《数控加工基础（第五版）》 教案全套 劳动 第1-5章 数控机床基础知识 -数控仿真加工

学科数控加工基础课题§1-1数控机床概述课次1授课时间年月日（星期）2教具数控机床、课件、视频教学目标1．掌握数控技术、数控机床的概念2．掌握数控机床的组成及各部分的作用3．掌握数控机床的工作过程4．了解数控机床的特点审批教学重点1．数控技术基本概念。2．数控机床的组成及各部分的作用。3．数控机床的工作过程。4．数控机床的特点。教学难点1．数控机床的组成。2．数控机床的工作过程。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【新课导入】阅读教材图1-1所示零件，引导学生分析零件的形状、特点，回答问题：1．能否应用普通车床和铣床加工该类零件？2．加工这类零件的难点在哪里？3．有更先进的设备加工这类零件吗？由上述问题，引入新课。【现场参观】安排学生参观数控车间或观看数控加工视频录像。通过参观回答下列问题：1．数控车床与普通车床在结构上有何不同？2．数控铣床与普通铣床在结构上有何不同？3．数控机床是如何工作的？通过问题，引导学生认真观察数控机床的结构和数控机床的工作过程。【讲授新课】§1-1数控机床概述简要介绍数控机床的产生历史与发展情况，让学生了解数控机床发展历程，激发学生的学习兴趣。一、数控技术的基本概念（重点）1．数字控制是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。2．数控技术是指用数字量和字符发出指令并实现自动控制的技术。3．数控系统是指采用数字控制技术的控制系统。补充：数控系统的两个发展阶段和六代的历程。六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段称作硬件联接数控，简称NC系统，后三代为第二阶段称作计算机软件数控，也称CNC系统。4．计算机数控系统是指以计算机为核心的数控系统。5．数控机床（较难理解）是按加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字信息指令对工件进行加工的机床。二、数控机床的组成（重点、难点）板书数控机床的组成框图：1．控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置中的程序载体。常用的有闪存卡、移动硬盘、U盘。随着数控技术的发展，也可通过通信将计算机中的程序传送到数控装置。2．数控装置组成：输入装置（如键盘）、控制运算器和输出装置（如显示器）等构成。作用：接收控制介质中的数字化信息或输入装置输入的数字化信息，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的移动部件，使其进行规定、有序的运动。数控机床功能的强弱是由数控装置的功能确定的。3．伺服系统组成：驱动装置和执行部件（如伺服电动机）。分类：进给伺服系统和主轴伺服系统。作用：把来自CNC的指令信号转换为机床移动部件的运动，使工作台（或滑板）精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，最后加工出符合图样要求的零件。数控机床的精度和速度是由伺服系统控制的。4．测量反馈装置作用：通过测量元件将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到CNC装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。安装部位：工作台或丝杠上。5．机床主体包括床身、主轴、进给机构等机械部件，还有冷却、润滑、换刀、夹紧等辅助装置。三、数控机床的工作过程（重点、难点）引导学生识读教材图1-7，总结数控机床的工作过程：工件图样→制定工艺→编写程序→数控装置→伺服系统和辅助装置有序的动作与操作→刀具与工件的相对运动→工件。四、数控机床的特点1．加工零件适应性强，灵活性好2．加工精度高，产品质量稳定3．综合功能强，生产效率高4．自动化程度高，减轻工人劳动强度5．生产成本降低，经济效益好6．数字化生产，管理水平提高 【学习评价】1．什么是数控机床？2．数控机床主要由哪几部分组成？3．数控装置有何作用？4．简述数控机床的加工过程。5．与普通机床相比，数控机床有何特点？【知识总结与提升】根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。1．数控技术的基本概念。(重点)2．数控机床的组成(控制介质、数控装置、伺服系统、机床主体、检测反馈装置)及各部分的作用。(重点，难点)3．数控机床的加工过程。（重点，难点）4．数控机床的特点（适应性强、加工精度高、生产效率高、劳动强度低、经济效益好、管理水平高）。5．数控机床有一般机床所不具备的许多优点，应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中所有问题。【课后作业】1．名词解释（1）数控答：数字控制（NumericalControl）简称数控（NC），是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。（2）数控技术答：数控技术（NumericalControlTechnology）是指用数字量和字符发出指令并实现自动控制的技术，它已经成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。（3）数控系统答：数控系统（NumericalControlSystem）是指采用数字控制技术的控制系统。（4）数控机床答：数控机床（Numerically-ControlledMachineTools）是按加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字信息指令对工件进行加工的机床。2．数控机床一般由哪几部分组成？各部分具有何作用？答：数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。（1）控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置中的程序载体。（2）数控装置接收控制介质中的数字化信息或输入装置输入的数字化信息，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的移动部件，使其进行规定、有序的运动。（3）伺服系统的作用是把来自CNC的指令信号转换为机床移动部件的运动，使工作台（或滑板）精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，最后加工出符合图样要求的零件。（4）测量反馈装置的作用是通过测量元件将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到CNC装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。（5）机床本体构成机床的主体，主要承担承载和支承等作用。3．简述数控机床的工作过程。答：数控机床加工零件时，根据零件图样要求及加工工艺，将所用刀具、刀具运动轨迹与速度、主轴转速与旋转方向、冷却等辅助操作以及相互间的先后顺序，以规定的数控代码形式编制成程序，并将其输入数控装置，在数控装置内部控制软件的支持下，经过处理、计算后，向机床伺服系统及辅助装置发出指令，驱动机床各运动部件及辅助装置进行有序的动作与操作，实现刀具与工件的相对运动，加工出所要求的零件。如图1-7所示为数控车床的工作过程。4．与普通机床相比，数控机床有何特点？答：与普通机床相比，数控机床具有以下特点：（1）加工零件适应性强，灵活性好。（2）加工精度高，产品质量稳定。（3）综合功能强，生产率高。（4）自动化程度高，减轻工人劳动强度。（5）生产成本降低，经济效益好。（6）数字化生产，管理水平提高。【补充资料】1．数控机床产生的背景随着科学技术的不断进步和社会生产的不断发展，人们对机械产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求，而机械加工过程的自动化是实现上述要求的有效途径。从工业化革命以来，人们实现机械加工自动化的主要手段有：自动机床、组合机床、专用自动生产线等。这些设备的使用大大提高了机械加工自动化的程度，提高了劳动生产效率，促进了制造业的发展。但它也存在固有的缺点，如初始投资大、准备周期长、柔性差等。因此，上述方法仅适用于批量较大的零件生产。然而，一方面，随着市场竞争的日趋激烈，产品更新换代周期缩短，小批量产品的生产所占的比重越来越大，占总加工量的80%以上，在航空、航天、重型机床以及国防工业部门尤为突出。因此，迫切需要一种精度高、柔性好的加工设备来满足上述需求，这是机床数控技术产生和发展的内在动力。另一方面，电子技术和计算机技术的飞速发展则为数控机床的发展提供了坚实的技术基础。数控技术正是在这种背景下诞生和发展起来的，它极其有效地满足了上述要求，为小批量、精密复杂的零件生产提供了自动化加工手段。2．数控装置发展的6个阶段1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床。从1952年第一台数控机床问世后，数控装置已先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作硬件连接数控，简称NC系统；后三代为第二阶段，称作计算机软件数控，也称CNC系统。第一代：1952年试制成功三坐标数控铣床，其数控装置采用电子管元件。第二代：1959年，数控装置采用了晶体管元件和印制电路板，出现带自动换刀装置的加工中心(MC，MachiningCenter)。第三代：1965年出现了第三代的集成电路数控装置。第四代：20世纪60年代末，出现了小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。第五代：1974年，研制成功使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控装置(简称MNC)。第六代：20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。3．数控技术发展趋势（1）高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。（2）高精度化现在数控机床精度的要求已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（3）高可靠性数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，导致失效的概率增大。工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万h以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间为7万~10万h，国产数控系统平均无故障时间仅为10000h左右，国外整机平均无故障工作时间在800h以上，而国内最高只有300h。（4）功能复合化复合机床是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床，如镗铣钻复合一加工中心、车铣复合一车削中心、铣镗钻车复合-复合加工中心等；工序复合型机床，如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。（5）控制智能化随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项问题启发法参观教学法，参观数控实训车间或播放数控实训车间简介视频，让学生初步了解数控机床，并通过问题，让学生明确观察的要点讲授法讲授法，详细讲授数控技术的基本概念，强调数控是一种用数字化信号进行控制的自动控制技术补充数控系统发展的两个阶段和六代历程播放数控机床加工视频，讲解数控机床的概念根据学生参观的内容，教师采用启发式教学，讲解数控机床的组成及各部分的作用问题启发：加工程序是通过什么装置输入到数控装置呢?问题启发：数控机床的加工动作是由数控机床的哪个部分控制的？详细讲解数控装置的作用，让学生明确数控装置的核心地位。相当于人的大脑。问题启发：数控机床的加工动作是由数控机床的哪个部分完成的？让学生明确伺服系统是数控系统的执行机构，它相当于人的四肢。详细讲解测量反馈装置的作用。让学生明确它相当于人的眼睛。问题启发：数控机床的机械部件有哪些？绘制出数控机床加工零件的一般过程图，帮助学生理解数控机床的工作过程教师根据学生参观（或观看）感受及平时所见所闻，对比普通机床讲解数控机床的特点，并作提炼概括教师提出问题，让学生回答，检查学生学习情况根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。布置课后作业，讲解作业要求补充资料学科数控加工基础课题§1-2数控机床的分类及常见数控机床简介课次2授课时间年月日（星期）2教具数控机床、课件、视频教学目标1．了解数控机床的分类方式。2．掌握点位、直线、轮廓数控机床的特点及区别。3．掌握开环、闭环、半闭环数控机床的特点及区别。4．熟悉常见数控机床的用途。审批教学重点1．点位、直线、轮廓数控机床的特点及区别。2．开环、闭环、半闭环数控机床的特点及区别。3．常见数控机床简介。教学难点1．点位、直线、轮廓数控机床的特点及区别。2．开环、闭环、半闭环数控机床的特点及区别。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【复习提问】1．什么是数控？2．什么是数控机床？3．数控机床主要有哪几部分组成？4．哪一部分是数控机床的核心？5．哪一部分是数控机床的执行环节？6．数控机床是如何加工零件的？7．数控机床与普通机床相比具有哪些优点？【新课导入】普通机床按加工性质和所用刀具可分为哪些种类？数控机床的分类方法与普通机床分类方法是否相同？【讲授新课】§1-2数控机床的分类及常见数控机床简介一、数控机床的分类（重点）1．按加工路线分类（1）点位控制数控机床刀具相对于工件移动过程中不进行切削加工，它对运动轨迹没有严格要求，只控制刀具实现从一点坐标到另一点坐标位置的准确移动，而不考虑两坐标点之间的运动路径和方向。（2）直线控制方式刀具与工件相对运动时，除控制刀具从起点到终点的准确定位外，还要保证平行于坐标轴方向的直线切削运动。（3）轮廓控制方式刀具与工作相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制。它不仅能够控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且能按需要严格控制刀具移动轨迹，以加工出任意斜率的直线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线和曲面。2．按控制方式分类（1）开环控制没有反馈装置，伺服系统主要使用步进电动机，结构简单，调试方便，容易维修，成本较低。（2）闭环控制有反馈装置，反馈装置安装在工作台上，伺服系统采用直流伺服电动机或交流伺服电动机，闭环控制的特点是加工精度高，移动速度快。（3）半闭环控制也有反馈装置，但反馈装置安装在电动机轴或丝杠上，采用转角位移检测元件，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，因此，其控制精度低于闭环控制。3．按加工方式分类（1）金属切削类数控机床（2）金属成形类数控机床（3）数控特种加工机床（4）其他类型的数控机床二、常见数控机床简介1．数控车床车削加工，主要用于旋转体工件的加工。2．数控铣床铣削加工或镗削加工的数控机床。3．加工中心带有刀库，具有自动换刀功能，工件一次装夹后可进行多工序加工。4．数控磨床利用磨具对工件表面进行磨削加工。5．数控钻床用于钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等加工6．数控电火花成形机床利用两个不同极性的电极在绝缘液体中产生的放电现象去除材料。7．数控线切割机床工作原理与数控电火花成形机床一样，其电极是电极丝，加工液一般采用去离子水【学习评价】1．点位、直线、轮廓数控机床各有何特点？2．开环、闭环、半闭环数控机床各有何特点及区别？3．列举常见的数控机床。【知识总结与提升】板书：1．数控机床的分类（重点、难点）2．常见的数控机床【课后作业】1．点位、直线、轮廓数控机床各有何特点？答：（1）点位控制方式就是刀具相对于工件移动过程中不进行切削加工，它对运动轨迹没有严格要求，只要实现从一点坐标到另一点坐标位置的准确移动，而不考虑两点之间的运动路径和方向。（2）直线控制方式就是刀具与工件相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还要保证平行于坐标轴方向的直线切削运动。由于只做平行于坐标轴方向的直线进给运动，因此一般只能加工矩形、台阶形零件。（3）轮廓控制方式就是刀具与工件相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制。它不仅能够控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且能按需要严格控制刀具移动轨迹，以加工出任意斜率的直线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线和曲面。2．开环、闭环、半闭环数控机床各有何特点及区别？答：（1）开环控制系统中没有检测反馈装置。数控装置将工件加工程序处理后，输出数字指令信号给伺服驱动系统，驱动机床运动，但不检测运动的实际位置，即没有位置反馈信号。开环控制的伺服系统主要使用步进电动机，受步进电动机步距精度和工作频率以及传动机构传动精度的影响，开环控制系统的速度和精度都相对较低。但由于开环控制结构简单，调试方便，容易维修，成本较低。（2）全闭环控制系统的检测元件安装在工作台上，将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所要求的位置指令进行比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止。可见，全闭环控制系统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影响，从而使加工精度大大提高。其特点是加工精度高，移动速度快。（3）半闭环控制系统不是直接检测工作台的位移量，而是采用角度检测装置（如光电编码器）测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值进行控制。由于反馈环内没有包含工作台，故称半闭环控制。半闭环控制精度比全闭环控制低，但稳定性好，成本较低，调试、维修也较容易，兼顾了开环控制和全闭环控制两者的优点，因此应用比较普遍。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项教师引导学生复习上一节课所学知识。提问检查学生掌握情况，进一步巩固所学知识问题启发，引入新课教师可通过多媒体录像或视频，让学生观察数控钻床、车床、铣床加工过程，引领学生归纳总结点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床的各自特点。教师展示开环、闭环、半闭环数控机床控制框图，根据信息流向和有无检测反馈装置进行讲解，让学生掌握开环控制、半闭环控制、闭环控制数控机床各自特点对比普通机床进行讲授，让学生了解常见的金属切削类、金属成型类床、特种加工、其他类型的数控机床等。通过多媒体课件或录像展示常见数控机床的图片进行讲解，让学生了解常见数控机床的特点及用途教师提出问题，让学生回答，检查学生学习情况根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。布置课后作业，讲解作业要求学科数控加工基础课题§1-3数控机床坐标系课次3授课时间年月日（星期）2教具数控机床、课件、视频教学目标1.理解数控机床坐标系确定原则。2.掌握数控车床、数控铣床各坐标轴的确定方法。3.理解工件坐标系的概念及用途。4.掌握数控机床上有关点的定义。审批教学重点1.数控机床坐标系确定原则。2.数控车床、数控铣床各坐标轴的确定方法。3.工件坐标系的概念及用途。教学难点1．数控机床坐标系确定原则。2．数控铣床坐标轴的确定。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【复习提问】1．点位、直线、轮廓数控机床各有何特点？2．开环、闭环、半闭环数控机床各有何特点及区别？3．列举常见的数控机床。【新课导入】在普通车床上加工工件，需要哪几种进给运动？在数控机床上，应该如何描述机床的运动呢？【讲授新课】§1-3数控机床坐标系一、坐标系确定原则（重点、难点）1．刀具相对于静止工件而运动的原则（难点）这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下，就可根据零件图样确定零件的加工过程。2．标准坐标（机床坐标）系的规定机床坐标系是以机床原点O为坐标系原点并遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的由X、Y、Z轴组成的直角坐标系。机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系。是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。右手笛卡儿直角坐标系伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°，大拇指代表X坐标轴，食指代表Y坐标轴，中指代表Z坐标轴。大拇指的指向为X坐标轴的正方向，食指的指向为Y坐标轴的正方向，中指的指向为Z坐标轴的正方向。围绕X、Y、Z坐标轴的旋转坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，拇指的指向为X、Y、Z坐标轴中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标轴A、B、C的正向。3．运动方向的规定对于各坐标轴的运动方向，均将增大刀具与工件距离的方向确定为各坐标轴的正方向。二、坐标轴的确定（重点）1．数控车床坐标系的确定（1）Z坐标轴Z坐标轴的运动由主要传递切削动力的主轴所决定。刀具远离工件的方向为该轴的正方向。（2）X坐标轴X坐标轴一般为水平方向并垂直于Z坐标轴。对于数控车床而言，X坐标轴方向规定为工件的径向且平行于车床的横导轨。同时也规定其刀具远离工件的方向为X坐标轴的正方向。（3）Y坐标轴Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴，依据右手笛卡儿直角坐标系确定。手工绘图：后置刀架前置刀架2．数控铣床坐标系的确定（1）Z坐标轴Z坐标轴的运动由传递切削力的主轴所决定，在有主轴的机床中与主轴轴线平行的坐标轴即为Z坐标轴。根据坐标系正方向的确定原则，在钻削、镗削、铣削加工中，钻入或镗入工件的方向为Z坐标轴的负方向。（2）X坐标轴（难点）对于立式铣床，Z坐标轴方向是垂直的，站在工作台前，从刀具主轴向立柱看，水平向右方向为X坐标轴的正方向；对于卧式铣床，Z坐标轴方向是水平的，从主轴向工件看（即从机床背面向工件看），向右方向为X坐标轴的正方向。（3）Y坐标轴Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴，根据右手笛卡儿直角坐标系进行判别。手工绘制数控铣床坐标系：立式铣床卧式铣床归纳：不管是数控车床还是数控铣床，确定坐标系各坐标轴时，总是先根据主轴来确定Z坐标轴，再确定X坐标轴，最后确定Y坐标轴。三、工件坐标系机床坐标系不方便编程，为了使编程人员能够直接根据图样进行编程，引入工件坐标系。机床坐标系是由机床厂家确定的，用户不可以改变。工件坐标系是编程人员根据零件图样确定的，工件坐标系各坐标轴一般情况是平行于机床坐标系各坐标轴。二者是通过对刀操作，建立相互位置关系。四、数控机床上的有关点问题讨论：一个完整的坐标系有哪些部分组成？前面所学内容是确定机床的坐标轴及其方向，但没有确定机床坐标系原点。机床坐标系原点在何位置？1．机床原点机床原点是机床坐标系的基准点，它是机床制造厂家设置在机床上的一个基准位置。数控车床的机床原点一般为主轴回转中心与卡盘后端面的交点。数控铣床的机床原点一般设在X、Y、Z坐标轴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。对于大多数数控机床，开机第一步总是先使机床返回参考点。回参考点的目的是什么？开机回参考点的目的就是建立机床坐标系，只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。3．工件原点工件原点是由编程人员设置在工件坐标系上的一个基准位置。通常选择工件上的某一点作为工件坐标系原点，原点一般都与零件图样的尺寸相一致。车削类零件X向编程原点均取在Z轴轴线上，Z向编程原点一般取在工件左端面或右端面中心处。铣削类零件的编程原点一般选在作为设计基准或工艺基准的端面或孔轴线上。对称件通常将原点选在对称面或对称中心上。归纳总结：（1）工件坐标系原点与机床坐标系原点不一致。（2）对刀操作是建立工件坐标系的方法。（3）对刀的目的就是确定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。4．刀具相关点（1）刀位点所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。对圆柱铣刀、端铣刀类刀具，刀位点为它们的底面中心；对钻头，刀位点为钻尖；对球头铣刀，刀位点为其球心；对车刀、镗刀类刀具，刀位点为其刀尖。（2）对刀点对刀点是数控加工中刀具相对于工件运动的起点，也可以叫作程序起点或起刀点。通过对刀点，可以确定机床坐标系和工件坐标系之间的相互位置关系。所谓对刀，是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。（3）换刀点中途换刀。【学习评价】1．数控机床坐标系确定的原则有哪些？2．如何确定数控车床的坐标轴？3．如何确定数控铣床的坐标轴？4．机床原点与工件原点有何区别？5．机床回零操作的目的是什么？【知识总结与提升】1．数控机床坐标系确定原则（重点、难点）（1）刀具相对于静止工件而运动的原则。（2）标准的机床坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系。（3）将增大刀具与工件距离的方向确定为各坐标轴的正方向。2．坐标轴的确定（重点、难点）无论数控车床还是数控铣床，都是先根据传递切削力的主轴确定Z坐标轴及其正方向。其次，具体机床情况，确定X轴及其正方向。最后根据右手定则确定Y轴。3．工件坐标系编程时应用的坐标系是工件坐标系，而不是机床坐标系。4．数控机床上的相关点（1）机床原点（2）机床参考点（3）工件原点（4）刀具相关点1）刀位点。2）对刀点。3）换刀点。【课后作业】1．数控机床坐标系确定的原则有哪些？答：（1）刀具相对于静止工件而运动的原则。这一原则使编程人员能在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下，就可根据零件图样确定零件的加工过程。（2）标准坐标（机床坐标）系的规定。标准的机床坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系。伸出右手的拇指、食指和中指，并互呈90°，拇指代表X坐标轴，食指代表Y坐标轴，中指代表Z坐标轴。拇指的指向为X坐标轴的正方向，食指的指向为Y坐标轴的正方向，中指的指向为Z坐标轴的正方向。围绕X、Y、Z坐标轴的旋转坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，拇指的指向为X、Y、Z坐标轴中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标轴A、B、C的正向。（3）运动方向的规定。对于数控机床各坐标轴的运动方向，均将增大刀具与工件距离的方向确定为各坐标轴的正方向。2．绘制出数控车床的坐标轴。答：参见教材图1-17。3．绘制数控铣床的坐标轴。答：参加教材图1-18。4．机床原点与工件原点有何区别？答：机床原点是机床制造厂家设置在机床上的一个基准位置，它不仅是在机床上建立机床坐标系的基准点，而且是机床调试和加工时的基准点。工件原点就是工件坐标系的原点，是由编程人员设置在工件坐标系上的一个基准位置。选择工件原点时，最好把工件原点放在零件图样上的尺寸能够方便地转换成坐标值的地方。5．机床回零操作的目的是什么？答：对于大多数数控机床，开机第一步总是先使机床返回参考点（即机床回零）。开机回参考点的目的就是建立机床坐标系，只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。6．名词解释（1）机床原点答：机床原点是机床制造厂家设置在机床上的一个基准位置，它不仅是在机床上建立机床坐标系的基准点，而且是机床调试和加工时的基准点。（2）机床参考点答：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。（3）工件原点答：工件原点就是工件坐标系的原点，是由编程人员设置在工件坐标系上的一个基准位置。（4）刀位点答：所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。不同的刀具刀位点不同。圆柱铣刀、端铣刀类刀具，刀位点为其底面中心；钻头刀位点为钻尖；球头铣刀刀位点为其球心；车刀、镗刀类刀具，刀位点为其刀尖。（5）对刀点答：对刀点是数控加工中刀具相对于工件运动的起点，也可以叫作程序起点或起刀点。通过对刀点，可以确定机床坐标系和工件坐标系之间的相互位置关系。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项引导学生复习上节课所学知识。提问检查学生掌握情况，进一步巩固所学知识问题启发法，引入新课教师播放数控车床和数控铣床加工视频，让学生观察车刀与铣刀的运动情况，讲解确定原则示范法+讲授法教师通过复习数学中的所用坐标系引入数控机床用笛卡尔直角坐标系教师要在黑板上绘制出标准的机床坐标系，用字母和箭头标注出坐标轴及其正方向教师用右手示范，让学生跟着老师的手势进行模仿，让学生明确各个手指代表的坐标轴及正方向的确定教师用右手示范旋转坐标轴的确定方法以数控车床或数控铣床为例，讲解坐标轴的正方向确定方法教师通过视频或课件，让学生观察加工运动，使其明确主轴为主要传递切削动力的轴教师通过视频或课件，引导学生判别X坐标轴引导学生通过右手定则判别Y坐标轴教授手工绘制前置刀架和后置刀架数控车床的坐标系，并让学生模仿教师通过视频或课件，让学生观察加工运动，使其明确主轴为主要传递切削动力的轴教师通过视频或课件展示数控铣床模型，讲解X坐标轴的规定教师通过右手定则示范Y坐标轴的确定方法教师手工绘制立式和卧式铣床坐标系，让学生明确各个坐标轴及其正方向，通过绘制机床坐标系能归纳总结各类数控机床的坐标系的确定方法教师讲解建立工件坐标系的意义，方便编程讲解机床坐标系与工件坐标系的区别与联系问题讨论，引出机床原点讲解机床原点的概念，并指出数控车床和数控铣床机床原点的位置，让学生牢记教师引导学生讨论数控机床是如何建立机床坐标系的？引出机床参考点的概念。与学生讨论回参考点的目的讲解工件原点的概念及其确定。举例说明车削与铣削编程原点的确定位置对机床原点、工件原点以及参考点进行归纳总结，让学生明确三者的区别以及对刀的目的讲解刀位点的概念，指明不同刀具的刀位点位置讲解刀位点的概念，指出对刀的目的。讲解对刀点的概念与用途教师提出问题，让学生回答，检查学生学习情况根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。布置课后作业，讲解作业要求学科数控加工基础课题§2-1数控加工工艺的制定课次4授课时间年月日（星期）2教具课件、视频教学目标1．掌握零件工艺分析步骤及内容。2．掌握刀具与夹具的选择。3．掌握加工路线的确定。4．掌握切削用量的确定。5．熟悉常用数控加工工艺文件填写及作用。审批教学重点1．零件的工艺分析。2．选择刀具、夹具。3．确定加工路线。4．确定切削用量。教学难点1．零件的工艺分析。2．确定加工路线。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【复习提问】1．数控机床是如何工作的？2．数控机床坐标系确定的原则有哪些？3．机床原点和机床参考点有何区别和联系？4．在普通机床上，加工零件的首要任务是什么？【新课导入】采用普通车床加工图2-1所示零件，应如何制定其加工工艺？若采取数控车床加工呢？【讲授新课】§2-1数控加工工艺的制定一、零件的工艺分析（重点）1．选择并决定进行数控加工的内容适合数控加工的内容：（1）普通机床无法加工的内容（2）普通机床难加工、质量也难保证的内容（3）普通机床加工效率低、手工操作劳动强度大的内容不适合数控加工的内容：（1）需要通过较长时间占机调整的加工内容。（2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。（3）按某些特定的制造依据加工的型面轮廓。（4）不能在一次装夹中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很繁杂，效果不明显，可安排用普通机床加工。2．数控加工零件工艺性分析（1）零件图样分析第一，要熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键加工工艺基准。第二，分析了解零件的外形、结构，零件上需加工的部位及其形状、尺寸精度和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料、坯料尺寸、相关技术要求及工件的加工数量。第三，分析零件精度与各项技术要求是否齐全、合理；分析工序中的数控加工精度能否达到图样要求；找出零件图中有较高位置精度的表面，决定这些表面能否在一次装夹下完成；对零件表面粗糙度要求较高的表面，确定是否使用恒线速功能进行加工。（2）零件图形的数学处理和编程尺寸的计算第一，编程原点的选择。要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。一般情况下选择在尺寸基准或定位基准上。第二，编程尺寸的确定。在很多情况下，零件图样上的尺寸基准与编程所需要的尺寸基准不一致，所以应将零件图样上的各个基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸，然后再进行下一步数学处理工作。二、选择刀具、夹具（重点）1．刀具的选择优先选用标准刀具，不用或少用特殊的非标准刀具，必要时也可以采用各种高生产效率的复合刀具及一些专用刀具。2．夹具的选择两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能确定工件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点：（1）单件、小批量生产时，应优先使用通用夹具、组合夹具或可调夹具。（2）成批生产时，可采用专用夹具，但力求结构简单。（3）装卸工件要方便、可靠，以缩短辅助时间，有条件且生产批量较大时，可采用液动、电动、气动或多工位夹具，以提高加工效率。（4）夹具上的各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工。三、确定加工路线（重点、难点）所谓加工路线，是指数控机床在加工过程中刀具刀位点相对于工件的运动轨迹。1．对点位加工的数控机床，如钻床、镗床等，要考虑尽可能缩短加工路线，以减少空程时间，提高加工效率。2．为保证工件轮廓加工后表面粗糙度的要求，最终完工轮廓应由最后一刀连续加工而成。3．刀具的进、退刀路线须认真考虑，要尽量避免在轮廓处接刀，对刀具的切入和切出要仔细设计。4．铣削轮廓的加工路线要合理选择。5．合理制定粗加工时的加工路线。四、确定切削用量1．影响切削用量的因素（1）工件材料（2）刀具材料（3）刀具几何角度（4）机床及夹具刚度2．切削用量的选择（1）背吃刀量的确定背吃刀量可根据数控机床、工件、刀具系统的刚度来确定。（2）主轴转速的确定（3）进给速度的确定通常根据零件加工精度和表面质量要求选取进给速度。五、填写数控加工工艺文件数控加工文件是编制生产计划、组织生产、安排物资供应、指导工人加工操作及技术检验等的重要依据。1．数控加工工序卡数控加工工序卡表达了加工工序内容，同时还要反映使用的辅具、刃具及切削参数等，它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺资料。2．数控加工刀具卡数控加工刀具卡是调刀人员调整刀具、操作人员进行刀具数据输入的主要依据。【学习评价】1．适合数控加工的内容有哪些？哪些内容不适合选择数控加工？2．零件图样分析的内容有哪些？3．数控加工对夹具提出哪两个要求？4．确定加工路线时，要考虑哪些问题？5．影响切削用量的因素有哪些？6．数控加工工序卡有何作用？7．简述数控加工工艺制定的步骤。【知识总结与提升】1．零件的工艺分析（重点、难点）（1）选择并决定进行数控加工的内容（2）数控加工零件工艺性分析2．选择刀具、夹具（重点）（1）刀具的选择一般优先选用标准刀具，不用或少用特殊的非标准刀具，必要时也可以采用各种高生产率的复合刀具及一些专用刀具。（2）夹具的选择3．确定加工路线（重点、难点）确定加工路线就是确定刀具运动的轨迹和方向，也就是程序编制的轨迹和运动方向。强调加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。4．确定切削用量（重点）确定原则与普通机床相似，具体数值应根据数控机床说明书，参考切削用量手册，并结合实践经验加以确定。5．填写数控加工工艺文件（重点）【课后作业】1．适合数控加工的内容有哪些？哪些内容不适合选择数控加工？答：（1）选择数控加工的内容一般可按下列顺序考虑：1）普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。2）普通机床难加工、质量也难保证的内容应作为重点选择内容。3）普通机床加工效率低、手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存富余能力的基础上进行选择。（2）下列一些加工内容则不宜选择数控加工：1）需要通过较长时间占机调整的加工内容，如零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯的基准平面、定位面等部位的加工等。2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。3）按某些特定的制造依据（如样板、样件、模胎等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据难，易与检验依据发生矛盾，增加编程难度。4）不能在一次装夹中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很繁杂，效果不明显，可安排用普通机床加工。2．零件图样分析的内容有哪些？答：首先，要熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要和关键的加工工艺基准。其次，分析及了解零件的外形、结构，零件上需加工的部位及其形状、尺寸精度和表面粗糙度要求；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料、毛坯尺寸、相关技术要求及工件的加工数量。最后，分析零件精度与各项技术要求是否齐全、合理；分析工序中的数控加工精度能否达到图样要求；找出零件图中有较高位置精度的表面，决定这些表面能否在一次装夹下完成；对零件表面质量要求较高的表面，确定是否使用恒线速功能进行加工。3．数控加工对夹具提出哪两个要求？答：数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能确定工件与机床坐标系的尺寸。4．确定加工路线时，要考虑哪些问题？答：（1）对点位加工的数控机床，如钻床、镗床等，要考虑尽可能缩短加工路线，以减少空程时间，提高加工效率。（2）为保证工件轮廓加工后表面粗糙度的要求，最终完工轮廓应由最后一刀连续加工而成。（3）刀具的进、退刀路线须认真考虑，要尽量避免在轮廓处接刀，对刀具的切入和切出要仔细设计。（4）铣削轮廓的加工路线要合理选择。（5）旋转体类零件的加工一般采用数控车床或数控磨床加工。5．影响切削用量的因素有哪些？答：影响切削用量的主要因素如下：（1）工件材料；（2）刀具材料；（3）刀具几何角度；（4）机床及夹具刚度。6．数控加工工序卡有何作用？答：数控加工工序卡与普通加工工序卡相似，除表达加工工序内容外，还要反映使用的辅具、刃具及切削用量等，它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺资料。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项教师引导学生复习上节课所学知识。提问检查学生掌握情况，进一步巩固所学知识问题启发，引入新课讲授法。让学生掌握哪些内容适合在数控机床上加工，哪些内容不适合数控机床上加工。明确告诉学生杜绝把数控机床当做普通机床来使用讲授法，详细讲授零件图样分析的内容。让学生明确零件图样分析的结果直接影响零件加工程序的编制及加工图样分析内容较多，让学生按步骤分析，避免漏落详细讲授编程原点的选择原则和编程尺寸的确定原则对比普通机床加工讲解数控加工对刀具的选择原则详细讲解数控加工对夹具的基本要求以及夹具选择的原则讲解加工路线的概念结合多媒体课件或动画进行详细讲解，让学生明白处理这些问题的原因及处理方法，真正掌握数控加工路线的确定引导同学复习普通加工中切削用量的确定，再根据同学掌握的情况进行讲授。教师讲授时从以下两个方面进行：首先让学生掌握影响切削用量的因素，其次再让学生掌握背吃刀量、主轴转速和进给速度的确定，使三者能相互适应，以形成最佳切削参数教师讲授时，要明确数控加工工序卡和数控加工刀具卡的作用及内容，让学生掌握数控加工工序卡和数控加工刀具卡识读及填写教师提出问题，让学生回答，检查学生学习情况根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。布置课后作业，讲解作业要求学科数控加工基础课题§2-2数控加工程序及编制过程课次5授课时间年月日（星期）2教具课件教学目标1．掌握数控加工程序的概念。2．掌握数控编程、手工编程、自动编程的的概念，了解手工编程的意义。3．掌握数控编程的步骤。审批教学重点1．数控加工程序的概念。2．数控编程、手工编程、自动编程的概念。3．数控编程的步骤。教学难点数控编程的步骤。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【复习提问】1．零件图样分析的内容有哪些？2．简述数控加工工艺制定的步骤。【新课导入】数控机床加工零件是依靠加工程序，没有加工程序数控机床不能进行零件加工。1．什么是数控加工程序？2．数控加工程序应该包括哪些内容？【讲授新课】§2-2数控加工程序及编制过程一、数控加工程序的概念（重点）定义：按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集。概念要点：（1）规定格式（2）描述零件几何形状和加工工艺二、数控编程的方法数控编程是指根据被加工零件的图样和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息输入数控系统的整个过程。1．手工编程手工编程是指编程的各阶段均由人工完成。手工编程的意义。2．自动编程自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。按计算机专用软件的不同，自动编程可分为数控语言自动编程、图形交互自动编程和语音提示自动编程等。目前应用较广泛的是图形交互自动编程，常用的软件有UG、Pro/E、Cimatron、Mastercam、CAXA等。三、数控编程的步骤1．分析零件图样首先应准确地识读零件图样表述的各种信息，主要包括零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等。2．确定工艺过程在分析图样的基础上，进行工艺分析，选定机床、刀具和夹具，确定零件加工的工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数。3．计算加工轨迹尺寸根据零件图样、加工路线和零件加工允许的误差，计算出零件轮廓的坐标值。（4）编写程序单根据所用数控系统规定的功能指令代码及编程格式进行编程，完毕后，要校核程序的正误，是否能满足加工要求。（5）程序输入将编制的加工程序输入到数控系统。输入程序时，一定要细心，避免输入错误或漏掉负号、小数点等符号。（6）程序校验与首件试切教师要强调编制好的加工程序必须经过校验和试切才能正式使用。未经校验和试切的加工程序，不一定能满足加工要求。【教学评价】1．什么是数控加工程序？2．什么是数控编程？数控编程常用的方法有哪些？3．什么是手工编程？手工编程有何意义？4．什么是自动编程？常用的自动编程方法有哪些？5．简述数控编程的步骤。6．什么是基点？什么是节点？【知识总结与提升】1．数控加工程序的概念（重点）按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集。2．数控编程的方法（重点）数控编程是指根据被加工零件的图样和技术、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息输入数控系统的整个过程。数控编程通常分为手工编程和自动编程两大类。3．数控编程的步骤（重点、难点）（1）分析零件图样。（2）确定工艺过程。（3）计算加工轨迹尺寸。（4）编写程序单。（5）程序输入。（6）程序校验与首件试切。【课后作业】1．名词解释（1）数控加工程序答：按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集，称为数控加工程序。（2）数控编程答：数控编程是指根据被加工零件的图样和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息输入数控系统的整个过程。（3）手工编程答：手工编程是指编程的各阶段均由人工完成。（4）自动编程答：自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。2．简述手工编程的意义。答：手工编程的意义在于加工形状简单的零件（如直线与直线或直线与圆弧组成的轮廓）时，编程快捷、简便，不需要具备特别的条件（如价格较高的自动编程机及相应的硬件和软件等），使机床操作人员或程序员不受特殊条件的制约，还具有较大的灵活性和编程费用少等优点。3．数控编程的步骤有哪些？答：数控编程的步骤有：分析零件图样、确定工艺过程、计算加工轨迹尺寸、编写程序、程序输入、程序校验与首件试切。【补充材料】面向车间的编程面向车间的编程（WorkshopOrientedProgramming，WOP）是20世纪90年代兴起的一种数控机床编程方法。其基本思想是：用图形符号代替数控语言，按照系统菜单提示选择相应的图形符号，输入必要的工艺参数，然后由系统自动完成编程作业。按照WOP编程方法，编程员仅需根据自身的专业知识和经验，选择合适的图形符号和工艺参数，用以对被加工零件和加工工艺的描述，而具体数控程序则由WOP编程系统自动产生，较为直观、实用，易于被现场生产人员所接受。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项教师引导学生复习上一节课所学知识。提问检查学生掌握情况，进一步巩固所学知识问题启发，引入新课讲授法。教师引导学生回顾数控机床工作的过程，引出数控加工程序的概念。再详细讲解概念中的要点。讲授法。详细讲解数控编程的概念及编程的方法。重点讲解手工编程的意义教师可简要介绍几种常用的自动编程软件，或通过课件演示自动编程软件的应用过程，激发学生的学习兴趣。教师手工绘制或通过PPT展示数控编程的步骤，让学生了解数控编程的步骤。然后再逐一讲解每个步骤的具体内容。教师讲授分析零件图样的意义和具体内容工艺过程包含：工艺分析，选定机床、刀具和夹具，确定工艺路线、工步顺序，以及切削用量等工艺参数。计算加工轨迹要依据零件图样、加工路线和零件加工允许的误差。强调：编程时一定要根据所用数控系统，系统不同程序有可能不同教师强调输入程序要细心，避免出错教师详细讲授校验程序加工轨迹的常用的两种方法：用空运行或图形模拟教师提出问题，让学生回答，检查学生学习情况根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。布置课后作业，讲解作业要求学科数控加工基础课题§2-3数控加工代码及程序格式课次6授课时间年月日（星期）2教具课件教学目标1．掌握数控加工程序中字符的作用及种类。2．掌握数控加工程序中常用的地址符。3．掌握数控加工程序段格式。4．掌握数控加工程序的组成与格式。审批教学重点1．字符的作用及种类。2．数控加工程序常用地址符、功能字。3．数控加工程序段格式。4．数控加工程序的组成与结构。教学难点1．数控加工程序中常见的程序字的功能及用法。2．数控加工程序的结构。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【复习提问】1．什么是数控加工程序？2．简述数控编程的步骤。【新课导入】通过多媒体课件展示一个简单的数控加工程序。让学生明确字符、地址、程序字、程序段、数控加工程序的组成与结构等知识点关系。【讲授新课】§2-3数控加工代码及程序格式一、字符字符是用来组织、控制或表示数据的各种符号，如字母、数字、标点符号和数学运算符号等。第一类是字母，它由26个大写英文字母组成；第二类是数字和小数点；第三类是符号，它由正号（＋）和负号（－）组成；第四类是功能字符，它由程序开始/结束符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（/）和空格符等组成。二、地址地址又称地址符，在数控加工程序中，它是指位于程序字头的字符或字符组，用以识别其后的数据；在传递信息时，它表示其出处或目的地。常用的地址有N、G、X、Z、U、W、I、K、R、F、S、T、M等字符。三、程序字程序字是一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元（即信息处理的单位）存储、传递和操作。1．程序段号程序段号也称顺序号字，一般位于程序段开头，可用于检索，便于检查交流或指定跳转目标等，它由地址符N和随后的1～4位数字组成。2．准备功能字准备功能字的地址符是G，它是设立机床工作方式或控制系统工作方式的一种命令。在程序段中，G指令一般位于尺寸字的前面。G指令由字母G及其后面的两位数字组成，从G00到G99共100种代码。G指令分为模态指令和非模态指令两类。3．坐标尺寸字尺寸字由规定的地址符及后续的带正、负号或者带正、负号又有小数点的多位十进制数组成。第一组是X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R，主要用来指定到达点坐标值或距离；第二组是A、B、C、D、E，主要用来指定到达点角度坐标；第三组是I、J、K，主要用来指定零件圆弧轮廓圆心点的坐标尺寸。4．进给功能字进给功能字的地址符为F，又称F功能或F指令，它的功能是指定切削的进给速度。5．主轴转速功能字主轴功能字的地址符为S，又称S功能或S指令，它主要用来指定主轴转速或速度，单位为r/min或m/min。中档以上的数控车床，其主轴驱动采用主轴伺服控制单元，主轴转速采用直接指定方式，例如，S1500表示转速为1500r/min。6．刀具功能字刀具功能字用地址符T及随后的数字代码表示，又称T功能或T指令，它主要用来指定加工中所用的刀具号及自动补偿编组号。7．辅助功能字辅助功能字又称M功能或M指令，它用以指定数控机床中辅助装置的开关动作或状态，如主轴启、停，切削液通、断，更换刀具等。与G指令一样，M指令由地址符M和其后的两位数字组成，从M00~M99共100种。四、程序段格式所谓程序段，就是为了完成某一动作要求所需的程序字的组合。每一个程序字是一个控制机床的具体指令。程序段格式是指程序字在程序段中的顺序及书写方式的规定。程序段格式有多种，如固定程序段格式、使用分隔符的程序段格式、使用地址符的程序段格式等，现在最常用的是使用地址符的程序段格式。五、数控加工程序的格式与组成1．加工程序的组成一个完整数控加工程序由程序名、程序内容和程序结束三部分。（1）程序名程序名位于程序主体之前，是程序的开始部分，一般独占一行。程序名一般由规定的字母“O”“P”或符号“％”开头，后面紧跟若干位数字组成，常用的有两位数和四位数两种，前面的零可以省略。（2）程序内容程序内容部分是整个程序的核心部分，由若干程序段组成。一个程序段表示零件的一段加工信息，若干个程序段的集合则完整地描述一个零件加工的所有信息。（3）程序结束程序结束是以程序结束指令M02或M30来结束整个程序。M02和M30允许与其他程序字合用一个程序段，但最好还是将其单列一段。2．加工程序的结构（1）主程序主程序由指定加工顺序、刀具运动轨迹和各种辅助动作的程序段组成，它是加工程序的主体结构。在一般情况下，数控机床是按其主程序的指令执行加工的。（2）子程序在编制加工程序时会遇到一组程序段在一个程序中多次出现或在几个程序中都要用到，那么就可把这一组加工程序段编制成固定程序，并单独予以命名，这组程序段即称为子程序。M98P××××L××××；①地址P后的四位数字为子程序名②地址L后的四位数字为重复调用次数，取值范围1～9999M98P××××××××；地址P后的前四位数字为重复调用次数，后四位数字为子程序名【学习评价】1．什么是字符？数控加工程序中常用的字符有哪几类？2．地址有什么作用？数控加工程序中常用的地址有哪些？3．什么是程序字？数控加工程序中常用的程序字有哪些？4．使用程序段号时，应注意哪些事项？5．准备功能字有何作用？不同的数控系统，准备功能字是否相同？6．模态G代码与非模态G代码有何区别？7．常用的坐标尺寸字有哪些？8．进给功能字用哪个字符表示？F100和F0.2分别表示什么含义？9．S表示什么功能字？S1500表示什么含义？G96S200表示什么含义？10．T表示什么功能字？T0101表示什么含义？11．什么是辅助功能字？12．M00与M01有何区别？13．M02与M30有何区别？14．叙述字地址程序段格式各功能字的顺序。15．一个完整的数控加工程序有哪几部分组成？16．什么是子程序？什么是主程序？二者有何区别？【知识总结与提升】数控加工程序是由主程序和子程序组成的，主程序和子程序都有程序名、程序内容、程序结束三部分组成。程序内容是由若干个程序段组成，程序段是由若干个程序字组成的，程序字又是由地址和字符组成的。1．字符的概念及其种类。（重点、难点）2．地址的概念及常用地址符。（重点）3．程序字的概念及常用程序字（重点、难点），如程序段号、准备功能字、坐标尺寸字、进给功能字、主轴功能字、刀具功能字、辅助功能字。4．程序段格式。（重点）5．数控加工程序的组成及结构。（重点、难点）【课后作业】1．名词解释（1）字符答：字符是用来组织、控制或表示数据的各种符号，如字母、数字、标点符号和数学运算符号等。字符是计算机进行存储或传送的信号，也是加工程序的最小组成单元。（2）地址答：地址又称地址符，在数控加工程序中，它是指位于程序字头的字符或字符组，用以识别其后的数据；在传递信息时，它表示其出处或目的地。（3）程序字答：程序字是一套有规定次序的字符，可以作为一个信息单元（即信息处理的单位）存储、传递和操作。（4）准备功能答：准备功能是设立机床工作方式或控制系统工作方式的一种命令。2．常用的功能字有哪些？各有何作用？答：加工程序中常见的功能字有以下几种：（1）程序段号。程序段号也称顺序号字，一般位于程序段开头，可用于检索，便于检查交流或指定跳转目标等。（2）准备功能字。准备功能字的地址符是G，又称G功能或G指令，它是设立机床工作方式或控制系统工作方式的一种命令。（3）坐标尺寸字。坐标尺寸字在程序段中主要用来指定机床的刀具运动到达的坐标位置。（4）进给功能字。进给功能字的地址符为F，又称F功能或F指令，它的功能是指定切削的进给速度。（5）主轴转速功能字。主轴功能字的地址符为S，又称S功能或S指令，它主要用来指定主轴转速或速度，单位为r/min或m/min。（6）刀具功能字。刀具功能字用地址符T及随后的数字代码表示，又称T功能或T指令，它主要用来指定加工中所用的刀具号及自动补偿编组号。（7）辅助功能字。辅助功能字又称M功能或M指令，它用以指定数控机床中辅助装置的开关动作或状态，如主轴启、停，切削液通、断，更换刀具等。3．一个完整的程序段包含哪些内容？答：一个完整数控加工程序由程序名、程序内容和程序结束三部分组成。4．主程序与子程序有何区别？答：（1）主程序由指定加工顺序、刀具运动轨迹和各种辅助动作的程序段组成，它是加工程序的主体结构。在一般情况下，数控机床是按其主程序的指令执行加工的。（2）在编制加工程序时会遇到一组程序段在一个程序中多次出现或在几个程序中都要用到，那么就可把这一组加工程序段编制成固定程序，并单独予以命名，这组程序段即称为子程序。子程序可以在存储器方式下调出使用，即主程序可以调用子程序，一个子程序也可以调用下一级子程序。5．解释下列字符的含义。（1）G00答：快速点定位指令。（2）M03答：主轴正转。（3）G97S800答：主轴恒转速，每分钟为800r/min。（4）T0101答：选择01号刀具，执行01号刀补。（5）M98P4001L2答：调用子程序O4001两次。（6）M98P40015答：调用子程序O15四次。（7）F200答：每分钟进给速度为200mm。（8）M30答：程序结束。6．FANUC数控系统中的“G96S200”与“G97S200”有何区别？答：FANUC数控系统用G96或G97指令配合S指令来指定主轴的速度。G96为恒线速控制指令，“G96S200”表示主轴的速度为200m/min。“G97S200”表示取代G96，即主轴不是恒线速功能，其转速为200r/min。7．FANUC数控系统，G98和G99指令有何区别？答：FANUC数控系统，进给量单位用G98和G99指定，系统开机默认G99。G98表示进给速度与主轴速度无关的每分钟进给量，单位为mm/min或in/min；G99表示与主轴速度有关的主轴每转进给量，单位为mm/r或in/r。8．模态指令和非模态指令有何区别？答：模态指令是一组可相互注销的功能指令，这些功能指令一旦被执行，则一直有效，直到被同组的其他指令注销为止。非模态指令只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销，也称一次性代码。9．M00与M01有何区别？答：（1）M00为程序暂停，程序停在本段状态，不执行下段，相当于按下操作面板上的循环暂停按钮，按下操作面板上的循环启动按钮可取消M00状态，使程序继续向下执行。（2）M01为选择停止，功能与M00相似。不同的是M01只有在机床操作面板上的“选择停止”开关处于“ON”状态时才有效。M01常用于关键尺寸的检验和临时暂停。10．M02与M30有何区别？答：（1）M02为程序结束，该指令表示加工程序全部结束。它使主运动、进给运动、切削液供给等停止，机床复位。（2）M30为程序结束。程序结束并返回程序的第一条语句，准备下一个零件的加工。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项引导学生复习上节课所学知识。提问检查学生掌握情况，进一步巩固所学知识展示教学法。激发学生的学习兴趣，明确学习思路，引入新课。通过问题，启发学生阅读教材，弄清问题答案（1）什么是字符？（2）数控加工程序用的字符具有哪几类？教师再进行归纳总结。教师讲解地址的概念，明确常用地址的含义教师讲授程序字的概念，让学生明白程序字的含义。教师详细讲授程序段号的作用及使用注意事项，让同学正确掌握程序段号的应用。详细讲授G功能字的概念及其作用，带领同学查阅FANUC0i数控车床和数控铣床常用G代码，让学生了解常用G代码。详细讲授坐标尺寸字的功能及常用坐标尺寸字，并强调坐标尺寸字的单位及小数点的应用。详细讲解每转进给和每分钟进给的应用详细讲解恒线速控制与横转速控制的区别，并强调使用恒线速控制时，要限制主轴的最高转速。重点讲解数控车床和数控铣床刀具功能字的应用重点讲解M00与M01的应用及其区别，M02与M30的应用及其区别，M98、M99的应用教师要让学生明确每种数控系统所采用的程序段格式不一定相同，因此编程人员必须严格按照机床说明书的规定格式进行编程。重点强调，不同的数控系统程序名和程序结束符有可能不同，使用时要仔细查阅数控系统编程和操作说明书，避免生搬硬套。详细讲解子程序和主程序的概念及其区别，重点讲解FANUC0i系统子程序调用格式。教师提出问题，让学生回答，检查学生学习情况归纳总结：根据学生学习情况，教师再对本次课的教学内容进行归纳总结，并强调重点与难点。布置课后作业，讲解作业要求学科数控加工基础课题§3-1数控车床的主要功能及加工对象课次7授课时间年月日（星期）1教具课件、视频教学目标1．掌握数控车床的主要功能。2．熟悉数控车床的主要加工对象。审批教学重点1．数控车床的主要功能。2．数控车床的主要加工对象。教学难点1．插补功能。2．恒线速控制功能。教学后记教学内容教学方法【组织教学】1．检查学生出勤情况。2．强调学习过程中应注意安全事项。【复习提问】1．普通车床加工具有哪些特点？2．普通车床能够加工哪些典型表面？【新课导入】引导学生仔细观察教材图3-1所示普通车床加工的典型表面，布置问题：1．在普通车床上能加工的对象，能不能在数控车床上加工？2．数控车床还能加工哪些对象？【讲授新课】§3-1数控车床的主要功能及加工对象一、数控车床的主要功能（重点）1．主轴功能详细讲解数控车床的主轴功能除对机床进行无级调速外，还具有同步进给控制、恒线速度控制及主轴最高转速控制等功能。同步进给控制要让学生明确同步进给控制是为了满足加工螺纹的需要。在加工螺纹时，主轴的旋转与进给运动必须保持一定的同步运行关系。如车削等螺距螺纹时，主轴每旋转一周，其进给运动方向（Z或X）必须严格位移一个螺距或导程。其控制方法是通过检测主轴转数及角位移原点（起点）的元件（如主轴脉冲发生器）与数控装置相互进行脉冲信号的传递而实现的。（2）恒线速度控制恒线速度控制是为了控制表面粗糙度一致而设置的。在车削表面粗糙度要求十分均匀的变径表面，如端面、圆锥面及任意曲线构成的旋转面时，车刀刀尖处的切削速度（线速度）必须随着刀尖所处直径的不同位置而相应自动调整变化。该功能由G96指令控制其主轴转速按所规定的恒线速度值运行，如G96S200表示其恒线速度值为200m/min。当需要恢复恒定转速时，可用G97指令对其注销，如G97S1200r/min。（3）最高转速控制当采用G96指令加工变径表面时，由于刀尖所处直径在不断变化，当刀尖接近工件轴线（中心）位置时，因其直径接近零，线速度又规定为恒定值，主轴转速将会急剧升高。为预防因主轴转速过高而发生事故，FANUC系统则规定可用G50指令限定其恒线速运动中的最高转速，如G50S2000，表示主轴转速最高不超过2000r/min。2．插补功能（难点）不同的数控系统，插补功能不能，一般数控车床具备的插补功能有：直线插补、圆弧插补、抛物线插补、极坐标插补、螺旋线插补、样条曲线插补。3．螺纹车削功能数控车床所具有的螺纹车削功能，一般数控系统都可完成各种米制或英制等螺距、变螺距螺纹的加工，如圆柱（右、左旋）、圆锥及端面螺纹等。4．固定循环切削功能FANUC数控系统具有所具有的单一固定循环和多重复合循环，应用循环指令，可大大简化程序编制。（1）单一固定循环单一固定循环包括车削外圆、端面、螺纹的矩形循环和车削圆锥面的固定循环。（2）多重复合循环多重复合循环的形式很多，如外圆粗车循环、端面粗车循环、固定形状粗车循环、端面钻孔复合循环、车槽复合循环、螺纹车削循环、精车循环等。5．补偿功能刀具磨损、刀具半径的补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿。这些补偿功能的应用，能够方便编程，并提高加工精度。6．自诊断功能自诊断功能是为了故障出现后可迅速查明故障类型及部位，减少因故障而造成的停机时间。7．通信功能CNC通常具有RS232C接口，有还备有DNC接口。现在部分数控机床还具有网卡，可以接入互联网。二、数控车床主要加工对象1．精度要求高的回转体零件数控车床刚度高，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件。2．表面质量要求高的回转体零件数控车床基本上都具有恒线速度切削功能，能加工出表面粗糙度值小且均匀的零件。3．表面形状复杂的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，因此，可以车削任意直线和曲线组成的形状复杂的回转体零件4．带特殊螺纹的回转体零件详细讲授数控车床的等螺距、变螺距螺纹插补功能，说明数控车床不仅能车削等导程螺纹，还能车削特殊丝杠、变（增/减）螺距、等螺距与变螺距作平滑过渡的螺旋零件以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面螺纹。同时，数控车床车削螺纹时，主轴转向不必像普通车床那样交替变换，它可以一刀一刀不停顿地循环，直到完成，所以车削螺纹的效率很高。【学习评价】1．数控车床的主要功能有哪些？2．适合数控车削加工的主要对象有哪些？【知识总结与提升】板书：1．数控车床的主要功能（重点）主轴功能、插补功能（难点）、螺纹插补功能、固定循环切削功能、补偿功能、自诊断功能、通信功能等。2．数控车床的主要加工对象（重点）精度要求高的回转体零件、表面质量要求高的回转体零件、表面形状复杂的回转体零件、带特殊螺纹的回转体零件。【课后作业】1．数控车床的主要功能有哪些？答：主轴功能、插补功能、螺纹插补功能、固定循环切削功能、补偿功能、自诊断功能、通信功能等。2．适合数控车削加工的主要对象有哪些？答：精度要求高的回转体零件、表面质量要求高的回转体零件、表面形状复杂的回转体零件、带特殊螺纹的回转体零件。点名，查看学生出勤情况，并强调安全注意事项引导学生复习车工所学知识。了解学生掌握情况问题启发，引入新课讲解时，教师根据学生参观（或观看）感受及平时所见所闻等进行启发，并作提炼概括，避免空洞乏味的说教教师引导学生分析螺纹加工特点，引出同步进给控制，并讲解控制实现方法教师通过讲解让学生明确恒线速度控制命令讲师讲解设置最高转速控制的原因及控制方法教师让学生明确数控机床是通过插补功能来完成零件加工的。同时让学生了解常用的插补功能通过讲解让学生明确数控车床能加工螺纹的种类教师要让学生明确FANUC数控系统具有所具有的单一固定循环和多重复合循环，应用循环指令，可大大简化程序编制让学生了解数控车床所具备的补偿功能教