數(shù)控銑床加工技術(shù)教案上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心

1、數(shù)控銑床加工技術(shù) 教案一、 基本信息l 課時(shí)數(shù)：7學(xué)時(shí)（1天）l 教學(xué)中使用的機(jī)器、儀器、設(shè)備：KND100型數(shù)控銑床、投影儀、電腦、宇龍仿真軟件、加工所用的蠟板等。l 學(xué)生分組情況：補(bǔ)充二、 教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)本次實(shí)習(xí)，讓學(xué)生達(dá)到以下要求：1、了解數(shù)控銑床的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。2、基本掌握數(shù)控銑床坐標(biāo)系的確立及數(shù)控程序基本指令的使用方法。3、掌握宇龍仿真軟件的使用。4、較熟練使用KND100型數(shù)控銑床操作面板上的各個(gè)按鍵的功能及操作使用方法。5、在學(xué)生掌握數(shù)控編程、機(jī)床操作的基本知識(shí)的同時(shí)，同時(shí)能獨(dú)立完成一個(gè)零件從構(gòu)思設(shè)計(jì)、繪圖、編程到加工完成的整個(gè)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生從構(gòu)思到實(shí)物制作的工程意識(shí)。三

2、、 教學(xué)要求：知識(shí)點(diǎn)：（一）掌握機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的建立方法及相關(guān)操作。（二）掌握數(shù)控銑床的一般編程方法及技巧（三）獨(dú)立完成一個(gè)零件從構(gòu)思設(shè)計(jì)、繪圖、編程到加工完成的整個(gè)過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：編程指令的格式及含義；構(gòu)思設(shè)計(jì)；程序的通訊傳輸；機(jī)床操作。解決方法：通過(guò)課堂仔細(xì)講解，ppt演示、實(shí)物教具展示等方法，讓學(xué)生在掌握基本知識(shí)的同時(shí)開(kāi)拓思路；通過(guò)仿真軟件的操作，機(jī)床操作的實(shí)際演示，讓學(xué)生更好的掌握機(jī)床操作技能。教學(xué)難點(diǎn)：構(gòu)思設(shè)計(jì)；數(shù)控銑床工件坐標(biāo)系的設(shè)定方法；數(shù)控編程的方法及技巧；機(jī)床操作。解決方法：通過(guò)勤講解、實(shí)物展示，實(shí)例示范，結(jié)合機(jī)床，邊操作邊講解等方法，讓學(xué)生更好的理解各個(gè)環(huán)節(jié)。四、

3、教學(xué)時(shí)間安排：授課內(nèi)容和作業(yè)其中具體安排講授練習(xí)數(shù)控機(jī)床概述 ，了解數(shù)控銑床的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。（ppt） 10無(wú)8:008:10程序編制基礎(chǔ)知識(shí)，介紹數(shù)控銑床的常用編程指令及格式；（ppt） 40無(wú)8:108:50編程實(shí)例分析。（ppt）20無(wú)8:509:10軟件使用介紹（Master CAM）20無(wú)9:109:30布置作業(yè)，學(xué)生自行設(shè)計(jì)零件并編程無(wú)1209:3011:30介紹通訊傳輸軟件的使用方法15無(wú)13:0013:15學(xué)生利用傳輸軟件進(jìn)行程序傳輸無(wú)1513:1513:30KND100型數(shù)控銑床操作方法介紹，演示20無(wú)13:1513:30學(xué)生操作機(jī)床，加工完成自行設(shè)計(jì)的作品無(wú)1101

4、3:3015:20完成實(shí)習(xí)報(bào)告無(wú)2515:2015:45打掃衛(wèi)生，評(píng)分，結(jié)課1515:4516:00五、 教學(xué)過(guò)程1、數(shù)控銑床概述：（ppt教學(xué)）10分鐘針對(duì)不同的學(xué)生，用提問(wèn)的方式導(dǎo)入課程。例1：第一次金工實(shí)習(xí)的學(xué)生，要較詳細(xì)介紹什么是數(shù)控銑床？它的加工方式是怎樣的？，在機(jī)械加工中的主要作用等。例2：如已經(jīng)過(guò)普車(chē)、數(shù)車(chē)或普銑的學(xué)生，可進(jìn)行比較，告訴學(xué)生數(shù)控銑床與其他機(jī)床的區(qū)別，導(dǎo)入數(shù)控銑床的概述。數(shù)控銑床是由普通銑床發(fā)展而來(lái)的，是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制的銑床，其加工能力很強(qiáng)，加工靈活，通用性強(qiáng)，數(shù)控銑床的最大特點(diǎn)是高柔性，即具有靈活、通用，可以加工不同形狀的工件。（一）數(shù)控銑床的組

5、成：數(shù)控銑床其實(shí)只是在普通銑床的基礎(chǔ)上再多加了兩個(gè)裝置，一個(gè)是數(shù)控裝置，一個(gè)是伺服裝置。它的組成及結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1利用PPT放映上圖，具體介紹各數(shù)控銑床的組成部件。（二）數(shù)控銑床相對(duì)于普通銑床，有以下的特點(diǎn)：加工的零件精度高 ；生產(chǎn)效率高；特別適合加工復(fù)雜的廓表面； 有利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造 。（三）數(shù)控銑床的應(yīng)用：數(shù)控銑床除了可加工普通銑床上能加工的零件外，如：加工平面、斜面、外輪廓、型腔、槽、鍵槽、鉆孔、較孔、擴(kuò)孔、攻絲等，由于它具有三軸及三軸以上的聯(lián)動(dòng)功能，因此，具有空間曲面的零件也可以在數(shù)控銑床上加工。2ppt放映各種零件，并出示一些較復(fù)雜的，具有空間曲面的零件展示給同學(xué)看。讓學(xué)

6、生能在今后的各種實(shí)際加工過(guò)程在能合理選用機(jī)床。教法設(shè)計(jì)說(shuō)明：本節(jié)內(nèi)容從數(shù)控的概念出發(fā)，闡述了數(shù)控銑床的特點(diǎn)、應(yīng)用、常用附件設(shè)備等基本知識(shí)，說(shuō)明了數(shù)控銑床在現(xiàn)代機(jī)械加工過(guò)程中的重要作用。培養(yǎng)學(xué)生在今后的各種實(shí)際加工過(guò)程在能合理選用機(jī)床的能力。 2、數(shù)控銑床編程基礎(chǔ)（ppt教學(xué)）40分鐘（一）數(shù)控銑床坐標(biāo)系的確立在數(shù)控加工過(guò)程中，不論是工件靜止不動(dòng)、刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，還是工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、刀具靜止不動(dòng)，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)指的是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而工件靜止不動(dòng)。數(shù)控立式銑床坐標(biāo)系確定的原則：（1）數(shù)控銑床坐標(biāo)系為右手笛卡爾坐標(biāo)系。（2）三個(gè)坐標(biāo)軸互相垂直。（3）以機(jī)床主軸軸線(xiàn)方

7、向?yàn)閆軸; 刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸正方向。（4）X軸與工件安裝表面平行; 對(duì)于立式銑床，人面對(duì)機(jī)床主軸，右側(cè)方向?yàn)閄軸正方向。（5）Y軸方向根據(jù)X，Z軸按右手笛卡爾直角坐標(biāo)系來(lái)確定（二）、機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱(chēng)機(jī)床原點(diǎn)或零點(diǎn)，是固有的點(diǎn)，不能替換它的位置，如圖3所示。用機(jī)床零點(diǎn)的位置設(shè)置的坐標(biāo)系為機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，在機(jī)床經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整后，這個(gè)零點(diǎn)便被確定下來(lái)，它是固定的點(diǎn)。 圖3數(shù)控裝置上電時(shí)并不知道機(jī)床零點(diǎn)，為了正確地在機(jī)床工作時(shí)建立機(jī)床坐標(biāo)系，通常在每個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)（測(cè)量起點(diǎn)），機(jī)床起動(dòng)時(shí)，通常要進(jìn)行機(jī)動(dòng)或手動(dòng)回參考點(diǎn)，

8、以建立機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床制造商在機(jī)床上用行程開(kāi)關(guān)設(shè)置的一個(gè)物理位置，與機(jī)床原點(diǎn)的相對(duì)位置是固定的。（三）、工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系是建立在機(jī)床坐標(biāo)系基礎(chǔ)上的，在加工零件時(shí)所使用的加工基準(zhǔn)，也稱(chēng)為零點(diǎn)偏置。工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)又稱(chēng)作工件原點(diǎn)，該點(diǎn)可以在工件上任意選定。編制時(shí)一般選擇工件上（如左下角上表面點(diǎn)或中心點(diǎn)）的某一點(diǎn)作為程序的原點(diǎn)，并以這個(gè)原點(diǎn)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，建立一個(gè)新的坐標(biāo)系。對(duì)于數(shù)控車(chē)來(lái)講只有X、Z軸。對(duì)于數(shù)控銑和加工中心則有X、Y、Z三個(gè)軸。編程有絕對(duì)值編程和增量值編程。出示教具，在實(shí)體零件上，具體講述工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互關(guān)系。讓學(xué)生理解兩個(gè)坐標(biāo)系的關(guān)系。（四）程序格式：

9、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在數(shù)控技術(shù)方面制定了一系列相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)控加工和編程的基本原則數(shù)控編程的編碼字符、編程的功能代碼以及程序的格式都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化程序主要由三部分組成：程序號(hào)、程序內(nèi)容及程序結(jié)束；程序號(hào)是一個(gè)程序必需的標(biāo)識(shí)， 由地址符O后帶4位數(shù)字組成。程序號(hào)： xxxx 整個(gè)程序的核心，完成數(shù)控加工的全部動(dòng)作，由若干個(gè)程序段組成。程序內(nèi)容：xxxx Gxx X_ Y_ Z_ Mxx Fxx Sxx ; 結(jié)束整個(gè)程序的運(yùn)行，指令有M30或M02。程序結(jié)束符：M30 （五）程序基本指令通過(guò)編程并運(yùn)行這些程序而使數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)的功能我們稱(chēng)之為可編程功能。一般可編程功能分為兩類(lèi)：一類(lèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)刀

10、具軌跡控制即各進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)，如直線(xiàn)/圓弧插補(bǔ)、進(jìn)給控制、坐標(biāo)系原點(diǎn)偏置及變換、尺寸單位設(shè)定、刀具偏置及補(bǔ)償?shù)龋@一類(lèi)功能被稱(chēng)為準(zhǔn)備功能，以字母G以及兩位數(shù)字組成，也被稱(chēng)為G代碼。另一類(lèi)功能被稱(chēng)為輔助功能，用來(lái)完成程序的執(zhí)行控制、主軸控制、刀具控制、輔助設(shè)備控制等功能。常用準(zhǔn)備功能指令：準(zhǔn)備功能也稱(chēng)G功能、G代碼，分模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼。模態(tài)代碼執(zhí)行后一直有效,直到同組的另一代碼出現(xiàn)。非模態(tài)代碼只有在其所在的程序段內(nèi)有效。1）G92坐標(biāo)系設(shè)定指令格式：G92X_Y_Z_； 該指令是聲明刀具當(dāng)前位置在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，通過(guò)聲明這一參照點(diǎn)的坐標(biāo)而創(chuàng)建工件坐標(biāo)系。X、Y、Z后的數(shù)值即為刀具當(dāng)前位置在

11、工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。注意： (1) 在執(zhí)行此指令之前必須先進(jìn)行對(duì)刀，通過(guò)調(diào)整機(jī)床，將刀尖放在程序所要求的對(duì)刀點(diǎn)位置上。(2) 此指令并不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械移動(dòng)，只是讓系統(tǒng)內(nèi)部用新的坐標(biāo)值取代舊的坐標(biāo)值，從而建立新的坐標(biāo)系。2）快速定位指令G00格式：G00 X_Y_Z_;說(shuō)明：是刀具運(yùn)行的終點(diǎn)坐標(biāo)值；用于非切削狀態(tài)，快速接近工件和快速離開(kāi)工件；G00為模態(tài)代碼；注意：只能用于快速定位或加工完退刀時(shí)， 不能用于切削。 3）直線(xiàn)插補(bǔ)指令G01格式：G01 X_Y_Z_F_;說(shuō)明：是刀具運(yùn)行的終點(diǎn)坐標(biāo)值；指令兩個(gè)坐標(biāo)（或三個(gè)坐標(biāo)）以聯(lián)動(dòng)的方式，按指定的進(jìn)給速度F，插補(bǔ)加工出任意斜率的平面（或空間）直線(xiàn)；用于

12、切削狀態(tài)，刀具切削工件走直線(xiàn)或斜線(xiàn)軌跡的代碼；G01為模態(tài)代碼，并且與G00為同組模態(tài)代碼；F:指明刀具的進(jìn)給速度，單位mm/min;亦為模態(tài)代碼；提問(wèn)：G00與G01的最大的區(qū)別在哪里？移動(dòng)方式有何不同，各適用于什么地方？4）圓弧插補(bǔ)指令G02、G03圓弧插補(bǔ)指令順圓插補(bǔ)G02 X_ Y_ R_（I、J） F_逆圓插補(bǔ)G03 X_ Y_ R_ F_用于切削狀態(tài)，刀具切削工件走圓弧軌跡的代碼；注意：、是刀具運(yùn)行的終點(diǎn)坐標(biāo)值；為圓弧半徑，劣弧為正值，優(yōu)弧為負(fù)值；（0<180 °時(shí)R取正；180°<<360°時(shí)R取負(fù)。）整圓編程不能用R格式；直接用I

13、、J、K確定其圓心即可。為圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)（分別對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)差）G02G03為模態(tài)代碼，并且與G00、G01為同組模態(tài)代碼；控制主軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)(正轉(zhuǎn))，與S代碼一起配合使用。S1000 M03表示主軸以1000轉(zhuǎn)/min的速度順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。6）常用輔助功能指令（M03、M05、M30）M03 主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)M05 程序結(jié)束，寫(xiě)在程序最后。系統(tǒng)讀到此指令，自動(dòng)返回到開(kāi)始。M30 注意：同一段指令中只能出現(xiàn)一個(gè)M指令。（六）、編程實(shí)例：20分鐘如何判別是G02還是G03?確定順圓弧插補(bǔ)指令和逆圓弧插補(bǔ)指令的方法:沿圓弧所在平面的另一坐標(biāo)軸的負(fù)向望去,順時(shí)針為G02,逆時(shí)針為G03.O123

14、4 N10G92X0Y0Z5N20M03N30G00X10Y10N40G01Z-1F150N50G01X10Y30N60G02X20Y30R5N70G03X25Y25R-5N80G00Z5N90G00X40Y30N100G01Z-1N110G02X60Y30R10N120G02X40Y30R10N130G00Z5N140M05N150M30教法設(shè)計(jì)說(shuō)明：本節(jié)內(nèi)容為數(shù)控編程的入門(mén)知識(shí)，比較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是如何調(diào)動(dòng)同學(xué)們的積極性，使他們對(duì)本次實(shí)習(xí)產(chǎn)生興趣。采取的方法是讓同學(xué)們看一些數(shù)控加工制件，以前同學(xué)的一些好的作品等，使他們產(chǎn)生好奇心，樹(shù)立完成本次實(shí)習(xí)的信心。 3、Master CAM軟件模擬操作介

15、紹（ppt教學(xué)、軟件演示）20分鐘通過(guò)軟件模擬操作，讓學(xué)生在上機(jī)床之前，先在軟件上加工一遍，一方面可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)程序中的不合理的地方，可以?xún)?yōu)化程序，最大限度的達(dá)到自己最初的設(shè)計(jì)效果，另外，也可以最大限度的避免在機(jī)床操作時(shí)出現(xiàn)設(shè)備損壞現(xiàn)象。4、分組設(shè)計(jì)零件、安排加工工藝、零件編程。（分別討論，單獨(dú)指導(dǎo)）100分鐘介紹設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，尺寸要求。學(xué)生分組（4-5人）進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、討論。分別參與學(xué)生的方案討論，指導(dǎo)學(xué)生確定方案。各組成員分工安排各組件的加工工藝及零件的編程，并最終由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)檢查與匯總。完成后，將各程序保存在電腦中。教法設(shè)計(jì)說(shuō)明：自行設(shè)計(jì)零件并編程是一項(xiàng)繁瑣而又需要非常細(xì)心的工作，在整個(gè)過(guò)

16、程中，同學(xué)們?nèi)菀遵R虎，或容易算錯(cuò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，或用錯(cuò)指令，針對(duì)這些特點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，同時(shí)也應(yīng)該多與學(xué)生交流，了解學(xué)生想法，應(yīng)給學(xué)生充分的自由度，使學(xué)生有較大的思想空間，使有能力的同學(xué)能夠自由發(fā)揮，制作出自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，但指導(dǎo)教師要把握好方向。同時(shí)加強(qiáng)巡回指導(dǎo)。 在巡回指導(dǎo)過(guò)程中，指導(dǎo)教師應(yīng)注意及時(shí)糾正學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤（如把刀具直徑忽略掉或由于輸入失誤經(jīng)常出現(xiàn)指令錯(cuò)誤的情況等），針對(duì)個(gè)別學(xué)生可進(jìn)行再次講解。5、數(shù)控銑床機(jī)床面板及程序傳輸介紹。（ppt教學(xué)、仿真軟件演示）15分鐘機(jī)床面板各軟體鍵的功能介紹；程序傳輸?shù)牟襟E；通訊軟件的操作演示；6、學(xué)生將各自的程序傳輸?shù)綑C(jī)床上；15分鐘7、介紹機(jī)床

17、操作面板，對(duì)刀方法及安全知識(shí)，強(qiáng)調(diào)規(guī)范操作。 20分鐘8、學(xué)生完成各自的零件加工，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。 110分鐘這一環(huán)節(jié)是整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程的最終部分，通過(guò)機(jī)床的實(shí)際操作加工，把學(xué)生最初的設(shè)計(jì)構(gòu)思通過(guò)機(jī)床加工出實(shí)物，讓學(xué)生充分體驗(yàn)“從設(shè)計(jì)構(gòu)思到實(shí)物”的整個(gè)過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)到通過(guò)一天的努力，把自己的的設(shè)想變成實(shí)物的喜悅。通過(guò)機(jī)床實(shí)際操作演示，同時(shí)講解操作注意事項(xiàng)、如何規(guī)范、合理操作，提高學(xué)生的安全意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。9、學(xué)生完成實(shí)習(xí)報(bào)告。 25分鐘10、評(píng)分，課后小結(jié)： 15分鐘（一）實(shí)習(xí)操作總結(jié) 針對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，給出學(xué)生作品的分?jǐn)?shù)，指出存在的問(wèn)題，并分析出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因，找到解決方法，使學(xué)生在以后的工作中不會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤。 （二）實(shí)習(xí)態(tài)度總結(jié) 總結(jié)實(shí)習(xí)過(guò)程中，同學(xué)們的實(shí)習(xí)態(tài)度、實(shí)習(xí)紀(jì)律