数控加工教案

-1-第一章数控机床概述一、组织教学：(考勤、学习准备等)二、引入新课：三、讲授新课：（简单讲解、举例）（一）、数控机床1、数控的定义（板书）数控即数字控制——是数字程序控制的简称。数控的实质：通过特定处理方式的数字信息（不连续变化的数字量）自动控制机械装置动作，与连续变化的模拟量进行的程序控制有截然不同的性质。2、数控机床：采用了数控技术的机床，或者说装备数控系统的机床。（二）、数控机床的加工特点及应用范围1、数控机床的加工特点（1）、高精度。（2）、高难度。（3）、多工序加工。（4）、改善劳动条件。（5）、改型方便。（6）、高效率。（7）、有利于生产管理。（8）、价格较贵。（9）、调试和维修较复杂。2、数控机床的应用范围（1）、适用分期（不定期或周期）进行的轮番生产。（2）、适用于多品种，中、小批量的生产。（3）、在满足加工要求的前提下，应选择档次尽可能低一点的数控机床。（4）、数控机床加工依赖于各种数字化信息指令。（三）、数控机床的组成及工作过程1、数控机床的组成（1）、控制介质。（2）、人机交互设备。（3）、计算机数控（CNC）装置。（4）、进给伺服驱动系统。（5）、主轴驱动系统。（6）、辅助控制装置。（7）、可编程控制器（PLC）。（8）、反馈系统。（9）、自动适应控制。（10）、机床本体。-2-2、数控机床的工作过程（1）、根据零件图样进行各项准备。（2）、按规定格式编制出加工程序。（3）、将加工程序以代码形式完整记录在信息介质上。（4）、将代码转变为电信号输出。（5）、数控装置将结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行信号。（6）、伺服系统向执行电机驱动机床进给机构发出严格指令。（四）、数控机床分类1、按工艺用途分类（1）一般数控机床（2）数控加工中心2、按加工路线分类（1）、点位控制数控机床实行点对点的准确控制，而对其点到点之间的运动轨迹不作要求，刀具在定位运动过程中不进行切削，只是快速进给到定位位置（不与工件接触）。数控钻床、数控冲床属于点位控制数控机床。（2）、直线控制数控机床除了要控制刀具相对于工件（或工作台）的起点和终点的准确位置外，还要控制每一程序段的起点与终点的位移过程，使刀具以给定的进给速度作平行于某一坐标轴方向的直线运动。数控车床、数控磨床属于直线控制数控机床。（3）、连续控制数控机床又称轮廓控制数控机床，能同时对两个或两个以上的坐标轴进行控制，从而按给定的规律和速度进行准确的轮廓控制，使其运动轨迹成为所需要的直线、曲线或曲面。数控车床、数控铣床、线切割机床等属于轮廓控制数控机床。3、按控制的坐标轴数分类（简略）（1）、两坐标数控机床（2）、三坐标数控机床（3）、2.5坐标数控机床（4）、多坐标数控机床4、按数控装置的类型分类（简略）（1）硬件数控（2）计算机数控5、按伺服系统的类型分类（重点讲述）（1）开环控制数控机床（讲清工作过程）（2）半闭环控制数控机床（讲清工作过程）（3）全闭环控制数控机床（讲清工作过程）（五）、数控机床的坐标系数控机床的标准坐标系——右手直角笛卡儿坐标系。1、坐标轴和运动方向命名原则（1）假定刀具相对于静止的工件而运动。（2）正方向——刀具远离工件的运动方向。（3）机床主轴旋转运动——的正方向是按照右旋螺纹进入工件的方向。2、机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定-3-在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。（2）机床坐标系的规定标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。2)大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向,见图1.1。（3）运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，如图1.2所示为数控车床上两个运动的正方向。3、坐标轴方向的确定（1）Z坐标Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，图1.2机床运动的方向则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。图1.3所示为数控车床的Z坐标。（2）X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。图1.3数控车床的坐标系2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。图1.3所示为数控车床的X坐标。（3）Y坐标在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X图1.3数控车床的坐标系和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。图1.3所示为数控车床的Y坐标。图1.1直角坐标系-4-图1.4数控立式铣床的坐标系四、小结例：根据图1.4所示的数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标。1、Z坐标：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。2、X坐标：Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正。3、Y坐标：在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。五、布置作业习题册六、辅导答疑-5-第三章、数控加工工艺基础一、组织教学：考勤、学习准备等。二、复习旧课：数控机床的分类以及数控机床的坐标系。三、讲授新课：（举例讲解）（一）、数控加工工艺概述1、基本特点数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。2、数控加工工艺内容的选择对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。适于数控加工的内容：在选择时，一般可按下列顺序考虑：（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。3、数控加工工艺性分析被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。（1）尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。（2）几何要素的条件应完整、准确在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。（3）定位基准可靠在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图3.1a所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图3.1b所示。在完成定位加工后再除去。-6-a)改进前的结构b)改进后的结构图3.1工艺凸台的应用（4）统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。（二）、数控加工工艺文件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，也是操作者遵守、执行的规程。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。数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可根据企业实际情况自行设计。1、数控编程任务书它阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一，详见表3.1。表3.1数控编程任务书工艺处数控编程任务书产品零件图号任务书编号零件名称使用数控设备共页第页主要工序说明及技术要求：编程收到日期月日经手人编制审核编程审核批准2、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，详见表3.2。-7-表3.2工件安装和原点设定卡片零件图号J30102-4数控加工工件安装和原点设定卡片工序号零件名称行星架装夹次数3梯形槽螺栓2压板1镗铣夹具板GS53-61编制（日期）审核（日期）批准（日期）第页共页序号夹具名称夹具图号3、数控加工工序卡片数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明（如：所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择，详见表3.3。-8-表3.3数控加工工序卡片单位数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号工序简图车间使用设备工艺序号程序编号夹具名称夹具编号工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速进给速度背吃刀量备注编制审核批准年月日共页第页4、数控刀具卡片数控加工时，对刀具的要求十分严格，一般要在机外对刀仪上预先调整刀具直径和长度。刀具卡反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀片型号和材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据，详见表3.4。-9-表3.4数控刀具卡片零件图号J30102-4数控刀具卡片使用设备刀具名称镗刀TC-30刀具编号T13006换刀方式自动程序编号刀具组成序号编号刀具名称规格数量备注1T013960拉钉12390、140-5050027刀柄13391、01-5050100接杆Φ50×10014391、68-03650085镗刀杆15R416.3-12205325镗刀组件Φ41-Φ5316TCMM110208-52刀片172GC435备注编制审校批准共页第页不同的机床或不同的加工目的可能会需要不同形式的数控加工专用技术文件。在工作中，可根据具体情况设计文件格式。（三）、数控加工路线的确定在数控加工中，常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，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