(圓弧加工、仿真教學(xué)用)教案

1、項(xiàng)目三 帶圓弧階梯軸的加工學(xué)習(xí)情境帶圓弧階梯軸的加工參考學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容1圓弧順時(shí)針插補(bǔ)指令G02、圓弧逆時(shí)針插補(bǔ)指令G03； 2圓弧順時(shí)針插補(bǔ)、逆時(shí)針插補(bǔ)的方向判斷； 3. 圓弧插補(bǔ)指令的兩種編程方式； 4. 零件數(shù)控加工工藝的制訂；教學(xué)目標(biāo)1. 職業(yè)能力目標(biāo) （1）具有與設(shè)計(jì)人員、工藝人員、操作人員溝通的能力； （2）具有分析零件圖、掌握設(shè)計(jì)意圖和零件工藝分析的能力； （3）具有數(shù)控編程和數(shù)控機(jī)床操作的基本能力； （4）查閱資料及相關(guān)應(yīng)用手冊(cè)的能力； （5）善于觀察、思考、自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。 2.專業(yè)知識(shí)目標(biāo) （1）掌握?qǐng)A弧面零件的數(shù)控程序編制； （2）掌握車床孔的加工方法； （3）能夠

2、對(duì)軸類零件進(jìn)行數(shù)控程序編制和加工。3.社會(huì)能力（1）團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)及方法；（2）語(yǔ)言表達(dá)能力。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)與解決方法1教學(xué)重點(diǎn) （1）圓弧插補(bǔ)指令的編程方式； （2）圓弧插補(bǔ)順時(shí)針/逆時(shí)針?lè)较蚺袛唷?2教學(xué)難點(diǎn) （1）圓弧順/逆插補(bǔ)方向的判斷； （2）I、K指定圓心方式編程。 3.解決方法 （1）圖形示例，零件加工仿真； （2）查閱專業(yè)書(shū)籍及相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)； （3）咨詢企業(yè)相關(guān)人員或教師；教學(xué)條件1教室、多媒體； 2校內(nèi)實(shí)訓(xùn)機(jī)房、數(shù)控加工仿真軟件； 3生產(chǎn)性實(shí)習(xí)車間、數(shù)控車床。教學(xué)方法多媒體講授理論知識(shí)；仿真軟件練習(xí)掌握數(shù)控機(jī)床操作面板及基本指令加工；數(shù)控機(jī)床實(shí)際操作練習(xí)掌握基本能力。 三：帶圓弧

3、階梯軸的加工（詳案）教學(xué)過(guò)程的實(shí)施步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法時(shí)間情景描述（咨詢）1給出零件圖； 2給出零件的信息及加工要求； 3分析零件特點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)內(nèi)容。教師介紹0.5課時(shí)制定加工工藝 （計(jì)劃）1工件的裝夾與定位； 2加工路線的確定； 3切削用量的選擇； 4刀具的選擇； 5機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的選擇。學(xué)生自學(xué) 教師輔導(dǎo)1.5課 時(shí)編制零件加工程序 （決策）1. G00/G03圓弧插補(bǔ)指令編程； 2. F、S、T代碼的合理使用； 3. 內(nèi)部輪廓加工刀具的工件坐標(biāo)系建立； 4編程分析、 編寫(xiě)零件的數(shù)控加工程序； 5查閱資料、進(jìn)行討論。學(xué)生為主 教師點(diǎn)評(píng)5課時(shí)數(shù)控仿真和 實(shí)操加工 （實(shí)施）1零件數(shù)控仿真加

4、工； 2零件實(shí)操加工。教師指導(dǎo) 學(xué)生操作1課時(shí)檢測(cè)加工零 件 (檢查)1零件的尺寸精度檢測(cè)； 2零件加工質(zhì)量評(píng)估； 3總結(jié)。教師點(diǎn)評(píng)0.5課時(shí)任務(wù)擴(kuò)展1. 圓弧插補(bǔ)I、K編程方式； 2車床上孔的加工； 3學(xué)習(xí)應(yīng)用 教師講授 課后自學(xué)1.5課時(shí)評(píng)價(jià)完成情況（60%）方法能力（20%）創(chuàng)新意識(shí)（20%）一、學(xué)習(xí)情景描述給學(xué)生發(fā)放零件圖，給出該零件的信息和加工要求。圖示零件為簡(jiǎn)單階梯軸，結(jié)構(gòu)要素有外圓柱面、倒角和圓弧面。毛坯為38mm的棒料，材料為45鋼，要求完成零件的數(shù)控加工，車削尺寸至圖中要求。圖3.1 零件圖圖3.2 三維圖二、制訂加工工藝 （一）引入新知識(shí)1數(shù)控車削刀具的分類 （1）按車刀結(jié)

5、構(gòu)分類 整體車刀：用整體高速鋼制造。 焊接車刀：焊接硬質(zhì)合金或高速鋼刀片。 機(jī)夾車刀：硬質(zhì)合金刀片用機(jī)械夾固的方法固定在刀桿上。 可轉(zhuǎn)位車刀：使用可轉(zhuǎn)位刀片的機(jī)夾車刀。圖3.3 車刀按結(jié)構(gòu)分類 （2）按加工內(nèi)容分類 按車削加工內(nèi)容分為端面車刀、外圓車刀、內(nèi)孔車刀、切槽刀、螺紋車刀等。 圖3.4 車刀按加工內(nèi)容分類（3）按車刀的形狀分類 尖形車刀：以直線形切削刃為特征的車刀，刀尖由直線形成的主副切削刃構(gòu)成。 圓弧形車刀：以圓弧形切削刃為特征的車刀，車刀圓弧刃每一點(diǎn)都是車刀的刀尖。 成形車刀：其刀形根據(jù)工件輪廓設(shè)計(jì)。 2車刀材料 車刀材料是指刀頭部分的材料， 在數(shù)控車床上常采用高速鋼、 硬質(zhì)合金或

6、涂層刀具。 （1）高速鋼 高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的材料。高速鋼刀具制造簡(jiǎn)單， 刃磨方便，韌性較好，能承受較大的沖擊力。但其耐熱性較差，因此不能用于高速切削。 （2）硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，因此其常溫硬度很高，熱熔性、熱硬性高，切削速度比高速鋼提高47倍。其缺點(diǎn)是脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)。（3）涂層刀具 涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3 等。涂層刀具具有較高的耐磨性，加工材料硬度越高，涂層刀具效果越好。 3車刀切削部分的組成及幾何參數(shù) （1）車刀切

7、削部分的組成 車刀的構(gòu)造如圖12.4所示，其組成包含刀柄和切削部分，切削部分主要由以下幾部分組成： 前刀面：刀具上切屑沿其流出的表面。 后刀面：刀具上與工件過(guò)渡表面相對(duì)的表面。 副后刀面：刀具上與工件已加工表面相對(duì)的表面。 主切削刃：前面與后面的交線，擔(dān)任主要切削工作。 副切削刃：前面與副后面的交線，擔(dān)任少量切削工作。 刀尖：主切削刃與副切削刃連接處的一小部分切削刃。圖3.5 車刀構(gòu)造圖（2）車刀幾何參數(shù) 車刀的幾何角度如圖12.5所示， 主要包括主偏角kr 、 副偏角k、 前角r0 、 刃傾角 xxs、后角 0、副后角 0 。圖3.6 車刀幾何角度 前角：對(duì)切削難易程度有很大影響。增大前角使

8、切削刃鋒利，減小切削變形， 切削容易，提高表面加工質(zhì)量。但前角過(guò)大，會(huì)使散熱條件變差，切削溫度升高，刀具磨損加劇，刀具壽命降低。 后角：主要作用是減小后面與工件過(guò)渡表面之間的摩擦，減小后面的磨損。增大后角，可減少刀具后面與工件的摩擦，降低切削力和切削溫度，改善加工表面質(zhì)量。但后角過(guò)大，刀具易損壞，切削溫度升高，刀具壽命降低。 主偏角：影響刀具壽命、已加工表面粗糙度和切削力的大小。在背吃刀量和進(jìn)給量不變的情況下，減小主偏角，可使刀尖角增大，對(duì)提高刀具壽命有利。但主偏角較小時(shí)，工件易變形及產(chǎn)生振動(dòng)，切削厚度小，斷屑效果差。 副偏角：用來(lái)減少副切削刃與已加工表面之間的摩擦。減小副偏角，可顯著減少已加

9、工表面的殘留面積，減小工件表面粗糙度，增大刀尖角，提高刀具壽命。但副偏角過(guò)小，使工件易產(chǎn)生振動(dòng)，降低加工表面質(zhì)量。 刃傾角：影響切削刃的鋒利性，刀頭的強(qiáng)度和散熱條件，切削力的大小和方向，切屑流出的方向。當(dāng)刃傾角為正值時(shí)，切屑流向待加工表面，已加工表面不易被劃傷，但刀尖強(qiáng)度較差；當(dāng)刃傾角為負(fù)值時(shí)，切屑流向已加工表面，易被劃傷，但刀尖強(qiáng)度提高。增大刃傾角可使切削刃鋒利，降低切削力，提高刀具壽命。但過(guò)大會(huì)使散熱不利，造成非正常損壞。4車刀的選用 （1）按工件材料選擇刀具 銅、鋁：這種材料比較軟，比較好加工，一般各種刀具都能加工。 鋼料：對(duì)于軟鋼，如45鋼、50鋼，比較好加工，用高速鋼車刀可方便加工；

10、對(duì)于硬鋼，如738、p20、S136、油鋼及五金模用的合金鋼等，可用合金刀具加工。 淬火后的材料：一般不允許用高速鋼刀具加工，應(yīng)用合金刀具加工。（2）根據(jù)加工種類選擇刀具 外圓加工：一般選用外圓左偏粗車刀、外圓左偏精車刀、外圓右偏粗車刀、外圓右偏精車刀、端面車刀等類型。 切槽：選擇外（內(nèi)）圓車槽刀。 螺紋：選擇外（內(nèi)）圓螺紋車刀。 內(nèi)孔：主要選擇麻花鉆、粗鏜孔刀和精鏜孔刀、擴(kuò)孔鉆、鉸刀。 （3）選擇刀具的大小 盡可能選擇大的刀具，可以采用大的切削用量，提高效率，加工質(zhì)量有保證。 根據(jù)加工的背吃刀量選擇刀具，背吃刀量越大，刀具越大。 根據(jù)工件大小選擇刀具，工件大的選大刀具，反之選取小刀具。 （4

11、）機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用 為了減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控車削加工時(shí)，應(yīng)盡量采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀。數(shù)控車床常用的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀結(jié)構(gòu)形式如圖3.7所示。 刀片材質(zhì)的選擇 常見(jiàn)刀片材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等，其中應(yīng)用最多的是硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金刀片。 刀片尺寸的選擇 刀片尺寸的大小取決于必要的有效切削刃長(zhǎng)度L。有效切削刃長(zhǎng)度與背吃刀量ap 和車刀主偏角kr 有關(guān)，使用時(shí)可查閱有關(guān)刀具手冊(cè)選取。 刀片性質(zhì)的選擇 刀片形狀主要依據(jù)被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具壽命及刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因素選擇。在機(jī)床剛性和功率允許的條件下，大余量、粗加工

12、應(yīng)選用刀尖角度較大的刀片；小余量、精加工時(shí)宜選用較小刀尖角的刀片。圖3.7 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)2圓弧常用加工方法 階梯法 圖3.8為車圓弧的階梯切削路線：先粗車階梯，最后一刀精車圓弧。圖3.8 階梯法 同心圓法 圖3.9為車圓弧的同心圓弧切削路線：用不同的半徑圓來(lái)車削，最后將所需圓弧加工出來(lái)。圖3.9 同心圓法 車錐法圖3.10為車圓弧的車錐法切削路線：先車一個(gè)圓錐，再車圓弧。圖3.10 車錐法（二）零件具體加工工藝制定1裝夾與定位 該零件為軸類零件，軸心線為工藝基準(zhǔn)，加工外表面用三爪自定心卡盤(pán)夾持34mm外圓一次裝夾完成加工。 2加工順序 按先主后次，先粗后精，先外后內(nèi)的加工原則確定加工路線。

13、裝夾34mm外圓、找正，手動(dòng)車削端面； 粗加工34mm、26mm、16mm外圓，留精加工余量0.5mm； 精加工R5、R10圓弧面和34mm、26mm、16mm外圓； 3選擇刀具 一把外圓車刀4確定切削用量 車削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、加工工藝、相關(guān)手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定： 機(jī)床轉(zhuǎn)速： 外圓粗加工時(shí)為800r/min， 精加工時(shí)為1000r/min； 進(jìn)給速度：粗加工外圓面時(shí)進(jìn)給速度為0.5mm/r，外圓面精加工時(shí)進(jìn)給速度為0.3mm/r。5、確定加工路線加工路線如圖3.11所示圖3.11 加工路線6選擇機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng) 機(jī)床型號(hào) 機(jī)床型號(hào)為CK6132-型數(shù)控車床。 數(shù)控系統(tǒng) 采用廣數(shù)9

14、28TD、KND數(shù)控系統(tǒng)。三、編制零件加工程序 （一）引入新知識(shí) 1編程指令 （1）圓弧插補(bǔ)指令-G02/G03 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令：G02 X(U)_ Z(W)_ R_ F_; 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令：G03 X(U)_ Z(W)_ R_ F_; 參數(shù)：X、Z為絕對(duì)編程時(shí)，圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；U、W為增量編程時(shí)，圓弧終點(diǎn)相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的位移量；R為圓弧的半徑；F為進(jìn)給速度。 （2）圓弧順逆的判斷 圓弧插補(bǔ)的順逆方向判斷原則：沿圓弧所在平面（XZ平面）的垂直坐標(biāo)軸的負(fù)方向看去，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)镚02，逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)镚03； 根據(jù)刀架的位置判斷圓弧插補(bǔ)的順逆如圖3.3所示。圖3.12 圓弧的順

15、逆方向與刀架位置的關(guān)系2零件數(shù)控加工程序的編制 編程分析 該零件結(jié)構(gòu)要素有圓柱面、圓弧面等，為減少熱變形和切削力變形對(duì)工件尺寸的影響，應(yīng)將粗加工、精加工分開(kāi)進(jìn)行。 采用直徑編程方式，直徑尺寸編程與零件圖紙中的尺寸標(biāo)注一致，編程較為方便。 加工程序清單O0001； 程序名N01 T0101； 換01號(hào)刀N02 G00 X100 Z100； 快速接近工件N03 M03 S800； 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1000r/minN04 G01 X29 Z5 F0.5； 快速走刀至起到點(diǎn)N05 Z-30； 粗車外圓第一步N06 X40； X向G01退刀N07 G00 Z5； Z向G00回起點(diǎn)N08 G01 X24

16、 ； X向G01定位N09 Z-16； 粗車外圓第二步N10 X34； X向G01退刀N11 G00 Z5； Z向G00回起點(diǎn)N12 G01 X19； X向G01定位N13 Z-15； 粗車外圓第三步N14 X25； X向G01退刀N15 G00 Z5 S1000； Z向G00回起點(diǎn)N16 G01 X14 F0.3； X向G01定位精加工N17 Z0； G01倒角起始點(diǎn)定位N18 X16 Z-1； 加工倒角N19 Z-15； 16外圓加工N20 G02 X26 Z-20 R5； R5圓弧加工N21 G01 Z-27； 26外圓加工N22 G03 X34 Z-35 R10； R10圓弧加工N23

17、 G01 Z-45； 34外圓加工N24 X40； X向G01退刀N25 G00 Z5； Z向G00回起點(diǎn)N26 X100 Z100； 快速退刀至起刀點(diǎn)N27 M30； 程序結(jié)束4加工程序的檢驗(yàn)、修改 學(xué)生討論、自評(píng)、檢驗(yàn)、修改。 教師指導(dǎo)、講解。 四、數(shù)控仿真和實(shí)操加工 1零件的數(shù)控仿真 使用數(shù)控加工仿真軟件對(duì)加工程序進(jìn)行檢驗(yàn)，正確進(jìn)行數(shù)控加工仿真的操作，完成零件的仿真加工。 2零件的實(shí)操加工 通過(guò)仿真加工， 確定零件程序的正確性后， 在實(shí)訓(xùn)車間對(duì)該零件進(jìn)行實(shí)際操作加工。 五、加工零件的檢測(cè) 1利用游標(biāo)卡尺、外徑千分尺、內(nèi)徑千分尺、表面粗糙度工藝樣板等量具測(cè)量工件，學(xué)生對(duì)自己加工的零件進(jìn)行檢

18、測(cè)，包括尺寸精度的檢測(cè)和零件加工質(zhì)量的檢測(cè)。 2教師對(duì)學(xué)生加工零件進(jìn)行檢測(cè)，并做出點(diǎn)評(píng)。 六、任務(wù)擴(kuò)展 針對(duì)用圓弧插補(bǔ)指令加工該零件的學(xué)習(xí)情境，進(jìn)行擴(kuò)展創(chuàng)新，由教師講授，學(xué)生課后學(xué)習(xí)、應(yīng)用。 1.圓弧插補(bǔ) I、K 指定圓心位置方式 （1）編程格式 圓弧順時(shí)針插補(bǔ)：G02 X(U)_ Z(W)_ I_ K_ F_;圓弧逆時(shí)針插補(bǔ)：G03 X(U)_ Z(W)_ I_ K_ F_; 參數(shù)：I、K表示圓弧起點(diǎn)到圓弧圓心矢量值在X、Z方向的投影值，它們是增量值，并帶有正負(fù)號(hào)，即圓心的坐標(biāo)值減去圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值，在絕對(duì)、增量編程時(shí)都是以增量方式指定，在直徑、半徑編程時(shí)I都是半徑值。 （2）編程說(shuō)明 I、

19、K方向是從圓弧起點(diǎn)指向圓心，其正負(fù)取決于該方向與坐標(biāo)軸方向的異同，相同為正，反之為負(fù)，如圖3.7所示。圖3.7 圓弧起點(diǎn)與矢量方向 若在程序中同時(shí)出現(xiàn)I、K和 R時(shí)，以 R為優(yōu)先，I、K無(wú)效，即以半徑R方式編程。七、學(xué)習(xí)應(yīng)用加工圖所示零件，零件毛坯為55mm 的棒料，材料為 45 號(hào)鋼，完成零件的 數(shù)控加工，車削加工至圖紙尺寸。要求： 對(duì)零件進(jìn)行簡(jiǎn)單加工工藝分析； 要求使用刀尖半徑補(bǔ)償指令進(jìn)行數(shù)控加工程序編制； 進(jìn)行數(shù)控加工仿真。附件1： 學(xué)習(xí)任務(wù)單圖示零件為簡(jiǎn)單階梯軸，結(jié)構(gòu)要素有外圓柱面、倒角和圓弧面。要求最后切斷。毛坯為38mm的棒料，材料為45鋼，要求完成零件的數(shù)控加工，車削尺寸至圖中要求。附件