数控车实训教案.doc

课题：数控机床概述教学目的：数控机床概述 教学重点：认识数控车床教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：1、 数控机床概述 （一）数控机床的产生与发展 1数控技术与数控机床 2数控机床的产生和发展 （1）柔性制造系统。 （2）计算机集成制造系统。（二）数控机床的组成及加工原理 1数控机床的组成 （1）控制介质与程序输入输出设备。 （2）数控装置。 （3）伺服系统。 （4）辅助控制装置。 （5）机床本体与传统的普通机床相比，数控机床机械部件具有以下几个优点： 采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，机械传动装置得到简化，传动链较短。 数控机床的机械结构具有较高的动态特性、动态刚性、阻尼精度、耐磨性以及抗热变性。 较多地采用高效传动件，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等。2数控机床的加工原理（1）数控机床的加工过程。（2）数控转换与译码过程。 译码 刀补运算 插补计算 PLC控制CNC系统的数据转换过程 课题：绪论 教学目的：认识数控车床 教学重点：数控车床的分类教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：（一）数控车床的分类1按车床主轴的配置形式分类 （1）卧式数控车床。 （2）立式数控车床。2按数控系统控制的轴数分类 （1）两轴控制的数控车床 （2）四轴控制数控车床 （3）多轴控制数控机床3按数控系统的功能分类（1）经济型数控车床（简易数控车床） （2）全功能型数控车床 （3）精密型数控车床 （4）车削加工中心4按伺服系统的控制方式分类 （1）开环伺服系统。（2）闭环伺服系统。 （3）半闭环伺服系统。开环控制伺服驱动示意图 闭环控制伺服驱动示意图 半闭环控制伺服驱动示意图 （二）数控车床的加工对象及加工特点1数控车床的加工对象（1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件加工。（2）高精度零件加工。（3）淬硬工件的加工。（4）高效率加工。2数控车床的加工特点（1）适应性强（2）加工精度高（3）生产效率高（4）减轻劳动强度，改善劳动条件（5）有利于生产管理（6）不足之处（三）数控车床的主要技术参数及系统功能1数控车床的主要技术参数项 目参 数项 目参 数机床型号CAK6150DJ刀架的最大X向行程250mm 数控系统FANUC 0i Mate-TC刀架的最大Y向行程890mm 最大工件回转直径f500mm主轴电动机功率11kW最大车削直径f300mmX轴电动机功率1.2kW最大车削长度f850mmZ轴电动机功率1.2kW滑板上最大车削直径f280mm主轴转速范围22220、71710、215200r/min主轴通孔直径f70mm主轴转速级数3挡、无极变速刀架工位数4最大移动速度X、Z向均为20m/min刀架转位时间3s主轴前端锥孔锥度1202数控系统的主要功能（1）主轴功能。 同步进给控制。 恒线速度控制。 最高转速控制。（2）多坐标控制功能。（3）自动返回参考点功能。（4）螺纹车削功能。（5）辅助编程功能。（6）插补功能。（7）辅助功能。（8）刀具功能。（9）补偿功能。（10）图形显示功能。（11）自诊断功能。（12）通信功能。数控车削加工坐标系 教学目的：认识数控车床加工坐标系 教学重点：数控车床的分类教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：（一）标准坐标系及运动方向命名规则1机床相对运动的规定2坐标系的规定3运动方向的规定右手笛卡尔直角坐标系 （二）机床原点与机床参考点1机床原点2机床参考点数控车床的机床坐标系与机床原点 数控车床的参考点与机床原点 （三）工件坐标系的建立1编程坐标系2工件坐标系的建立确定编程原点 数控车床工件坐标系的建立 数控车削编程基本知识 教学目的：数控编程的内容及方法 教学重点：工艺方案教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：（一）数控编程的内容及方法1数控编程的内容（1）分析零件图样，制定工艺方案。（2）数值计算。（3）编写零件加工程序。（4）制备控制介质。（5）程序校验和首件试切。2数控编程的方法（1）手工编程（2）自动编程数控编程的内容和步骤 （二）数控程序的结构与格式1数控加工程序的组成结构（1）程序号（2）程序内容（3）程序结束2程序段格式（1）程序段号（2）程序字（3）程序段结束 数控车床操作基础 教学目的：数控编程的内容及方法 教学重点：工艺方案教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：（一）数控车床的操作步骤与操作规程1数控车床的操作步骤（1）开机（2）各坐标轴回参考点（3）程序编辑（4）调试程序（5）对刀设定刀具参数和工件坐标系（6）试切工件（7）批量加工（8）清理机床，关机2数控车床的操作规程3数控车床的日常维护（二）数控车床的操作面板1系统操作界面 2面板各键说明（1）键盘说明（2）屏幕显示区（3）机床操作面板CAK6150DJ数控车床操作面板 系统控制面板 机床操作面板 （三）CAK6150DJ数控车床的基本操作1开机2手动操作3MDI运行 （四）数控车床的程序编辑1创建程序2字的插入、替换和删除（五）对刀和刀具补偿值设定1试切法对刀建立工件坐标系2磨耗补偿参数设定 刀具补正/形状画面 刀具补正/磨耗画面 （六）试运行与自动加工1机床锁住和辅助功能锁住2空运行3单程序段4跳步执行程序5自动运行（七）安全操作1报警3超程2紧急停止基础阶台轴的工艺设计、编程与加工 教学目的：对台阶轴的工艺分析 教学重点：数控编程教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：图2-1 台阶轴图2-1所示为阶台轴，已知材料为45#热轧圆钢，毛坯为f38125mm棒料。要求制定零件的加工工艺，编写零件的数控加工程序，并通过数控仿真加工调试、优化程序，最后进行零件的加工检验。2.2 相关知识2.2.1 阶台轴车削工艺 2.2.2 数控车床的编程特点2.2.3 数控系统功能 2.2.4 轴类零件加工编程基本指令 2.2.5 轴类零件加工编程单一循环指令2.2.6 轴类零件编程实例 1 轴类零件的结构工艺特点图2-2 轴的种类2 轴类零件加工的主要问题 轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而存在差异，而轴的工艺规程的编制是生产中经常遇到的工作。 轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。 轴类零件加工的典型工艺路线如下：毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削。3 主要技术要求 （1）尺寸精度 。 （2）几何形状精度 。 位置精度。 表面粗糙度。 4 定位基准的选择 对实心的轴类零件，精基准面就是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对于空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。加工阶段的划分 轴类零件加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。轴类零件的加工基本上划分为下列3个阶段（1）粗加工阶段毛坯处理：毛坯备料、锻造和正火；粗加工：锯去多余部分，车端面、钻中心孔和荒车外圆等。（2）半精加工阶段半精加工前热处理：对于45#钢一般采用调质处理以达到220240HBS； 半精加工：车工艺锥面（定位锥孔），半精车外圆端面和钻深孔等。（3）精加工阶段精加工前热处理：局部高频淬火；精加工前各种加工：粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等；精加工：精磨外圆和内外锥面以保证轴最重要表面的精度。5 加工顺序的安排和工序的确定 轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。当零件加工用的粗、精基准选定后，加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的工序准备好所用的定位基准。6 轴类零件常用的装夹方法如下。7 （1）在三爪卡盘自定心卡盘上装夹。8 （2）在两顶尖之间装夹。 9 （3）用一夹一顶方式装夹。 10 （4）用三爪自动夹紧拨盘装夹工件。 轴类零件的装夹与定位方法8 轴类零件加工的刀具选择 轴类零件数控车削的表面主要有外圆、端面以及沟槽和切断。轴类零件数控车削常用的刀具有外圆车刀和外圆切刀，如图2-4所示。（a）车削外圆 b）车削端面 （c）切槽和切断图2-4 轴类零件车削（1）外圆车刀的选择 轴类零件数控车削一般要分粗、精加工阶段来完成，而各加工阶段对刀具的要求是不同的。轴类零件数控加工常用外圆机夹可转位车刀。（2）车刀的装夹注意事项 数控车刀的装夹首要原则是在不干涉前提下，尽可能短的刀杆悬伸，一般以不超过刀柄厚度的1.5倍为宜。 数控车床和数控车刀制造时对中心高的要求很高，一般车刀装夹时不需要垫刀片，应该能保证中心高。装夹时注意保证刀杆底面及侧面与刀座的定位面要贴合。 压紧（锁紧）及螺钉拧紧时不要用增力工具（如管子、活扳手）等，螺钉上应使用高温涂料。（3）切断刀的选择 切断刀的几何形状和角度如图2-5所示。（4）切刀的装夹 切刀装夹时应注意如下两点。 切刀伸出刀架不宜过长，刀头中心线必须装得与工件轴线垂直，以保证两副偏角相等、主切削刃与工件轴线平行。 切断实心工件时，切刀刀尖必须装得与工件轴线等高。9 轴类零件切削用量的选择 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速s或切削速度v、进给速度或进给量f。这些参数均应在数控车床给定的允许范围内选取。切削用量的具体数值应根据所选择的机床性能、相关手册并结合实际经验确定。10 阶台阶台轴的车削方法分低台阶车削和高台阶车削两种方法，如图2-6所示。轴的车削走刀路线 图2-6 阶台轴车削方法11 轴类工件的测量 阶台轴检验时的常用测量工具有游标卡尺（见图2-7）和外径千分尺（见图2-8）。图2-7 游标卡尺 1下量爪 2内量爪 3尺身 4螺钉 5游标 6深度尺图2-8 外径千分尺1尺架 2固定量杆 3测微螺杆 4锁紧装置 5测力装置 6微分筒基础阶台轴的工艺设计、编程与加工 教学目的：了解数控车床的编程特点 教学重点：数控编程方式的选择 教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容：1 直径编程方式 在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值一般采用直径编程。因为被加工零件的径向尺寸在测量和图样上标注时，一般用直径值表示，采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。2 绝对坐标与增量坐标 FANUC数控系统的数控车床，是用地址符来指令坐标字的输入形式的，在一个程序段中，可以采用绝对值编程或增量值编程，也可以采用混合编程。地址符X、Z表示绝对坐标编程，地址U、W表示增量坐标编程。3 具有固定循环加工功能 由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，加工时需要多次走刀，为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环功能，可自动进行多次重复循环切削。4 进刀和退刀方式 切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。如图2-9所示。图2-9 切削起始点的确定数控系统的功能 教学目的：学习准备功能G指令 教学重点：数控简单G指令 教学难点：无教学方法：讲授法教学学时：2学时教学内容： 准备功能也叫G功能或G代码。它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。G代码由地址G和后面的两位数字组成，从G00G99共100种。G指令主要用于规定刀具和工件的相对运动轨迹（即插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种加工操作。不同的数控系统，G指令的功能不同，编程时需要参考机床制造厂的编程说明书。2 辅助功能（M功能） 辅助功能也叫M功能或M代码。辅助功能是用地址M及两位数字表示的。它主要用来表示机床操作时各种辅助动作及其状态。 3 主轴功能（S功能） （1）恒线速取消（G97）。编程格式：G97 SG97是取消恒线速度控制的指令。 （2）恒线速度控制（G96）。编程格式：G96 SS后面的数字表示的是恒定的线速度：单位为m/min。G96是恒线速度控制的指令。（3）主轴最高速度限定（G50）。编程格式：G50 S G50除有坐标系设定功能外，还有主轴最高转速设定功能，即用S指定的数值设定主轴每分钟的最高转速。 4 F功能（进给功能） （1）每转进给量（G99）。编程格式G99 F F后面的数值表示主轴每转刀具的进给量，单位为mm/r。如：G99 F0.2，表示进给量为0.2mm/r。（2）每分钟进给量（G98）。编程格式G98 F F后面的数值表示刀具每分钟的进给量，单位为mm/min。如：G98 F200表示进给量为200mm/min。5 刀具功能T 编程格式：T T功能指令用于指定加工所用刀具和刀具参数。T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。 2.2.4 轴类零件加工编程基本指令 1 工件坐标系设定指令G50 编程格式：G50 X Z ；该指令是规定刀具起刀点（或换刀点）至工件原点的距离。坐标值X、Z为起刀点刀尖（刀位点）相对于加工原点的位置。在数控车床编程时，所有X坐标值均使用直径值，例如图2-11所示，设置工件坐标系的程序段如下：G50 X128.7 Z375.1;执行该程序段后，系统内部即对（X128.7 Z375.1）进行记忆，并显示在显示器上，这就相当于在系统内部建立了一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系。图2-11 坐标系设定指令G502 公制/英制变换（G21、G20） G20指令坐标尺寸以英制输入。G21指令坐标尺寸以公制输入。3 快速点位运动指令G00 功能：控制刀具以点位控制方式，从刀具当前点快速移动到目标点，其移动速度由机床参数来设定。编程格式：G00 X（U）Z（W）； 式中：X、Z为刀具移动的目标点坐标。X、Z为绝对坐标，