资源简介

数控铣削（加工中心）技术训练理实一体课教案
项目四 平面和槽的加工
任务 任务一 加工平面类零件
授课时间 年 月 日 授课班级
教学方法 讲授、讨论、提示启发、归纳总结法 授课时数 课时
教学用具 多媒体 教学资源 多媒体课件、教材
课前准备 1.实训设备、实习任务书、评分标准及多媒体课件的准备；2.学生工位分配。
教学目标 知识目标： 1. 了解平面类零件的特征及技术要求。 2. 掌握选用平面类零件加工刀具的方法。 3. 了解平面类零件的装夹方法。 4. 掌握平面类零件的编程方法。 技能目标： 1. 能对平面类零件进行工艺分析。 2. 能熟练使用平面类零件编程指令编写数控加工程序。
教学重点 平面类零件的特征及技术要求。 2. 选用平面类零件加工刀具的方法。 3. 平面类零件的装夹方法。 4. 平面类零件的编程方法。
教学难点 熟练使用平面类零件编程指令编写数控加工程序。
教学过程 1.平面类零件的特征。2.平面的技术要求。3.平面加工刀具。4.平面的铣削方式。5.平面铣削的切削参数。6.平面铣削的路线。7.平面加工编程指令。8.平面类零件加工实例。
实施环节 教学内容 导学方法
组织教学 1.检查学生出勤情况并做好记录。2.调整学生的注意力，为上课作准备。 互动交流
复习提问 简述使用数控仿真软件的方法步骤。 提问导思
导入 在学习平面加工之前，要首先对平面加工的类型做到心中有数。平面加工是数控加工的基础，只有学好平面加工，才能做好后面的加工工作，也才能在此基础上更好地运用数控技术，进行实践和实习操作。 启发学习积极性
讲授新课 一、平面类零件的特征平面类零件是指加工面平行于或垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件，这类零件的特点是，各个加工表面是平面或展开为平面。如图 4- 1 所示的三个零件都属于平面类零件，其中的曲线轮廓面 M 和正圆台面 N，展开后均为平面。二、平面的技术要求平面的主要技术要求有：①几何形状精度，如平面度、直线度；②各表面间的位置精度，如平行度、垂直度；③表面质量，如表面粗糙度、表面加工硬化等。数控铣床加工平面能达到的精度和表面粗糙度见表 4-1。三、平面加工刀具平面加工刀是一般选用面铣刀。面铣刀又称为端铣刀，圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为主切削刃，如图4-2 所示。这种铣刀是由刀体和刀片组成，刀片在磨钝后，只需将刀片转位或更换新的刀片即可继续使用。硬质合金可转位式面铣刀具有加工质量稳定、切削效率高、刀具寿命长、刀片的调整和更换方便以及刀片重复定位精度高等特点，因此在数控加工中得到了广泛的应用。四、平面的铣削方式1. 周铣法周铣法是指利用分布在铣刀圆柱面上的切削刃来形成平面（或表面）的铣削方法，如图 4-3（a）所示。周铣法铣削工件时有两种方式，即逆铣与顺铣 。铣削时若铣刀旋转切入工件的切削速度方向（vc）与工件的进给方向（vf） 相反称为逆铣，反之则称为顺铣。2. 端铣法端铣法是指利用分布在铣刀端面上的端面切削刃来形成平面的铣削方法，如图 4-3（b）所示。端铣有对称端铣、不对称逆铣和不对称顺铣三种方式，如图 4-4 所示。（1）对称铣如图 4-4（a）所示，铣刀轴线位于铣削弧长的对称中心位置，铣刀每个刀齿切入和切离工件时切削厚度相等，称为对称铣。对称铣削具有最大的平均切削厚度，可避免铣刀切入时对工件表面的挤压、滑行，铣刀耐用度高。对称铣适用于工件宽度接近 面铣刀的直径，且铣刀刀齿较多的情况。（2）不对称逆铣如图 4-4（b）所示，当铣刀轴线偏置于铣削弧长的对称位置，且逆铣部分大于顺铣部分的铣削方式，称为不对称逆铣。不对称逆铣切削平稳，切入时切削厚度小，减小了冲击，从而使刀具耐用度和加工表面质量得到提高。适合于加工碳钢、低合金钢及较窄的工件。（3）不对称顺铣如图 4-4（c）所示，其特征与不对称逆铣正好相反。这种切削方式一般很少采用，但用于铣削不锈钢和耐热合金钢时，可减少硬质合金刀具剥落磨损。五、平面铣削的切削参数平面铣削的切削用量是指切削速度（vc）、进给量（fz）、侧吃刀量（ae）、背吃刀量 （αp）四者的总称。它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数，它们四者之间的关系如图 4-3 所示。1. 切削速度（vc ）切削速度是指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，计算公式如下。式中：vc—切削速度， 单位米 / 分钟；d—刀具的直径， 单位毫米；n—主轴转速， 单位转 / 分钟。2. 刀具每齿进给量（fz ）刀具每齿进给量是指刀具每转一个齿时， 刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。进给速度（vf ）是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。式中：vf—进给速度， 单位毫米 / 分钟；fz—进给量， 单位毫米／齿；Z—铣刀齿数；n—主轴转速， 单位转 / 分钟。3. 侧吃刀量（ae ）侧吃刀量是指平行于工作平面并垂直于切削刃基点的进给运动方向上测量的吃刀量。背吃刀量（ap ）背吃刀量是指垂直于进给速度方向的切削层最大尺寸。一般指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。背吃刀量的选择应遵循以下几点。① 侧吃刀量 ae ＜ d/2（d 为铣刀直径） 时， 取 ap ＝（1/3～ 1/2）d。② 侧吃刀量 d/2 ≤ ae ＜ d 时， 取 ap ＝（1/4～ 1/3）d。③ 铣削宽度 ae ＝ d（即全刃切削） 时， 取 ap ＝（1/5～ 1/4）d。当机床的刚性较好， 且刀具的直径较大时， ap 可取更大值， 但最大不能超过 3/4d。 常用钢件材料切削用量见表 4-2。六、平面铣削的路线进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有关。在平面加工中，能使用的进给路线也是多种多样的，比较常用的有两种，如图 4-5，（a）和图 4-5（b）所示的平行加工和环绕加工。在设计大平面铣削刀具路线时， 要根据零件平面的长度和宽度来确定刀具起始点 的位置以及相邻两条刀具路线的距离（又称步距）。由于面铣刀不允许“Z ”向切削，故起始点的位置应选在零件轮廓以外。一般来说，粗铣和精铣时起始点的位置 S ＞D/2（D 为刀具直径），如图 4-6 所示。为了保证 刀具在下刀时不与零件发生切削， 通常 S 的取值为刀具半径加上3～5 mm 。终止点位置 E 在粗加工时 E ＞ 0 即可，精加工时为了保证零件的表面质量，选取E ＞ D/2，使刀具完全离开加工面。两条刀具路径之间的间距 B，一般根据表面粗糙度的要求取（0.6～0.9）D，如刀具直径为φ20 mm，路径间距取 0.8 D 时，则两条路径的间距为 16 mm，这样就保证了两刀之间有 4 mm 的重叠量，防止平面上因刀具间距太大留有残料。铣削过程中，刀具中心距零件外侧的间隙距离为 H。粗加工时，为了减小刀具路径长度，提高加工效率，H ≥ 0；精加工时，为了保证加工平面质量，H ＞D/2，使刀具移出加工面。七、平面加工编程指令1. 英制和米制输入指令（G20 、G21 ） 指令格式：G20（G21）式中：G20 ─英制输入方式；G21 ─公制输入方式。线性轴、旋转轴的单位见表 4-3。例如，程序段： G20 G01 X50 F40表示刀具向 X 轴正方向移动 50 英寸。程序段： G21 G01 X50 F40表示刀具沿 X 轴正方向移动 50mm。公制与英制的换算关系：1 mm ≈ 0.0394 in1 in ≈ 25.4mm2. 快速定位指令（G00 ）G00 指令一般用在加工前的快速定位或加工后的快速退刀，不能进行切削加工。其移动速度由机床参数确定，操作时可由操作面板上的快速修调按钮修正。G00 指令为模态代码，可由同组的其他代码（G01 、G02 、G03）注销。指令格式：G00 X Y Z式中：G00—快速定位指令；X、Y、Z ─快速定位终点的坐标。例如，在执行 G00 指令时，由于机床各轴的移动速度不同，其轨迹不一定是一条直线，如图 4-7 所示，使用 G00 编程，要求刀具从当前点（A 点）快速定位到 B点。例如，程序段：G00 X100 Y50系统在执行 G00 X100 Y50 程序段后，运动轨迹是 AM → MB， 而不是 AB 。所以操作者在使用 G00 编程时应格外小心，避免刀具与工件发生碰撞。一般是先把 Z 轴移动到安全高度，再在 XY 平面内执行 G00 指令。3. 直线插补指令（G01 ）G01 指令控制刀具以联动的方式，按指定的 F 进给速度，从当前位置按线性路 线移动到程序段指令的终点。G01 指令是模态代码，可以由同组的其他代码（G00、 G02 、G03 或固定循环指令）注销。指令格式：G01 X Y Z F 式中：G01 ─直线插补指令；X 、Y 、Z ─直线插补指令终点的坐标；F ─进给速度，单位 mm/min。如图 4-8 所示，使用 G01 指令编程，刀具轨迹是从 A 点进给到 B点的一条直线。例如，程序段： G01 X70 Y60 F60系统在执行该程序段时， 其轨迹是一条从 A 到 B 的直线， 刀具将从“A 点”以工 进速度（60 mm/min）移动到“B 点”。4. 绝对坐标（G90 ）程序中坐标功能字后面的坐标是以编程原点作为基准， 表示刀具终点的绝对坐标。 G90 是模态代码， 可以由同组代码（G91）注销。指令格式：G90式中：G90 ─绝对坐标编程指令。如图 4-9 所示， 采用 G90 方式编程， 使刀具从当前点“A 点”移动到“B 点”。程序段： G90 G01 X70 Y30 F605.增量坐标（G91 ）增量坐标又称为相对坐标， 程序中坐标功能字后面的坐标是以刀具起点作为基准， 表示刀具终点相对于刀具起点坐标值的增量。G91 是模态代码， 可以由同组代码（G90）注销。指令格式：G91式中：G91 ─增量坐标编程指令如图 4-9 所示， 采用 G91 方式编程， 使刀具从当前点“A 点”移动到“B 点”。程序段： G91 G01 X40 Y-30 F606.设置加工坐标系指令（G92 ）该指令将加工原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上。执行 G92 指令时， 机床不产生任何动作， 即 X、Y、Z 轴均不移动， G92 是相对当前位置建立工件坐标系。指令格式：G92 X Y Z 式中：G92 ─工件坐标系设定指令；X、Y、Z—刀具当前位置相对于新设定的工件坐标系的坐标值。如图 4- 10 所示， 采用 G92 建立工件坐标系。程序段： G92 X50 Y40 Z0系统在执行 G92 X50 Y40 Z0 程序段后， 设定一个工件坐标系， 其原点根据 X50 Y40 Z0 反向推出。八、平面类零件加工实例某工厂要在数控铣床上加工一块平行垫块，如图 4 - 11 所示，加工内容为零件的上表面（其余表面已加工）。已知毛坯尺寸为 100 mm ×80 mm ×32 mm 长方块，材料为45钢，单件生产。1.工艺分析如图4- 11所示，工件的外形（100 mm ×80 mm）为已加工表面，下表面基准都不需要加工。加工部位是上表面，余量是 2 mm，并有一定的形位公差和粗糙度要求。图4-11 平面加工（1）选择刀具选用φ50 数控硬质合金可转位面铣刀，刀齿数为 3 齿。（2）加工参数设置① 背吃刀量（ap）。工件上表面的加工余量为 2 mm，表面粗糙度为 3.2 m，平面度为0.015。为保证工件上表面的质量，加工时分粗、精方式进行加工。粗加工背吃刀量取 ap =1.75 mm；精加工背吃刀量取 ap =0.25 mm。② 主轴转速（n）。粗加工时切削速度 vc 取 150m/min。③ 进给速度（vf）。加工时每齿进给量fz 取 0.08 mm/z。（3）确定刀具路径① 粗加工刀具路径及编程原点如图 4- 12 所示，刀具从 1 点下刀，到达 2 点后以 40 mm 的刀具间距，依次到达 3点→ 4 点→ 5 点， 到达 6 点后抬刀。各基点的坐标值见表 4-4。② 精加工刀具路径及编程原点如图 4- 13 所示， 刀具从 1 点下刀， 到达 2 点后以 40 mm 的刀具间距， 依次到达 3点→ 4 点→ 5 点， 到达 6 点后抬刀。各基点的坐标值 见表 4-5。2.程序编制（1）粗加工参考程序3.机床操作 （1）机床准备 ① 检查机床油压、气压是否正常； ② 打开机床电源，并松开“急停”旋钮； ③ 机床各轴“回零”。 （2）夹具的安装 图 4-11 所示，毛坯外形是一个长方体（100 mm×80 mm×32 mm）形状比较规则，装夹时，可以选用平口钳对零件进行装夹，常用机械式平口钳如图 4-14 所示。平口钳的安装。平口钳在数控机床上的安装方法一般分为两种方式，一种方式是固定钳口平行于“X ”轴，另一种方式是固定钳口垂直于“X ”轴，如图 4-15 所示。② 平口钳的校正。在数控机床上校正平口钳时，首先预紧平口钳，用螺栓、螺母将平口钳与工作台连接在一起，锁紧力不要太大；其次使用磁力表座、百分表如图 4-16 所示，对平口钳进行校正。校正时，将磁力表座吸附在机床的主轴上，百分表安装在表座连接杆上，通过机床“手动”操作模式，使表测量头垂直接触平口钳固定钳口平面，并使百分表指针压缩量为 2 mm 左右，来回移动工作台，根据百分表的读数调整平口钳位置，直至表的读数在钳口全长范围内一致后，完全紧固平口钳，如图 4-17 所示。（3）工件的安装工件以固定钳口和平行垫块为定位面。工件预紧后，用铜锤轻敲工件上表面，同时用手轻轻晃动垫铁，如果垫铁可以晃动，再次用铜锤轻敲工件的上表面，直至垫铁不能晃动后夹紧工件。（4）对刀本例采用 G92 方式建立工件坐标系，对刀时应保证刀位点移动到 G92 指令指定的位置（X0 Y0 Z20）。（5）加工① 将机床设置为“自动”模式；② 对程序进行校验；③ 采用单段方式对工件进行试切加工，并在加工过程中密切观察加工状态，如有异常现象及时停机检查；④ 工件加工完成后，对机床进行保养。（6）测量根据图样4- 11所示，零件中的尺寸精度和形位公差选用卡尺进行测量，表面粗糙度选用粗糙度样板进行比对测量。卡尺结构如图4- 18所示， 粗糙度样板如图4- 19所示。4. 加工操作过程评价 平面类零件是指加工面平行于或垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件，这类零件的特点是，各个加工表面是平面或展开为平面。平面的主要技术要求有：①几何形状精度，如平面度、直线度；②各表面间的位置精度，如平行度、垂直度；③表面质量，如表面粗糙度、表面加工硬化等。数控铣床加工平面有周铣法和端铣法两种方式。选用铣削方式时，要充分注意它们各自的特点和使用场合，以保证加工质量和提高生产效率。平面铣削的切削用量是指切削速度（vc）、进给量（fz）、侧吃刀量（ae）、背吃刀量 （αp）四者的总称。数控铣削加工中进给路线的确定对零件的加工精度和表面质量有直接的影响，因此，确定进给路线是保证铣削加工精度和表面质量的工艺措施之一。注意：1. 采用 G92 设定工件坐标系，不具有记忆功能。当机床关机后，设定的坐标系即消失；2. 在执行该指令前， 刀具的刀位点必须先通过手动方式准确移动到新坐标系的 指定位置；3.G92 指令在编程时放在程序的第一行， 系统在执行 G92 指令时， 机床不产生 任何动作， 只是建立了一个工件加工坐标系；4.G92 设定坐标系的方法通常用于单件加工。注意：1. 使用前，应检查测量杆活动的灵活性。即轻轻推动测量杆时，测量杆在套筒内的移动要灵活，没有轧卡现象，每次手松开后，指针能回到原来的刻度位置。2. 使用时，必须把百分表固定在可靠的夹持架上。切不可贪图省事，随便夹在不稳固的地方，否则容易造成测量结果不准确，或摔坏百分表。3. 测量时，不要使测量杆的行程超过它的测量范围，不要使表头突然撞到工件上，也不要用百分表测量表面粗糙度大或有显著凹凸不平的工件。4. 测量平面时，百分表的测量杆要与平面垂直；测量圆柱形工件时，测量杆要与工件的中心线垂直，否则将使测量杆活动不灵或测量结果不准确。5. 为方便读数，在测量前一般都让大指针指到刻度盘的零位。
课堂小结 1.平面类零件的特征。2.平面的技术要求。3.平面加工刀具。4.平面的铣削方式。5.平面铣削的切削参数。6.平面铣削的路线。7.平面加工编程指令。8.平面类零件加工实例。
课后作业
教学后记
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