数控铣床教案.doc

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模块一数控铣床基础知识

项目一认识数控铣削机床及选用

授课时间

第1课时

授课班级

02级数控班

授课时数

1

授课形式

讲授

授课章节

名称

项目1：

认识数控铣削机床及选用

使用教具

多媒体

教学目的

熟悉适合数控铣削零件；

熟悉数控铣床或加工中心的选择方法。

教学重点

对数控铣床和加工中心的类型进行选择

机床规格的选择

机床精度的选择

教学难点

对数控铣床和加工中心的类型进行选择/机床规格的选择/机床精度的选择

补充内容

无

课外作业

教材章节后的相应习题

教学后记

课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。

学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

1、复习及提问

提问上一讲学习的主要内容。

2、引入：

3、新课内容：

逐步完成本次教学内容的讲授。

4、讨论：

讨论机床精度的选择要点综合运用新授内容。

5、总结

总结本次授课主要内容。

6、作业及辅导：

布置下次提问的思考题，及课后练习题。

对思考题、习题难点、要求进行辅导。

引入：

数控铣床的基本特点。

新课内容：

一、适合数控铣削零件

1、空间曲面类零件：

2、平面曲线轮廓类零件

3、其它适合数控铣削加工的零件

二、数控铣床或加工中心的选择

1．数控铣床或加工中心的类型选择

不同类型的数控铣床或加工中心，其使用范围也有一定的

局限性，只有加工与工作条件相适合的工件，才能达到最佳的效果。

一般来说，立式数控铣床及镗铣加工中心适用于加工平面凸轮、样板、箱盖、壳体等形状复杂单面加工零件，以及模具的内、外型腔等；卧式铣床和加工中心配合回转工作台适用于加工箱体、泵体、壳体有多面加工任务的零件，如果对箱体的侧面与顶面要求在一次装夹中加工，可选用五面体加工中心。

如果在立式铣床和加工中心上加工适合卧式铣床和加工中心加工的典型零件，则当对零件的多个加工面、多工位加工时，需要更换夹具和倒换工艺基准，这样会降低加工精度和生产效率。

如果将适合在立式铣床和立式加工中心的典型工件在卧式铣床或加工中心上加工，则常常需要增加弯板夹具，从而降低工件加工工艺系统的刚性。

为了保持数控铣床及镗铣加工中心的精度，降低生产成本，延长使用寿命，又通常把零件的粗加工，零件基准面、定位面的加工安排在普通机床上进行。

2．机床规格的选择

应根据被加工典型工件大小尺寸选用相应规格的数控机床。

数控机床的主要规格包括工作台尺寸、几个数控进给坐标的行程范围和主轴电动机功率。

选用合适的工作台尺寸保证工件在其上面能顺利装夹；选择合适的进给坐标行程保证工件的加工尺寸在各坐标有效行程内。

CNC铣床或加工中心的工作台面尺寸和三个直线坐标行程都有一定比例关系，如机床的工作台为500mm×500mm，其X轴行程一般为700～800mm，Y轴为550～700mm，Z轴为500～600mm，因此工作台的大小基本确定了加工空间的大小。

此外，选择数控机床时还应考虑工件与换刀空间的干涉及工作台回转时与护罩等附件干涉等一系列问题，而且还要考虑机床工作台的承载能力。

对机床的主要的技术参数认识是确定机床能否满足加工的重要依据。

3．机床精度的选择

选择机床的精度等级应根据被加工工件关键部位的加工精度要求来确定，一般来说，批量生产零件时，实际加工出的精度公差数值为机床定位精度公差数值的1.5～2倍。

数控铣床和加工中心按精度分为普通型和精密型，其主要精度项目如表5-1-2所示。

普通型CNC机床可批量加工IT8级精度的工件；精密型CNC铣床和加工中心加工精度可达IT5～6级，但对使用环境要求较严格，以及要有恒温等工艺措施。

CNC铣床和加工中心的直线定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动元部件的综合精度。

尤其是重复定位精度，它反映了该控制轴在全行程内任意点定位稳定性，这是衡量该控制轴能否稳定可靠工作的基本指标。

铣圆精度是综合评价CNC铣床和加工中心有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。

由于数控机床具有一些特殊功能，因此，在加工中等精度的典型工件时，一些大孔径圆柱面和大圆弧面可以采用高切削性能的立铣刀铣削，测定每台机床的铣圆精度的方法是用一把精加工立铣刀铣削一个标准圆柱试件，中小型机床圆柱试件的直径一般在φ200～φ300mm左右。

将铣削后加工得到的标准圆柱试件放到圆度仪上，测出加工圆柱的轮廓线，取其最大包络圆和最小包络圆，两者间的半径差即为其精度。

数控铣床和加工中心主要精度项目

精度项目

普通型（mm）

精密型（mm）

直线定位精度

±0．01／全程

±0．005／全程

重复定位精度

±0．006

土0．002

铣圆精度

0．03～0．04

0．02

一、讨论：

机床精度的选择要点。

总结：

1、适合数控铣削零件；

2、数控铣床和加工中心的选择；

作业及辅导：

1、如何对数控铣床和加工中心的类型进行选择

2、适合数控铣削零件？

3、如何对机床精度的选择？

项目二认识数控铣削刀具及铣削加工特点

课时

第2课时

授课班级

02级数控班

授课时数

1

授课形式

讲练

授课章节

名称

项目2：

认识数控铣削刀具及铣削加工特点

使用教具

多媒体

教学目的

熟悉铣削刀具的选择；

熟悉铣削用量的选择；

熟悉铣削加工的特点。

教学重点

铣削刀具的选择

铣削用量的选择

铣削加工的特点。

教学难点

铣削用量的选择；

立铣刀；

顺铣与逆铣的比较

补充内容

无

课外作业

1.铣削用量的选择方法？

2.立铣刀的类型及选择？

3.顺铣与逆铣的比较？

教学后记

教案设计时注意了学习内容的逻辑性，学习内容层层深入，教学展开顺利，教学效果良好；课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。

学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

复习及提问

提问上一讲学习的主要内容。

引入：

新课内容：

逐步完成本次教学内容的讲授。

讨论：

讨论铣削刀具的选择；铣削用量的选择

总结

总结本次授课主要内容。

作业及辅导：

布置下次提问的思考题，及课后练习题。

对思考题、习题难点、要求进行辅导。

引入：

铣削是铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法。

数控铣削是一种应用非常广泛的切削加工方法，能完成数控铣削加工的设备主要是数控铣床和加工中心，各种平面轮廓和立体轮廓的零件，如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等都可采用数控铣削加工。

新课内容：

一、数控铣削加工的刀具

1、面铣刀

2、立铣刀

立铣刀的一般结构/特种立铣刀

3、模具铣刀

4、键槽铣刀

5、鼓形铣刀

6、铣削刀具的选择

二、刀具切削参数的选择

铣削用量的选择

㈠吃刀量的选择

1）切削深度ap（背吃刀量）

为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。

端

铣时，背吃刀量为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。

2）切削宽度aw（侧吃刀量）

侧吃刀量（ae）为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，

单位为㎜。

端铣时，ae为被加工表面宽度；而圆周铣削时，侧吃刀量为切削层深度

3）背吃刀量或侧吃刀量与表面质量的要求。

余量不大，力求粗加工一次进给完成，但是在余量较

大，或工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可多次分层切削完成。

当工件表面粗糙度值要求不高时粗铣，或分粗铣、半精铣两步加工；当工件表面粗糙度值要求较高，宜分粗铣、半精铣、精铣三步进行。

㈡每齿进给量的选择。

㈢切削线速度Vc

合理的切削用量应满足以下要求：

在保证安全生产，不发生人身、设备事故，保证工件加工质量的前提下，能充分地发挥机床的潜力和刀具的切削性能，在不超过机床的有效功率和工艺系统刚性所允许的额定负荷的情况下，尽量选用较大的切削用量。

一般情况下我们对切削用量选择时应考虑到下列问题：

⑴保证加工质量：

主要是保证加工表面的精度和表面粗糙度达到工件图样的要求。

⑵保证切削用量的选择在工艺系统的能力范围内：

要保证切削用量的选择在工艺系统的能力范围内，不应超过机床允许的动力和转矩的范围，不应超过工艺系统（铣床、刀具、工件）的刚度和强度范围，同时又能充分发挥它们的潜力。

⑶保证刀具有合理的使用寿命：

在追求较高的生产效率的同时，保证刀具有合理的使用寿命，并考虑较低的制造成本。

以上三条，要根据具体情况有所侧重。

一般在粗加工时，应尽可能地发挥刀具、机床的潜力和保证合理的刀具使用寿命。

精加工时，则应首先要保证切削加工精度和表面粗糙度，同时兼顾合理的刀具的使用寿命。

三、铣削加工的特点

1、铣削特点概述：

2、周铣与端铣的比较

3、顺铣与逆铣的比较

顺铣——切削处刀具的旋向与工件的送进方向一致。

打个比方，你用锄头挖地，而地面同时往你脚后移动，顺铣就是这样的状况。

通俗地说，是刀齿追着材料“咬”，刀齿刚切入材料时切得深，而脱离工件时则切得少。

顺铣时，作用在工件上的垂直铣削力始终是向下的，能起到压住工件的作用，对铣削加工有利，而且垂直铣削力的变化较小，故产生的振动也小，，机床受冲击小，同时顺铣也有利于排屑，数控铣削加工一般尽量用顺铣法加工。

逆铣——切削处刀具的旋向与工件的送进方向相反。

打个比方，你用铲子铲地上的土，而地面同时迎着你铲土的方向移动，逆铣就是这样的状况。

通俗地说，是刀齿迎着材料“咬”，刀齿刚切入材料时切得薄，而脱离工件时则切得厚。

这种方式机床受冲击较大，加工后的表面不如顺铣光洁，消耗在工件进给运动上的动力较大。

由于铣刀刀刃在加工表面上要滑动一小段距离，刀刃容易磨损。

对于表面有硬皮的毛坯工件，顺铣时铣刀刀齿一开始就切削到硬皮，切削刃容易损坏，而逆铣时则无此问题。

讨论：

铣削刀具的选择

铣削用量的选择

总结：

1、铣削加工的特点

2、铣削刀具及铣削用量的选择

作业及辅导：

1、铣削用量的选择方法？

2、立铣刀的类型及选择？

3、顺铣与逆铣的比较？

模块二数控铣床的基本操作训练

项目一数控铣床基本操作

课时

第3课时

授课班级

02级数控班

授课时数

1

授课形式

讲练

授课章节

名称

项目1：

数控铣床基本操作

使用教具

多媒体

教学目的

熟悉CNC铣床MDI面板和机床控制面板的操作；

熟悉手动、MDI、编辑、手轮等基本操作；

熟悉开机和关机步骤；

教学重点

MDI面板和机床控制面板的操作，开机和关机操作

教学难点

对开机回零操作的理解

补充内容

无

课外作业

补充

教学后记

课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。

学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

2、复习及提问

提问上一讲学习的主要内容。

2、引入：

7、新课内容：

逐步完成本次教学内容的讲授。

8、讨论：

讨论机床精度的选择要点综合运用新授内容。

9、总结

总结本次授课主要内容。

10、作业及辅导：

布置下次提问的思考题，及课后练习题。

对思考题、习题难点、要求进行辅导。

引入：

普通车床的操作。

新课内容：

4．1FANUC0i数控铣床操作面板

1．CRT/MDI操作面板

2．机床控制面板

4．2FANUC0i数控系统操作及机床的基本操作

1．操作注意事项

2.开机步骤

机床总电源开，机床电源指示灯亮。

系统电源开，控制器指示灯亮。

急停按钮松开，按下机床复位按钮，机床准备好灯亮。

3．关机步骤

按下急停按钮，此时机床准备好灯灭，系统电源关，控制器指示灯灭。

机床总电源关，机床电源指示灯灭。

二、讨论：

关机时注意什么问题？

总结：

1、键的基本操作；

2、开关机步骤；

作业及辅导：

1、CNC铣床坐标系的规定？

2、消除CNC铣床坐标系与工件坐标系的差别的方法？

3、坐标系零点偏置的方法？

项目二认识数控铣床的对刀及刀具补偿

课时

第4课时

授课班级

02级数控班

授课时数

1

授课形式

讲练

授课章节

名称

项目2：

认识数控铣床的对刀及刀具补偿

使用教具

多媒体

教学目的

熟悉CNC铣床坐标系的规定；

熟悉消除CNC铣床坐标系与工件坐标系的差别；

熟练掌握数控铣床的对刀；

教学重点

CNC铣床坐标系的规定；

数控铣床的对刀；

教学难点

铣床坐标系与工件坐标系的差别，数控铣床的对刀目的及方法

补充内容

无

课外作业

补充

教学后记

课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。

学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

1．复习及提问

提问上一讲学习的主要内容。

2．引入：

3.新课内容：

逐步完成本次教学内容的讲授。

4.讨论：

讨论机床对刀目的、步骤及方法，分析刀具补偿的要点。

5.总结

总结本次授课主要内容。

6.作业及辅导：

布置下次提问的思考题，及课后练习题。

对思考题、习题难点、要求进行辅导。

引入：

数控车床对刀及补偿设置。

新课内容：

2.1CNC铣床坐标系

1．立式铣床、加工中心的坐标轴名称

2．卧式铣床、加工中心的坐标轴名称

3.铣床零点、机床坐标系

4．回参考点操作

2．2设定工件坐标系

2．3基于零点偏置的对刀方法

1．坐标系零点偏置

2．以零件两侧面交点为工件坐标原点的偏置值测量

3．零件中心为工件原点的偏置值测量

4.对刀操作，具体步骤为：

①装夹工件，装上刀具。

②MDI程序显示状态下，输入指令“M03S200;”循环启动;然后打到手轮状态，再启动。

③通过手摇脉冲发生器使刀具在工件前、后、左、右侧面及工件上表面作极微量的接触切削，分别记下刀具此时所处的机床坐标系X、Ｙ、Ｚ的坐标值。

④进行必要的数值处理计算。

⑤将工件坐标系原点在机床坐标系的坐标值录入到G54~G59存储地址的任一工件坐标系中即可。

⑥对刀正确性验证。

MDI方式下运行“G5_G90G00X0Y0Z100”

5.刀具补偿

（1）数控铣床刀具半径补偿的概念

如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹编程。

如图5-4-3所示的点划线为刀心轨迹，其坐标值计算相当复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，并修改程序，这样既复杂繁锁，又不易保证加工精度。

当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控程序只需按工件轮廓编写，加工时数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。

（2）刀具半径补偿量的指定

现代数控系统一般都设置有若干个可编程刀具半径偏置寄存器，并对其进行编号，专供刀具补偿之用，可将刀具补偿参数（刀具长度、刀具半径等）存入这些寄存器中。

FANUC的刀具长度、半径补偿值寄存器如图5-4-4所示。

在进行数控加工前，必须预先把各刀的半径补偿值填写到寄存器。

D～是存放补偿值（刀具半径值）的存储器地址。

刀具补偿值由操作者在操作面板上输入D～到指定的存储器中。

刀具补偿值应设在D01开始的存储器中。

D00通常表示补偿值为零。

在编写数控程序半径补偿程序时，只需写出所需刀具半径补偿参数所对应的寄存器编号即可。

如，D01调用存在半径补偿寄存器编号为1的地址内半径补偿值。

实际加工时，数控系统将该编号对应的刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹。

图2-1刀具左半径补偿指令G41，右半径补偿指令G42

（3）G40、G41、G42指令格式

三、讨论：

X、Y向对刀的实质？

总结：

1、CNC铣床坐标系与工件坐标系的差别；

作业及辅导：

1、CNC铣床坐标系的规定?

项目二认识数控铣床的对刀及刀具补偿

课时

第5课时

授课班级

02级数控班

授课时数

1

授课形式

讲练

授课章节

名称

项目2：

认识数控铣床的对刀及刀具补偿

使用教具

多媒体

教学目的

熟悉CNC铣床坐标系的规定；

熟悉消除CNC铣床坐标系与工件坐标系的差别；

熟练掌握数控铣床的对刀；

教学重点

CNC铣床坐标系的规定；

数控铣床的对刀；

教学难点

铣床坐标系与工件坐标系的差别，数控铣床的对刀目的及方法

补充内容

无

课外作业

补充

教学后记

课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。

学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

1．复习及提问

提问上一讲学习的主要内容。

2．引入：

3.新课内容：

逐步完成本次教学内容的讲授。

4.讨论：

讨论机床对刀目的、步骤及方法，分析刀具补偿的要点。

5.总结

总结本次授课主要内容。

6.作业及辅导：

布置下次提问的思考题，及课后练习题。

对思考题、习题难点、要求进行辅导。

引入：

数控车床对刀及补偿设置。

新课内容：

图2-1刀具左半径补偿指令G41，右半径补偿指令G42

（3）G40、G41、G42指令格式

刀具半径补偿指令的格式如下：

G00/G01G41/G42X～Y～D～；

G00/G01G40X～Y～；

其中：

G41为左偏置刀具半径补偿指令，G42为右偏置刀具半径补偿指令。

G40取消刀具半径补偿。

如图2-1所示，当沿着刀具前进方向看，刀具中心在零件轮廓左边时为左偏置，刀具中心在零件轮廓右边时为右偏置。

a、G41建立半径补偿b、G40取消半径补偿

2-2半径补偿建立和取消

（4）半径补偿的建立、执行和撤销

在轮廓加工过程中，刀具半径补偿的执行过程一般分为刀具半径补偿的建立、刀具半径补偿的执行和刀具补偿撤销三步。

如图2-2，用半径补偿功能编写轮廓加工程序。

设φ24立铣刀编号为T01，半径补偿号为D01，存储器的D01中存放半径补偿值D01=12。

编写轮廓加工程序O5402如下：

O5402 主程序号

N1G54G90G40；建立工件坐标系，程序初始设定；

S300M03； 主轴旋转；

N2G00X-42Y-42； 快进到点S；

N3Z-2.0； Z轴下刀到Z=-2；

N4G41G01X0Y-24F200D1；在SP直线运动中建立半径补偿；

N5G01Y40F100； 直线插补至A；

N6X110Y69.47； 直线插补至B；

N7Y20； 直线插补至C；

N8G02X90Y0R20； 顺圆插补至D；

N9G01X-24； 直线插补至E；

N10G0G40X-42Y-42；在ES点定位运动中取消半径补偿；

N11Z100.0；快速抬刀至Z=100高度平面；

N12M05； 主轴停；

N13M30； 程序结束，复位；

（5）刀具补偿实例分析

①刀具半径补偿的建立

在加工程序O5402中，建立半径补偿的程序段为N4。

如图5-4-6a所示，刀具从起点S用一个快速S→P运动建立半径补偿，程序段的终点是P，但经半径补偿后到达的点是P1点，P1点相对要加工轮廓的延长线向左偏移了一个半径。

②补偿加工

在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离程序轨迹一个刀具半径值的距离。

在加工程序O5402中，在半径补偿状态下切削加工的程序段为N5、N6、N7、N8、N9。

③刀具补偿撤销

在加工程序O5402中，取消半径补偿的程序段为N10。

如图5-4-6b所示，刀具从E点有用一个快速ES运动取消半径补偿，程序段的起点是E，但取消半径补偿前的实际刀具中心起点却是E1，经取消半径补偿程序段执行后，刀具中心实际从E1到达的终点是S点。

（6）刀具半径补偿功能的应用

刀具因磨损、重磨、换新而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后刀具直径。

如图2-3a所示，1为未磨损刀具，2为磨损后刀具，两者直径不同，只需将刀具参数表中的刀具半径r1改为r2，即可适用同一程序。

a、直径改变，程序不变b、直径不变，粗精加工

图2-3刀具半径应用

用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿的变化，可进行粗、精加工。

如图2-3b所示，刀具半径为r，精加工余量为△。

粗加工时，输入刀具半径补偿值D=r+△，则加工出虚线轮廓。

精加工时，用同一程序、同一刀具，但输入刀具半径补偿值D=r，则加工出实线轮廓。

四、讨论：

刀具补偿的目的、方法。

总结：

2、试切法对刀的步骤。

作业及辅导：

1、对刀的方法及步骤？

模块三数控铣床单项铣削练习

项目一学会平面铣削工艺及其编程

课时

第6课时

授课班级

02级数控班

授课时数

1

授课形式

讲练

授课章节

名称

项目1：

学会平面铣削工艺及其编程

使用教具

多媒体

教学目的

掌握平面铣削考虑的工艺方法；

掌握单次面铣的编程路线设计；

掌握多次平面铣削的刀具路线。

教学重点

平面铣削考虑的工艺方法；单次面铣的编程路线设计；子程序编程。

教学难点

平面铣刀的选择；

切削的起点和终点及刀路；

切削参数的选择，

子程序编程的方法。

补充内容

无

课外作业

补充

教学后记

教案设计时注意了学习内容的逻辑性，学习内容层层深入，教学展开顺利，教学效果良好；课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。

学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

复习及提问

提问上一讲学习的主要内容。

新课内容：

逐步完成本次教学内容的讲授。

讨论：

讨论单次面铣工艺编程的要点综合运用新授内容。

总结

总结本次授课主要内容。

作业及辅导：

布置下次提问的思考题，及课后练习题。

对思考题、习题难点、要求进行辅导。

引入：