数控加工技术教案教材

理 论 课 教 案（首 页）（编号：JL/JW(ZY)0801）教师：朱承科 授课班级：14-38 课程数控加工技术基础授课时间2013.3.18审批签字内容名称学习领域2 数控机床编程与操作基础1.认识数控机床授课方法讲授课 次1教具、挂图PPT课件教学目的1.了解数控机床的产生与发展2.掌握数控机床的基本组成、分类3.了解数控机床加工的特点、应用及操作规程重点和难点重点：数控机床的基本组成分类难点： 开环、闭环和半闭环控制系统的分析比较。解 决方 法结合PPT讲解复习提问无课 外 作 业课后测试题课后体会教学过程教 学 内 容时间课题引入（3分钟）新课讲授（82分钟）课堂小结（5分钟）1、常用的机械加工设备有哪些？2、它们有什么样的加工特点？第一节 相关基础知准备一、数控机床的产生与发展1数控机床的产生 1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。 1952年的第一代电子管数控机床 1959年的第二代晶体管数控机床 1965年的第三代集成电路数控机床 1970年的第四代小型计算机数控机床 1974年的第五代微型计算机数控系统 1990年的第六代基于PC的数控机床。2数控机床的发展趋势（1）高速度高精度化。分辨率可达0.01微米，进给速度可达400-800mm/min（2）多功能化、智能化、小型化（3）高可靠性（4）网络化二、数控机床的概念及组成1数控机床的基本概念（1）数控（Numerical Control，简称NC）是采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法。（2）数控机床（Numerically Controlled Machine tool） 是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床。2数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其组成框图如图1.1所示， 数控机床的组成各组成部分的功能：1输入输出装置提供程序编制、输入、修改、显示、存储、打印的硬件操作平台。主要设备有：显示器、键盘、数据通讯口等。2数控装置是用带有存储器的专用计算机来实现部分或全部自控功能的装置，数控装置是数控机床的核心。其作用类似于计算机机的主机，见图所示。 数控装置的作用主要功能如下：多坐标控制（多轴联动）插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补）程序输入、编辑和修改功能（人机对话、手动数据输入、上位机通信输入）故障自诊断功能补偿功能：（包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿螺距误差补偿等）信息转换功能多种加工方式选择功能（包括实现多种加工方式循环、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等）辅助功能（M功能）：即用来规定主轴的起停和转向，冷却液的接通和断开，刀具的更换等显示功能：即使用CRT或液晶屏显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障源以及图形等。通信和联网功能。3伺服系统伺服系统是接受数控装置指令、驱动机床执行机构运动的驱动部件。要求能快速响应准确响应指令。包括伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机等。常见的伺服电机有：步进电机、电液马达、直流伺服电机和交流伺服电机等。4测量反馈装置由测量部件和响应的测量电路组成。用以实时各执行部件的速度和位置，反馈到数控装置中形成闭环控制。若系统无测量反馈装置则为开环系统。常用的测量部件有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。5机床的机械部件除了主运动系统以及辅助部分（如液压、气动、冷却和润滑部分）以外，尚有一些特殊部件，如储备刀具的刀库、自动换刀装置(ATC)和自动托盘交换装置等。 三、数控机床的分类1按工艺用途分类数控车床、数控铣床，加工中心等2按机床运动的控制轨迹分类（1）点位控制数控机床（2）直线控制数控机床（3）轮廓控制数控机床3按伺服控制的方式分类（1）开环控制系统（2）半闭环控制系统（3）闭环控制系统4.按数控系统的功能水平分（1）经济型数控机床（2）中档数控机床（3）高档数控机床四、数控机床的特点及应用范围（观看视频） 1.特点 （1）对零件的适应性强 （2）加工精度高，质量稳定 （3）生产率高 （4）改善劳动条件 （5）有利于生产管理现代化2.应用范围（1）多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件； （2）几何形状复杂的零件； （3）精度及表面粗糙度要求高的零件； （4）加工过程中需要进行多工序加工的零件； （5）价格昂贵，不允许报废的零件。五、操作规程（略）1. 数控机床的产生与发展2. 数控机床的组成及各部分的功用3. 数控机床的分类4. 数控机床的特点及应用理 论 课 教 案（首 页）（编号：JL/JW(ZY)0801）教师：朱承科 授课班级：14-38 课程数控加工技术基础授课时间2013.审批签字内容名称2.数控机床坐标系的建立及数学处理授课方法讲授课 次2教具、挂图PPT课件教学目的1. 了解数控机床坐标系的规定2. 掌握数控车床的类型、结构及特点3.了解数控编程中的数学处理重点和难点重点：数控机床坐标系难点：参考点的理解解 决方 法举例讲解复习提问 1.数控机床的组成、特点及应用范围课 外 作 业课本P58-60课后体会教学过程教 学 内 容时间课题引入（4分钟）新课讲授（80分钟）课堂小结（3分钟）课后作业（3分钟）1数控机床的组成有哪些?2.简述数控机床的分类、特点和应用2.数控机床坐标系的建立及数学处理一、数控机床的坐标系 （一）坐标系的规定1标准坐标系数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。图2-5 右手定则2.刀具相对工件运动的原则3.运动方向的规定 刀具远离工件的方向为正方向。（二）数控机床的坐标轴确定机床坐标系的坐标轴顺序为：ZXY Z轴： Z坐标轴与传递切削力的主轴方向一致；以增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向对于车床、磨床等主轴带动工件旋转；Z轴平行与主轴。如果机床没有主轴（如牛头刨床），Z轴垂直于工件装卡面。钻镗加工中，钻入和镗入工件的方向为Z坐标的负方向，而退出为正方向。 X轴： X坐标轴一般是水平的，平行于工件的装卡面。这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。a、如Z轴是垂直的，当从刀具主轴向立柱看时，X的正方向指向右。 b、如Z轴（主轴）水平，当从主轴向工件方向看时，X的正方向指向右方。 Y轴：Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。图2-6 典型机床的坐标系旋转坐标系： A、B和C相应地表示其轴线平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向，相应地表示在X、Y和Z坐标正方向上按照右旋螺纹前进的方向。附加坐标： 如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W 。如还有第三组运动，则分别指定为P 、Q和R。举例说明：卧式加工中心、卧铣、后置刀架车床等。对于工件运动时的坐标轴方向对于工件运动而不是刀具运动的机床，必须将前述为刀具运动所作的规定，作相反的安排。用带“”的字母，如X，表示工件相对于刀具正向运动指令。而不带“”的字母，如X，则表示刀具相对于工件的正向运动指令。二者表示的运动方向正好相反。对于编程人员、工艺人员只考虑不带“”的运动方向。主轴旋转运动的方向主轴的顺时针旋转运动方向（正转），是按照右旋螺纹旋入工件的方向。二、机床坐标系与工件坐标系1.机床坐标系机床坐标系是机床上固有坐标系，往往采用那些能够作为基准的点、线、面来作为机床的换刀点、坐标轴的轴心线和坐标平面。图2-7所示为数控车床坐标系。图2-7 典型车床坐标系机械原点-机床上设定的一个特定位置，又称机床零位。机械原点的定位精度很高，是机床调试和加工时十分重要的基准点。机床上各种坐标系的建立都是以机械原点为参考点而确定的。图中O是机械原点 。机床每次开机、断电、故障、图形模拟后，甚至必要时当进行坐标设定及对刀前都要对机床进行一次手动回零操作。所谓回零操作就是使运动部件回到机床的机械原点。2.工件坐标系（编程坐标系）工件坐标系在编程时使用，由编程人员在工件上建立的工件坐标系。工件原点：零件在设计中有设计基准。在加工过程中有工艺基准，同时要尽量将工艺基准与设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。3.机床坐标系与工件坐标系的关系工件坐标系与机床坐标系的坐标轴平行。可通过机床坐标系偏置得到。 4.刀位点和换刀点三、数控编程中的数学处理 1.数值换算 2.基点与节点 3.基点坐标值的计算四、数控车床的结构、分类 1.结构 数控车床的整体结构组成基本与普通车床相同，但多了数控柜、操作面板和显示器等。（图片展示） 2.分类 （1）按数控系统的功能分 经济型数控车床、全功能型数控车床、车削中心、FMC车床 （2）按主轴的配置形式分（图片展示