1、数控加工工艺与编程教案课程教 案序号1授课日期班级项目（章节）绪 论授课时数2教学目标与要求1、掌握数控技术及数控机床的相关概念2、理解本课程的专业作用及学习要求教学难点与重点数控机床的分类及坐标系建立方法授课方法多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析（现代化）教学手段多媒体作 业整理课上笔记教 学 内 容 及 过 程时间分配课程引入：何为数控技术？数控机床的优点是什么？本课程的性质与任务的讲解性质：实践性很强的专业课任务：学习数控加工工艺制订及典型数控系统的编程的相关知识与技能。1、知识要求：（1）了解数控机床与普通机床在机械部分、电气控制部分的不同。（2）了解数控机床的维护方法及采取的安全
2、措施。（3）了解数控机床简单故障的分析及排除思路。2、技能要求：（1）熟练掌握数控机床加工工艺分析、程序编制。（2）掌握各数控机床操作步骤。（3）各数控机床加工方法并能独立熟练加工中等难度的零件。绪 论一、数控技术及发展趋势数控技术，简称数控。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控技术范围复盖很多领域：（1）机械制造技术；（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。5min10min5min教 案 教 学 内 容 及 过 程时间分配数控加工技术优势如下：1加工效率高。利用数字化的控制手段可
3、以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。2加工精度高。同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。3劳动强度低。由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。4适应能力强数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。5工作环境好。数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较
4、高的要求。二、数控机床基础1数控机床的特点2数控机床的分类3数控机床的坐标系（1）标准坐标系的确定1）机床相对运动的规定。无论机床在实际加工中是工件运动还是刀具运动，在确定编程坐标时，一般看作是工件相对静止，而刀具运动这一原则。2）机床坐标系的规定。在确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴和Y轴，最后确定其他轴。机床某一零件运动的正方向，是指增大工件和刀具之间距离的方向。（2）工件坐标系工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素（点、直线和圆弧）的位置而建立的坐标系。工件坐标系的原点即是工件零点。三、本课程的学习目的和要求1本课程的学习目的本课程是机械类专业的一门专业必修课，与数控加
5、工工艺、数控机床操作紧密联系。通过本课程的学习，使学生能够针对被加工零件，在合理地制定数控加工工艺的基础上，运用数控机床的数控系统所规定的编程规则和编程方法，编制零件的加工程序，为数控加工做准备。2本课程的学习要求本节课小结及布置作业10min10min10min20min15min10min5min教 案序号2授课日期班级项目（章节）1.1 数控加工工艺基础授课时数2教学目标与要求1、掌握数控加工工艺设计的内容2、了解数控加工工艺文件的格式教学难点与重点1、数控加工工序的划分及刀具选择等工艺相关知识2、数控机工工艺文件的作用及要求授课方法多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析（现代化）教学手
6、段多媒体作 业P33 1.1，1.2，1.5，1.7教 学 内 容 及 过 程时间分配复习：数控机床及相关坐标系知识第1章 数控加工工艺与编程基础1.1 数控加工工艺基础数控加工与通用机床加工相比较，在许多方面遵循的原则基本一致。但由于数控机床本身自动化程度较高，控制方式不同，设备费用也高，使数控加工工艺相应形成了以下几个特点：1工艺的内容十分具体2工艺的设计非常严密3注重加工的适应性1.1.1 数控加工工艺设计内容工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在程序编制工作之前完成。填写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据，也是
7、操作者遵守、执行的规程，同时还为产品零件重复生产积累了必要的工艺资料，为企业进行了技术储备。技术文件是对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其它技术问题。不同的数控机床，工艺文件的内容也有所不同。一般的工艺文件应包括：（1）编程任务书。（2）数控加工工序卡片。（3）数控机床调整单。（4）数控加工刀具卡片。（5）数控加工进给路线图。（6）数控加工程序单。5min10min5min教 案 教 学 内 容 及 过 程时间分配1数控加工编程任务书编程任务书阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求、工序说明和数控加工前应保证的加工余量，是编程员与工艺
8、人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一。2数控加工工序卡数控加工工序卡与普通加工工序卡很相似，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要有编程说明及切削参数的选择等，它是操作人员进行数控加工的主要指导性工艺资料。工序卡应按已确定的工步顺序填写。3数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）它应表示出数控加工原点定位方法和夹紧方法，并应注明加工原点设置位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等。4数控刀具卡片数控加工刀具卡主要反映刀具名称、编号、规格、长度等内容。它是组装刀具、调整刀具的依据。5数控加工走刀路线图在数控加工中，常要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞
9、，为此必须设法告诉操作者关于编程中的刀具运动路线（如：从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。为简化走刀路线图，一般可采用统一约定的符号来表示。6数控加工程序单数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况，按照机床特点的指令代码编制的。它是记录数控加工工艺过程、工艺参数的清单，有助于操作员正确理解加工程序内容。1.1.2 数控加工工序的划分（1）以同一把刀具加工的内容划分工序。（2）以加工部分划分工序。（3）以粗、精加工划分工序。1.1.3 数控加工刀具的选择选择刀具应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：适用、安全、经济。1
10、.1.4 数控加工走刀路线的选择走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工序的内容，而且也反映出工序的顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进刀、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。本节课小结及布置作业10min5min5min10min5min5min10min15min10min5min教 案序号3授课日期班级项目（章节）1.2 数控加工及相关基础授课时数2教学目标与要求1、掌握数控加工相关知识2、理解数控加工原理教学难点与重点1、数控加工刀位计算原理2、刀具半径补偿与长度补偿授课方法多媒体
11、课堂教学；图示、举例、讲述、分析（现代化）教学手段多媒体作 业P33 1.12，1.14教 学 内 容 及 过 程时间分配复习：数控加工工艺制定与文件的相关知识。1.2 数控加工及相关基础1.2.1 数控加工原理数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线，折线上的结点称为刀位点。刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点，从而切削出工件的形状。刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为数控机床的插补运动。由于数控机床一般只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式完成插补运动，因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆弧段将刀位点连接而成的折线。数控编程的任务是计算出数控刀轨，并以程序的形式输出到数控机床，其
12、核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。在数控加工误差中，与数控编程直接相关的有两个主要部分：（1）刀轨的插补误差。由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成，因此只能近似地拟合理想的加工轨迹。（2）残余高度。在曲面加工中，相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域，由此造成的加工误差称为残余高度，它主要影响加工表面的粗糙度。刀具的表面成形运动通常分为主运动和进给运动。主运动指机床的主轴转动，其运动质量主要影响产品的表面光洁度。进给运动是主轴相对工件的平动，其传动质量直接关系到机床的加工性能。5min15min教 案 教 学 内 容 及 过 程时间分配1.2.2 数控加工刀位计算数控加工刀位点的计算过程可分为3
13、个阶段。（1）加工表面的偏置。（2）刀轨形式的确定。（3）刀位点的计算。1.2.3 高度与安全高度起止高度指进退刀的初始高度。在程序开始时，刀具将先到这一高度，同时在程序结束后，刀具也将退回到这一高度。起止高度就大于或等于安全高度，安全高度也称为提刀高度，是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度（Z值）。1.2.4 刀具半径补偿和长度补偿数控机床在进行轮廓加工时，由于刀具有一定的半径（如铣刀半径），因此在加工时，刀具中心的运动轨迹必须偏离零件实际轮廓一个刀具半径值，否则加工出的零件尽寸与实际需要的尺寸将相差一个刀具半径值或者一个刀具直径值。此外，在零件加工时，有时还需要考虑加工余量和刀具磨损等因素的
14、影响。根据加工情况，有时不仅需要对刀具半径进行补偿，还要对刀具长度进行补偿。1.2.5 顺铣与逆铣1.2.6 冷却液开关1.2.7 拐角控制拐角是在切削过程中遇到拐角时的处理方式，有圆角和尖角两种处理方法，这主要对于机床及刀具有意义，对零件的加工结果不影响。尖角处理时，刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以直线的方式过滤，适合于大于90的角。圆弧方式处理时，刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以圆弧的方式过滤，适合于小于或等于90的角。采用圆弧过滤可以避免机床进给方向的急剧变化。在处理有加工留量的角落时，某些系统软件会将补正后的加轮廓线做成角落圆角，即有以下三种方式处理。（1）角落圆角：处理成工件
15、外部轮廓及刀具路径都是圆角。（2）角落尖角：处理成工件外部轮廓为尖角，而刀具路径为圆角。（3）路径尖角：处理成工件外部轮廓及刀具路径都是尖角。1.2.8 轮廓控制在数控编程中，不少时候需要通过轮廓来限制加工范围，而某些刀轨形中，轮廓是必不可少的因素，缺少轮廓将无法生成刀路轨迹。轮廓线需要设定其偏置补偿的方向，对于封闭的轮廓线会有3种参数选择，即刀具是在轮廓上、轮廓内或轮廓外。（1）刀具在轮廓上（ON），刀具中心线与轮廓线相重合，即不考虑补偿。（2）刀具在轮廓内（Inside），是刀具中心不到轮廓上，而刀具的侧边到轮廓上，即相差一个刀具半径。（3）刀具在轮廓外（Outside），刀具中心越过轮廓
16、线，超过轮廓线一个刀具半径。本节课小结及布置作业10min10min10min20min15min10min5min教 案序号4授课日期班级项目（章节）1.3 数控编程基础授课时数2教学目标与要求1、掌握数控编程的基础知识2、掌握数控编程指令的基础知识教学难点与重点1、数控程序结构的组成2、主要G指令的功能授课方法多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析（现代化）教学手段多媒体作 业整理课上笔记教 学 内 容 及 过 程时间分配复习：数控加工相关基础知识。1.3 数控编程基础1.3.1 数控编程概述数控编程技术经历了三个发展阶段，即手工编程、APT语言编程和交互式图形编程。由于手工编程难以承担复
17、杂曲面的编程工作，因此自第一台数控机床问世不久，美国麻省理工学院即开始研究自动编程的语言系统，称为APT（Automatically Programmed Tools）语言。经过不断的发展，APT编程能够承担复杂自由曲面加工的编程工作。然而，由于APT语言是开发得比较早的计算机数控编程语言，而当时计算机的图形处理能力不强，因而必须在APT源程序中用语言的形式去描述本来十分直观的几何图形信息及加工过程，再由计算机处理生成加工程序，致使其直观性差，编程过程比较复杂不易掌握。目前已逐步为交互式图形编程系统所取代。图形交互自动编程是一种计算机辅助编程技术。它是通过专用的计算机软件来实现的。这种软件通常
18、以机械计算机辅助设计（CAD）软件为基础，利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。5min15min教 案 教 学 内 容 及 过 程时间分配1.3.2 数控程序结构数控程序是由为使机床运转而给与数控装置的一系列指令的有序集合所构成的。靠这些指令使刀具按直线或者圆弧及其他曲线运动，控制主轴的回转、停止、切削液的开关、自动换刀装置和工作台自动交换装置的动作等。程序是
19、由程序段（Block）所组成，每个程序段是由字（word）和“；”所组成。而字是由地址符和数值所构成的，如：X（地址符）100.0（数值）Y（地址符）50.0（数值）。程序由程序号、程序段号、准备功能、尺寸字、进给速度、主轴功能、刀具功能、辅助功能、刀补功能等构成的。一个数控程序由以下几个部分组成：（1）程序起始符。一般为“%”、“$”等，不同的数控机床起始符可能不同，应根据具体的数控机床说明使用。程序起始符单列一行。（2）程序名。单列一行，有两种形式，一种是以规定的英文字母（通常为O）为首，后面接若干位数字（通常为2位或者4位），如O0600，也可称为程序号。另一种是以英文字母、数字和符号“
20、”混合组成，比较灵活。程序名具体采用何种形式由数控系统决定。（3）程序主体。由多个程序段组成，程序段是数控程序中的一句，单列一行，用于指挥机床完成某一个动作。每个程序段又由若干个程序字（word）组成，每个程序字表示一个功能指令，因此又成为功能字，它由字首及随后的若干个数字组成（如X100）。字首是一个英文字母，称为字的地址，它决定了字的功能类别。一般字的长度和顺序不固定。在程序末尾一般有程序结束指令，如M30，用于停止主轴、冷却液和进给，并使控制系统复位。（4）程序结束符。程序结束的标记符，一般与程序起始符相同。1.3.3 数控程序的指令数控程序的指令由一系列的程序字组成，而程序字通常由地址
21、（address）和数值（number）两部分组成，地址通常是某个大写字母。1顺序号字：顺序号字也称程序段号。在程序段之首，以字母N开头，其后为一个24位的数字。2准备功能字：以字母G开头，后接一个两位数字，因此又称为G指令。3辅助功能字辅助功能字一般由字符M及随后的2位数字组成，因此也称为M指令。4其他功能字（1）尺寸字：也叫尺寸指令，主要用来指令刀位点坐标位置。如X、Y、Z主要用于表示刀位点的坐标值，而I、J、K用于表示圆弧刀轨的圆心坐标值（参见G02、G03指令中的内容）。（2）进给功能字：以字符F开头，因此又称为F指令，用于指定刀具插补运动（即切削运动）的速度，称为进给速度，单位是毫米
22、/分钟（mm/min）。（3）主轴转速功能字：以字符S开头，因此又称为S指令。用于指定主轴的转速，以其后的数字给出，单位是转/分钟（r/min）。（4）刀具功能字：用字符T及随后的号码表示，因此也称为T指令。用于指定加工时采用的刀具号，该指令在加工中心上使用。本节课小结及布置作业10min10min10min20min15min10min5min教 案序号5授课日期班级项目（章节）1.4 工艺与编程基础项目实训授课时数2教学目标与要求1、理解数控加工工艺编制的过程2、理解数控加工工艺参量的选择教学难点与重点数控加工工艺编制的过程授课方法多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析（现代化）教学手段多
23、媒体作 业整理课上笔记教 学 内 容 及 过 程时间分配复习：数控编程的相关知识。1.4 工艺与编程基础项目实训1.4.1 任务单加工如图1-23所示的零件，试分析此零件的结构是否适合于数控加工？加工部分有外圆、螺纹和退刀槽，试分析用什么样的车刀加工此工件？由图可知，45.5的轴段精度要求较高，试分析采用什么样的加工方法和加工顺序来保证此加工精度？图1-235min10min教 案 教 学 内 容 及 过 程时间分配1.4.2 数控加工工艺编制第1步：零件结构工艺分析、毛坯及加工定位基准的确定1零件图分析（1）概括了解 此零件为阶梯轴，材料为45#钢，采用1：1比例。共有4个轴段，需要加工外圆
24、、切槽、螺纹。（2）分析试图 本阶梯轴结构、形状简单，没有需要进一步表达的部位，故采用一个主视图将结构完全表达。（3）尺寸与几何精度分析2工件的结构工艺性分析3确定毛坯4基准的选择此工件的径向尺寸设计基准为中心线，轴向尺寸设计基准为右端面。采用三爪自定位卡盘装夹，定位基面为外圆，可认为定位基准为中心线，满足基准重合原则。第2步：拟定加工工艺路线、制定工序卡片1加工方法的选择该工件公差等级为IT8级，表面粗糙度为1.6，从表1-13中可以查出此工件的加工方法为：粗加工、半精加工和精加工。2确定装夹方案3数控机床的选择 此零件加工精度为IT8级，故选择普及型数控车床。4刀具的选择此工件需要加工的内
25、容为外圆、端面、槽和螺纹，因此需要选择外圆车刀、切槽刀、600螺纹车刀。5切削用量见表1-14所示6工件工艺分析7填写工件安装和原点设定卡和工序卡，第3步：确定加工余量、工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算图纸轴段直径设计尺寸，表面粗糙度1.6，毛坯为型材。工艺过程为粗车-半精车-精车。用查表修正法或经验估计法确定毛坯总余量和各工序余量，其中粗铣余量由毛坯总余量减去其余工序余量确定。本节课小结及布置作业30min30min20min5min教 案序号6授课日期班级项目（章节）2.1.1 数控车床加工的特点2.1.2 数控车床的类型授课时数2教学目标与要求目标：数控车削加工中的加工方法要求：掌握数控
26、车削加工主要加工内容教学难点与重点重点：数控车床加工的特点难点：数控车削加工主要加工内容授课方法理实一体（现代化）教学手段多媒体教学作 业数控车削加工中的加工方法有哪些？教 学 内 容 及 过 程时间分配课程的设计过程一、复习上次课程所讲的内容。二、课问题，了解学生对上次课程内容的掌握情况。三、引出本次课成所讲的内容。四、本次课程的内容概述。 1、数控车床加工的特点。 2、数控车削加工主要加工内容。五、总结本此课程所讲的内容。六、布置课后习题。七、对下次课程做简要介绍，以便学生课后预习。5分钟5分钟5分钟70分钟5分钟5分钟5分钟教 案 教 学 内 容 及 过 程时间分配一、数控车削加工主要有
27、以下加工内容1车削外圆车削外圆是最常见、最基本的车削方法，工件外圆一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面及回转槽等基本面组成。2车削内孔车削内孔是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面，是常用的车削加工方法之一。3车削端面车削端面包括台阶端面的车削，偏刀车削端面，可采用较大背吃刀量，切削顺利，表面光洁，而且大、小端面均可车削。4车削螺纹车削螺纹是数控车床的特点之一。在普通车床上一般只能加工少量的等螺距螺纹，而在数控车床上，只要通过调整螺纹加工程序，指出螺纹终点坐标值及螺纹导程，即可车削各种不同螺距的圆柱螺纹、锥螺纹或端面螺纹等。螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行，也可进行循环切削。二、数控车床
28、的类型1按结构分类数控车床分为立式数控和卧式数控车床两种类型。（1）立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件的车削加工。（2）卧式数控车床用于轴向尺寸较大或较小的盘类零件加工。相对与立式数控车床来说，卧式数控车床的结构形式较多、加工功能丰富、使用的面积较广。1）经济型数控车床采用的是步进电动机和单片机，是通过对普通的车床的车削进给系统改善后形成的简易型数控车床，成本较低，但是自动化程度和功能都比较差，加工的精度也不高，适用于要求不太高的回转类零件的车削加工。2）通数控车床根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一
29、般回转类零件的车削加工。这种数控车床加工可以同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。3）车削加工中心在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动立头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制可以是（X、Z）、（Z、C）、或（X、C）。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大的增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。2按导轨分类床身导轨与水平面的相对位置有4种布局形式，为水平床身布局，斜床身布局，斜床身布局。3按刀架的布局分类可分为两坐标联动和四坐标控制两类。（1）两坐标联动用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴；用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。 常用有6工位、8工位、10工位、12工位。（2）四坐标控制有两个独立的滑板和回转刀架，故称为双刀架四坐标数控车床。每个刀架的切削进给量分别控制，两刀架可以同时切削同一工件的不同部位。四坐标数控车床的结构复杂，且需要配置专门的数控系统实现对两个独立刀架的控制。这种机床适
