单元二--数控加工工艺.doc

《数控加工工艺与编程》项目一单元2教学设计 12-12
《数控加工工艺与编程》单元教学设计
项目一 数控车削轮廓（阶梯轴、中心孔）加工编程
1．适用对象
高等职业教育数控技术（数控加工技术方向）专业学生、数控车工受培训者。
2．参考学时
16学时
3．项目能力目标
1）会建立数控加工编程坐标系和工件坐标系；
2）会确定对刀点、走刀路线和加工余量，会进行内外圆车刀的对刀操作；
3）能选择合适的机床、装夹方案、刀具和切削用量，制订阶梯轴加工工艺文件；
4）会利用G00、G01、G02/G03、G96、G97、G98、G99、G90、G94、G71、G72、G73、G70、G74、常用M代码及F、S、T代码，按照数控编程的格式来编写阶梯轴内外轮廓的数控加工程序。
4．工作任务
1）分析阶梯轴零件图样，进行工艺处理；
2）编写阶梯轴数控车削加工程序；
3）在数控加工仿真环境仿真加工，校验数控加工程序；
4）模拟、检测加工结果，保证加工质量。
模块一 阶梯轴外轮廓车削加工
参考学时
12
能力目标
1．会建立数控加工编程坐标系和工件坐标系；
2．会确定对刀点、走刀路线和加工余量，会进行外圆车刀的对刀操作；
3．能选择合适的机床、装夹方案、刀具和切削用量，制订阶梯轴外轮廓加工工艺文件；
4．会利用G00、G01、G02/G03、G96、G97、G98、G99、G90、G94、G71、G72、G73、G70、常用M代码及F、S、T代码，按照数控编程的格式来编写阶梯轴内外轮廓的数控加工程序。
工作任务
制订合理的加工工艺，编制阶梯轴外轮廓车削加工程序，进行模拟加工，验证程序正确性，保证加工安全与质量。
能力训练
1.数控车削加工线路规划；
2.车削用量选择；
3.刀具选择；
4．基点坐标计算；
5. 阶梯轴外轮廓车削程序编制，仿真加工，程序校验。
完成工作任务的背景知识
1.数控机床基础知识；
2.数控车削加工工艺知识；
3.编程的基本知识；
4.M、F、S、T指令及G00、G01、G02/G03、G96、G97、G98、G99、G90、G94、G71、G72、G73、G70指令正确使用。
能力拓展
会使用国内市场主流数控系统指令。

单元二 数控加工工艺
单元能力目标：
1、明确数控加工中加工工艺的作用和特点。
2、会识别加工工艺的有关名词概念。
3、会数控加工工艺设计。
4、会分析阶梯轴零件图样并进行工艺处理；
5、会制订合理的加工工艺；
6、会编制阶梯轴外轮廓的数控加工程序；
单元工作任务：
1.分析阶梯轴零件图样并进行工艺处理；
2.制订合理的加工工艺；
3.编制阶梯轴外轮廓的数控加工程序；
单元教学学时：
2学时。
单元学习情景：
本单元设计“任务”学习情景。
【教学引入】：现要加工图1-2所示零件（毛坯材料45钢，尺寸为￠50mm×71mm，批量为10件，表面粗糙度Ra1.6），请同学们进行工艺分析。

图1-2 零件图
【完成工作任务背景知识】：
一、概述
1、数控加工工艺的特点
（1）工序内容复杂
（2）工步安排更为详尽。
2、数控加工工艺分析主要包括以下几个方面：
(1) 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。
(2) 分析被加工零件图样，明确加工内容和技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排与传统加工工序的衔接等。
(3) 设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具、刀具的选择和切削用量的确定等。
(4) 调整数控加工工序的程序。如对刀点和换刀点的选择，加工路线的确定和刀具的补偿。
(5) 分配数控加工中的容差。
(6) 处理数控机床上部分工艺指令。
二、 数控机床刀具
1、数控机床刀具的特点
（1）刀具有很高的切削效率。
（2）数控刀具有高的精度和重复定位精度。
（3）要求刀具有很高的可靠性和耐用度。
（4）实现刀具尺寸的预调和快速换刀。
（5）具有一个比较完善的工具系统 。
（6）建立刀具管理系统。
（7）具有刀具在线监控及尺寸补偿系统。
2、数控刀具的种类
1）数控刀具从结构上可分为
（1）整体式
（2）镶嵌式 -----焊接式和机夹式。
（3）减振式 ----主要用于镗孔
（4）内冷式 ----深孔加工
目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具
2）数控刀具从制造所采用的材料上可分为
（1）高速钢刀具
（2）硬质合金刀具---使用最普遍
（3）陶瓷刀具
（4）立方氮化硼刀具
（5）聚晶金刚石刀具
（6）涂层刀具
3）数控刀具从切削工艺上可分为
(1)车削刀具
(2)钻削刀具
(3)镗削刀具
(4)铣削刀具
3、数控可转位刀片 P25
可转位刀片的代码按国际柄准IS01832—1985，可转位刀片的代码表示方法是由10位字符串组成的，其排列如下：

1--刀片的几何形状及其夹角。
2--刀片主切削刃后角(法后角)。
3--公差：表示刀片内接圆d与厚度s的精度级别。
4--刀片形式、紧固方法或断屑槽。
5--刀片边长、切削刃长。
6--刀片厚度。
7--修光刀：刀尖圆角半径，或主偏角，或修光刃后角
8--切削刃状态：尖角切削刃或倒棱切削刃。
9--进刀方向或倒刃宽度。
10——各刀具公司的补充符号或倒刃角度。
例 车刀可转位刀片WNMGl20408ENA2公制型号表示含义(查P26表2-1)
W--80°菱形刀片形状；
N--法后角为0° ；
M--刀尖转位尺寸允(±0．08~±0．18)mm，内接圆允差(±0.05~±0．13)mm，厚度允差±0.13 mm；
G--圆柱孔双面断屑槽；
12—刀刃长度12mm；
04--厚度4．76 mm；
08—刀尖圆角半径0．8 mm；
E--倒圆刀刃；
N--无切削方向；
A2—直沟卷屑槽，曹宽2mm。
4、数控刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。选取刀具时，要使刀具的尺寸和形状相适应。
刀具选择总得原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工时的刚性。
三、数控加工工艺设计的主要内容
在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。
1、数控加工工艺合理性分析
1）适于数控加工的内容
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；
（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
2）不适于数控加工的内容
（1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；
（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；
（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。
2、 零件的工艺性分析
1）尺寸标注应符合数控加工的特点
2）几何要素的条件应完整、准确
3）定位基准可靠
4）统一几何类型及尺寸
3、 数控加工零件加工方法和加工方案的确定
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。因而实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
零件上比较精确表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需的加工方法。表1-3列出了钻、镗、铰等几种加工方法所能达到的精度等级及其工序，可供参考。
表1-3 H13～H7孔加工方式(孔深/孔径≤5)
4、加工工序的划分
1）按零件装夹定位方式与加工部位划分

2）按粗、精加工方式划分

3）按所用刀具划分工序

5、确定定位和夹紧方案
在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：
（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；
（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；
（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；
（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

6、选择夹具的基本原则
　数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：
　(1) 当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。当达到一定批量生产时才考虑用专用夹具，并力求结构简单。
(2) 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。
(3) 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。即夹具要开敞，其定位夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。
此外，为提高数控加工的效率，在成批生产中，还可采用多位、多件夹具。
7、对刀点与换刀点的确定
在进行数控加工编程时，往往是将整个刀具浓缩视为一个点，那就是“刀位点”
对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：
（1）所选的对刀点应使程序编制简单；
（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；
（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；
（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。
换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。

8、确定走刀路线和安排加工顺序
走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：
1、寻求最短加工路线
2、最终轮廓一次走刀完成
3、选择切入切出方向
4、选择使工件在加工后变形小的路线
【完成工作任务步骤】：
现要加工图1-2所示零件（毛坯材料45钢，尺寸为￠46mm×71mm，批量为10件，表面粗糙度Ra1.6），请同学们进行工艺分析。

图1-2 零件图

1．分析图纸：
（1）确定加工内容： 端面、圆柱面、圆锥面、倒圆、倒角。
（2）表面粗糙度Ra1.6，应分粗精加工。
（3）小批量生产且为回转体零件，可用数控车床加工。
(4）尺寸标注应符合数控加工的特点
(5）几何要素的条件完整、准确
2．确定装夹方案
三爪卡盘夹紧。
3．选择刀具
不重磨可转位硬质合金端面车刀；
不重磨可转位硬质合金外圆车刀。
4．确定加工顺序
（１）加工零件左端￠46×40mm：
三爪卡盘夹紧毛坯，伸出约50mm，用端面车刀手动加工左端面，车平即可→用外圆车刀分粗精自动加工￠46外圆，保证40mm尺寸；
（2）加工零件右端轮廓：三爪卡盘夹紧￠46外圆，伸出约45mm，用端面车刀手动加工右端面，保证37mm尺寸→用外圆车刀分粗精自动加工右端外轮廓；保证各尺寸。
5．规划走刀路线
确定程序起点：（14，1）
循环起点：（52，2）
走刀方向：从右到左。
6．确定加工参数：
（1） 外圆粗加工参数；
切削速度：V=80m/min
进给速度：0.25mm/r
背吃刀量：2mm
（2） 外圆精加工参数；
切削速度：V=120m/min
进给速度：0.08mm/r
背吃刀量：0.4mm
（3）编程原点的选择：右端面与轴线交点。
单元能力训练：
现要加工图1-3所示零件（毛坯材料45钢，尺寸为￠50mm×55mm，批量为10件，表面粗糙度Ra1.6），请同学们进行完成以下任务：
图1-3
1．工艺分析；
2．车刀选择、工艺参数选择、工序安排、机床等选择；
单元巩固提高：
分析图1-4所示零件的数控加工工艺。（材料45钢，￠40mm×70mm，10件，表面粗糙度Ra1.6）
图1-4 零件图
单元学习评价

优秀
能高质量、高效率编制图1-3所示零件的数控加工工艺分析。
良好
能在没有教师的指导下编制图1-3所示零件的数控加工工艺分析。
中等
能在教师的偶尔指导下编制图1-3所示零件的数控加工工艺分析。
合格
能在教师的指导下编制图1-3所示零件的数控加工工艺分析。

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漳州职业技术学院机械与自动化工程系数控教研室　　　林红梅