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课题名称
课题一：
课程介绍；数控机床、系统介绍
授课时数
2
教学
目标
1.课程介绍
2.常见数控系统介绍
教学重点
常见的国内外数控系统
教学难点
什么是数控机床？
什么是数控系统？
教学方法
讲授
课型
理论
教具（含电教设备）
多媒体、机床
授课后记
授课过程：
一、课程介绍
1．为什么要开这门课程？
2．这门课程的授课内容及周次情况。
3．上课纪律要求、考试形式、成绩评定、分组。
二、新课引入：
为什么日本、德国等发达国家的武器、汽车等那么厉害？
→引出数控机床的重要性。
提问什么是数控机床？
数控机床与普通机床的区别是什么？
→引出数控系统。
三、讲解新知：
（一）什么是数控机床？
什么是数控系统？
数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（NC）机床。
数控机床=普通机床+数控系统→自动化、智能化
数控系统→手机系统、电脑系统
（二）常见的国内外数控系统
1.华中数控
2.广州数控
3.Fanuc（法那克）数控系统
4.SIMENS（西门子西门死）数控系统
（三）国内外数控系统的比较与差距
由国家组织的专家鉴定会认为，华中数控系统是具有我国特色的高性能数控系统，是一项重大的科研成果，具有国际先进水平。
？
（四）国产数控系统与国际主流系统的关系与区别
虽然目前国产系统花样繁多，如武汉华中HNC、广州数控GSK、北京凯恩帝KND（只生产数控系统，而不生产整机）等。
。
，
但一句话：
国产数控系统的研发和系统功能、指令完全是仿照FANUC系统。
目前国内没有一家系统仿照SIEMENS或者其他系统。
（2012年华中开始仿照SIEMENS和三菱？
）
原因：
1.FANUC市场占有量目前高达45%以上，SIEMENS在15%以上，其他国外系统品种多，份额少。
2.FANUC基本代码较SIEMENS简单（但FANUC0i以上非常复杂，因此，目前没有FANUC0i以上的国产系统）。
国产系统在指令的使用上参照FANUC0TD/0MD或者FANUC0i系统，掌握好FANUC，国产系统都会！
！
（五）数控系统发展状况
1.目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本ＦＡＮＵＣ公司，１年生产５万套以上系统，占世界市场约４０％左右，其次是德国的西门子公司约占１５％以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。
2.国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等。
国产数控生产厂家年产量没有一家超过３００～４００套。
我国改革开放以来，尤其是20世纪末，机械制造业的数控技术得到长足发展。
数控机床的使用已从“贵族”走向“平民”，普及化程度进程明显加快。
据统计，目前，我国的机床数控化还很低，（2013年统计仅为5-10%左右），远低于发达国家，因此，数控技术的应用仍是我国机械制造业发展的重要任务。
（六）数控系统的发展趋势（多媒体播放先进机床视频：
如车铣复合中心）
1.高速、高精加工技术及装备的新趋势
2.5轴联动加工和复合加工机床快速发展
3.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
4.重视新技术标准、规范的建立
四、小结
综上所述，我国的数控系统与国外有一定的差距，但是正不断减少。
一些国内的数控厂商，如广州数控、凯恩帝、华中数控，正在积极发展自己的核心技术，希望早日进入数控系统的领先行业。
但是数控系统的发展，同时也需要其他行业的配合发展，如电机、操作系统、传感器。
作为国内制造业中最重要的一块，我们要共同努力，积极发展数控系统，为制造业尽自己的一份力量。
课题名称
课题二：
数控铣床加工编程基础知识
（一）
授课时数
2
教学
目标
1.了解数控铣床的加工范围
2.学会选用铣刀及夹具
3.懂得数铣加工工艺分析
教学重点
1.学会选用铣刀及夹具
2.懂得数铣加工工艺分析
教学难点
选择切削用量（三要素）
教学方法
讲授
课型
理论
教具（含电教设备）
多媒体、工件、刀具、刀柄
授课后记
授课过程：
一、复习旧知
二、新课引入：
三、.讲解新知：
（一）数铣可加工范围（加工轮廓形状）（实物演示）
1.平面类零件（手工编程）
2．立体曲面类零件（宏程序、CAM软件自动编程：
如UG、PRO/E）
3.箱体类零件（多孔加工、螺纹加工手工编程）
注：
数控编程的方法：
（1）手工编程：
由人完成程序编制的全部工作（包括用计算机进行辅助数值计算）。
缺点：
耗费时间长，易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。
适用情况：
几何形状较为简单零件，点位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工。
（2）自动编程：
在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由CAM软件辅助完成，如坐标值计算、零件加工程序单的编写、自动输出加工程序单及制备控制介质等。
特点：
CAM软件自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，并及时修改。
CAM软件代替程序编制人员完成繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，解决手工编程无法完成的复杂零件的编程难题。
根据编程信息的输入与计算机处理信息的方式不同，分为语言式自动编程和以图形交互式自动编程。
适用情况：
形状复杂零件，具有非常规曲线或曲面的零件。
编程一般步骤：
（二）数铣夹具
1.通用：
机用虎钳（平口钳）、卡盘（三抓、四抓）、分度头、回转工作台和压板等
2.专用
（三）数铣刀具（多媒体及实物演示）
1.加工平面类零件
（1）大平面：
面铣刀
（2）小平面：
立铣刀（端面中心有孔，不能加工内轮廓）
2.加工立体曲面类零件：
球头铣刀
3.加工箱体类零件
（1）腔槽：
键槽铣刀
（2）孔：
中心钻（定位孔位置）、麻花钻（粗加工）、扩孔钻、镗刀、铰刀（精加工）
（3）螺纹：
机用丝锥（螺纹铣刀）
（四）多媒体及实物演示BT系列刀柄
（五）数铣加工工艺分析（加工实例分析）
1．分析零件图（尺寸、标注，想得出三维形状）
2．选择机床
3．确定装夹方案和选择夹具
4．选择加工方案（粗、精加工的选择）
5．确定加工顺序
6．选择刀具（根据零件形状选择）
7．确定进给路线（走刀路线，尽量使走刀路线最短，加工时间短，效率高）
8．选择切削用量（三要素）：
（1）主轴转速
（2）背吃刀量：
侧吃刀量、端面吃刀量（深度）
（3）进给速度
9.编制工艺文件（刀具卡、加工工序卡、零件加工程序清单等）
例：
数控加工工序卡
广西理工职业技术学院
数控加工工序卡
零件名称
零件材料
凸模
铝合金
程序名
设备名称
设备型号
夹具名称
O0001
数控立式铣床
XK6325B
平口钳
工步号
加工内容
刀具编号
刀具规格及名称
主轴转速（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量（mm）
备注
1
铣平面
T01
φ80面铣刀
800
100
0.5
自动
2
粗铣内轮廓
T02
φ10键槽铣刀
1500
100
3.5
自动
3
粗铣外轮廓
T03
φ10立铣刀
1500
100
2.5
自动
4
钻φ10孔
T04
φ10麻花钻
1000
50
3
自动
5
精铣内轮廓
T02
φ10键槽铣刀
3000
50
0.5
自动
6
精铣外轮廓
T03
φ10立铣刀
3000
50
0.5
自动
刀具卡片
（六）走刀路线的确定及切削用量的选择详解
1.走刀路线的确定
走刀路线的安排是工艺分析中一项重要的工作，它是编程的基础。
确定走刀路线时，应考虑加工表面的质量、精度、效率以及机床等情况。
与数控车床比较数控铣床加工刀具轨迹为空间三维坐标，一般刀具首先在工件轮廓外下降到某一位置，再开始切削加工，针对不同加工的特点，应着重考虑以下几个方面：
（1）顺铣和逆铣的选择
铣削有顺铣和逆铣两种方式，如图2-1。
当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。
因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。
精铣时，应尽量采用顺铣。
当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。
因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。
粗铣时，应尽量采用逆铣。
a）顺铣b）逆铣
图2-1顺铣与逆铣
（2）铣削外轮廓的进给路线
①铣削平面零件外轮廓时
一般采用立铣刀侧刃切削。
刀具切入工件时应沿切削起始点的延伸线逐渐切入工件，保证零件曲线的平滑过渡。
在切离工件时，也要沿着切削终点延伸线逐渐切离工件，如图2-2所示。
②当用圆弧插补方式铣削外整圆时
如图2-3，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动至少一个刀具半径的距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。
图2-2外轮廓加工刀具的切入和切出图2-3外圆铣削
（3）铣削内轮廓的进给路线
①铣削封闭的内轮廓表面
若内轮廓曲线不允许外延（图2-4a所示），刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。
当内部几何元素相切无交点时（图2-4b所示），为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口,刀具切入、切出点应远离拐角。
②当用圆弧插补铣削内圆弧时也要遵循从切向切入、切出的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线（图2-5所示）提高内孔表面的加工精度和质量。
ab
a若内轮廓曲线不允许外延b当内部几何元素相切无交点时
图2-4内轮廓加工刀具的切入和切出
图2-5内圆铣削
（4）铣削内槽的进给路线
内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹槽。
一律用平底立铣刀加工，刀具圆角半径应符合内槽的图纸要求。
图2-6所示为加工内槽的三种进给路线。
图2-6a和图2-6b分别为用行切法和环切法加工内槽。
两种进给路线的共同点是都能切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复进给的搭接量。
不同点是行切法的进给路线比环切法短，但行切法将在每两次进给的起点与终点间留下残留面积，而达不到所要求的表面粗糙度；用环切法获得的表面粗糙度要好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计算稍微复杂一些。
采用图2-6c所示的进给路线，即先用行切法切去中间部分余量（粗加工），最后用环切法环切一刀光整轮廓表面（精加工），既能使总的进给路线较短，又能获得较好的表面粗糙度。
图2-6凹槽加工进给路线
（5）铣削曲面轮廓的进给路线
铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。
所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。
对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线，如图2-7所示发动机大叶片，当采用图a所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。
当采用图b所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度较高，但程序较多。
由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。
图2-7曲面加工的进给路线
（6）孔加工走刀路线
对于位置度要求较高的孔加工，精加工时一定要注意各孔的定位方向要一致，即采用单向趋近定位点的方法，以避免传动系统反向间隙误差或测量系统的误差对定位精度的影响。
如图2-8a所示的孔系加工路线，在加工孔D时，X轴的反向间隙将会影响C、D两孔的孔距精度。
如改为图2-8b所示的孔系加工路线，可使各孔的定位方向一致，提高孔距精度。
图2-8孔系加工方案比较
2.切削用量的选择
切削用量选择是工艺处理的重要内容，包括吃刀量（背吃刀量和侧吃刀量）、（主轴转速）切削速度和进给速度，三者之间必须相互适合，才能获得最佳切削效果。
（1）切削用量的选择原则
选择铣削用量的顺序是：
首先确定背吃刀量、然后选择进给量、最后确定切削速度。
粗加工：
以生产效率为主要目的，首先应选择尽可能大的切削深度，将粗加工余量在一次进给中切完，然后，选用刀具性能允许的较大进给量，最后根据机床刚性确定与所选吃刀量和进给量适合的切削速度。
精加工：
以保证加工精度为主要目的，其切削深度已经很小，不需要再作选择，进给量根据加工精度选择，切削速度以刀具耐用度为主要选择依据，必须保证刀具在连续完成全部表面精加工过程中的磨损量不致影响零件加工精度。
（2）切削用量选择方法
①切削速度
实际应用中，铣削速度是在一定切削条件（工件材料、加工阶段、切削深度、进给速度）下，所使用刀具材料允许的速度。
切削速度一般用经验估算进行选择，参数见表1.
（表1）铣削加工常用切削速度Vc参考值（单位：
mm/min）
工件材料
铸铁
钢及其合金
铝及其合金
刀具材料
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
铣
粗铣
10-20
40-60
15-25
50-80
150-200
350-500
精铣
20-30
60-120
20-40
80-150
200-300
500-800
镗
粗镗
20-25
35-50
15-30
50-70
80-150
100-200
精镗
30-40
60-80
40-50
90-120
150-300
200-400
钻孔
15-25
--
10-20
--
50-70
--
扩孔
通孔
10-15
30-40
10-20
35-60
30-40
--
沉孔
8-12
25-30
8-11
30-50
20-30
11
铰孔
6-10
30-50
6-20
20-50
50-75
--
攻螺纹
2.5-5
--
1.5-5
--
5-15
--
切削速度的选择步骤如下：
a.选择切削速度Vc根据加工工序、工件及刀具材料按（表1）选择
b.计算主轴转速n计算公式如下：
n=1000Vc/ΠD
式中，n为主轴转速（r/min）,D为铣刀直径（mm）。
②进给速度
进给速度是刀具沿进给方向移动的速度。
铣削进给速度用进给量表示，主要有三种形式：
a.每齿进给量af
b.每转进给量f
c.每分钟进给Vf
三者之间的关系为f=zaf（mm/r）Vf=afZn（mm/min）
式中，z为铣刀齿数，n为铣刀转速（r/min）,af为每齿进给量（mm/z）,可按（表2）取值
（表2）数控铣削每齿进给量af经验值（mm/z）
工件材料
每齿进给量af（mm/z）
粗铣
精铣
高速铣刀
硬质合金铣刀
高速铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.1-0.15
0.1-0.25
0.02-0.05
0.1-0.15
铸铁
0.12-0.2
0.15-0.3
数控铣削编程时，一般以每分钟进给量为进给速度参数，其选择步骤如下：
a.选择每齿进给量af根据加工工序、工件及刀具材料按（表2）选取
b.计算每分钟进给量Vf由公式Vf=afZn
附：
在确定工作进给速度时，要注意一些特殊情况。
例如，在高速进给的轮廓加工中，由于工艺系统的惯性在拐角处易产生“超程”和“过切”现象，如图2-9所示。
因此，在拐角处应选择变化的进给速度，接近拐角时减速，过了拐角后加速。
a超程b过切
图2-9拐角处的超程和过切现象
③吃刀量
a.背吃刀量又称切削深度，是平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸（mm）
b.侧吃刀量又称切削宽深度，是垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸（mm）
④吃刀量的选择
a.背吃刀量根据工件加工深度、方向、余量和表面加工精度要求确定。
当加工余量小于刀具可承受的吃刀深度时，应尽量一次进给铣去全部加工余量，一般可按（表3）所示的经验值选取。
（表3）数控铣削常用背吃刀量ap经验值（单位:
mm）
工件材料
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
粗铣
精铣
粗铣
精铣
铸铁
5-7
0.5-1
10-18
1-2
钢
﹤225HBS
﹤5
﹤12
225-325HBS
﹤4
﹤7
325-425HBS
﹤3
﹤4
b.侧吃刀量根据工件加工宽度、方向、余量确定。
机床刚性允许时，应尽量一次进给铣去全部加工余量。
一般取铣刀直径的0.6--0.9倍
“45钢洛氏硬度HRC﹤28，即布氏硬度HBS﹤274”
举例：
粗加工某零件的外轮廓，工件材料为45钢，刀具为10的高速钢的四刃立铣刀，确定切削用量方法如下：
切削用量（1.吃刀量；2.切削速度；3进给速度）
解：
1.吃刀量（①背吃刀量，即切深；②侧吃刀量）
1背吃刀量：
根据工件材料刀具材料查表3得
背吃刀量ap=4mm
2侧吃刀量：
一般取铣刀直径的0.6--0.9倍
侧吃刀量ac=（0.6-0.9）X10取ac=8mm
2.查表1知切削速度Vc=15-25mm/min取Vc=20mm/min
主轴转速n=1000Vc/ΠD=1000*20/3.14*10=636r/min取n=700r/min
3.查表2知每齿进给速度af=0.1-0.15取af=0.12
每转进给f=af*z=0.12*4=0.48mm
每分钟进给Vf=af*z*n=0.12*4*700=336mm取300mm
则我们选用的切削深度为4mm切削宽度为8mm，主轴转速为700r/min，进给速度为300mm/分钟
四、小结与提问：
数控铣削加工对象有哪些？
零件工艺分析包括哪些方面？
常用夹具的种类有哪些？
平口钳的选用要注意哪些？
铣削加工中走刀路线的安排方法？
切削用量的选择方法？
课题名称
课题三：
数控铣床加工编程基础知识
（二）
授课时数
2
教学
目标
1．掌握数控铣床的坐标系
2．数控铣床加工程序的结构和常用代码
教学重点
1．搞清楚坐标系的正负方向
2．一个完整程序的组成部分
教学难点
机床坐标系、工件坐标系、编程坐标系的区分及用途
教学方法
讲授
课型
理论
教具（含电教设备）
多媒体、仿真软件
授课后记
授课过程：
一、复习旧知
二、新课引入：
三、.讲解新知：
（一）数控铣床坐标系
1．机床坐标系及运动方向的一般规定
（1）刀具相对于静止的工件运动（刀具走动，工件固定不动）
（2）根据右手笛卡儿直角坐标系
标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：
图3-1 直角坐标系
①伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。
则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。
②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。
③围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向,见图3-1。
（3）坐标轴及运动方向
①Z轴由传递切学动力的主轴决定
②X轴X轴一般是水平的
③Y轴Y轴垂直于X.Z轴
2．坐标系详解
数控铣床坐标系遵循原机械工业部1982年颁布的JB3052—1982标准中制订的原则，数控铣床各坐标轴方向如图3-2。
a数控立式升降台铣床b数控转盘式冲床
图3-2数控铣床坐标系
机床原点机床上设置的一个固定点
编程原点根据被加工零件图样选定的编制零件加工程序的原点
工件原点相应的编程原点在机床坐标系的位置
①机床坐标系原点
在数控铣床上，机床原点一般由机床导轨上一固定点作参考点来确定，如图3-3（a）所示。
图中O1即为立式数控铣床的机床原点，O1点位于X、Y、Z三轴正向移动的极限位置。
图3-3数控铣床原点
②工件坐标系原点（编程原点）
在零件上选定一特定点为原点建立坐标系，该坐标系为工件坐标系。
坐标原点是确定工件轮廓的编程和接点计算的原点，叫工件原点，也叫编程原点。
工件坐标系也叫编程坐标系。
如图3-3（b）中所示的O2点。
编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，并考虑到编程的方便性，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用数控机床相应的坐标轴方向一致。
③加工原点
加工原点也称程序原点。
是指零件被装卡好后，相应的编程原点在机床原点坐标系中的位置。
在加工过程中，数控机床是按照工件装卡好后的加工原点及程序要求进行自动加工的。
加工原点如图3-3（a）中的O3所示。
加工坐标系原点在机床坐标系下的坐标值X3.Y3.Z3，即为系统需要设定的加工原点设置值。
因此，编程人员在编制程序时，只要根据零件图样确定编程原点，建立编程坐标系，计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装卡的实际位置。
对加工人员来说，则应在装卡工件、调试程序时，确定加工原点的位置，并在数控系统中给予设定（即给出原点设定值），这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。
（二）数控铣床加工程序的结构和常用代码
1．数控铣床加工程序的结构
一个完整的数控铣程序由程序开始部分、程序内容、程序结束3部分组成。
（1）程序的开始（程序名/程序号）
程序号为程序的开始部分，也是程序的开始标记，供在数控装置存储器中的程序目录中查找、调用。
程序号一般由地址码和四位编号数字组成。
常见的程序定义地址码为O、P或%。
FANUC系统和国产的系统一般都用大写字母“O”。
（2）程序内容
程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。
每个程序段又由若干个字组成，每个字由地址码和若干个数字组成。
指令字代表某一信息单元，代表机床的一个位置或一个动作。
（3）程序结束
程序结束一般由辅助功能代码M02（程序结束指令）或M30（程序结束后自动返回程序开始）组成。
2．程序段中的字的含义
（1）程序段格式
程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的书写规则。
目前常用的是字地址可编程序段格式，它由语句号字、数据字和程序段结束符号组成。
每个字的字首是一个英文字母，称为字地址码，字地址码可编程序段格式如下所示。
程序段的常见格式
N10G01X100.Y100.Z50.F100M08；
字地址码可编程序段格式的特点是：
程序段中各自的先后排列顺序并不严格，不需要的字以及与上一程序段相同的继续使用的字可以省略；每一个程序段中可以有多个G指令或G代码；数据的字可多可少，程序简短，直观，不易出错，因而得到广泛使用。
（2）程序段序号简称顺序号
通常用数字表示，在数字前还冠有标识符号N，现代数控系统中很多都不要求程序段号，程序段号可以省略。
（3）准备功能
准备功能简称G功能，由表示准备功能地址符G和数字组成，如直线插补指令G01，G指令代码的符号已标准化。
G代码表示准备功能，目的是将控制系统预先设置为某种预期的状态，或者某种加工模式和状态，例如G00将机床预先设置为快
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