《数控车削编程与操作加工实训教程 第2版》教案-项目6-凹圆练习件的编程及车削加工

项目4.3——凹圆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：凹圆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4.3：凹圆练习件的编程及车削加工课时5学习目标学习内容1.掌握带凹圆弧面阶梯轴零件加工工艺制定方案。2.掌握带凹圆弧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，并完成带凹圆弧面阶梯轴零件的加工。7.能正确使用游标卡尺、R规对带凹圆弧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.正确选择并使用游标卡尺、R规对该零件进行检测，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◆任务单元训练法◆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：教师布置工作任务，学生资讯，教师记录学生资讯问题并解惑，学生填写零件图工艺信息卡片中分析理由的具体内容，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C04-03零件名称凹圆练习件材料牌号LY12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、台阶面及凹圆弧面组成。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，可选用三爪卡盘定位装夹,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

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，无热处理要求，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.教师布置项目工作任务，对教学班级进行分组，提出问题，学生进行资讯3.教师当学生，参与学生分组讨论，听取学生决策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：教师布置工作任务，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，教师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C04-03凹圆练习件CK6140数控车床数控加工实训中心程序编号O0004材料牌号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自动※小组讨论：1.2确定加工顺序：小组讨论，教师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。对于本例由于有凹圆的加工，需考虑刀具副偏角与已加工表面的干涉，所以重点在于刀具刀片形状的选择。机夹可转位车刀所使用的刀片为标准角度，选择下图所示菱形刀片适合加工本工件，刀尖角选择35°。粗车外圆主偏角93°，所选刀片刀尖圆弧半径为0.4mm。因本工件的表面质量要求不高，故粗精加工使用一把刀具即可。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C04-03零件名称凹圆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0.43DC

T11T304-HF涂层硬质合金SDJCR2020K11（20X20）2T0235°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金02SDJCR2020K11（20X20）3T0235°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金02SDJCR2020K11（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=3.0mm；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=100mm/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C04-0

零件名称凹圆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）12T0212010000.22001.03T0220015000.081000.3※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：该零件在粗加工时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29.975。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,则工艺分析：夹工件的左端。粗精车外径Φ30、Φ32，Φ36，R20，Φ40；长度20，28，32，54，60，达到图纸要求的尺寸并倒角C2。1.6数学处理：教学内容教学设计学习环节二：数控内容知识点刀尖圆弧半径补偿G40，G41，G42格式：X__Z__；说明：数控程序一般是针对刀具上的某一点即刀位点，按工件轮廓尺寸编制的。车刀的刀位点一般为理想状态下的假想刀尖A点或刀尖圆弧圆心O点。但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一理想点，而是一段圆弧。当切削加工时刀具切削点在刀尖圆弧上变动；造成实际切削点与刀位点之间的位置有偏差，故造成过切或少切。这种由于刀尖不是一理想点而是一段圆弧，造成的加工误差，可用刀尖园弧半径补偿功能来消除。刀尖园弧半径补偿是通过G41、G42、G40代码及T代码指定的刀尖园弧半径补偿号，加入或取消半径补偿。刀具圆弧半径误差实例1A1A2A3A3Q1Q2QrCRSRAQ22A3A3Q1Q2QrCRSR1AG40：取消刀尖半径补偿；G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)，如图3.3.43；G42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)，如图3.3.43；X,Z：G00/G01的参数，即建立刀补或取消刀补的终点；注意：G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。注：

1）当前面有G41、G42指令时，如要转换为G42、G41或结束半径补偿时，应先指定G40指令取消前面的刀尖半径补偿。

2）程序结束时，必须清除刀补。

3)G41、G42、G40指令应在G00或G01程序段中加入。

4）在补偿状态下，没有移动的程序段（M指令、延时指令等）不能在连续2个以上的程序段中指定，否则会过切或欠切。

5）在补偿启动段或补偿状态下不得指定移动距离为0的G00、G01等指令。假想刀尖方向从刀尖中心看假想刀尖的方向由车削中刀具的方向确定，为进行正确的到补设置，必须预先设定好刀尖的方向。各种刀尖方向有相应的编号与其对应，复合循环切削指令(G71、G72、G73、G76)1、成型车削循环G73该指令只须指定精加工路线，系统会自动给出粗加工路线，适于车削铸造、锻造类毛坯或半成品，如下图所示。G73指令刀具循环路径G73指令刀具循环路径指令格式：G73U（△I）W（△K）R（D）；G73P（NS）Q（NF）U（△U）W（△W）F（F）S（S）T（T）；N（NS）……A—A—A`—B的精加工形状的轨迹，用顺序号NS到NF的程序段来指令。···N（NF）……△I：X轴方向退刀的距离及方向（半径指定）。这个指定是模态的，一直到下次指定前均有效。并且，用参数（No53）也可设定。根据程序指令，参数值也改变。△K：Z轴方向退刀距离及方向。这个指定是模态的，一直到下次指定之前均有效。另外，用参数（No054）也可设定。根据程序指令，参数值也改变。D：分割次数……等于粗车次数。该指定是模态的，直到下次指定前均有效。也可以用参数（No055）设定。根据程序指令，参数值也改变。NS：构成精加工形状的程序段群的第一个程序段的顺序号。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。△U：X轴方向的精加工余量（直径/半径指定）。△W：Z轴方向的精加工余量。F，S，T：在NS~NF间任何一个程序段上的F，S，T功能均无效。仅在G73中指定的F，S，T功能有效。2、精加工循环指令（G70）G70P(ns)Q(nf)；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C04-03凹圆练习件程序名O0004子程序名O0004N5M03S1000N10T0202N15G00G42X47Z2M08N20G73U8R8N25G73P35Q75U0.3W0F0.2N35G0X26N40G01X30Z-2N45Z-20N50X32N55X36Z-28N60Z-32N65G02X40Z-54R20N70G01Z-60N75G0X45N80G00G40X100N85Z100N90M03S1200N95G00G42X47Z2N100G70P35Q75F0.08N105G0G40X100N110Z100N115M30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。※N：是序列号意思环节二：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C04-03零件名称凹圆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1IT12超差0.01扣2分Ra5降一级扣2分2IT12超差0.01扣2分Ra5降一级扣2分3IT12超差0.01扣2分Ra5降一级扣2分圆锥面4φ32—φ36IT5超差0.01扣2分Ra5降一级扣2分长度520±0.1IT5超差0.01扣2分628±0.06IT5超差0.01扣2分734±0.075IT5超差0.01扣2分854±0.075IT5超差0.01扣2分960±0.075IT5超差0.01扣2分凹圆面10R20IT10超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分5.3小组检查、点评表5-2小组评价表单位名称集美轻工业学校零件名称零件图号小组编号凹圆练习件C04-03班级学号姓名表现零件质量排名教学内容教学设计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C04-03零件名称凹圆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凹圆面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内容教学设计学习环节六：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凹圆练习件C04-03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凹圆练习件C04-03班级学号姓名`成绩环节六：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凹圆练习件C04-03班级组名