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1、（中职）数控车削编程与操作加工实训教程项目五球面练习件的编程及车削加工电子课件项 目 五目 五 球 面球 面 练 习 件 的件 的 编 程 及程 及 车 削 加 工削 加 工工作任务描述工作任务描述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，如图5-1所示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LY150，毛坯尺寸为45mm100mm
2、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。图5-1球面练习件的编程及车削加工学习目标学习目标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学习内容学习内容1.根据零件图纸进
3、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学习环节1.制定工艺方案2.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.学习评价学习环节一：制定工艺方案学习环节一：制定工艺方案1.分析零件图工艺信息：分
4、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5-1。表表5-1 零件图工艺信息分析卡片零件图工艺信息分析卡片班级姓名学号成绩零件名称C05-01零件名称球面练习件材料牌号LY150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12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、
5、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LY150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
6、时在锐角处安排1450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：学生资讯记录：2.确定加工顺序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。小组讨论，听取学生的决策意见，学生填写卡片，见表。班级姓名学号成绩零件图号零件名称使用设备场地C05-01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LY150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
7、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：小组讨论：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5-3。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
8、精车外圆主偏角93，所选刀片刀尖圆弧半径为0.4mm，如图5-2所示。图5-2数控外圆车刀及刀片班级姓名学号成绩零件图号C05-01零 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）表5-3刀具卡片问题：问题：1.选择切削
9、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5-4。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根据公式=计算出进给速度=200mm/min，填入表5-4中。=1000r/min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5-4中。班级姓名学号成绩零件图号C05-01零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
10、（mm/r）进给速度vf（mm/min）背吃刀量ap（mm）1T012T0112010000.22001.03T0120015000.081200.3小组讨论小组讨论 1.确定工件零点，绘制走刀路线图确定工件零点，绘制走刀路线图学生绘制数控加工走刀路线图卡片，见表学生绘制数控加工走刀路线图卡片，见表5-5。表表5-5 数控加工走刀路线图卡片数控加工走刀路线图卡片数控加工走刀路线图机床型号：CK6140零件图号：C05-01加工内容：系统型号：FANUC0iMate-TD工步号：程序号：含义抬刀下刀编程原点起刀点走刀方向走刀线相交爬斜坡铰孔行切符号编程校对审批共页第页注意的问题：注意的问题：6.
11、6.数学处理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23.975。7.7.工艺分析工艺分析夹工件的左端。粗精车外径R8，24、32，40；长度25，33，10，65，达到图纸要求的尺寸并倒角C2。学习环节二：数控内容知识点学习环节二：数控内容知识点1.1.圆弧插补指令（圆弧插补指令（G02 G03）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5-6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_；G03 IP_I_K_F_；或G03IP_
12、R_F_；表5-6G02G03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180的圆弧部分相相关关知知识识点点：（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5-3所示。（2）X、Z（U、W）代表圆弧终点坐标（3）
13、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（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360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180圆弧（9）圆心角接近于180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指定圆弧中心图5-3圆弧的顺、逆判断a）b）例5-1：顺时针圆弧插补。（图5-4）（I、K）指令：G02X50.0Z-20.0I25
14、K0F0.5；G02 U20.0 W-20.0 I25 F0.5；（R）指令：G02X50Z-20R25F0.5；G02 U20 W-20 R25 F0.5；例5-2：逆时针圆弧插补。（图5-5）图5-5G03逆时针圆弧插补（I、K）指令：G03X50Z-20I-15K-20F0.5；G03 U20 W-20 I-15 K-20 F0.5；（R）指令：G03X50Z-20R25F0.5；G03 U20 W-20 R25 F0.5；2.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，如图5
15、-6所示。G71指令刀具循环路径图5-6外径、内径粗车循环指令G71指令格式：G71U（D）R（E）；G71P（NS）Q（NF）U（U）W（W）F（F）S（S）T（T）；N（NS）B的精加工形状的指令，由顺序号到的程序来指令，精加工形状的每条移动指令必须带行号。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
16、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NSNF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。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。（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)；学习环节三：
17、编制数控加工程序、仿真操作加工学习环节三：编制数控加工程序、仿真操作加工1.1.编制程序清单，并填入表编制程序清单，并填入表5-7 表表5-7 数控加工程序清单数控加工程序清单数控加工程序清单零件图号零件名称姓名学号成绩C05-01球面练习件程序名O0004子程序名O0004T0101M03S1000G00G42X47Z2G71U1R1G71P1Q2U0.3F0.2N1G00X0G01Z0G03X16Z-8R8G01X20X24W-2Z-21G02X32W-4R4G01Z-33X40W-10Z-65N2X46G00G40X100Z100T0101M03S1000G00G42X47Z2G70U1
18、R1F0.08G0G40X100Z100M30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。2.2.仿真操作加工仿真操作加工（1）打开程序选择机床（2）机床回零点（3）选择毛坯、材料、夹具、安装工件（4）安装刀具（5）建立工件坐标系（6）上传NC语言（7）自动加工仿真加工后工件如图5-7所示。图5-7仿真加工后工件学习环节四：实际操作加工学习环节四：实际操作加工1.1.毛坯、刀具、工具、量具准备毛坯、刀具、工具、量具准备 2.2.程序输入与编辑程序输入与编辑（1）将45mm100mm的棒料毛坯正确安装在三爪卡盘上（1）开机（2
19、）将93外圆车刀正确安装在刀架1号刀位上（2）回参考点（3）正确摆放所需工具、量具工具、量具 （3）输入程序 3.3.零零件件的的数数控控车车削削加加工工 （4）程序图形校验（1）主轴正转（2）X向对刀，Z向对刀，设置工件坐标系（3）进行相应刀具参数设置（4）自动加工4.4.测量工具：测量工具：1.千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
20、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，如图5-8所示。图5-8千分尺的结构形状（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
21、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，如图5-9所示。（还要估计一位）图5-9千分尺的读数方法3）千分尺的使用注意。千分尺的使用注意事项。a.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。b.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”、
22、“卡”声为止。c.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。d.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。千分尺测量工件前的检查步骤。a.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。025mm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，如图5-10所示。252550mm50mm，505075mm75mm，7575lOOmmlOOmm的的千分尺可通过标准样柱进行
23、检测千分尺可通过标准样柱进行检测.图5-10千分尺测量工件前的检查（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（025mm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。学习环节五：零件检测学习环节五：零件检测1.1.学生对加工完的零件进行自检学生对加工完的零件进行自检 学生学生使用使用游标卡尺、游标卡尺、R规等量具对零件进行检测。规等量具对零件进行检测。2.2.教师与学生共同填写零件质量检测
24、结果报告单，见表教师与学生共同填写零件质量检测结果报告单，见表5-8班级姓名学号成绩零件图号C05-01零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43240IT4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.
25、01扣2分Ra3降一级扣2分3.3.小组互相检查、点评见表小组互相检查、点评见表5-9班级零件名称零件图号小组编号球面练习件C05-01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，见表教师填写考核结果报告单，见表5-10班级姓名学号成绩零件图号C05-01零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
26、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表表5-10考核结果报告考核结果报告表表5-9考核结果报告考核结果报告学习环节六：学习评价学习环节六：学习评价1.加工质量分析报告，见表加工质量分析报告，见表5-11班级零件名称零件图号球面练习件C05-01姓名学号成绩超差形
27、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；冷却液问题表表5-11 加工质量分析表加工质量分析表2.个人工作过程总结，见表个人工作过程总结，见表5-12c零件名称零件图号球面练习件C05-01姓名学号成绩表表5-12 个人工作过程总结个人工作过程总结3.小组总结报告，见表小组总结报告，见表5-13班级零件名称零件图号球面练习件C05-01姓名组名4.小组成果展示表小组成果展示表5-14、5-15班级数控加工工序卡片零件名称零件图号材料牌号材料硬度工序名称工序号程序编号加工车间设备名称设备型号夹具名称工步号工步内容刀具号刀具规格m
28、m使用工步号量具切削速度m/min主轴转速r/min进给量mm/r进给速度mm/min背吃刀量mm进给次数备注编制审核批准共页第页班级数控加工刀具卡片零件名称零件图号材料牌号材料硬度工序名称工序号程序编号加工车间设备名称设备型号夹具名称工步号刀具号刀具名称刀具参数刀具（片）材料偏置号刀柄型号备注刀具（尖）直（半）径mm半径补偿量mm长 度（位置）补偿量mm刀尖方位半径长度编制审 核批准共页第页本章小结本章小结以上所讲的内容就是我们这堂课所介绍的知识，我主要对圆弧插补常用功能指令的格式及应用作了简单的介绍。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。谢谢谢谢