教学情境2：简单轴类零件的程序编制与模拟加工.doc

山东华宇职业技术学院教 学 教 案 首 页教学情景简单轴类零件的程序编制与模拟加工课时分配12 学时授课日期授课地点数控仿真教室教学目的及要求1、掌握数控车床控制面板的功能及正确使用的方法；2、掌握数控车床坐标系；3、掌握G、M、S、T各指令代码的含义及正确使用。重点难点1、数控车床控制面板的正确使用；2、通过强化练习区分两种面板的功能；3、编程指令的格式应用。课前准备1复习标准机床坐标系的知识； 2复习轴类零件的加工的基本知识；3了解外圆车削刀具的特点及常用编程指令。教学任务教学过程教学步骤教学内容教学方法学时分配描述情境视图分析新任务导入：简单轴类零件的程序编制与模拟加工1、数控仿真软件平台的使用；2、GSK980T系统的使用；3、机床、工件坐标系的建立；4、准备功能指令（G00、G01、G90、G94、G71、G70、G97、G99）的使用辅助功能指令（M00、M03、M05、M30）的应用；5、加工刀具及加工参数的合理确定。讲授法演示法示范教学法任务驱动法4查找资料制定工艺学生：根据学习内容，掌握各各指令的含义并制订加工工艺教师：巡回指导、解决学生疑问引导学生制订合理加工方案巡回指导、个别指导、引导法2执行决策数控编程学生：根据制订的加工工艺编写模拟加工程序教师：引导学生编制程序的可操作性巡回指导、个别指导、引导法5测量检查检测精度学生：学生对模拟加工零件进行精度自检教师：复查集中讲授0.5指标评价评定成绩学生：完成实训报告，对整个任务完成过程进行总结，找出自己的差距教师：方案展示，对学生的解决方案进行剖析，成绩评定。分析比较法0.5山东华宇职业技术学院 教 学 教 案 内 容一、讲解内容（一）编程指令1、准备功能代码G00、G01、G90、G94、G71、G70、格式、含义及使用方法。以及外圆及端面的加工方法。（1） 快速点定位：G00格式：G00 X(U) Z(W) ;刀具以各轴独立的最快移动速度定位。例如：如图3-1的定位过程指令应为：图2-1 G00的应用图2-2 G01的应用G00 X110.0 Z56.0；G00 U-60.0 W-26.0；（2） 直线插补：G01格式：G 01 X(U) Z(W) F ；利用这条指令可以进行直线插补，根据指令的（X，Z）或（U，W）分别为绝对值或增量值，由F指定进给速度。例如：如图3-2的由A点到B点的指令应为：G01 X80.0 Z50.0 F0.1;或G01 U40.0 W-50.0 F0.1;（3） 工件坐标系设定指令：G50格式：G50 X Z ；根据此指令建立一个坐标系，使刀具上的某一点，例如刀尖在此坐标系中的坐标为（x，z）。此坐标系为工件坐标系，一旦建立后，后面程序中绝对值指令的位置都是用此坐标系中的位置来表示的。图2-5 G50的应用例如：如图3-5的工件坐标系的建立过程应为：G50 X100.0 Z150.0；（4） 恒线速/恒转速指令：G96/G97所谓恒线速控制是指S后面的线速度是恒定的，随着刀具的位置变化，根据线速度计算出主轴的转速，并把与其对应的电压值输出给主轴控制装置，使得刀具瞬间的位置与工件的表面保持恒定的关系。恒转速控制就是说无论刀具在什么位置，主轴的转速一直保持S指令后面设定的数值。恒线速控制指令如下：格式：G96 S_；S后面指定线速度恒线速控制取消如下：格式：G97 S_；S后面指定主轴转速，它受到主轴转速倍率开关的限制。注意：使用恒线速控制时，旋转轴必须设在工件坐标系的Z轴上。即X0。使用恒线速控制时，必须在程序开始用G50 S_；限制主轴的最高转速，在X0时，主轴转速是无穷大。限制最高转速后，当主轴转速高于G50限定数值时，则被限制在主轴最高转速上。在快速进给时，不进行主轴恒线速控制。G50 S_设定的最高转速只是在G96状态下有效，G97状态下无效。螺纹加工时， G96恒线速控制有效，必须用G97取消，否则会造成螺距发生变化。从G96状态变为G97状态时，G97后没有S指令，则G96状态的最后转速将作为G97状态的S使用。（5） 每分钟/每转进给量：G98/G99G98是每分钟进给状态，刀具每分钟走的距离用后面F指令设定的数值指定。G99是每转进给状态，刀具每转走的距离用后面F指令设定的数值指定。G98、G99都是模态代码，它们相互替代，被替代以前一直有效。（6）圆柱面或圆锥面切削循环圆柱面或圆锥面切削循环是一种单一固定循环，圆柱面单一固定循环如图3-6所示，圆锥面单一固定循环如图3-7所示。图2-6 圆柱面单一固定循环图2-7 圆锥面单一固定循环圆柱面切削循环 格式: G90 X(U) _ Z(W) _F_； 式中：X、Z- -圆柱面切削的终点坐标值；U、W-圆柱面切削的终点相对于循环起点坐标分量。例：应用圆柱面切削循环功能加工图3-8所示零件。 O010 N10 G50 X200 Z200 T0101; N20 M03 S1000; N30 G00 X55 Z4 M08; N40 G01 G96 Z2 F2.5 S150; N50 G90 X45 Z-25 F0.2; N60 X40; N70 X35; N80 G00 X200 Z200; N90 M05;N100 M30;图2- 8G90的应用图2-9 端面切削循环圆锥面切削循环 格式: G90 X(U) _ Z(W) _ I_ (R )F_；式中：X、Z 圆锥面切削的终点坐标值；U、W圆柱面切削的终点相对于循环起点的坐标；I圆锥面切削的起点相对于终点的半径差。如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标，I值为负,反之为正。如图2-7所示。例如：应用圆锥面切削循环功能加工图2-7所示零件。G01 X65 Z2 ；G90 X60 Z-35 I-5 F0.2 ；X50 I-5；G00 X100 Z200；图2-10 锥面端面切削循环 图2-11 G94的应用 （7）端面切削循环端面切削循环是一种单一固定循环。适用于端面切削加工，如图2-9所示。平面端面切削循环格式: G94 X(U) _ Z(W) _ F_；式中：X、Z- 端面切削的终点坐标值；U、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标。例：应用端面切削循环功能加工图2-9所示零件。G00 X85 Z5；G94 X30 Z-5 F0.2； Z-10；Z-15；锥面端面切削循环格式 G94 X(U) _ Z(W) _ K_ F_； 式中：X、Z- 端面切削的终点坐标值； U、W-端面切削的终点相对于循环起点的坐标； K- 端面切削的起点相对于终点在Z轴方向的坐标分量。当起点Z向坐标小于终点Z向坐标时K为负,反之为正。 如图2-10所示。例如：应用端面切削循环功能加工图2-11所示零件。G94 X20 Z0 K-5 F0.2；Z-5；Z-10；G01 X Z F ：直线插补G90 X Z F ：外圆循环指令G94 X Z F ：端面循环指令端面车削固定循环G94格式：G94 X(U)_ Z(W)_ F_ 其中X(U)_ Z(W)为车削循环中车削进给路径的终点坐标, F 为进给速度。锥形端面车削固定循环格式：G94 X(U)_ Z(W)_ R_ F_X(U)_ Z(W)为车削循环中车削进给路径的终点坐标，R为圆锥面起点Z坐标减去终点Z坐标的差值，有正负号。（8) 外圆/内孔粗车复合循环G71 该指令适用于用圆柱棒料粗车阶梯轴的外圆或内孔需切除较多余量时的情况。 指令格式为： G71 U(d) R(e) G71 P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t) 指令中各项之意义说明如下： d： 背吃刀量， 是半径值，且为正值 e： 退刀量 ns ：精车开始程序段的程序段号 nf ：精车结束程序段的程序段号 u：X轴方向精加工余量，是直径值 w：Z轴方向精加工余量 f：粗车时的进给量 s：粗车时的主轴速度 t：精车时所用的刀具 G71指令的刀具循环路径如图所示。在使用G71指令时CNC装置会自动计算出粗车的加工路径控制刀具完成粗车，且最后会沿着粗车轮廓AB车削一刀，再退回至循环起点C完成粗车循环。 使用G71指令应注意以下几点： 由循环起点C到A点的只能用G00或G01指令，且不可有Z轴方向移动指令。(请参考下例O4010程序)。 车削的路径必须是单调增大或减小，即不可有内凹的轮廓外形。当使用G71指令粗车内孔轮廓时，须注意u为负值.（9) 精加工循环指令G70 指令格式为： G70 P(ns)Q(nf) 其中：ns : 开始精车程序段号 nf : 完成精车程序段号。 使用G70时应注意下列事项：(1)精车过程中的F、S 在程序段号ns至nf 间指定 (2)在ns至nf 间精车的程序段中，不能调用子程序。 (3)必须先使用G71、G72或G73指令后，才可使用G70指令 (4)精车时的S也可以于G70指令前，在换精车刀时同时指定 (如前个程序)。 （5）在车削循环期间，刀尖半径补偿功能有效。2、辅助功能代码格式、含义及使用方法。 M00暂停指令M03主轴正转M05主轴反转M30程序结束（二）工艺分析1、零件几何特点零件加工面主要为端面及ø30-0.050 、ø33-0.050 、ø36-0.050 的外圆。各外圆长度尺寸如图所示，表面粗糙度为6.3um。2、加工工序根据零件结构选用毛坯为 ø 40×90的棒料，工件材料为45钢。选用CJK6136W机床即可达到要求。（1）平端面（2）外圆粗车循环切削（3）外圆精车循环（4）切断（5）各工序刀具及切削参数选择序号加工面刀具号刀具规格主轴转速n/r.min-1进给速度V/mm.min-1类型材料1端面车削T01900外圆车刀具硬质合金500502外圆粗加工T01900外圆车刀具5001003外圆精车T02900外圆车刀具1000504切断T03切断刀40030（6）以外圆为定位基准，用卡盘夹紧。3、加工过程工步工步内容工步图说明1端面切削用G94进行2外圆粗车循环切削用G90进行留0.5mm的精车余量3外圆精车循环切削用G01进行达到尺寸要求4用切断刀切断工件切断刀宽4mm用G01切断（三）参考程序1、确定工件坐标系和对刀点（如图）在XOZ平面内确定以工件右端面轴心线上点为工件原点，建立工件坐标系，采用手动试切对刀方法对刀。2、编程O1001N10 G00 X100Z150； 换刀参考点 N20 T0101 换1号刀N30 M03S500； 启动主轴N40 G00X50 Z4； 刀具加工定位N50 G94X0 Z0 F50； 端面循环车削N70 G90X36.5 Z-64.75 F100； 外圆循环车削N80 X33.5 Z-16.75； 外圆循环车削N90 X30.5； 外圆X方向进给循环车削N100 G00 X100 Z150； 回换刀参考点N105 T0202； 换2号刀N110 G00 X30 Z2 S1000; 刀具加工定位N120 G01 Z-17 F50; 切外圆N130 X33; 切端面N140 G01 X36 Z-37; 切锥面N145 Z-65； 切外圆N150 G01 X45; X方向退刀N170 G00 X100 Z150; 回换刀参考点N230 T0303; 换3号刀N240 G00 X44 Z-69 S400; 刀具定位N250 G01 X1 F30; 切断N260 X44 F200; 退刀N270 G00 X100 Z150 回换刀参考点N280 T0300; 取消刀补N290 M05; 主轴停止N300 M30; 程序结束%3、指导学生进行轮廓程序的编制及工艺的制定 建议以手动方式进行程序编制，重点掌握G00、G01、G90、G94指令在数控车床上的应用。二、操作演示（一）各功能键的作用：【位置】：按下【位置】键，LCD显示现在位置。【程序】：程序的显示、编辑等。【刀补】：显示，设定补偿量。【参数】：显示，设定参数。【诊断】：显示各种诊断数据。【报警】：显示报警信息。【设置】：显示，设置各种设置参数，参数开关，程序开关。【位置】：含相对，绝对，总和，位置程序4个子项，分别显示相对坐标位置，绝对（工件坐标系下的）坐标位置及总和（各种坐标）位置。由上下页键选择。【程序】：含MDI/模.程序,目录3个子项。（在编辑方式下，仅显示程序1个画面）【偏置】：显示、设定偏置量。【参数】：显示、设定参数，修改参数。【诊断】：含MTPC，PCNC，PC，状态。可分别显示MTPC及NC数据，PC参数，NC状态。【设置】：显示、设置参数，设置参数和程序开关的状态。（二）功能键的使用要领1、G00用F指定的进给速度进给无效；2、G02、G03的方向的确定；3、螺纹切削中，进给速度倍率无效，主轴倍率有效，但不能任意改变且主轴不能停止；4、位置编码器的转速在1r/min以下，速度会不均匀；5、在同一个程序段中可以指令几个不同组的G代码,如果在同一个程序段中指令了两个以上的同组G代码时,后一个G代码有效.6、F代码允许输入7位数字等。（三）程序的编辑、输入方式程序的编辑：在上机操作以前,应根据零件,先在纸上编写出加工程序.要求思路清晰,结果正确,加工效率高,并一定要请老师审阅.1、 按编辑按程序2、 键入新程序的程序名:O，方格表示程序号(19999，前导零可省略)3、 输入程序编辑已有的程序：1、 按编辑按程序2、 键入已有程序名O,再按下光标，即可见已有的程序会显示出来.3、 修改已有的程序（四）对刀1、对刀：（试切法）用试切法对刀。步骤如下：1）进入手动工作方式，选择合适的主轴转速，启动主轴，选择1号刀，平工件的端面。并沿X轴方向退刀。2）按刀补键 在刀补位置号输入Z03）用1号刀车削工件外圆，并沿Z轴方向退刀。4）用卡尺测量所车工件的外径。记为5）按刀补键 在刀补位置号输入直径值其他刀具和以上对刀方法相同三、仿真加工（仿真加工平台）1、指导学生建立工件坐标系和程序的编制及工艺的制定2、在加工一定尺寸后测量其精度，指导学生利用修改刀补设置，校正尺寸精度。3、程序调试与零件的试切4、巡回指导5、注意事项四、实训小结本次课主要是在已经讲解了外圆及端面加工的基础知识的基础上，进行实践操作练加工。目的是要使学生理解外圆车刀的使用以及加工方法及基本指令的运用；重点掌握外圆加工方法。掌握工件坐标系的建立方法；重点掌握车削外圆及端面轮廓常用编程指令及程序编制方法；熟练掌握操作加工及精度检验。五、课后作业1、总结归纳外圆与端面轮廓车削加工中所出现的问题和解决办法。2、分析刀具补偿原理，如何选择外圆加工时的切削用量3、考虑保证零件加工精度和表面粗糙度要求应采取的措施。4、布置下次课需预习内容和相关知识预习圆弧与球面的加工。