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直线插补
学习情境四用简单循环指令加工塞规
教
学
方
案
计划课时
10课时
授课地点
教室、校内实训机房、生产车间
教学目标
1.职业能力目标
(1)具有与设计人员、工艺人员、操作人员沟通的能力;
(2)具有分析零件图、掌握设计意图和零件工艺分析的能力;
(3)具有数控编程和数控机床操作的基本能力;
(4)查阅资料及相关应用手册的能力;
(5)善于观察、思考、自主学习及创新设计能力。
2.专业知识目标
(1)掌握简单循环指令的程序应用;
(2)能够对大余量轴类零件进行程序编制和加工。
教学内容
1.内外径切削循环指令G80;
2.端面切削循环指令G81;
3.螺纹切削循环指令G82;
4.零件数控加工工艺的制订。
教学重点、难点及解决方法
1.教学重点
(1)圆柱面、端面切削循环指令;
(2)螺纹切削循环指令。
2.教学难点
(1)圆锥面零件的程序编制;
(2)圆锥端面零件的程序编制。
3.解决方法
(1)图形示例,零件加工仿真;
(2)查阅专业书籍及相关设计手册;
(3)咨询企业相关人员或教师;
教学条件
1.教室、多媒体;
2.校内实训机房、数控加工仿真软件;
3.生产性车间、校外实习实训工厂、数控车床。
教
学
过
程
的
实
施
步骤
教学内容
教学方法
时间
情景描述
(咨询)
1.给出塞规的零件图;
2.给出零件的信息及加工要求;
3.分析零件特点,指导学生自学内容。
教师介绍
0.5课时
制定加工工艺
(计划)
1.工件的装夹与定位;
2.加工路线的确定;
3.切削用量的选择;
4.刀具的选择;
5.机床及数控系统的选择。
学生自学
教师辅导
1.5课时
编制零件加工程序
(决策)
1.圆柱面切削循环指令G80;
2.端面面切削循环指令G81;
3.螺纹切削循环指令G82;
4.编程分析、编写零件的加工程序;
5.查阅资料、进行讨论。
学生为主
教师点评
5课时
数控仿真和
实操加工
(实施)
1.零件数控仿真加工;
2.零件实操加工。
教师指导
学生操作
1课时
检测加工零件
(检查)
1.零件的尺寸精度检测;
2.零件加工质量评估;
3.总结。
教师点评
0.5课时
任务扩展
1.锥螺纹循环切削的编程;
2.应用学习;
3.创新设计。
教师讲授
课后自学
1.5课时
评价
完成情况(60%)
方法能力(20%)
创新意识(20%)
一、情境描述
图4.1塞规零件图
图示塞规零件为轴类零件,结构要素有外圆柱面、切槽。
毛坯为φ30mm的棒料,材料为45钢,要求完成零件的数控加工,车削尺寸至图中要求。
二、制订加工工艺
1.装夹与定位
该塞规零件为短轴类零件,其轴心线为工艺基准,用三爪自定心卡盘夹持φ30mm外圆,使工件伸出卡盘约90mm,完成外圆加工;调头用软爪夹持φ20mm外圆,切断至长度尺寸,切槽。
2.工步顺序
按先主后次,先粗后精的加工原则确定加工路线,从右端至左端轴向进给切削。
先进行外轮廓粗加工,再进行精加工,然后调头,切断至要求尺寸,最后切槽。
①夹持φ30外圆,手动车削端面;
②粗车φ20外圆,留0.5mm精车余量;
③精车φ20外圆;
④调头夹持φ20外圆;
⑤切断至要求尺寸;
⑥切槽。
3.选择刀具
根据零件加工要求和加工工艺分析,选用三把刀具:
T01为外圆粗车刀、T02为外圆精车刀、T03为切断刀。
4.确定切削用量
车削用量的具体数值应根据机床性能、加工工艺、相关手册并结合实际经验确定:
机床转速:
外圆粗加工为800r/min,精加工为1000r/min;切槽和切断为400r/min。
进给速度:
外圆粗加工为100mm/min,精加工为60mm/min;切槽和切断为40mm/min。
5.选择机床和数控系统
①机床型号
机床型号为威海职业学院天诺数控机械有限公司生产的CK6132-Ⅱ型数控车床。
②数控系统
采用华中世纪星HNC-21T数控系统。
三、编制零件加工程序
(一)编程指令学习
1.内(外)径切削循环---G80
(1)圆柱面内(外)径切削循环
①指令格式
格式:
G80X(U)__Z(W)__F__;
参数:
X、Z为绝对编程时,切削终点C在工件坐标系下的坐标值;
U、W为增量编程时,切削终点C相对于循环起点A的有向距离;
该指令执行如图4.2所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
图4.2圆柱面内(外)径切削循环
②编程举例
图4.3G80圆柱面切削循环示例
%0004
N10T0101
N20M03S600
N30G00X52Z2快速走刀至循环加工起点处
N40G80X45Z-30F40使用G80编程,Z向长度固定,X向多次进给
N50G80X40Z-30
N60X35Z-30G80是模态指令,可省略
N70X30Z-30
N80X25Z-30
N90X21Z-30
N100X20Z-30车削至φ20外圆处,刀最终停在循环加工起点处
N110G00X100Z100快速移到安全点
N120M05
N130M30
(2)圆锥面内(外)径切削循环
①指令格式
格式:
G80X(U)__Z(W)__I__F__;
参数:
X、Z为绝对编程时,切削终点C在工件坐标系下的坐标值;
U、W为增量编程时,切削终点C相对于循环起点A的有向距离;
I为切削起点B与切削终点C的半径差,其符号为差的符号;
该指令执行如图4.4所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
图4.4圆锥面内(外)径切削循环
②编程举例
图4.5G80圆锥面切削循环示例图4.6I值计算示意图
对于图4.5所示零件,首先分析I的计算,如图4.6所示,C点为切削起点,A点为切削终点,根据三角形ABE相似于三角形ACF,得
即
,可得CF=8.75
又因为C点X值小于A点X值,所以I=-8.75
可以看出,循环起点的Z方向坐标值直接影响到程序中I值的大小。
该零件的加工程序如下所示:
%0005
N10T0101
N20M03S600
N30G00X68Z5快速走刀至循环起点(68,5)处
N40G80X60Z-30I-8.75F40使用G80编程,Z向长度固定,X向多次进给
N50G80X55Z-30I-8.75
N60G80X50Z-30I-8.75
N70G80X45Z-30I-8.75
N80G80X40Z-30I-8.75
N90G80X35Z-30I-8.75循环结束后,刀具停在循环起点处(68,5)
N100G00X100Z100快速移到安全点
N110M05
N120M30
2.端面切削循环---G81
(1)端平面切削循环
①指令格式
格式:
G81X(U)__Z(W)__F__;
参数:
X、Z为绝对编程时,切削终点C在工件坐标系下的坐标值;
U、W为增量编程时,切削终点C相对于循环起点A的有向距离;
该指令执行如图4.7所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
图4.7端平面切削循环
②编程举例
对于图4.3所示零件采用G81指令编程,程序如下:
%0006
N10T0101
N20M03S600
N30G00X52Z2快速走刀至循环加工起点处
N40G81X20Z-5F40使用G81编程,X向直径固定,Z向多次进给
N50G81X20Z-10
N60G81X20Z-15
N70G81X20Z-20
N80G81X20Z-25
N90G81X20Z-30
N100G00X100Z100快速移到安全点
N110M05
N120M30
(2)圆锥端面切削循环
①指令格式
格式:
G81X(U)__Z(W)__K__F__;
参数:
X、Z为绝对编程时,切削终点C在工件坐标系下的坐标值;
U、W为增量编程时,切削终点C相对于循环起点A的有向距离;
K为切削起点B与切削终点C的Z向有向距离;
该指令执行如图4.8所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
图4.8圆锥端面切削循环
②编程举例
图4.9G81圆锥端面切削循环示例图4.10K值计算示意图
对于图4.9所示零件,首先分析K值的计算,如图4.10所示,C点为切削起点,A点为切削终点,根据三角形ABE相似于三角形ACF,得
即
,可得CF=7
又因为C点Z值小于A点Z值,所以I=-7
可以看出,循环起点的X方向坐标值直接影响到程序中K值的大小。
该零件的加工程序如下所示:
%0007
N10T0101
N20M03S600
N30G00X60Z10快速走刀至循环起点(60,10)处
N40G81X25Z0K-7F40使用G81编程,x向直径固定,Z向多次进给
N50G81X25Z-5K-7
N60G81X25Z-10K-7
N70G81X25Z-15K-7
N80G81X25Z-20K-7
N90G00X100Z100快速移到安全点
N100M05
N110M30
3.螺纹切削循环---G82
格式:
G82X(U)__Z(W)__R__E__C__P__F__;
参数:
X、Z为绝对编程时,螺纹终点C在工件坐标系下的坐标值;
U、W为增量编程时,螺纹终点C相对于循环起点A的有向距离;
R为Z向退尾量,一般取0.75~1.75倍螺距,E为X向退尾量,取螺纹的牙型高,约为0.65倍螺距;R、E可以省略,表示不用回退功能;
C为螺纹头数,为0或1时切削单头螺纹;
单头螺纹切削时,P为主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角(缺省值为0),多头螺纹切削时,P为相邻螺纹头的切削起始点之间对应的主轴转角;
F为螺纹导程;
该指令执行如图4.11所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
图4.11直螺纹切削循环
(二)确定工件坐标系、对刀点和换刀点
①根据零件图纸的尺寸标注特点及基准统一的原则,选择零件右端面与轴心线的交点作为工件原点,建立工件坐标系。
②采用手动试切对刀方法把该点作为对刀点。
③换刀点设置在工件坐标系下X100、Z100处。
(三)塞规零件数控加工程序的编制
①编程分析
该零件结构要素有圆柱面、切槽,表面有一定的粗糙度要求,故分为粗加工和精加工两个阶段。
采用直径编程方式,直径尺寸编程与零件图纸中的尺寸标注一致,编程较为方便。
②加工程序清单
%0008程序号,外圆加工程序
N10T0101换外圆粗车刀
N20G00X100Z100快速返回到换刀点
N30M03S800主轴正转,转速为800r/min
N40X35Z5快速走刀至循环切削起点
N50G80X26.5Z-75F100圆柱面切削循环粗车φ20mm外圆,吃刀量3.5mm
N60G80X23.5Z-75F100粗车φ20mm外圆,吃刀量3mm
N70G80X20.5Z-75F100粗车φ20mm外圆,留0.5mm精加工余量
N80G00X100Z100快速返回到换刀点
N90T0202S100换外圆精车刀,调整转速
N100G00X20Z5快速至精车起点
N110G01Z-75F60精车φ20mm外圆
N120G00X100Z100返回换刀点
N130M05主轴停止
N140M30程序结束
%0009程序号,切槽加工程序
N10T0303M03S400换切槽刀,刀宽5mm调整转速
N20G00X23Z-25快速至切槽起点
N30G81X10Z-25F40利用端面切削循环指令,切槽
N40G81X10Z-29.5F40端面切削循环,第二刀切槽
N50G81X10Z-34F40端面切削循环,第三刀切槽
N60G81X10Z-38.5F40端面切削循环,第四刀切槽
N70G81X10Z-43F40端面切削循环,第五刀切槽
N80G81X10Z-47.5F40端面切削循环,第六刀切槽
N90G81X10Z-50F40端面切削循环,切槽至要求尺寸长度
N100G00X100Z100快速返回换刀点
N110M05主轴停止
N120M30程序结束
(四)加工程序的检验、修改
◆学生讨论、自评、检验、修改。
◆教师指导、讲解。
四、数控仿真和实操加工
1.塞规的数控仿真
使用数控加工仿真软件对加工程序进行检验,正确进行数控加工仿真的操作,完成零件的仿真加工。
2.塞规的实操加工
通过仿真加工,确定零件程序的正确性后,在数控实训车间对该零件进行实际操作加工。
五、加工零件的检测
1.利用游标卡尺、外径千分尺、内径千分尺、表面粗糙度工艺样板等量具测量工件,学生对自己加工的零件进行检测,包括尺寸精度的检测和零件加工质量的检测。
2.教师对学生加工零件进行检测,并做出点评。
六、任务扩展
(一)锥螺纹切削循环
1.指令格式
格式:
G82X(U)__Z(W)__I__R__E__C__P__F__;
参数:
X、Z为绝对编程时,螺纹终点C在工件坐标系下的坐标值;
U、W为增量编程时,螺纹终点C相对于循环起点A的有向距离;
I为螺纹起点B与螺纹终点C的半径差,其符号为差的符号;
R、E为螺纹切削的退尾量,R为Z向回退量;E为X向回退量,R、E可以省略,表示不用回退功能;
C为螺纹头数,为0或1时切削单头螺纹;
单头螺纹切削时,P为主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角(缺省值为0),多头螺纹切
削时,P为相邻螺纹头的切削起始点之间对应的主轴转角;
F为螺纹导程;
该指令执行如图4.12所示A→B→C→D→A的轨迹动作。
图4.12锥螺纹切削循环
2.编程示例
图4.13锥螺纹切削循环示例
图示为单头螺纹,螺纹螺距为2mm,查表1-4知分五次加工,吃刀深度分别为0.9、0.6、0.6、0.4、0.1mm,加工程序如下:
%0010
N10T0101螺纹车刀,建立工件坐标系
N20M03S400
N30G00X62Z5快速至螺纹切削循环起点
N40G82X49.1Z-32I-5F2G82螺纹车削循环,第一次切深0.9mm
N50G82X48.5Z-32I-5F2第二次循环切削螺纹,切深0.6mm
N60G82X47.9Z-32I-5F2第三次循环切削螺纹,切深0.6mm
N70G82X47.5Z-32I-5F2第四次循环切削螺纹,切深0.4mm
N80G82X47.4Z-32I-5F2第五次循环切削螺纹,切深0.1mm
N90G00X100Z80快速退刀至安全点
N100M05
N110M30
(二)应用学习
加工图4.15所示螺纹轴零件,零件毛坯为φ55mm的棒料,材料为45号钢,完成零件的数控加工,车削加工至图纸尺寸。
要求:
1对零件进行简单加工工艺分析;
2要求使用简单循环切削指令进行数控加工程序编制;
3进行数控加工仿真。
图4.15螺纹轴零件图
(三)创新设计
设计一零件,能够用本学习情景的简单循环指令进行零件加工。
设计要求:
1、介绍零件的功用;
2、画出标准图纸,表达清晰,画法规范;
3、给出材料,说明选材料意图;
4、设计加工工艺,给出工艺卡;
5、给出加工程序;
6、给出加工仿真结果图。
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