《数控车削编程与操作加工实训教程 第2版》教案-项目11-套类零件的编程及车削加工

项目9——套类零件的编程及车削加工第一部分：工作任务描述1.加工零件项目任务名称：套类零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套类零件，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45钢，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9：套类零件的编程及车削加工课时4学习目标学习内容1.掌握套类零件加工工艺制定方案。2.掌握套类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、切槽刀、镗孔刀、正确安装在刀架上以及中心钻、钻头在尾座上的正确安装。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，并完成套类零件的加工。7.能正确使用游标卡尺套类零件进行检测。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1.制定工艺方案2.编制程序、仿真操作加工3.实际操作加工4.零件检测5.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C09-01零件名称套分析内容分析理由形状、尺寸大小该零件表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、及外槽等表面组成。形状比较简单，是较典型的套类零件。因此，可选择CK6140卧式数控车床，选择外圆车刀、外切槽刀、镗孔刀、及中心钻、钻头进行加工。确定加工顺序按由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可先加工内孔各表面，然后加工外轮廓表面。结

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、表面粗糙度该零件内孔、外圆有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求，以及长度、，并且内孔轴线对基准轴线A的同轴度公差为。其中尺寸公差等级为IT7-IT8级，图中未注尺寸公差按IT9-IT10级处理。该零件表面质量要求最高为Ra1.6,其余为Ra3.2。由于该零件精度和表面质量要求较高。因此，可考虑采用以下加工方案：粗车—半精车—精车。材料及热处理零件材料为45号钢为优质碳素结构用钢,无热处理要求，抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J。硬度不高易切削加工,广泛用于机械制造。这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42-46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45号钢优越的机械性能，常将45号钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。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.教师布置工作任务，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，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C09-01套CK6140数控车床数控加工实训中心程序编号O0011，O0012零件材料45钢数控系统HNC-21T工步序号工步内容确定理由量具选用备注名称量程1车右端面以及右端外圆至尺寸Φ44为加工右端确定定位装夹基准0.02mm游标卡尺0-150mm手动2调头车左端面车平端面，防止中心钻折断0.02mm游标卡尺0-150mm手动3钻Φ3的中心孔孔加工的预制精确定位，引导麻花钻进行孔加工，减少误差防止钻孔钻偏，保证钻孔地位置精度手动4钻Φ16的孔为加工内轮廓作准备0.02mm游标卡尺

-150mm手动5车左端面去空口毛刺手动6粗加工左端内轮廓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7精加工左端内轮廓保证零件加工精度，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8粗加工左端外轮廓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9精加工左端外轮廓保证零件加工精度，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10调头车右端面（含Z向对刀）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11粗加工右端内轮廓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12半精加工右端内轮廓当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时,则可安排半精加工作为过渡性工序,以便使精加工余量小而均匀0.02mm游标卡尺0-150mm自动13精加工右端内轮廓保证加工精度，按图纸尺寸，一刀切出零件轮廓0.02mm游标卡尺0-150mm自动14粗加工右端外轮廓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15半精加工右端外轮廓当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时,则可安排半精加工作为过渡性工序,以便使精加工余量小而均匀0.02mm游标卡尺0-150mm自动16精加工右端外轮廓保证加

精度，按图纸尺寸，一刀切出零件轮廓0.02mm游标卡尺0-150mm自动17加工外圆槽满足图纸尺寸及形状要求0.02mm游标卡尺0-150mm自动※小组讨论：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45号钢，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。对于本例由于零件表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、及外槽等表面组成。选择外圆车刀、外切槽刀、镗孔刀、及中心钻、钻头进行加工。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。1、外圆表面加工选择数控车床常用菱形刀片，刀尖角选择为80°。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外圆表面使用一把刀具即可。槽刀选用机夹刀，标准刀具角度，以便磨损时易于更换。选择3.5mm宽刀片。内镗孔刀采用机夹刀，缩短换刀时间，无需刃磨刀具，具有较好的刚性，能减少振动变形和防止产生振纹。中心钻有二种型式：A型：不带护锥的中心钻、B型：带护锥的中心钻，加工直径d=1~10mm的中心孔时,通常采用不带护维的中心钻(A型);工序较长、精度要求较高的工件，为了避免60度定心锥被损坏，一般采用带护锥的中心锥（B型）。因此，该零件选择A型中心钻即可。选择Φ16mm高速钢钻头。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C09-01零件名称套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SDJCR2020K11（20X20）3Φ3的中心孔硬质合金4Φ16的钻头高速钢5T0193°外圆车刀0.4

DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）6T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR06S20(20X20)7T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR06S20(20X20)8T0193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）9T

193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）10T0193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）11T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR06S20(20X20)12T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR0

S20(20X20)13T0395°内孔镗刀0.42CNMG060304-WF涂层硬质合金03S20R-SCLCR06S20(20X20)14T0193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）15T0193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金

1SDJCR2020K11（20X20）16T0193°外圆车刀0.43DCMT11T304-HF涂层硬质合金01SDJCR2020K11（20X20）17T02切槽刀021.3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设计※问题教学内容教学设计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。1、外圆粗加工：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，留精车余量0.2～0.5mm，填入表1-4中。2、外圆精加工: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。3、槽的加工:首先取ap=4mm。其次取f=0.05mm/r;最后取Vc=80m/min。然后根据公式计算出主轴转速=600r/min，根据公式=计算出进给速度=30mm/min，填入表1-4中。4、内孔粗加工：首先取ap=2.0mm；其次取f=0.2mm/r；最后取Vc=60m/min。然后根据公式计算出主轴转速=500r/min，根据公式=计算出进给速度=100mm/min，留精车余量0.2～0.3mm，填入表1-4中。5、内孔精加工：首先取ap=0.3mm；其次取f=0.04mm/r；最后取Vc=170m/min。然后根据公式计算出主轴转速=1200r/min，根据公式=计算出进给速度=60mm/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C09-01零件名称套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）1T018000.20.5教学内容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设计350043000.055T018000.20.56T03605000.21002.07T0317012000.04600.38T0112010000.22003．09T0120015000.081000．310T018000.20.511T03605

00.21002.012T0312010000.1802.013T0317012000.04600.314T0112010000.22003．015T0112010000.22003．016T0120015000.081000．317T02806000.05304※小组讨论：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教学内容1.5确定工件零点，绘制走刀路线图：教学设计教学内容教学设计教学内容教学设计注意的问题：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29.975。另外加工倒角时需计算倒角延长线。计算方法如下：右端延长线起点：已知Z=3,则左端延长线起点：已知Z=3,则工艺分析：夹工件的右端。钻中心孔及钻孔Φ16。车内孔Ф32，Ф24，R12；长度10,20,10，6，达到图纸要求的尺寸并倒角。粗精车外径Φ44；长度26，达到图纸要求的尺寸并倒角C2。掉头车端面，保证总长96。夹工件Φ44。车内孔Ф20；长度17，达到图纸要求的尺寸并倒角。夹工件Φ44。粗、精车外径Φ26，R3，Φ36；长度25，50，达到图纸要求的尺寸并倒角C2。切槽4X2，达到图纸要求的尺寸1.6数学处理：教学内容教学设计学习环节二：编制数控加工程序、仿真操作加工2.1编制程序清单，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套C09-01程序名O0011，O0012子程序名O0011M03S1000T0303G00G41X15Z2G71U1R1G71P1Q2U-0.5W0F0.2N1G00X32G01Z-10X24Z-30Z-40G03X20Z-46R12G01X16N2G0X15G00G40Z100X100T0303M3S1500G00G41X28Z2G70P1Q2F0.1G00G40Z100X100M00M03S1000T0101G00X47Z2G71U1R1G71P1Q2U1W0F0.2N1G00X40G01Z0X44Z-2Z-30工步及刀具说明粗车内圆各表面。T0303精车内圆表面。T0303粗车外圆表面。T0101教学内容环节二：编制数控加工程序，仿真操作加工2.1编制程序清单加工前先设置相应刀具参数。加工结束后进行尺寸修调。教学设计程序名O0011，O0012子程序名N2G0X47G00X100Z100T0101M3S1500G00X47Z2G70P1Q2F0.1G0X100Z100M30O0012M03S1000T0303G00X15Z2G71U1R1G71P1Q2U-0.5W0F0.2N1G00X20G01Z-17N2G0X15G00Z100X100T0303M3S1500G00X15Z2G70P1Q2F0.1G00Z100X100M00M03S1000T0101G00G42X47Z2G71U1R1G71P1Q2U1W0F0.2N1G00X22G01Z0X26Z-2工步及刀具说明精车外圆表面。T0101粗车内圆各表面。T0303精车内圆表面。T0303粗车外圆表面。T0101教学内容加工前先设置相应刀具参数。加工结束后进行尺寸修调。教学设计程序名O0011，O0012子程序名Z-17G02X32Z-20R3G01Z-41X36Z-61Z-70X40X44Z-72N2G0X47G00G40X100Z100T0101M3S1500G00G42X47Z2G70P1Q2F0.1G0G40X100Z100M00T0202M3S520G00X46Z2Z-70G01X32.2F0.08G00X46Z-69G01X20F0.08Z-70G00X100Z100M30工步及刀具说明精车外圆表面。T0101换切槽刀T02022.2仿真操作加工2.2.1打开vnuc3.0数控仿真加工与远程教学系统、选择机床2.2.2机床回零点2.2.3选择毛坯、材料、夹具、安装工件2.2.4安装刀具2.2.5建立工件坐标系2.2.6上传NC语言2.2.7自动加工仿真加工后工件如下图2.2仿真操作加工加工前先设置相应刀具参数。加工结束后进行尺寸修调。教学内容教学设计学习环节三：实际操作加工3.1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;外切槽刀正确安装在刀架2号刀位上；内孔车刀正确安装在3号刀位上=3\*GB3③正确摆放所需工具、量具3.2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3.3零件的数控车削加工=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自动加工环节三：实际操作加工3.1毛坯、刀具、工具、量具准备3.2程序输入与编辑3.3零件的数控车削加工教学内容教学设计学习环节四：零件检测4.1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。4.2教师与学生共同填写零件质量检测结果报告单，见表4-1。表4-1零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C09-01零件名称套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3IT4超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分R3IT4超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分内圆柱面4IT8超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分5IT4超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分6IT4超差0.01扣2分Ra4降一级扣2分长度5IT4超差0.01扣2分6IT4超差0.01扣2分7IT4超差0.01扣2分810IT4超差0.01扣2分槽94X2IT4超差0.01扣2分Ra3降一级扣2分凹圆面10R12IT6超差0.01扣2分Ra3降一级扣2分教学内容环节四：零件检测4.1引导学生对加工完的零件进行检测教学设计4.3小组互相检查、点评，见表4-2。表4-2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套C09-01班级学号姓名表现零件质量排名4.4教师填写考核结果报告单，见表4-3。表4-3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C09-01零件名称套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25%10长度20%4槽5%4凹圆面10%62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五：学习评价5.1加工质量分析报告表5-1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套C09-01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5.2个人工作过程总结表5-2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套C09-01班级学号姓名`成绩环节五：学习评价教学内容教学设计5.3小组总结报告表5-3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套C09-01班级组名