數(shù)控銑削加工技術(shù)教案20-20學年第學期課程名稱：數(shù)控銑削加工技術(shù)課題數(shù)控銑床基礎(chǔ)知識及操作授課班級授課教師授課日期計劃課時8授課類型理實一體教學目標知識目標1.了解數(shù)控銑床坐標系。2.掌握工件坐標系建立的原理和方法。3.了解數(shù)控銑加工程序的格式及組成。技能目標1.能夠完成對刀操作。2.能夠完成程序的錄入和模擬德育目標1.具有安全操作意識，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。2.具有人際溝通能力和團隊協(xié)作能力。3.具有吃苦耐勞的精神。教學重點了解數(shù)控銑床程序的格式及組成，數(shù)控銑常用功能指令教學難點數(shù)控銑床常用夾具，數(shù)控銑床的對刀教學方法多媒體演示法、示范講解、做中學、做中教教學方法。自主探究、交流討論、歸納學習方法。教學準備多媒體教學課件、典型零件圖紙、錄制坐標系、對刀相關(guān)視頻，練習題。教學內(nèi)容及過程學生活動設(shè)計說明環(huán)節(jié)一、復習導入（5分鐘）1.復習1）數(shù)控機床中安全操作2）如何做到整理、整頓、整潔？2.導入同學們車間數(shù)控銑床為FANUC系統(tǒng)，請認真學習坐標系相關(guān)知識及操作，了解程序的格式及組成，完成以下任務：任務一安裝工件并設(shè)置工件坐標系原點(圖1-3-1)。任務二錄入加工程序并模擬刀具軌跡(圖1-3-2)。圖1-3-1任務一思考回答回顧思考什么叫數(shù)控？加工時該如何確立中心點？數(shù)控編程實現(xiàn)加工，首先要建立坐標系，從而很順利的引出坐標系的建立的作用，符合學生思維的邏輯性。環(huán)節(jié)二、相關(guān)知識學習（50分鐘）步驟一、學習相關(guān)理論知識在數(shù)控機床上加工零件，機床的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令來控制的。為了確定刀具（工件）的運動方向和移動距離，就要在機床上建立一個坐標系。數(shù)控機床的坐標系采用符合右手定則規(guī)定的笛卡爾坐標系（圖1-3-3）。對于機床坐標系的方向，永遠假定刀具相對于靜止的工件而運動，統(tǒng)一規(guī)定增大工件與刀具間距離的方向為正方向。圖1-3-3右手笛卡爾坐標系統(tǒng)數(shù)控銑床的機床坐標系機床坐標系又稱機械坐標系，用以確定工件、刀具等在機床中的位置，是機床運動部件的進給運動坐標系，其坐標軸及運動方向按標準規(guī)定，是機床上的固有坐標系。數(shù)控銑床坐標系如圖1-3-4所示。圖1-3-4機床坐標系（1）Z軸與主軸軸線重合，刀具遠離工件的方向為正方向(+Z)（2）X軸垂直于Z軸，并平行于工件的裝夾面，如果為單立柱銑床，面對刀具主軸向立柱方向看，其右運動的方向為X軸的正方向(+X)（3）Y軸與X軸和Z軸一起構(gòu)成遵循右手定則的坐標系統(tǒng)。（4）機床坐標系原點又叫機床零點，它是其他所有坐標系，如工件坐標系以及機床參考點的基準點。機床坐標系的原點在機床制造出來時就已經(jīng)確定，不能隨意改變。2.機床參考點為了正確地在機床工作時建立機床坐標系，通常在每個坐標軸的移動范圍內(nèi)設(shè)置一個機床參考點（測量起點），機床起動時，通常要進行機動或手動回參考點，以建立機床坐標系。機床參考點可以與機床零點重合，也可以不重合，通過機床參數(shù)指定參考點到機床零點的距離。3.工件坐標系工件坐標系也叫編程坐標系，是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等在工件上建立起來的坐標系，是編程時的坐標依據(jù)。為保證編程與機床加工的一致性，工件坐標系也應符合右手直角笛卡兒坐標系。工件原點的設(shè)置一般應遵循下列原則:(1)工件原點應盡可能選擇在工件的設(shè)計基準和工藝基準上，以方便編程。(2)工件原點應盡量選在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上。(3)工件原點最好選在工件的對稱中心上。(4)要便于測量和檢驗。在數(shù)控銑床中，Z軸的原點一般設(shè)定在工件的上表面。對于對稱工件，X、Y軸的原點一般設(shè)定在工件的對稱中心。對于非對稱工件，X、Y軸的原點一般設(shè)定在件的某個棱角上。4.工件坐標系選擇指令G54～G59G54～G59是系統(tǒng)預定的6個工件坐標系，可根據(jù)需要任意選用。這6個預定工件坐標系的原點在機床坐標系中的值(工件零點偏置值)可用MDI模式輸入，系統(tǒng)自動記憶。工件坐標系一旦選定，后續(xù)程序段中絕對值編程時的指令值均為相對此工件坐標系原點的值。采用G54～G59選擇工件坐標系方式如圖1-3-5所示。圖1-3-5工件坐標系的使用二、數(shù)控銑床程序的格式及組成數(shù)控加工零件程序是一組被傳送到數(shù)控系統(tǒng)中去的指令和數(shù)據(jù)。一個零件程序是由遵循一定結(jié)構(gòu)、句法和格式規(guī)則的若干個程序段組成的，而每個程序段是由若干個指令字組成的。如圖1-3-6所示。1-3-6程序的組成（1）程序名FANUC數(shù)控系統(tǒng)的程序名由英文大寫字母“0”和四位數(shù)字組成。(2)程序內(nèi)容程序內(nèi)容是整個程序的核心，由多個程序段組成，用于表述數(shù)控機床加工動作和運行狀態(tài)。程序段與程序段之間用“EOB”(;)分隔。(3)程序結(jié)束用指令M02或M03結(jié)束程序。(4)程序段格式程序段是由一個或多個程序字組成，程序字又由字母(又稱地址符)、符號和數(shù)字組成。程序段格式是指程序段中的程序字的安排形式,如圖1-3-7所示。圖1-3-7程序段格式三、數(shù)控銑常用功能指令數(shù)控系統(tǒng)常用的功能有準備功能、輔助功能、其他功能三種，這些功能是編制加工程序的基礎(chǔ)。1．準備功能準備功能又稱G功能或G指令，是數(shù)控機床完成某些準備動作的指令。它由地址符G和后面的兩位數(shù)字組成。FANUC常用G代碼見表1-3-22．輔助功能輔助功能又稱M功能或M指令。它由地址符M和后面的兩位數(shù)字組成。輔助功能主要控制機床或系統(tǒng)的各種輔助動作，如機床/系統(tǒng)的電源開、閉，冷卻液的開、關(guān)，主軸的正、反、停及程序的結(jié)束等。常用M代碼見表1-3-3。表1-3-3M代碼功能表3．其他功能(1)坐標功能坐標功能字（又稱尺寸功能字）用來設(shè)定機床各坐標的位移量。數(shù)控銑床一般使用X、Y、Z以及I、J、K等地址符為首，在地址符后緊跟“+”或“-”號和一串數(shù)字。(2)進給功能用來指定刀具相對于工件運動速度的功能稱為進給功能，由地址符F和其后面的數(shù)字組成。根據(jù)加工的需要，進給功能分為每分鐘進給和每轉(zhuǎn)進給兩種，并以其對應的功能字進行轉(zhuǎn)換。(3)主軸功能用以控制主軸轉(zhuǎn)速的功能稱為主軸功能，亦稱為S功能，由地址符S及其后面的一組數(shù)字組成。轉(zhuǎn)速S的單位是轉(zhuǎn)/分鐘（r/min）。在程序中，主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)由輔助功能M03、M04、M05進行控制。其中，M03表示主軸正轉(zhuǎn)，M04表示主軸反轉(zhuǎn)，M05表示主軸停轉(zhuǎn)。四、數(shù)控銑床常用夾具數(shù)控銑床的夾具是數(shù)控銑床上用于裝夾工件的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。1.機用平口鉗機用平口鉗裝夾也叫機用虎鉗，方便靈活、適應性廣。常用于裝夾形狀比較規(guī)則的零件，對于加工一般精度要求和夾緊力要求的零件時常用機用平口鉗（圖1-3-8），靠絲杠螺母相對運動來夾緊工件。2.自定心卡盤在數(shù)控銑床上加工圓柱類、盤類回轉(zhuǎn)體零件時，可采用自定心卡盤裝夾（圖1-3-9）。在數(shù)控銑床上自定心卡盤的使用方法與數(shù)控銑床的相類似，使用T形槽螺栓將自定心卡盤固定在機床工作臺上即可。3.壓板對于大型無法使用機用虎鉗或其他夾具裝夾時，可采用壓板進行裝夾，如圖1-3-10所示。利用T形槽螺栓和壓板將工件固定在機床工作臺上，利用百分表等找正工件即可。裝夾工件時，應使墊鐵的高度略高于工件，壓板螺栓應盡量靠近工件，需根據(jù)工件裝夾精度要求，壓緊力要適中。五、數(shù)控銑床的對刀1.對刀的原理由于數(shù)控銑床按機床坐標系控制機床的運動，而編程人員按工件坐標系編制程序，所以要建立起兩種坐標系之間的關(guān)系，程序才能正常運行。對刀的目的是為了建立工件坐標系，實際上就是確定工件原點在機床坐標系中的坐標。并將該坐標輸入到數(shù)控系統(tǒng)相應的存儲位置。它是數(shù)控加工中最重要操作內(nèi)容，其準確性將直接影響零件的加工精度。如圖1-3-11所示，設(shè)工件尺寸:長為a，寬為b，高為c，單位為mm，刀具半徑為R，將工件原點定在工件上表面的對稱中心。雙邊對刀也稱為分中對刀，X、Y軸對刀時，采用碰雙邊法，接觸工件兩邊得到機械坐標值，通過計算可得出對稱中心的坐標值。Z軸對刀時，讓刀具底部接觸工件上。計算方法：X=(X1+X2)/2Y=(Y1+Y2)/2單邊對刀，碰單邊得到機械坐標值，通過計算可得到中心坐標，也可得到某一條邊的坐標值。計算方法：X=X1+R+a/2Y=Y1+R+a/2或者X=X2-R-a/2Y=Y2-R-a/2如果想得到一條邊的坐標可用接觸時的機械坐標值加上或減掉半徑值R。圖1-3-11對刀原理示意圖2.對刀方法數(shù)控銑床的對刀方法有很多，根據(jù)使用的對刀工具不同，常用的對刀方法有幾下幾種：1）試切對刀法。2）塞尺、標準芯棒、塊規(guī)對刀法。3）采用尋邊器、偏心棒和軸設(shè)定器等工具。4）轉(zhuǎn)移（間接）對刀法。6）百分表（或千分表）對刀法。7）專用對刀儀對刀法。（1）試切法對刀試切法對刀是比較常見的對刀方法，該方法簡單方便，但會在工件表面留下切削痕跡，且對刀精度較低。以對刀點（此處與工件坐標系原點重合）在工件表面中心位置為例采用雙邊對刀方式操作步驟如下：1）X、Y向?qū)Φ盯賹⒐ぜㄟ^夾具裝在工作臺上，裝夾時，工件的四個側(cè)面都應留出對刀的位置。②啟動主軸旋轉(zhuǎn)，快速移動工作臺和主軸，讓刀具快速移動到靠近工件左側(cè)有一定安全距離的位置，然后降低速度移動至接近工件左側(cè)。③靠近工件時改用手輪操作（一般用0.01mm）來靠近，讓刀具慢慢接近工件左側(cè)，使刀具恰好接觸到工件左側(cè)表面（觀察，聽切削聲音、看切痕、看切屑，只要出現(xiàn)一種情況即表示刀具接觸到工件）。記下此時機床坐標系中顯示的坐標值，如X-300.5。④沿Z正方向退刀，至工件表面以上，用同樣方法接近工件右側(cè)，記下此時機床坐標系中顯示的坐標值，如-380.500。⑤據(jù)此可得工件坐標系原點在機床坐標系中坐標值為[-300.5+（-380.5）]/2=-340.5。⑥同樣的方法可測得Y軸工件坐標系原點在機床坐標系中的坐標值。2）Z向?qū)Φ盯賹⒌毒呖焖僖浦凉ぜ戏健＂趩又鬏S中速旋轉(zhuǎn)，快速移動工作臺和主軸，讓刀具快速移動到靠近工件上表面有一定安全距離的位置，然后降低速度移動讓刀具端面接近工件上表面。③靠近工件時改用手輪操作（一般用0.01mm）來靠近，讓刀具端面慢慢接近工件表面（注意刀具特別是立銑刀時最好在工件邊緣下刀，刀的端面接觸工件表面的面積小于半圓，盡量不要使立銑刀的中心孔在工件表面下刀），使刀具端面恰好碰到工件上表面，記下此時機床坐標系中的Z值。如Z-140.4，則工件坐標系原點Z在機床坐標系中的坐標值為-140.400。3）將測得的X、Y、Z值輸入到機床工件坐標系存儲地址G5*中（2）使用光電尋邊器和Z軸設(shè)定器等工具對刀。使用光電尋邊器（圖1-3-12）和Z軸設(shè)定器（圖1-3-13）操作步驟與采用試切對刀法相似，只是將刀具換成對刀工具。這是最常用的方法，效率高，能保證對刀精度。使用光電尋邊器時必須小心，讓其鋼球部位與工件輕微接觸，此時指示燈亮起，此時工件必須是良導體，定位基準面有較好的表面粗糙度。注意尋邊器不能用于Z軸對刀。Z軸設(shè)定器用于Z軸對刀.1）校準Z軸設(shè)定器高度（50mm），將Z軸設(shè)定器放置在工件上方.2）主軸安裝加工用刀具。用手輪將刀具移動到Z軸設(shè)定器上方，慢慢向下移動，將Z軸設(shè)定器壓至指針零位，此時刀具距離工件上表面50mm。3）切換到坐標系設(shè)置界面，將光標移動到G5*工件坐標系，輸入Z50.，點擊測量。圖1-3-12光電尋邊器圖1-3-13Z軸設(shè)定器步驟二、任務實施任務一安裝工件并設(shè)置工件坐標系原點1.安裝平口鉗并裝夾工件（1）將平口鉗和機床工作臺用棉紗擦拭干凈，去除油污和切屑，將平口鉗放置于工作臺合適位置。安裝固定螺栓并預擰緊，施加壓力不要過大。（2）安裝百分表至Z軸，用手輪移動機床，將百分表壓至平口鉗固定鉗口的位置，如圖1-3-14所示。手輪來回移動X軸，觀察百分表指針變化，用橡膠錘敲擊平口鉗，調(diào)整平口鉗位置，反復調(diào)整直至指針擺動不超過0.01mm。壓緊螺栓，再次移動百分表，校準位置，保證平口鉗固定鉗口與X軸平行。(3)測量鉗口高度，選擇合適高度的平行墊鐵放置于平口鉗導軌上，將工件墊起，伸出鉗口高度要保證對刀所需要的高度。夾緊平口鉗，并用橡膠錘敲平工件，保證工件水平，如圖1-3-15所示。圖1-3-14百分表校準平口鉗圖1-3-15裝夾工件2.設(shè)定工件坐標系原點（1）設(shè)定工件坐標系X、Y軸原點。1）安裝光電尋邊器，切換到“手輪”模式，按鍵，進入坐標系界面。2）手輪模式下將尋邊器沿X軸快速移動到工件左側(cè)靠近工件中間的位置。Z軸向下移動至工件上表面以下，距離應大于尋邊器鋼球的半徑，如圖1-3-16所示。手輪移動尋邊器慢慢靠近工件，快要接觸工件的時候降低手輪倍率至0.01mm。繼續(xù)向工件方向緩慢移動尋邊器，仔細觀察，當尋邊器指示燈亮時，如圖1-3-17所示，尋邊器與工件接觸，停止移動。沿Z軸抬起，記錄X軸機械坐標值，切換到相對坐標顯示界面，點擊右側(cè)鍵盤X鍵，此時相對坐標系X閃爍，點擊下方對應[歸零]軟鍵如圖1-3-18所示，將X軸相對坐標歸零。圖1-3-16尋邊器左側(cè)位置圖1-3-17指示燈亮圖1-3-18相對坐標歸零3）沿Z軸將尋邊器抬高至工件上表面以上，將尋邊器沿X軸移動到工件的右側(cè)，向下移動至工件上表面以下，如圖1-3-19所示。手輪移動尋邊器慢慢靠近工件，快要接觸的時候降低手輪倍率至0.01mm。繼續(xù)向工件方向緩慢移動尋邊器，仔細觀察，當尋邊器指示燈亮時，如圖1-3-20所示，停止X方向移動。沿Z軸抬起，記錄X軸相對坐標值，如圖1-3-21所示（X相對坐標100.6）。圖1-3-19尋邊器右側(cè)位置圖1-3-20指示燈亮圖1-3-21X軸相對坐標值圖1-3-22X軸中間位置4）將X軸相對坐標值除以2，移動尋邊器至相對坐標的1/2處（100.6/2=50.3），如圖1-3-22所示。此處即為工件X軸的中心。按下鍵，切換到工件坐標系設(shè)置界面，將光標移動至G54坐標系，輸入X0，如圖1-3-23所示，點擊測量按鍵。完成X方向坐標系設(shè)定。圖1-3-23輸入X軸坐標值5）相同的方式設(shè)定工件坐標系Y軸原點。（2）設(shè)定工件坐標系Z軸原點。1)安裝Φ10立銑刀至主軸，校準Z軸設(shè)定器，放置在工件上方，將刀具壓在Z軸設(shè)定器上，慢慢壓至零位如圖1-3-24所示。2)按鍵，切換到坐標系設(shè)置界面，將光標調(diào)整到G54工件坐標系位置，輸入Z50.，如圖1-3-25所示，點擊測量按鍵，自動輸入坐標值，完成Z軸對刀。圖1-3-24Z軸對刀圖1-3-25Z軸坐標值輸入任務二錄入加工程序并模擬刀具軌跡1.錄入加工程序按鍵，切換到編輯模式，點擊程序鍵，進入程序界面，輸入O0001，如圖1-3-26所示。按鍵插入，新建程序。使用屏幕右側(cè)鍵盤錄入程序內(nèi)容，如圖1-3-27所示圖1-3-26新建程序圖1-3-27錄入程序內(nèi)容2.模擬刀具軌跡（1）將光標調(diào)整到程序開始位置。按鍵切換到自動加工模式，按下機床鎖、輔助鎖以及空運行鍵（或者切換到坐標系設(shè)置界面，將00號EXT坐標系中的Z值修改為100.如圖1-3-28所示）。可將工件坐標系沿Z軸抬高100.mm.圖1-3-28坐標系偏置（2）按圖形顯示鍵，切換到圖形顯示界面，按下循環(huán)啟動鍵自動運行程序，觀察屏幕刀具軌跡是否符合要求，如圖1-3-29所示。（3）如果圖形顯示不完整可以按參數(shù)鍵，調(diào)整到圖形顯示參數(shù)界面，調(diào)整顯示參數(shù)，如圖1-3-30所示。圖1-3-29刀具軌跡圖1-3-30圖形顯示參數(shù)步驟三、課堂總結(jié)、布置作業(yè)：（5分鐘）一、小結(jié)1.各類坐標系的概念及建立方法；2.對刀的步驟；3.數(shù)控銑床程序的格式及組成，4.數(shù)控銑常用功能指令5.數(shù)控銑床常用夾具二、布置作業(yè)寫出對刀的步驟（中心、左下角）看圖，思考，右手模仿出工件坐標系伸出右手模仿笛卡爾坐標系，并與數(shù)控銑床坐標系對接。說一說利用G54~G59如何建立多個坐標系看圖紙選擇合理的對刀點根據(jù)步驟描述，利用仿真軟件進行操作認真聽記筆記了解各代碼的含義和運用領(lǐng)域了解各代碼的含義和運用領(lǐng)域了解各代碼的含義和運用領(lǐng)域區(qū)分輔助功能和準備功能的正確運用了解，各個代碼的含義，了解輔助功能的主要目的學習其他代碼的使用了解轉(zhuǎn)速于進給之間的關(guān)系學習，各種夾具之間的區(qū)別，和各種工件對夾具的選擇學會對刀的基本原理和如何對刀基本原理和進階學習了解各種對刀的方法學習了解各種對刀的方法，并思考有什區(qū)別學會和理解為什么要做這一步裝夾虎鉗并進行虎鉗找正的好處注意安全不要受傷仔細觀察光電尋邊器，是否是最打邊觸碰。學會使用相對坐標。在這個過程中習慣手輪的使用方法，不再搖反。學會使用相對坐標學會如何計算工件X軸的中心在設(shè)定Z軸原點時檢查一下XY軸的原點有=問題。學會使用Z軸設(shè)定器。記住對刀G54坐標系。學會如何錄入程序。在錄入的過程中回頭檢查一下。在程序運行之前把各個軸鎖住。學會使用EXT坐標系。學會機床的自帶的刀具路徑圖。學會修改參數(shù)。明白參數(shù)個各自含義。工件坐標系一般與編程原點重合，找出正確的編程原點才能編程。正確的坐標系觀念是編制程序的基礎(chǔ)。后面對刀能用到次知識。對刀點的選擇正確與否，直接影響到對刀、加工的正確性。做中學、做中教，更易于知識的掌握，同時提高學生的興趣。程序能否正常運行，對格式以及組成有著密切的聯(lián)系，需要兩者緊密配合。程序組成中的最小單位：指令字符。手把手教學引導學生去書寫一個完整的基本程序。程序字符的安排以及組成對程序段有著至關(guān)重要的作用，如若控制不當會造成加工方面的意外與損失，因此需要調(diào)動學生加工時的細心與耐心。功能指令中的G代碼種類繁多，容易混淆，會導致后續(xù)學習有一定障礙，因此采用表格來進行分階段性的學習G代碼前期作用廣泛，對后續(xù)學習有奠基作用，G代碼作為編程中的一個重要組成部分，所以要貼合實際來進行實例講解，以此來讓學生對NC加工有更深刻的認識。G代碼的作用以及詞段需要牢記，但不可盲目背誦，需要貼合實踐循循善誘。.可以選擇分成多次來讓學生學習，在后面講解的時候可以，回頭補充對G代碼有一定的認識和基礎(chǔ)后，可再進行額外的編程加工技能的技巧講解使學生的加工方法和思維上靈活多變G代碼的后期學習中以前面學習為基礎(chǔ)可以適當?shù)牟捎弥R點層面上的跳躍性學習，可減