《数控车削编程与操作加工实训教程 第2版》教案-项目10-内孔的编程及车削加工

项目8——内孔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：内孔练习件的编程及车削加工。2.零件类型描述（新课导入）：孔加工时内表面的加工、切削情况不易观察，不但刀具的结构尺寸受到限制，而且容屑、排屑、导向和冷却润滑等问题都较为突出。是数控车削加工中难度较大的基本零件之一。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8：内孔练习件的编程及车削加工课时4学习目标学习内容1.掌握内孔零件加工工艺制定方案。2.掌握内孔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.能将内孔镗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，并完成内孔零件的加工。7.能正确使用游标卡尺对内孔零件进行检测。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包头职业技术学院班级学号姓名成绩零件图号C08-01零件名称内孔练习件材料牌号LY12分析内容分析理由形状、尺寸大小该零件的加工面有内孔表面、端面、外圆柱面、倒角面、内孔台阶面组成。形状比较简单，是较典型的孔类零件。因此，可选择现有设备CK6140卧式数控车床，刀具可选1把外圆车刀，1把麻花钻，1把内孔镗刀来完成加工。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、表面粗糙度该零件内孔有尺寸精度要求，尺寸公差等级为IT9-IT10级，图中未标尺寸公差为IT12级。表面质量要求最高为Ra3.2,其余为Ra6.3。精度和表面粗糙度要求中等，采用以下加工方案即可保证其要求：车削外圆表面—钻—镗—半精镗。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C08-01内孔练习件CK6140数控车床数控加工实训中心程序编号O0009O0010零件材料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0-150mm手动2粗车各外圆表面去除毛坯分余量，在一次装夹中加工内外表面，保证内外表面的同轴度要求。0.02mm游标卡尺0-150mm自动3钻孔实体材料加工孔的唯一方法。0.02mm游标卡尺0-150mm手动4粗镗内孔表面内表面的精度和表面粗糙度要求中等，且孔深度短。0.02mm游标卡尺0-150mm自动5半精镗内孔表面保证加工精度，按图样尺寸，一刀切出零件轮廓。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。钻孔刀具大多采用普通麻花钻。本例中工件为实体材料，且为LY12，可选择直径为20mm的高速钢麻花钻。镗刀则应尽量选择粗刀杆，增加车削刚性。另外为了解决排屑问题，一般采用正刃倾角内孔车刀。数控机床一般选用机夹可转位车刀，所以只需选择刀片即可。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。本例中孔为盲孔，选择主偏角不小于90°的刀片。内孔表面质量要求不高，粗精加工使用一把刀具。外圆表面形状简单，精度低，对刀具无特殊要求，选择93°常用外圆车刀即可。教学内容教学设计表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C08-01零件名称内孔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01SDJCR2020K11（20X20）2T0193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF01SDJCR2020K11（20X20）3T02φ20麻花钻HSS024T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR06S20(20X20)5T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR

6S20(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=2.0mm；其次取f=0.1mm/r；最后取Vc=80m/min。然后根据公式计算出主轴转速=850/min，根据公式=计算出进给速度=85mm/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=120m/min。然后根据公式计算出主轴转速=1300r/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C08-01零件名称内孔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）1T012T013T026000．1104T03808500．18525T0312013000．081000．3※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：主要尺寸的程序设定值计算：一般取为工件尺寸的中值。如本例内孔尺寸为，则编程尺寸为30.003。工艺分析：1、夹工件的左端，钻中心孔及钻孔Φ16。2、夹工件的左端。粗、精车外径Φ40，长度45，保证尺寸并倒角。3、车内孔Ф30，Ф20；长度30，达到图纸要求的尺寸并倒角。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、内孔车刀内孔车刀的种类根据不同的加工情况，内孔车刀可分为通孔车刀和盲孔车刀两种（见图6－1）。图6－1内孔车刀通孔车刀通孔车刀切削部分的几何形状基本上与外圆车刀相似，为了减小径向切削抗力，防止车孔时振动，主偏角应取得大些，一般在之间，副偏角。为了防止内孔车刀后刀面和孔壁的摩擦，一般两个后角如图1-32c所示和，其中取。取左右。盲孔车刀盲孔车刀用来车削盲孔或阶台孔，切削部分的几何形状基本上与偏刀相似，它的主偏角大于，一般为（见图1-33b），后角的要求和通孔车刀一样。不同之处是盲孔车刀夹在刀杆的最前端，刀尖到刀杆外端的距离小于孔半径R，否则无法车平孔的底面。二、车孔的关键技术车孔的关键技术是解决内孔车刀的刚性和排屑问题。1、增加内孔车刀的刚性可采取以下措施（1）尽量增加刀柄的截面积，通常内孔车刀的刀尖位于刀柄的上面，这样刀柄的截面积较小，还不到孔截面积的1/4，若使内孔车刀的刀尖位于刀柄的中心线上，那么刀柄在孔中的截面积可大大地增加。尽可能缩短刀柄的伸出长度，以增加车刀刀柄刚性，减小切削过程中的振动，此外还可将刀柄上下两个平面做成互相平行，这样就能很方便地根据孔深调节刀柄伸出的长度。2、解决排屑问题主要是控制切屑流出方向。精车孔时要求切屑流向待加工表面（前排屑）。为此，采用正刃倾角的内孔车刀（见图1-34a）；加工盲刀时，应采用负的刃倾角，使切屑从孔口排出（见图1-34b）。车阶梯孔基础知识数控车削内孔的指令与外圆车削指令基本相同，关键应该注意外圆柱在加工过程中是越加工越小，而内孔在加工过程中是越加工越大，这在保证尺寸方面尤为重要。对于内外径粗车循环指令G71，在加工外径时余量X为正，但在加工孔时余量X应为负，这一点应该尤为注意，否则内孔尺寸肯定会增多，内径粗车循环指令：G71U1R1；G71P1Q2U-0.5F0.3；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1-7。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C08-01内孔练习件程序名O0009子程序名O0009M03S1000T0101G00X47Z2G71U1R1G71P1Q2U1W0F0.2N1G00X40G01Z-45N2G0X47G00X100Z100T0101M3S1500G00X47Z2G70P1Q2F0.1G0X100Z100M30工步及刀具说明粗车外圆各表面。T0101精车外圆各表面。T0101外圆精度不高，余量小，也可手动去除余量。环节三：编制数控加工程序，仿真操作加工3.1编制程序清单教学内容教学设计表1-7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C08-01内孔练习件程序名O0010子程序名O1111M03S1000T0101G00X28Z2G71U1R1G71P1Q2U-0.5W0F0.2N1G00X30G01Z-30N2G0X28G00Z100X100T0101M3S1500G00X28Z2G70P1Q2F0.1G00Z100X100M30工步及刀具说明粗车内圆各表面。T0303精车内圆表面。T0303内孔加工循环指令同外圆，只在精加工余量处留成负值即可。教学内容教学设计3.2仿真操作加工3.2.1打开vnuc3.0数控仿真加工与远程教学系统、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3.2.6上传NC语言3.2.7自动加工3.2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，95°内孔镗刀正确安装在刀架3号刀位上，准备好钻头。=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\*GB3②分别进行外圆车刀和内孔镗刀的X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：左手拿工件，右手握住内径百分表的测量杆，将已调整好零位的内径百分表的可换触头伸到被测孔内，上下或前后摆动内径百分表，摆动幅度一般为±左手拿工件，右手握住内径百分表的测量杆，将已调整好零位的内径百分表的可换触头伸到被测孔内，上下或前后摆动内径百分表，摆动幅度一般为±10º左右。找出表针指向的最小值，这个最小值与零位的差值就是被测工件内孔尺寸的实际偏差值。测量孔的圆柱度误差时，只要在孔径的全长上取前、中、后几点，比较其测量值，最大值与最小值之差的一半为孔的圆柱度误差。测量孔的圆柱度误差时，只要在孔径的全长上取前、中、后几点，比较其测量值，最大值与最小值之差的一半为孔的圆柱度误差。测孔径的圆度误差时，只要在孔的圆周上交换方向测量，比较其测量值，即可得到孔径的圆度误差。二、使用内径百分表应注意事项1）要选择正确的测量表柱进行正确的安装。2）安装表头的时候要注意压表。3）在测量前要注意校表。4）测量前和测量中应检查测量触头是否松动。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C08-01零件名称内孔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外圆柱面1IT20超差0.01扣2分Ra10降一级扣2分内圆柱面2IT35超差0.01扣2分Ra15降一级扣2分长度3IT10超差0.01扣2分4IT10超差0.01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内孔练习件C08-01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C08-01零件名称内孔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）外圆柱面30%12内圆柱面50%20长度20%82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30%3刀具的安装40%4工件的安装30%35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：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内孔练习件C08-01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；冷却液问题内孔尺寸精度超差读尺有误或测量方法有误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内孔练习件C08-01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内孔练习件C08-01班级组名