数控加工与编程车项目四螺栓加工教案

学习情境四：用直线插补指令及螺纹指令加工螺栓

学习情境 用直线插补指令及螺纹指令加工螺栓 1．数控加工程序的组成及格式； 2．螺纹切削指令G32； 参考 学时 教学3. 螺纹循环指令G92的应用； 内容 4．暂停指令G04的应用； 4．零件数控加工工艺的制订。 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。 教学2.专业知识目标 目标 （1）掌握数控加工程序的编制格式； （2）掌握外圆、端面、切槽和螺纹的数控加工； （3）能够对阶梯轴类零件进行数控程序的编制和加工。 3.社会能力 （1）团队协作意识及方法； （2）语言表达能力。

1．教学重点 （1）数控程序的格式； （2）基本加工类指令的编程及应用。 教学重点 难点及解决方法 2．教学难点 （1）切槽的加工； （2）螺纹切削指令的应用。 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； 1．教室、多媒体； 教学 2．校内实训机房、数控加工仿真软件； 条件 3．生产性实习车间、数控车床。 教学方法 多媒体讲授理论知识；仿真软件练习掌握数控机床操作面板及基本指令加工；数控机床实际操作练习掌握基本能力。

学习情境二：螺栓的加工（详案）

情景描述 （咨询） 步骤 教学内容 1．给出螺栓的零件图； 教学方法 0.5课时 时间 2．给出零件的信息及加工要教师介绍 求；

教 学 过 程 3．分析零件特点，指导学生自学内容。 1．工件的装夹与定位； 2．加工路线的确定； 学生自学 教师辅导 1.5课 时 的 制定加工工3．切削用量的选择； 实 艺 施 （计划） 4．刀具的选择； 5．机床及数控系统的选择。 1. G32基本加工类指令编 程； 学生为主 5课时 编制零件加2. G92指令的应用； 工程序 （决策） 3. 多把刀具的工件坐标系的教师点评 建立； 4．编程分析、编写零件的数控加工程序； 5．查阅资料、进行讨论。 数控仿真和 1. 数控系统面板的应用； 实操加工 （实施） 教师指导 1课时 2. 数控仿真加工的操作步学生操作 骤； 3. 零件的加工。

检测加工零 1．零件的尺寸精度检测； 件 (检查) 任务扩展 2．零件加工质量评估； 3．总结。 扩展两个新知识点： 1．螺纹加工扩充； 2．切槽、切断加工； 3．学习应用 评价 完成情况（60%） 教师点评 0.5课时 教师讲授 课后自学 1.5课时 方法能力创新意识（20%） （20%） 一、情境描述

给学生发放螺栓零件图，并给出零件信息和加工要求。

图4.1

图4.1所示螺栓为轴类零件，结构要素有外圆柱面、倒角和螺纹，最后要求切断。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 （一）引入新知识

1.车削螺纹时的主轴转速

数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴（多为Z轴）方向位移一个导程即可，不应受到限制。但加工螺纹时，会受到一下几方面的影响：

1）螺纹加工程序段中指令的螺距值，相当于进给量f（mm/r）表示的进给速度F，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的速度v f(mm/min)则必定大大超过正常值。

2）刀具在其位移过程中，都将受到伺服驱动系统升降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升降频率特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙不符合要求。

3）车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器（编码器）。当其主轴转速选择过高时，通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发出的一个基本脉冲信号）将可能因“过冲”（特别是当脉冲编码器的质量不稳定时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗称“乱牙”）。

鉴于上述原因，不同的数控系统车螺纹时推荐使用不同的主轴转速范围。大多数经济型数控车床推荐车削螺纹时主轴转速n为：

n≤1200/P-K

式中：P---螺纹的螺距或导程，单位为mm； K---保险系数，一般取80。

2.螺纹车削加工为成型车削，且切削进给量较大，刀具强度较差，一般要求

分数次进给加工，见表4.1所示。

表4.1 常用螺纹切削的进给次数与吃刀量 公制螺纹 螺距 牙深（半径量） 削 次 1次 2次 3次 4次 1.0 0.649 0.7 0.4 0.2 1.5 0.974 0.8 0.6 0.4 0.16 2 1.299 0.9 0.6 0.6 0.4 0.1 2.5 1.624 1.0 0.7 0.6 0.4 0.4 0.15 3 1.949 1.2 0.7 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 3.5 2.273 1.5 0.7 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.15 4 2.598 1.5 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.3 5次 6次 7次 8次 9次 24 0.678 0.8 0.4 0.16 18 0.904 0.8 0.6 0.3 0.11 16 1.016 0.8 0.6 0.5 0.14 14 1.162 0.8 0.6 0.5 0.3 0.13 12 1.355 0.9 0.6 0.6 0.4 0.21 10 1.626 1.0 0.7 0.6 0.4 0.4 0.16 0.2 8 2.033 1.2 0.7 0.6 0.5 0.5 0.4 英制螺纹 牙/in 牙深（半径量） 切削次数及吃刀量 （直径量） 1次 2次 3次 4次 5次 6次 7次 （二）零件具体加工工艺制定 1．装夹与定位

0.17 该螺栓零件为短轴类零件，其轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持φ40mm外圆左端，使工件伸出卡盘约80mm，一次装夹完成粗精加工。

2．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、Z80处。 3．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，再精加工，然后加工螺纹，最后进行切断。

① 手动车削端面；

② 粗车φ35外圆，留0.5mm精车余量； ③ 粗车φ20外圆，留0.5mm精车余量； ④ 精车2×45°倒角；

⑤ 精车φ20和φ35外圆到尺寸； ⑥ 车削螺纹； ⑦ 切断。 4．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为外圆车刀、T02为螺纹车刀、T03为切断刀。

5．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800r/min，精加工余量为0.5mm，车螺纹和切断为400r/min；粗加工时进给速度为0.5mm/r；精加工时进给速度为0.3mm/r，切断为0.1mm/r。

6．选择机床和数控系统 ① 机床型号

机床型号为CK6132-Ⅱ型数控车床。 ② 数控系统

采用广数928TD、KND数控系统。 三、编制零件加工程序

(一) 引入新知识（基本加工类指令）

1.螺纹切削指令---G32 格式：G32 X(u)_ Z(W)_ F_;

参数：X、Z为螺纹切削终点的坐标值，U、W为螺纹切削终点相对于螺纹切削起点的位移量；F为螺纹导程。

注意：车削螺纹时必须使用恒转速功能G97。 2.螺纹切削循环指令---G92 格式：G92 X(u)_ Z(W)_ I_ F_;

参数：X、Z为螺纹切削终点的坐标值，U、W为螺纹切削终点相对于螺纹循环起点的位移量；I为锥螺纹始点与终点的半径值，加工圆柱螺纹时，I为0；F为螺纹导程。 如图4.2

所示

图4.2

（二）螺栓零件数控加工程序的编制 1. 编程分析 （以G32为例）

该零件结构要素有圆柱面、倒角、螺纹，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

O0001 程序号

N10 T0101 换1号外圆车刀，建立工件坐标系 N20 G00 X100 Z80 快速移动至换刀点

N30 M03 S800 主轴正转，转速为800r/min N40 X38 Z5 快速走刀至第一切削起点

N50 G01 Z-65 F0.5 粗车φ35外圆至38mm，进给速度0.5mm/r N60 X42 X向G01 退刀 N70 G00 Z5 Z向G00 回起点 N80 X35.5 快速走刀至第二切削起点

N90 G01 Z-65 粗车φ35外圆，留0.5mm精加工余量 N100 X42 X向G01 退刀 N110 G00 Z5 Z向G00 回起点 N120 X30.5 快速走刀至第三切削起点

N130 G01 Z-49.5 粗车φ20外圆至30.5mm，Z向留0.5mm余量 N140 X40 X向G01 退刀 N150 G00 Z5 Z向G00 回起点 N160 X25.5 快速走刀至第四切削起点 N170 G01 Z-49.5 粗车φ20外圆至25.5mm N180 X40 X向G01 退刀 N190 G00 Z5 Z向G00 回起点 N200 X20.5 快速走刀至第五切削起点

N210 G01 Z-49.5 粗车φ20外圆至21mm，留0.5mm精加工余量 N220 X40 X向G01 退刀 N230 G00 Z5 Z向G00 回起点 N240 X16 快速至精加工X向起点处

N250 G01 Z0 F0.3 快速至精加工起点，调整进给速度 N260 X20 Z-2 车2×45°倒角 N270 Z-50 精车φ20外圆 N280 U15 N290 W-15 N300 X45 XN310 G00 X100 Z80 N320 T0202 G97 N330 G00 X19 Z5 S400 N340 G32 Z-30 F2.5 N350 G01 X25 XN360 G00 Z5 ZN370 X18.3 N380 G32 Z-30 F2.5 N390 G01 X25 XN400 G00 Z5 ZN410 X17.7 N420 G32 Z-30 F2.5 N430 G01 X25 XN440 G00 Z5 ZN450 X17.3 N460 G32 Z-30 F2.5 N470 G01 X25 XN480 G00 Z5 ZN490 X16.9 N500 G32 Z-30 F2.5 N510 G01 X25 XN520 G00 Z5 ZN530 X16.75 N540 G32 Z-30 F2.5 精车端面，增量编程 精车φ35外圆，增量编程 向G01 退刀 快速返回到换刀点

换二号螺纹刀，建立工件坐标系，恒转速 快速至螺纹第一切削起点，调整转速 切削螺纹,切削深度1mm 向G01 退刀 向快速返回起点 快速至螺纹第二切削起点 切削螺纹，切削深度0.7mm 向G01 退刀 向快速返回起点 快速至螺纹第三切削起点 切削螺纹，切削深度0.6mm 向G01 退刀 向快速返回起点 快速至螺纹第四切削起点 切削螺纹，切削深度0.4mm 向G01 退刀 向快速返回起点 快速至螺纹第五切削起点 切削螺纹，切削深度0.4mm 向G01 退刀 向快速返回起点 快速至螺纹第六切削起点 切削螺纹，切削深度0.15mm

N550 G01 X25 X向G01 退刀 N560 G00 X100 Z80 快速返回换刀点

N570 T0303 换三号切断刀，刀宽3mm，建立工件坐标系 N580 G00 X42 Z-63 S400 快速移至切断起点处 N590 G01 X0 F0.1 切断，调整进给量 N600 G00 X100 Z80 快速返回换刀点 N610 M05 主轴停止 N620 M30 程序结束 3．加工程序的检验、修改

学生之间讨论、自评、检验、修改。 教师进行指导、讲解。 四、数控仿真和实操加工 1．螺栓的数控仿真

① 熟悉数控系统的操作面板； ② 装夹毛坯、装夹刀具；

③ 进行多把刀具的工件坐标系建立； ④ 数控程序的输入，并学会DNC传送程序； ⑤ 零件的仿真加工。 2．螺栓的实操加工

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、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）螺纹加工扩充

进刀段、退刀段：

为消除伺服滞后造成的螺距误差，一般在螺纹加工轨迹中应该设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2，如图4.3所示零件。

图4.3 螺纹切削引入距离和退刀距离

4. 学习应用

附件1：

学习任务单

图所示螺栓为轴类零件，结构要素有外圆柱面、倒角和螺纹，最后要求切断。要求完成零件的数控加工，车削尺寸至图中要求。

附件2：

数控加工工序卡片

单位 名称 德州 产品名称或代号

零件名称 零件图号 科技 职业 学院 工步内容 刀具号 夹具名称 使用设备 车间 工步号 刀具类主轴转速 进给速度 背吃刀型 /(r·min-1) /(mm·min-1) 量/mm 备注 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

附件3：

评分表 数控车工考核评分表 班级 姓名 学号 检测项目 技术要求 配分 评分标准 检测结果 得分

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