数控工艺与编程车项目一教案.doc

学习情境一：建立工件坐标系
学习情境

阶梯轴的加工
参考
学时

教学内容
1．机床坐标系和机床坐标轴的确定原则；
2．机床坐标系、工件坐标系、局部坐标系的概念及相互之间的关系；
3．刀具功能指令T建立工件坐标；
4．对刀点、换刀点的确定。
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）掌握数控车床工件坐标系建立的几种方式；
（2）能够对多把车刀正确建立工件坐标系。
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）机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系；；
（2）数控车床工件坐标系的几种建立方式；
（3）多把刀具建立工件坐标系。
2、教学难点
（1）T指令建立工件坐标系；
（2）多把刀具对刀操作。
3、解决方法
（1）图形示例，仿真操作；
（2）查阅专业书籍及资料；
（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：建立工件坐标系（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．给出车床、工件、刀具的位置图；
2．数控加工，如何保证编程尺寸与图纸尺寸一致；
3．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；
3．T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、情境描述

图1-1 卡盘、工件、刀具位置关系图
数控车床上加工工件，必须要知道工件的形状、尺寸，因此需要建立工件坐标系来对工件进行数控编程。另外，还要知道工件在机床中的位置，因此要确定工件坐标系和机床坐标系之间的关系，这样才能正确加工零件，这种关系通过对刀操作来确立。
二、理论学习
1. 数控车床坐标系的确定原则
① 刀具相对于静止工件运动；
② X、Y、Z坐标轴由右手笛卡尔直角坐标系决定，见图1-2所示。
③ 坐标轴的确定：Z轴是平行于主轴轴线的坐标轴；X轴在与 Z轴垂直的平面内，即平行于工件的装夹平面。
④ 增大刀具与工件距离的方向为各坐标轴的正方向，图1.3所示为数控车床的坐标系。
图1-2 右手笛卡尔直角坐标系图1-3 数控车床坐标系
2. 数控车床加工中的几个坐标系
① 机床坐标系
机床坐标系是机床上固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点，是一个固定的点。
机床坐标系是为了确定机床的运动方向和移动距离的，数控车床的机床原点一般设在卡盘前端面或卡盘后端面的中心，如图1-4所示。
② 工件坐标系
工件坐标系是编程人员在编程时使用的。编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点而建立的坐标系称为工件坐标系，也称为编程坐标系，如图1-4所示。
③ 局部坐标系
在工件坐标系中编程时，在工件坐标系内设有子坐标系，这样比较有利于编程，这个子坐标系称为局部坐标系。

图1-4 机床坐标系和工件坐标系
3. 数控车床对刀
（1）刀位点 它代表刀具的基准点，一般是刀具上的一点。常用刀具的刀位点规定：立铣刀、端铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀刀位点为球心；镗刀、车刀刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；钻头是钻尖或钻头底面中心。如图1－5所示。

图1－5 常用刀具的刀位点
（2）对刀点和对刀 用来确定刀具与工件的相对位置关系的点，是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系的点。零件加工前需要进行对刀操作，对刀的目的就是将刀具的刀位点置于对刀点上，以确定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。只有通过对刀在机床坐标系中建立合适的工件坐标系，才能实现零件的正确加工。
（3）换刀点 是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。数控车床上当确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点， 也可以是相对工件原点任意的一点。 换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部位为准。
（4）换刀路线
根据刀具加工工件部位的不同，退刀路线的确定方式也不同。
① 斜线退刀方式
斜线退刀方式路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀，如图1－6所示。
② 径—轴向退刀方式
刀具先径向垂直退刀，到达指定位置后再轴向退刀，如图1－7所示。切槽采用此种
退刀方式。
③ 轴—径向退刀方式
该退刀方式的顺序与径—轴向退刀方式相反，如图1－8所示。镗孔采用此种退刀方式。
另外，还可用G00指令编制退刀路线，应考虑安全和退刀路线最短的原则。

图1－6斜线退刀方式 图1－7径－轴向退刀方式图1－8轴－径向退刀方式
4．T指令对刀
T指令对刀的程序调用格式：T□□□□；
T指令其后跟四位数字，前两位表示选择的刀具号，后两位表示刀具补偿号。
（1）对刀操作：① 机床回参考点；② 用车刀试切端面，测得刀尖到工件端面的长度L1(因为试切端面， L1=0)， 此时刀具在机床坐标系下的 Z坐标值为 Z 机1；再试切外径，测得工件的外径为，此时刀具在机床坐标系下的X坐标值为X 机1；然后将L1 和存入刀补中与车刀T01 对应的行内。
（2）工件坐标系建立：如果调用第 i把车刀，则用T0i0i（i=1，2，3，4）指令建立工件坐标系，例如要调用第一把车刀，则用T0101 指令建立工件坐标系。
三、数控仿真和实操加工
(一)数控仿真软件的学习
熟悉数控加工仿真软件，掌握仿真加工操作的基本步骤和对刀操作，利用数控加工仿真软件练习建立工件坐标系。
1．FANUC 0I车床标准面板

图1－9 FANUC 0I车床标准面板
表1－1 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，用于直接通过操作面板输入数控程序和编辑程序。

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
当此按钮按下后,“M01”代码有效。

机械锁定
锁定机床。

试运行
机床进入空运行状态。

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，可以手动连续移动。

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
在手动状态下，按下该按钮则机床移动X轴。

Z轴选择按钮
在手动状态下，按下该按钮则机床移动Z轴。

正方向移动按钮
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。

负方向移动按钮
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
按下该按钮，机床处于手动快速状态。

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
调节主轴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。

超程释放
系统超程释放。

主轴控制按钮
从左至右分别为：正转、停止、反转。

手轮显示按钮
按下此按钮，则可以显示出手轮面板。

手轮面板
点击按钮将显示手轮面板

手轮轴选择旋钮
手轮模式下，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
手轮模式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。

启动
启动控制系统

关闭
关闭控制系统
2．机床准备
（1）激活车床
点击“启动”按钮，此时车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）车床回参考点
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“正方向移动”按钮，此时X轴将回原点，X轴回原点灯变亮，CRT上的X坐标变为“390.00”。同样， 再点击“Z轴选择”按钮，使指示灯变亮，点击， Z轴将回原点，Z轴回原点灯变亮，，此时CRT界面如图1－10所示。

图1－10
（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。下面具体说明车床对刀的方法。其中将工件右端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原点的方法与对刀方法类似。
用所选刀具试切工件外圆，点击“主轴停止”按钮，使主轴停止转动，点击菜单“测量/坐标测量”，得到试切后的工件直径，记为α。
保持X轴方向不动，刀具退出。点击MDI键盘上的键，进入形状补偿参数设定界面，将光标移到与刀位号相对应的位置，输入Xα，按菜单软键[测量]（如图1－11），对应的刀具偏移量自动输入。
试切工件端面，把端面在工件坐标系中Z的坐标值，记为β（此处以工件端面中心点为工件坐标系原点，则β为0）。
保持Z轴方向不动，刀具退出。进入形状补偿参数设定界面，将光标移到相应的位置，输入Zβ，按[测量]软键（如图1－12）对应的刀具偏移量自动输入。

图1－11 图1－12
（4） 手动操作
① 手动/连续方式
点击操作面板上的“手动”按钮，使其指示灯亮，机床进入手动模式
分别点击，键，选择移动的坐标轴
分别点击，键，控制机床的移动方向
点击控制主轴的转动和停止
注：刀具切削零件时，主轴需转动。加工过程中刀具与零件发生非正常碰撞后（非正常碰撞包括车刀的刀柄与零件发生碰撞；铣刀与夹具发生碰撞等），系统弹出警告对话框，同时主轴自动停止转动，调整到适当位置，继续加工时需再次点击按钮，使主轴重新转动。
②手动脉冲方式
在手动/连续方式或在对刀，需精确调节机床时，可用手动脉冲方式调节机床。
点击操作面板上的“手动脉冲”按钮或，使指示灯变亮。
点击按钮，显示手轮。
鼠标对准“轴选择”旋钮，点击左键或右键，选择坐标轴。
鼠标对准“手轮进给速度”旋钮，点击左键或右键，选择合适的脉冲当量。
鼠标对准手轮，点击左键或右键，精确控制机床的移动。
点击控制主轴的转动和停止。
点击，可隐藏手轮。
（二）安全生产与机床的维护、保养
数控机床的操作比普通机床复杂得多，必须严格按操作规程操作，才能保证机床正常运行。作为一名熟练的数控编程及机床操作人员，必须在了解加工零件的要求、工艺路线、机床特性后，方可操作机床完成各项任务。为了正确合理地使用数控机床，保证数控机床正常运转，必须制定比较完整的操作规程。
1. 机床加工前注意事项
（1）机床通电后，检查各开关、按钮和键是否正常、灵活，机床有无异常现象。
（2）检查电压、油压、气压是否正常，有手动润滑的部位先要进行手动润滑。
（3）各坐标轴手动回零（机床原点）。若某轴在回零点位置前已处在零点位置，必须先将该轴移开原点一段距离，再进行手动回零点。
（4）在进行工作台回转交换时，台面上、护罩上、导轨上不得有异物。
（5）为了使机床达到热平衡状态，必须使机床空运转15min以上。
（6）NC程序输入完毕后，应认真校对，确保无误，其中包括代码、指令、地址、数值、正负号、小数点及语法的查对。
（7）按工艺规程安装、校准好夹具。
（8）正确测量和计算工作坐标系，并对所得结果进行验证和验算。
（9）将工件零点输入到偏置页面，并对坐标、坐标值、正负号及小数点进行认真核对。
（10）未装工件前，程序要进行空运行，看程序能否顺利执行，刀具长度选取和夹具安装是否合理，有无超程现象。
（11）刀具补偿值（刀长、半径）输入偏置页面后，要对刀具补偿号、补偿值、正负号、小数点进行认真核对。
（12）装夹工件时，注意螺钉压板是否妨碍刀具运动，检查零件毛坯和尺寸是否有超常现象。
（13）检查各刀头的安装方向及刀具旋转方向是否符合程序要求。
（14）查看各刀杆前后部位的形状和尺寸是否符合加工工艺要求，是否碰撞工件与夹具。
（15）镗刀头尾部露出刀杆直径部分，必须小于刀尖露出刀杆直径部分。
2. 加工中注意事项
（1）无论是首次上机床加工的零件，还是周期性重复上机床加工的零件，都必须按照图样工艺、程序和刀具调整卡，进行逐把刀逐段程序的试切。
（2）单段试切时，快速倍率开关必须置于较低档。
（3）每把刀首次使用时，必须先验证它的实际长度与所给补偿值是否相等。
（4）在程序运行中，要重点观察数控系统上的几种显示：
①坐标显示。可了解目前刀具运动点在机床坐标系及工作坐标系中的位置，了解这一程序段的运动量，还剩余多少运动量等。
②寄存器和缓冲寄存器显示。可看出正在执行程序各状态指令和下一程序段的内容。
③主程序和子程序。可了解正在执行程序段的具体内容。
（5）试切进刀时，在刀具运行至工件表面30～50mm处，必须在进给保持下，验证Z轴剩余坐标值和X，Y轴坐标值与图样是否一致。
（6）对一些有试刀要求的刀具，采用“渐进”的方法。如镗孔，可先试镗一小段长度，检验合格后，再镗刀整个长度。使用刀具半径补偿功能的刀具数据，可由小到大，边试切边修改。
（7）试切和加工中，刃磨刀具和更换刀具辅具后，一定要重新测量刀长并修改好刀补值和刀补号。
（8）程序检测时应注意光标所指位置是否合理、准确，并观察刀具与机床运动方向坐标是否正确。
（9）程序修改后，对修改部分一定要仔细计算和认真核对。
（10）手轮进给和手动连续进给操作时，必须检查各种倍率开关所选择的位置是否正确，确认正负方向，认准按键，然后再进行操作。
（11）禁止用手或其它方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部位。
（12）禁止在加工过程中测量工件、变速，更不能用棉丝擦拭工件，也不能清扫机床。
（13）在加工过程中，不允许打开机床防护门。
（14）在必须修改机床参数时，请确保对参数的功能有深入全面的了解。不正确的参数设置可能引起机床的误动作，从而引起工件或机床本身的损坏，甚至伤及操作者。
3. 零件加工完毕后应注意的事项
（1）全批零件加工完毕后，为便于下一次加工，应该对刀具号、刀补值，使程序、零点偏置、调整卡及工具中的刀具号、刀补值完全一致后存档。
（2）从机床刀库中卸下刀具，按调整卡和程序，清理编号入库。
（3）卸下夹具，某些夹具应记录安装位置及方位，并做出记录，存档。
（4）清扫保养机床。
（5）将各坐标轴停在导轨中间位置，绝对不要压在超程开关接触点上。
4．机床的维护、保养
数控机床及机、电、液等技术于一身，因此数控机床维护人员不仅要有机械结构、机械加工工艺以及液压、气动方面的知识，还要具备计算机、自动控制机测量技术等方面的知识。数控机床的维护保养工作有：
（1）．操作人员在每次操作机床前必须确认主轴润滑油与导轨润滑油符合要求、气压正常。
（2）．防止灰尘进入数控装置内。根据周围温度环境状况，定期检查清扫数控柜。电器柜内电路板和元器件上有灰尘时应及时清扫。
（3）．每天检查数控装置上的每个风扇工作情况是否正常，定期清理风扇过滤网上积聚的灰尘，保证过滤通风道无堵塞现象。
（4）．定期检查电器部件，检查继电器、插头及电缆的触点是否出现接触不良、断线、短路等故障。
（5）．经常监视数控系统的电网电压。数控系统允许的电网电压范围在额定值的85%～110%。对于电网质量比较恶劣的地区，应配置数控系统的交流稳压装置。
（6）．定期进行机床水平和机械精度检查并校正，进行丝杆反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿，机床回参考点位置校正，并适时对各坐标轴进行超程限位检验。
（7）．机床闲置时，经常给数控系统通电，在机床驱动锁住的情况下使其空运行。在空气湿度大的季节应每天通电，以保证电子元器件的性能稳定可靠。
四、坐标系验证
对建立的工件坐标系进行验证，看是否正确，教师对学生建立工件坐标系的操作、出现的问题进行总结、点评。
五、任务扩展
利用T指令进行多把车刀的对刀操作，最终建立相同的工件坐标系。
1. 第一把刀具对刀
用第一把车刀试切端面，测得刀尖到工件端面的长度L1(因为试切端面，L1=0)；再试切外径，测得工件的外径为；然后将L1 和存入刀补中与第一把车刀T01 对应的行内。
2. 其它刀具对刀
第一把刀具建立好工件坐标系后，其它刀具的对刀操作和第一把刀具相同，需要注意的是在对Z方向时，不能采用切工件端面的方法，因为切端面后，第一把刀具的Z方向原点就会改变。对于Z方向对刀，可以采用手轮进给方式，使刀具和工件刚好发生接触，即刀尖到工件端面的长度为零。
3. 工件坐标系的建立
如果调用第 i把车刀，则用T0i0i（i=1，2，3，4）指令建立工件坐标系，例如要调用第一把车刀，则用T0101 指令建立工件坐标系。