数控车床项目教学简单圆弧轴的加工.docx
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数控车床项目教学简单圆弧轴的加工
数控车床项目教学——简单圆弧轴的加工
侯海华
【教学内容】《数控车床编程与加工技术》（高等教育出版社）项目四“成形面的加工"之任务一“简单圆弧的加工"。
【设计理念】根据“以能力为本位，以就业为导向”的职业教育方针，构建以岗位能力为本位的专业课程新体系,注重把理论知识和技能训练相结合，教学项目内容与任务拓展相结合，突出了实践操作、工艺分析和编程能力，并适当拓展相关知识，提高学生对所学知识的应用能力和综合能力。
通过让学生动手去做的有效教学途径，让学生在实践的过程中有所启发，有所感悟。
教师精选恰当的任务载体和正确的引导，使学生乐于接受任务,并在任务的完成的过程中获取相关知识和技能。
采用分组的方法，能够增强学生团队合作精神，同时吸取别人的长处，弥补自己的不足。
【教学对象】中等职业学校高二年级数控专业学生
【教学课时】4课时
其中：
2课时（讲授+练习）数控实训车间多媒体教室
2课时（机床操作+评比总结）数控实训车间
【教材分析】《数控车床编程与加工技术》教材采用“任务驱动、项目教学”的方式编写，实际操作性强,任务直接选自企业生产实践案例，具有一定的综合性、难度和代表性。
【学情分析】本次课的教学对象是职高二年级学生，他们已有一学期的普通车床学习积累。
在本次课前，学生已学习了“项目一数控车床的认识"、“项目二数控车削的准备”、“项目三轴孔的加工”，有了一定的数控车床编程和加工基础。
【教学目标】根据教学大纲和教学内容，结合学生实际，制定如下教学目标。
1、最终目标：
O会加工简单圆弧成形面零件
2、促成目标：
（1）、知识目标
&能读懂简单圆弧成形面零件图
&知道简单圆弧成形面零件加工的相关工艺知识
&会用G02/G03指令编圆弧面的加工程序
&能熟练应用G71/G70循环指令完成外轮廓的编程
（2）、技能目标
7会正确安装工件
7能正确选用刀具并安装
7会在数控系统上输入和校验程序
7能进行试切对刀，完成零件调试加工
7能完成简单圆弧成形面零件的测量
（3）、情感目标
☺通过对简单圆弧成形面零件的车削加工，使学生在最短时间内掌握成形面的加工方法,从而树立学习数控车工的自信心，使他们热爱自己的专业
☺通过小组合作，同学间的互相帮助，培养学生团队合作精神
☺养成规范的操作习惯和精益求精的工作作风
【重点难点】
★重点：
能正确运用G02/G03指令编制圆弧轴的加工程序
★难点：
正确判断圆弧的顺逆方向，选择圆弧插补G02或G03指令编程
【教学方法】任务驱动+小组合作+项目教学
【教学准备】
学生人数：
中职高二年级数控专业40名以内（2人一组，互相合作完成）
教学环境：
数控实训车间+数控实训车间多媒体教室（现场教学）
零件实物：
1件（讲授时展示给学生，引入项目用）
零件毛坯：
40件（每一组学生操作一台数控车床,提供毛坯2件）
数控车床:
CY—K6132（FANUC系统）20台
【教学流程】
【教学过程】
教学
环节
教师活动
学生活动
实
物
展
示
任
务
引
入
1、复习：
项目三台阶轴的加工
2、提问：
台阶轴的外轮廓特点
3、实物（简单圆弧轴）展示
4、提问：
零件外轮廓与台阶轴外轮廓有什么不同？
5、任务引入“简单圆弧轴的加工”
一边看实物,一边思考并回答零件外轮廓特征
设计意图
以实物的形式开始本课的教学，这样可以让学生有个感性认识，引起学生兴趣，促进思考，从而调动学生学习的积极性及好奇心，激发学生的学习热情
任
务
要
求
1、出示图纸
2、知道简单圆弧轴的加工工艺知识
思考并自由发言，和老师一起分析零件图纸、技术要求
3、会用G02、G03等指令编制圆弧轴的加工程序
4、能进行简单圆弧轴工件程序的编制与加工操作
设计意图
进一步理解零件实物的特征，明确零件各部分尺寸及公差，加工工艺知识，圆弧的编程指令等。
学生已经学习了阶梯轴的编程加工，现在扩展到圆弧轴的编程加工，有新的知识有新的亮点，能够调动学生学习的欲望。
任
务
分
析
1、该工件由两处外圆（Φ240-0.03、Φ60—0。
03）、两段圆弧（R4、R3）和一个锥度为1：
5圆锥组成；
2、加工长度为48mm，用切断刀切断;
3、该零件所有表面的粗糙度均为Ra3。
2μm。
在老师引导下，读懂零件图，明确加工要求
设计意图
明确加工要求，为以后工艺分析，刀具的选择,工具、量具的选用，切削参数的确定,表面加工粗糙度及零件编程奠定基础
任
务
实
施
工艺
分析
1、确定装夹方案
工件毛坯为Φ35铝料，用三爪自定心卡盘一次装夹，伸出长度大约60mm，加工工件所有外形，最后切断。
2、工件原点
以工件右端面与轴线交点为工件原点，建立工件坐标系（采用试切对刀建立）
分组讨论,
最后每组选
出一名学生进行总结
刀具
选择
刀具选用卡
刀具号
刀具名称
刀片规格
加工表面
参考图片
备注
T0101
93°外圆车刀
35°菱形R0.4
外轮廓
粗车
精车
T0202
切断刀
宽4mm
切断
切断
工具量具选择
工具、量具选用卡
序号
量具名称
规格
精度
参考图片
1
游标卡尺
0～150mm
0。
02mm
2
外径千分尺
0～25mm
0.01mm
3
深度尺
0～150mm
0.02mm
4
万能角度尺
0°~320°
2′
5
半径样板
R1~R6。
5mm
6
卡盘、主轴扳手
加工方案的制定
数控加工工艺卡片
实训
项目
简单圆弧
轴的加工
零件
图号
4-1
系统
FANUC
材料
铝料
装夹定位简图
操作
步骤
操作
内容
G功能
T刀具
切削用量
主轴转速
S（r/min）
进给速度
F（mm/r）
背吃刀量
ap（mm）
1
车右端面建立长度方向基准
G01
T0101
____
____
0.5
2
粗车零件外轮廓
G01
G02/G03
G71/G70
T0101
____
____
2
3
精车零件外轮廓
G01
G02/G03
G71/G70
T0101
____
____
0。
5
4
切断保证总长
G01
T0202
____
____
编制加工程序
编程原点
工件右端面的中心点
零件
名称
圆弧轴
零件
图号
4—1
编写日期
2010-10—10
编程
系统
FANUC
车床
型号
CYK6132
材料
硬铝2A12—T4
程序号
O2010
加工地点
数控实训车间
段号
程序内容
简要说明
N10
G21G99G97G40；
坐标单位为公制,进给量设定为每转进给,主轴恒转速旋转，取消刀尖圆弧半径补偿
N20
G00X___Z___；
快速返回换刀点（100，100）
N30
T____；
换1号外圆车刀，调用01号偏置值
N40
M___S___；
主轴正转600r/min
N50
G00X40Z0；
快速接近工件，准备车削右端面
N60
G01X-1F___;
车右端面,进给量0。
1mm/r
N70
G00X37Z2；
快速定位到循环起点（37，2）
N80
G71U___R___；
外圆粗车循环:
每次背吃刀量2mm,退刀量1mm，从N100到N190为精车刀具轨迹,X向精加工余量0。
5mm,Z向精加工余量0。
1mm,进给量0。
2mm/r
N90
G71P___Q___U___W___F___；
N100
G00X6；
车外圆Φ60-0。
03
精加工刀具轨迹
N110
G01Z-8；
N120
X10；
加工1：
5锥度
N130
X14Z-28；
N140
X16；
N150
G03X24Z—32R4；
车R4凸圆弧
N160
G01Z—40；
车外圆Φ240-0.03
N170
G02X30Z—43R3;
车R3凹圆弧
N180
G01Z—55；
车外圆Φ30
N190
G01X37；
退刀
N200
G00X___Z___；
快速返回换刀点（100，100）
N210
T____；
换1号外圆车刀调用01号偏置值
N220
M___S___；
主轴正转1000r/min
N230
G00X37Z2;
快速定位到循环起点（37，2）
N240
G70P___Q___F0。
1；
精车循环：
调用N100到N190程序段，进给量0。
1mm/r
N250
G00X___Z___;
快速返回换刀点（100，100）
N260
T____；
换2号切断刀，调用02号偏置值
N270
M___S___；
主轴正转400r/min
N280
G00X37Z-48;
快速接近工件，准备切断
N290
G01X0F0.05；
切断，进给量0.05mm/r
N300
G00X100；
沿X向退刀
N310
Z100；
沿Z向退刀
N320
M___;
程序结束并返回程序头
机
床
操
作
开
启
机
床
1、打开机床后备箱总电源（水平开启）
2、启动数控车床系统电源
，按钮按住2-3秒再松开
3、等显示屏幕出现图形后,在出现报警状态后，信息报警指示灯
会出现红色光一闪一闪的，松开急停按钮
，这是由关机后按下紧急急停按钮所导致的,在按下复位键
使系统复位。
4、打开机床照明灯
要求每位学生熟记开机过程
装
夹
零
件
和
刀
具
1、使用三爪自定心卡盘装夹定位，装夹Φ35棒料毛坯的外表面,伸出长度大约60mm；
2、在刀架1号工位上装上93°外圆车刀，在2号工位上装上刃宽4mm的切断刀。
每组选派一名学生进行零件的装夹，刀具的安装。
加工完第一个零件后，在加工第二个零件时，任务与另外一名同学对调，保证每个过程都有动手的机会
对刀及验证对刀
1、1号93°外圆车刀对刀
对刀的步骤：
（1）保证机床三个坐标系统一（观察方法:
坐标（POS）→综合）
其方法：
在任何模式下，依次按坐标（POS）→综合
→操作→→（软键扩展键）→WRK-CD→所有轴
（2）把刀架移到靠近工件的位置（可先用手轮模式下，打到X100的档位）
（3）Z向对刀.旋转主轴（如500r/min），此时打到X10的倍率，使刀具在Z向切入0.05~0。
1mm,车平工件右端面，速度适中,到中心后反向退出.在刀补（OFS/SET）的偏置外形中，001处输入Z0.0，再按测量即可.
（4）X向对刀。
旋转主轴（如500r/min），此时打到X10的倍率，在X向切入0。
1～0.2mm，长度无须多切（只要能用游标卡尺测量即可），量出直径尺寸，在刀补（OFS/SET）的偏置外形中,001处输入量出的尺寸，再按测量即可.
注意：
对于外圆车刀，应在刀补（OFS/SET）的偏置外形中,
X方向处输入0.5+输入。
检验对刀
（1）、建立一个验证对刀的程序。
O0001；
T0101；（1号刀）
G00XΦZ150；（Φ为所量尺寸直径）
M30;
（2）、输入验证程序
（3）、验证X向和Z向（先让刀远离工件的正方向）
运行上述程序后，用手轮摇Z轴方向，让刀具接近工件,直至工件直径处，看看刀尖是否与工件刚刚切过的直径处对齐.若对齐说明X向对刀正确,若有误重新对刀；接下来看那个绝对坐标系里的Z坐标数值,摇到零位，看看刀尖与工件右端面是否对齐。
若对齐说明Z向对刀正确,若有误重新对刀。
2、2号刃宽4mm的切断刀对刀（方法同93°外圆车刀,此处略）
由零件装夹刀具安装的学生进行刀具的对刀及验证对刀
输入程序
程序模拟
1、输入程序O2010
2、程序模拟的步骤：
（1）机床锁住
其顺序：
依次按刀补（OFS/SET）→→（软键扩展键）→中间的操作→（翻页找）机械锁住（光标键至接通）
（2）按模拟（CSTM/GR）→G.PRM（里面进行设置，长度和直径可按真实工件输入，比例缩放一般为120，视情况定）→图形→（旋至编辑模式（第1个），按程序（PROG）,按复位（RESET））→旋至自动模式（第2个），同时开启空运行功能→启动（左下角绿的键）
组内另外一名学生同时进行程序的输入、模拟加工.加工完第一个零件后,在加工第二个零件时,任务与另外一名
（3）观察加工轨迹，与零件的图形轮廓是否符合，如果零件中有实线或虚线通过（实线代表G01、G02、G03的轨迹；虚线代表G00的轨迹）,则需检查程序。
如果报警了,就直接按MESSAGE,看看到底是哪行的程序出了问题（一般都是其附近的某句程序有问题）,并对照给出的程序进行修改。
同学对调,保证每个过程都有动手的机会
加工零件
1、解锁
其顺序：
依次按刀补（OFS/SET）→→（软键扩展键）→中间的操作→（翻页找）机械锁住（光标键至关断）
2、保证机床三个坐标系统一（观察方法：
坐标（POS）→综合）
其方法:
在任何模式下，
依次按坐标（POS）→综合→操作→→（软键扩展键）→WRK-CD→所有轴
3、关闭空运行功能，开启单段功能
4、开始加工
旋至编辑模式（第1个），按程序（PROG），按复位（RESET））→旋至自动模式（第2个）,倍率转至20%→关上安全门→启动（左下角绿的键），观察里面的状况，一下一下按启动键（随时准备按急停）→到达工件外面点时，倍率转至100%，继续一下一下按启动键→正常加工几刀以后，关闭单段功能，按启动键（随时准备按急停）→直至程序结束。
5、测量
6、去余量
如量出的尺寸还有0。
55的余量，其公差为下公差3丝，则在刀补（OFS/SET）的偏置外形中，001X方向处输入-0。
56+输入。
7、精加工运行
旋至编辑模式（第1个）,按程序（PROG），按复位（RESET），按往下的光标键找到第二次换刀的位置（如T0101，跳过G71的粗加工程序）→旋至自动模式（第2个），关上安
全门→启动（左下角绿的键）→观察里面的状况（随时准备按急停）→直至程序结束.
注意：
刚开始要加工时，务必将快速修调参数调至20%。
由进行程序输入、模拟加工的学生进行零件加工
设计意图
每2名学生一组，组内既有分工又有合作。
数控车床加工是操作性很强的工种，必须经过实践操作才能掌握技能。
实践操作使学生在课堂学到的理论知识，转化为操作技能。
学生在学中做，同时又在做中学，提高了学习的积极性,学生全身心地投入，尽自己最大能力理解并记忆。
任
务
评
1、零件自检、互检，并填写检验记录
2、检验记录与零件一起上交给教师
3、教师根据零件加工情况得出成绩，并现场进行总结
零件进行自检和组内互检,能够及
价
检验记录表
时发现加工中的不足与长处，培养自检能力
班级
姓名
产品等次
检测项目
评分标准
配分
自评
师评
机床
操作
1
按步骤开机、检查、润滑
5
2
切削用量选择合理
5
3
输入程序,检查及修改
5
4
程序轨迹检查
5
5
工、夹、刀具的正确
5
6
安全文明生产
5
工作
态度
7
行为规范、纪律表现
5
外圆
8
Φ60-0.03Ra3。
2
6
8
4
9
Φ240-0.03Ra3。
2
6
43
4
10
Φ30
5
总长
11
48Ra3.2
6
锥度
12
Φ14
5
13
1：
5锥度Ra3。
2
6
14
28
4
其他
15
倒圆角R4
3
16
倒圆角R3
3
17
未注倒角R0.5
3
18
整体外形及表面粗糙度
10
综合得分
100
产品等次
100-85
85-75
75-60
60以下
一等品
二等品
三等品
次品
教
学
反
思
【知识链接】相关编程知识
（1）外圆/内孔粗加工切削循环G71指令
外圆/内孔粗加工切削循环，适于切削余量较大，而且工件是沿径向单调递增或递减。
编程格式：
G71U（△d）R（△e）；
G71P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）F（f）S（s）T（t）；
说明：
△d—-背吃刀量，无正负号，半径指定；
△e—-退刀量；
ns-—精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；
nf——精加工轮廓程序段中结束程序段的段号;
△u——X轴向精加工余量，直径指定;
△w——Z轴向精加工余量；
f——F代码（进给量）.
（2）精加工循环G70指令
由G71完成粗加工后，可以用G70进行精加工.精加工时，G71程序段中的F、S、T指令无效，只有在ns～nf程序段中的F、S、T才有效。
编程格式：
G70P（ns）Q（nf）F（f）;
说明：
ns——精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；
nf—-精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；
f——F代码（进给量）。
（3）圆弧顺时针插补G02指令；圆弧逆时针插补G03指令
指令格式：
圆弧顺时针插补G02
G02X（U）__Z（W）__R__F__；
G02X（U）__Z（W）__I__K__F__;
圆弧逆时针插补G03
G03X（U）__Z（W）__R__F__；
G03X（U）__Z（W）__I__K__F__;
说明：
1）、用绝对尺寸编程时，X、Z为圆弧终点坐标；
2）、用增量尺寸编程时,U、W为圆弧终点相对起点的增量值；
3）、R是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角小于等于180°时，R取正值，当圆弧所对应点的圆心角大于180°时，R取负值；
4）、无论是用绝对编程还是用增量编程，I、K都为圆心在X、Z轴方向相对圆弧起始点的坐标增量，I是半径值。
若程序段中间同时出现I、K和R时，以R为优先，I、K无效。
5）、F为进给量。
【知识拓展】
1、刀具选用卡
刀具号
刀具名称
刀片规格
加工表面
参考图片
备注
T0101
93°外圆车刀
35°菱形R0。
4
外轮廓
粗车
精车
T0202
切断刀
宽4mm
切断
切断
2、工具、量具选用卡
序号
量具名称
规格
精度
参考图片
1
游标卡尺
0～150mm
0。
02mm
2
外径千分尺
0～25mm
0。
01mm
3
深度尺
0~150mm
0。
02mm
4
万能角度尺
0°~320°
2′
5
半径样板
R1～R6.5mm
6
卡盘、主轴扳手
3、数控加工工艺卡片
实训项目
圆弧轴II的加工
零件图号
4-2
系统
FANUC
材料
铝料
装夹定位简图
操作
步骤
操作内容
G功能
T刀具
切削用量
程序号
主轴转速
S（r/min）
进给速度
F（mm/r）
背吃刀量
ap（mm）
1
车右端面，建立长度方向基准
G01
T0101
600
0。
1
0.5
O2011
2
粗车零件
外轮廓
G01
G02/G03
G71/G70
T0101
600
0。
2
2
3
精车零件
外轮廓
G01
G02/G03
G71/G70
T0101
1000
0.1
0。
5
4
切断，保证总长
G01
T0202
400
0。
05
4、编制加工程序
编程原点
工件右端面的中心点
零件名称
圆弧轴II
零件图号
4-2
编写日期
编程系统
FANUC
车床型号
CYK6132
材料
硬铝2A12-T4
程序号
O2011
加工地点
数控实训车间
段号
程序内容
简要说明
N10
G21G99G97G40；
坐标单位为公制，进给量设定为每转进给，主轴恒转速旋转，取消刀尖圆弧半径补偿
N20
G00X___Z___；
快速返回换刀点（100，100）
N30
T____；
换1号外圆车刀，调用01号偏置值
N40
M___S___；
主轴正转600r/min
N50
G00X47Z0；
快速接近工件，准备车削右端面
N60
G01X-1F0。
1；
车右端面，进给量0。
1mm/r
N70
G00X__Z__；
快速定位到循环起点（42,2）
N80
G71U__R__；
外圆粗车循环:
每次背吃刀量2mm，退刀量1mm,从N100到N170为精车刀具轨迹，X向精加工余量0。
5mm，Z向精加工余量0.1mm,进给量0.2mm/r
N90
G71P___Q___U0.5W0。
1F0。
2；
N100
G00X14；
精加工刀具轨迹
N110
G01Z0;
N120
G03X20Z—3R3；
车R3凸圆弧
N130
G01Z-25;
车外圆Φ20
N140
G02X32Z-31R6；
车R6凹圆弧
N150
G03X40Z-35R4；
车R3凸圆弧
N160
G01Z-54;
车外圆Φ40
N170
G01X47；
退刀
N180
G00X___Z___；
快速返回换刀点（100，100）
N190
T____；
换1号外圆车刀，调用01号偏置值
N200
M___S___；
主轴正转1000r/min
N210
G00X___Z___；
快速定位到循环起点（47，2）
N220
G70P___Q___F0。
1；
精车循环：
调用N100到N170程序段，进给量0。
1mm/r
N230
G00X___Z___；
快速返回换刀点（100，100）
N240
T____；
换2号切断刀，调用02号偏置值
N250
M___S___；
主轴正转400r/min
N260
G00X47Z—54;
快速接近工件,准备切断
N270
G01X0F0。
05；
切断，进给量0.05mm/r
N280
G00X10
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