数控车削加工一体化教学教案.docx

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数控车削加工一体化教学教案

数控教学备课教案实例

教学内容

备注数控中级到高级总课时480

数控的概述及安全（30课时）

教学目的：

1：

让学生了解什么是数控

数控的发展：

数字控制机床（NumericallyControlledMachineTool）简称数控NC

（1） 数控（NC）阶段（1952-1970年）这个阶段经历的三代。

第一代数控：

1952—1959年采用了电子管元件构成的专用数控装置（NC）；第二代数控：

1959—1964年采用了晶体管电路的NC装置；第三代数控：

1965—1970年采用了小、中规模集成电路的NC装置。

（2）计算机数控（CNC）阶段（1970—现在）。

第四代数控：

1970—1974年采用了大规模集成电路的小型通用计算机控制系统（CNC）；第五代数控：

1974—1990年微处理器应用于数控系统；第六代数控：

1990年以后PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已经发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，数控系统从此进入了基于PC（PC—BASED）时代。

（3）数控系统的介绍：

典型数控系统简介

  日本FANUC，MITSUBISHI；德国SIEMENS、HEIDENHAIN；西班牙FAGOR等。

  我国的有：

华中数控、航天数控等。

2：

让学生掌握安全规定及实训守则

（1） 数控安全操作教育实习纪律规章制度：

警钟长鸣，安全第一，生命无法重赖，安全不能忘怀。

一次意外，终身遗憾，老师忠告，请重视您的实训安全。

（实训手册数控车床操作规程21页）

（2） 数控车床的日常维护和保养（实训手册24页内容）

（3） 数控车床常见操作故障（举例说明常见数控车床的鼓掌以及解决方法：

A换刀超时B保险开关跳C程序参数丢失D坐标混乱等

（4）    职业道德（国家规定相应的职业人员思想道德标准以及相应的法律规定）

（5）    数控车工国家职业技能鉴定标准

    教学方法

讲解

举例

布置作业

背安全规定及实训守则

学生掌握情

记录

第一节数控车床基础知识（36课时）

教学过程

    备注理论知识结合实际操作

一|教学目的：

1让学生了解数控车床的结构及工作原理

2重点介绍CNC系统

3简单了解PLC结构及原理

二、教学重点：

让学生准确地选择机床的移动方向

三.教学难点：

机床移动时的倍率把握

教学内容：

（1）    数控车床的组成及结构

1CNC装置（CNC单元）  CNC装置是数控机床的核心部件。

组成：

计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。

作用：

根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地工作.

2伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置

主轴伺服驱动装置和主轴电机

进给伺服驱动装置和进给电机

3测量装置  

位置和速度测量装置。

以实现进给伺服系统的闭环控制。

作用  保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：

进给运动指令：

实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。

主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）

4PLC（ProgrammableLogicController）、机床I/O电路和装置

PLC：

用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量I/O控制，它由硬件和软件组成；

机床I/O电路和装置：

实现开关量I/O控制的执行部件，即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路；

功能：

接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应开关动作

接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。

机床：

数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。

机床

    组成：

由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）

    教学方法：

1、提问

2、举例讲解

3、讲授

4、直观法

引导学生的学习兴趣

学生掌握情况

记录

第二节数控机床的MDI面板与对刀

教学过程    备注（24课时）

一.教学目的：

1、掌握数控机床的MDI面板与控制面板中每个按钮的含义

2、能熟练地运用控制面板操纵机床并能输入程序

3、让学生体会成功的乐趣激发学生的学习兴趣

二、教学重点：

让学生准确地选择机床的移动方向

三.教学难点：

机床移动时的倍率把握

四.教学过程：

教  学  过  程

（一）、导入新课：

学好数控机床的第一步是什么？

是了解数控机床，下面我们就来讲述数控机床的两个主要面板

（二）、讲授新课：

1、MDI面板：

（1）、[POS]：

坐标键，显示当前光标的位置。

    [ABS]：

绝对坐标。

    [REL]：

相对坐标。

    [ALL]：

既有绝对坐标、又有相对坐标。

（2）、PROG：

程序键

    1、将模式选择钮转到[EDIT]位置，并压下[程序]键，屏幕下面会显示二个功能键：

    [程序]：

此画面可以显示程序，并可对程序进行更改、插入、删除。

    [LIB]：

此画面可以显示程序的目录，目录的内容和数目以及占用的字节数。

2、将模式选择钮转到[MDI]和[MEN]位置，并压下[程序]键，屏幕下  面会显示四个功能键：

    [PRGRM]：

显示当前正在执行的程序。

    [CHECK]：

显示[MEN]状态下刀具的位置和模态数据。

    [CURRNT]：

显示当前程序段的内容。

    [NEXT]：

显示当前正在执行的和下一个程序段的内容。

（3）、OFFSETSETTING：

刀具补偿键

    1、先按OFFSETSETTING键，紧接着按SETTING进入刀具的形状补偿和磨耗补偿。

    2、当对刀具进行形状补偿时，先对刀输入X0或Z0[测量]。

    3、当对刀具进行磨耗补偿时，应输入一数值加[INPUT]。

（4）、SYSTEM：

用于进行系统画面的设定，一般情况下不必进行更改。

（5）、MESSACE：

用以显示报警信息、报警履历和外部数据。

（6）、GRAPH：

可以显示和模拟图形：

（7）、ALTER—替换      （8）、INSERT—插入

（9）、DELETE—删除    （10）、SHIFT—上档键

（11）CAN—取消      （12）、INPUT—输入键

（1）、第一行按键：

（1）、MACHINE  LOCK—机床锁定开关：

当机床锁定开关打开，程序执行时，CRT上的数字会变更，仅机床滑板不会运动，M、S、T机能均照常执行。

（主轴旋转，刀具交换，切削液喷出）

2、DRY  RUN—空运行开关：

当此开关打开时，程序中的F代码无效，滑板以“进给倍率”开关指定的速度移动，。

3、BLOCK—单步运行开关：

此开关按下时，指示灯亮，程序执行为单节操作法，但复合循环机能则会在一个循环结束后才能停止。

4、SKIP—程序段跳过开关：

此开关打开时，对程序开关有“/”的程序段，跳过不执行；但当此开关关闭时，没有任何效果。

6、START—程序起动。

7、HOLD—暂停按钮：

程序停止进给，按START可重新恢复运行。

8、STOP—程序停止

9、LIMTREST—超程释放：

当滑板出现超程报警时，模式开关必须置于手动位置，先按住此键，等到READY灯亮后，方可移动手动按钮。

（2）、第二行按键：

1、CW—此开关在模式置于手动部分时才有作用，用于主轴正转。

2、STOP—此开关在模式置于手动部分时才有作用，用于主轴起动。

程序停止。

3、CCW—此开关在模式置于手动部分时才有作用，用于主轴反转。

4、COOL—冷却液开。

5、TOOL—刀具转位，注意刀具转位时一定要转到规定位置，不能停在途中。

6、COOL—冷却液开。

7、LAMP—机床主轴上方灯亮。

8、READY—当机床滑板出现超程报警时，必须先按LIMTREST按钮，当等到READY灯亮后，方可移动手动按钮。

9、ALARM—机床报警灯。

（3）、左一按键：

1、FEEDRATE  OVERRIDE—在程序自动运行时，由F代码指定的进给速度可以用此开关进行行调整，每格增加10﹪；在点动状态下，进给速度可以在0—1260mm/min范围内调整。

    2、SPINDLE  OVERRIDE—在程序自动运行时，控制主轴的输出倍率。

（4）、左二按键：

    在JOG模式下，控制机床滑板向前后左右运动，如同时按中间的RAPID键则作快速运动。

（5）、中间按键：

    1、MDI模式：

手动程序输入暂时性程序，MDI之程序只能执行一次，执行完后程序自动消失。

  2、MEMORT模式：

自动运行状态，要想使程序自动运行，必须使用该模式。

  3、EDIT模式：

在此模式下可以对程序进行编辑和存取。

  4、HANDLE模式：

在此模式下可以通过手摇轮对滑板进行控制。

  5、JOG模式：

可用JOG按钮控制滑板的移动，移动速度由FEEDRATE  OVERRIDE开关设定。

  6、ZERO  RETURN模式：

用JOG按钮，使X、Z坐标返回机床参考点，对应的ZEROX、ZEROZ灯亮，注意回到机械原点。

（6）、右边按键：

在HANDLE模式，可对滑板的位置进行调节，可选择移动的的坐标轴X、Z，并可选择移动的倍率。

    教学方法

1、讲授

2、实做操作示范

学生掌握情况

记录

第三节数控车床刀具的选择与装夹

教学过程（30课时）

    备注

一、    教学目的：

1、掌握数控机床的常用刀具的切削原理与刀具

2、能根据工件的形状选择刀具

3、掌握提高零件表面粗糙度的措施

二、教学重点：

掌握数控机床的常用刀具的角度选择方法

三、教学难点：

常用刀具的角度选择方法

教  学  过  程

（一）、导入新课：

如何根据零件的形状选择合适的车刀角度？

（二）、讲授新课：

（1）、车刀切削部分的几何参数的选择：

1、正前角平面:

这种刀的特点是结构简单，刀刃锐利，但强度低、传热能力差、切削变形小，不易断屑。

多用于各种高速钢刀具和切削刃形状复杂的成形刀具。

正前角平面带倒棱型：

倒棱的宽度一定要使切削沿前刀面而不是沿负倒棱流出，否则会变为负前角。

倒棱参数在切削塑性材料时为0.5-0.8f，倒棱角度为50-100。

多用于铸锻件或断续加工。

正前角曲面带倒棱型：

这种型式，是在平面带倒棱的基础上，前刀面上又磨出一个曲面，称为卷屑槽或月牙槽。

前刀面形式在粗加工和半精加工中采用较多。

2、前角的选择：

总的原则是“固中求锐”，对于高速钢车刀，加工σ〈800MPa的结构钢前角为200-250，加工σ=800-1000MPa的结构钢前角为150-200；对于硬质合金车刀，加工σ〈800MPa的结构钢前角为150-200，加工σ=800-1000MPa的结构钢前角为100-150。

3、后角的选择：

在粗加工时，以保证刀具强度为主，应取较小的后角，一般取40-60；精加工时以保证表面质量为主，一般取80-120。

高速钢车刀的后角比同类型硬质合金大一些；一般车刀的副后角和主后角取相同的数值，但切断刀受刀头强度限制，副后角较小，一般取1.50-20。

4、主偏角、副偏角的选择：

要根据工件的形状要求合理选择主偏角。

5、过渡刃的选择：

过渡刃可以是直线形也可以是圆弧形，过渡刃的长度要大于走刀量。

6、刃倾角的选择：

当刃倾角为零时，切屑基本朝垂直于主切削刃方向排出；当刃倾角为正时，切屑基本朝待加工表面排出；当刃倾角为负时，切屑基本朝垂直于已加工表面排出。

（2）、影响断屑的因素：

1、断屑槽的形状：

断屑槽的形状直接影响断屑，因为它直接决定了切屑的折断的难易程度。

2、断屑槽的宽度：

断屑槽的宽度要与进给量相适应，太窄切屑不易卷曲；太宽不易折断。

3、断屑槽的斜角：

外斜式，前宽后窄，前深后浅，切屑碰到后刀面上折断，形成C形切屑。

平行式，切屑碰到工件加工表面上折断。

内斜式，前窄后宽，切屑成螺旋状流出。

必须注意，断屑的效果与切削用量有关。

（3）、刀具材料的选择：

YG类硬质合金车刀适用于加工铸铁和有色金属；YT类硬质合金适用于加工钢料。

数控机床对刀具的要求

•    适应高速切削要求。

高速度、大进给是数控加工的特点，数控机床的刀具必须具有良好的切削性能。

•    高的可靠性

•    较高的尺寸耐用度。

刀具在两次调整之间所能加工出合格零件的数量，称为刀具的尺寸耐用度。

•    高精度。

为适应数控机床加工的高精度和自动换刀的要求，刀具及其装夹结构也必须有很高的精度，以保证它在机床上的安装精度和重复定位精度。

•    可靠的断屑及排屑措施

•    刀具的调整、更换方便、快速而且精确

•    符合标准化、模块化、通用化及复合化    

‘教学方法：

实做讲解

举例

讲授

学生掌握情况

记录

第四节  数控车床车削工艺与编程指令

教学过程（48课时）    备注

一：

教学目的：

（1）：

学生能掌握车削的基本机械知识及工艺分析

（2）：

能熟练的分析图样，对各基点的坐标计算

（3）：

合理的正确选择各参数

（4）合理选用刀具，以及对所用刀具的工艺分析。

二教学过程：

工件分析,刀具分析：

（1）    对所加工工件整体工艺分析，然后确定所使用的刀具，把每把刀所加工的部位确定及加工工艺分析透彻，以及合理的参数设定。

（2）    加工部位的刀具始终坐标及各个基点的计算

工艺分析与数值计算

分析零件加工工艺：

•    

（1）确定加工机床、刀具与夹具；

•    

（2）确定零件加工的工艺线路、工步顺序；

•    （3）切削用量（f、s、t）等工艺参数；

数值计算：

（1）根据图纸尺寸及工艺线路的要求：

（2）选定工件坐标系

•    （3）计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；

（4）将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。

教学方法

讲授

举例

学生掌握情况

记录

第五节如何确定机床坐标系与工件坐标系

教学过程（24课时）    备注

１．坐标和运动方向命名的原则

1）刀具相对于静止工件而运动的原则这个原则规定不论数控机床是刀具运动还是工件运动，编程时均以刀具的运动轨迹来编写程序，这样可按零件图的加工轮廓直接确定数控机床的加工过程。

2）标准坐标系的规定标准坐标系是一个直角坐标系，按右手直角坐标系规定，右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三根直角坐标轴的方向，旋转方向按右手螺旋法则规定，四指顺着轴的旋转方向，拇指与坐标轴同方向为轴的正旋转，反之为轴的反旋转。

1.先确定Z轴

        ⑴.主运动轴为Z轴

          ⑵.多个主轴时，垂直于工件装夹平面的为主要主轴，平行于该轴方向的为Z轴

          ⑶.无主轴时，垂直于工件装夹平面的方向为Z轴

          ⑷.刀具远离工件的方向为Z轴正方向

2.再确定X轴：

•    主轴（Z轴）带工件旋转的机床，如车床

            1.  X轴分布在径向，平行于横向滑座

            2.刀具远离主轴中心线的方向为正向

•    主轴（Z轴）带刀具旋转的机床，如铣、钻、镗床

            1.X轴是水平的，平行于工件的装夹平面          

            2.立式：

主轴垂直布置,  由主轴向立柱看，X轴的正方向指向右

            3.卧式：

主轴水平布置,  由主轴向工件看，X轴的正方向指向右

3.最后按右手定则确定Y轴

教学方法

实际操作讲解

讲授

学生掌握情况

记录

第六节数控机床的程序格式

教学过程（6课时）    备注

一、    教学目的：

1、掌握数控机床的程序组成、格式

2、掌握数控编程的的基本指令

二、教学重点：

G指令的内容

教学难点：

G指令的内容及模态代码与非模态代码的划分教  学  过  程

（一）、导入新课：

机床该如何运动？

按程序运动，哪么什么是程序？

程序如何组成？

（二）、讲授新课：

1、程序:

由字母和数字组成，组成程序的字母和数字的含义如下：

（1）、程序名字：

O+四位数字

（2）、顺序号N：

顺序号又称程序段号或程序段序号。

顺序号位于程序段之首，由顺序号字N和后续数字组成。

顺序号字N是地址符，后续数字一般为1～4位的正整数。

数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称，与程序执行的先后次序无关。

数控系统不是按顺序号的次序来执行程序，而是按照程序段编写时的排列顺序逐段执行。

（3）、准备功能字G

  准备功能字的地址符是G，又称为G功能或G指令，是用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。

后续数字一般为1～3位正整数，

见G功能字含义表

（4）、尺寸字

  尺寸字用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。

  其中，第一组X，，Z，U，，W，P，Q，R用于确定终点的直线坐标尺寸；第二组A，B，C，D，E用于确定终点的角度坐标尺寸；第三组I，K用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。

在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。

（5）、进给功能字F

  进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。

对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。

F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。

（6）、主轴转速功能字S

    主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。

单位为r/min。

对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的S指令用来指定车削加工的线速度数。

（7）、刀具功能字T

  刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。

对于数控车床，其后的数字还兼作指定刀具长度补偿和刀尖半径补偿用。

（8）、辅助功能字M

辅助功能字的地址符是M，后续数字一般为1～3位正整数，又称为M功能或M指令，用于指定数控机床辅助装置的开关动作。

    教学方法

重点讲授

学生掌握情况

记录

第七节  数控车程序的编制

教学过程（36课时）    备注

G指令的格式说明

一、    教学目的：

1、掌握数控机床的G指令格式含义

2、能运用G指令进行简单的编程

3、能根据工件的形状选择相应的指令

二、教学重点：

G00、G01、G90、G92指令

三、教学难点：

G27、G28指令的具体体含义

教学过程：

教  学  过  程

（一）、导入新课：

知道了格式，但内容是什么含义？

（二）、讲授新课：

1、坐标系统：

（1）、快速定位：

G00  X（U）  Z（W）

采用G00指令时，刀具的轨迹是一条折线，所以要特别注意刀具与工件间的干涉，必要时可将程序拆成两行。

（2）、直线插补指令：

G01  X（U）  Z（W）F

G01指令中必须指定进给速度F值，并特别注意F指令是一个模态指令，如果跟在G00的后面，且又没有指定F值将是非常危险的。

（3）、圆弧插补：

G02/G03X（U）Z（W）R（I  K）F

G02为顺圆弧，G03为逆圆弧

半径编程时，R为圆弧的半径值；I、K编程时，I、K为圆弧的始点至圆弧中心的矢量的X、Z向的分量，为增量值。

注：

圆弧的终点位置及圆心位置均采用直径编程。

R值为正时表示圆心角小于180°，R值为负时表示圆心角大于180°。

（4）、程序延迟：

G04  X（U）  或P

X（U）后面的数字为带小数点的数，单位为秒；P后面的单位为毫秒。

（5）、公制/英制变换：

G21/G20

G21表示为米制，G20表示为英制，G21/G20指令断电前后一致。

必须在程序的开头的一个独立程序中指定G代码，然后才能输入坐标。

程序中间G20和G21不能相互转换；G20和G21转换时，偏置量相应转换。

（6）、回参考点检测：

G27  X（U）  Z（W）  T0000

使用G27时，必须返回过一次参考点，且取消刀补后G27才有消。

（7）、自动返回参考点：

G28  X（U）  Z（W）  T0000

使用G28时，必须返回过一次参考点，且取消刀补后G28才有消。

（8）、螺纹切削：

G32  X（U）  Z（W）  F  

螺纹切削过程中不能停止进给，一旦停止进给，切深便会加剧，很危险。

例：

图6.2-6

G00X29.4

G32Z-23.F2                ；1循环切削

G00X32

Z4.

  X29.

G32Z-23.F2                ；2循环切削

G00X32.

  Z4.

（9）、刀具半径补偿：

G40、G41、G42

G40--取消刀具半径补偿，按刀具路径进给。

G41--左偏刀具半径补偿，按刀具路径前进方向刀具偏在零件左侧进给。

G42--右偏刀具半径补偿，按刀具路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。

编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。

但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生

（10）、外圆切削循环：

G90  X（U）  Z（W）  R（I）  F

X（U）、Z（W）为终点坐标值，R（I）为锥体的大小端半径差，当起点坐标大于终点坐标时为正，反之为负。

外圆切削循环。

1.U<0,W<0,R<0            2.U>0,W<0,R>0

3.U<0,W<0,R>0              4.U>0,W<0,R<0

（11）、螺纹切削循环指令：

G92  X（U）  Z（W）  I  F

X（U）、Z（W）  螺纹切削的终点坐标值，I螺纹部分半径之差，即螺