（中职）数控车削编程与操作加工实训教程项目四 锥轴练习件的编程及车削加工电子课件

1、正版课件 内容可修改（中职）数控车削编程与操作加工实训教程项目四 锥轴练习件的编程及车削加工电子课件项目四 锥轴练习件的编程及车削加工工作任务描述1.加工零件项目工作任务名称：锥轴练习件的编程及车削加工，如图4-1所示 2.零件类型描述（新课导入）：该零件属于较简单的圆锥轴类零件，是使用数控车床加工的基本零件轮廓形状。是数控车削加工中难度较低的基本零件之一,及进行简单轴类零件加工实践操作练习。需要掌握切削用量的选择，熟悉数控车床操作面板，熟练编程，掌握外圆尺寸的测量检测技术 3.任务内容描述： 如前图所示，已知该零件毛坯材料为LY150，毛坯尺寸为45mm100mm的棒料。制定零件加工工艺，编

2、写零件加工程序，并在仿真软件上进行虚拟操作加工，最后在数控车床上进行实际操作加工，并对加工后的零件进行检测、评价1.掌握锥轴练习件加工工艺制定方案2.掌握锥轴练习件编程方法并能在仿真软件上进行虚拟操作加工3.能将零件正确安装在三爪卡盘上4.能将外圆车刀正确安装在刀架上5.正确摆放操作加工所需工具、量具6.能按操作规范合理使用CK6140卧式数控车床，并完成带圆锥面阶梯轴零件的加工7.能正确使用游标卡尺对锥轴练习件进行检测8.能对所完成的零件进行评价及超差原因分析学习目标学习内容1.根据零件图纸进行零件工艺信息分析，确定加工顺序，并填入相应的卡片中2.合理选择适合该零件加工的刀具，并完成相应卡片

3、的填写3.合理选择适合该零件加工的切削用量，并完成相应卡片的填写4.合理选择该零件工件坐标原点，确定走刀路线，并完成相应卡片的填写5.根据该零件编程要求计算基点坐标，完成相关的尺寸链计算6.根据该零件的加工要求编制程序清单，进行虚拟及实际操作加工7.正确选择并使用游标卡尺对该零件进行检测，并完成相应卡片的填写8.学习零件加工质量评价及超差原因分析的方法学习环节1.制定工艺方案2.数控内容知识点3.编制程序、仿真操作加工4.实际操作加工5.零件检测6.学习评价学习环节一：制定工艺方案班级姓名学号成绩零件名称C04-01零件名称锥轴练习件材料牌号LY150分析内容分析理由形状、尺寸大小该零件的加工

4、面由端面、外圆柱面、倒角面、圆锥面组成。形状比较简单，是较典型的短轴类零件。因此，可选择现有设备CK6140卧式数控车床，刀具可选12把外圆车刀即可完成。结构工艺性该零件的结构工艺性好，便于装夹、加工。因此，可选用标准刀具进行加工。几何要素尺寸标注该零件轮廓几何要素定义完整，尺寸标注符合数控加工要求，有统一的设计基准，且便于加工、测量。精度表面粗糙度该零件外圆柱面 、 ，长度 尺寸精度要求较高，其中外圆柱面尺寸公差等级为IT9-IT10级，图中未注尺寸公差按IT12级处理。该零件表面质量要求为Ra3.2。由于该零件精度和表面质量要求不太高。因此，可考虑采用以下加工方案：粗车精车。材料及热处理该

5、零件所用材料LY150为高合金硬铝，硬度为105HB，加工性能等级代号为2，属易切削金属材料。因此，选硬质合金或涂层刀具材料均可，在加工时不宜选择过大的切削用量，切削过程中可不加冷却液。其它技术要求该零件要求锐角倒钝，故编程时在锐角处安排1450的倒角。生产类型、定位基准该零件生产类型为单件生产，因此，要按单件小批生产类型制定工艺规程。由于该零件生为单件生产，因此，定位基准可选在外圆表面。分析零件图工艺信息教师布置工作任务，学生资讯，教师解惑，学生填写零件图工艺信息分析卡片，见表4-1。表4-1 零件图工艺信息分析卡片学生资讯记录：班级姓名学号成绩零件图号零件名称使用设备场地C04-01锥轴练

6、习件CK6140数控车床数控加工实训中心程序编号O0003材料牌号LY150数控系统FANUC 0i Mate-TD工步序号工步内容确定理由量具选用备注名称量程1车端面车平端面，建立长度基准，保证工件长度要求。车削完的端面在后续加工中不需再加工。0.02mm游标卡尺0-150m手动2粗车各外圆表面较短时间内去除毛坯大部分余量，满足精车余量均匀性要求。0.02mm游标卡尺0-150mm自动3精车各外圆表面保证零件加工精度，按图纸尺寸，一刀连续车出零件轮廓。0.02mm游标卡尺0-150mm自动小组讨论，听取学生的决策意见，学生填写卡片，见表小组讨论： 2.确定加工顺序班级姓名学号成绩零件图号C0

7、4-01零件名称锥轴练习件工步号刀具号刀具名称刀具参数刀片材料偏置号刀柄型号刀尖半径刀尖方位刀片型号1T0193外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金SDJCR2020K11（20X20）2T0193外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）3T0193外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）表4-3 刀具卡片问题： 3.选择刀具 教师提出问题，学生查阅资料，听取学生的决策意见，学生填写刀具卡片，见表。数控车床一般均使用机夹可转位车刀。本零件为铝材，对刀片材料无特殊要求

8、，刀片均选用常用的涂层硬质合金刀片。对于本例由于有球面的加工。机夹可转位车刀所使用的刀片为标准角度，选择菱形刀片适合加工本工件，刀尖角选择80。粗精车外圆主偏角93，所选刀片刀尖圆弧半径为0.4mm。班级姓名学号成绩零件图号C04-01零件名称锥轴练习件工步号刀具号切削速度Vc（m/min）主轴转速（r/min）进给量f（mm/r）进给速度vf（mm/min）背吃刀量ap（mm）12T01120100002200303T01200150000812003 小组讨论，学生查阅资料，听取学生的决策意见，学生填写切削用量卡片，见表。粗加工：首先取ap=3.0 mm；其次取f=0.2mm/r；最后取V

9、c=120 m/min。然后根据公式 计算出进给速 =200mm/min，填入表。精加工:首先取ap=0.3mm；其次取f=0.08mm/r；最后取Vc=200 m/min。然后根据公式 计算出主轴转速根据公式 计算出进给速 =100mm/min，填入表中。=1500r/min小组讨论： 4.选择切削用量= 数控加工走刀路线图机床型号：CK6140零件图号：加工内容：系统型号：FANUC 0i Mate-TD工步号：程序号：含义抬刀下刀编程原点起刀点走刀方向走刀线相交爬斜坡铰孔行切符号编程校对审批共 页第 页学生绘制数控加工走刀路线图卡片，见表5.确定工件零点，绘制走刀路线图 该零件在粗加工时

10、所用各基点坐标大部分都可由图直接得到。该零件主要尺寸的程序设定值计算：一般取为工件尺寸的中值。如本例尺寸为 ，则编程尺寸为29.965。 另外加工倒角时需计算倒角延长线。计算方法如下： 延长线起点：已知 Z=5, 则 粗加工圆锥面时其基点坐标需要计算，同时1：4锥面长度也需要计算。而精加工路线按照图纸轮廓进行即可。（1）圆锥长度计算为（2）L：圆锥长度（3）：圆锥的直径差（大端直径-小端直径）大端直径减小端直径然后比上长度等于1：4，算的长度为40mm。（4）粗加工路线各基点坐标计算如下 第一刀：X42 、Z-70 第二刀: X39 、Z-60 第三刀：X36 、Z-52 第四刀：X33 、Z

11、-40 第五刀：X31 、Z-286.数学处理7.工艺分析 夹工件的左端。粗精车外径30、40；长度20，70，达到图纸要求的尺寸并倒角C1。学习环节二：数控内容知识点一、数控车床的坐标系及运动方向 数控车床的坐标系及其运动方向，在国际标准（ISO）中有其统一规定，我国机械工业部标准与之等效。1.坐标系数控车床的坐标系是以径向为X轴方向，纵向为Z轴方向。经济型普通卧式前置刀架数控车床指向主轴箱的方向为Z轴负方向，而指向尾架的方向为Z轴的正方向。X轴的正方向是指向操作者的方向，负方向为远离操作者的方向。由此，根据右手法则，Y轴的正方向应该垂直指向地面（编程中不涉及Y坐标）。图4-2所示为数控车床

12、的坐标系。 a） b）a）普通卧式前置刀架数控车床坐标系b）普通卧式后置刀架数控车床坐标系图4-2 数控车床的坐标系在按绝对坐标编程时，使用代码X和Z；按增量坐标（相对坐标）编程时，使用代码U和W。也可以采用混合坐标指令编程，即同一程序中，既出现绝对坐标指令，又出现相对坐标指令。U和X坐标值，在数控车床的编程中一般是以直径方式输入的，即按绝对坐标系编程时，X输入的是直径值；按增量坐标编程时，U输入的是径向实际位移值的二倍，并附上方向符号（正向可以省略）。（1）机械原点（参考点）机械原点是由生产厂家在生产数控车床时设定在机床上的，它是一个固定的坐标点。每次在操作数控车床的时候，启动机床之后，必须

13、首先进行机械原点回归操作，使刀架返回到机床的机械原点。一般地，根据机床规格不同，X轴机械原点比较靠近X轴正方向的超程点；Z轴机械原点比较靠近Z轴正方向超程点。（2）编程原点编程原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点，所以也称为“对刀点”。在编制数控车削程序时，首先要确定作为基准的编程原点。对于某一加工工件，编程原点的设定通常是将主轴中心设为X轴方向的原点。将加工工件的精切后的右端面或精切后的夹紧定位面设定为Z轴方向的原点。分别如图4-3（a）（b）所示。 （a） （b）图4-3 编程原点值得一提的是，以机械原点为原点建立的坐标系一般称为机床坐标系，它是一台机床固定不

14、变的坐标系；而以编程原点为原点建立的坐标系一般称为工件坐标系或编程坐标系，它随着加工工件的改变而改变位置。2.原点1.程序的结构 程序是控制机床的指令，与我们学习Basic、C语言编程一样，必须先了解程序的结构，以指导我们读懂程序。下面，我们以一个简单的数控车削程序为例，分析加工程序的结构。例2-1：以经济型数控车床加工图4-4所示工件(毛坯直径为50)。参考程序如下：O0001； N05 G90 G54 M03 S800； 程序名(程序号)N10 T0101； N15 G00 X49 Z2；N20 G01 Z-100 F0.1； 程序内容N25 X51；N30 G00 X60 Z150； N

15、35 M05；N40 M30； 程序结束 对于初学者来说,程序中每个指令的意义可能还不理解,但我们可以看出它大致分成程序名(程序号)、程序内容和程序结束三个部分。二、程序结构与格式图4-4 车削外圆程序段 准备 尺寸字 进给 辅助 主轴 刀具 程序段顺序号 功能 功能 功能 功能 功能 结束（1）程序名（程序号） 程序号为程序开始部分。在数控装置中，程序的记录是靠程序号来辨别的，调用某个程序可通过程序号来调出，编辑程序也要首先调出程序号。（2）程序内容 程序内容是整个程序的核心，由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令组成，表示数控机床要完成的全部动作。（3）程序结束 以程序结束指令M02

16、或M30作为整个程序结束的符号，来结束整个程序。2.程序段格式程序段是可以作为一个单位来处理的连续字组，从例2-1可见，程序段构成的一般形式如下：N G X（U） Z（W） F M S T ； 三、辅助功能M代码辅助功能也叫M功能或M代码，由地址字M和其后的两位数字组成，从M00M99共100种。主要用于控制零件程序的走向和机床及数控系统各种辅助功能的开关动作。各种数控系统的M代码规定有差异，必须根据系统编程说明书选用。M功能有非模态M功能和模态M功能二种形式。非模态M功能(当段有效代码)只在书写了该代码的程序段中有效；模态M功能(续效代码)是一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个

17、功能注销前一直有效。另外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能二类。前作用M功能在程序段编制的轴运动之前执行；后作用M功能在程序段编制的轴运动之后执行。常用的M功能代码见表4-6。代码是否模态功能说明代码是否模态功能说明M00非模态程序停止M03模态主轴正转起动M01非模态选择停止M04模态主轴反转起动M02非模态程序结束M05模态主轴停止转动M30非模态程序结束并返回M07模态切削液打开M98非模态调用子程序M08模态切削液打开M99非模态子程序结束M09模态切削液停止表4-6 四、SFT 指令1. S指令(主轴功能) （1）转/每分钟（M03后） （2）米/每分钟（G96恒线速有效）

18、（3）主轴最高转速限制G50指令例：G96 S150 表示：切削点线速度控制在150 m/min （4）转/每分钟（G97取消恒线速） 例：G97 S1500 表示：恒线速控制取消后主轴转速150 r/minG50 S 限制最高转速说明： S：G96后面的S值为切削的恒定线速度（m/min）； G97后面的S值为取消恒线速度后，指定的主轴转速（r/min）；如缺省，则为执行G96指令前的主轴转速度。 注意： 1）使用恒线速度功能，主轴必须能自动变速。（如：伺服主轴、变频主轴） 2）在系统参数中设定主轴最高限速。2. F指令(进给功能)（1）每分钟进给(G94)每分钟进给量，单位为mm/min例

19、：G94 F100 表示 进给量为100mm/min（2）每转进给(G95)主轴每转进给量，单位为mm/r 例：G95 F0.2 表示 进给量为0.2 mm/r注意：进给功能字F进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。对于车床，F可分为每分钟进给和主轴每转进给两种，对于其它数控机床，一般只用每分钟进给。F指令在螺纹切削程序段中常用来指令螺纹的导程。3.T刀具功能准备功能G代码由G后一或二位数值组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。其表4-7FANUC 0i Mate-TDG代码、表4-8华中世纪星HNC-

20、21/22T数控车系统的G代码、表4-9SIMENS 802S/C数控车系统的G代码。五、准备功能G代码G代码功 能G代码功 能G90，G91绝对/增量尺寸G33定螺距螺纹切削G71，G70公制/英制尺寸G74回参考G22，G23半径/直径尺寸G75接近固定点G158可编程零点偏置G9，G60，G64准确停/连续路经加工G52-G57，G500，G53可设定零点偏置G601/G602在准确停时的段转换G0快速定位G25，G26主轴速度限制G01直线插补G96/G97恒线速度切削G02，G03顺/逆圆插补G40取消半径补偿G04暂停G41，G42左/右刀补G05中间点的圆弧插补G450，G451

21、转角处加工从表中可以看出，同一G代码，不同的数控系统所代表的义不完全一样。该指令命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别指定移动速度。输入格式：G00 IP ；注：（1）“IP ”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示（2）X（U）坐标按直径值输入（3）快速点定位时，刀具的路径通常不是直线例2-2：如图4-5所示，以G00指令刀具从A点移动到B点。绝对指令：G00 X40 Z2；增量指令：G00 U-60 W-50；1.快速点定位指令（G00）图4-5 G00快速点定位 1)符号“ ”代表编程原点。2）在某一轴上相对位置不变时，可以省略该轴的移动指令。

22、3）在同一程序段中绝对坐标指令和增量坐标指令可以混用。4）从图中可见，实际刀具移动路径与理想刀具移动路径可能会不一致，因此，要注意刀具是否与工件和夹具发生干涉，对不确定是否会干涉的场合，可以考虑每轴单动。5）刀具快速移动速度由机床生产厂家设定。 相关知识点数控加工程序清单零件图号零件名称姓名学号成绩C04-01锥轴练习件程序名O0003子程序名O0003 M03 S1000T0101G00 X48 Z2GO1 X42 F0.2Z-70X48Z2X39Z-60X44Z2X36Z-52X40Z2X33Z-40X36Z2X31Z-28X33Z2G00 X100Z100T0202M03 S1500G0

23、0 X48 Z2G01 X24 F0.1X30 Z-2Z-20X40 Z-60Z-70X48G00 X100 Z100M30工步及刀具说明粗车外圆各表面。T0101粗加工第一刀：X42 、Z-70 第二刀: X39 、Z-60第三刀：X36 、Z-52第四刀：X33 、Z-40第五刀：X31 、Z-28精车外圆表面。T0202加工前先设置相应刀具参数。加工结束后进行尺寸修调。该指令用于直线或斜线运动。可使数控车床沿X轴、Z轴方向执行单轴运动，也可以沿XZ平面内任意斜率的直线运动。输入格式：G01 IP F ；注：（1）“IP ”代表目标点的坐标，可以用X、Z、U、W表示（2）“F ”指令刀具的

24、进给速度例2-3：外圆柱切削。如例2-1所示。例2-4：外圆锥切削。（图4-6）绝对指令：G01 X40 Z-30 F0.4；增量指令：G01 U20 W-30 F0.4；或采用混合坐标系编程：G01 X40 W-30 F0.4；2.直线插补指令（G01）图4-6 G01指令切外圆锥数控加工程序清单零件图号零件名称姓名学号成绩C04-01锥轴练习件程序名O0003子程序名O0003 G00 X100 Z100M03 S1000 M30T0101 X48G00 X48 Z2GO1 X42 F0.2Z-70X48Z2X39Z-60X44Z2X36Z-52X40Z2X33Z-40X36Z2X31Z-

25、28X33Z2G00 X100Z100T0202M03 S1500G00 X48 Z2G01 X24 F0.1X30 Z-2Z-20X40 Z-60Z-70工步及刀具说明粗车外圆各表面。T0101粗加工第一刀：X42 、Z-70 第二刀: X39 、Z-60第三刀：X36 、Z-52第四刀：X33 、Z-40第五刀：X31 、Z-28精车外圆表面。T0202加工前先设置相应刀具参数。加工结束后进行尺寸修调。学习环节三：编制数控加工程序、仿真操作加工1.编制程序清单，并填入表4-10 表4-10 数控加工程序清单（1）打开vnuc3.0数控仿真加工与远程教学系统、选择机床（2）机床回零点（3）选

26、择毛坯、材料、夹具、安装工件（4）安装刀具（5）建立工件坐标（6）上传NC语言（7）自动加工仿真加工后工件如图4-7所示：图4-7 仿真加工后工件2.仿真操作加工1.毛坯、刀具、工具、量具准备（1）将45mm100mm的棒料毛坯正确安装在三爪卡盘上（2）将93外圆车刀正确安装在刀架1号刀位上，95外圆车刀正确安装在刀架2号刀位上（3）正确摆放所需工具、量具2.程序输入与编辑（1）开机（2）回参考点（3）输入程序（4）程序图形校验3.零件的数控车削加工（1）主轴正转（2）X向对刀，Z向对刀，设置工件坐标系（3）进行相应刀具参数设置（4）自动加工4.测量工具：x游标卡尺的结构形状游标卡尺主要由两部

27、分组成，即主尺和游标尺. 具体各部分的名称和主要用途是：主尺：用于读取游标尺刻度线对应的整毫米数；游标尺：用于读取对准主尺上某一条刻度线的游标尺上的刻度数；内测量爪：用于测量径；外测量爪：用于测量外径；深度尺：用于测量深度；紧固螺母：用于固定游标尺. 如图4-8所示。学习环节四：实际操作加工图4-8 游标卡尺（2）游标卡尺的刻线原理和读数方法1）游标卡尺的精度（刻线原理）：为什么游标卡尺测量精度可达0.1 mm，甚至可达0.05 mm、0.02 mm呢？原来是因为游标卡尺巧妙地运用了游标尺与主尺最小刻度之差，如果将主尺上的9 mm等分10份作为游标尺的刻度，那么游标尺上的每一刻度与主尺上的每一

28、刻度所表示的长度之差就是0.1 mm，同理，如果将主尺上的19 mm、49 mm分别等分20份、50份作为游标尺上的20刻度、50刻度，那么游标尺上的每一刻度与主尺上的每一刻度所示的长度之差就分别为0.05 mm、0.02 mm. 因此游标卡尺的测量精度可达0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm。2）读数方法：以10分格游标卡尺为例，由于它的精度为0.1 mm，当测量小于1 mm的长度时，游标尺上第几条刻度线与主尺上的某刻度线对齐，那么主尺上零刻度线与游标尺上的零刻度间距就为零点几毫米，被测长度就为零点几毫米，如图4-9所示，游标尺上第6条刻度线与主尺上的刻度对齐，则被测长度为0.6 m

29、m. 当测量长度大于1 mm时，首先读出游标尺上的零刻度线对应主尺上的整毫米刻度数，然后再按上述方法读出游标尺上与主尺对齐的刻度数，此数乘以0.1后，将两数相加，即得被测长度. 如图4-10所示，主尺上的读数为29 mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的刻度对齐，所以被测长度为29+80.1=29.8 mm。图4-9 图4-10游标卡尺的读数可用公式表示：x=a+n/b，x为被测长度，a为主尺读数，n为游标尺与主尺重合的第n条刻度线，b为游标尺上的刻度数. 注意：读数a必须以毫米为单位。（3）游标卡尺的测量方法1）测量外形尺寸。2）测量槽宽和孔径。3）测量深度。（4）游标卡尺的使用注意事项1）测

30、量前要首先看清游标卡尺的精度。2）测量时应使测量爪轻轻夹住被测物，不要夹的过紧，然后用紧固螺母将游标卡尺固定，最后读数（不需要估读，它的最后一位数是准确的）。3）测量物上被测距离的连线必须平行于主尺。（5）游标卡尺零误差的处理方法用游标卡尺来测量物体时，让测量爪并拢，如果二尺的零刻度没有对齐，那么游标卡尺就出现了零误差. 如果此时游标上的零刻度线在主尺上0刻度线的右边，则称此时的读数为正误差，如果此时游标上的零刻度线在主尺上0刻度线的左边，则称此时的读数为负误差，其值为：读数减1 mm. 当用此尺读数时，应用最后的读数减去零误差. 如图4-11所示，零误差为0.4 mm；如图4-12所示，零误

31、差为0.8 mm-1 mm=-0.2 mm。图4-11 图4-12（6）游标卡尺的使用维护1）游标卡尺的调零。2）游标卡尺的维护。例题 1 如图4-13所示，用游标卡尺测一根金属 管的内径和外径时，分别得到图甲和图乙的示数，则管壁的厚度是_。图4-13例题2 如图4-14所示，游标卡尺的游标上共有20个等分刻度，则其测量的物体的长度为多少米？例题3 如图4-15是一幅用50分度的游标卡尺测量一个零件长度的示意图，则该零件的长度为多少？图4-15图4-14学习环节五：零件检测班级姓名学号成绩零件图号C04-01零件名称锥轴练习件序号考核项目考核内容及要求配分评分标准学生检测教师检测备注1外圆IT10超差0.01 mm扣3分2Ra8降一级扣2分3IT10超差0.01 mm扣3分4Ra8降一级扣2分5锥度1:4IT8超差0.01 mm扣3分6Ra4降一级扣1分7长度200.1IT5超差0.1 mm扣2分870IT5超差0.05 mm扣2分9倒角1处2一处未倒扣2分1.学生对加工完的零件进行自检学生使用游标卡尺进行检测。2.教师与学生共同填写零件质量检测结果报告单，见表4-1