任务认识数控机床教案.docx

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任务认识数控机床教案

教案

学校名称

授课教师

授课班级

授课时间

授课形式

讲授分析讨论

授课课题名称

任务一：

认识数控机床

教学目的

1知道数控机床的组成部分及各部分的基本功能。

2知道数控机床主要类型及特点。

3知道数控机床安全操作规程。

4能正确判别数控机床的各坐标轴的正方向。

5能正确进行数控机床的开关机。

6会数控机床基本操作。

教学重点

能正确判别数控机床的各坐标轴的正方向；数控机床的安全操作规程

教学难点

会数控机床基本操作。

主要教学方法

讲授法

教学器材准备

车间：

数控设备现场

教学安排与过程设计（含课时分配）

约10分钟

约10分钟

约45分钟

约10分钟

布置学生作业练习约15分钟

教学过程：

一、课程介绍

介绍本专业特点及从业方向和岗位群。

二、引入新课题

为了提高加工效率，降低加工当中人为因素所造成的制约生产质量的原因。

最早由美国在50年代提出的生产新型设备（数字设备）到现在形成规模化、成熟化的数控设备——数控机床。

三、教学内容

1数控机床。

就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液等）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。

2数字控制（NumericalControl），简称NC，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称作数控机床。

3计算机数控（ComputerNumericalControl），简称CNC。

现代数控系统是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为CNC系统，这样的机床一般称为CNC机床。

总之，数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物，从狭义的方面看，数控一词就是“数控机床”的代名词，从广义的范围来看，数控技术本身在其他行业中有更广泛的应用，称为广义数字控制。

数控机床就是将加工过程的各种机床动作，由数字化的代吗表示，通过某种载体将信息输入数控系统，控制计算机对输入的数据进行处理，来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床加工出所需要的工件，其过程见下图。

数控机床的组成

1．1输入、输出装置

1．2数控装置

1．3伺服系统

1．4检测反馈系统

1．5机床本体

数控机床分类

1数控车床

2数控铣床

3加工中心

4数控钻床

5数控磨床

6数控电火花成形机床

7数控线切割机床

数控机床的坐标系和运动方向的规定

A：

为什么要建立机床坐标系？

机床坐标系的规定在数控设备上，机床执行机构的动作是由数控装置来控制的，

为了确定机床上的运动方向和移动的距离，这就需要建立一个坐标系，这个坐标系

就称为机床坐标系。

建立机床坐标系的一般原则

（1）刀具相对于静止工件而运动的原则这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近

工件还是工件移近刀具的情况下，就可依据零件图样，确定设备的加工过程。

（2）坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系，规定了X、Y、Z三个直角坐标轴的方向，这

个坐标系的各个坐标轴与设备的主要导轨相平行。

（3）运动的正方向数控设备的某一部件运动正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。

B：

各坐标轴运动方向的确定

首先确定Z坐标轴Z坐标轴是由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线相平行的坐标轴即

为Z坐标轴。

其次确定X坐标轴X坐标轴是水平的，它平行于工件的装夹面，且平行于主要的切削方向。

最后依据迪卡尔坐标系确定Y轴。

附加轴：

围绕X轴旋转的轴称为A轴；围绕Y轴旋转的轴称为B轴；围绕Z轴旋转的轴称

为C轴；

机床原点、机床参考点

机床原点（称为机床零点）

是机床上设置的一个固定的点，即机床坐标系的原点。

它在机床装配、调试时就已调整好，一般情况下不允许用户进行更改。

机床原点是数控机床进行加工运动的基准点，该点一般设在刀具远离工件的极限点处，即坐标正方向的极限点处，并由机械挡块确定其具体的位置，也就是说该点确定了机床运动的极限位置。

机床参考点

对于大多数数控机床，开机第一步总是先使机床返回参考点（即所谓的机床回零）。

开机回参考点的目的就是为了建立机床坐标系，该坐标系一经建立，只要机床不断电，将永远保持不变，且不能通过编程来对它进行改变。

机床参考点是数控机床上一个特殊的点，该点一般位于靠近机床零点的位置，机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定，其值可以是零，如果其值为零则表示机床参考点和机床零点重合，如果其值不为零，则机床开机回零后显示的机床坐标系的值即是系统参数中设定的距离值。

数控机床的安全操作规程

1、工作前认真检查电网电压、油泵、润滑、油量是否正常，检查压力、冷却、油管、刀具、工装夹具是否完好，并作好机床的定期保养工作。

2、机床通电启动后，先进行机械回零操作，然后试运转5分钟，确认机械、刀具、夹具、工件、数控参数等正确无误后，方能开始正常工作。

3、认真查验程序编制、参数设置、动作排序、刀具干涉、工件装夹、开关保护等环节是否完全无误，以免循环加工时造成事故、损坏刀具及相关部件。

严格按操作流程进行试切对刀，调试完成后要做好程序保护工作。

4、自动循环加工时，应关好防护拉门，在主轴旋转同时需要进行手动操作时，一定要使自己的身体和衣物远离旋转及运动部件，以免将衣物卷入造成事故。

5、主轴装刀操作一定要在机械运动停止状态下进行，并注意和协作人员间的配合，以免出现事故。

在手动换刀或自动换刀时，要注意刀库及刀具等的安装位置，身体和头部要远离刀具回转部位，以免碰伤。

对加工中心机床，还应注意检查刀库刀套号与刀具号间的对应关系，以防止刀库刀号混乱造成换刀干涉或加工撞刀事故。

6、工件装夹时要夹牢，以免工件飞出造成事故，完成装夹后，要注意将卡盘扳手及其它调整工具取出拿开，以免主轴旋转后甩出造成事故。

7、机床操作者应能够处理一般性报警故障，若出现严重故障、应迅速断电、并保护现场，及时上报，并做好记录。

8、工作完毕后，应将机床导轨、工作台擦干净，并认真填写工作日志。

9、在实训时，应该穿好工作服、戴好工作帽、扣好衣、袖的钮扣。

避免造成不必要人身事故。

四、小结

1、机床的组成结构。

2、坐标轴的判断及运动方向的规定

五、布置作业

安排实训课题：

熟悉机床的手动操作（通过手动操作可见坐标轴的运动方向）；

熟悉数控车床的开关机过程；

板书设计

认识数控机床

（一）数控机床的组成部分及作用描述

（二）机床原点及参考点的作用

（三）通过图例辅助讲解

教学后记（反思）

教案

学校名称

授课教师

授课班级

授课时间

授课形式

讲授分析讨论

授课课题名称

任务二：

台阶轴的加工

教学目的

1、会合理选择工件坐标系。

2、能掌握G00、G01编程格式。

3、会使用绝对编程或相对编程。

4、会编制台阶轴的精加工程序。

5、会调用程序加工。

6、会安全文明生产。

教学重点

编制零件的精加工程序

教学难点

程序的结构组成

主要教学方法

用辅助教具讲解

教学器材准备

视情况使用挂图（自制）

教学安排与过程设计（含课时分配）

约10分钟

约10分钟

约45分钟

约10分钟

布置学生作业练习约15分钟

教学过程：

一、复习旧课

讲评实训课题。

二、引入新课题

在生产过程中，如何让机床能懂得操作者的目的且能正确按操作者的想法加工出符合图纸要求的零件——程序编制。

三、教学内容

数控程序编制的基本知识

1、数控编程的概念

在普通机床上加工零件，一般要由工艺员按照零件图样制定零件的加工工艺规程。

然后由操作者按工艺规程进行零件加工。

也就是说零件的加工过程是由人来完成的。

而在数控设备上加工零件时，则首先要进行程序编制，将加工零件的加工顺序，工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数（主运动和进给运动速度、背吃刀量等）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、切削液开关、工件夹紧与松开等）等加工信息，用规定的数字、符号组成的代码，按照一定的格式编写成加工程序单，并将程序单的信息记录在控制介质上，然后输入到数控装置。

数控装置再将输入的信息进行运算处理后转换成驱动伺服机构的指令信号（脉冲信号），最后由伺服机构控制机床的各种动作，自动地加工出零件来。

我们将从零件图的分析到制成控制介质的全部过程称为数控程序的编制，简称数控编程。

2、数控编程的内容与步骤

2．1．数控编程的内容

一般说来，数控编程的主要内容有：

分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件的加工程序单、制作控制介质、校对检查程序和首件试切。

2．2．数控编程的步骤．

数控编程的步骤一般如图所示。

3、数控编程的分类方法

数控编程的方法有手工编程和自动编程两种。

程序结构

程序的组成如下图所示：

程序号

每个存储在零件存储器中的程序都需要指定一个程序号来加以区别，这种用于区别零件加工程序的代号称为程序号。

程序号是加工程序的识别标记，因此同一机床中的程序号不能重复。

程序号写在程序的最前面，必须单独占用一行。

FANUC系统程序号的书写格式为O﹡﹡﹡﹡，其中O为地址，其后为四位数字，数值从O0000到O9999，在书写时其数字前的零可以省略不写。

如O0020可写成O20。

另外，需要注意的是，O0000到O8000以后的程序号，有时在数控系统中有特殊的用途，因此在普通数控加工程序中应尽量避免使用。

程序内容

程序内容是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床的全部动作。

程序结束

程序结束通过M代码来实现，它必须写在程序的后面。

可以用作程序结束标记的M代码有M02和M30，它们代表零件加工主程序的结束。

为了保证最后程序段的正常执行，通过要求M02（M30）也必须单独占一行。

程序段的基本格式

程序段是程序的基本组成部分，每个程序段由若干个数据字构成，而数据字又由表示地址的英文字母、特殊文字和数字构成。

如G01、X100等。

通常情况下，程序段格式有字—地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式、固定程序段格式三种。

字—地址程序格式如下：

绝对坐标系与增量（相对）坐标系

刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是以相对于固定的坐标原点O给出的，即称为绝对坐标。

该坐标系称为绝对坐标系。

如下左图所示，A、B两点的坐标均以固定的坐标原点O计算的，其值为：

A（X=12.0，Z=10.0）、B（X=37.0，Z=30.0）。

相对坐标系

刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是相对于前一位置（或起点）来计算的，即称为增量（或相对）坐标，该坐标系称为增量坐标系。

如图2-7所示，A、B两点的坐标分别以原点O和O1（A点坐标）为计算的。

其值为：

A（U=12.0，W=10.0）、B（U=25.0，W=20.0）。

在FNAUC车床系统中绝对编程用X、Z表示；增量编程用U、W来表示。

这种好处在于编程时可以进行坐标的混编。

G功能、M功能介绍

1、快速点定位指令G00

G00X（U）---------Z（W）-----------；

说明：

X、Z为目标点的绝对坐标。

U、W为目标点相对于上一点的位移量

当用绝对值编程时，刀具分别以各轴的快速进给速度运动到工件坐标系（编程坐标系）X、Z点。

当用增量值编程时，刀具以各轴的快速进给速度运动到距离现有位置为X、Z的点。

刀具整个运动轨迹一般不是直线，而是两条线段的组合。

注：

使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，忽略这一点，就容易发生碰撞，而在快速状态下的碰撞就更加危险。

例题略

2、直线插补指令G01

直线插补指令是直线运动指令。

它命令刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动。

G01指令是模态（续效）指令。

书写格式是：

1、G01X（U）----------Z（W）---------F----------；

说明：

X、Z：

为目标点的绝对坐标。

U、W：

为目标点相对于上一点的位移量。

F：

为加工时的进给速度。

例题略

G01附加功能

（1）直线倒圆

格式：

G01X---R---F----

G01Z---R---F----

说明：

X轴向Z轴过渡倒圆（凸弧）R值为负，Z轴向X轴过渡倒圆（弧）R值为正。

编程示例。

如图所示：

（2）直线倒角

格式：

G01X----C---F---

G01Z----C---F---

说明：

倒直角用指令C，其符号设置规则同倒圆角相同。

提示：

自动过渡倒直角和圆角指令用于精加工编程时，会带来方便，但应注意符号的正负要正确，否则会发生不正确的动作。

另外，某些FANUC系统倒直角采用I和K指令来表示C值，其效果是一样。

另：

初使用G01指令时不要漏写F值，否则会和G00的效果一样。

四、小结

1、程序的组成结构。

2、编写零件的精加工过程。

五、布置作业

安排实训课题项目：

工作名称：

对刀

工作目标：

1、能准确安装刀具；

2、能正确地调整刀具；

3、能在指导下完成刀具对刀；

4、能进行安全操作；

板书设计

（一）程序的组成格式

（二）示例讲解第一组代码G00、G01意义

教学后记（反思）

教案

学校名称

授课教师

授课班级

授课时间

授课形式

讲授分析讨论

授课课题名称

任务三：

圆弧轴的加工

教学目的

6、说出绝对编程与增量编程的区别。

7、会合理设定换刀点。

8、会合理选择F、S、T。

9、能掌握G02、G03的使用格式。

10、会编写圆弧轴的加工程序。

6、会安全文明生产。

。

教学重点

编制零件的圆弧精加工程序

教学难点

圆弧加工的判断及使用

主要教学方法

用辅助教具讲解

教学器材准备

视情况使用挂图（自制）

教学安排与过程设计（含课时分配）

约10分钟

约10分钟

约45分钟

约10分钟

布置学生作业练习约15分钟

教学过程：

一、复习旧课

讲评实训课题对刀过程。

二、引入新课题

构成零件的几何形状由点、线、面组成；圆弧也是一种线条，在数控当中如何表述这种线条呢？

三、教学内容

圆弧插补指令G02、G03

编程格式G02X～Z～R～F～G02X～Z～I～K～F～

G03X～Z～R～F～或G03X～Z～I～K～F～

说明：

X、Z:

在绝对和增量编程时都表示为圆弧终点坐标。

R:

为圆弧半径X

I、K:

表示圆弧起点到圆心的增量坐标

F:

为加工圆弧时的切削速度

第一种格式为半径编程；第二种格式为圆心编程

G02为按指定进给速度的顺时针圆弧插补。

G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补。

圆弧顺逆方向的判别：

沿着第三坐标轴，由正方向向负方向看，顺时针方向G02，逆时针方向G03，

XY平面圆弧ZX平面圆弧

YZ平面圆弧

编程示例：

O0003

N10T0101;

N20M03S800;

N40G00X0Z1.0;

N50G01X0.Z0.F100;

N60G01X10.0Z0.;

N70G03X20.0Z-5.0R5.0;

N80G01X20.0Z-20.0;

N90G02X30.0Z-25.0R5.0;

N100G00X100.0Z100.0;

N120M05;

N130M30;

加工工艺的简单介绍

对刀点和换刀点的确定

在前面我们介绍了数控车床的编程原点。

编程原点选定后，就应把各点的尺寸换算成以编程原点为基准的坐标值。

为了在加工过程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值来计算坐标值。

在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。

“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点，由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”。

对刀点的选择原则：

1便于用数字处理和简化程序编制；

2在机床上找正容易，加工中便于检查；

3引起的加工误差小。

编程示例：

如右图所示图样编写程序

工艺过程：

1、设备选择：

卧式数控车床

2、材料准备：

￠30*60MM尼龙棒

3、刀具准备：

55度或35度的硬质合金机夹偏刀。

4、确定加工路线：

A----B----O----C----D-----E-----F-----G-----A

5、切削用量的选择：

吃刀深度：

本例中不考虑；切削速度：

100mm/分；主轴速度：

800转/分。

6、计算各点坐标：

A点坐标（60，50）；B点坐标（0，5）；O点坐标（0，0）；

C点坐标（10，-5）；D点坐标（10，-15）；E点坐标（20，-20）；F点坐标（20，-25）；G点坐标（30，-25）；

7、程序的编制

O0004

N10T0101；//调用1号外圆刀

N20M03S800；//主轴正转

N30G00X60.0Z50.0;//刀具快速定位到A点

N40G00X0.Z5.0；//由A点快速定位于B点

N50G01X0.Z0.F100.；//由B点插补到O点

N60G03X10.0Z-5.0R5.0;//由O点圆弧插补到C点

N70G01X10.0Z-15.0；//由C点直线插补到D点

N80G03X20.0Z-20.0R5.0；//由D点圆弧插补到E点

N90G01X20.0Z-25.0；//由E点直线插补到F点

N100G01X30.0Z-25.0；//由F点直线插补到G点

N110G00X60.0Z50.0；//由G点快速退回到换刀点A

N130M05；//主轴停转

N140M02（或M30）//程序结束

四、小结

1、程序的组成结构。

2、编写零件的精加工过程。

五、布置作业

安排实训课题项目：

工作名称：

简单零件加工

工作目标：

1、能独立准确安装、调整刀具；

2、能独立完成刀具对刀；

3、能编制简单程序并加工；

4、能进行安全操作；

板书设计

（一）圆弧的组成格式及判断

（二）示例讲解第一组代码G02、G03意义

教学后记（反思）

教案

学校名称

授课教师

授课班级

授课时间

授课形式

讲授分析讨论

授课课题名称

任务四：

车削带圆弧、槽的轴

教学目的

1、利用多重复合固定循环简化编程。

2、利用多重复合固定循环完成毛坯料粗车。

3、利用多重复合固定循环完成零件的精车加工。

教学重点

利用多重复合固定循环简化编程。

教学难点

粗、精加工路线分析

主要教学方法

用辅助教具讲解

教学器材准备

挂图：

自制

教学安排与过程设计（含课时分配）

约10分钟

约10分钟

约45分钟

约10分钟

布置学生作业练习约15分钟

教学过程：

一、复习旧课

讲评实训课题。

二、引入新课题

在生产过程中，为提高程序的可读性、优化程序往往会使用一些特定的指令用以

简化程序，以减少手工编写程序的工作量。

各类数控系统都提供此类的特定的指令用

以实现程序的简化，此类指令称为固定循环加工。

三、教学内容

G71——外径粗车循环、

1．1概述：

G71指令称之为外径粗车固定循环，它适用于毛坯料粗车外径和粗车内径。

在G71指令后描述零件的精加工轮廓，CNC系统根据加工程序所描述的轮廓形状和G71．指令内的各个参数自动生成加工路径，将粗加工待切除余料切削完成。

1．2格式：

G71U（△d）R（e）

G71P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）FxxSxxTxx

式中△d——每次循环的切削深度（半径值、正值）；

e——每次切削退刀量；‘

ns——精加工描述程序的开始循环程序段的行号；，-

nf——精加工描述程序的结束循环程序段的行号；

△u——X向精车预留量；．

△w——Z向精车预留量o

1．3G71指令段内部参数的意义（如图1所示）：

CNC装置首先根据用户编写的精

加工轮廓，在预留出X和Z向精加工余量△u和△w后，计算出粗加工实际轮廓的各个坐

标值。

刀具按层切法将余量去除（刀具向X向进d，切削外圆后按e值45度退刀，循环切

削直至粗加工余量被切除）。

此时工件斜面和圆弧部分形成台阶状表面，然后再按精加工轮

廓光整表面最终形成在工件X向留有△u大小的余量、Z向留有△w大小余量的轴。

粗加

工结束后，可使用G70指令完成精加工。

1．4其他说明：

1）当△d和△u两者都由地址U指定时，其意义由地址P和Q决定。

2）粗加工循环由带有地址P和Q的G71指令实现。

在A点和B点间的运动指令中指

定的F、S和T功能对粗加工循环无效，对精加工有效；而在G71程序段或前面程序段中

指定的F、S和T功能对粗加工有效。

3）用恒表面切削速度控制时，在A点和B点间的运动指令中指定的G96或G97无效，

而在G71程序段或以前的程序段中指定的G96或G97有效。

4）X向和Z向精加工余量△u和△w的符号如图2所示。

1．5提示：

1）有别于O系列其他版本，0i／0iMATE系统中，G71指令可用来加工有内凹结构的工件。

2）G71用于加工内孔，△u和△w符号如图2所示。

3）第一刀走刀有且仅应有X方向走刀动作。

4）循环起点的选择应在接近工件处，，以缩短刀具行程，避免空走刀。

图1图2

1．6编程示例：

1）G71指令加工工件外形如图4-13所示

O0006

N10T0101;

N20G0X46.0Z1.5S500M3;

N30G71U2.0R0.5；//每层切深2mm，退刀0.5mm

N40G71P50Q120U0.3W0.1F0.2；//X向单边精加工余量0.3mm，Z向0.1mm。

粗切进给量0.2mm／r

N50G0X0.0F0.15S800;//精加工进给量0.15mm／r。

精加工转速为800r／min

N60G01Z0.;

N70G03X15.Z-4.R10.;

N80G01Z-15.;

N90G01X30.Z-30.;

N100G01Z-42.;

Nl10G02X36.Z-45.R3.;

N120G01X46.;

N130G70P50Q120;//调用精加工循环

N140G00X100.Z100.;//刀具回退到安全位置

N150M30;

图3

2）G71指令加工带有根切的工件如图4所示

O0007

N10T0101//55度菱形外圆车刀

N20G0X46.Z1.S500M3;

N30G7lU1.5R0.5;

N40G71P50Q120U0.3W0.1F0.15;

N50G0X11.Z1.F0.1S800;

N60G1X16.Z-1.5;

N70Z-