《数控加工工艺方案的制定》课程讲义

《数控加工工艺方案的制定》课程讲义 课程负责人:陈思萍 2010.10.18 数控教研室数控教研室

学习情境2—球体轴零件数控车削加工工艺制定学习情境2—球体轴零件数控车削加工工艺制定第一部分：学习情境教学框架第二部分：学习情境教学工作任务描述第三部分：学习情境教学工作过程

第一部分：学习情境教学框架 能对球体轴零件进行工艺分析，确定其加工方法、加工顺序。 1 能独立完成球体轴零件数控车削加工工艺分析工作。 2 能确定球体轴零件数控车削加工机床型号、结构特点、主要技术参数、功能和加工工艺范围 3 学习目标能确定数控球体轴零件数控车削加工定位装夹方案及选择夹具 4 能独立完成球体轴零件数控车削加工工步的划分及工步顺序的安排 5

第一部分：学习情境教学框架 确定加工余量、工步尺寸及公差 6 7 能确定工件坐标系零点、对刀基准、对刀点及换刀点能绘制球体轴零件数控车削加工工序图、走刀路线图 8 学习目标 9 掌握45钢的切削加工性能 10 合理选择数控车削加工切削用量能够填写数控车削加工相关工艺文件 11

第一部分：学习情境教学框架 1.球体轴零件工艺分析前准备知识。 2.球体轴零件工艺分析的主要内容、步骤及工艺分析要达到的目的。 3.加工45号钢所用刀具材料的性能。 4.球体轴零件生产类型、毛坯类型的确定。 5.球体轴零件加工方法、定位装夹方式的确定方法。 6.球体轴零件加工顺序、机床类型的确定方法。 7.球体轴零件机械（加工工艺路线的拟订方法。 8.球体轴零件检测工具的选择。知识学习内容 1.球体轴零件加工工艺相关资料查阅、搜集、处理工作。 2.球体轴零件工艺分析报告卡片的填写。 3.球体轴零件机械（含数控车削）工艺路线卡片的填写。 4.检查，分析、评价球体轴零件机械工艺路线方案。 5.小组成员之间互相沟通、讨论、检查和评价工作过程。技能

第一部分：学习情境教学框架 1.球体轴零件工艺分析前准备工作。 2.球体轴零件工艺分析的主要内容、步骤及工艺分析要达到的目的。 3.球体轴零件机械（含数控车削）加工工艺路线拟订的主要内容与步骤。教学重点教学方法宏观：引导文教学法微观：案例法教学资源

第一部分：学习情境教学框架 教学实施场所数控工艺理实一体化教室(含虚拟车间)、数控加工实训中心、机械加工实训中心教学环节

第一部分：学习情境教学框架 1.球体轴零件工艺分析前准备工作。（20分） 2.球体轴零件工艺分析报告。（30分） 3.球体轴零件机械（含数控车削）加工工艺路线的拟订。（50分）检查 1.工作成果评价：70分（教师评价40%、小组互评40%、学生自评20%）。 2.团体协作与交流沟通能力评价：10分。 3.学习态度与纪律评价：10分。 4.解决问题能力评价：10分。评价

第二部分：学习情境教学工作任务描述 一、项目工作任务名称：球体轴零件工艺路线的拟定二、零件类型描述三、任务内容描述四、教学工作整体设计

第二部分：学习情境教学工作任务描述 一、项目工作任务名称：球体轴零件工艺路线的拟定二、零件类型描述从外部形状看，该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；分别达到IT7级，表面粗糙度Ra1.6μm。球面Sφ50±0.05㎜的尺寸公差达到IT10级，还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。

第二部分：学习情境教学工作任务描述 三、任务内容描述

第二部分：学习情境教学工作任务描述 三、任务内容描述零件如图所示，材料45钢，重0.8kg，数量1000件。通过本学习情境的学习，主要完成以下工作：球体轴零件数控车削加工的工序设计。球体轴零件数控车削加工工序卡片、刀具卡片切削用量卡片填写，绘制零件数控加工工序图、走刀路线图检查各项工作完成质量。评价工作过程及工作完成质量，并提出改进措施。 1、 2、 3、 4、

第二部分：学习情境教学工作任务描述 四、教学工作整体设计

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么本项目工作要达到的目的及需处理的事情? 1、组织、协调学生分组工作按学生意愿组织、协调教学班级的分组工作，每个小组不超过5个人，确定小组负责人，明确小组负责人工作职责。 2. 明确本项目工作要达到的目标 2.1项目工作任务1—完成球体轴零件数控车削加工工艺分析工作 ①选择并确定进行数控车削加工的内容 ②数控车削加工方案的拟定 ③与起刀、进刀、退刀及刀补的有关的工艺问题的处理 ④数控车削加工工艺参数的确定

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 2.2 项目工作任务2——完成球体轴零件工艺分析工作 ①数控机床型号的确定 ②定位装夹方案及夹具种类的确定 ③工步的划分及工步顺序的安排 ④工件坐标系零点、对刀基准、对刀点及换刀点的确定 ⑤走刀路线图的设定 ⑥刀具量具的选择 ⑦加工余量、工序 (步)尺寸及公差的确定 ⑧切削用量的选择

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 2.3 项目工作任务3——完成球体轴零件工艺路线拟订工作 ①球体轴零件数控车削加工工序卡片的填写。 ②球体轴零件数控车削加工刀具卡片的填写。 ③球体轴零件数控车削加工工切削用量卡片的填写。 ④绘制球体轴零件数控加工工序图。 ⑤绘制球体轴零件数控加工走刀路线图 2.4 项目工作任务4——检查各项工作完成质量 ①检查球体轴零件数控车削加工工艺分析报告卡片。 ②检查球体轴零件数控车削加工工艺制订报告卡片。 ③检查球体轴零件数控车削加工工序卡片。 ④检查球体轴零件数控车削加工刀具卡片。 ⑤检查球体轴零件数控车削加工工切削用量卡片。 ⑥检查球体轴零件数控车削加工工序图。 ⑦检查球体轴零件数控车削加工走刀路线图。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 2.5 项目工作任务5——评价工作过程及各项工作完成质量，提出改进措施 ①工作过程评价。 ②工作质量评价及改进。 ③个人工作小结。 ④小组工作总结。 ⑤小组成果展示。 3．完成项目工作任务需资讯、学习的知识 3.1 完成项目工作任务1需资讯、学习的知识 ①选择并确定进行数控车削加工的内容 (1) 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 (2) 精度要求高的回转体零件 (3)带特殊螺纹的回转体零件

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 ②数控车削加工方案的拟定（1）零件图的分析（2）拟定工艺路线（3）确定走刀路线 ③与起刀、进刀、退刀及刀补有关的工艺问题的处理（1）程序起始点、返回点、切入点、切出点的确定（2）程序进刀、退刀方式与进刀、退刀路线的确定（3）刀补的确定 ④数车削加工工艺参数的确定数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么切削用量的选用原则（1）切削用量的选用原则（2）切削用量的选取方法 ①背吃刀量的选择粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。 ②进给速度（进给量）的确定粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度νf可以按公式νf =f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm/r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。 ③切削速度的确定切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/πD 来确定主轴转速n（r/min）。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 3.2 完成项目工作任务2需资讯、学习的知识 ①数控机床型号的确定加工球体轴零件的数控车削，一般采用两轴联动的数控车床。选择数控机床型号时主要考虑以下几点： (1) 机床的尺寸规格要与被加工的零件尺寸相适；球体轴零件的外形尺寸约为Ø60x190mm。机床的加工对象加工φ250×1000(500)以下轴件，φ500以下盘件。 (2) 机床精度要与被加工零件的加工要求相适应；该零件最小尺寸公差为0.25mm，其余尺寸公差都为IT14级，表面粗糙度均为Ra1.6μm，比较容易加工。 (3) 机床的生产率与被加工零件的生产纲领相适应；球体轴零件为中批量生产。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么结合以上考虑选择CK7150A。CK7150A结构特点: CK7150A型轴类数控车床系双坐标两轴联动、半闭环数控车床。主机采用倾斜45°卧式床身，采用矩形贴塑导轨，刚性强，排屑性能好，操作方便，外观宜人。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 ②定位装夹方案及夹具种类的确定机床夹具的选择主要考虑生产类型。（1）单件小批量生产应尽量选用通用夹具；（2）大批大量生产时，采用高生产效率的专用机床夹具； ③工步的划分及工步顺序的安排在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行”、“先粗后精”、“先主后次”及“先面后孔”的一般工艺原则。此外还应考虑： 1．减少换刀次数，节省辅助时间。一般情况下，每换一把新的刀具后，应通过移动坐标，回转工作台等将由该刀具切削的所有表面全部完成。 2．每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 ④工件坐标系零点、对刀基准、对刀点的确定工件坐标系原点是由编程人员根据编程计算方便性、机床调整方便性、对刀方便性、在毛坯上位置确定的方便性等具体情况定义在工件上的几何基准点，一般为零件图上最重要的设计基准点。对刀点应选在工件坐标系的原点上,这样有利于保证对刀精度，减少对刀误差。也可将对刀点或对刀基准设在夹具定位元件上，这样可直接以定位元件为对刀基准对刀，有利于批量加工时工件坐标系位置的准确。 ⑤走刀路线图的设定 1．车削零件表面时，要正确选用车削方式。 2．进给路线尽量短，以减少加工时间。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 3．进刀、退刀位置应选在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切线方向进刀、退刀，以避免产生刀痕。在车削内表面轮廓时，切入切出无法外延，车刀只能沿法线方向切入和切出，此时，切入切出点应选在零件轮廓的两个几何元素的交点上。 4．先加工外轮廓，后加工内轮廓。 ⑥刀具的选择车刀种类及几何尺寸根据被加工表面的形状和尺寸选择。本例数控精车工序选用车刀为立车刀和成形车刀，刀具材料为高速钢 ⑦加工余量、工序 (步)尺寸及公差的确定 ⑧切削用量的选择合理的切削用量指在保证加工质量的前提下，充分利用刀具和机床的性能，能获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么切削用量选择的原则在机床、刀具、工件的强度以及工艺系统刚性允许的条件下: 1)首先选择尽可能大的背吃刀量asp ; 2)其次选择在加工条件和加工要求限制下允许的进给量f; 3)最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切削速度vc。球体轴类零件机械加工顺序（1）普通车床：平端面。（2）钻：钻中心孔。（3）数控车床：粗车轮廓。（4）数控车床：精车轮廓。（5）数控车床：粗车螺纹。（6）数控车床：精车螺纹。。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节一：资讯——要做什么 3.3 完成项目工作任务3需资讯、学习的知识填写数控加工工艺文件是数控加工工艺设计的内容之一，是数控加工和产品验收的依据，也是操作者应遵守和执行的规程。工序卡片主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用刀具及切削用量等。刀具卡片是组装刀具和调整刀具的依据。数控加工中，要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞，因此必须设法告诉操作者编程中的刀具运动路线。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节二：计划与决策——如何完成工作计划项目工作计划如何?任务怎样进行? 应选择哪种工作方法? 应使用那些工具? 1.球体轴零件工艺分析前的准备工作怎样进行? 由于球体轴零件数控车削加工工艺分析是为拟订其工序作准备的。因此，首先要学习学习球体轴零件数控车削加工工艺分析的步骤、先后顺序及要达到的目的，然后学习每一项工作要完成的主要内容。

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节二：计划与决策——如何完成工作计划球体轴零件数控车削加工工艺分析

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节二：计划与决策——如何完成工作计划球体轴零件数控车削加工工艺分析（续）

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节二：计划与决策——如何完成工作计划 2.球体轴零件数控车削加工工艺制订工作怎样进行? 先要明确球体轴零件数控车削加工工艺制订的步骤、先后顺序及要达到的目的，然后明确每一项工作要完成的主要内容。球体轴零件数控车削加工工艺制订

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节二：计划与决策——如何完成工作计划球体轴零件数控车削加工工艺制订

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节三：实施——工作计划如何实施工作计划如何实施?计划实施的条件是哪些? 1.填写球体轴零件数控车削加工工序卡片球体轴零件数控车削加工工序卡片

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节三：实施——工作计划如何实施球体轴零件数控车削加工工序卡片（续）

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节三：实施——工作计划如何实施 2.填写球体轴零件数控车削刀具卡片球体轴零件数控车削刀具卡片

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节三：实施——工作计划如何实施球体轴零件数控车削刀具卡片（续）

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节四：检查——如何检查工作任务完成情况工作任务是否得到完整和专业的实施?工作目的是否已经达到? 1.检查球体轴零件数控车削加工工艺分析报告。见表4-1。表4-1 球体轴零件数控车削加工工艺分析报告考核表

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节四：检查——如何检查工作任务完成情况表4-1 球体轴零件数控车削加工工艺分析报告考核表（续）

第三部分：学习情境教学工作过程 学习环节四：检查——如何检查工作任务完成情况表4-1 球体轴零件数控车削加工工艺分析报告考核表

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