数控工艺与编程车项目二.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、 外圆表面加工方法的选择；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）外圆表面加工方法的选择；（2）编程分析。3.解决方法 （1）图形示例，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（计划）1工件的装夹与定位；2加工路线的确定；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38mm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：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；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；零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。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达到，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）表面粗糙度要求表面粗糙度是保证零件表面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。对表面粗糙度要求较高的表面，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21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则的工件。四爪单动卡盘如图22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则和不对称的较重、较大的工件。 图21三爪自定心卡盘 图22四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。力求设计、工艺与编程计算的基准统一；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表面。3、外圆表面加工方法的选择外圆表面加工方法主要是车削和磨削，当表面粗糙度较小时，还要光整加工。在选择加工方案时，应根据其要求的精度、表面粗糙度、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11来确定。表21外圆表面加工方案 序号 加工方法公差等级表面粗糙度Ra(m)适用范围1粗车IT13IT115012.5适用于淬火钢以外的各种金属 2粗车半精车IT10IT96.33.23粗车半精车精车IT7IT61.60.84粗车半精车精车抛光（滚压）IT7IT60.020.0255粗车半精车磨削IT7IT60.80.4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IT6IT50.40.27粗车半精车粗磨精磨高精度磨削IT5IT30.10.0088粗车半精车粗磨精磨研磨IT5IT30.010.0089粗车半精车精车精细车（研磨）IT6IT50.40.025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表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，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表面，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表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工。5、圆锥加工路线的确定在数控加工中，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、加工精度及表面粗糙度要求、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，加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。图23 车圆锥的加工路线图23（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23（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23（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，加工外表面用三爪自定心卡盘夹持45mm外圆一次装夹完成加工。 2加工顺序 按先主后次，先粗后精，先外后内的加工原则确定加工路线。 装夹45mm外圆、找正，手动车削端面； 粗加工24、25、30、35外圆及锥面，留精加工余量0.5mm； 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： 机床转速： 外圆粗加工时为800r/min， 精加工时为1000r/min； 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 机床型号 机床型号为CK6132-型数控车床。 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，若干个指令（功能字）和程序段结束符号组成。2基本加工类指令（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。3F、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/minG96恒线速功能，单位为m/minF_进给功能G99每转进给量，单位为mm/rG98每分钟进给量，单位为mm/minT_刀具功能T*，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计划停止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主轴逆时针旋转M99子程序返回M05主轴旋转停止（二）确定工件坐标系、对刀点和换刀点 1、根据零件图纸的尺寸标注特点及基准统一的原则，选择零件右端面与轴心线的交点作为工件原点，建立工件坐标系。 2、采用手动试切对刀方法把该点作为对刀点。 3、换刀点设置在工件坐标系下X50、Z50处。 （三）零件数控加工程序的编制 1、编程分析 该零件结构要素有圆柱面、圆锥面等，为得到表面粗糙度的要求，应分为粗加工、精加工来进行。 采用直径编程方式，直径尺寸编程与零件图纸中的尺寸标注一致，编程较为方便。2、 加工程序清单O0001;N5 M03 S800;N10 T0101;N20 G00 X38 Z5;N30 G01 X31 F0.5;N40 Z-40;N50 X36;N60 Z-56;N70 X38;N80 G00 Z5;N90 G01 X25 F0.5;N100 Z-20;N105 X26;N110 X31 W-15;N120 X38;N130 G00 Z5;N140 S1000;N150 G01 X20 F0.3;N160 Z0;N165 X24 Z-2;N170 Z-20;N180 X25;N190 X30 W-15;N200 W-5;N210 X35;N220 W-16;N230 X38;N240 G00 Z5;N250 M30;3加工程序的检验、修改 学生讨论、自评、检验、修改。 教师指导、讲解。 四、数控仿真和实操加工 1零件的数控仿真 使用数控加工仿真软件对加工程序进行检验，正确进行数控加工仿真的操作，完成零件的仿真加工。（1） 自动加工方式自动/连续方式自动加工流程检查机床是否回零，若未回零，先将机床回零。导入数控程序或自行编写一段程序。点击操作面板上的“自动运行”按钮，使其指示灯变亮。点击操作面板上的“循环启动”按钮，程序开始执行。中断运行数控程序在运行过程中可根据需要暂停，急停和重新运行。数控程序在运行时，按“进给保持”按钮，程序停止执行；再点击“循环启动”按钮，程序从暂停位置开始执行。数控程序在运行时，按下“急停”按钮，数控程序中断运行，继续运行时，先将急停按钮松开，再按“循环启动”按钮，余下的数控程序从中断行开始作为一个独立的程序执行。自动/单段方式检查机床是否机床回零。若未回零，先将机床回零再导入数控程序或自行编写一段程序。点击操作面板上的“自动运行”按钮，使其指示灯变亮。点击操作面板上的“单节”按钮。点击操作面板上的“循环启动”按钮，程序开始执行。注：自动/单段方式执行每一行程序均需点击一次“循环启动”按钮。注：点击“单节跳过”按钮，则程序运行时跳过符号“/”有效，该行成为注释行，不执行；点击“选择性停止”按钮，则程序中M01有效。可以通过“主轴倍率”旋钮和“进给倍率”旋钮来调节主轴旋转的速度和移动的速度。按键可将程序重置。（2）检查运行轨迹NC程序导入后，可检查运行轨迹。点击操作面板上的“自动运行”按钮，使其指示灯变亮，转入自动加工模式，点击MDI键盘上的按钮，点击数字/字母键，输入“Ox”（x为所需要检查运行轨迹的数控程序号），按开始搜索，找到后，程序显示在CRT界面上。点击按钮，进入检查运行轨迹模式，点击操作面板上的“循环启动”按钮，即可观察数控程序的运行轨迹，此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对三维运行轨迹进行全方位的动态观察。 2零件的实操加工 通过仿真加工， 确定零件程序的正确性后， 在实训车间对该零件进行实际操作加工。 五、加工零件的检测 1利用游标卡尺、外径千分尺、内径千分尺、表面粗糙度工艺样板等量具测量工件，学生对自己加工的零件进行检测，包括尺寸精度的检测和零件加工质量的检测。 2教师对学生加工零件进行检测，并做出点评。 六、任务扩展 1热处理工序的安排热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能以及消除残余应力。在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序。 退火与正火退火或正火的目的是为了消除组织的不均匀，细化晶粒，改善金属的加工性能。对高碳钢零件用退火降低其硬度，对低碳钢零件用正火提高其硬度，以获得适中的较好的可切削性，同时能消除毛坯制造中的应力。退火与正火一般安排在机械加工之前进行。时效处理以消除内应力、减少工件变形为目的。为了消除残余应力，在工艺过程中需安排时效处理。对于般铸件，常在粗加工前或粗加工后安排一次时效处理；对于要求较高的零件，在半精加工后尚需再安排一次时效处理；对于一些刚性较差、精度要求特别高的重要零件(如精密丝杠、主轴等)，常常在每个加工阶段之间都安排一次时效处理。调质对零件淬火后再高温回火，能消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能。一般安排在粗加工之后进行。对一些性能要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。淬火、渗碳淬火和渗氮它们的主要目的是提高零件的硬度和耐磨性，常安排在精加工(磨削)之前进行，其中渗氮由于热处理温度较低，零件变形很小，也可以安排在精加工之后。 2辅助工序的安排检验工序是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前，零件转换车间时，以及重要工序之后和全部加工完毕、进库之前，一般都要安排检验工序。除检验外，其它辅助工序有：表面强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈等。正确地安排辅助工序是十分重要的。如果安排不当或遗漏，将会给后续工序和装配带来困难，甚至影响产品的质量，所以必须给予重视。3FANUC OI系统常用的G功能代码表2-4 G功能关于G代码,有以下几点说明:(1) 表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态指令，一次指定后持续有效，直到被本组其他代码所取代。(2) 标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。4学习应用加工图1-4所示阶梯轴零件，零件毛坯为50mm的棒料，材料为45号钢，车