资源简介

《数控车床项目化教学》教案
授课班级 班级人数 授课教师
课题序号 9 授课课型 授课课时 6课时
授课章节名 称 项目二 轴类零件加工任务四 多阶梯轴的加工
教学目标 知识目标 1．理解编程尺寸概念2．了解轴类零件装夹工艺3．掌握恒定速度控制指令及应用4．掌握法那科系统轮廓粗、精加工复合循环指令格式及参数含义5．掌握西门子系统轮廓切削循环参数含义及应用
能力目标 1．会制订多阶梯轴加工工艺2．会用轮廓加工复合循环指令编写多阶梯轴粗、精加工程序3．具备加工多阶梯轴并达到一定精度要求的能力
情感目标 1. 养成文明生产、安全生产习惯；2.养成优良的劳动态度和职业素养；3.培养团队合作精神。
教学重点 1．法那科系统轮廓粗、精加工复合循环指令格式及参数含义2．西门子系统轮廓切削循环参数含义及应用3. 加工多阶梯轴及精度控制的能力
教学难点 多阶梯轴工艺及精度控制方法
教学方法 讲授法、讨论法、演示法、自主学习法、探究法
教学资源 网络资源，教学视频，相关PPT，数控车床若干，配套练习题
板书设计 任务四 多阶梯轴的加工
【任务描述】【知识准备】1．轴类零件装夹方法2．多阶梯轴加工车刀及选用3．多阶梯轴加工车削路径4．多阶梯轴加工切削用量选择5．多阶梯轴加工量具选择6．编程知识（1）编程尺寸（2）恒定切削速度指令（G96）、取消恒定切削速度指令(G97) （3）法那科系统轮廓粗加工复合循环指令（G71）（4）法那科系统轮廓精加工复合循环指令（G70）（5）西门子系统轮廓切削循环指令（CYCLE952）【任务实施】1．工艺分析2．程序编制
教 学 过 程
主 要 教 学 内 容 及 步 骤 教师活动 学生活动 教学目标
【一】导入新任务具有多个圆柱（锥）表面的轴如何在数控车床上加工？各表面尺寸公差各不相同时，如何控制其精度？车不同直径的轴时，其切削速度的变化对精度有影响怎么办？由此引入本次任务。【二】任务开始任务四 多阶梯轴的加工【任务描述】使用FANUC oi Mate-TD或SIEMENS 828D系统数控车床，完成如图2-28所示多阶梯轴零件加工，材料：45钢，毛坯：φ32mm×75mm棒料，零件有多个外圆柱面、外圆锥面、台阶与端面组成，且零件尺寸精度要求较高，表面粗糙度要求较高，形状复杂。图2-28 多阶梯轴零件图【知识目标】1．理解编程尺寸概念2．了解轴类零件装夹工艺3．掌握恒定速度控制指令及应用4．掌握法那科系统轮廓粗、精加工复合循环指令格式及参数含义5．掌握西门子系统轮廓切削循环参数含义及应用【技能目标】1．会制订多阶梯轴加工工艺2．会用轮廓加工复合循环指令编写多阶梯轴粗、精加工程序3．具备加工多阶梯轴并达到一定精度要求的能力【知识准备】1．轴类零件装夹方法数控车床装夹工件有手动装夹和自动装夹两种，装夹方法图 示特 点三爪卡盘装夹工件夹紧力较小，具有自动定心作用，一般不需校正，但装夹较长的工件时，工件离卡盘夹持部分较远处的旋转中心不一定与车床主轴旋转中心重合，需校正；三爪卡盘长时间使用后，精度会下降也应进行校正，常用于装夹小型、规则形状零件四爪卡盘装夹工件四爪卡盘又称单动卡盘，每个卡爪独立运动，夹紧力大，但不能自动定心，装夹工件后需校正，用于装夹大型或形状不规则零件一夹一顶装夹工件较长工件的粗加工及较重的工件为安全起见宜采用一夹一顶装夹，为防止工件轴向位移，必须在卡盘内装一限位支承或利用工件的阶台进行限位，同时承受较大轴向力两顶尖装夹工件较长的轴或必须经过多次装夹才能完成加工的轴宜采用两顶尖装夹，装夹定心精度高，但刚性差，适用于精加工。工件装夹前应在工件两端钻好中心孔，并用鸡心夹头夹住工件以传递动力液压卡盘自动装夹使用液压缸自动控制卡爪夹紧与松开动作，不需校正，夹紧工件迅速，效率高，是高档数控车床常用夹紧工件方法2．多阶梯轴加工车刀及选用多阶梯轴加工车刀以外圆车刀为主，根据零件精度要求，分别用粗、精车刀3．多阶梯轴加工车削路径多阶梯轴各段外圆加工余量大小不同，大直径外圆加工余量较小，可一刀车削；小直径外圆余量较大需多次车削，为减少粗加工车削路径和编程，一般采用毛坯切削循环加工，减少编程压力。4．多阶梯轴加工切削用量选择多阶梯轴加工切削用量选择与车外圆、端面、圆锥等切削用量选择相同，5．多阶梯轴加工量具选择多阶梯轴加工量具由组成轴各表面确定，6．编程知识（1）编程尺寸以其极限尺寸平均值作为编程尺寸，才能实现所有轮廓精度控制，例：φ250 -0.1mm外圆编程尺寸=25+（0-0.1）/2=24.95mm；长度25±0.1mm编程尺寸为25mm。（2）恒定切削速度指令（G96）、取消恒定切削速度指令(G97) 使用恒定切削速度功能后，可以使刀具切削点切削速度始终为常数（主轴转速×直径=常数），保证各表面加工质量一致，法那科系统西门子系统指令含义G96—恒定切削速度生效G97—取消恒定切削速度G96：恒定切削速度生效G97：取消恒定切削速度指令格式及参数含义G96 S ； S 后数值表示切削速度(m/min)G50 S ；设定主轴转速上限。S后数值表示主轴转速(r/min)G97 S ； S后数值表示主轴转速(r/min)G96 S LIMS= F ； G97； S：切削速度，单位m/min；LIMS：主轴转速上限(r/min)，对G96、G97有效；F：进给率指令使用说明1．主轴必须为受控主轴，该指令才能生效；2．当工件从大直径加工到小直径时，主轴转速可能提高得非常快，因此使用恒定切削速度时，必须设定主轴转速上限；3．用G00快速移动指令时，主轴转速不改变；4．取消恒定切削速度后，S地址下数值生效，单位为r/min，如果没有重新写地址S，则主轴以原先的G96功能生效前转速旋转1．主轴必须为受控主轴，该指令才能生效；2．当工件从大直径加工到小直径时，主轴转速可能提高得非常快，因此必须设定极限转速；3．用G00快速移动指令时，主轴转速不改变；4．取消恒定切削速度后，重新写入S数值，单位为r/min；如果没有重新写地址S，则主轴以G96功能生效前转速旋转5．进给率F单位mm/r（如原先指定的是G94，则需重新写入一个适当的值）（3）法那科系统轮廓粗加工复合循环指令（G71）外轮廓粗加工循环路线A为刀具循环起点，执行粗车循环时，刀具从A点移动到C点，粗车循环结束后，刀具返回A点轮廓粗车循环指令格式G71 UΔd Re ；G71 Pns Qnf UΔu WΔw ；N（ns）…；F S T ；… 从顺序号ns到nf的程序段N（nf）…； 为A’点到B点的运行指令参数含义Δd：每刀背吃刀量，半径值。一般45钢件取1~2mm,铝件取1.5~3mm。e：退刀量，半径值。一般取0.5~1mm。ns：为指定精加工路线的第一个程序段的段号。nf：指定精加工路线的最后一个程序段的段号。Δu：X方向精加工余量，直径值；一般取0.5mm左右。加工内轮廓时，为负值。Δw：Z方向精加工余量，一般取0.05~0.1mm。使用说明1．循环动作由带有地址P和Q的G71指令实现。在ns和nf程序段中指定的F、S、T功能无效，在G71程序段中或前面程序段中指定的F、S、T功能有效2．区别外圆、内孔；正、反阶梯由X、Z方向精加工余量（Δu、Δw）正负值来确定，具体如图2-31所示3．精车形状程序段开头（ns程序段中）应指定G00或G01指令，否则会报警4．使用G71指令时，工件径向尺寸必须单向递增或递减5．调用G71前，刀具应处于循环起点A处，A点位置随加工表面不同而不同。6．顺序号ns到nf之间程序段不能调用子程序 前置刀架和后置刀架加工不同表面时Δu、Δw正负情况（4）法那科系统轮廓精加工复合循环指令（G70）指令格式G70 Pns Qnf ；参数含义nS为指定精加工路线的第一个程序段的段号nf为指定精加工路线的最后一个程序段的段号使用说明1．精车循环G70状态下，nS至nf程序中指定的F、S、T有效；当nS至nf程序中不指定F、S、T时，粗车循环（G71、G73）中指定的F、S、T有效2．G70循环加工结束时，刀具返回到起点并读下一个程序段3．G70中ns到nf间的程序段不能调用子程序（5）西门子系统轮廓切削循环指令（CYCLE95）表2-41 西门子系统轮廓切削循环指令格式及参数含义指令格式CYCLE952(PRG，，CONR，，F，FR，，，DX，DZ，UX，UZ，XD，ZD，，XA，ZA，XB，ZB，DI，SC)；加工图例循环参数含义PRG：字符串，轮廓子程序名；F：进给率FS：精加工进给率（仅限于选择完整加工时提供，即粗加工+精加工）：“不”和“是”两种，通过键切换；CONR：更新的毛坯轮廓余料加工的名称，余料为“是”时存在：（1）加工性质，有粗加工、精加工两种，通过键切换（2）加工方向，有“纵向”“端面的”“轮廓平行”三种，通过键切换（3）加工位置，有“外部”“内部”“前面”“后面”四种，通过键切换D：最大切入深度（仅限于选择粗加工时提供）DX：最大切入深度（仅限于选择平行于轮廓时提供）：返回方式，有“始终沿轮廓返回”“从不沿轮廓返回”“在下一个切削点前沿轮廓返回”三种，通过键切换：切削分段，有“切削分段等分”“切削分段按边沿划分”两种，通过键切换：切削深度分配，有“恒定切削深度”“变化的切削深度”两种，通过键切换DZ：最大切削深度（仅限选择了平行于轮廓和UX时提供）UX（或U）：X轴精加工余量，或X轴和Z轴精加工余量（仅限选择粗加工时提供）UZ：Z轴精加工余量（仅限选择了UX时提供）DI：为零时，连续切削（仅限选择了粗加工方法时提供） BL：毛坯定义（仅限选择了粗加工时提供），（1）圆柱体，通过XD、ZD定义；（2）余量，离完成成品轮廓还剩下的XD和ZD；（3）轮廓，第二个CYCLE62，调用毛坯轮廓XD：毛坯尺寸（仅限选择粗加工且仅限选择“圆柱体”和“余量”时提供），“圆柱体”时绝对数据指圆柱体直径，增量数据是指与CYCLE62成品轮廓最大值的差值。在“余量”中的毛坯定义是指离完成CYCLE62成品轮廓的余量ZD：毛坯尺寸，（仅限选择粗加工且仅限选择“圆柱体”和“余量”时提供），“圆柱体”时绝对数据指圆柱体尺寸，增量数据是指与CYCLE62成品轮廓最大值的差值。在“余量”中的毛坯定义是指离完成CYCLE62成品轮廓的余量：预加工余量（仅限选择精加工时提供），有“是”（U1轮廓余量）和“否”两种U1：X和Z方向的补偿余量（仅限选择“余量”毛坯定义时提供）：限制加工区，有“是”和“否”两种，通过键切换XA：XAφ限制1XB：XBφ绝对限制2，或相对于XA的限制2ZA：ZA限制1ZB：ZB绝对限制2，或相对于ZA的限制2：有“是”和“否”两种，通过键切换。“是”指凹轮廓加工FR：凹轮廓插入进给率1．可以在任意位置调用循环，但必须保证刀具返回循环起点不发生碰撞；2．轮廓子程序形状只允许用G00、G01、G02、G03使用说明1．调用轮廓CYCLE62，通过输入创建所选轮廓 2．调用CYCLE952循环前，至少编写一个CYCLE62，如果有两个CYCLE62，则第一个循环调用毛坯轮廓，第二个轮廓是成品轮廓3．可以在任意位置调用循环，但必须保证刀具返回循环起点时不发生碰撞4．进给率单位将保持调用循环前的单位5．根据余料、轮廓加工性质、加工方向及加工位置的不同，需要填写和在指令格式中反映的参数也不相同，故指令格式中参数由循环参数界面中填写（输入）的数值后自动生成【任务实施】1．工艺分析（1）选择刀具（2）确定工艺路线（3）量具选择（4）切削用量选择工序名定位（装夹面）工步序号及内容刀具及刀号n（r/min）f(mm/r)ap/mm车削夹住毛坯外圆，伸出60mm1．粗车右端外轮廓外圆粗车刀，刀号T016000.22～32．精车右端外轮廓外圆精车刀，刀号T0210000.10.3调头，夹住φ200 -0.021mm外圆1．粗车左端外轮廓外圆粗车刀，刀号T016000.22～32．精车左端外轮廓外圆精车刀，刀号T0210000.10.32．程序编制编写槽加工程序时，因右端3个4mm×1mm槽及3个6mm×2mm槽结构形状相同，可采用增量方式分别编写两个子程序，然后在主程序中分别连续调用3次即可，调头车端面控制总长不需编写加工程序。参考程序（略）3．加工操作（1）加工准备1）开机回参考点。2）装夹工件。3）装夹刀具。4）对刀操作5）输入程序及校验。（2）零件加工1）加工零件右端轮廓刀具磨损量调整方法：如外圆精车余量为0.3mm（半径值），程序运行至N200测量φ100 -0.04mm外圆直径实际尺寸为φ10.62mm，则余量为0.62mm～0.66mm，取中间值0.64mm，单边余量为0.32mm，即将刀具磨损量设为0.32-0.3=0.02mm，运行轮廓精车程序后，即可达到尺寸要求。2）加工零件左端轮廓。夹住φ200 -0.021mm外圆，采用软卡爪装夹并用百分表进行校正，保证左右两侧外圆轴线的同轴。【检测评分】评价表（略）【任务反馈】任务反馈表（略）【任务拓展】加工如图2-32所示零件。材料：45钢，毛坯为φ35mm×75mm棒料。图2-32 任务拓展训练题【三】总结与成果分享【四】作业布置1．轴类零件装夹方法有哪些？各有何特点？2．调用轮廓复合切削循环应注意哪些问题？ 举生产、生活中含较多外圆、圆锥面的轴，用实例引入课题任务 出示任务图片并分析任务内容，思考初步解决方案 出示本次任务知识、技能目标按图表分析圆常见轴类零件装夹方法特点及应用引导学生分析多阶梯轴车刀、车削路径、量具及切削用量确定方法分析、讲解编程尺寸及计算分析、讲解恒定切削速度指令及用法分析、讲解法那科系统粗车复合循环指令及参数选择分析法那科G71循环中Δu、Δw正负情况及选择分析、讲解法那科系统精车复合循环指令及参数选择分析、讲解西门子系统轮廓切削循环指令及参数含义选择分析讲解西门子系统切削循环方式及数值按步骤引导学生完成刀具选择等工艺分析及编写程序等任务（也可分步实施任务）按步骤引导学生完成零件加工前各项准备工作及零件加工，组织进行检测评分，实施任务反馈分析并操作演示外圆精度控制方法布置任务拓展内容并作提示引导学生进行本节课内容总结及成果分享 听讲、观看、思考是如何做出来的听讲、看图、思考听讲、思考听讲、思考、记录分组、讨论、分析、思考并得出结论 听讲、分析、思考并记录听讲、讨论、思考听讲、讨论、思考听讲、思考并记录听讲、思考并记录听讲、思考并记录听讲、思考并记录听讲、分析、思考并记录，按步骤完完成零件加工前各项准备工作及零件加工，组织进行检测评分，实施任务反馈听讲、思考并按老师指导完成精度控制记录、思考，课后或课堂完成总结本节课学习内容，提练不足之处 培养学生对本次任务加工学习兴趣任务导向明确本次任务目标会依据轴的形状要求，选择合适装夹方法会分析多轴阶梯轴工节，培养能力理解编程尺寸含义会灵活计算编程尺寸理解恒定切削速度指令及用法理解法那科系统粗车复合循环格式及参数含义会选择G71循环中Δu、Δw值理解法那科系统精车复合循环指令及参数选择理解西门子系统轮廓切削循环指令及参数含义选择会对西门子系统切削循环方式及数值选择完成任务，达能学习目标培养学习技能技能和检测评价能力会进行外圆精度控制培养学习知识、技能迁移能力巩固已学知识，反思不足，培养学习表达能力
教后记
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