数控加工工艺与编程教案

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序号 项目（章节） 教学目标 与要求 3 授课日期 数控加工及相关基础 案

班级 授课时数 2 1、掌握数控加工相关知识 2、理解数控加工原理 教学难点 与重点 1、数控加工刀位计算原理 2、刀具半径补偿与长度补偿 多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析 （现代化） 教学手段 授课方法 多媒体 作 业 P33 ， 时间 分配 5min 15min 教 学 内 容 及 过 程 复习：数控加工工艺制定与文件的相关知识。 数控加工及相关基础 数控加工原理 数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线，折线上的结点称为刀位点。刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点，从而切削出工件的形状。 刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为数控机床的插补运动。由于数控机床一般只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式完成插补运动，因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆弧段将刀位点连接而成的折线。 数控编程的任务是计算出数控刀轨，并以程序的形式输出到数控机床，其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。 在数控加工误差中，与数控编程直接相关的有两个主要部分： （1）刀轨的插补误差。由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成，因此只能近似地拟合理想的加工轨迹。 （2）残余高度。在曲面加工中，相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域，由此造成的加工误差称为残余高度，它主要影响加工表面的粗糙度。 刀具的表面成形运动通常分为主运动和进给运动。主运动指机床的主轴转动，其运动质量主要影响产品的表面光洁度。进给运动是主轴相对工件的平动，其传动质量直接关系到机床的加工性能。

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教 学 内 容 及 过 程 数控加工刀位计算 数控加工刀位点的计算过程可分为3个阶段。 （1）加工表面的偏置。 （2）刀轨形式的确定。 （3）刀位点的计算。 高度与安全高度 起止高度指进退刀的初始高度。在程序开始时，刀具将先到这一高度，同时在程序结束后，刀具也将退回到这一高度。起止高度就大于或等于安全高度，安全高度也称为提刀高度，是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度（Z值）。 刀具半径补偿和长度补偿 数控机床在进行轮廓加工时，由于刀具有一定的半径（如铣刀半径），因此在加工时，刀具中心的运动轨迹必须偏离零件实际轮廓一个刀具半径值，否则加工出的零件尽寸与实际需要的尺寸将相差一个刀具半径值或者一个刀具直径值。此外，在零件加工时，有时还需要考虑加工余量和刀具磨损等因素的影响。 根据加工情况，有时不仅需要对刀具半径进行补偿，还要对刀具长度进行补偿。 顺铣与逆铣 冷却液开关 拐角控制 拐角是在切削过程中遇到拐角时的处理方式，有圆角和尖角两种处理方法，这主要对于机床及刀具有意义，对零件的加工结果不影响。尖角处理时，刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以直线的方式过滤，适合于大于90°的角。圆弧方式处理时，刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以圆弧的方式过滤，适合于小于或等于90°的角。采用圆弧过滤可以避免机床进给方向的急剧变化。在处理有加工留量的角落时，某些系统软件会将补正后的加轮廓线做成角落圆角，即有以下三种方式处理。 （1）角落圆角：处理成工件外部轮廓及刀具路径都是圆角。 （2）角落尖角：处理成工件外部轮廓为尖角，而刀具路径为圆角。 （3）路径尖角：处理成工件外部轮廓及刀具路径都是尖角。 时间分配 10min 10min 10min 20min 15min 10min 5min 轮廓控制 在数控编程中，不少时候需要通过轮廓来限制加工范围，而某些刀轨形中，轮廓是必不可少的因素，缺少轮廓将无法生成刀路轨迹。轮廓线需要设定其偏置补偿的方向，对于封闭的轮廓线会有3种参数选择，即刀具是在轮廓上、轮廓内或轮廓外。 （1）刀具在轮廓上（ON），刀具中心线与轮廓线相重合，即不考虑补偿。 （2）刀具在轮廓内（Inside），是刀具中心不到轮廓上，而刀具的侧边到轮廓上，即相差一个刀具半径。 （3）刀具在轮廓外（Outside），刀具中心越过轮廓线，超过轮廓线一个刀具半径。 本节课小结及布置作业 教

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序号 项目（章节） 教学目标 与要求 4 授课日期 班级 授课时数 2 数控编程基础 1、掌握数控编程的基础知识 2、掌握数控编程指令的基础知识 教学难点 与重点 1、数控程序结构的组成 2、主要G指令的功能 多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析 （现代化） 教学手段 授课方法 多媒体 作 业 整理课上笔记 时间 分配 5min 15min 教 学 内 容 及 过 程 复习：数控加工相关基础知识。 数控编程基础 数控编程概述 数控编程技术经历了三个发展阶段，即手工编程、APT语言编程和交互式图形编程。由于手工编程难以承担复杂曲面的编程工作，因此自第一台数控机床问世不久，美国麻省理工学院即开始研究自动编程的语言系统，称为APT（Automatically Programmed Tools）语言。经过不断的发展，APT编程能够承担复杂自由曲面加工的编程工作。 然而，由于APT语言是开发得比较早的计算机数控编程语言，而当时计算机的图形处理能力不强，因而必须在APT源程序中用语言的形式去描述本来十分直观的几何图形信息及加工过程，再由计算机处理生成加工程序，致使其直观性差，编程过程比较复杂不易掌握。目前已逐步为交互式图形编程系统所取代。 图形交互自动编程是一种计算机辅助编程技术。它是通过专用的计算机软件来实现的。这种软件通常以机械计算机辅助设计（CAD）软件为基础，利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。

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教 学 内 容 及 过 程 数控程序结构 数控程序是由为使机床运转而给与数控装置的一系列指令的有序集合所构成的。靠这些指令使刀具按直线或者圆弧及其他曲线运动，控制主轴的回转、停止、切削液的开关、自动换刀装置和工作台自动交换装置的动作等。 程序是由程序段（Block）所组成，每个程序段是由字（word）和“；”所组成。而字是由地址符和数值所构成的，如：X（地址符）（数值）Y（地址符）（数值）。程序由程序号、程序段号、准备功能、尺寸字、进给速度、主轴功能、刀具功能、辅助功能、刀补功能等构成的。 一个数控程序由以下几个部分组成： （1）程序起始符。一般为“%”、“$”等，不同的数控机床起始符可能不同，应根据具体的数控机床说明使用。程序起始符单列一行。 （2）程序名。单列一行，有两种形式，一种是以规定的英文字母（通常为O）为首，后面接若干位数字（通常为2位或者4位），如O0600，也可称为程序号。另一种是以英文字母、数字和符号“－”混合组成，比较灵活。程序名具体采用何种形式由数控系统决定。 （3）程序主体。由多个程序段组成，程序段是数控程序中的一句，单列一行，用于指挥机床完成某一个动作。每个程序段又由若干个程序字（word）组成，每个程序字表示一个功能指令，因此又成为功能字，它由字首及随后的若干个数字组成（如X100）。字首是一个英文字母，称为字的地址，它决定了字的功能类别。一般字的长度和顺序不固定。在程序末尾一般有程序结束指令，如M30，用于停止主轴、冷却液和进给，并使控制系统复位。 时间分配 10min 10min 10min 20min 15min 10min 5min （4）程序结束符。程序结束的标记符，一般与程序起始符相同。 数控程序的指令 数控程序的指令由一系列的程序字组成，而程序字通常由地址（address）和数值（number）两部分组成，地址通常是某个大写字母。 1．顺序号字：顺序号字也称程序段号。在程序段之首，以字母N开头，其后为一个2～4位的数字。 2．准备功能字：以字母G开头，后接一个两位数字，因此又称为G指令。 3．辅助功能字 辅助功能字一般由字符M及随后的2位数字组成，因此也称为M指令。 4．其他功能字 （1）尺寸字：也叫尺寸指令，主要用来指令刀位点坐标位置。如X、Y、Z主要用于表示刀位点的坐标值，而I、J、K用于表示圆弧刀轨的圆心坐标值（参见G02、G03指令中的内容）。 （2）进给功能字：以字符F开头，因此又称为F指令，用于指定刀具插补运动（即切削运动）的速度，称为进给速度，单位是毫米/分钟（mm/min）。 （3）主轴转速功能字：以字符S开头，因此又称为S指令。用于指定主轴的转速，以其后的数字给出，单位是转/分钟（r/min）。 （4）刀具功能字：用字符T及随后的号码表示，因此也称为T指令。用于指定加工时采用的刀具号，该指令在加工中心上使用。 本节课小结及布置作业 教

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序号 项目（章节） 教学目标 与要求 教学难点 与重点 5 授课日期 班级 授课时数 2 工艺与编程基础项目实训 1、理解数控加工工艺编制的过程 2、理解数控加工工艺参量的选择 数控加工工艺编制的过程 授课方法 多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析 （现代化） 教学手段 多媒体 作 业 整理课上笔记 时间 分配 5min 10min 教 学 内 容 及 过 程 复习：数控编程的相关知识。 工艺与编程基础项目实训 任务单 加工如图1-23所示的零件，试分析此零件的结构是否适合于数控加工加工部分有外圆、螺纹和退刀槽，试分析用什么样的车刀加工此工件由图可知，φ的轴段精度要求较高，试分析采用什么样的加工方法和加工顺序来保证此加工精度 图1-23