《数控车实训》教案与教学设计.docx
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《数控车实训》教案与教学设计
数控车实训教学设计
课程名称：
专业技能实训（数控车）
主讲教师：
梁苏
2014年～2015年第二学期
教学设计方案
课程学时
60
授课班级1：
数控专业2014级1班
授课班级2：
数控专业2014级2班
课程性质
公共必修课（）公共选修课（）专业必修课（√）专业选修课（）
课程类型
理论课（）实践课（）理实一体课（√）
课程定位
本课程主要培养学生熟悉数控机床安全操作规程并提高学生的安全文明生产意识；掌握数控常用G代码、M代码指令的用法以及熟练应用；培养并提高学生的编程与数控加工工艺分析能力；通过典型产品的制作和调试，培养学生的制造能力、检测能力，并逐步具备零件的工艺改进与编程设计能力。
涵盖了一部分数控中级工技能需掌握的基本理论与实操知识。
前修课程：
“数控加工工艺与编程”、“机械制图”、“普通机械加工”等。
后续课程：
“毕业实践项目”、“CAD/CAM”
考核方式
考试（）考查（√）考证（）
教材及
参考教材
教材：
数控车床操作及考证培训（自编教材）
主要参考书：
（1）数控车工加工中心操作工（中级），沈建峰机械工业出版社
（2）数控机床编程与操作模块化教程赵华许杰明主编清华大学出版社
（3）数控机床操作工职业技能鉴定指导，周虹人民邮电出版社
课时分配
序号
授课章节
课时
第1次
项目一数控车床基本操作和安全教育
2
第2次
项目二门轴的加工
2
第3次
项目三圆弧手柄的加工
2
第4次
项目四定位销的加工
2
第5次
项目五螺杆的加工
2
第6次
项目六加工设计图样
2
第7次
项目七自主设计图形
2
备注：
1、课时分配可根据项目、情境设计，也可根据教材篇章组织，一般是2节课为1次课。
2、表格内的字体为“仿宋，小四”。
第1次
授课章节
项目一数控车床的基本操作
授课日期
2015年09月5日
授课课时
2
2015年9月7日
教学目标
1.熟悉数控机床安全操作规程并提高学生的安全文明生产意识
2.熟悉数控车床的操作（如：
熟悉机床面板操作和加工指令）
3.了解常用指令的用途
教学内容
基本内容：
1.数控机床安全操作规程
2.数控车床操作
3.熟悉常用指令的用途重点：
注意安全，文明操作
难点：
提高学生的安全文明生产意识；数控机床的基本操作
教学方法
复习：
5分钟；教师讲解：
10分钟；思考讨论：
5分钟；
学生讲解：
5分钟；学生练习：
150分钟；布置作业：
10分钟；
布置下次课预习内容：
5分钟；
教学手段
多媒体√模型□实物□挂图□音像□实训√其他□
教
学
过
程
任务1
常用按键功能位置
熟悉机床面板
20
任务2
分配工件刀具
在工件上对刀
100
任务3
现场解答
完成外圆的加工
30
作业
1.开机，机床回零，熟悉操作面板，关机
2.对刀，设置工件坐标
课后体会
授课主要内容
项目一数控机床的基本操作
一数控机床安全操作规程
1.进入实训中心实习时，要穿好工作服，袖口要扎紧，衬衫要系入裤内。
女同学要戴安全帽并将发辫纳入帽内。
不得穿凉鞋、拖鞋、高跟鞋、背心、裙子和戴围巾进入车间。
2.工作场地严禁打闹，上机床操作前严禁饮酒，如发现反常现象或身体不适（如头晕等）不能上机床操作。
3.数控机床开关机顺序一定要按照机床说明书的规定操作，开机后必须完成返回机床参考点操作。
4.机床运转时，头部不要离工件太近，手和身体不能靠近正在旋转的工件。
5.主轴启动前一定要关好防护门，程序运行期间严禁打开防护罩。
6.机床动转时，不能进行测量，不能用手接触工件。
7.手动对刀时，应该选择合适进给速度，使用手脉时，动作要均匀，同时注意掌握好进刀与退刀方向，切勿搞错。
手动换刀时刀架离工件要有足够的转位距离。
8.操作人员必须按照机床各项操作的加工参数编制加工程序，加工程序必须严格检查后方可运行。
9.加工过程中如发现异常危机可按[急停]按钮，以保证人身和设备的安全。
10.机床发生事故后操作者要保留现场，并叫老师过来查看。
11.不得随意修改数控系统内部制造厂家参数。
12.工作完后，应切断电源，清扫切屑，擦净机床，在导轨面上，加注润滑油，各部件应调整到正常位置，打扫现场卫生，填写设备使用记录。
二、学习数控车床操作
操作数控机床的流程为：
认识GSK980TD系统数控车床的操作面板
认识GSK980TD系统数控机削机床操作之前先来认识一下其操作面板，它由CRT显示器与MDI面板、机床控制面板、手持盒等组成。
图1-1所示为显示器与MDI面板。
图1-1显示器与MDI面板
（一）机床控制面板
1.工作方式
工作方式选择旋钮见上图，具体各工作方式的功用参见表1-2
表1-2各工作方式的功用
表1-2各工作方式的功能
方式选择
进入编辑模式，用于直接通过操作面板输入数控程序和编辑程序。
进入自动加工模式。
可自动执行存储在NC里的加工程序。
进入MDI模式，手动输入并执行指令。
手动方式，工作台连续移动。
手轮移动方式，手摇脉冲发生器生效
手动快速模式。
工作台快速移动
回零模式。
进入单段模式。
2.手动进给速度倍率开关
以JOG手动或自动操作各轴的移动时，可通过调整此开关来改变各轴的移动速度。
在JOG手动移动各轴时，其移动速度等于外圈所对应值×3；在自动操作运行时，其移动速度等于内圈所对应值%×编程进给速度F。
3.手摇脉冲发生器（图1-7）
在手轮操作方式下，通过图1-6中的选择坐标轴与倍率旋钮（×1、×10、×100分别表示一个脉冲移动0.001mm、0.010mm、0.100mm），和运行选定的坐标轴。
图1-2手动进给倍率开关图1-3手摇脉冲发生器
4.进给轴选择按钮开关
JOG方式下，按下欲运动轴的按钮，被选择的轴会以JOG倍率进行移动，松开按钮则轴停止移动。
5.紧急停止按钮
运动中遇到危机的情况，立即按下此按钮，机械将立即停止所有动作；欲解除时，顺时针方向旋转此钮（切不可往外硬拽，以免损坏此按钮），即可恢复待机状态。
6.操作功能
操作功能的具体内容参见表1-4
表1-4操作功能
按钮
功能
功能说明
循环启动按钮
在自动运行和MDI方式下使用，按下此按钮后可进行程序的自动运行。
进给保持按钮
在自动运行和MDI方式下使用下，按下按钮进行程序的自动运转,若按下此键程序暂停,再次按下按钮程序继续自动运行。
单程序段开关
该指示灯亮时，在自动运行状态下仅执行单节的程序段动作。
选择性停止开关
该指示灯亮时，当M01已被输入程序中，则程序执行到M01后，程序暂停，工作台停止运动。
空运行开关
该指示灯亮时，以手动进给倍率开关（图1-6）所设定的进给速度替换原程序所设定的进给速度F。
程序段跳转开关
运行到程序段前加“/”的程序段时仍会执行。
机床闭锁开关
指示灯亮时,机床三轴被锁定，无法移动而程序指令的坐标仍会显示。
主轴正转
指示灯亮时,主轴正转。
主轴反转
指示灯亮时,主轴反转。
主轴停止
指示灯亮时,主轴停止转动。
三、熟悉常用指令的用途
课堂作业（实操）：
1.开、关机与返回参考点操作
2.对刀和设置工件坐标
课后作业（理论）：
1.回顾今天学习的内容，并了解刀具的用途及结构。
2.预习G、M指令的用法，了解其它指令的作用及特点。
第2次
授课章节
项目二门轴的加工
授课日期
2015年09月10日
授课课时
2
2015年09月13日
教学目标
1.了解数控车床的常用指令代码功能并熟练应用
2.提高数控加工的操作技能
3.能在数控车床上加工出合格的零件
教学内容
基本内容：
1.熟悉数控机床常用G代码、M辅助功能指令的用法和合理设置F、S、D、H等指令参数
2.练习阶梯轴加工
3.示范车床类零件在数控车床上的加工过程
4.学生在数控车床上完成工件，达到图纸要求
5.掌握M03G00G01G99G98等指令的用法
难点：
1.M03G00G01G99G98等指令的用法
2.数控车床的基本对刀
教学方法
复习：
5分钟；教师讲解：
10分钟；思考讨论：
5分钟；
学生讲解：
5分钟；学生练习：
150分钟；布置作业：
10分钟；
布置下次课预习内容：
5分钟；
教学手段
多媒体√模型□实物□挂图□音像□实训√其他□
教
学
过
程
任务1
分配工件刀具
对刀
20
任务2
检查程序解决报警
完成工件的半精加工和精加工
100
任务3
现场解答
如何提高加工的精度
30
作业
1.了解刀具与实际机削选择的参数
2.练习加工阶梯轴
课后体会
授课主要内容
项目二门轴的加工
阶梯轴零件
技术要求：
1.锐角倒钝
2.未注公差按IT14标准执行
3.表面不得磕碰
4.未注圆角小于或等于R0.5mm
门轴
比例
数量
材料
图号：
01
1：
1
1
塑料棒
姓名
日期
中山火炬职业技术学院
评分
编程就是把零件的外形尺寸、加工工艺过程、工艺参数、刀具参数等信息，按照CNC专用的编程代码编写加工程序的过程。
数控加工就是CNC按加工程序的要求，控制机床完成零件加工的过程。
数控加工的工艺流程如下图：
一编程基本知识
（一）坐标轴定义
下图为数控车床示意图
图2-1
GSK980TDa使用X轴、Z轴组成的直角坐标系，X轴与主轴轴线垂直，Z轴与主轴轴线方向平行，接近工件的方向为负方向，离开工件的方向为正方向。
按刀座与机床主轴的相对位置划分，数控车床有前刀座坐标系和后刀座坐标系，图1-4为前刀座的坐标系，图1-5为后刀座的坐标系。
从图中可以看出，前、后刀座坐标系的X轴方向正好相反，而Z轴方向是相同的。
在以后的图示和例子中，用前刀座坐标系来说明编程的应用。
图2-2前刀座的坐标系图2-3后刀座的坐标系
（二）数车对刀
GSK980TDa的刀具功能（T代码）具有两个作用：
自动换刀和执行刀具偏置
图2-4
二、确定数控加工工艺及工装方案
（一）零件结构及技术要求分析
1.零件的毛坯尺寸为φ30X70
2.零件要求精度较低。
（二）数控切削工艺工装分析
1.用三瓜卡盘装夹，至少伸出55mm，以免加工中车到盘口。
2.加工方法：
第一次装夹中完成所有图形加工。
3.提供刀具：
90度外圆车刀
（三）数控加工工序卡片如表2-1所示
数控加工工序卡片：
表2-1工艺卡片
数控加工工序卡片
工序号
工序内容
1
槽类加工
中山火炬职业技术学院
零件名称
材料
夹具名称
使用设备
阶梯轴
塑胶棒
三瓜卡盘
数控车床
工步号
程序号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速/（r.min-1）
进给速度/（mm.min-1）
背吃刀量/mm
备注
1
O0001
车外圆
1
自选
600
0.1
1
2
编制
审核
第页
共页
三、编写基于GSK980TD数控系统的数控加工程序
（一）快速定位G00
代码格式：
G00X（U）Z（W）；
代码功能：
X轴、Z轴同时从起点以各自的快速移动速度移动到终点，如图2-5所示。
两轴是以各自独立的速度移动，短轴先到达终点，长轴独立移动剩下的距离，其合成轨迹不一定是直线。
代码说明:
G00为初态G代码；
X、U、Z、W取值范围为-9999.999～+9999.999mm；
X（U）、Z（W）可省略一个或全部，当省略一个时，表示该轴的起点和终点坐标值一致；
同时省略表示终点和始点是同一位置，X与U、Z与W在同一程序段时X、Z有效，U、W无效。
代码轨迹图：
C点为A点快速移动到B点的中间点
图2-5
示例：
刀具从A点快速移动到B点。
图2-6
G0X20Z25；（绝对坐标编程）
G0U-22W-18；（相对坐标编程）
G0X20W-18；（混合坐标编程）
G0U-22Z25；（混合坐标编程）
（二）直线插补G01
代码格式：
G01X（U）_Z（W）_F_；
代码功能：
运动轨迹为从起点到终点的一条直线。
轨迹如图2-7所示。
代码说明:
G01为模态G代码；
X、U、Z、W取值范围为-9999.999～+9999.999mm；
X（U）、Z（W）可省略一个或全部，当省略一个时，表示该轴的起点和终点坐
标值一致；同时省略表示终点和始点是同一位置。
F代码值为X轴方向和Z轴方向的瞬时速度的矢量合成速度，实际的切削进给速度为进给倍率与F代码值的乘积；
F代码值执行后，此代码值一直保持，直至新的F代码值被执行。
（三）取零件上右端面的中心为工件坐标系原点，图中标注的坐标以此为原点。
课题一观察数控程序的构成
O0001;程序名（以O开头后接4位数）
G99G97;一组初始状态
M03S1000M08;设定主轴转速及打开切削液
T0101；换刀和执行刀偏
程序头G00X100M08;主轴提升到安全位置
Z0;检查对刀的正确与否
……………
程序体G01X-12.5Y12.5F400;
……………
M09;关闭切削液
程序尾M05;主轴停止转动
M30;程序结束并返回程序头
学习机床运动控制指令
图2-1G00/G01运动形式图2-2G02/G03运动形式
台阶轴具体程序的编写，为学生自己完成。
四、上机操作完成工件的加工
（1）数控车床开机和返回参考点。
（2）装夹工件。
保证工件伸出卡盘长度足够，主轴旋转时不晃动（圆跳动小）。
（3）程序优化。
根据验证程序结果，对刀具运动轨迹和加工参数进行优化。
（4）安装刀具、对刀。
X、Z向对刀（试切对刀）
按
键。
按
键，输入M03S600;按
键，再按键，使主轴正转。
在手动
方式下摇动手轮使车刀沿工件外圆试切一刀，保持X坐标不变，仅+Z方向退刀，且测量试切直径。
按下
键，在对应的刀补上输入测量值。
移动车刀在工件的右端平一下端面，保持Z坐标不变，仅（+X）方向退刀。
按
键，在对应的Z轴刀补上输入Z0。
这种方法操作简便、直观，对刀精度高。
（5）先单段试加工，后自动加工。
加工时，随时注意观察加工运行情况，适当调整主轴速度和进给速度，保证加工正常。
（6）尺寸测量。
（7）加工结束。
松开三瓜卡盘，卸下零件，去毛刺倒钝，打扫清理数控机床。
小结：
1.刀具的进刀点应选择适当，避免进刀时因位置不当造成过切和撞刀
2.加工前应注意对工件加工程序的检查
3.粗加工或半精加工时，切削热量大。
因此，切削液的作用应以冷却散热为主。
精加工时，为了获得良好的已加工表面质量，切削液应以润滑为主。
第3次
授课章节
项目三圆弧手柄加工
授课日期
2015年09月18日
授课课时
2
2015年09月21日
教学目标
1.提高学生手工编程能力
2.熟练数控机床的操作（如：
进刀与退刀方式）
3.能在数控车床上加工出合格的零件
教学内容
基本内容：
1.熟练G02、G03、指令功能的用法
2.练习加工圆弧轴零件：
难点：
轴类零件的手工编程；进刀与退刀的方式。
教学方法
复习：
5分钟；教师讲解：
10分钟；思考讨论：
5分钟；
学生讲解：
5分钟；学生练习：
150分钟；布置作业：
10分钟；
布置下次课预习内容：
5分钟；
教学手段
多媒体√模型□实物□挂图□音像□实训√其他□
教
学
过
程
任务1
熟练G02、G03指令功能的用法
手工编程
30
任务2
数控机床的操作（如：
进刀与退刀方式）
操作及手工编程
90
任务3
现场解答
如何提高对刀的精度
10
任务4
要求每组自评
每组组员互相对数
20
作业
1.了解进刀与退刀的方式及其应用
2.熟悉G02、G03指令功能的用法
3.加工圆弧轴零件
课后体会
授课主要内容
项目三圆弧手柄加工
其零件示意图，零件加工效果如下表所示
圆弧手柄
比例
数量
材料
图号：
02
1：
1
1
塑料棒
姓名
日期
中山火炬职业技术学院
评分
一、编程基本知识
（一）圆弧插补G02、G03
代码功能：
G02代码运动轨迹为从起点到终点的顺时针（后刀座坐标系）/逆时针（前刀座坐标系）圆弧，轨迹如图3-1所示。
G03代码运动轨迹为从起点到终点的逆时针（后刀座坐标系）/顺时针（前刀座坐标系）圆弧，轨迹如图3-2所示。
代码轨迹图：
图3-1G02轨迹图图3-2G03轨迹图
代码说明：
G02、G03为模态G代码；
R为圆弧半径，取值范围-99999.999～99999.999mm；
I为圆心与圆弧起点在X方向的差值，用半径表示，取值范围-9999.999～9999.999mm；
K为圆心与圆弧起点在Z方向的差值，取值范围-9999.999～9999.999mm。
圆弧中心用地址I、K指定时，其分别对应于X，Z轴。
I、K表示从圆弧起点到圆心的矢量分量，是增量值；如图3-3所示。
I＝圆心坐标X－圆弧起始点的X坐标（半径值）；K＝圆心坐标Z－圆弧起始点的Z坐标；
图3-3
圆弧方向：
G02/G03圆弧的方向定义，在前刀座坐标系和后刀座坐标系是相反的，见图3-4：
图3-4
注意事项：
当I=0或K=0时，可以省略；但代码地址I、K或R必须至少输入一个，否则系统产生报警；
I、K和R同时输入时，R有效，I、K无效；
R值必须等于或大于起点到终点的一半，如果终点不在用R代码定义的圆弧上，系统会产生报警；
地址X（U）、Z（W）可省略一个或全部；当省略一个时，表示省略的该轴的起点和终点一致；同时省略表示终点和始点是同一位置，若用I、K指令圆心时，执行G02/G03代码的轨迹为全圆（360°）；用R指定时，表示0度的圆；
建议使用R编程。
当使用I、K编程时,为了保证圆弧运动的始点和终点与指定值一致，系统按半径
运动；
若使用I、K值进行编程，若圆心到的圆弧终点距离不等于R（R＝
），系统会自动调整圆心位置保证圆弧运动的始点和终点与指定值一致,如果圆弧的始点与终点间距离大于2R，系统报警。
R指令时，可以是大于180°和小于180°圆弧，R负值时为大于180度的圆弧，R正值时为小于或等于180度的圆弧；
示例：
从直径Φ45.25切削到Φ63.06的圆弧程序,图3-5。
图3-5
二、确定数控加工工艺及工装方案
（一）零件结构及技术要求分析
1.零件的毛坯尺寸为Φ30X60mm。
2.零件要求精度较低。
（二）数控切削工艺工装分析
零件的右端表面中心定义为编程坐标系原点
1.工装：
用三瓜卡盘装夹，工件伸出卡盘45mm，以免加工中车到盘口。
2.加工方法：
第一次装夹中完成所有图形加工。
3.提供刀具：
90度外圆尖刀
数控加工工序卡片如表3-1所列。
表3-1工艺卡
数控加工工序卡片
工序号
工序内容
1
槽类加工
中山火炬职业技术学院
零件名称
材料
夹具名称
使用设备
槽类加工
有机玻璃
平口钳
数控机床
工步号
程序号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速/（r.min-1）
进给速度/（mm.min-1）
背吃刀量/mm
备注
1
O0001
圆弧加工
1
自选
800
0.1
1
2
3
4
编制
审核
第页
共页
三、编写基于GSK980TD数控系统的数控加工程序
取零件上右端面的中心为工件坐标系原点，图中标注的坐标以此为原点。
具体程序的编写如表2-7所示。
表2-7程序
程序
注解
O0001
程序名
N010
G99G00G97T0101;
N020
M03S800;
主轴正转，转速1000
N030
G0X40Z5；
快速定位
N040
G01X0Z0F0.1；
靠近工件
N050
G03U24W-24R15;
切削R15圆弧段
N060
G02X26Z-31R5；
切削R5圆弧段
N070
G01Z-40;
切削ф26
N080
X40Z5;
返回起点
N090
M05;
N100
M30;
程序停止并返回至程序头
说明：
1.画整圆时必须采用“I—J—”方式；
2.画大于半圆时若采用“R—”方式时，R取负值。
四、上机操作完成工件的加工
数控车床开机和返回参考点。
装夹工件。
安装刀具、对刀。
验证程序：
（图形模拟验证）
（5）程序优化。
根据验证程序结果，对刀具运动轨迹进行优化。
（6）先单段试加工，后自动加工。
加工时，随时注意观察加工运行情况，适当调整主轴速度和进给速度，保证加工正常。
（7）尺寸测量。
（8）加工结束。
松开卡盘，卸下零件，去毛刺倒钝，打扫清理数控机床。
小结：
1.刀具的进刀点应选择适当，避免进刀时因位置不当造成过切
2.加工前应注意对工件加工程序的检查
第4次
授课章节
项目四定位销的加工
授课日期
2015年09月27日
授课课时
2
2015年09月30日
教学目标
1.巩固前面的知识，灵活运用各种指令功能，提高手工编程技巧
2.提高数控加工的操作技能
教学内容
基本内容：
1.掌握G90、切槽刀刀具的用法及进刀、退刀的方式，子程序
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