数控加工中心项目教学法教案.doc

项目教学方案设计设计项目 项目教学法之数控加工中心运用 职业技术教育学 院 机械工程及其自动化 专业 学 号 0 7 7 0 3 9 设计人 石 胜 文 指导教师 徐 朔 完成日期 2010 年 01 月 01 日 （同济大学）数控加工中心教学计划一、项目主题：在职业技术学校中运用项目教学法教授学生机械制造数控加工中心的实训操作。二、课前准备（相关知识）：学情分析： 针对当前职校学生的学习的现状，为了更好的调动学生学习的积极性，首先在学生中开展学情分析，形成如下特征：学生一般特征分析：具有机械制图和机械制造基础，数控机床基本操作能力，典型零件的加工工艺和数控编程、加工的基础，因此能够完成零件的工艺编制、数控编程和数控加工的任务。学习风格分析：学生普遍喜欢在操作中学习、在应用中领悟。学生能力分析：学生具有较强求知欲和模仿能力，由于缺乏实际工作经验，学生知识积累较零散，知识应用能力不够。学生学习兴趣调查： 学生学习的最大动力来自于兴趣。只要学生感兴趣的东西，学生学起来也比较快，所以说，学生学习的最大动力在于兴趣。有关专家调查发现，学生学习的兴趣主要来自于教师的教学方法占到92.98%，而学习的爱好、课程的重要性等只占到7.02%，可见一个好的教学方法是多么重要。 结合数控加工实训和职业岗位能力的特点，贯彻“理论融于实践，动脑融于动手，做人融于做事”的训练原则，教学中采取了项目教学法。项目教学法是基于工作岗位的典型零件或工作过程为主线，与职业能力相配合，融理论教学和实践教学为一体，引领整体的教学工作，特别注重教学与岗位的工学结合。通过项目教学法的实施，提高了学生对专业知识的学习兴趣，增强学生学习动力的方法和内涵，查找到学生学习的规律和教学改革的方向。如今在数控加工实训教学中采用项目教学法，教学明确，听、看、做、思、练五环相扣，充分调动了学生的学习兴趣，经过在数控加工实训教学中的探讨与实践，已经取得了明显的效果。三、教学过程设计： 依据“以学生为主体，以就业为导向、以岗位为依据、突出职业能力培养”的原则 。按照以职业活动为导向、素质为基础、能力为中心、学生为主体的一体化思路完成了数控加工实训课程的教学整体设计工作。确定课程的能力目标和知识目标，围绕目标设计教学项目，围绕教学项目设计教学内容和项目作业，通过学生的实践和理论知识的融会来完成课堂的项目任务要求，最终实现能力训练目标。第一步：获取信息,明确任务。以小组为单位，布置工作任务的零件图纸及加工过程的视频。目的是引起学生的思考，让学生获取工作任务的信息，从而引出要解决工作任务的兴趣，设置情境，引入项目。 第二步：制定教学计划。学生根据工作任务的具体情况，进行图纸和加工内容的分析，确定加工的工序和质量精度的要求，根据现有的数控加工设备和刀具的具体情况，制定相应的工作计划。要注意对工作任务的细节描述，并提醒学生把注意力放在工作任务上而不仅仅是知识上。 第三步：做出决定。在教师的指导下，学生开展工艺和加工可行性分析，在团队中对工艺过程和表面精度等问题开展讨论，做出正确的决定。 第四步：实施计划。根据制定的计划和决定，开展对工作任务的实施过程，同时在完成过程中提醒学生注重过程中的细节，注意观察和总结，并做好记录。教师要善于引导，通过工作激发学生的学习动机，让学生更加深刻地体验工作体系，从而培养学生的知识、技能、态度和能力。 第五步：检查与控制。通过工作任务的完成，让学生对体会在整个教学过程中完成体会工作的成绩感和责任感，并且要严格检查，控制好质量关。这样不仅增强了学生自信心，也使学生体会到质量问题的重要性，增强学习数控加工技术的积极性。 第六步：评定反馈。组织学生对完成的工作任务进行评估，对于与零件图纸的尺寸要求和质量控制等方面进行评定，从而对于工艺和编程以及加工中可能存在的问题都进行总结，并以文字的形式记录下来，让同学之间相互交流。同时对于加工过程也要进行评定，总结出在工作任务完成过程中的理论与实践知识的融合，从而促进学习的积极性和工作的严肃性。四、教学的目标和要求：、知识目标：1了解数控加工中心的工作原理、特点和应用。2了解数控加工中心的编程方法和编程格式。3了解计算机辅助设计及加工的概念和加工过程。4熟悉并严格遵守安全操作规程。、能力目标：1、培养学生熟练应用数空机床的能力。2、通过实训，培养学生分析问题和解决实际问题的综合能力。3、培养学生的团队合作精神和交流合作能力。、情感目标：通过对数控机床的观察、实训、操作，培养学生注意观察，勤于动脑、动手、善于分析与总结的良好学习习惯。同时，增强学生的自主探究，团结合作的意识。五、教具：1合金铝方料。2数控加工中心原理挂图。3数控加工中心两种不同类型的刀库。4卡尺、千分尺、90直角尺、千分表及表座一套。数控加工中心实训室、多媒体教师、数控加工中心微机模拟软件等。六、教学进程（课时安排）：注：课型为新授。本次教学为分组讨论式实训教学，每一小组有个学生，设立组长负责制，每一小组发一张收获卡，把自己小组的学习收获和心得体会用简单语言写上去，课后教给老师。教学课时为天，分为上午个小时，下午个小时，共小时。单元内 容进行方式具体内容和要求时 间备 注1数控加工中心基本知识讲解课堂教学1数控加工中心的基本概念及应用 范围；2数控加工中心的编程方法；3CAXA微机编程及模拟加工方 法；4数控加工中心的v实际操作方法 及步骤；5学生手工编写给定图形的程序及注解每条程序；210分钟2数控加工中心微机模拟操作学生独立操作利用CAXA编程软件，在微机上进行如下内容：1作图形及生成刀具轨迹；2仿真（模拟）加工；3生成代码；4注解代码。90分钟进行单元3内容时，可以将学生分组与单元2内容交叉进行3数控加工中心的实践操作示范讲解 数控加工中心的组成、操作方法和注意事项。30分钟学生独立操作1将程序输入到数控加工中心机床“CNC”系统中；2进行机床的试运行（图形显示加工）；3进行自动加工，加工出图形的轮廓线。150分钟七、课堂教学计划表（型如下表）：学生行为教师行为教学媒体时间（分） 实体展示展示零件图明确本模块学习目标提出任务 认真听老师讲授课程讲解知识多媒体课件PPT分组讨论：（由各组组长主持）小组进行1、 零件工艺性能的分析，注意加工精度中尺寸误差的分配2、 明确加工内容 3、怎么装夹零件等总结 编写工艺文件教师巡视指导 分组讨论：（由各组组长主持）小组进行讨论后独立操作1、 数控加工中心的加工工艺的编制；2、 根据编制的数控加工工艺编写数控程序；3、 下刀点和起刀点的选择。总结 编写程序教师巡视指导 装刀装工件教师巡视指导 对刀教师巡视指导输入程序教师巡视指导 程序校验教师巡视指导 零件加工教师巡视指导 工件测量教师巡视指导 总结分析教师巡视引导多媒体课件分组讨论：小组进行讨论后成员进行独立操作1、 零件数控加工中心中加工中的问题及解决办法？2、 如何保证工件加工质量？ 3、加工中的安全问题？ 各组相互交流总结思想 评价，评优 课堂总结，布置作业 有2个附属教学用具PPT和教学小视频数控加工中心的授课教案课堂教学部分(210分钟）1、 机床数字控制的基本概念：1机床的数控技术机床数控技术是用数字化的信息实现机床控制的一种方法。数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）是装有数控系统采用数字控制技术的机床，简称数控（NC）机床。该系统能逻辑地处理具有使用代码，或者其它符号编码指令规定的程序。数控系统是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。2机床数字控制的原理数控机床的加工，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，按规定的代码和格式编成加工程序。信息数字化就是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小单位量，即最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。3数控加工中心的特点 数控机床（包括数控加工中心）是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。在加工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工；由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间；大大提高了加工效率和加工精度；所以具有良好的经济效益。、数控机床（现代含加工中心）与普通机床的区别数控机床的工作性能好。数控机床的主体结构的动、静几何特性好。数控机床的适用范围广，对技工要求高。二、数控加工中心的组成机床主体伺服驱动系统数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置、辅助装置和机床主机组成，如图1所示。数控装置控制介质测量反馈装置 图11控制介质控制介质是存贮数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒体介质，它记载着零件的加工程序。数控机床中，常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡、磁带和磁盘。2数控装置数控装置是数控机床的核心。现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC装置。它具备如下功能：1）多坐标控制（多轴联动）。2）实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等）。3）多种程序输入功能；以及编辑和修改功能。4）信息转换功能：EIA/ISO代码转换，英制/公制转换，坐标转换，绝对值/增量值转换，计算制转换等。5）补偿功能：刀具半径补偿，刀具长度补偿，传动间隙补偿，导程误差补偿等。6）多种加工方式选择。可以实现各种加工循环，重复加工，凹凸模加工和镜像加工等。7）具有故障自诊断功能。8）显示功能。用CRT可以显示字符、轨迹、平面图形和动态三维图形。9）通讯和联网功能。3伺服系统伺服系统是接收数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。它包括主轴驱动单元（主要是速度控制），进给驱动单元（主要有速度控制和位置，主轴电机和进给电机）。4测量反馈装置该装置可以包括在伺服系统中，它由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈回来，构成闭环控制。5机床主机主机是数控机床的主体，包括床身，主轴进给机构等机械部件，是用于完成各种切削加工的机械部件。.辅助装置指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。三、手工程序编制1程序编制的标准规定和代码1）ISO代码ISO代码是国际标准化组织制定的数控国际标准代码。现广泛地应用在各种数控机床的编程代码中。2）程序段格式程序段格式有许多种，现广泛应用的是“可变程序段，文字地址程序段”格式。下面一个程序段就是这种格式的例子。N100 G01 X3200 Y2500 Z-150 F80 S24 T12 M05 3）数控机床的坐标轴和运动方向。为了保证数控机床的运行，操作及程序编制的一致性，数控标准统一规定了机床坐标和运动方向。如图2。（卧式与立式）卧式数控加工中心立式数控加工中心2准备功能“G”代码G代码为插补有关的准备性工艺指令，根据设备的不同，G代码也会有所不同。G代码有两种：一种是非模态代码，这种G代码只在被指定的程序段才有意义。另一种是模态代码，这种G代码在同组其它G代码出现以前一直有效。如果在同一程序段中指定了两个以上的同一组G代码，则后指定的有效。1）G00 快速定位。用绝对坐标表示尺寸时，配合用G90指令，刀具分别按各轴的快速进给速度，从刀具当前的位置移动到坐标系给定的点位。用坐标增量值表示尺寸时，配合用G91指令。刀具以各轴的快速进给速度，移动到距当前位置为给定值的点位。此时各坐标轴独立运动，无运动轨迹要求。一般格式： G00 XYZ 2）G01 直线插补指令。用于产生直线和斜线运动。可使机床沿x，y，z方向执行单轴运动，或在各坐标平面内执行具有任意斜率的直线运动，也可使机床三轴联动，沿任一空间直线运动。一般格式： G01 XYZ 3）G02,G03 圆弧插补指令，使机床在各坐标平面内执行圆弧运动，加工出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。圆弧的顺、逆方向是向垂直于运动平面的坐标轴的负方向看其顺、逆来决定。一般格式为（以xy平面，顺圆插补为例）：第一种：G02XYIJF 第二种：G02XYRF 第一种格式中，运动参数用圆弧终点坐标（x,y）值（绝对尺寸）或圆弧终点相对于其起点的距离（x,y增量尺寸）。插补参数（I，J或K）为圆心坐标值，一般用增量坐标：圆心相对圆弧起点的x坐标距离为I值，圆心相对圆弧起点的y坐标距离为J值。由于插补运动平面不同，可以分为三组：xy平面，用X，Y，I，J地址符号：xz平面，用X，Z，I，K地址符号；yz平面，用Y，Z，J，K地址符号。第二种格式中，运动参数同第一种格式中的规定。插补参数为圆弧半径R，时，加工出0180的圆弧。R选择 选择选择加工精度取0.1mm，进刀次数1，工件加工顶层高50mm，底层高45mm，每层下降高度5mm，拐角过渡“尖角”，走刀方式“单向”，轮廓补偿方式选“TO”。选完后点击“切削用量”然后输入主轴转速，切削进给速度，起止高度60mm，安全高度55mm。然后点击“进退刀参数”，出现进退刀参数表。点击“强制”输入进刀点X=0，Y=0，Z=45。选定后点击“铣刀参数”，出现铣刀参数表。选择参数如上表。选完后点击“确定”确认。此时状态条提示：点击第一笔所画轮廓线段中部，中部提示条出现，拾取箭头以确定走刀方向，再次拾取箭头，以确定铣刀在轮廓线的哪一侧面。此后，屏幕上出现绿色的刀具中心轨迹线。7在屏幕上进行轨迹仿真（模拟加工）点击 左提示条。在图标 处，点击 在选择栏内选 ，看状态提示条： 点击左键拾取绿色刀具轨迹线，点击右键确认，产生动态平面仿真图形。按F8键产生空间立体图形，点击鼠标右键，问是否保存仿真结果？选 后，再点击右键。重新拾取刀具轨迹，重复上面步骤，最后产生动态立体仿真图形。8生成“ISO”代码方法点取 系统提示： 同时弹出文件管理器对话框。用鼠标左键点取“文件输入名”下的文件输入框，输入文件名，注意文件的路径不要丢，然后按“保存”按钮。系统提示： ，用鼠标左键拾取绿色刀具轨迹后按右键确认，系统立即生成该轨迹的“ISO”代码程序。（注意：图形中可能在尖角处有过渡圆弧）。学生练习例：将手工编程所用图形，按上面步骤进行仿真加工，然后在下面写出所生成的“ISO”代码程序，并在每条程序后面注解出其程序的含义。已知加工参数如下：主轴转数300r/min：刀具进给速度200mm/min；刀具号T1；刀具半径R=5mm；刀具起刀点X=0，Y=0，Z=60mm；Z向进刀深度铣入工件5mm。 数控加工中心实训操作部分（180分钟）五、数控加工中心操作（示范见解30分钟）现在我们以装有西班牙FAGOR 8020MS系统的某型号数控加工中心为例，具体介绍其部分组成及操作方法。1机床面板的组成如图5是该机床的显示面板，其组成如下图1）显示屏（SCREEN）功能：显示各种信息。2）操作方式键（OPERATE MODE）功能：按下该键，在显示屏上就立即显示出“操作方式表”，这是进入任何操作方式的第一步操作。3）显示方式键（DISPLAY MODE）功能：在显示屏上可显示所选择的操作方式中的各种信息。4）前后移动键 ：功能：利用此两键可使操作者看到编辑在前（与现正显示的比较）或在后的程序段；编辑在前或后的刀具表；此两键还用作游标前后移动。5）删除键（DELETE）：功能：用于删除一个程序或一个程序段；删除译码“M”功能表；清除图形显示。6）输入键（ENTER）功能：将数据输入到CNC存储器内。7）检索键（RECALL）功能：用于选取一个程序；程序中的一个程序段或与程序段相应的刀具表中的一组刀具。8）下一步键（NEXT）功能：按下该键，能在多种操作方式里使CNC进入相应的下一步操作。9）消除键（CL）功能：在编辑一个程序段中按下此键，可以逐个清除字符。10）W键（W）功能：软键盘选择或“W”，软键盘定义如下：11）N键（N）功能：用于存取一个程序中的程序段和识别子程序。12）数字和字母键（7N）功能：用于编辑的键盘。13）主轴速度修调键（SPEED）功能：使已编入程序的主轴速度能按百分比修调。14）手动方向键（或称手动运动的轴向键；或平动操作作键）功能：用地手动操作时移动各轴。15）倍率开关功能：该开关用于选择各种不同的手动方向（连续、增量和平摇脉冲发生器），并可以对加工时的切削速度进行百分比修调。16）循环启动键（绿色）功能：启动循环按键。17）循环停止键（红色）功能：停止循环按键，当按此键后，CNC停止执行正在加工的那个程序段，但保持与机床同步，若要继续执行哪个程序段，则需要按启动循环按键。18）“点”键功能：用作为编程尺寸的小数点按键或条件程序段标志的按键。19）复位键（RESET）功能：用于使CNC回到初始条件或者是认可新的机器参数。20）手动脉冲发生器（手轮）功能：利用轮动手轮，手动调整各轴的坐标位置，常用来对刀。21）急停按钮（EMERGENCY）功能：用于发生紧急情况时，按下此钮，机床紧急停车，以避免事故发生。22）主轴正转手动按钮（CW）功能：用手动方法启动主轴使其正转。23）主轴停止按钮（STOP）功能：按下此钮，主轴立刻停止转动。24）主轴反转手动按钮（CCW）功能：按下此钮，主轴启动反转。25）冷确液手动开关旋钮（COOLER OFF/ON）功能：利用手动方法开启或关闭冷确液开关。26）伺服机构电源开关功能：钮转开关给伺服电机供电。27）伺服机构电源指示灯功能：通过指示灯来反映伺服机构供电情况。28）总电源指示灯（POWER）功能：通过指示灯反映，总电源是否供电。29）报警指示灯（ALARM）功能：当机器出现异常情况时，控制系统发出报警信号，此时指示灯亮，当故障解除后此灯熄灭。2机床的操作方式共有十种不同操作方式。1）方式0：自动方式（AUTOMATIC）功能：CNC以连续循环方式执行零件程序。2）方式1：单段方式（SINGLE BLOCK）功能：CNC逐段地执行零件程序。3）方式2：录返方式（PLAY BACK）功能：CNC将操作者以手动方式操作机器的过程记录下来，并将此过程在CNC的零件存储器内建立一个新程序。4）方式3：示教方式（TEACH IN）有两种具体方式：（1）建立和执行一段未曾存入存储器的程序段。（2）建立和执行一个程序段并且将该程序段存入存储器。因此用这种方法，可以在逐段执行的同时在存储器中创建一个新程序。5）方式4：试运行（DRY RUN）在实际加工中用于首件加工前检验程序。6）方式5：手动/零点设备（JOG/ZERO SETTING）有以下六种不同的具体方式：（1）机床一般手动操作。（2）回机床参考点。（3）对各轴预置任何数值。（4）输入和执行F、S、M。（5）设置刀库的初始条件。（6）手摇脉冲发生器的操作。7）方式6：编辑（EDITING）建立、修改、检查程序段、程序和子程序。8）方式7：输入/输出（INPUT/OUTPUT）将零件程序或机器参数由外部设备输入到MTC-3M，或者反之由MTC-3M向外部设备输出。9）方式8：刀具偏置/G53G59（599L OFFSET/G53G59）输入，修改和检查刀具尺寸（半径和长度），最多可达100组：G53G59的零点位置。10）方式9：特殊方式（SPECIAL MODES）有五种具体用途：（1）CNC的常规测试。（2）输入口和输出口的校验。（3）设置译码M功能。（4）设置机器参数。（5）螺距误差补偿值的输入。借助上述十种操作方式，可以对MTC-3M进行零件编程并且连续运行，逐段加工和手动工作等方式加工工件。获得各种不同操作方式的步骤如下：（1）按“操作方式键”（OPERATE MODE）在屏幕上将显示由上述十种操作方式组成的操作方式表。（2）按所需要的操作方式的编号。3加工中心机床的操作方法及步骤1）合上总电源开关；扭开伺服电源开关，按下伺服电源按钮（绿色指示灯亮）。2）按下“操作方式键”（OPERATE MODE），屏幕显示主菜单。3）按“6”选编辑方式（EDITING）4）按“NEXT”下一步。进入编辑状态，屏幕上显示一原有程序，由于前三条程序全部一样可不输入。按“CL”清除N10中的程序段号“10”，然后键入40，输入自己的第四条程序，每条程序输入完后应按“回车”（ENTER），直到全部程序输入完毕。5）按“操作方式键”（OPERATE）6）按“4”试运行（DRY RUN），再按“4”，后再按“NEXT”下一步，进入试运行状态。键入N10，按“检索”键（RECALL）7）按“5”屏幕上显示（CETER）（中心）输入工件中心尺寸，X方向按“70”后再按“回车”，Y方向按“50”后再按“回车”，Z方向按“0”后再按“回车”，之后显示WIDTH字样，输入140数码，按“回车”。8）按“6”此时屏幕显示一坐标系。再按“循环启动键”（绿色），屏幕上显示被加工零件的刀具轨迹图形。若显示的图形与所编图形一样，则可进行正式加工。若不一样则是程序有错，应进行修改：按“6”编辑，重复3）至8）的过程。9）按“操作方式键”（OPERATE MODE）（1） 按“0”自动方式（AUTOMATIC）（2） 按“循环启动键”（绿色）进行自动加工。、注意事项（1）在“试运行”中发现错误后，必须对错误程序进行修改，绝对不能在有错误的情况下，进行任何方式的加工。（2）加工零件时，在加工前应看铣刀位置是否在相应位置（XO，YO，ZO）。注意Z轴是否抬刀到零点。（3）在加工过程中不许按任何键，以免出现急停现象，使刀位错乱。、学生独立操作（现场实训操作150分钟）1将程序输入到机床“CNC”系统中。2进行机床的试运行（图形显示加工）。3进行自动加工，加工出图形的轮廓线。在学生独立操作的过程中，老师在学生旁边观看，有不对的地方立即叫学生更改并指出错误的根源。确保每一位学生都能有所收获，同时，注意学生操作的规范性和安全性。最终评比出最佳小组和个人奖以激发学生创新能力和昂扬学习斗志。六、项目教学法实施过程中应注意的问题1、以学生为主体的作品评价 根据任务书上的评分标准，学生在完成作品之后可以对作品进行自述、互评。学