2023年数控工艺与编程车项目二教案.doc

学习情境二：阶梯轴的加工 学习情境 阶梯轴的加工 参考 学时 教学内容 1、 零件图的分析； 2、 数控车床的定位与装夹； 3、 外圆外表加工方法的选择； 4、 切削加工顺序的安排； 5、 G00、G01指令的应用； 6、F、S、T、M功能的应用。 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〕掌握数控加工程序编制格式； 〔2〕掌握外圆、端面、锥面的数控加工； 〔3〕能够对阶梯轴类零件进行数控程序的编制和加工。 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〕零件图的分析； 〔2〕切削加工顺序的安排； 〔3〕G00、G01指令的应用。 2．教学难点 〔1〕外圆外表加工方法的选择； 〔2〕编程分析。 3.解决方法 〔1〕图形例如，零件加工仿真； 〔2〕查阅专业书籍及相关设计手册； 〔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根本指令加工；数控机床实际操作练习掌握根本能力。 学习情境二：阶梯轴的加工〔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．给出零件图； 2．给出零件的信息及加工要求； 3．分析零件特点，指导学生自学内容。 教师介绍； 学生自学 制定加工工艺 〔方案〕 1．工件的装夹与定位； 2．加工路线确实定； 3．切削用量的选择； 4．刀具的选择； 5．机床及数控系统的选择。 教师引入相关理论知识； 学生自主确定加工方案 编制零件加工程序 〔决策〕 1. G00、G01加工指令编程； 2. F、S、T代码的使用； 3．编程分析、 编写零件的数控加工程序； 4．查阅资料、进行讨论。 教师引入相关理论知识； 学生自主确定加工方案 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； 3.零件实操加工。 教师指导； 学生操作 检测加工零 件 (检查) 1．零件的尺寸精度检测； 2．零件加工质量评估； 3．总结。 教师点评 任务扩展 1. 热处理工序的安排； 2． 辅助工序的安排； 3．模态指令的含义； 4．学习应用 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、学习情景描述 〔一〕给学生发放零件图，给出该零件的信息和加工要求。 图示零件为简单阶梯轴，结构要素有外圆柱面、倒角和圆锥面，最后要求切断。毛坯为φ38mm的棒料，材料为45钢，要求完成零件的数控加工，车削尺寸至图中要求。 二、制订加工工艺 〔一〕引入相关理论知识 1、零件图的分析 零件图分析是制定数控车削工艺的首要工作，主要应考虑以下几个方面： 〔1〕构成零件轮廓的几何条件 在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意： ①零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成； ②零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手； ③零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。 ④零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。 〔2〕尺寸精度要求 分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺到达，并确定控制尺寸精度的工艺方法。 在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。 〔3〕形状和位置精度的要求 零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。 〔4〕外表粗糙度要求 外表粗糙度是保证零件外表微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。 对外表粗糙度要求较高的外表，应确定用恒线速切削。 〔5〕材料与热处理要求 零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据 2、数控车床的定位与装夹 〔1〕数控车床夹具主要有三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘等。 三爪自定心卡盘如图2－1所示，可自动定心，装夹方便，应用较广，但夹紧力较小，不便于夹持外形不规那么的工件。 四爪单动卡盘如图2－2所示，其四个爪都可单独移动,安装工件时需找正,夹紧力大,适用于装夹毛坯及截面形状不规那么和不对称的较重、较大的工件。 图2－1三爪自定心卡盘 图2－2四爪单动卡盘 通常用花盘装夹不对称和形状复杂的工件，装夹工件时需反复校正和平衡。 〔2〕数控车床上安装零件，要合理选择定位基准和夹紧方案，这时需注意以下两点。 ①力求设计、工艺与编程计算的基准统一； ②尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹后就能加工出全部待加工外表。 3、外圆外表加工方法的选择 外圆外表加工方法主要是车削和磨削，当外表粗糙度较小时，还要光整加工。 在选择加工方案时，应根据其要求的精度、外表粗糙度、毛坯种类、工件材料性质、热处理要求以及生产类型，并结合具体生产条件参考表1－1来确定。 表2－1外圆外表加工方案 序号 加工方法 公差等级 外表粗糙度Ra(μm) 适用范围 1 粗车 IT13～IT11 50～12.5 适用于淬火钢以外的各种金属 2 粗车—半精车 IT10～IT9 6.3～3.2 3 粗车—半精车—精车 IT7～IT6 1.6～0.8 4 粗车—半精车—精车—抛光〔滚压〕 IT7～IT6 0.02～0.025 5 粗车—半精车—磨削 IT7～IT6 0.8～0.4 使用于淬火钢、未淬火钢、钢铁等，不宜加工强度低、韧性大的有色金属 6 粗车—半精车—粗磨—精磨 IT6～IT5 0.4～0.2 7 粗车—半精车—粗磨—精磨—高精度磨削 IT5～IT3 0.1～0.008 8 粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨 IT5～IT3 0.01～0.008   9 粗车—半精车—精车—精细车〔研磨〕 IT6～IT5 0.4～0.025 适用于有色金属 4、切削加工顺序的安排 〔1〕先粗后精  先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。 〔2〕先主后次  先安排零件的装配基面和工作外表等主要外表的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要外表的加工。由于次要外表加工工作量小，又常与主要外表有位  置精度要求，所以一般放在主要外表的半精加工之后，精加工之前进行。 〔3〕先面后孔  对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。 〔4〕基面先行  用作精基准的外表，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它外表。例如，轴类零件顶尖孔的加工。 5、圆锥加工路线确实定 在数控加工中，刀具〔严格说是刀位点〕相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。影响走刀路线的因素很多，有工艺方法、工件材料及其状态、加工精度及外表粗糙度要求、工件刚度、加工余量，刀具的刚度、耐用度及状态，机床类型与性能等，加工路线确实定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和外表质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。   图2－3 车圆锥的加工路线 图2－3〔a〕的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算。此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短。 图2－3〔b〕的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S。按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。 图2－3〔c)的斜线加工路线，只需确定了每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。 〔二〕制定加工工艺 1．装夹与定位 该零件为轴类零件，轴心线为工艺基准，加工外外表用三爪自定心卡盘夹持φ45mm外圆一次装夹完成加工。 2．加工顺序 按先主后次，先粗后精，先外后内的加工原那么确定加工路线。 ① 装夹φ45mm外圆、找正，手动车削端面； ② 粗加工φ24、φ25、φ30、φ35外圆及锥面，留精加工余量0.5mm； ③ 精加工各外圆和锥面； 3．选择刀具 根据零件加工要求和加工工艺分析分析可得，加工该零件需用到外圆车刀。 4．确定切削用量 车削用量的具体数值应根据机床性能、加工工艺、相关手册并结合实际经验确定： ①机床转速： 外圆粗加工时为800r/min， 精加工时为1000r/min； ② 进给速度：粗加工外圆面时进给速度为0.5mm/r，外圆面精加工时进给速度为0.3mm/r。 5．选择机床和数控系统 ① 机床型号 机床型号为CK6132-Ⅱ型数控车床。 ② 数控系统 采用广数928TD数控系统。 三、编制零件加工程序 〔一〕引入编程新知识 1．数控程序的组成及格式 一个完整的数控程序由程序编号、程序内容和程序结束段组成。                           每个程序段是由程序段编号，假设干个指令〔功能字〕和程序段结束符号组成。   2．根本加工类指令 〔1〕快速定位(G00) G00指令命令机床以最快速度运动到下一个目标位置。 格式： G00 X(U)____ Z(W)____； 参数： X、Z为终点绝对坐标值；U、W为终点相对坐标值。 〔2〕直线插补(G01) G01指令命令机床刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。 格式： G01 X(U)__Z(W)__F ； 参数：X、Z为终点绝对坐标值；U、W为终点相对坐标值。 F为进给速度。 3．F、S、T功能 表2-2 F、S、T功能 指令 含义 说明 S_ 主轴转速 G97恒转速功能，单位为r/min G96恒线速功能，单位为m/min F_ 进给功能 G99每转进给量，单位为mm/r G98每分钟进给量，单位为mm/min T_ 刀具功能 Txxxx，前两位代表刀具号，后两位代表刀具补偿号 4.辅助功能〔M指令〕 表2-3常用辅助功能M代码 M功能 含义 M功能字 含义 M00 程序停止 M08 切削液开 M01 方案停止 M09 切削液关 M02 程序结束 M30 程序结束并返回开 M03 主轴顺时针旋转 M98 调用子程序 M04 主轴