数控加工工艺与编程铣项目一教案.docx

学习情境一：确定工件在机床中的位置学习情境确定工件在机床中的位置参考学时教学内容1机床坐标系和机床各轴的确定原则； 2机床原点和机床坐标系； 3对刀； 4G54G59设置和选择坐标系的方法； 教学目标1、 职业能力目标（1）具有与设计人员、工艺人员、操作人员沟通的能力；（2）具有读图、识图、分析零件图的能力； （3）具有零件工艺分析能力；（4）具有数控编程的能力；（5）具有查阅资料及相关应用手册的能力；（6）善于观察、思考、自主学习及创新能力。2、专业知识目标（1）应该掌握工件坐标系、机床坐标系的意义； （2）会建立工件坐标系，了解机床原点和机床参考点； （3）掌握建立工件坐标系的指令；3、社会能力：（1）团队协作意识及方法；（2）语言表达能力。教学重点难点与解决方法1.教学重点 （1）机床坐标系和机床各轴的确定原则； （2）G54G59、G92设置和选择坐标系的方法； （3）G53指令； （4）对刀方法； 2.教学难点 （1）G92指令； 3.解决方法 （1）图形示例，零件加工仿真； （2）查阅专业书籍及相关设计手册； （3）咨询企业相关人员或教师；教学条件1教室、多媒体； 2校内实训机房、数控加工仿真软件； 3生产性实习车间、数控车床。教学方法多媒体讲授理论知识；仿真软件练习掌握数控机床操作面板及基本指令加工；数控机床实际操作练习掌握基本能力。学习情境一：确定工件在机床中的位置（详案）教学过程的实施步骤教学内容教学方法时间情景描述（咨询）1给出铣床、工件、刀具的位置图； 2工件、刀具之间的相对位置如何确立。教师介绍；学生自学理论学习 （决策）1机床坐标系、工件坐标系的概念及确定原则； 2对刀的目的； 3T指令对刀；4对刀点、换刀点的确定； 5查阅资料、进行讨论。教师引入相关理论知识；学生自学数控仿真和 实操加工（实施）1.数控系统面板的应用；2.零件数控仿真加工的操作步骤；3.建立工件坐标系。教师指导；学生操作检测加工零 件(检查)1检测工件坐标系建立的是否正确； 2总结、点评。教师点评任务扩展1利用T指令对多把车刀建立工件坐标系； 2对刀点、换刀点的确定教师讲授课后自学评价完成情况（60%）方法能力（20%）创新意识（20%）一、学习情景描述 如图1-1所示，加工工件时，将工件安装在数控机床上进行加工，确定工件原点在机床坐标系中的位置。机床原点工件原点图1-1二、任务分析 数控机床的运动是各轴协调运动实现，工作台上每一点位置是由各轴的运动位置形成的坐标标识。要加工工件必须要知道工件的形状、尺寸，因此需要建立工件坐标系。数控机床要加工工件，必须知道工件的当前位置，因此机床必须有一个基准点。 数控机床的运动形式多样， 必须有一种能把各种系统统一起来的标准，以简化编程。三、理论阐述 （一 ）机床坐标系和机床参考点、机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定 在机床上，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。在铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述. 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度。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坐标中任意一轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。 （3）运动方向的规定 图1-2增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。 （4）、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，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向 2） X坐标 X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。 对于立式数控铣床，观察者面对刀具主轴向立柱看，+X运动方向指向右方。 3）Y坐标 在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X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。 （5）、机床原点的设置 机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上。 2、机床参考点 机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。 通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。数控机床开机时，必须先确定机床原点，即刀架返回参考点的操作。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。 （二）工件坐标系原点的设定1.工件坐标系原点的设定工件坐标系原点亦称编程零点。对于在数控机床上加工的具体工件来说，必须通过一定方法把工件坐标系原点体现出来，这个过程称为对刀。2.对刀的方法(1) 用铣刀直接对刀用铣刀直接对刀，就是在工件已装夹完成并在主轴上装入刀具后，通过手摇脉冲发生器（手轮）操作移动工作台及主轴，使旋转的刀具与工件的前（后）、左（右）侧面及工件的上表面（如图）作极微量的接触切削（产生切屑或摩擦声），分别记下刀具在开始作极微量切削时所处的机床（机械）坐标值（或相对坐标值），对这些坐标值作一定的数值处理后就可以设定工件坐标系了。(2) 用寻边器对刀用寻边器对刀只能确定X、Y方向的机床坐标值，而Z方向只能通过刀具或Z轴设定器配合来确定。如左图为使用光电式寻边器在14这四个位置确定X、Y方向的机床坐标值，在5这个位置用刀具确定Z方向的机床坐标值。如右图为使用偏心式寻边器在14这四个位置确定X、Y方向的机床坐标值，在5这个位置用刀具确定Z方向的机床坐标值。(三) 坐标系建立的基本编程指令 G54G59 工作坐标系的选取指令 编程格式：G54 G90 G00 (G01) X Y Z (F) ； 该指令执行后， 所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。16号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。 四、数控仿真和实操加工（FANUC 0I 标准铣床和卧式加工中心面板操作）图1-3 FANUC 0I铣床、卧式加工中心标准面板1、 面板按钮说明按钮名称功能说明自动运行此按钮被按下后，系统进入自动加工模式。编辑此按钮被按下后，系统进入程序编辑状态。MDI此按钮被按下后，系统进入MDI模式，手动输入并执行指令。远程执行此按钮被按下后，系统进入远程执行模式即(DNC模式)，输入输出资料。单节此按钮被按下后，运行程序时每次执行一条数控指令。单节忽略此按钮被按下后，数控程序中的注释符号“/”有效。选择性停止此按钮被按下后，“M01”代码有效。机械锁定锁定机床。试运行空运行。进给保持程序运行暂停，在程序运行过程中，按下此按钮运行暂停。按“循环启动”恢复运行。循环启动程序运行开始；系统处于“自动运行”或“MDI”位置时按下有效，其余模式下使用无效。循环停止程序运行停止，在数控程序运行中，按下此按钮停止程序运行。回原点机床处于回零模式；机床必须首先执行回零操作，然后才可以运行。手动机床处于手动模式，连续移动。手动脉冲机床处于手轮控制模式。手动脉冲机床处于手轮控制模式。X轴选择按钮手动状态下X轴选择按钮。Y轴选择按钮手动状态下Y轴选择按钮。Z轴选择按钮手动状态下Z轴选择按钮。正向移动按钮手动状态下，点击该按钮系统将向所选轴正向移动。在回零状态时，点击该按钮将所选轴回零。负向移动按钮手动状态下，点击该按钮系统将向所选轴负向移动。快速按钮点击该按钮将进入手动快速状态。主轴控制按钮依次为：主轴正转、主轴停止、主轴反转启动系统启动。停止系统停止。超程释放系统超程释放。主轴倍率选择旋钮将光标移至此旋钮上后,通过点击鼠标的左键或右键来调节主轴旋转倍率。进给倍率调节运行时的进给速度倍率。急停按钮按下急停按钮，使机床移动立即停止，并且所有的输出如主轴的转动等都会关闭。手轮显示按钮按下此按钮，则可以显示出手轮。手轮面板点击按钮，将显示手轮面板，点击手轮面板右下角的按钮手轮面板将被隐藏。手轮轴选择旋钮手轮状态下，将光标移至此旋钮上后，通过点击鼠标的左键或右键来选择进给轴。手轮进给倍率旋钮手轮状态下，将光标移至此旋钮上后，通过点击鼠标的左键或右键来调节点动/手轮步长。X1、X10、X100分别代表移动量为0.001mm、0.01mm、0.1mm。手轮将光标移至此旋钮上后，通过点击鼠标的左键或右键来转动手轮。2 、机床准备（1） 激活机床点击“启动”按钮，此时机床电机和伺服控制的指示灯变亮。检查“急停”按钮是否松开至状态，若未松开，点击“急停”按钮，将其松开。（2）机床回参考点检查操作面板上回原点指示灯是否亮，若指示灯亮，则已进入回原点模式；若指示灯不亮，则点击“回原点”按钮，转入回原点模式。在回原点模式下，先将X轴回原点，点击操作面板上的“X轴选择”按钮，使X轴方向移动指示灯变亮，点击，此时X轴将回原点，X轴回原点灯变亮，CRT上的X坐标变为“0.000”。同样，再分别点击Y轴，Z轴方向按钮，使指示灯变亮，点击，此时Y轴，Z轴将回原点，Y轴，Z轴回原点灯变亮，。此时CRT界面如图1-4所示。图1-4（3）对刀数控程序一般按工件坐标系编程，对刀的过程就是建立工件坐标系与机床坐标系之间关系的过程。下面将具体说明铣床和卧式加工中心对刀的方法。铣床和卧式加工中心将工件上表面中心点设为工件坐标系原点。将工件上其它点设为工件坐标系与对刀方法类似。刚性靠棒X，Y轴对刀刚性靠棒采用检查塞尺松紧的方式对刀，具体过程如下(我们采用将零件放置在基准工具的左侧（正面视图）的方式)。点击菜单“机床/基准工具”，弹出的基准工具对话框中，左边的是刚性靠棒基准工具，右边的是寻边器，如图1-5。 图 1-5 图1-6X轴方向对刀点击操作面板中的“手动”按钮，手动状态灯亮，进入“手动”方式。点击MDI键盘上的,使CRT界面上显示坐标值；借助“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等工具，适当点击，按钮和，按钮，将机床移动到如下图所示的大致位置。移动到大致位置后，可以采用手轮调节方式移动机床，点击菜单“塞尺检查/1mm”，基准工具和零件之间被插入塞尺。在机床下方显示如图1-7示的局部放大图。（紧贴零件的红色物件为塞尺）点击操作面板上的“手动脉冲”按钮或，使手动脉冲指示灯变亮，采用手动脉冲方式精确移动机床，点击显示手轮，将手轮对应轴旋钮置于X档，调节手轮进给速度旋钮，在手轮上点击鼠标左键或右键精确移动靠棒。使得提示信息对话框显示“塞尺检查的结果：合适”，如图1-7所示。记下塞尺检查结果为“合适”时CRT界面中的X坐标值，此为基准工具中心的X坐标，记为；将定义毛坯数据时设定的零件的长度记为；将塞尺厚度记为；将基准工件直径记为（可在选择基准工具时读出）。则工件上表面中心的X的坐标为基准工具中心的X的坐标减去零件长度的一半减去塞尺厚度减去 基准工具半径，记为X。Y方向对刀采用同样的方法。得到工件中心的Y坐标，记为Y。图1-7完成X，Y方向对刀后，点击菜单“塞尺检查/收回塞尺”将塞尺收回，点击“手动”按钮，手动灯亮，机床转入手动操作状态，点击和按钮，将Z轴提起，再点击菜单“机床/拆除工具”拆除基准工具。注：塞尺有各种不同尺寸，可以根据需要调用。本系统提供的赛尺尺寸有0.05mm，0.1mm，0.2mm，1mm，2mm，3mm，100mm（量块）。试切法Z轴对刀点击菜单“机床/选择刀具” 或点击工具条上的小图标，选择所需刀具。装好刀具后，利用操作面板上的，和，按钮，将机床移到如图1-10的大致位置。打开菜单“视图/选项”中“声音开”和“铁屑开”选项。点击操作面板上或按钮使主轴转动；点击操作面板上的和，切削零件的声音刚响起时停止，使铣刀将零件切削小部分，记下此时Z的坐标值，记为Z，此为工件表面一点处Z的坐标值。通过对刀得到的坐标值（X，）即为工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。五、任务扩展1、用寻边器X，Y轴对刀寻边器有固定端和测量端两部分组成。固定端由刀具夹头夹持在机床主轴上，中心线与主轴轴线重合。在测量时，主轴以400rpm旋转。通过手动方式，使寻边器向工件基准面移动靠近，让测量端接触基准面。在测量端未接触工件时，固定端与测量端的中心线不重合，两者呈偏心状态。当测量端与工件接触后，偏心距减小，这时使用点动方式或手轮方式微调进给，寻边器继续向工件移动，偏心距逐渐减小。当测量端和固定端的中心线重合的瞬间，测量端会明显的偏出，出现明显的偏心状态。这是主轴中心位置距离工件基准面的距离等于测量端的半径。X轴方向对刀点击操作面板中的“手动”按钮，手动灯亮，系统进入“手动”方式。点击MDI键盘上的使CRT界面显示坐标值；借助“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等工具，适当点击操作面板上的，和，按钮，将机床移动到如图18所示的大致位置。在手动状态下，点击操作面板上的或按钮，使主轴转动。未与工件接触时，寻边器测量端大幅度晃动。移动到大致位置后，可采用手动脉冲方式移动机床，点击操作面板上的“手动脉冲”按钮或，使手动脉冲指示灯变亮，采用手动脉冲方式精确移动机床，点击显示手轮控制面板，将手轮对应轴旋钮置于X档，调节手轮进给速度旋钮，在手轮上点击鼠标左键或右键精确移动寻边器。寻边器测量端晃动幅度逐渐减小，直至固定端与测量端的中心线重合，如图1-8所示，若此时用增量或手轮方式以最小脉冲当量进给，寻边器的测量端突然大幅度偏移，如图1-9所示。即认为此时寻边器与工件恰好吻合。 图1-8 图1-9记下寻边器与工件恰好吻合时CRT界面中的X坐标，此为基准工具中心的X坐标，记为；将定义毛坯数据时设定的零件的长度记为；将基准工件直径记为。（可在选择基准工具时读出）则工件上表面中心的X的坐标为基准工具中心的X的坐标减去零件长度的一半减去基准工具半径，记为X。Y方向对刀采用同样的方法。得到工件中心的Y坐标，记为Y。完成X，Y方向对刀后，点击和按钮，将Z轴提起，停止主轴转动，再点击菜单“机床/拆除工具”拆除基准工具。2、塞尺法Z轴对刀铣床Z轴对刀时采用实际加工时所要使用的刀具。点击菜单“机床/选择刀具”或点击工具条上的小图标，选择所需刀具。装好刀具后，点击操作面板中的“手动”按钮，手动状态指示灯亮，系统进入“手动”方式。利用操作面板上的，和，按钮，将机床移到如图1-10的大致位置。类似在X，Y方向对刀的方法进行塞尺检查，得到“塞尺检查：合适”时Z的坐标值，记为Z1，如图1-11所示。则坐标值为Z1减去塞尺厚度后数值为Z坐标原点，此时工件坐标系在工件上表面。图1-10图1-113、数控铣床的主要加工对象 铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一， 它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。1）平面类零件 平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面， 以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。 曲线轮廓面A垂直于水平面； 凸台侧面B与水平面成一定角度； 对于斜面C，当工件尺寸不大时，可用斜板垫平后加工； a)轮廓面 A b)轮廓面 B c)轮廓面 C 图112平面类零件2）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件这类零件多数为飞机零件，如飞机上的整体梁、框、缘条与肋等，此外还有检验夹具与装配型架等。变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。最好采用4坐标和5坐标数控铣床摆角加工，在没有上述机床时，也可用3坐标数控铣床上进行2.5坐标近似加工。 图1-13 变斜角类零件3） 曲面类（立体类）零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。零件的特点其一是加工面不能展开为平面；其二是加工面与铣刀始终为点接触。此类零件一般采用3坐标数控铣床。图114 曲面类零件