数控加工工艺与编程教案

数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号1授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 绪 论授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 1 掌握数控技术及数控机床的相关概念 2 理解本课程的专业作用及学习要求 教学难点教学难点 与重点与重点 数控机床的分类及坐标系建立方法 授课方法授课方法 多媒体课堂教学 图示 举例 讲 述 分析 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体 作作 业业整理课上笔记 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 课程引入 何为数控技术 数控机床的优点是什么 本课程的性质与任务的讲解 性质 实践性很强的专业课 任务 学习数控加工工艺制订及典型数控系统的编程的相关知识与技能 1 知识要求 1 了解数控机床与普通机床在机械部分 电气控制部分的不同 2 了解数控机床的维护方法及采取的安全措施 3 了解数控机床简单故障的分析及排除思路 2 技能要求 1 熟练掌握数控机床加工工艺分析 程序编制 2 掌握各数控机床操作步骤 3 各数控机床加工方法并能独立熟练加工中等难度的零件 绪绪 论论 一 数控技术及发展趋势 数控技术 简称数控 是指用数字 文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备 动作控制的技术 数控技术范围复盖很多领域 1 机械制造技术 2 信息处理 加工 传输技术 3 自动控制技术 4 伺服驱动技术 5 传感器技术 6 软件技术等 5min 10min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 数控加工技术优势如下 1 加工效率高 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面 而加工过程是由计算机控制 所以零件的互 换性强 加工的速度快 2 加工精度高 同传统的加工设备相比 数控系统优化了传动装置 提高分辨率 减少了人为误差 因此加工 的效率可以得到很大的提高 3 劳动强度低 由于采用了自动控制方式 也就是说加工的全部过程是由数控系统完成 不象传统加工手 段那样烦琐 操作者在数控机床工作时 只需要监视设备的运行状态 所以劳动强度很低 4 适应能力强 数控加工系统就象计算机一样 可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式 因此 加工的范围可以得到很大的扩展 5 工作环境好 数控加工机床是机械控制 强电控制 弱电控制为一体高科技产物 对机床的运行温度 湿度及环境都有较高的要求 二 数控机床基础 1 数控机床的特点 2 数控机床的分类 3 数控机床的坐标系 1 标准坐标系的确定 1 机床相对运动的规定 无论机床在实际加工中是工件运动还是刀具运动 在确定编程坐 标时 一般看作是工件相对静止 而刀具运动这一原则 2 机床坐标系的规定 在确定机床坐标轴时 一般先确定 Z 轴 然后确定 X 轴和 Y 轴 最后确定其他轴 机床某一零件运动的正方向 是指增大工件和刀具之间距离的方向 2 工件坐标系 工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素 点 直线和圆弧 的位置而建立的坐 标系 工件坐标系的原点即是工件零点 三 本课程的学习目的和要求 1 本课程的学习目的 本课程是机械类专业的一门专业必修课 与数控加工工艺 数控机床操作紧密联系 通过 本课程的学习 使学生能够针对被加工零件 在合理地制定数控加工工艺的基础上 运用数控 机床的数控系统所规定的编程规则和编程方法 编制零件的加工程序 为数控加工做准备 2 本课程的学习要求 本节课小结及布置作业 10min 10min 10min 20min 15min 10min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号2授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 1 1 数控加工工艺基础授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 1 掌握数控加工工艺设计的内容 2 了解数控加工工艺文件的格式 教学难点教学难点 与重点与重点 1 数控加工工序的划分及刀具选择等工艺相关知识 2 数控机工工艺文件的作用及要求 授课方法授课方法 多媒体课堂教学 图示 举例 讲 述 分析 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体 作作 业业P33 1 1 1 2 1 5 1 7 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 复习 数控机床及相关坐标系知识 第第 1 章章 数控加工工艺与编程基础数控加工工艺与编程基础 1 1 数控加工工艺基础 数控加工与通用机床加工相比较 在许多方面遵循的原则基本一致 但由于数控机床本身自 动化程度较高 控制方式不同 设备费用也高 使数控加工工艺相应形成了以下几个特点 1 工艺的内容十分具体 2 工艺的设计非常严密 3 注重加工的适应性 1 1 1 数控加工工艺设计内容 工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作 它必须在程序编制工作之前完成 填写数 控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一 这些技术文件既是数控加工的依据 产品 验收的依据 也是操作者遵守 执行的规程 同时还为产品零件重复生产积累了必要的工艺资料 为企业进行了技术储备 技术文件是对数控加工的具体说明 目的是让操作者更明确加工程序的 内容 装夹方式 各个加工部位所选用的刀具及其它技术问题 不同的数控机床 工艺文件的内容也有所不同 一般的工艺文件应包括 1 编程任务书 2 数控加工工序卡片 3 数控机床调整单 4 数控加工刀具卡片 5 数控加工进给路线图 6 数控加工程序单 5min 10min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 1 数控加工编程任务书 编程任务书阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求 工序说明和数控加工前应保证的 加工余量 是编程员与工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一 2 数控加工工序卡 数控加工工序卡与普通加工工序卡很相似 所不同的是 工序简图中应注明编程原点与对 刀点 要有编程说明及切削参数的选择等 它是操作人员进行数控加工的主要指导性工艺资料 工序卡应按已确定的工步顺序填写 3 数控加工工件安装和原点设定卡片 简称装夹图和零件设定卡 它应表示出数控加工原点定位方法和夹紧方法 并应注明加工原点设置位置和坐标方向 使用的夹具名称和编号等 4 数控刀具卡片 数控加工刀具卡主要反映刀具名称 编号 规格 长度等内容 它是组装刀具 调整刀具 的依据 5 数控加工走刀路线图 在数控加工中 常要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞 为此必须 设法告诉操作者关于编程中的刀具运动路线 如 从哪里下刀 在哪里抬刀 哪里是斜下刀等 为简化走刀路线图 一般可采用统一约定的符号来表示 6 数控加工程序单 数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况 按照机床特点的指令代码编制的 它是记录 数控加工工艺过程 工艺参数的清单 有助于操作员正确理解加工程序内容 1 1 2 数控加工工序的划分 1 以同一把刀具加工的内容划分工序 2 以加工部分划分工序 3 以粗 精加工划分工序 1 1 3 数控加工刀具的选择 选择刀具应根据机床的加工能力 工件材料的性能 加工工序 切削用量以及其他相关因 素正确选用刀具及刀柄 刀具选择总的原则是 适用 安全 经济 1 1 4 数控加工走刀路线的选择 走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹 它不但包括了工序的内容 而 且也反映出工序的顺序 走刀路线是编写程序的依据之一 因此 在确定走刀路线时最好画一 张工序简图 将已经拟定出的走刀路线画上去 包括进刀 退刀路线 这样可为编程带来不少 方便 本节课小结及布置作业 10min 5min 5min 10min 5min 5min 10min 15min 10min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号3授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 1 2 数控加工及相关基础授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 1 掌握数控加工相关知识 2 理解数控加工原理 教学难点教学难点 与重点与重点 1 数控加工刀位计算原理 2 刀具半径补偿与长度补偿 授课方法授课方法 多媒体课堂教学 图示 举例 讲 述 分析 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体 作作 业业P33 1 12 1 14 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 复习 数控加工工艺制定与文件的相关知识 1 2 数控加工及相关基础数控加工及相关基础 1 2 1 数控加工原理 数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线 折线上的结点称为刀位点 刀具的中心点 沿着刀轨依次经过每一个刀位点 从而切削出工件的形状 刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为数控机床的插补运动 由于数控机床一般 只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式完成插补运动 因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆 弧段将刀位点连接而成的折线 数控编程的任务是计算出数控刀轨 并以程序的形式输出到数控机床 其核心内容就是计算 出数控刀轨上的刀位点 在数控加工误差中 与数控编程直接相关的有两个主要部分 1 刀轨的插补误差 由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成 因此只能近似地拟合理想的 加工轨迹 2 残余高度 在曲面加工中 相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域 由此造成的加 工误差称为残余高度 它主要影响加工表面的粗糙度 刀具的表面成形运动通常分为主运动和进给运动 主运动指机床的主轴转动 其运动质量主 要影响产品的表面光洁度 进给运动是主轴相对工件的平动 其传动质量直接关系到机床的加工 性能 5min 15min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 1 2 2 数控加工刀位计算 数控加工刀位点的计算过程可分为3个阶段 1 加工表面的偏置 2 刀轨形式的确定 3 刀位点的计算 1 2 3 高度与安全高度 起止高度指进退刀的初始高度 在程序开始时 刀具将先到这一高度 同时在程序结束后 刀具也将退回到这一高度 起止高度就大于或等于安全高度 安全高度也称为提刀高度 是为 了避免刀具碰撞工件而设定的高度 Z值 1 2 4 刀具半径补偿和长度补偿 数控机床在进行轮廓加工时 由于刀具有一定的半径 如铣刀半径 因此在加工时 刀 具中心的运动轨迹必须偏离零件实际轮廓一个刀具半径值 否则加工出的零件尽寸与实际需要 的尺寸将相差一个刀具半径值或者一个刀具直径值 此外 在零件加工时 有时还需要考虑加 工余量和刀具磨损等因素的影响 根据加工情况 有时不仅需要对刀具半径进行补偿 还要对刀具长度进行补偿 1 2 5 顺铣与逆铣 1 2 6 冷却液开关 1 2 7 拐角控制 拐角是在切削过程中遇到拐角时的处理方式 有圆角和尖角两种处理方法 这主要对于机 床及刀具有意义 对零件的加工结果不影响 尖角处理时 刀具从轮廓的一边到另一边的过程 中 以直线的方式过滤 适合于大于90 的角 圆弧方式处理时 刀具从轮廓的一边到另一边 的过程中 以圆弧的方式过滤 适合于小于或等于90 的角 采用圆弧过滤可以避免机床进给 方向的急剧变化 在处理有加工留量的角落时 某些系统软件会将补正后的加轮廓线做成角落 圆角 即有以下三种方式处理 1 角落圆角 处理成工件外部轮廓及刀具路径都是圆角 2 角落尖角 处理成工件外部轮廓为尖角 而刀具路径为圆角 3 路径尖角 处理成工件外部轮廓及刀具路径都是尖角 1 2 8 轮廓控制 在数控编程中 不少时候需要通过轮廓来限制加工范围 而某些刀轨形中 轮廓是必不可 少的因素 缺少轮廓将无法生成刀路轨迹 轮廓线需要设定其偏置补偿的方向 对于封闭的轮 廓线会有3种参数选择 即刀具是在轮廓上 轮廓内或轮廓外 1 刀具在轮廓上 ON 刀具中心线与轮廓线相重合 即不考虑补偿 2 刀具在轮廓内 Inside 是刀具中心不到轮廓上 而刀具的侧边到轮廓上 即相差一 个刀具半径 3 刀具在轮廓外 Outside 刀具中心越过轮廓线 超过轮廓线一个刀具半径 本节课小结及布置作业 10min 10min 10min 20min 15min 10min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号4授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 1 3 数控编程基础授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 1 掌握数控编程的基础知识 2 掌握数控编程指令的基础知识 教学难点教学难点 与重点与重点 1 数控程序结构的组成 2 主要 G 指令的功能 授课方法授课方法 多媒体课堂教学 图示 举例 讲 述 分析 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体 作作 业业整理课上笔记 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 复习 数控加工相关基础知识 1 3 数控编程基础数控编程基础 1 3 1 数控编程概述 数控编程技术经历了三个发展阶段 即手工编程 APT 语言编程和交互式图形编程 由于手 工编程难以承担复杂曲面的编程工作 因此自第一台数控机床问世不久 美国麻省理工学院即开 始研究自动编程的语言系统 称为 APT Automatically Programmed Tools 语言 经过不断的发 展 APT 编程能够承担复杂自由曲面加工的编程工作 然而 由于APT语言是开发得比较早的计算机数控编程语言 而当时计算机的图形处理能力 不强 因而必须在APT源程序中用语言的形式去描述本来十分直观的几何图形信息及加工过程 再由计算机处理生成加工程序 致使其直观性差 编程过程比较复杂不易掌握 目前已逐步为交 互式图形编程系统所取代 图形交互自动编程是一种计算机辅助编程技术 它是通过专用的计算机软件来实现的 这种 软件通常以机械计算机辅助设计 CAD 软件为基础 利用CAD软件的图形编辑功能将零件的 几何图形绘制到计算机上 形成零件的图形文件 然后调用数控编程模块 采用人机交互的方式 在计算机屏幕上指定被加工的部位 再输入相应的加工参数 计算机便可自动进行必要的数学处 理并编制出数控加工程序 同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹 5min 15min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 1 3 2 数控程序结构 数控程序是由为使机床运转而给与数控装置的一系列指令的有序集合所构成的 靠这些指 令使刀具按直线或者圆弧及其他曲线运动 控制主轴的回转 停止 切削液的开关 自动换刀 装置和工作台自动交换装置的动作等 程序是由程序段 Block 所组成 每个程序段是由字 word 和 所组成 而字是由 地址符和数值所构成的 如 X 地址符 100 0 数值 Y 地址符 50 0 数值 程序由程 序号 程序段号 准备功能 尺寸字 进给速度 主轴功能 刀具功能 辅助功能 刀补功能 等构成的 一个数控程序由以下几个部分组成 1 程序起始符 一般为 等 不同的数控机床起始符可能不同 应根据具体 的数控机床说明使用 程序起始符单列一行 2 程序名 单列一行 有两种形式 一种是以规定的英文字母 通常为O 为首 后面 接若干位数字 通常为2位或者4位 如O0600 也可称为程序号 另一种是以英文字母 数字 和符号 混合组成 比较灵活 程序名具体采用何种形式由数控系统决定 3 程序主体 由多个程序段组成 程序段是数控程序中的一句 单列一行 用于指挥机 床完成某一个动作 每个程序段又由若干个程序字 word 组成 每个程序字表示一个功能指 令 因此又成为功能字 它由字首及随后的若干个数字组成 如X100 字首是一个英文字母 称为字的地址 它决定了字的功能类别 一般字的长度和顺序不固定 在程序末尾一般有程序 结束指令 如M30 用于停止主轴 冷却液和进给 并使控制系统复位 4 程序结束符 程序结束的标记符 一般与程序起始符相同 1 3 3 数控程序的指令 数控程序的指令由一系列的程序字组成 而程序字通常由地址 address 和数值 number 两部分组成 地址通常是某个大写字母 1 顺序号字 顺序号字也称程序段号 在程序段之首 以字母N开头 其后为一个2 4位 的数字 2 准备功能字 以字母G开头 后接一个两位数字 因此又称为G指令 3 辅助功能字 辅助功能字一般由字符M及随后的2位数字组成 因此也称为M指令 4 其他功能字 1 尺寸字 也叫尺寸指令 主要用来指令刀位点坐标位置 如X Y Z主要用于表示刀 位点的坐标值 而I J K用于表示圆弧刀轨的圆心坐标值 参见G02 G03指令中的内容 2 进给功能字 以字符F开头 因此又称为F指令 用于指定刀具插补运动 即切削运动 的速度 称为进给速度 单位是毫米 分钟 mm min 3 主轴转速功能字 以字符S开头 因此又称为S指令 用于指定主轴的转速 以其后的 数字给出 单位是转 分钟 r min 4 刀具功能字 用字符 T 及随后的号码表示 因此也称为 T 指令 用于指定加工时采用 的刀具号 该指令在加工中心上使用 本节课小结及布置作业 10min 10min 10min 20min 15min 10min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号5授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 1 4 工艺与编程基础项目实训授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 1 理解数控加工工艺编制的过程 2 理解数控加工工艺参量的选择 教学难点教学难点 与重点与重点 数控加工工艺编制的过程 授课方法授课方法 多媒体课堂教学 图示 举例 讲 述 分析 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体 作作 业业整理课上笔记 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 复习 数控编程的相关知识 1 4 工艺与编程基础项目实训工艺与编程基础项目实训 1 4 1 任务单 加工如图1 23所示的零件 试分析此零件的结构是否适合于数控加工 加工部分有外圆 螺 纹和退刀槽 试分析用什么样的车刀加工此工件 由图可知 45 5的轴段精度要求较高 试分 析采用什么样的加工方法和加工顺序来保证此加工精度 5min 10min 数控加工工艺与编程 第 页 图 1 23 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 1 4 2 数控加工工艺编制 第第1步 零件结构工艺分析 毛坯及加工定位基准的确定步 零件结构工艺分析 毛坯及加工定位基准的确定 1 零件图分析 1 概括了解 此零件为阶梯轴 材料为45 钢 采用1 1比例 共有4个轴段 需要加工 外圆 切槽 螺纹 2 分析试图 本阶梯轴结构 形状简单 没有需要进一步表达的部位 故采用一个主视 图将结构完全表达 3 尺寸与几何精度分析 2 工件的结构工艺性分析 3 确定毛坯 4 基准的选择 此工件的径向尺寸设计基准为中心线 轴向尺寸设计基准为右端面 采用三爪自定位卡盘 装夹 定位基面为外圆 可认为定位基准为中心线 满足基准重合原则 第第2步 拟定加工工艺路线 制定工序卡片步 拟定加工工艺路线 制定工序卡片 1 加工方法的选择 该工件公差等级为IT8级 表面粗糙度为1 6 从表1 13中可以查出此工件的加工方法为 m 粗加工 半精加工和精加工 2 确定装夹方案 3 数控机床的选择 此零件加工精度为IT8级 故选择普及型数控车床 4 刀具的选择 此工件需要加工的内容为外圆 端面 槽和螺纹 因此需要选择外圆车刀 切槽刀 600螺 纹车刀 5 切削用量见表1 14所示 6 工件工艺分析 7 填写工件安装和原点设定卡和工序卡 第第3步 确定加工余量 工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算步 确定加工余量 工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算 图纸轴段直径设计尺寸 表面粗糙度1 6 毛坯为型材 工艺过程为粗车 半 042 0 0 5 44 m 精车 精车 用查表修正法或经验估计法确定毛坯总余量和各工序余量 其中粗铣余量由毛坯总 余量减去其余工序余量确定 本节课小结及布置作业 30min 30min 20min 5min 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号6授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 2 1 1 数控车床加工的特点 2 1 2 数控车床的类型 授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 目标 数控车削加工中的加工方法 要求 掌握数控车削加工主要加工内容 教学难点教学难点 与重点与重点 重点 数控车床加工的特点 难点 数控车削加工主要加工内容 授课方法授课方法 理实一体 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体教学 作作 业业 数控车削加工中的加工方法有哪些 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 课程的设计过程 一 复习上次课程所讲的内容 二 课问题 了解学生对上次课程内容的掌握情况 三 引出本次课成所讲的内容 四 本次课程的内容概述 1 数控车床加工的特点 2 数控车削加工主要加工内容 五 总结本此课程所讲的内容 六 布置课后习题 七 对下次课程做简要介绍 以便学生课后预习 5 分钟 5 分钟 5 分钟 70 分钟 5 分钟 5 分钟 5 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 一 数控车削加工主要有以下加工内容 1 车削外圆 车削外圆是最常见 最基本的车削方法 工件外圆一般由圆柱面 圆锥面 圆弧面及回转 槽等基本面组成 2 车削内孔 车削内孔是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面 是常用的车削加工方法 之一 3 车削端面 车削端面包括台阶端面的车削 偏刀车削端面 可采用较大背吃刀量 切削顺利 表面光 洁 而且大 小端面均可车削 4 车削螺纹 车削螺纹是数控车床的特点之一 在普通车床上一般只能加工少量的等螺距螺纹 而在数 控车床上 只要通过调整螺纹加工程序 指出螺纹终点坐标值及螺纹导程 即可车削各种不同 螺距的圆柱螺纹 锥螺纹或端面螺纹等 螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行 也可进行 循环切削 二 数控车床的类型 1 按结构分类 数控车床分为立式数控和卧式数控车床两种类型 1 立式数控车床 用于回转直径较大的盘类零件的车削加工 2 卧式数控车床 用于轴向尺寸较大或较小的盘类零件加工 相对与立式数控车床来说 卧式数控 车 床的结构形式较多 加工功能丰富 使用的面积较广 1 经济型数控车床 采用的是步进电动机和单片机 是通过对普通的车床的车削进给系统改善后形成的简 易型数控车床 成本较低 但是自动化程度和功能都比较差 加工的精度也不高 适用于 10分钟 10 分钟 10 分钟 10 分钟 10 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 要求 不太高的回转类零件的车削加工 2 通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床 数 控系统功能强 自动化程度和加工精度也比较高 适用于一般回转类零件的车削加工 这 种数控车床加工可以同时控制两个坐标轴 即 X 轴和 Z 轴 3 车削加工中心 在普通数控车床的基础上 增加了 C 轴和动立头 更高级的机床还带有刀库 可控制 X Z 和 C 三个坐标轴 联动控制可以是 X Z Z C 或 X C 由于增加了 C 轴和铣 削动力头 这种数控车床的加工功能大大的增强 除可以进行一般车削外 还可以进行径 向和轴向铣削 曲面铣削 中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工 2 按导轨分类 床身导轨与水平面的相对位置有 4 种布局形式 为水平床身布局 斜床身布局 斜床身布 局 3 按刀架的布局分类 可分为两坐标联动和四坐标控制两类 1 两坐标联动 用于加工盘类零件的回转刀架 其回转轴垂直于主轴 用于加工轴类和盘类零件的回转刀架 其回转轴平行于主轴 常用有 6 工位 8 工位 10 工位 12 工位 2 四坐标控制 有两个独立的滑板和回转刀架 故称为双刀架四坐标数控车床 每个刀架的切削进给量分别控制 两刀架可以同时切削同一工件的不同部位 四坐标数控车床的结构复杂 且需要配置专门的数控系统实现对两个独立刀架的控制 这 种机床适合加工曲轴 飞机零件等形状复杂 批量较大的零件 10 分钟 10 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号7授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 2 1 3 数控车床结构特点 2 1 4 数控车削工艺分析 授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 目标 数控车床结构特点及工艺路线拟定 要求 掌握数控车削加工工艺路线制订 教学难点教学难点 与重点与重点 重点 数控车床结构特点 难点 数控车削加工工艺路线制订 授课方法授课方法 理实一体 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体教学 作作 业业 工艺分析包括哪些内容 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 课程的设计过程 一 复习上次课程所讲的内容 二 课问题 了解学生对上次课程内容的掌握情况 三 引出本次课成所讲的内容 四 本次课程的内容概述 1 数控车床结构特点 2 数控车削工艺分析 五 总结本此课程所讲的内容 六 布置课后习题 七 对下次课程做简要介绍 以便学生课后预习 5 分钟 5 分钟 5 分钟 70 分钟 5 分钟 5 分钟 5 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 一 数控车床结构特点 1 由于数控车床刀架的两个方向运动分别由伺服电动机驱动 所以它的传动链短 2 多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴 按控制指令作无级变速 主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速 3 数控车床的第三个结构特点是轻拖动 刀架移动一般采用滚珠丝杆副 滚珠丝杆副是 数 控车床的关键机械部件之一 滚珠丝杆两端安装的滚动轴承要大的多 这种专用轴承配对 安装 是选配的 最好在轴承出厂时就是成对的 4 为了拖动轻便 数控车床的润滑都比较充分 大部分采用油雾自动润滑 5 由于数控车床的价格较高 控制系统的寿命较长 所以数控车床的滑动导轨也要求耐 磨 性好 数控车床一般采用的是镶刚导轨 这样精度保持比较长 使用是寿命也加长 6 数控车床还具有加工冷却充分 防护较严密等特点 自动运转时一般都处于全封闭或 半 封闭状态 二 数控车削工艺分析 1 结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性 即所设计的零件结构应便于加工成型 在数控车床上加工零件时 应根据数控车削的特点 认真审视零件结构的合理性 2 构成零件轮廓的几何要素 由于设计等各种原因 在图纸上可能出现加工轮廓的数据不充分 尺寸模糊不清及尺寸封 闭等缺陷 从而增加编程的难度 有时甚至无法编写程序 3 尺寸公差要求 在确定控制零件尺寸精度的加工工艺时 必须分析零件图样上的公差要求 从而正确选择 刀具及确定切削用量等 在尺寸公差要求的分析过程中 还可以同时进行一些编程尺寸的简单 换算 如中值尺寸及尺寸链的解算等 在数控编程时 常常对零件要求的尺寸取其最大和最小 极限尺寸的平均值 即 中值 作为编程的尺寸依据 30 分 钟 5 分钟 5 分钟 10 分 钟 数控加工工艺与编程 第 页 4 形状和位置公差要求 图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要要求 在工艺准备过程中 除了按其 要求确定零件的定位基准和检测基准 并满足其设计基准的规定外 还可以根据机床的特殊需 要进行一些技术性处理 以便有效地控制其形状和位置误差 5 表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求 也是合理选择机床 刀具及确定切削用 量的重要依据 6 材料要求 图样上给出的零件毛坯材料及热处理要求 是选择刀具 材料 几何参数及使用寿命 确 定加工工序 切削用量及选择机床的重要依据 7 加工数量 零件的加工数量对工件的装夹与定位 刀具的选择 工序的安排及走刀路线的确定等都是 不可忽视的参数 5 分钟 5 分钟 5 分钟 5 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号8授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 2 1 5 车削加工工件装夹 授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 目标 车削加工工件装夹 要求 掌握工件装夹方法 教学难点教学难点 与重点与重点 重点 车削加工工件装夹 难点 装夹方法和基准的选择 授课方法授课方法 理实一体 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体教学 作作 业业 车削加工是工件如何装夹 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 课程的设计过程 一 复习上次课程所讲的内容 二 课问题 了解学生对上次课程内容的掌握情况 三 引出本次课成所讲的内容 四 本次课程的内容概述 车削加工工件装夹 1 夹具类型 2 基准 3 数控车床定位基准的选择 4 装夹方法 5 找正方法 五 总结本此课程所讲的内容 六 布置课后习题 七 对下次课程做简要介绍 以便学生课后预习 5 分钟 5 分钟 5 分钟 70 分钟 5 分钟 5 分钟 5 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 车削加工工件装夹 在数控车床上用于装夹零件的装置称为车床夹具 车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两 大类 通用夹具是指能够装夹两种或两种以上零件的夹具 例如车床上的三爪卡盘 四爪卡盘 弹簧卡套和通用心轴等 专用夹具是专门为加工某一特定零件的某一工序而设计的夹具 1 夹具类型 1 三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘是一种常用的自动定心夹具 适用于装夹轴类 盘套类零件 2 四爪单动卡盘 适用于外形不规则 非圆柱体 偏心及位置与尺寸精度要求高的零件 3 花盘 与其他车床附件配合使用 适用于外形不规则 偏心及需要端面定位夹紧的零件 4 心轴 常用的心轴有圆柱心轴 圆锥心轴和花键心轴 圆柱心轴主要用于套筒和盘类零件的装夹 圆锥心轴的定心精度高 但零件的轴向位移误差较大 用于以孔为定位基准的零件 花键心轴 用于以花键孔定位的零件 专用夹具的作用为 1 保证产品质量 2 提高加工效率 3 解决车床加工中的特殊装夹问题 4 扩大机床的使用范围 2 基准 1 设计基准 设计基准是设计零件时采用的基准 例如轴套类和轮盘类零件的中心线 轴套类和轮盘类 零件都属于回转体类 通常将径向设计基准设置在回转体轴线上 将轴向设计基准设置在零件 的某一端面或几何中心处 10 分 钟 10 分 钟 5 分钟 20 分 钟 数控加工工艺与编程 第 页 2 加工定位基准 加工定位基准是在加工零件时装夹定位的基准 数控车削加工轴套类及轮盘类零件的加工 定位基准只能是被加工零件的外圆表面 内圆表面或零件端面中心孔 3 测量基准 被加工零件各项精度测量和检测时的基准 机械加工零件的精度要求包括尺寸精度 形状 精度和位置精度 3 数控车床定位基准的选择 定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工零件定位面的选择 4 装夹方法 1 三爪卡盘装夹 三个卡爪可同时移动 自动定心 装夹迅速 方便 用于装夹零件的长径比小于 4 截面 为圆形 正六边形的中 小型零件 2 四爪卡盘装夹 四爪卡盘的四个卡爪是各自独立移动的 通过调整零件夹持部位在车床主轴上的位置 使 零件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合 四爪卡盘的找正烦琐费时 一般用于单 件小批生产 四爪卡盘的卡爪有正爪和反爪两种形式 用于装夹零件的长径比小于 4 偏心距 较小 截面为方形 椭圆形的较大 较重的零件 3 花盘装夹 盘面上有多个通孔和 T 形槽 用螺钉 压板装夹零件 不能自动定心 装夹零件需要找正 用于形状不规则的零件 孔或外圆与定位基面垂直的零件 4 双顶尖拨盘装夹 这种装夹方法定心准确可靠 安装方便 装夹稳定 用于装夹长径比为 4 15 的实心轴类 零件和加工精度要求较高的零件 顶尖作用是进行零件的定心 并承受零件的重量和切削力 使用两顶尖装夹工件时的注意事项 前后顶尖的连线应该与车床主轴中心线同轴 否则会产生锥度误差 尾座套筒在不与车刀干涉的前提下 应尽量伸出短些 以增加刚性和减小振动 中心孔的形状应正确 表面粗糙度应较好 两顶尖中心孔的配合应该松紧适当 5 双顶尖中心架装夹 15 分 钟 10 分 钟 10 分 钟 数控加工工艺与编程 第 页 这种装夹方法的支撑爪位置可调 增加了零件的刚性 用于装夹长径比大于 15 的细长轴 类 零件的粗加工 6 一夹一顶跟刀架装夹 这种装夹方法的支撑爪随刀具一起运动 加工表面无接刀痕迹 用于装夹长径比大于 15 的 细长轴类零件的半精加工或精加工 在车削质量较大的工件时 一般工件的一端用卡盘夹持 另一端用后顶尖支撑 为了防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移 必须在卡盘内装一限 位支撑 或者利用工件的台阶面进行限位 此种装夹方法比较安全可靠 能够承受较大的轴向 切削力 安装刚性好 轴向定位准确 所以在数控车削加工中应用较多 7 心轴装夹 当工件用已加工过的孔作为定位基准时 可采用芯轴装夹 这种装夹方法可以保证工件内 外表面的同轴度 适用于批量生产 芯轴的种类很多 常见的芯轴有圆柱芯轴 小锥度芯轴 弹簧芯轴 又称涨心芯轴 5 找正方法 与普通车床找正零件时的方法相同 一般用打表找正 通过调整卡爪 使得零件坐标系的 Z 轴与数控车床的主轴回转中心轴线重合 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号9授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 2 1 6 数控车刀的选择 2 1 7 数控车床切削用量的选择 7 数控车床切削用量的选择 授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 目标 数控车刀的选择及切削用量的选择 要求 掌握车刀的选择及切削用量的选择 教学难点教学难点 与重点与重点 重点 数控车刀的选择及切削用量的选择 难点 切削用量的选择 授课方法授课方法 理实一体 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体教学 作作 业业 切削用量如何选择 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 课程的设计过程 一 复习上次课程所讲的内容 二 课问题 了解学生对上次课程内容的掌握情况 三 引出本次课成所讲的内容 四 本次课程的内容概述 1 数控车刀的选择 2 数控车床切削用量的选择 五 总结本此课程所讲的内容 六 布置课后习题 七 对下次课程做简要介绍 以便学生课后预习 5 分钟 5 分钟 5 分钟 70 分钟 5 分钟 5 分钟 5 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 一 数控车刀的选择 1 常用数控车刀的类型 数控车刀一般分为尖形车刀 圆弧形车刀和成型车刀三种类型 1 尖形车刀 以直线形切削刃形成的车刀一般称为尖形车刀 这类车刀的刀尖 刀位点 由直线形的主 副切削刃构成 常见的有90 偏刀 切槽刀 端面车刀及刀尖倒棱很小的外圆和内孔车刀 用 这种车刀加工零件时 零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移得到 2 圆弧形车刀 这种车刀的主切削刃形状 为圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧 该圆弧刃上每一点都 是刀尖 因此 刀位点不在圆弧上 而在该圆弧的圆心上 编程时要进行刀具半径补偿 圆弧 形车刀可以用于车削内 外圆表面 特别适宜于车削精度要求较高的凹曲面或大外圆弧面 具 有宽刃切削 修光 性能 能使精车余量相当均匀 可以一刀车出跨多个象限的圆弧面 3 成型车刀 成型车刀也称样板车刀 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定 常见 的有小半径圆弧车刀 非矩形车槽刀和螺纹车刀等 2 常用车刀的几何参数 刀具切削部分的几何参数对零件的表面质量及切削性能影响很大 应根据零件的形状 刀 具的安装位置及加工方法 正确选择刀具的几何形状及有关参数 1 尖形车刀的几何参数 尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度 选择方法与使用普通车削时基本相同 但应 结合数控加工的走刀路线和加工干涉等进行全面考虑 2 圆弧形车刀的几何参数 圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角外 主要为车刀圆弧切削刃的形状及半径 车刀切 削刃的圆弧半径 应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径 以免发生加工干涉 同时 圆弧半径也不宜选择太小 否则既难于制造 还会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差 使车 刀容易损坏 3 机夹可转位车刀的选用 为了减少换刀时间和对刀方便 便于实现机械加工的标准化 数控车削加工时 应尽量采 用机夹刀和机夹刀片 1 刀片材质的选择 常见刀片的材料有高速钢 硬质合金 涂层硬质合金 陶瓷 立方氮化硼和金刚石等 其 中应用最多的硬质合金和涂层硬质合金刀片 选择刀片材质的主要依据是被加工零件的材料 10 分 钟 20 分 钟 10 分 钟 数控加工工艺与编程 第 页 被加工表面的精度 表面质量要求 切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等 2 刀片的紧固方式 在国家标准中 一般紧固方式有上压式 代码为C 上压与销孔夹紧 代码为M 销 孔夹紧 代码为P 和螺钉夹紧 代码为S 四种 但这仍没有包括可转位车刀所有的夹紧方式 而且 各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式 因此选用时要查阅产品样本 3 刀片外形的选择 刀片外形与加工的对象 刀具的主偏角 刀尖角和有效刃数等有关 4 刀杆头部形式的选择 刀杆头部形式按主偏角和直头 弯头分有 15 18 种 各形式规定了相应的代码 国家标 准 和刀具样本中都一一列出 可以根据实际情况选择 5 刀片后角的选择 常用的刀片后角有 N 0 C 7 P 11 和 E 20 等 一般粗加工 半精加工可 用 N 型 半精加工 精加工可用 C P 型 也可用带断屑槽的 N 型刀片 6 左右手刀柄的选择 左右手刀柄有R 右手 L 左手 N 左右手 三种 选择时要考虑车床刀架是前置 式还是后置式 前刀面是向上还是向下 主轴的旋转方向以及需要的进给方向等 7 刀尖圆弧半径的选择 刀尖圆弧半径不仅影响切削效率 而且关系到被加工表面的粗糙度及加工精度 8 断屑槽形的选择 断屑槽的参数直接影响着切屑的卷曲和折断 目前刀片的断屑槽形式较多 各种断屑槽刀 片使用情况不尽相同 二 数控车床切削用量的选择 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量 主轴转速或切削速度 进给速度或进给量 在 编制加工程序的过程中 正确选择切削用量 使背吃刀量 主轴转速和进给速度三者间能相互 适应 以形成最佳的切削参数 这是工艺处理的重要内容之一 1 背吃刀量的确定 在车床系统刚性允许的条件下 尽可能选取较大的背吃刀量 以减少走刀次数 提高生产 效率 当零件的精度要求较高时 应考虑留出精车余量 常取0 1 0 5mm 2 主轴转速的确定 1 光车时 主轴转速的确定应根据零件上被加工部位的直径 并按零件和刀具的材料及加工性质等条 件所允许的切削速度来确定 在实际生产中 主轴转速可用下式计算 2 车螺纹时 30 分 钟 数控加工工艺与编程 第 页 车削螺纹时 车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 或导程 大小 驱动电机的升降频特性 及螺纹插补运算速度等多种因素影响 对于不同的数控系统 推荐有不同的主轴转速选择范围 3 进给速度的确定 进给速度是指在单位时间里 刀具沿进给方向移动的距离 mm min 有些数控车床规 定可以选用以进给量 mm r 表示的进给速度 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 序号序号10授课日期授课日期班级班级 项目 章节 项目 章节 2 1 8 车削加工顺序的确定 2 1 9 进给路线的确定 授课时数授课时数2 教学目标教学目标 与要求与要求 目标 车削加工顺序的确定及进给路线的确定 要求 掌握进给路线的确定 教学难点教学难点 与重点与重点 重点 车削加工顺序的确定及进给路线的确定 难点 进给路线如何确定 授课方法授课方法 理实一体 现代化 现代化 教学手段教学手段 多媒体教学 作作 业业 进给路线如何确定 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 课程的设计过程 一 复习上次课程所讲的内容 二 课问题 了解学生对上次课程内容的掌握情况 三 引出本次课成所讲的内容 四 本次课程的内容概述 1 车削加工顺序的确定 2 进给路线的确定 五 总结本此课程所讲的内容 六 布置课后习题 七 对下次课程做简要介绍 以便学生课后预习 5 分钟 5 分钟 5 分钟 70 分钟 5 分钟 5 分钟 5 分钟 数控加工工艺与编程 第 页 教教 案案 教教 学学 内内 容容 及及 过过 程程 时间时间 分配分配 一 车削加工顺序的确定 制定零件车削加工顺序一般遵循下列原则 1 先粗后精 按照粗车 半精车 精车的顺序 逐步提高加工精度 粗车将在较短的时间内将工件表面 上的大部分加工余量 如图 2 19 中的双点划线内所示部分 切掉 一方面提高金属切除率 另 方面满足精车的余量均匀性要求 若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求 则要安 排半精加工 为精车作准备 精车要保证加工精度 按图样尺寸 一刀车出零件轮廓 2 先近后远 这量所说的远和近是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的 在一般情况下 离对刀 点远的部位后加工 以便缩短刀具移动距离 减少空行程时间 而且对于车削而言 先近后远 还有利于保持坯件或半成品的刚性 改善其切削条件 3 内外交叉 对既有内表面 内型 腔 又有外表面需加工的零件 安排加工顺序时应先进行内外表 面粗加工 后进行内外表面精加工 切不可将零件上一部分表面 外表面或内表面 加工完毕 后 再加工其它表面 内表面或外表面 二 进给路线的确定 1 轮廓粗车进给路线 在确定粗车进给路线时 根据最短切削进给路线的原则 同时兼顾工件的刚性和加工工艺 性等要求 来选择确定最合理的进给路线 2 车削圆锥的加工路线 在数控车床上车削外圆锥可以分为车削正圆锥和车削倒圆锥两种情况 而每一种情况又有 两种加工路线 图 2 22 所示为车削正圆锥的两种加工路线 3 车削圆弧的加工路线 在粗加工圆弧时 因其切削余量大 且不均匀 经常需要进行多刀切削 在切削过程中 可以采用多种不同的方法 1 车锥法粗车圆弧 车锥法粗车圆弧的切削路线 即先车削一个圆锥 再车圆弧 20 分 钟 20 分 钟 数控加工工艺与编程 第 页 2 车矩形法粗车圆弧 车矩形法粗车圆弧 不超过 l 4 的圆弧 当圆弧半径较大时 其切削余量往往较大 此 时 可采用车矩形法粗车圆弧 3 车圆法粗车圆弧 前面两种方法粗车圆弧 所留的加工余量都不能达到一致 用 G02 或 G03 指令粗车圆弧 若一刀就把圆弧加工出来 这样吃刀量太大 容易打刀 4 车螺纹时的加工路线分析 螺纹加工的类型包括圆柱螺纹 圆锥螺纹 端面螺纹 单头螺纹和多头螺纹 恒螺距与变 螺距螺纹 不同的数控系统 螺纹加工指令也有差异 实际应用中按所使用机床的要求编程加 工 1 螺纹加工方法 在数控车床上加工螺纹的进刀方式通常有直进法和斜进法 如图2 27所示 直进法使用刀 具双侧刃切削 切削力较大 一般用于螺距或导程小于3mm的螺纹加工 斜进法使用刀具单侧 刃切削 切削力较小 一般用于螺距或导程大于3mm的螺纹加工 2 螺纹尺寸的计算 在用车削螺纹指令编程前 需对螺纹的相关尺寸进行计算 以确定车削螺纹程序段中 的 有关参数 螺纹牙型高度 螺纹进刀与退刀距离 螺纹顶径控制 5 车槽加工路线分析 1 对于宽度 深度值相对不