负取决于圆弧的大小，若圆弧小于或等于180度，则R为正值，若圆弧大于180度，则R值为负。F 值为圆弧插补的进给速度。
1例：（此例为车床，X轴方向与铣床不同，注意G02、G03方向）终点 起点圆心32 绝对方式：
G02 X120 Z10 I60 K-40 F300； 增量方式： G02 U60 W-90 I60 K-40 F300；
2例：（比较上例，体会坐标轴方向对圆弧插补方向的影响）绝对方式： G90 G00 X42 Y32 G02 X30 Y20 J-12 F200 G03 X10 Y20 I-10 增量方式： 33 绝对方式：
G02 X120 Z10 I60 K-40 F300； 增量方式： G02 U60 W-90 I60 K-40 F300； 2例：（比较上例，体会坐标轴方向对圆弧插补方向的影响）绝对方式： G90 G00 X42 Y32 G02 X30 Y20 J-12 F200 G03 X10 Y20 I-10 增量方式： 33 G91 G00 X-8 Y-10 G02 X-12 Y-12 J-12 F200 G03 X-20 I-10 用R编程：
G90 G00 X42 Y32 G02 X30 Y20 R-12 F200 G03 X10 Y20 R10习题：综合运用G01、G02、G03等基本指令按照下图编写程序（路径O-A-B-C-D-E-F-G-O）N1 M03 S300； N2 G90 G54 G00 X0 Y0； 快速定位到O点 34 N3 G01 X0 Y15 F100； O-A N4 G01 X10 Y15； A-B N5 G02 X15 Y10 I0 J-5； B-C N6 G03 X18 Y7 I3 J0； C-D N7 G01 X20 Y7； D-E N8 G01 X23 Y5； E-F N9 G01 X23 Y0； F-G N10 G01 X0 Y0； G-O N11 M02；
五、确定插补平面指令G17、G18、G19平面选择可由程序段中的坐标字确定，也可由G17、G18、G19确定。圆弧插补指令后不能同时出现三个方向的坐标字 G17选择XY平面 G18选择XZ平面 G19选择YZ平面
六、螺旋线加工 有些数控系统可利用G02、G03指令进行三维螺旋线加工，即 35 在选定的插补平面内完成圆弧插补的同时在垂直于该平面的第三维方向上进行直线插补。格式：
绕Z轴的螺旋线是在XY平面内的圆弧插补和Z轴的直线插补： G17 G02（G03）X Y Z I J（R）F ；
绕Y轴的螺旋线是在XZ平面内的圆弧插补和Y轴的直线插补： G18 G02（G03）X Z Y I K（R）F ；
绕X轴的螺旋线是在YZ平面内的圆弧插补和X轴的直线插补： G19 G02（G03）Y Z X J K（R）F ；
X、Y、Z、I、J、K、R、F值与平面内圆弧插补的含义一致。例：AB为螺旋线，起点A（10，0，0），终点B（0，10，5），B`（0，10，0）36 圆弧插补平面为XY平面，逆圆插补，程序如下： G90 G17 G03 X0 Y10 Z5 I-10 J0 F100 注：I、J为投影圆弧（AB`）的圆心相对于起点的增量值。
七、切削螺纹指令G33（模态）一般格式： G33 X（Y）Z F ；
若为直螺纹可省略X（或Y），这里指令导程的字是F，有的标准规定螺纹导程用I J K 字。
数控车床、数控镗铣床、加工中心等都有螺纹切削功能，具有螺纹切削功能的机床，主轴上都联接编码器，主轴旋转时由编码器记录主轴的初始位置、转角、转数和旋转速度，由于要多次重复加工，因此螺纹认头必须要准，所谓认头就是每次重复加工时，必须从同一位置进行加工，否则就会乱扣。
例：在加工中心上切削螺纹，工件固定在工作台上，刀具装在主轴上。37 圆弧插补平面为XY平面，逆圆插补，程序如下： G90 G17 G03 X0 Y10 Z5 I-10 J0 F100 注：I、J为投影圆弧（AB`）的圆心相对于起点的增量值。
七、切削螺纹指令G33（模态）一般格式： G33 X（Y）Z F ；
若为直螺纹可省略X（或Y），这里指令导程的字是F，有的标准规定螺纹导程用I J K 字。
数控车床、数控镗铣床、加工中心等都有螺纹切削功能，具有螺纹切削功能的机床，主轴上都联接编码器，主轴旋转时由编码器记录主轴的初始位置、转角、转数和旋转速度，由于要多次重复加工，因此螺纹认头必须要准，所谓认头就是每次重复加工时，必须从同一位置进行加工，否则就会乱扣。
例：在加工中心上切削螺纹，工件固定在工作台上，刀具装在主轴上。37 Z工件iL主轴
程序如下： N1 G90 G00 Y-70.0； 刀具定位于螺孔中心 N2 Z200.0 S45 M03； 主轴正转，刀具沿Z向接近工件 N3 G33 Z120 F5； 第一次切削，导程F=5 N4 M19；主轴定向停止（使主轴每次都停止在同一角度位置，以便找到起始位置）
N5 G00 Y-75； 刀具沿Y向退刀
N6 Z200 M00； 刀具沿Z向退回孔端，程序暂停调刀 N7 Y-70 M03； 刀具对准孔中心，主轴启动 N8 G04 X2； 暂停两秒，便于主轴速度到达 N9 G33 Z120 F5； 第二次螺纹切削 N10 M19； 主轴定向停止 N11 G00 Y-75； 刀具沿Y向退刀
N12 Z200 M00； 刀具沿Z向退回孔端，程序暂停调刀 N13 Y-70 M03； 刀具对准孔中心，主轴启动 N14 G04 X2； 暂停两秒，便于主轴速度到达 N15 G33 Z120 F5； 第三次螺纹切削 38 N16 M19； 主轴定向停止 ： NXX M02； 程序结束
切削锥度螺纹时，工件要沿Z和X（或Y）两个方向移动，因螺纹中心线通常与主轴中心线重合，因此，Z向移动总关联导程，而X（或Y）向移动则产生锥度。例：
G90 G33 X10 Z100 F4；
八、极坐标编程
用极坐标（极径和极角）方式编写程序 格式： G16； X Y ；或（X Z ；或Y Z ；）G15； 39 在XY和XZ平面内，X后面的数值是极径的值，Y和Z后面的数值是极角，在YZ平面内，Y字后面的是极径，Z字后面是极角。（极角单位是“度”，逆时针为“正”，顺时针为“负”。极径和极角的值与增量方式还是绝对方式有关，也可以混用。增量方式（G91）：极径的起点是刀具当前所在位置，极角是相对于上一次编程角度的增量值，在刚进入极坐标编程方式时，极角的起始边是当前有效平面的第一坐标轴，缺省表示极角为0。
绝对方式（G90）：极径的起点总是坐标系的原点，极角的起始边永远是当前有效平面的第一坐标轴。例图，刀具运行轨迹是O-A-B-C 增量方式：
N10 G91 G00 X0 Y0 F150； N20 G01 X10 Y10； N30 G16； N40 X22 Y10； N50 X15 Y260； N60 G15； 40 N70 M30； 绝对方式： N5 G00 X0 Y0 F150； N10 G90；
N20 G01 X10 Y10； N30 G16； N40 X22 Y10； N50 X15 Y80； N60 G15； N70 M30；
极坐标编程中，若后一段中的极径或极角值与前一段相同，则后一段程序中可省略不写，但不能全部省略，至少要出现一个极坐标字。例图：
N10 G00 X10 Y5； N20 G01 G91 G16 F100； N30 X20 Y45； N40 Y90； 41
第四篇：数控技术教案
课程名称：数控技术 学时：46学时学分：3学分 开课学期：第七学期 课程类别：必修 课程性质：专业基础课
先修课程：电工电子技术，微机原理及应用，机械工程控制基础等
教材：《机床数字控制》（第一版）廖效果编著 机械工业出版社
授课对象：机电学院机械制造及自动化本科 工业设计、材料成型与控制本科
授课教师： 机械制造系 魏效玲，薛会民，刘洵，柴保明，吴炳胜
第一节教学内容 第一章概论
一、教学目的
掌握数字控制和数控机床等基本概念、组成及分类，了解数字控制原理及数控机床的加工特点，了解数控技术的产生背景、发展现状及发展趋势。
二、教学时间:2课时
内容
数控与数控机床的基本概念、加工过程、特点、主要技术指标、组成与分类，加工的适应性、数控技术的发展、十五目标及数控技术的发展趋势
四、教学方法
介绍基本概念，讲授数字控制原理，分析数控机床的组成，根据以上讲述内容再归纳数控机床的加工特点，借助简图和表格等形式配合内容讲解。结合数控技术
的发展将课程前沿问题介绍给学生。对编程基本知识先提出问题，启发学生思维，然后再讲解。
作业
1、数控机床、数控技术的基本概念
2、数控机床的特点、组成、各部分作用、分类
3、数控机床的加工原理、使用范围
4、数控技术的发展趋势
5、什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？
6、按伺服系统的控制原理数控机床分哪几类？
7、数控机床的发展趋势主要有哪些？
8、如何提高数控机床的精度、速度和可靠性
9、.CNC装置的主要技术指标有哪些？
第二节内容 第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1．学习数控加工工艺的基础知识。2．介绍程序编制的代码及格式
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
利用多媒体直观的教学形式，介绍程序编制的基本概念、手工编程的内容和步骤，数控加工的工艺分析和数控加工方法，程序编制的代码及程序格式。
四、教学方法
根据已加工好的零件，在具体加工过程中如何根据其加工图纸来编写其加工程序，数控机床如何根据加工程序加工来说明手工程序编制的内容和方法。同时，在编写零件的加工程序前要进行工艺分析，分析时要注意哪些问题，循序渐进完成课堂内容，介绍两种典型的程序编制代码。
五、作业
程序编制的概念、手工程序编制的内容和步骤？ 对刀点、刀位点、对刀概念 选择对刀点的原则？
加工路线，确定加工路线的原则？
ISO和EIA代码的区别？现在广泛使用哪种代码？
第三节内容
第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1．掌握机床常用的编程指令G、M、S、T、F。
2．让学生掌握程序编制前应首先了解机床坐标的规定，和程序原点的确定。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
介绍数控机床的坐标系规定及坐标轴方向的命名，工件坐标系和机床坐标系的关系，绝对坐标和相对坐标的概念，程序编制中的数值计算方法，常用的G指令和M指令功能
四、教学方法
通过多媒体图片让学生看清车床和铣床的坐标轴是如何规定的，直角坐标系在机床中是如何应用的，常用的G、M指令功能及类型，基点和节点在数值的区别。
五、作业
1、G00、G01、G02、G03、M02、M03、M04、M05功能？模态和非模态区别？
2、车床的X、Z轴如何规定？铣床的Z、X、Y轴如何规定？
3、机床坐标系和工件坐标系，机床原点和工件原点，基点和节点概念
4、绝对坐标和相对坐标的概念及关系。
第四节内容 第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1、掌握机床常用的编程指令。
2．通过对常用指令的编程格式讲解，使学生进一步掌握程序编制方法，能独立编写简单的加工程序。
二、教学时间:2课时
内容与进度
与坐标系相关的指令G92，平面坐标系选定指令G17,G18,G19（模态，G17模态，初态），以及与控制方式有关的指令编程格式，如 G00，G01，G02,G03，其绝对编程和相对编程形式。
四、教学方法
要正确编制加工程序，仅仅学会编程代码是不够的。本节通过编程实例讲解编程方法，重点把工艺方面知识多介绍一些，要与生产实际紧密结合，通过布置作业和编程实验加深理解和掌握。
五、作业
1、自己给出零件直线、圆弧加工尺寸，编写其绝对和相对加工程序，第五节内容 第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
本节课内容还是主要讲授手工编程所用其它代码，每个代码应配以实例讲解，同组代码重点讲解一种，其他可通过课堂和课后作业掌握，手工编程必须经过大量练习才能熟练编制。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
通过实例分别介绍刀具长度补偿指令G40（49）、G44、G43，刀具半补偿指令G40 G41 G42，回程序起点指令G26,G27,G28,G29,固定循环指令，G33 螺纹加工指令，四、教学方法
对以上讲解的各种指令在车、铣床的编程格式及应用要逐个的介绍，每个指令通过实例给学生直观的讲解编程方法。
五、作业
1、给出被加工零件的几何尺寸，利用刀具补偿指令编写其加工程序，2、进行综合实例练习，编写完程序上机加工，练习机床的操作能力，并检验程序的正确与否，在操作中解决问题。
第六节内容 第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
本节课内容还是主要讲授手工编程所用其它代码，每个代码应配以实例讲解，同组代码重点讲解一种，其他可通过课堂和课后作业掌握，手工编程必须经过大量练习才能熟练编制。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
G75 车槽固定循环指令，G81 钻孔循环，G84 钢性攻丝循环，G24 锥面固定循环指令，G77 柱面固定循环指令以及其它相关指令如：延时指令、镜像指令等
四、教学方法
通过一个个实例把各指令的编程格式讲清楚并让学生会用。
五、作业
对已给孔进行加工，要求编写钻孔和攻丝加工程序并在程序中体现延时指令功能。
对已给的棒料进行加工，要求写出其粗、精加工程序，注意使用讲过的循环指令。
第七节内容 第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
本节课综合讲解编程知识，同时对前面答疑和作业中存在的问题加以讲解。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
针对实训基地的数控机床编程要求，综合讲解和练习实际零件的程序编制
四、教学方法
选择实际生产加工中零件，练习编程的全过程，通过答疑、批改作业，发现的问题在习题课中解决。根据生产加工零件，对各种加工方法进行工艺分析，确定合理加工方案，编写加工程序
五、作业
1．如图1所示，原点为起刀点，试用绝对坐标或增量坐标编写孔加工程序。
图1图2 2．手工编写图2所示零件的车削加工程序。该零件需要精加工，图中φ100表面不加工。选用具有直线、圆弧插补功能的数控车床加工该零件。
第八节内容 第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1．掌握自动编程系统的软件程序的构成。2．了解 APT自动编程系统。
3．能读懂用APT语言编写的零件源程序。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
1.自动编程系统的软件程序的构成，利用CAM系统讲解自动编程的基本步骤，2．介绍APT自动编程系统 3．讲解例题
四、教学方法
先讲自动编程系统的组成、特点及发展，再通过例题讲述APT语言源程
序的编制，把在编程过程中涉及到的控制面、APT语句和后置处理程序语句等内容介绍。
五、作业
1．如图所示，原点为起刀点，圆弧半径均为R10，用APT语言编制轮廓铣削加工程序。
第九节内容 第三章位置检测装置
一、教学目的
1、了解位置检测装置作用，位置检测装置的分类，数控机床对位置检测装置的要求。
2、掌握感应同步器结构与工作原理，应用。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
置检测装置作用，分类及数控机床对位置检测装的要求 感应同步器结构与工作原理，应用
3、感应同步器的特点及使用注意事项
四、教学方法
结合多媒体图例，介绍检测装置分类，讲具体装置时要与各种分类相联系。要把鉴相型和鉴幅型感应同步器的结构图利用课件讲清楚。
五、作业
1、简述感应同步器结构与工作原理。
第十节内容 第三章位置检测装置
一、教学目的
1、了解现代位置测量装置的先进技术，重点了解各种检测装置的性能、特点及应用范围，能够正确选用各种检测装置。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
掌握旋转变压器、感应同步器结构与工作原理，应用。 磁尺位置检测装置组成、原理
四、教学方法
通过简图介绍旋转变压器的工作原理、转子和定子绕组的布置及感应电压的变化与感应同步器的区别，同时让学生明白转子绕组为什么由两个互相垂直的绕组构成。以上三种位置检测装置的共同特点和工作方式要掌握。
五、作业
1、简述旋转变压器、磁尺位置检测装置的结构与工作原理、应用
第十一节内容 第三章 位置检测装置
一、教学目的
1．掌握脉冲编码器的工作原理、应用。2．掌握光栅的工作原理、应用。3．了解光栅位移-数字转换系统
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
1、光栅的工作原理、应用
2、光栅位移-数字转换系统
3、脉冲编码器（绝对式与增量式）
4、介绍当前的测量技术
四、教学方法
这节介绍数字检测装置，比较模拟与数字检测装置的特点，分析绝对和增量测量装置的工作原理，研究间接、直接测量的精度影响。了解现代测量技术。讲清楚光栅位置检测装置用倍频提高精度的原理。
五、作业
1．简述绝对式与增量式脉冲编码器的工作原理。
2．简述光栅的工作原理，写出W和P与θ的关系。掌握莫尔条纹的特点及变化规律。
3、光栅位置检测装置用倍频提高精度的原理
第十二节内容 第四章 数控装置
一、教学目的
1．了解数控装置的作用、特点、硬件结构。2．会合理选择数控机床
二、教学时间: 2课时
三、内容与进度
1．数控装置的组成、优点、CNC装置的功能，2．数控装置的硬件结构、分类，各结构形式的硬件功能
3、CNC装置软件和硬件的功能界面划分
4、数控软件的数据转换流程
四、教学方法
计算机数控装置可借助图片和实验室的数控机床讲解，了解数控装置作用、功能、特点，绘出数控软件的数据转换流程，并分析各部分的作用。
五、作业
1．简述数控装置的作用。
2．两种CNC装置的硬件结构形式比较优缺点
3、绘出数控软件的数据转换流程
第十三节内容 第四章数控装置
一、教学目的
1、掌握数控软件的特点、基本结构形式。
2、了解输入/输出接口的任务。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
1、数控软件的特点、基本结构形式。
2、输入/输出接口的任务
CNC系统进给速度控制
4、CNC输入数据处理及故障诊断
四、教学方法
分析数控装置软件的特点、结构形式，由微机原理中学到的接口技术，对数控装置的数控软件的特点讲述。
五、作业
1、数控软件的特点，3种软件比较优缺点。2．输入/输出接口的任务。
第十四节内容 第五章 数控插补原理
一、教学目的
1、掌握数控装置的工作过程。
2、掌握插补的基本概念，了解插补方法和分类。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
1．数控装置的工作过程。
2．插补的基本概念、插补方法的分类
3、逐点比较法插补的原理、介绍逐点比较法直线插补的算法、象限处理。
四、教学方法
在讲插补原理前，讲述数控装置的工作过程，使学生有一个总体认识，便于以后学习。最后介绍基本概念，通过多媒体手段把直线插补的偏差判别式推导出来，便于学生认识和掌握。
五、作业
1、什么叫插补？目前应用较多的插补算法有哪些？
2、试述逐点比较法插补的四个节拍，并推导第Ⅰ象限直线插补公式。
3、设欲加工第一象限直线OE、起点坐标为O（0，0），终点坐标为E（6，8），脉冲当量δ＝1，试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。
第十五节内容 第五章 数控插补原理
一、教学目的
1．掌握逐点比较法的插补原理。
2．熟练掌握逐点比较法基本算法、象限处理。
3．逐点比较法圆弧插补，比较直线和圆弧插补的异同之处
4．要求通过例题与习题熟练掌握逐点比较法插补全过程，弄明白逐点比较法插补的实质。
二、教学时间: 2课时
三、内容与进度 1．逐点比较法圆弧插补 2．逐点比较法象限处理 3．逐点比较法的合成进给速度
四、教学方法
逐点比较法是最简单的插补方法，按插补的四个步骤讲解，学生容易理解和掌握。重点讲解第一象限插补，其它象限插补公式找出规律，要求学生自己掌握，并能验证插补轨迹的对错。有一点需要说明的是：逐点比较法直线插补各象限的插补公式一样，只是各象限的进给方向不同而已，终点坐标均为绝对值。圆弧插补偏差计算式中的坐标值是动态变化的，而且不同象限，顺逆不同，插补计算式不同，坐标进给方向不同。
五、作业
1、用逐点比较法加工第一象限顺圆，起点坐标为A（0,4），终点坐标为B（4，0），写出插补过程，并画出插补轨迹。
2、设欲加工第二象限逆圆AB，起点A（6，0），终点E（0，6），脉冲当量δ＝1，试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。
3、比较直线和圆弧插补的异同之处
第十六节内容 第五章 数控插补原理
一、教学目的
1．熟练掌握数字积分法直线、圆弧插补原理、各象限处理方法。2．要求通过例题与习题熟练掌握数字积分法插补全过程。
二、教学时间: 2课时
三、内容与进度 1．数字积分法直线插补 2．数字积分法圆弧插补
3、数字积分法插补的象限处理
四、教学方法
从积分求面积开始，理解数字积分法的实质就是把积分运算变成求和运算。利用两个积分器对要插补的直线和圆弧分别在X和Y方向累加求和，最后得到直线或圆弧的终点坐标值。再利用十进制数进行长度分割、累加，将积分原理讲透，然后讲直线、圆弧插补，通过直线和圆弧插补例题，学习插补全过程。注意教材对直线和圆弧插补的总结
五、作业
1、用数字积分法加工第一象限直线OB的插补过程，其中O(0，0)，B（6，7），并画出插补轨迹。
2、第一象限逆圆，起点为（6，0），终点为（0，6），用数字积分法，选用3位寄存器对此圆弧进行插补并划出插补轨迹图。
比较直线和圆弧插补的异同之处，便于理解和掌握数字积分法的原理和实质。
5、掌握圆弧和圆弧、直线和直线插补中不同象限之间的区别。
第十七节内容 第五章 数控插补原理
一、教学目的
1．掌握数据采样插补原理。
2．了解扩展DDA数据采样直线、圆弧插补原理。
3、掌握刀具补偿原理
二、教学时间: 2课时
三、内容与进度
1、掌握数据采样插补原理，扩展DDA数据采样直线、圆弧插补原理
2、刀具补偿原理、刀具半径补偿的概念、作用和实质，分类，两种半径补偿的优缺点，刀补原理的哪一点不同，在原理框图上如何体现。
3、直线与直线过渡的转接情况分析
四、教学方法
刀具半径补偿的实质是把零件的轮廓轨迹变成刀具的中心轨迹。利用刀具长度和半径补偿可以简化编程，在编程时除了会用其代码，还要懂其原理。重点讲解刀补的作用、步骤。左右偏刀补的概念，可借助图片和实验室的数控机床讲解。
五、作业
1．何谓刀具长度补偿、刀具半径补偿？其执行过程如何？ 2.B功能刀具半径补偿与C功能刀具半径补偿的区别在何处？
3、在切削过程中，刀具半径补偿的执行过程分为哪三个步骤？
4、给出要求加工的零件轮廓，采用C功能刀具半径补偿（G42或G41）处理后，绘出刀具中心轨迹。
画出直线过渡的不同转接过渡类型图
第十八节内容 第六章 数控机床的伺服系统一、教学目的
1．掌握机床伺服系统的组成、分类和对伺服系统的要求。2．常见的数控进给伺服系统的类型（开、闭环）
3、掌握步进电机的工作原理、性能指标。
说明：重点掌握步进电机的结构、工作原理和主要性能指标。
二、教学时间:2课时
三、内容与进度 1．伺服系统的组成
2．对伺服系统的基本要求 3．伺服系统的分类 4．步进电机工作原理
5、主要性能指标
四、教学方法
数控机床的伺服系统是一个自动控制系统它与普通机床进给系统有着本质区别，对伺服系统有明确认识。按步进电机的结构，工作原理及性能指标顺序讲解。工作原理结合多媒体课件图片介绍，重点介绍反应式步进电机。
五、作业
1．简述伺服系统的作用、组成与分类。2．简述步进电机的工作原理。3．影响步进电机步距角有哪些？
4、数控机床对进给伺服系统的要求是什么
5、开、闭环伺服系统的主要区别？
6、常用的步进电动机的性能指标有哪些？其含义是什么？
7、简述反应式步进电动机的结构特点，第十九节内容 第六章 数控机床的伺服系统一、教学目的
1．宽调速直流伺服电机特点：
2、常见的直流伺服电机的调速控制方法
3、数控机床用交流电机特点。
4、交流电机变频调速与控制。
二、教学时间: 2课时
三、内容与进度
1、宽调速直流伺服电机特点：
2、常见的直流伺服电机的调速控制方法
3、数控机床用交流电机
4、交流电机的速度控制
5、交流电机变频调速与控制
四、教学方法
直流伺服电机和交流伺服电机比较各自的优点。为什么交流电机在数控机床的应用愈来愈广泛，交流电机主要用来调速，介绍三种不同的调速特性，讲述应用最多的变频调速。
五、作业
1．什么是大惯量直流电动机？有什么特点？
2、直流电动机调速方式有哪几种？
3、交流电动机调速方式有哪几种？通常采用哪种调频调压的方法 4．为什么变频的同时要改变电压？ 5．变频器的作用？
第二十节内容 第六章 数控机床的伺服系统一、教学目的
1．步进电机开环进给系统的传动计算。2．步进电机的驱动电路。
3．提高开环进给伺服系统精度的措施
4、半闭环进给系统位置检测装置的安装和传动计算
二、教学时间:2课时
三、内容与进度
1、步进电机和伺服电机选择
2、步进电机的驱动电路，硬件环行分配器的设计，工作过程，软件环行分配器工作顺序。单电压与双电压驱动线路各自特点，应用情况。3．提高开环进给伺服系统精度的措施
4、半闭环进给系统位置检测装置的安装和传动计算
四、教学方法
学会选择电机，在实际工作中能正确应用，尤其在毕业设计训练环节中能独立计算动力部件。讲清学习的重要性，调动学生的主动性，再按设计步骤讲述，最后以数控机床的工作过程为主线总结整个课程内容。
五、作业
1．如何选择步进电机，交流伺服电机？ 2．跟随误差对加工精度的影响如何？
3、实现步进电动机控制脉冲的环形分配器有哪些主要方法？
4、简述高低切换驱动电源、恒流斩波型驱动电源、单电压驱动电源的工作原理，各有何优缺点？
第五篇：数控技术教案
《计算机组装与维修》教案 《数控技术》教案
本次课重点介绍有关数控技术和数控机床的基础知识，使学生对本门课有初步的认识并培养学生学习本门课的兴趣。
一、章节题目 第一章 概述
第一节 数控技术的基本概念 第二节 数控机床组成与基本工作原理 第三节 数控机床分类 第四节 数控机床的发展趋势 第二章 数控加工技术
第一节 数控加工程序编制的基本步骤
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，在授课过程中突出数控机床的特点，并注意和普通机床进行比较，使学生对数控机床和数控技术有一个深入的认识。使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求 1.掌握数控技术的基本概念 2.掌握数控机床基本工作原理 3.掌握数控机床的基本组成 4.掌握手工编程的基本过程 5.了解数控机床分类和发展趋势 6.了解CAD/CAM混合编程的基本过程
《计算机组装与维修》教案
对于学生来说数控技术是一个新的概念，学生对数控机床及其相 关知识很陌生。在教学过程中在完成基本教学内容的同时，通过和普
《数控技术》教案通机床比较，重点突出了数控机床的基本特点、工作原理及组成，使 学生对数控机床及其相关知识有了初步的认识。复习思考题
1.数控机床与普通机床的区别主要体现在那些方面，二者之间有 哪些共同之处？
2.插补在数控机床加工过程中的作用？
九、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
本次课将在上次课的介绍数控机床基本工作原理的基础上，讲解数控加工程序编制的相关知识。
一、章节题目 第二章 数控加工技术
第二节 手工编程时的数控加工工艺处理 第三节 坐标系与编程计算 第三章 数控机床编程 第一节 编程基本概念
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，在授课过程中突出数控机床手工编程时的工艺处理特点和过程，并着重介绍坐标系及编程计算的内容和方法。使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求
《计算机组装与维修》教案
2.有“回参考点”功能和无“回参考点”功能数控机床建立坐标 系的特点？
3.《数控技术》教案
八、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
一、章节题目 第三章 数控机床编程 第一节 编程基本概念—功能字 第二节 基本G代码
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，在授课过程中重点介绍功能字含义和基本G代码，并通过实例讲解工艺处理、工序划分、坐标系建立、编程计算、程序的组成和基本结构，消化理解上次课和本次课的相关内容。
三、教学目的与要求 1.掌握功能字的含义
2.掌握代码分组与代码的模态和非模态的含义，了解开机默认代码的含义
3.掌握与坐标系有关的G代码、基本运动G代码、公英制选择、绝对坐标和相对坐标定义G代码、圆弧运动G代码、刀具补偿G代码、螺旋线加工G代码、暂停G代码。
四、本次课的重点、难点 本次课重点： 1.功能字的含义
《计算机组装与维修》教案
4）用直径为6毫米的铣刀加工直径为10毫米的孔，假设加工平面为XOY面，孔位置为（20，30），（60，70）。用相对坐标和绝对坐标编写加工程序，工件厚度10毫米。
八、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
本次课将首先通过实例介绍螺纹孔加工、槽加工、铣孔加工的程序编制方法，进一 如何理解工艺处理和工序划分的意义？
《数控技术》教案步理解工艺处理、工序划分的意义，进一步掌握程序功能字的含义与使用方法，了解程序编制过程中容易出现的问题，进一步理解程序结构，了解螺纹孔加工、槽加工程序编制的特点，为编制复杂加工程序打下基础。另外，本次课将在镗铣类机床普通编程方法的基础上介绍镗铣类机床的特殊编程方法。
一、章节题目 第四章 数控机床编程 第三节 镗铣类机床编程方法
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，通过实例使学生掌握数控加工程序基本的编制方法，消化理解前两次课的内容。使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求
1.掌握螺纹孔加工、槽加工、铣孔加工程序编制方法 2.掌握常用镗铣类机床编程的特殊代码指令格式和使用方法 3.理解固定循环的含义，掌握常用镗铣加工固定循环的动作过程 4.掌握使用固定循环指令时程序编制的特点 5.掌握子程序编程方法
《计算机组装与维修》教案
作业题
1.利用G81指令编写例4-17的孔加工程序
八、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
本次课将首先向学生介绍车削加工编程特点，在此基础上通过实
例向学生讲解车削加工编程方法。介绍车削加工中常用的简单固定循环指令，并通过实例讲解简单固定循环指令的使用方法。介绍几种复 《数控技术》教案合固定循环指令的格式。
一、章节题目
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，通过实例使学生掌握车削加工程序编制方法，使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求 1.掌握数控编程特点
2.掌握使用固定循环指令编程时程序的结构特点
3.掌握端面加工、外圆加工和孔加工的固定循环指令格式 4.能够使用固定循环指令编程
四、本次课的重点和难点 重点：
1.车削加工的特点
2.固定循环指令格式及应用
《计算机组装与维修》教案
四、本次课的重点和难点 重点：
1.复合固定循环指令的格式 2.复合固定循环指令的使用 难点：
1.复合固定循环指令的使用
2.使用复合固定循环指令时程序的结构 《数控技术》教案
七、复习思考题、作业题 思考题：
1.使用复合固定循环指令时程序的结构特点
2.G70复合固定循环指令如何与G71指令配合使用，及二者在程序中的位置。作业题：
1.使用复合固定循环指令编写 加工程序。
八、实施情况与分析
本次课将介绍有关插补原理方面的内容。重点介绍插补在数控加工中的作用、插补算法。
一、章节题目
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，通过实例使学生掌握车削加工程序编制方法，使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求
1.认识插补在轮廓加工中的作用
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