《数控车削编程与操作加工实训教程 第2版》教案-项目8-螺纹加工练习件的编程及车削加工

项目6——螺纹加工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：螺纹加工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螺纹轴类零件，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。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6：螺纹加工练习件的编程及车削加工课时4学习目标学习内容1.掌握螺纹加工练习件加工工艺制定方案。2.掌握螺纹加工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，并完成螺纹加工练习件的加工。7.能正确使用游标卡尺、R规对带螺纹加工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C06-01零件名称螺纹加工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、台阶面及螺纹组成。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刀具可选3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M30X1.5-6g，尺寸精度要求较高，其中外圆柱面尺寸公差等级为IT12-IT13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,其余为不加工表面。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—半精车加工外圆—切槽—车螺纹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C06-01螺纹加工练习件CK6140数控车床数控加工实训中心程序编号O0006零件材料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0-1

0mm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4切槽保证螺纹车削通透，不至于打刀0.02mm游标卡尺0-150mm自动5车螺纹保证螺纹牙型角，是螺纹配合牢靠M30X1.5-6g螺纹千分尺1.5螺距自动※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C06-01零件名称螺纹加工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）2T02外圆切槽刀0.2DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）3T03外圆螺纹刀0.2RT16.01W-11BSPT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=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C06-01零件名称螺纹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）1T01908000.216022T0112010000.11000.83T02605000.05254T032005001.5750※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M30x1.5-6g需要计算牙高。我们可以根据估算公式来计算：h=(1.2-1.3)P=1.2X1.5=1.8mm式中：h-为牙高P-为导程每次螺纹切削深度为：第一刀切：0.6第二刀切：0.4第三刀切：0.2第四刀切：0.2第五刀切：0.2第六刀切：0.2工艺分析：夹工件的左端。粗、精车外径M30X1.5，Φ40,Φ45，长度40，60，保证尺寸并倒角C2。切槽5X2并保证尺寸。粗、精车螺纹M30X1.5并保证尺寸。1.6数学处理：教学内容教学设计学习环节二：数控内容知识点一、螺纹切削循环指令（G92）适用于对圆柱螺纹和锥螺纹进行循环切削，每指定一次，螺纹切削自动进行一次循环。（1）圆柱螺纹指令格式：G92X（U）__Z（W）__F__；式中：G92X（U）和Z（W）是螺纹切削终点坐标，F是螺纹的导程（单头螺纹）。（2）圆锥螺纹G92X（U）__Z（W）__R__F__；式中：F表示螺纹导程（单头螺纹），其余参数与锥度切削循环相同。圆锥螺纹轨迹圆锥螺纹轨迹圆柱螺纹轨迹如图5-1所示，用G92指令编程。┊G00X40Z5；（刀具定位到循环起点）G92X29.1Z-42F2；（第一次车螺纹）X28.5；（第二次车螺纹）X27.9；（第三次车螺纹）X27.5；（第四次车螺纹）X27.4；（最后一次车螺纹）G00X150Z150；（刀具回换刀点）┊关于加工螺纹时的每次切入深度及切入次数，请参考普通螺纹走刀次数和背吃刀量的参考表2-1。表2-1普通螺纹走刀次数和背吃刀量的参考表普通螺纹牙深=0.6495×P是螺纹螺距螺距11.52.02.533.54牙深0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598走刀次数和背吃刀量1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次

0.160.40.40.40.60

65次

0.10.40.40.40.46次

0.150.40.40.47次

0.20.20.48次

0.150.39次

0.2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C06-01螺纹练习件程序名O0006子程序名O0006T0101；M3S1000；G0X48Z2；G71U1R1；G71P1Q2U1W0F0.1；N1G1X28；Z0；X30Z-1；Z-40；X40；Z-60；X45；Z-80；N2G0X100；Z100；T0101；M3S1200；G0X48Z2；G70P1Q2F0.08；G0X100；Z100；M00;T0202；M3S520；G0X42Z2Z-40；G1X26.2F0.08；G0X42；W2；G1X26F0.08；Z-40；工步及刀具说明粗车外圆各表面。T0101精车外圆表面。T0101T0202切槽教学内容环节二：编制数控加工程序，仿真操作加工2.1编制程序清单2.2仿真操作加工教学设计程序名O1116子程序名G0X100；Z100；M00；T0303；M3S520；G0X32Z2；G92X29.2Z-37F1.5；X28.8；X28.5;X28.3;X28.1;X27.9;X27.9;G0X100;Z100;M30;工步及刀具说明T0303车螺纹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：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、螺纹千分尺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C06-01零件名称螺纹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1IT10超差0.01扣2分Ra10降一级扣2分2外圆IT10超差0.01扣2分Ra10降一级扣2分槽35X2IT10超差0.01扣2分Ra10降一级扣2分长度440IT10超差0.01扣2分560IT10超差0.01扣2分螺纹6M30X1.5-6gIT10超差0.01扣2分Ra10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螺纹练习件C06-01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C06-01零件名称螺纹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40%20槽20%4长度20%12螺纹20%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螺纹练习件C06-01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；冷却液问题螺纹牙型不正确螺纹牙型不正确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螺纹练习件C06-01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螺纹练习件C06-01班级组名6.4小组成果展示表6-4、6-5注：附最终加工零件作业:1、例题进行编程及加工出零件。2、写出G92指令的格式并解释各指令的含义。小结：以上所讲的内容就是我们这堂课所介绍的知识，我主要对螺纹常用功能指令的格式及应用作了的介绍。螺纹刀的使用，要想学好这部分内容还需要我们多加练习讨论，同时，要求大家在机房作业的时候，先仿真软件进行检验程序再操作并不得有半点马虎。熟练掌握刀具补偿设置以及操作加工和精度检验。教学反思：操作接受较好。刀具加工进、退刀的轨迹。除了G92指令，是否有其他的指令（G32基本不用，G76难记、难理解，建议用G92）。扩展知识：凹凸圆（球）练习件的编程及车削加工1.加工零件项目工作任务名称：凹凸圆（球）练习件的车削加工。2.零件类型描述：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中等的基本零件之一。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。1.1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1-1。表1-1数控加工走刀路线图卡片※注意的问题：1.2工艺分析：夹工件的右端。粗、精车外径Φ42、长度30，达到图纸要求的尺寸并倒角。掉头车端面，保证总长95。夹工件Φ42。粗、精车外径Φ30，Φ20.8，Φ31.6,Φ38，R8，长度25.8，39.5，60，达到图纸要求的尺寸并倒角。切槽5X2并保证尺寸。粗、精车螺纹M38X1.5，达到图纸要求的尺寸。1.3编制程序清单，并填入表1-2。表1-2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O1111，O2222；子程序名O1111；T0101；M3S1000；G0X46Z2；G71U1R1；G71P1Q2U1W0F0.2；N1G1X42；Z0；Z-30；N2G0X100；Z100；T0101；M3S1500；G0X46Z2；G70P1Q2F0.1；G0X100；Z