《数控车削编程与操作加工实训教程 第2版》教案-项目5-球面练习件的编程及车削加工

项目4.2——球面练习件的编程及车削加工第一部分：工作任务描述1.加工零件项目工作任务名称：球面练习件的编程及车削加工2.零件类型描述（新课导入）：该零件属于较简单的阶梯轴类零件，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：已知毛坯材料为LY12，毛坯尺寸为Ф45mm×100mm的棒料。制定零件加工工艺，编写零件加工程序，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。第二部分：项目教学设计课程名称：数控车削编程与操作加工总学时48项目4.2：球面练习件的编程及车削加工课时5学习目标学习内容1.掌握带球面阶梯轴零件加工工艺制定方案。2.掌握带球面阶梯轴零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，并完成球面阶梯轴零件的加工。7.能正确使用游标卡尺、R规对带球面阶梯轴零件进行检测。8.能对所完成的零件进行评价及超差原因分析。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.正确选择并使用相关量具对该零件进行检测，并完成相应卡片的填写。学习环节设计教学方法制定工艺方案数控内容知识点3.编制程序、仿真操作加工4.实际操作加工5.零件检测6.学习评价宏观教学方法微观教学方法◆引导文教学法◆项目教学法◆项目单元训练法◆演示法◆讲述法◆讨论法◆仿真法◆实操法◆引导法◆讲解法◆范例法教学内容教学设计学习环节一：制定工艺方案1.1分析零件图工艺信息：教师布置工作项目，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1-1。表1-1零件图工艺信息分析卡片单位名称集美轻工业学校班级学号姓名成绩零件图号C04-02零件名称球面练习件分析内容分析理由形状、尺寸大小该零件的加工面由端面、外圆柱面、倒角面、圆锥面、台阶面及球面组成。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1～2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、、，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最高为Ra3.2,其余为Ra6.3。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—半精车。材料及热处理该零件所用材料LY12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1×450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。※学生资讯记录：一．学习环境设计：环节1：“教、学、做一体化”多媒体教学平台环节2：数控编程与仿真加工实训中心环节3：数控加工实训中心实训基地环节4：数控加工实训中心工量具室环节5：数控加工实训中心备料室二．学习方法设计：1.教师采用引导文教学法引导学生进入学习情境2.教师布置工作项目，提出问题，进行资讯3.教师当学生，分组讨论，学生决策4.学生根据零件图完成学习环境的实施5.教师讲述、演示、解惑6.学生对加工后的零件进行自检互评7.由教、学、做逐渐过渡为做、学、教，做中学，学中做，边学、边做、边修正三．学习环节设计：环节一：制定工艺方案1.1分析零件图工艺信息：教师布置工作项目，学生资讯，教师解惑教学内容教学设计1.2确定加工顺序：小组讨论，听取学生的决策意见，学生填写卡片，见表1-2。表1-2加工顺序卡片单位名称集美轻工业学校班级学号姓名成绩零件图号零件名称使用设备场地C04-02球面练习件CK6140数控车床数控加工实训中心程序编号O0004零

材料LY12数控系统FANUC0iMate-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0-150mm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

※小组讨论：1.2确定加工顺序：小组讨论，听取学生的决策意见教学内容教学设计1.3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1-3。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，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。表1-3刀具卡片单位名称集美轻工业学校班级学号姓名成绩零件图号C04-02零件名称球面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）※问题：1.3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教学内容教学设计1.4选择切削用量：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1-4。粗加工：首先取ap=1.0mm；其次取f=0.2mm/r；最后取Vc=120m/min。然后根据公式计算出主轴转速=1000r/min，根据公式=计算出进给速度=200mm/min，填入表1-4中。精加工:首先取ap=0.3mm；其次取f=0.08mm/r；最后取Vc=200m/min。然后根据公式计算出主轴转速=1500r/min，根据公式=计算出进给速度=120mm/min，填入表1-4中。表1-4切削用量卡片单位名称集美轻工业学校班级学号姓名成绩零件图号C04-02零件名称球面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）1T012T0112010000.22001.03T0120015000.081200.3※小组讨论：1.4选择切削用量：学生查阅资料,小组讨论,听取学生的决策意见教学内容教学设计1.5确定工件零点，绘制走刀路线图：学生绘制数控加工走刀路线图卡片，见表1-5。表1-5数控加工走刀路线图卡片注意的问题：1.5确定工件零点，绘制走刀路线图：教学内容教学设计1.6数学处理：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Φ23.975。工艺分析：夹工件的左端。粗精车外径R8，Φ24、Φ32，Φ40；长度25，33，10，65，达到图纸要求的尺寸并倒角C2。1.6数学处理：学习环节二：数控内容知识点一、圆弧插补指令（G02G03）该指令能使刀具沿圆弧运动，切出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。表2-2列出了G02、G03程序段中各地址代码含义。输入格式：G02IP__I__K__F__；或G02IP__R__F__；G03IP__I__K__F__；或G03IP__R__F__；表2-2G02G03程序段中各指令的含义考虑的因素指令含义回转方向G02刀具轨迹按顺时针圆弧插补G03刀具轨迹按逆时针圆弧插补终点位置IPX、Z（U、W）工件坐标系中圆弧终点的X、Z（U、W）值从圆弧起点到圆弧中心的距离I、KI：圆心相对于圆弧起点在X方向的坐标增量K：圆

相对于圆弧起点在Z方向的坐标增量圆弧半径R指圆弧的半径，取小于180º的圆弧部分相关知识点：1、圆弧顺、逆的方向判断：沿圆弧所在平面（XOZ）相垂直的另一坐标轴（y轴），由正向负看去，起点到终点运动轨迹为顺时针使用G02指令，反之，使用G03指令，如图2-1所示。2、X、Z（U、W）代表圆弧终点坐标；3、到圆弧中心的距离不用I、K指定，可以用半径R指定。当I、K和R同时被指定时，R指令优先，I、K无效；a）b）图2-1圆弧的顺、逆判断4、I0，K0可以省略；5、若省略X、Z（U、W），则表示终点与始点是在同一位置，此时使用I、K指令中心时，变成了指令360º的圆弧（整圆）；6、圆弧在多个象限时，该指令可以连续执行；7、在圆弧插补程序段中不能有刀具功能（T）指令；8、使用圆弧半径R指令时，指定圆心角小于180º圆弧；9、圆心角接近于180º圆弧，当用R指定时，圆弧中心位置的计算会出现误差，此时请用I、K指定圆弧中心。例2-5：顺时针圆弧插补。（图2-2）图2-2G02顺时针圆弧插补（I、K）指令：G02X50.0Z-20.0I25K0F0.5；G02U20.0W-20.0I25F0.5；（R）指令：G02X50Z-20R25F0.5；G02U20W-20R25F0.5；例2-6：逆时针圆弧插补。（图2-3）图2-3G03逆时针圆弧插补（I、K）指令：G03X50Z-20I-15K-20F0.5；G03U20W-20I-15K-20F0.5；（R）指令：G03X50Z-20R25F0.5；G03U20W-20R25F0.5；二、复合循环切削指令

(G71、G72、G73、G76)

1、外径、内径粗车循环指令G71

该指令只须指定精加工路线，系统会自动给出粗加工路线，适于车削圆棒料毛坯，如下图所示。G71指令刀具循环路径G71指令刀具循环路径指令格式：G71U（△D）R（E）；G71P（NS）Q（NF）U（△U）W（△W）F（F）S（S）T（T）；N（NS）．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｆ．Ｓ．ＴＡＡ’B的精加工形状的指令，．由顺序号ＮＳ到ＮＦ的程序来指令，精加工形状的每条移动指令必须带行号。．N（NF）．．．．．．△D：车削深度，无符号。切入方向由AA`方向决定。（半径指定）。该指定是模态的，一直到下个指定以前均有效。并且用参数(NO.051)也可指定。根据程序指令，参数值也改变。E：退刀量。是模态值，在下次指定前均有效。用参数(No.052)也可设定，用程序指令时，参数值也改变。NS：精加工形状程序段群的第一个程序段的顺序号。NF：精加工形状程序段群的最后一个程序段的顺序号。△U：X轴方向精加工余量的距离及方向（直径/半径指定）。△W：Z轴方向精加工余量的距离及方向。F，S，T：在G71循环中，顺序号NS~NF之间程序段中的F，S，T功能都无效，全部忽略，仅在有G71指令的程序段中，F，S，T是有效的。2、精加工循环指令（G70）执行G71、G72、G73粗加工循环指令以后的精加工循环，在G70指令程序段内要指令精加工程序第一个程序段序号和精加工程序最后一个程序段序号。输入格式：G70P(ns)Q(nf)；说明：（1）NS：构成精加工形状的程序段群的第一个程序段的顺序号。（2）NF：构成精加工形状的程序段群的最后一个程序段的顺序号。学习环节三：编制数控加工程序、仿真操作加工3.1编制程序清单，并填入表1-6。表1-6数控加工程序清单集美轻工业学校数控加工程序清单零件图号零件名称班级学号姓名成绩C04-02球面练习件程序名O0004子程序名O0004T0101M03S1000G00G42X47Z2G71U1R1G71P1Q2U0.3F0.2N1G00X0G01Z0G03X16Z-8R8G01X20X24W-2Z-21G02X32W-4R4G01Z-33X40W-10Z-65N2X46G00G40X100Z100T0101M03S1000G00G42X47Z2G70U1R1F0.08G0G40X100Z100M30工步及刀具说明粗车外圆各表面。T0101精车外圆表面。T0101加工前先设置相应刀具参数。加工结束后进行尺寸修调。环节二：编制数控加工程序，仿真操作加工2.1编制程序清单2.2仿真操作加工教学内容教学设计3.2仿真操作加工3.2.1打开程序选择机床3.2.2机床回零点3.2.3选择毛坯、材料、夹具、安装工件3.2.4安装刀具3.2.5建立工件坐标系3.2.6上传NC语言3.2.7自动加工仿真加工后工件如下图：2.2仿真操作加工教学内容教学设计学习环节四：实际操作加工4.1毛坯、刀具、工具、量具准备=1\*GB3①将Ф45mm×100mm的棒料毛坯正确安装在三爪卡盘上=2\*GB3②将93°外圆车刀正确安装在刀架1号刀位上=3\*GB3③正确摆放所需工具、量具4.2程序输入与编辑=1\*GB3①开机=2\*GB3②回参考点=3\*GB3③输入程序=4\*GB3④程序图形校验4.3零件的数控车削加工=1\*GB3①主轴正转=2\*GB3②X向对刀，Z向对刀，设置工件坐标系=3\*GB3③进行相应刀具参数设置=4\*GB3④自动加工4.4测量工具：千分尺的结构形状：图中1是尺架，尺架的左端有砧座3，右端是表面有刻线的固定套管2，里面是带有内螺纹(螺距0.5mm)的衬套7。测微螺杆6右面的螺纹可沿此内螺纹回转，并用轴套4定心。在固定套管2的外面是有刻线的微分筒9，它用锥孔与6右端锥体相连。6转动时的松紧程度可用螺母14调节。转动手柄5，通过偏心锁紧可使6固定不动。松开罩壳10，可使6与微分筒9分离，以便调整零线位置。棘轮13用螺钉8与罩壳10连接，转动棘轮盘13，6就会移动。当测微螺杆6的左端面接触工件时，棘轮13在棘爪销12的斜面上打滑，6就停止前进。由于弹簧11的作用，使棘轮13在棘爪销斜面滑动时发出吱吱声。如果棘轮盘13反方向转动，则拨动棘爪销12、微分筒9和5转动，使6向右移动。（2）千分尺的读数原理及读数方法①千分尺的刻线原理千分尺的固定套筒在轴线方向上刻有一条中线(基准线)，上、下两排刻线互相错开0.5mm，即主尺。活动套筒左端圆周上刻有50等分的刻线，即副尺。测微螺杆6右端螺纹的螺距为0.5mm，当微分筒转一周时，螺杆6就移动0.5mm。因此微分筒每转一格，螺杆6就移动0.5mm/50=0.Olmm。②千分尺的读数方法其读数方法为：被测工件的尺寸：副尺所指的主尺上整数(应为0.5mm的整倍数)+主尺中线所指副尺的格数×0.01mm。（还要估计一位）a)读7.890b)读7.350c)读0.590d)读0.010a)读7.890b)读7.350c)读0.590d)读0.010千分尺的几种读数示例读取测量数值时，要防止读错0.5mm，也就是要防止在主尺上多读半格或少读半格(0.5mm)。（3）千分尺的使用注意1、千分尺的使用注意事项①千分尺应保持清洁。使用前应先校准尺寸，检查活动套筒上零线是否与固定套筒上基准线对齐，如果没有对准，必须进行调整。②测量时，最好双手掌握千分尺，左手握住尺架，用右手旋转活动套筒，当螺杆即将接触工件时，改为旋转棘轮，直到棘轮发出“卡”、“卡”声为止。③从千分尺上读取尺寸，可在工件未取下前进行，读完后，松开千分尺，再取下工件。也可将千分尺用锁紧钮锁紧后，把工件取下后读数。④千分尺只适用于测量精确度较高的尺寸，不能测量毛坯面，更不能在工件转动时去测量。2、千分尺测量工件前的检查步骤①使用前，应先擦净砧座和测微螺杆端面，校正尺子零位的正确性。0～25mm的千分尺，可转动棘轮，使砧座端面和测微螺杆端面贴平，当棘轮发出响声后，停止转动棘轮，观察微分筒上的零线和固定套管上的基准线是否对正，如果不对正需进行调整。②②25～50mm，50～75mm，75～lOOmm的千分尺可通过标准样柱进行检测.3、千分尺的调零先擦净砧座和测微螺杆端面，转动棘轮，使砧座端面和测微螺杆端面贴平（0～25mm的千分尺），当棘轮发出响声后，停止转动棘轮，转动锁紧手柄将其锁紧，用专用扳手（随量具配带）勾住固定套筒的小孔转动固定套筒，使微分筒上的零线和固定套管上的基准线对正，松开锁紧扳手，旋开测微螺杆，重新检查零位是否正确。环节四：实际操作加工4.1毛坯、刀具、工具、量具准备4.2程序输入与编辑4.3零件的数控车削加工教学内容教学设计学习环节五：零件检测5.1学生对加工完的零件进行自检学生使用游标卡尺、R规等量具对零件进行检测。5.2教师与学生共同填写零件质量检测结果报告单，见表5-1。表5-1零件质量检测结果报告单单位名称集美轻工业学校班级学号姓名成绩零件图号C04-02零件名称球面练习件项目序号考核内容配分评分标准检测结果得分学生教师圆柱面1IT8超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分2IT8超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分3IT8超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分圆锥面4φ32—φ40IT4超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分长度525IT4超差0.01扣2分633IT4超差0.01扣2分765IT4超差0.01扣2分810IT4超差0.01扣2分9100IT4超差0.01扣2分圆弧面10R8IT8超差0.01扣2分Ra3降一级扣2分11R4IT8超差0.01扣2分Ra3降一级扣2分5.3小组互相检查、点评见表5-2。教学内容环节五：零件检测5.1引导学生对加工完的零件进行检测教学设计表5-2考核结果报告单位名称集美轻工业学校零件名称零件图号小组编号球面练习件C04-02班级学号姓名表现零件质量排名5.4教师填写考核结果报告单，见表5-3。表5-3考核结果报告单位名称集美轻工业学校班级学号姓名成绩零件图号C04-02零件名称球面练习件序号项目考核内容配分标准%配分得分项目成绩1零件质量（40分）圆柱面50%20圆锥面10%4长度30%12圆弧面10%42工艺方案制定（20分）学习环节1.1分析零件图工艺30%6学习环节1.2确定加工顺序30%6学习环节1.3选择刀具15%3学习环节1.4选择切削用量15%3学习环节1.5确定工件零点，绘制走刀路线图10%23编程仿真（15分）学习环节2.1程序编制40%6学习环节2.2仿真操作加工60%94刀、夹、量具使用（10分）游标卡尺使用20%3R规使用30%2刀具的安装30%3工件的安装20%25安全文明生产（10分）按要求着装20%2操作规范，无操作失误50%5认真维护机床30%36团队协作（5分）能与小组成员和谐相处，互相学习，互相帮助，不一意孤行。100%5教学内容教学设计学习环节六：学习评价6.1加工质量分析报告表6-1加工质量分析表单位名称集美轻工业学校零件名称零件图号球面练习件C04-02班级学号姓名`成绩超差形式原因外圆尺寸精度超差读尺有误或测量方法有误外圆表面粗糙度不达要求切削用量选择不当；刀刃有磨损；加工刚性不够；冷却液问题6.2个人工作过程总结表6-2个人工作过程总结单位名称集美轻工业学校零件名称零件图号球面练习件C04-02班级学号姓名`成绩环节六：学习评价教学内容教学设计6.3小组总结报告表6-3小组总结报告表单位名称集美轻工业学校零件名称零件图号球面练习件C04-02班级组名