數控工藝與編程車教學案例分析

學習情境二：階梯軸的加工

學習參照

情境階梯軸附加工課時

1、零件圖的分析；

2、數控車床的定位與裝夾；

教學3、外圓表面加工措施的選擇；

內容4、切削加工次序口勺安排；

5、GOO、G01指令H勺應用；

6、F、S、T、M功能時應用。

1、職業(yè)能力目的

(1)具有與設計人員、工藝人員、操作人員溝通日勺能力；

(2)具有讀圖、識圖、分析零件圖的能力；

(3)具有零件工藝分析能力；

(4)具有數控編程的能力；

(5)具有查閱資料及有關應用手冊的能力；

教學(6)善于觀測、思索、自主學習及創(chuàng)新能力。

目的2、專業(yè)知識目的

(1)掌握數控加工程序編制格式；

(2)掌握外圓、端面、錐面口勺數控加工；

(3)可以對階梯軸類零件進行數控程序日勺編制和加工。

3、社會能力：

(1)團體協作意識及措施；

(2)語言體現能力。

1.教學重點

(1)零件圖H勺分析；

(2)切削加工次序的安排：

教學

(3)GOO、G01指令的應用。

重點

2.教學難點

難點

(1)外圓表面加工措施日勺選擇；

與處

(2)編程分析。

理措

3.處理措施

施

(1)圖形示例，零件加工仿真；

(2)查閱專業(yè)書籍及有關設計手冊；

(3)征詢企業(yè)有關人員或教師；

1.教室、多媒體；

教學

2.校內實訓機房、數控加工仿真軟件；

條件

3.生產性實習車間、數控車床。

教學多媒體講授理論知識；仿真軟件練習掌握數控機床操作面板及基本

措施指令加工；數控機床實際操作練習掌握基本能力。

學習情境二：階梯軸的加工（詳案）

環(huán)節(jié)教學內容教學措施時間

1.給出零件圖；

2.給出零件日勺信息及加工規(guī)

情景描述教師簡介；

定；

（征詢）學生自學

3.分析零件特點，指導學生

自學內容。

1.工件時裝夾與定位；

2.加工路線確實定；教師引入有關

制定加工工

3.切削用量的選擇；理論知識；

藝

4.刀具的選擇；學生自主確定

（計劃）

5.機床及數控系統(tǒng)的選擇。加工方案

教

學

1.GOO.G01加工指令編程；

教師引入有關

2.F、S、T代碼口勺使用；

過編制零件加理論知識；

3.編程分析、編寫零件的數

工程序學生自主確定

控加工程序；

程（決策）加工方案

4.查閱資料、進行討論。

。勺

實數控仿真和1.數控系統(tǒng)面板口勺應用；

教師指導；

實操加工2.零件數控仿真加工；

學生操作

施（實行）3.零件實操加工。

檢測加工零1.零件H勺尺寸精度檢測；

件2.零件加工質量評估：教師點評

（檢查）3.總結。

1.熱處理工序H勺安排；

2.輔助工序的安排；教師講授

任務擴展

3.模態(tài)指令日勺含義；課后自學

4.學習應用

創(chuàng)新意識

評價完畢狀況(60%)措施能力(20%)

(20%)

一、學習情景描述

(-)給學生發(fā)放零件圖，給出該零件的信息和加工規(guī)定。

圖示零件為簡樸階梯軸，構造要素有外圓柱面、倒角和圓錐面,

最終規(guī)定切斷。毛坯為＜1)38mm的棒料，材料為45鋼，規(guī)定完畢零

件的數控加工，車削尺寸至圖中規(guī)定。

二、制定加工工藝

(-)引入有關理論知識

1、零件圖的分析

零件圖分析是制定數控車削工藝H勺首要工作，重要應考慮如下幾種方面：

(1)構成零件輪廓的幾何條件

在車削加工中手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標；在自動編程時，要對構成

零件輪廓所有幾何元素進行定義。因此在分析零件圖時應注意：

①零件圖上與否遺漏某尺寸，使其幾何條件不充足,影響到零件輪廓口勺構成;

②零件圖上H、J圖線位置與否模糊或尺寸標注不清，使編程無法下手；

③零件圖上給定的幾何條件與否不合理，導致數學處理困難。

④零件圖上尺寸標注措施應適應數控車床加工的特點，應以同一基準標注尺

寸或直接給出坐標尺寸。

(2)尺寸精度規(guī)定

分析零件圖樣尺寸精度日勺規(guī)定，以判斷能否運用車削工藝到達，并確定控制

尺寸精度的工藝措施。

在該項分析過程中，還可以同步進行某些尺寸的換算，如增量尺寸與絕時尺

寸及尺寸鏈計算等。在運用數控車床車削零件時，常常對零件規(guī)定口勺尺寸取最大

和最小極限尺寸的平均值作為編程的尺寸根據。

(3)形狀和位置精度口勺規(guī)定

零件圖樣上給定日勺形狀和位置公差是保證零件精度歐I重要根據。加工時，要

按照其規(guī)定確定零件日勺定位基準和測量基準，還可以根據數控車床日勺特殊需要進

行某些技術性處理，以便有效的控制零件的形狀和位置精度。

(4)表面粗糙度規(guī)定

表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要規(guī)定，也是合理選擇數控車床、

刀具及確定切削用量的根據。

對表面粗糙度規(guī)定較高口勺表面，應確定用恒線速切削。

(5)材料與熱處理規(guī)定

零件圖樣上給定的材料與熱處理規(guī)定，是選擇刀具、數控車床型號、確定切

削用量日勺根據

2、數控車床的定位與裝夾

(1)數控車床夾具重要有三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、花盤等。

三爪自定心卡盤如圖2—1所示，可自動定心，裝夾以便，應用較廣，但夾

緊力較小，不便于夾持外形不規(guī)則的工件。

四爪單動卡盤如圖2-2所示，其四個爪都可單獨移動，安裝工件時需找正，

夾緊力大,合用于裝夾毛坯及截面形狀不規(guī)則和不對稱日勺較重、較大的工件。

圖2-1三爪自定心卡盤圖2-2四爪單動卡盤

一般用花盤裝夾不對稱和形狀復雜口勺工件，裝夾工件時需反復校正和平衡。

（2）數控車床上安裝零件，要合理選擇定位基準和夾緊方案，這時需注意

如下兩點。

①力爭設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一；

②盡量減少裝夾次數，盡量做到在一次定位裝夾后就能加工出所有待加工表

面O

3、外圓表面加工措施的選擇

外圓表面加工措施重要是車削和磨削，當表面粗糙度較小時，還要光整加工。

在選擇加工方案時，應根據其規(guī)定日勺精度、表面粗糙度、毛坯種類、工件材

料性質、熱處理規(guī)定以及生產類型，并結合詳細生產條件參照表1—1來確定。

表2—1外圓表面加工方案

公差表面粗糙

加工措施合用范圍

號等級度R<nm）

粗車IT1350?12.5合用于淬火鋼

-IT11以外向多種金屬

TT10

粗車一半精車6.3?3.2

?IT9

TT7

粗車一半精車一精車1.6?0.8

?IT6

粗車一半精車一精車一IT70.02?

拋光（滾壓）?IT60.025

IT7

粗車一半精車一磨削0.8~0.4使用于淬火

?IT6

鋼、未淬火鋼、鋼

粗車一半精車一粗磨一1T6

0.4?0.2鐵等，不適宜加工

精磨?IT5

強度低、韌性大的

粗車一半精車一粗磨一IT50.1?

有色金屬

精磨一高精度磨削?IT30.008

粗車一半精車一粗磨一IT50.01?

精磨一研磨?IT30.008

粗車一半精車一精車一IT60.4?合用于有色金

精細車（研磨）?IT50.025屬

4、切削加工次序的安排

（1）先粗后精先安排粗加工，中間安排半精加工，最終安排精加工和

光整加工。

（2）先主后次先安排零件的裝配基面和工作表面等重要表面的加工，

后安排如鍵槽、緊固用口勺光孔和螺紋孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工

作量小，又常與重要表面有位置精度規(guī)定，因此一般放在重要表面日勺半精加

工之后，精加工之前進行。

（3）先面后孔對于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位

的平面和孔日勺端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩(wěn)定可靠，利于保證

孔與平面的位置精度，減小刀具日勺磨損，同步也給孔加工帶來以便。

（4）基面先行用作精基準H勺表面，要首先加工出來。因此，第一道工序

一般是進行定位面H勺粗加工和半精加工（有時包括精加工），然后再以精基面定位

加工其他表面。例如，軸類零件頂尖孔口勺加工。

5、圓錐加工路線確實定

在數控加工中，刀具（嚴格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡和方向稱為

加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所通過的途徑，包括

切削加工的I途徑及刀具引入、返回等非切削空行程。影響走刀路線的原因諸多，

有工藝措施、工件材料及其狀態(tài)、加工精度及表面粗糙度規(guī)定、工件剛度、加工

余量，刀具日勺剛度、耐用度及狀態(tài)，機床類型與性能等，加工路線確實定首先必

須保證被加工零件H勺尺寸精度和表面質量，另一方面考慮數值計算簡樸，走刀路

線盡量短，效率較高等。

圖2—3車圓錐日勺加工路線

圖2—3(a)的I階梯切削路線，二刀粗車，最終一刀精車；二刀粗車的終刀

距S要作精確的計算。此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相似，但精車時，

背吃刀量不一樣；同步刀具切削運動H勺路線最短。

圖2—3(b)的相似斜線切削路線，也需計算粗車時終刀距S。按此種加工

路線，刀具切削運動的距離較短。

圖2—3(c)口勺斜線加工路線，只需確定了每次背吃刀量ap,而不需計算終

刀距，編程以便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運動口勺路線較

長。

(二)制定加工工藝

1.裝夾與定位

該零件為軸類零件，軸心線為工藝基準，加工外表面用三爪自定心卡盤夾持

645mm外圓一次裝夾完畢加工。

2.加工次序

按先主后次，先粗后精,先外后內的加工原則確定加工路線。

①裝夾中45nmi外圓、找正，手動車削端面；

②粗加工小24、625、@30、035外圓及鏈面，留精加工余量0.5mm；

③精加工各外圓和錐面；

3.選擇刀具

根據零件加工規(guī)定和加工工藝分析分析可得，加工該零件需用到外圓車刀。

4.確定切削用量

車削用量的詳細數值應根據機床性能、加工工藝、有關手冊并結合實際經驗

確定：

①機床轉速：外圓粗加工時為800r/min,精加工時為lOOOr/min；

②進給速度：粗加工外圓面時進給速度為0.5皿n/r,外圓面精加工時進給

速度為O3mm/r?

5.選擇機床和數控系統(tǒng)

①機床型號

機床型號為CK6132-II型數控車床。

②數控系統(tǒng)

采用廣數928TD數控系統(tǒng)。

三、編制零件加工程序

（一）引入編程新知識

1.數控程序的構成及格式

一種完整的數控程序由程序編號、程序內容和程序結束段構

成。

每個程序段是由程序段編號，若干個指令（功能字）和程序段結束符號構

成。

N001GO1X50.0Z-64.0Fl00:

J程序段巖束符號

------送給速度指令

------------坐標移動指令

運動方式指令

程序段編號

2.基本加工類指令

(1)迅速定位(G00)

G00指令命令機床以最迅速度運動到下一種目的位置。

格式：GOOX(UJZ(W)；

參數：X、Z為終點絕對坐標值；U、■為終點相對坐標值。

(2)直線插補(G01)

G01指令命令機床刀具以一定的進給速度從目前所在位置沿直線移動到指

令給出H勺目H勺位置。

格式：G01X(U)_Z(W)_F；

參數：X、Z為終點絕對坐標值；U、W為終點相對坐標值。

F為進給速度。

3.F、S、T功能

表2-2F、S、T功能

指

含義闡明

令

s_G97恒轉速功能，單位為r/min

主軸轉速

G96恒線速功能，單位為m/min

F_進給功能G99每轉進給量，單位為mm/r

G98每分鐘進給量，單位為mm/min

T_T****,前兩位代表刀具號，后兩位代表刀具賠

刀具功能

償號

4.輔助功能（M指令）

表2-3常用輔助功能M代碼

M功含義M功能字含義

能

M00程序停止M08切削液開

M01計劃停止M09切削液關

M02程序結束M30程序結束并返回開

M03主軸順時針旋轉M98調用子程序

M04主軸逆時針旋轉M99子程序返回

M05主軸旋轉停止

（二）確定工件坐標系、對刀點和換刀點

1、根據零件圖紙H勺尺寸標注特點及基準統(tǒng)一的原則，選擇零件右端面與軸

心線的交點作為工件原點，建立工件坐標系。

2、采用手動試切對刀措施把該點作為對刀點。

3、換刀點設置在工件坐標系下X50、Z50處。

（三）零件數控加工程序的編制

1、編程分析

該零件構造要素有圓柱面、圓錐面等，為得到表面粗糙度的規(guī)定，應分為粗

加工、精加工來進行。

采用直徑編程方式，直徑尺寸編程與零件圖紙中的尺寸標注一致，編程較為

以便。

2、加工程序清單

00001;

N5M03S800;

N10T0101;

N20GOOX38Z5;

N30G01X31F0.5;

N40Z-40;

N50X36;

N60Z-56;

N70X38;

N80GOOZ5;

N90G01X25F0.5;

N100Z-20;

N105X26;

N110X31W-15;

N120X38;

N130GOOZ5;

N140S1000;

N150G01X20F0.3;

N160ZO;

N165X24Z-2;

N17OZ-20;

N180X25;

N190X3OW-15;

N200W-5;

N210X35;

N220W-16;

N230X38;

N240GOOZ5;

N250M3O;

3.加工程序的檢查、修改

學生討論、自評、檢查、修改。

教師指導、講解。

四、數控仿真和實操加工

1.零件的數控仿真

使用數控加工仿真軟件對加工程序進行檢查，對的進行數控加工仿真的操

作，完畢零件的）仿真加工。

（1）自動加工方式

①自動/持續(xù)方式

自動加工流程

檢查機床與否回零，若未回零，先將機床回零。

導入數控程序或自行編寫一段程序。

點擊操作面板上的“自動運行”按鈕應］,使其指示燈變亮圖。

點擊操作面板上的“循環(huán)啟動”按鈕引，程序開始執(zhí)行。

中斷運行

數控程序在運行過程中可根據需要暫停，急停和重新運行。

數控程序在運行時，按“進給保持”按鈕回，程序停止執(zhí)行；再點擊“循環(huán)

啟動”按鈕司，程序從暫停位置開始執(zhí)行。

數控程序在運行時，按下“急停”按鈕,數控程序中斷運行，繼續(xù)運

行時，先將急停按鈕松開，再按“循環(huán)啟動”按鈕回，余下的數控程序從中

斷行開始作為一種獨立日勺程序執(zhí)行。

②自動/單段方式

檢查機床與否機床回零。若未回零，先將機床回零

再導入數控程序或自行編寫一段程序。

點擊操作面板上的“自動運行”按鈕巨1,使其指示燈變亮國。

點擊操作面板上的“單節(jié)”按鈕回。

點擊操作面板上的“循環(huán)啟動”按鈕國，程序開始執(zhí)行。

注：自動/單段方式執(zhí)行每一行程序均需點擊一次“循環(huán)啟動”國按鈕0

注：點擊“單節(jié)跳過"按鈕互］,則程序運行時跳過符號“/”有效，該行成

為注釋行，不執(zhí)行;

點擊“選擇性停止”按鈕叵L則程序中M01有效。

可以通過“主軸倍率”旋鈕和“進給倍率”旋鈕■來調整主軸

旋轉|內速度和移動口勺速度。

按弓鍵可將程序重置。

（2）檢查運行軌跡

NC程序導入后，可檢查運行軌跡。

點擊操作面板上的“自動運行”按鈕回，使其指示燈變亮圈I,轉入自動加

工模式，點擊MDI鍵盤上的T按鈕，點擊數字/字母鍵，輸入“Ox”（x為所

需要檢查運行軌跡日勺數控程序號），按耳開始搜索，找到后，程序顯示在CRT

界面上。點擊封按鈕，進入檢查運行軌跡模式，點擊操作面板上的“循環(huán)啟

動”按鈕可，即可觀測數控程序的運行軌跡，此時也可通過“視圖”菜單中

的動態(tài)旋轉、動態(tài)放縮、動態(tài)平移等方式對三維運行軌跡進行全方位的動態(tài)

觀測。

2.零件的實操加工

通過仿真加工，確定零件程序的對的性后，在實訓車間對該零件進行實際

操作加工。

五、加工零件的檢測

1.運用游標卡尺、外徑千分尺、內徑千分尺、表面粗糙度工藝樣板等量具

測量工件，學生對自己加工日勺零件進行檢測，包括尺寸精度日勺檢測和零件加工質

量日勺檢測。

2.教師對學生加工零件進行檢測，并做出點評。

六、任務擴展

1.熱處理工序的安排

熱處理可以提高材料的力學性能，改善金屬口勺切削性能以及消除殘存應力。

在制定工藝路線時，應根據零件的技術規(guī)定和材料的性質，合理地安排熱處理工

序。

①退火與正火退火或正火的目的是為了消除組織的不均勻，細化晶粒，

改善金屬的加工性能。對高碳鋼零件用退火減少其硬度，對低碳鋼零件用正火提

高其硬度，以獲得適中的很好日勺可切削性，同步能消除毛坯制造中的應力。退火

與正火一般安排在機械加工之前進行。

②時效處理以消除內應力、減少工件變形為目的。為了消除殘存應力，

在工藝過程中需安排時效處理。對于一般鑄件，常在粗加工前或粗加工后安排一

次時效處理.；對于規(guī)定較高的零件，在半精加工后尚需再安排一次時效處理；對

于某些剛性較差、精度規(guī)定尤其高日勺重要零件（如精密絲杠、主軸等），常常在每

個加工階段之間都安排一次時效處理

③調質對零件淬火后再高溫回火，能消除內應力、改善加工性能并能獲

得很好H勺綜合力學性能。一般安排在粗加工之后進行。對某些性能規(guī)定不高日勺零

件，調質也常作為最終熱處理。

④淬火、滲碳淬火和滲氮它們歐I重要目日勺是提高零件的硬度和耐磨性，

常安排在精加工(磨削)之前進行，其中滲氮由于熱處理溫度較低，零件變形很小,

也可以安排在精加工之后。

2.輔助工序的安排

檢查工序是重要H勺輔助工序，除每道工序由操作者自行檢查外，在粗

加工之后，精加工之前，零件轉換車間時，以及重要工序之后和所有加工完畢、

進庫之前，一般都要安排檢查工序。

除檢查外，其他輔助工序有：表面強化和去毛刺、倒棱、清洗、防銹等。對

的地安排輔助工序是十分重要的。假如安排不妥或遺漏，將會給后續(xù)工序和裝配

帶來困難，甚至影響產品的質量，因此必須予以重視。

3.FANUC01系統(tǒng)常用的G功能代碼

代碼組意義代碼組意義代碼組意義

*G00快速點定位*G40刀補取消G73車閉環(huán)復合循環(huán)

00

GOI直線插補G4I07左刀補G76車螺紋復合循環(huán)

G0201順圓插補G42右刀補G80車外圓值定循環(huán)

G03逆圓插補G5200局部坐標系設置G8101車端面質定循環(huán)

G32螺紋切削零點G82車螺紋值定循環(huán)

G54?G5911

G0400暫停延時偏置*G90絕對坐標編程

03

G2O英制單位G6500簡單宏調用G91增量坐標編程

02

*G21公制單位G66宏指令調用G9200工件坐標系指定

12

G27回參考點瞼查G67宏調用取消*G98每分鐘進給方式

05

G2806回參考點G71車外圓復合循環(huán)G99每轉進給方式

00

G29參考點返問G72車端面復合循環(huán)

表2-4G功能

有關G代碼，有如下幾點闡明：

(1)表內00組為非模態(tài)指令，只在本程序段內有效。其他組為模態(tài)指令,

一次指定后持續(xù)有效，直到被本組其他代碼所取弋。

(2)標有*的G代碼為數控系統(tǒng)通電啟動后的默認狀態(tài)。

4.學習應用

加工圖1-4所示階梯軸零件，零件毛坯為4)50mm日勺棒料，材料為45號鋼,

車削加工至圖紙尺寸。

規(guī)定：

1.對零件進行簡樸加工工藝分析；

2.數控加工程序編制；

3.進行數控加工，方真。

圖2-4

附件1:

學習任務單

圖示零件為簡樸階梯軸，構造要素有外圓柱面、倒角和圓錐面,

最終規(guī)定切斷。毛坯為4)38mm的棒料，材料為45鋼，規(guī)定完畢零

件日勺數控加工，車削尺寸至圖中規(guī)定。

附件2：

數控加工工序卡片

產品名稱或代

零件名稱零件圖號

州

德號

技

科

單位

業(yè)

職

名稱

院

學

夾具名稱使用設備車間

工步內刀具刀具類主軸轉速進給速度背吃刀

工步號備注

容號型/(r?min-1>/(mm?min"量/mm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

附件3：

評分表

數控車工考核評分表

班級姓名學號

檢測項技術規(guī)定配評分原則檢測得

目分成果分

1按環(huán)節(jié)開機、檢查、潤滑3不對"勺無分

2回機床參照點3不對的無分

機3按程序格式輸入程序，檢杳及修改3不對日勺無分

床4程序軌逃椅杳3不對啊無分

操