数控车教案Word格式文档下载.docx

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三、注意事项

1、在工具使用时，应严格遵守操作规程。

2、在设备使用中，注意用电安全。

3、工量具的使用中要注意保护

4、实习课严格遵守安全操作规程。

四、授课环节

一、导入新课

下图所示为一台普通数控车床，型号为CK6132A。

图中标出了该数控车床的基本组成部分。

为了正确使用和操作此类数控车床，必须熟悉数控车床的组成、工作过程，了解数控车床的特点及其种类。

知识链接

数控车床的概念：

又称CNC（ComputerNumericalControl）车床，即用计算机数字控制的车床。

数控车床主要用于旋转体工件的加工，一般能自动完成内外圆柱面、内外圆锥面、复杂回转内外曲面、圆柱圆锥螺纹等轮廓的切削加工，并能进行车槽、钻孔、车孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。

二、新课内容

一、数控车床的组成及工作过程

1.数控车床的组成

数控车床一般由输入/输出设备、数控装置（或称CNC）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）及电气控制装置、辅助装置、机床本体、测量反馈装置等组成。

除机床本体之外的部分（蓝色线框）统称为计算机数控（CNC）系统。

（1）输入/输出设备

输入/输出设备是计算机数控系统与外部设备进行信息交互的装置。

（2）数控装置

数控装置是数控车床的核心，由硬件和软件两部分组成。

它接收输入装置输入的加工信息，将其加以识别、存储、运算，并输出相应的控制，使机床按规定的要求动作。

（3）主轴伺服驱动系统

主轴伺服驱动系统是数控系统的执行部分，它包括主轴驱动单元和主轴电机。

目前数控车床主轴伺服驱动系统有机械调速（普通电机）、变频调速、数字伺服调速等几种形式。

（4）进给伺服驱动系统

进给伺服驱动系统是数控系统的执行部分，它包括进给伺服驱动单元和伺服电机。

它将数控装置发来的各种动作指令，经过信号放大后，驱动伺服电机实现机床移动部件的进给运动。

（5）PLC装置

可编程控制器简称PLC。

数控机床通过数控装置和PLC装置的共同作用来完成控制功能，PLC装置主要完成与逻辑运算有关的一些动作。

（6）位置检测系统

位置检测系统的作用是将机床的实际位置、速度等参数检测出来，转变成电信号，反馈到数控装置，通过比较、检查实际位置与指令位置是否一致，并由数控装置发出指令，修正所产生的误差。

（7）机床本体

数控车床本体由基础件和配套件组成。

基础件有床身、溜板、导轨、主轴等部件；

配套件主要有刀架、丝杠、照明系统、冷却润滑系统等。

2.数控车床的工作过程

数控车床加工零件时，需根据零件图样及加工工艺的要求，将所用刀具、刀具运动轨迹与速度、主轴转速与旋转方向、冷却等辅助操作以及相互间的先后顺序，以规定的数控代码形式编制成程序，并输入到数控装置中，在数控装置内部控制软件支持下，经过处理、计算后，向各坐标的伺服系统及辅助装置发出指令，驱动各运动部件及辅助装置进行有序的动作与操作，实现刀具与工件的相对运动，从而加工出所要求的零件。

二、数控车床的分类

1.按主轴位置分类

（1）立式数控车床

（2）卧式数控车床

2.按控制方式分类

（1）开环

（2）闭环

（3）半闭环

3.按数控系统的功能分类

（1）经济型数控车床

（2）全功能型数控车床

（3）车削中心

三、数控车床的特点

（1）适应性强，适合加工多品种、小批量复杂工件

（2）加工精度高，产品质量稳定

（3）生产效率高

（4）自动化程度高，劳动强度低

四．数控车床的工作过程

三、课堂小结

1.按主轴位置分类：

立式数控车床和卧式数控车床。

2.按控制方式分类：

开环、闭环、半闭环。

3.按数控系统的功能分类：

经济型数控车床、全功能数控车床、车削中心。

四、作业布置

1．仔细观察，数控车床和普通车床有何区别？

2．数控车床一般有哪几部分组成？

各有何作用？

3.按照数控系统的控制方式，数控车床分为哪几类？

五、教学反思

本节知识内容容易理解，同学们在学习数控车床之前，通过普车的学习，已经对车床各部的名称和功能有了了解，同时对车床的基本工作方式也有了熟练的操作，对于本节知识内容而言，最大的难处就是同学们要系统的对数控的知识体系有一个全面的认识。

数控

车床

任务二数控车床的手动车削

1.通过学习使学生们操作数车手动车削。

手动车削方法

车动车削过程中的方法

1.设备分组：

2.仿真分组：

问题引入：

如何用数控车床手动车削如图所示零件？

一、系统控制面板

FANUC0i系统控制面板主要由CRT/（LCD）单元、MDI键盘和功能软键组成，如图所示。

如图所示为FANUC0i车床数控系统的MDI键盘布局图。

二、机床操作面板

如图所示为FANUC0i车床数控系统机床操作面板。

三、开关机操作

1.电源接通前

（1）检查机床防护门、电气控制门等是否已闭；

（2）检查润滑系统是否正常；

（3）检查变速挡位是否挂到位；

（4）开机前应把卡盘钥匙等工具从机床上拿掉；

（5）注意遵守《数控车床安全操作规程》的规定。

2.机床启动

（1）打开机床总电源开关；

（2）按下控制面板上电源开启按钮；

（3）再开启急停按钮。

3.机床的关停

（1）按下急停按钮；

（2）按下控制面板电源关闭按钮；

（3）关掉机床电源总开关。

四、返回参考点操作

其操作如下：

（1）按返回参考点开关，进入回参考点模式。

（2）为了减小速度，选择快速移动倍率。

（3）按与返回参考点相应的进给轴和方向选择开关，按住开关直至刀具返回到参考点。

当刀具返回到参考点后，返回参考点灯（LED）点亮。

（4）对其他轴也执行同样的操作。

五、手动操作

1.JOG进给（手动连续进给）操作

具体操作步骤下：

（1）选择手动连续开关。

（2）通过进给轴和方向选择开关，选择将要使刀具沿其移动的轴及其方向，刀具按参数设定的进给速度移动，开关一释放机床就停止。

（3）手动连续进给速度可由手动连续进给速度倍率刻度盘调整。

（4）若在按进给轴和方向选择开关期间，按了快速移动开关，刀具按快速移动速度运动。

在快速移动期间，快速移动倍率有效。

2.手轮进给操作

具体操作步骤如下：

（1）选择手轮（HANDEL）开关。

（2）按手轮进给轴选择开关，选择机床要移动的轴。

（3）按手轮进给倍率开关，选择机床移动的倍率，当手摇脉冲发生器转过一个刻度时，机床移动的最小距离等于最小输入增量。

（4）旋转手轮，机床沿选择轴移动。

注意：

（1）手摇脉冲发生器旋转速度不应该大于5r/s。

如果手摇脉冲发生器旋转速度大于每秒钟5r/s，当手轮不转之后，机床不能立即停止，或者说，机床移动距离可能与手摇发生器的刻度不相符。

（2）当有较大的倍率，如选择倍率为1（100%）时，快速旋转手轮，机床移动过快，进给速度被箝制在快速移动速度。

3.刀架的转位操作

装卸刀具、测量切削刀具的位置以及对工件进行试切削时，都要靠手动操作实现刀架的转位。

在手动方式下，单击刀具选择按钮，则回转刀架上的刀台顺时针转动一个刀位。

4.主轴手动操作

手动操作时要使主轴启动，必须用手动数据输入方式设定主轴转速。

当方式选择开关处于“手动”位置时，可手动控制主轴的正转、反转和停止。

调节主轴转速开关或，对主轴转速进行倍率调节。

按手动操作按钮CW、CCW、STOP分别控制主轴正转、反转、停止。

六、手动数据输入（MDI）操作

其操作步骤如下：

（1）选择手动数据输入方式。

（2）按系统功能键PROG，屏幕左上角显示“MDI”字样。

（3）输入要运行的程序段。

（4）按下循环启动键，数控车床自动运行该程序段。

七、数控车床的安全功能操作

1.急停按钮操作

机床在遇到紧急情况时，应立即按急停按钮，主轴和进给全部停止，机床被锁住，电机电源被切断。

2.超程释放操作

解除过程如下：

手动方式→同时按与超程方向相反的点动按钮或者用手摇脉冲发生器向相反方向转动，使机床脱离极限位置而回到工作区间→按复位键即可。

1、系统控制面板

2、机床操作面板

3、开关机操作

4、返回参考点操作

5、手动操作

6、手动数据输入（MDI）操作

7、数控车床的安全功能操作

本节知识内容非常的重要，直接影响以后设备的操作。

所以教学过程中，最大限度的让同学们多练多操作，从而达到对设备的一个全面的了解和熟悉。

同时，对机床操作面板的各分区和各操作键进行掌握和理解。

注意区分他们各处的作用和不同。

为下一步的上机操作打下基础。

任务一短轴加工

1.通过学习使学生们熟练使用加工指令。

指令格式

指令的运用

比较数车操作面板上各相似按键的不同之处

3、设备分组：

4、仿真分组：

3.点名考勤，稳定学生情绪，准备上课。

4.课堂教学中，严禁嬉笑打闹睡觉玩手机，认真听讲，不违反课堂纪律，分组讨论听从安排，有事及时向老师报告，并配合老师妥善处置。

本任务加工下图所示零件，毛坯尺寸为φ50×

65mm，材料为45钢，单件。

该零件外形简单，只需加工外圆和端面，试编写其数控加工程序并进行加工。

一、车削外圆与端面刀具的选用

1.车削外圆刀具的选用

（1）75°

车刀：

该车刀强度较好，常用于粗车外圆。

（2）45°

车刀（弯头刀）：

该车刀适用于车削不带台阶的光滑轴。

（3）90°

车刀（偏刀）：

该车刀适用于加工细长工件的外圆。

2.车削端面刀具的选用

二、装刀与对刀

1.安装车刀

在装夹车刀时需要注意以下事项：

（1）车刀装夹在刀架上的伸出部分应尽量短,长度应为刀杆厚度的1~1.5倍。

（2）车刀下面的垫铁要平整,数量要少（1~2片）,并与刀架对齐。

车刀至少要用2个螺钉压紧在刀架上,以防振动。

（3）车刀刀尖应与主轴中心线等高。

如图所示，以车削外圆（或横车）为例，当车刀刀尖高于工件轴线时，因其车削平面与基面的位置发生变化，使前角增大，后角减小；

反之，前角减小，后角增大。

（4）车刀刀杆中心线应与进给方向垂直，如图所示。

2.刀位点和对刀

刀位点是指在加工程序编制中用以表示刀具特征的点。

常用车刀的刀位点如图所示。

对刀：

在执行加工程序前，需调整每把刀的刀位点，使其尽量与某一理想基准点重合，这一过程称为对刀。

FANUC0i系统T指令对刀

用T指令对刀，采用的是绝对刀偏法对刀，实质就是使某一把刀的刀位点与工件原重合时，找出该刀的刀位点在机床坐标系中的坐标，并把它存储到刀补寄存器中。

采用T指令对刀前，应注意回一次机床参考点（零点）。

对刀步骤如下：

（1）在手动方式中试切端面，沿X轴方向上退刀，不要移动Z轴，停止主轴。

（2）测量工件坐标系的零点至端面的距离β（或0）。

（3）按MDI键盘中的［OFFSET/SETING］键，按［补正］和［形状］软键，进入刀具偏置参数窗口。

（4）移动光标键，选择与刀具号对应的刀补号，输入Zβ（或0）。

按测量软键，Z向刀具偏置参数会自动存入。

（5）试切工件外圆，沿Z方向上退刀，不要移动X轴，停止主轴，测量被车削部分的直径D，输入XD。

按测量软键，X向刀具偏置参数即自动存入。

（6）其他刀具按照相同的方法设定即可。

3.确定对刀点和换刀点位置

（1）确定对刀点位置

对刀点（又称起刀点）是指在数控车床上加工零件时，刀具相对零件做切削运动的起始点。

对刀点位置的选择原则如下：

移动光标键，选择与刀具号对应的刀补号，输入Zβ（或0）。

⏹移动光标键，选择与刀具号对应的刀补号，输入Zβ（或0）。

⏹尽量使加工程序的编制工作简单、方便；

⏹便于用常规量具和测量仪在机床上进行找正；

⏹该点的对刀误差应较小或可能引起的加工误差为最小；

⏹尽量使加工程序中的引入（或返回）路线短，并便于换（转）刀；

⏹应选择在与机床约定机械间隙状态（消除或保持最大间隙方向）相适应的位置上，避免在执行其自动补偿时造成“反补偿”；

⏹必要时，对刀点可设定在工件的某一要素或其延长线上，或设定在与工件定位基准有一定坐标关系的夹具某位置上。

（2）确定换刀点位置

换刀点是指刀架转位换刀时的位置。

换刀点的位置可设定在程序原点、机床固定原点或浮动原点上，其具体的位置应根据工序内容而定。

三、确定切削用量

1.切削用量的选用原则

切削用量的选择原则是保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具耐用度；

充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

对不同的加工精度、不同材料的加工方法，需要选用不同的切削用量。

粗加工时，选择切削用量时应先选取尽可能大的背吃刀量，再根据机床动力和刚度的限制条件选取尽可能大的进给量，最后根据刀具使用寿命要求，确定合适的主轴转速。

精加工时，首先根据粗加工的余量确定背吃刀量，再根据已加工表面的粗糙度要求选取合适的进给量，最后在保证刀具使用寿命的前提下，尽可能选取较高的主轴转速。

2.背吃刀量ap的确定

背吃刀量是根据机床、工件和刀具等因素来确定的。

在各方面条件允许的情况下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，减少走刀次数，提高生产效率。

为了保证加工表面质量，可留少许精加工余量，一般为0.2mm~0.5mm。

3.主轴转速n的确定

车削加工主轴转速n应根据允许的切削速度vc和工件直径d来选择，按式vc=πdn/1000m/min计算。

切削速度vc的单位为m/min，由刀具的耐用度决定。

4.进给速度vf的确定

进给速度vf是数控机床切削用量中的重要参数，其大小直接影响表面粗糙度值和车削效率。

它主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。

最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

确定进给速度的原则如下：

（1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。

一般在100~200mm/min范围内选取。

（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20~50mm/min范围内选取。

（3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小些，一般在20~50mm/min范围内选取。

（4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可设定该机床数控系统的最高进给速度。

四、指令介绍

1.快速点定位指令G00

G00指令使刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速移动到下一个目标位置。

（1）指令格式

G00X（U）__Z（W）__；

（2）指令说明

⏹G00只是快速定位，而无运动轨迹要求，且无切削加工过程。

G00为模态指令，可由G01、G02、G03或G33功能注销。

G00一般用于加工前的快速定位或加工后的快速退刀。

⏹移动速度不能用程序指令设定，而是通过机床系统参数预先设置的；

快速移动速度可由机床面板上的快速进给倍率开关进行调节。

⏹G00的执行过程为：

刀具由程序起始点加速到最大速度，然后快速移动，最后减速到终点，实现快速点定位。

⏹刀具的实际运动路线有时不是直线，而是折线，使用时注意刀具是否和工件相干涉。

2.直线插补指令G01

G01指令是直线运动命令，规定刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的进给速度做任意斜率的直线运动。

（1）指令格式

G01X（U）__Z（W）__F__；

（2）指令说明

⏹G01程序中必须含有F指令，进给速度由F指令决定。

F指令也是模态指令，可由G00指令取消。

如果在G01程序段之前的程序段没有F指令，且现在的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。

G01为模态指令，可由G00、G02、G03或G33功能注销。

⏹程序中F指令进给速度在没有新的F指令以前一直有效，不必在每个程序段中都写入F指令。

1.切削用量的选用原则

2.背吃刀量ap的确定

3.主轴转速n的确定

4.进给速度vf的确定

1.G00

2.G01

五、短轴加工

用G01编写如图所示从A→B→C的刀具轨迹。

绝对值方式编程为：

G01X25.0Z35.0F0.3；

A→B

G01X25.0Z13.0；

B→C

增量值方式编程为：

G01U-25.0W0F0.3；

G01U0W-20；

任务二阶台轴加工

1.通过学习使学生们熟练使用加工指令。

2.实际操作练习，达到熟练程度。

3.培养学生严谨的学习态度。

G00/G01的使用注意事项

三、分组分工

四、安全要求:

如图所示中间轴零件图，毛坯尺寸为φ35×

73mm，材料为45钢。

本任务要求编写该零件的粗、精加工程序，并完成该零件的加工。

该零件主要由外圆和端面组成，外圆尺寸精度要求较高，毛坯去除余量不均匀且较大，因此需要采用循环指令编写加工程序。

二、新课内容

一、单一形状固定循环

1.内外圆切削循环G90

G90X（U）__Z（W）__F__；

如图所示为刀具的运动轨迹，刀具从循环起点A出发，第1段以G00指令快速移动X轴，到达B点；

第2段以F指令的进给速度切削到达终点坐标处C点；

第3段切削进给退到D点；

第4段以G00指令快速退回到循环起点A，完成一个切削循环。

在固定循环切削过程中，M、S、T等功能都不能改变；

如需改变，必须在G00或G01的指令下变更，然后再指令固定循环。

G90循环每一次切削加工结束后刀具均返回循环起点。

G90循环第一步移动为X轴方向移动。

2.端面切削循环G94

G94与G90指令的使用方法类似，G90主要用于轴类零件的内/外圆切削，G94主要用于大小径之差较大而轴向台阶长度较短的盘类工件端面切削。

G94X（U）__Z（W）__F__；

式中，X、Z、U、W、F的含义与G90相同。

⏹如图所示为刀具的运动轨迹，刀具从A点出发，第1段快速移动Z轴，到达B点，第2段以F指令的进给速度切削到达C点，第3段切削进给退到D点，第4段快速退回到循环起点A，完成一个切削循环。

⏹G94的特点是选用刀具的端面切削刃作为主切削刃，以车端面的方式进行循环加工。

G90与G94的区别在于G90是在工件径向作分层粗加工，而G94是在工件轴向作分层粗加工，如下图所示。

G94第一步先走Z轴，而G90则是先走X轴。

二、复合形状固定循环

对于铸、锻毛坯的粗车或用棒料直接车削过渡尺寸较大的阶台轴，需要多次重复进行车削，使用G90或G94指令编程仍然比较麻烦，而用G71、G72、G73、G70等复合形状固定循环指令，只要编写出精加工进给路线，给出每次切除余量或循环次数和精加工余量，数控系统即可自动计算出粗加工时的刀具路径，完成重复切削直至加工