数控车床实训教学教案.doc

周 次第1-2教学周实训项目数控车床基础编程实训课时2周教学方法集中教学、示范教学、纠错教学法、警示教学法、辅导教学教学地点数控实训车间教学目标1、 通过理论教学使学生掌握数控车床的指令代码，编制简单掉头轮廓加工程序，掌握编程的基本方法和技巧。2、 通过实训纠错教学使学生掌握数控车床编程指令中容易出错的指令。3、 通过实训警示教学使学生安全规范掌握数控车床的操作。4、 通过实训辅导教学使学生学会独立操作数控车床,完成零件加工。教学重点掌握数控车床指令在编程中灵活应用教学难点掌握数控车床编程基本指令实训教学准备机床准备机床型号运行情况机床数量CK6132良好3台刀具准备名 称规格和材料数 量外圆刀93左偏硬质合金3把切断刀 3mm硬质合金3把螺纹刀60硬质合金3把耗材准备材料名称材料规格（mm）材料数量尼龙棒2510003根工量具准备工量具名称工量具规格（mm）工量具数量游标卡尺01503把学生分组组 号人数（每组）指导老师15人邓 吉25人邓 吉35人邓 吉实训教学过程设计两 周 计 划 表 如 下第一周星期一第1-2节简介数控应用及几年比赛成绩，引起学生学习兴趣第3-4节讲解基本编程指令。星期二第1-2节学习数控车间规章制度，让一个学生演示开机关机步骤，其他学生共同纠错，总结常见错误。第3-4节运用指令编程熟悉操作面板及效验程序。第5-6节外圆刀对刀演示，总结两天问题，逐个辅导，一一突破。星期三第1-2节学习数控车间规章制度，讲解内外径粗加工G71指令。第3-4节课题一编程及加工独立完成。第5-6节总结课题一编程、对刀中常见问题。星期四第1-2节学习数控车间规章制度，讲解切槽编程方法。讲解切槽和切断。第3-4节逐一辅导学生切槽刀装刀，完成课题二编程及加工。第5-6节总结课题二编程、对刀中常见问题。星期五第1-2节学习数控车间规章制度，讲解螺纹G82指令编程方法。第3-4节考核学生编程及对刀，总结本周实训结果第二周星期一第1-2节学习数控车间规章制度，螺纹刀对刀演示。第3-4节螺纹刀对刀联系，完成课题三编程及加工。星期二第1-2节学习数控车间规章制度，讲解调头工件加工工艺及编程方式。第3-4节演示调头工件加工及加工过程中出现问题注意事项。第5-6节课题四调头工件对刀及加工。星期三第1-2节总结对刀及加工中常出现的问题。第3-4节讲解钻孔方式，演示钻孔方法。第5-6节练习钻孔，讲解内孔编程指令。星期四第1-2节演示内镗刀对刀方法。第3-4节课题五对刀及加工。第5-6节根据现有的条件，自己设计考核试题。星期五第1-2节学习数控车间规章制度，加工考核试题。第3-4节相互检测，打分，总结，机床保养。教学过程及内容备注一、实习车间安全操作要求 1、所有同学穿好工作服后方可进入车间，男生不得穿拖鞋、凉鞋、短裤、背心进入实习车间；女生到车间不得穿裙子、高跟鞋、凉鞋和拖鞋，头发必须扎起来，盘好后全部扎入到帽子里。 2、进入车间后听从老师安排，不得私自打开车间内任何电源开关，在老师的指导下才能安全操作机床。 3、机床在操作过程中发生故障或产生不正常现象时应立即停机，保持现场，及时反映给指导老师。 4、严禁在车间内嬉戏打闹、吃东西、违反车间纪律。应严格遵守实习车间作息时间，上课期间不允许外出休息或在车间内随意走动。 5、请假需经班主任同意，持有班主任签字的假条有效。 6、操作机床时必须遵循机加工工艺守则和数控机床加工工艺守则。7、工具量具不可以随意放置，所有工量具必须放在指定的地方。8、机床在开机时应遵循回零-手动-点动-自动的原则，机床运行应遵循低速-中速-高速的运行原则。机床预热运行时间不得少于2-3分钟，当确定无异常情况后，方能操作机床。9、机床上的保险和防护安全装置，不得任意拆卸和移动。应定时查看机床的润滑情况，检查油标、油量是否畅通有油。10、在加工完成之后应清扫机床，保持清洁，将X轴回参考点，Z轴回参考点后，方可切断机床电源。二、分组三、开机关机步骤及注意事项 打开控制面板开关（绿色按键）松开急停回参考点（先回+X，再回+Z）手动方式（或增量方式）下将刀架移动到中间（先移动-Z，再移动-X）。刀位转换。 学生（操作）：打开控制面板开关（绿色按键）松开急停回参考点（先回+X，再回+Z）手动方式（或增量方式）下将刀架移动到中间（先移动-Z，再移动-X）。刀位转换。将编程输入进行程序校验，从而熟习操作面板操作。要点：回参考点应先回+X，观看刀架到安全位置，确定其不会撞到尾座再回+Z，手动方式（或增量方式）下将刀架移动到中间必需要先移动-Z，观看刀架到安全位置，确定其不会撞到尾座再移动-X。第一天第1-2节课 主要内容：学习数控车间规章制度，分组，介绍数控车床，讲解本次实训任务及安排，分组指定机床演示开机关机步骤，及开机注意事项，介绍操作面板。二、数控车床的基本编程。1、数控车床坐标系与原点机床坐标轴为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一的标准，规定直线进给坐标轴用X，Y，Z表示，常称基本坐标轴。X，Y，Z坐标轴的相互关系用右手定则决定，如图1.2.1所示，图中大姆指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。数控车床是以其主轴轴线方向为Z轴方向，刀具远离工件的方向为Z轴正方向。X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向拖板。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。机床原点、参考点、机床坐标系参考点为机床上一固定点，如图3-1所示（O即为参考点）。其固定位置，由X向与Z向的机械挡块及电机零点位置来确定，机械挡块一般设在X、Z轴正向最远位置。当进行回参考点的操作时，装在纵向和横向拖板上的行程开关，碰到挡块后，向数控系统发出信号，由系统控制拖板停止运动，完成回参考点的操作。机床原点也是机床上的一个固定点。车床的机床原点一般定义在主轴旋转中心线与车头端面的交点或参考点上，CK6132车床其机床原点与参考点重合。见 图3-1所示。图3-1 坐标系与原点如果以机床原点为坐标原点，建立一个Z轴与X轴的直角坐标系，则此坐标系就称为机床坐标系。当机床完成回参考点的操作时，即建立机床坐标系。2、程序结构与格式一个完整的零件程序由：文件名+程序名+程序段+程序结束指令文件名：表示一个程序的名称，建立文件名时必须以字母“O”开头，后面写上四位数字或字母；程序名：表示一个程序的起始符，编写程序时一定要用“%”开头，后跟四位数字：程序段：由辅助功能和G指令组成程序结束指令：一般用辅助指令，如：M02表示程序完全结束，M30表示程序结束并返回程序头例： OASDF 文件名%1234 程序名N01 T0101 程序段N02 M03 S800 N03 G00 X100 Z100 N N100 M30 结束符3、HNC-21M的编程指令体系辅助功能M代码辅助功能由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作。M功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。l 非模态M功能 (当段有效代码) ：只在书写了该代码的程序段中有效；l 模态M功能(续效代码)：一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。模态M功能组中包含一个缺省功能（见表3.1），系统上电时将被初始化为该功能。另外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能二类。l 前作用M功能：在程序段编制的轴运动之前执行；l 后作用M功能：在程序段编制的轴运动之后执行。华中世纪星HNC-21M数控装置M指令功能如表3.1所示（ 标记者为缺省值）：表3.1 M代码及功能代 码模态功 能 说 明代 码模态功 能 说 明M00非模态程序停止M03模态主轴正转起动M02非模态程序结束M04模态主轴反转起动M30非模态程序结束并返回程序起点M05模态主轴停止转动M06非模态换刀M98非模态调用子程序M07模态切削液打开M99非模态子程序结束M09模态切削液停止其中：l M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向，是CNC內定的辅助功能，不由机床制造商设计决定，也就是说，与PLC程序无关；l 其余M代码用于机床各种辅助功能的开关动作，其功能不由CNC內定，而是由PLC程序指定，所以有可能因机床制造厂不同而有差异(表內为标准PLC指定的功能)，请使用者参考机床说明书。CNC内定的辅助功能(1)程序暂停M00当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时，机床的主轴、进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变，欲继续执行后续程序，重按操作面板上的“循环启动”键。M00为非模态后作用M功能。(2)程序结束M02M02编在主程序的最后一个程序段中。当CNC执行到M02指令时，机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束。使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序，就得重新调用该程序，或在自动加工子菜单下，按F4键（请参考HNC-21M操作说明书），然后再按操作面板上的“循环启动”键。M02为非模态后作用M功能。(3) 程序结束并返回到零件程序头M30M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头(%)的作用。使用M30的程序结束后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“循环启动”键。(4) 子程序调用M98及从子程序返回M99M98用来调用子程序。M99表示子程序结束，执行M99使控制返回到主程序。(i) 子程序的格式%*M99在子程序开头，必须规定子程序号，以作为调用入口地址。在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。(ii) 调用子程序的格式M98 P_ L_P：被调用的子程序号L：重复调用次数PLC设定的辅助功能(1) 主轴控制指令M03、M04、M05M03启动主轴以程序中编制的主轴速度顺时针方向（从Z轴正向朝Z轴负向看）旋转。M04启动主轴以程序中编制的主轴速度逆时针方向旋转。M05使主轴停止旋转。M03、M04为模态前作用M功能；M05为模态后作用M功能，M05为缺省功能。M03、M04、M05可相互注销。(2) 换刀指令M06M06用于在加工中心上调用一个欲安装在主轴上的刀具。刀具将被自动地安装在主轴上。M06为非模态后作用M功能。(3) 冷却液打开、停止指令M07、M09M07指令将打开冷却液管道。M09指令将关闭冷却液管道。M07为模态前作用M功能；M09为模态后作用M功能，M09为缺省功能。主轴功能S、进给功能F和刀具功能T主轴功能S主轴功能S控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度，单位为转/每分钟(r/min)。S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。例如：S600表示600r/min进给速度FF指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G94(每分钟进给量mm/min)或G95(每转进给量mm/r)。当工作在G01，G02或G03方式下，编程的F一直有效，直到被新的F值所取代，而工作在G00、G60方式下，快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。借助操作面板上的倍率按键，F可在一定范围内进行倍率修调。当执行攻丝循环G84，螺纹切削G33时，倍率开关失效，进给倍率固定在100。刀具功能(T机能)T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号，T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。在加工中心上执行T指令，刀库转动选择所需的刀具，然后等待，直到M06指令作用时自动完成换刀。T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值(刀补长度和刀补半径)。T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。4、辅助指令及进给控制功能指令G00、G01、G02/G03的格式及应用 辅助功能M代码辅助功能由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制零件的走向，以及机床各种辅助功能的开头动作M功能有非模态M功能和模态M功能两种形式非模态M功能（当段有效代码）：只在书写了该代码的程序段中有效;模态M功能（续效代码）：一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一直有效。M00 非模态 程序暂停（当程序运行到M00后，机床所有运动均被切断，重新按循环启动后才能继续执行后面的程序段） M02 模态 程序结束M03 模态 主轴正转M04 模态 主轴反转M05 模态 主轴停止M30 模态 主程序结束并返回程序起点准备功能G代码（1）有关坐标系和坐标的指令绝对值编程G90与相对值编程G91格式： G90 X_Z_ G91 X_Z_说明：G90：绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对程序原点的。G91：相对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。G90、G91为模态功能，可相互注销，G90为缺省值。选择合适的编程方式可使编程简化。当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对方式编程较为方便;而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时，采用相对方式编程较为方便。G90、G91可用于同一程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。（4）控制指令快速定位G00格式：G00 X Z说明：X、Y、Z：快速定位终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标;在G91时为终点相对于起点的位移量。G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。G00指令中的快移速度由机床参数快移进给速度对各轴分别设定，G00为模态功能，可由G01、G02、G03或G32功能注销。注意：在执行G00指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是，将X 轴移动到安全位置，再放心地执行G00指令。线性进给G01格式： G01 X _Z_ F_;说明：X、Z：线性进给终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标;在G91时为终点相对于起点的位移量;F：合成进给速度。G01指令刀具以联动的方式，按F规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线(联动直线轴的合成轨迹为直线)移动到程序段指令终点。1） G01指令倒角格式：G01X_Z_C_X、Z：在绝对指令时，为两相邻直线的交点（即假想拐角交点）G的坐标值；在增量值指令时，为假想拐角交点G相对于直线起始点E的移动距离。2）G01指令倒圆角格式：G01X_Z_R_圆弧进给G02/G03格式： G02/G03 X_ Z_ I_ J_ F_ G02/G03 X_ Z_R_ F_插补方向的判别：圆弧插补G02/G03的判断，是在平面内，根据其插补时的旋转方向为顺时针/逆时针来区分的，而加工平面的判定，取决于观察者的方向，即Y轴的方向。图3-12所示为CK6132型车床的方向及圆弧插补方向的判断。说明：G02： 顺时针圆弧插补G03： 逆时针圆弧插补X, Y，Z：圆弧终点，在G90时为圆弧终点在工件坐标系中的坐标;在G91时为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量;I,J， K：圆心相对于圆弧起点的偏移值(等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标) ，在G90/G91时都是以增量方式指定;R：圆弧半径，当圆弧圆心角小于180时，R为正值，否则R为负值;F： 被编程的两个轴的合成进给速度;第一天第3-4节课 主要内容：讲解基本编程指令。 强调车间安全问题，第二天第1-2节课 主要内容：学习数控车间规章制度，让一个学生演示开机关机步骤，其他学生共同纠错，总结常见错误。第二天第3-4节课 主要内容：运用指令编程熟悉操作面板及效验程序。一、刀具的安装与刃磨刀具安装应注意两点：一是车刀刀尖应与车床主轴轴线等高；二是车刀刀头伸出长度一般以刀杆厚度的1.52倍为宜。刀具的刃磨。机夹可转换车刀的刀片在切削过程中承受着较大的切削力和切削温度作用，容易产生磨损，磨损量超过标准时必须换刀。外圆刀安装 根据机床中心高的位置，选择合适垫片，调整刀具，使刀尖与中心高等高二、外圆刀对刀，试切直径重点：外圆刀试切直径时，可以手动方式下快速接近工件，也可以在增量的方式下手摇快速接近工件，从+Z方向向-Z方向看，被吃刀量1-2mm即可。切削速度不宜过快，可以放置游标卡尺测量即可退刀，注意沿-Z方向进刀的，沿+Z方向退刀，没测量前不可移动X轴，否则对刀不正确。为方便测量，沿+Z向退远点，测量取值，把所测量值填写在刀具对应的刀补号的“试切直径”一栏中。外圆刀对刀，试切端面 重点：外圆刀试切端面时，可以手动方式下快速接近工件，也可以在增量的方式下手摇快速接近工件，从+X方向向-X方向看，被吃刀量为1-2mm，切削并在刀补号的“试切长度”中填写数据（如果我们把工件原点定于右端面与主轴轴线处那么“试切长度“中通常填写“0” ）注意如下问题：被刀量不宜过大；进给速度不宜过快；所对刀具的刀偏值一定对应填写；换刀点应设在零件或夹具的外部，以刀架转位时不碰零件及其他部件为准确性。削过程中手不要随意触摸工件。第二天第5-6节课 主要内容：外圆刀对刀演示，总结两天问题，逐个辅导，一一突破。复合循环G71：内（外）径粗车复合循环；(1) 内（外）径粗车复合循环G71格式：G71 U(d) R(r) P(ns) Q(nf) X(x) Z(z) F(f) S(s) T(t)；说明：d：切削深度(每次切削量)，指定时不加符号，方向由矢量AA决定；r：每次退刀量；ns：精加工路径第一程序段(即图中的AA)的顺序号；nf：精加工路径最后程序段(即图中的BB)的顺序号；x：X方向精加工余量；z：Z方向精加工余量；F，S，T：粗加工时G71中编程的F、S、T有效，而精加工时处于ns到nf程序段之间的F、S、T有效。（2）有凹槽内（外）径粗车复合循环格式：G71U（d）R（e）P（ns）Q（nf）E（e）F（f）T（t）S（s）注意：(1) G71指令必须带有P，Q地址，否则不能进行该循环加工。(2) 在ns的程序段中应包含G00/G01指令，进行由A到A的动作，且该程序段中不应编有Z向移动指令。(3) 在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中，可以有G02/G03指令，但不应包含子程序。第三天第1-2节课 主要内容：学习数控车间规章制度，讲解内外径粗加工G71指令。第三天第3-4节课 主要内容：课题一编程及加工独立完成。第三天第5-6节课 主要内容：总结课题一编程、对刀中常见问题。因为编程基准是同一个，那么对刀的时候就应该注意到不可以像外圆刀那样试切端面，否则切槽的位置就不是图纸所要求的尺寸了；也不可以像外圆刀那样试切直径，所以对切槽刀的方法是左刀尖靠端面，刀尖靠已车削直径。（或者是切槽刀左刀尖靠端面与已车削直径相交处）第四天第1-2节课 主要内容：学习数控车间规章制度，讲解切槽编程方法。讲解切槽和切断。第四天第3-4节课 主要内容：逐一辅导学生切槽刀装刀，完成课题二编程及加工。第四天第5-6节课 主要内容：总结课题二编程、对刀中常见问题。螺纹切削循环G82 直螺纹切削循环格式：G82 X_Z_R_E_C_P_F_；说明：X、Z：绝对值编程时，为螺纹终点C在工件坐标系下的坐标； 增量值编程时，为螺纹终点C相对于循环起点A的有向距离， 其符号由轨迹1和2的方向确定；F：螺纹导程；R, E：螺纹切削的退尾量，R、E均为向量，R为Z向回退量； E为X向回退量，R、E可以省略，表示不用回退功能；C：螺纹头数，为0或1时切削单头螺纹；P：单头螺纹切削时，为主轴基准脉冲处距离切削起始点 的主轴转角(缺省值为0)；多头螺纹切削时，为相邻螺纹头 的切削起始点之间对应的主轴转角。该指令执行下图所示ABCDEA的轨迹动作。注意：螺纹切削循环同G32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后才停止运动。锥螺纹切削循环格式：G82 X_Z_ I_R_E_C_P_F_；说明：X、Z：绝