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1、项目五凹槽加工教学目标知识目标：1,内周补偿走刀轨迹设计的方法与应用；2 .旋转、镜像、缩放和极坐标等简化编程方法与应用；3 .熟悉加工中心的基础知识；4 .换刀功能指令。能力目标：1.量块的基本知识；5 .简化编程方法的应用；6 .加工中心的基本操作；7 .加工中心典型零件的加工。8 .零件的质量检测。情感目标：1.通过工件制作，学生体验成功的喜悦，感受软件和机器的综合魅力，从而提高学生专业课的学习兴趣；2 .通过任务驱动的方法逐步完成项目，培养学生发现和分析问题的能力；3 .通过分工协作，加强团队合作精神。教学重点与难点重点：1.加工中心的基本操作及与数控铳床的区别；2.加工中心机床的零件
2、加工程序编制与课题件的制作；难点：1.加工中心换刀功能指令的应用；2.加工中心机床的操作；教学目的1.了解数控简化编程方法的种类和编程结构；2.掌握加工中心的应用特点、换刀功能和程序结构与编制方法。教学方法总体方法：任务驱动法具体方法：讲述法、引导文法、小组讨论法、示范教学法学时、教具学时：10学时教具：VNUe仿真软件、动画演示、数控机床、工件和刀具、夹具等。教学过程一、项目呈现C逮*有，财修潘枚引导学生进行该零件的结构及工艺分析，引出课题的实现方法。二、项目分析本项目需要用到多把刀具加工，其均布孔的编程可以应用旋转指令。本项目重点阐述简化编程的方法、加工中心的概述、加工中心的程序结构和与数
3、控铳床的区别，通过加工中心的加工实例展示了现代数控机床所具有的高精度、高自动化、高速度、高效率等特点。三、知识学习（一）内周补偿走刀轨迹的设计的与应用1、圆弧切入、切出槽加工与内轮廓加工类似，无法沿轮廓延长线方向切入、切出，当刀具沿法向切入、切出时，在程序执行中势必在切入、切出点处出现驻刀痕，影响加工面的精度和粗糙度。采用沿槽内轮廓切向切入、切出，即沿内轮廓设置一过渡圆弧切入和切出工件轮廓，如图5-1所示为加工圆形槽切入、切出路径。图5-2所示图51圆形槽切入、切出路径图52键槽加工切入、切出路径为加工键槽使用刀具半径补偿后再设置圆弧切入、切出路径。2.铳削方向的确定根据顺铳、逆铳的基本原理，
4、精加工选择顺铳，如图5-2所示；粗加工时选择与之相反。（二）旋转、镜像、缩放和极坐标等简化编程方法与应用1.旋转功能指令该指令可使编程图形按指定旋转中心及旋转方向将坐标系旋转定的角度。如果工件的形状由许多相同的图形组成，则可将图形单元编成子程序，然后由主程序的旋转指令调用。1）指令代码G68表示进行坐标系旋转G69撤销旋转功能2）指令格式（G17）G68X_Y_R_；式中：X、Y指定旋转中心;R为旋转角度，正值表示逆时旋转,般以X轴正方向为回转角度图5-3旋转功能指令编程实例G69Z50.；M05：的起始线，由G90、G91来指定是绝对值或增量值。注：在有刀具补偿的情况下，应先旋转后补偿。3）
5、应用旋转功能编制右图所示轮廓的加工程序，设刀具起点距坐标O点上50mm,切削深度为5mm。编程实例00501；G54G90GOOXOYOZ50,:S800M03；GOOZ5.；M98P0502；M98P0502；G68XOYOR45.；M98P0502；G68XOYOR90.；子程序：M30；00502；G03X-10.R5.；G91GOlZ-10.F50；GOlY-6.：G41GOlX20.DOl；G40GOlX-20.Y6.G02X20.R10.；G90GOOZ5.；G02X-10.R5.：G69M99；2.镜像功能指令镜像编程，也称轴对称编程，是将数控加工刀具轨迹沿某坐标轴作镜像变换而形
6、成加工坐标轴对称零件的刀具轨迹。对称轴即可以是X轴或Y轴，也可以是原点（工件坐标系的零点）。1）指令代码G51.1建立镜像G50.1取消镜像2）指令格式G51.1X-Y-Z_；（设定镜像轴，后面的数值为坐标轴或平行于某一坐标轴的坐标值。）M98P_；（调用子程序）G50.1X_Y_Z_；注：当镜像为某一轴时，以下指令将会发生变化：圆弧指令：G02和G03被互换；刀具半径补偿：G41和G40被互换；坐标旋转：Cw和CCW（旋转方向）被互换。编程实例D求解各基点坐标：O点坐标：XO.000Y0.000A点坐标：X28.302Y10.661B点坐标：X19.698Y22.949C点坐标：图5-4镜像
7、功能指令编程实例D点坐标：X48.575Y34.012E点坐标：X44.685Y22.133a点坐标：X6.883Y-9.830b点坐标：X30.883Y6.975X30.757Y30.692c点坐标：X4.301Y-6.1442）程序：（刀具612立铳刀）子程序:00503；00504；G54G90GOOXOYOZ50.；G90GOlZ-5.F50；S650M03；GOlX6.883Y-9.830；GOOZ5.；G41GOlX30.883Y6.975DOl：M98P0504；GOlX19.698Y22.949；G51.1XO；GOlX30.757Y30.692；M98P0504；G03X48
8、.575Y34.012R18.；G51.1YO；GOlX44.685Y22.133；M98P0504；GOlX4.301Y-6.144；G51.1XO；G40GOlXOYO；M98P0504；GOOZ5.；G50.1；M99；G90GOOZ50.；M05；M30；说明：由于使用了镜像编程（加工），在第U、IV象限的刀补方式均为G42,形成逆铳加工，其加工的表面质量与第I、In象限必然不同。在使用镜像编程（加工）时，必须考虑此工艺问题。3.缩放功能指令图55缩放加工图示缩放功能本是CAD系统的一种标准功能，为了编程灵活，很多现代CNC系统也提供这一几何变换的数控加工编程能力。1）指令代码G50建
9、立缩放G51取消缩放2）指令格式G51X_Y_Z_P_；（X、Y、Z一设定缩放中心的坐标值，P一缩放倍数。）M98P_；G50；注：在有刀具补偿的情况下，先进行缩放，然后再进行刀具半径和长度补偿。4.极坐标功能指令对于中心对称分布的零件加工内容，采用极坐标编程十分方便。1）指令代码G16建立极坐标系（模态）G15取消极坐标系2）指令格式G16（或G15）；注：极坐标平面选择用GI7、GI8、G19指定;指定G17时，+X轴为极轴，程序中坐标字X指令为极径，Y指令为极角；指定G18时,图56极坐标加工图示+Z轴为极轴，程序中坐标字Z指令为极径，X指令为极角；指定G19时，+Y轴为极轴，程序中坐标
10、字Z指令为极径，Y指令为极角。3）编制应用实例（钻中心孔）图示：图56G17G90G16G81X50.Y30.Z-8.R20.F40；（极径50mm,极角30）X50.Y90.；（极径50mm,极角90）X50.Y150.；（极径50mm,极角150）（=）加工中心的基础知识1概念加工中心是在数控铳床基础上发展起来的，是一种备有刀具库并具有实现自动换刀装置，对工件进行多工序（钻、铳、扩、钱、锋、攻螺纹等）加工的数控设备。是典型的集高新技术于一体的机械加工设备。2.加工中心的特点1）工序集中；2）对加工对象的适应性强；3）加工精度高；4）加工生产率高；5）减轻劳动强度；6）经济效率高；7）有利于
11、生产的现代化管理。3 .加工中心的分类1）立式加工中心主轴轴线垂直于水平面。其基本结构为固定立柱，工作台为长方形，无分度功能，主要适用于加工板材类、套类、盘类、壳体类和模具类零件。具有装夹方便、便于操作、易于观察加工情况、调试程序容易、应用广泛等特点。（图57）图57立式加工中心图58卧式加工中心2）卧式加工中心主轴轴线平行于水平面。通常带有自动分度的回转工作台或数控工作台，一般具有35个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标和一个回转运动坐标，工件一次装夹后，完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工，适合加工箱体类零件。（图58）3）龙门式加工中心主轴轴线多为垂直设置。除自动换刀装置以外，还带
12、有可更换的主轴头附件，数控装置的功能较齐全，能够一机多用，适用于加工大型和形状复杂的零件。（图58）4）五轴加工中心具有立式和卧式加工中心的双重功能。工件一次安装后能完成除安装面以外的其余五个面的加工，常见的五轴加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转90,对零件进行立式和卧式加工：另一种是主轴不改变方向，而由工作台带着零件旋转90,完成对零件五个表面的加工。图59龙门式加工中心图510五轴加工中心5）虚轴加工中心虚轴加工中心改变了以往传统机床的结构，通过连杆的运动，实现主轴多自由度的运动,完成对零件复杂曲面的加工。图511虚轴加工中心图512APC加工中心6）带APC的加工中心即具有可交换工作
13、台装置的加工中心。工作台（托盘）的数量可有两个或多个。这种装置由于在装卸过程中不占用有效的工作时间，因而其自动化程度更高，效率也更高。4 .加工中心的主要加工对象1）箱体类零件一般是指具有两个或更多孔系，内部有一定型腔，在长、宽、高方向上具有一定比例要求的零件。2）复杂曲面是指零件的形状复杂，有的精度要求极高，采用普通数控机床难以加工甚至无法加工的曲面。3）异形件即是外形特异的零件。4）盘、套、板类零件主要指带有键槽或径向孔、端面有分布孔系或曲面的盘、套和轴类零件以及有较多孔的板类零件。5 .加工中心的组成1）基础部件由床身、立柱和工作台等组成；2）主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承
14、等组成；3）数控系统由CNC装置、P1.C控制器、伺服驱动装置以及电动机等组成；4）自动换刀装置（ATC）刀具库的形式：链式、盘式、箱式等；换刀方式：有机械手换刀和无机械手换刀。（四）换刀功能指令与应用加工中心与数控铳床的最大区别在于有无刀具库和换刀装置，因而其刀具材料、构成的基本要求与数控铳床基本相同；在工艺设计方面则要求体现出集中性、综合性、灵活性、高自动化的特点。具体从自动换刀、多轴加工、多工位加工和连续加工体现出其工艺优势。1 .换刀指令指令格式TXX；M06；2 .程序结构G91G30GOOXOYOZO；（主轴移至第二原点,经济型机床此程序段已内存）TXX；（选定刀具号）M06；（执
15、行换刀）3 .应用1）图示：图513（预先已加工完六面体和59.7的通孔）2）工艺方案：机床：VUC85OE加工中心图513课题图夹具：机用台钳刀具：T01:66003精镇刀T02：14钻头T03:M16丝锥T04：11.8钻头T05：12必较刀T06：中16立铳刀3）加工程序：（材料：45钢）00505；G73Z-20.Q3.F30；TOl；Y-50.；M06；X50.YO；G90G54GOOXOYO；X-50.；S400M03；G80；G54G43GOOZ5.HOl；M05；GOlZ-16.；T03；GOlZ5.；M06；M05；G90G54GOOXOY50.；T02；S30M03；M06
16、；G54G43GOOZ5.H03；G90G54GOOXOY50.；G84Z-17.P2F60；S500M03：Y-50.；G54G43GOOZ5.H02；X50.YO；X-50.；G81Z-5.F30；G80；X56.560Y56.560；M05；X56.560Y-56.560；T04；X-56.560Y-56.560；M06；G80；G90G54GOOX-56.560Y56.560；M05；S550M03；T05；G54G43GOOZ5.H04；M06；G73Z-20.Q3.F30；G90G54GOOX-56.560Y56.560；X56.560Y56.560；S450M03；X56.560
17、Y-56.560；G54G43GOOZ5.H05；X-56.560Y-56.560；G81Z-17.F30；G80；X56.560Y56.560；M05；X56.560Y-56.560；T06；X-56.560Y-56.560；M06；G80；G90G54GOOX-56.560Y56.560；M05；S450M03；GOOZlOO.；G54G43GOOZ5.H06；M30；（9）量块（块规）的基本知识1 .量块（块规）量块是没有刻度的平面平行端面量具，是厚度极为精确的长方形金属块，是检验工具或工件长度的标准检测用具。2 .量块的材料、形状和尺寸变形、耐磨性以及研合性好等特点。图514盒装量块（
18、套）量块是长方形六面体形状，如图5T5所不。3.量块的使用在实际应用中，量块是成套使用的，每套量块由一定数量的不同标称尺寸的量块组成,GB/T6093-1985共规定了17套量块，常用的主要有91块/套、83块/套、46块/套和38块/套等系列。根据标准规定，量块的制造精度为五级：00,0,1,2,（3）,00级最高。为了减少量块组合的累积误差，使用量块时，应尽量减少使用的块数，一般要求不超过45块。选用量块时，应根据所需组合的尺寸，从最后一位数字开始选择，每选一块，应使尺寸数字的位数减少一位,以此类推，直至组合完整的尺寸。在组合不同尺寸时，常用轻压推滑堆栈等方式，即将量块沿着其测量面长边方向
19、，先将两块量块测量面的端缘部分接触并研合，然后稍加压力，将一块量块沿着另一块量块推进，使两块量块的测量面全部接触，并研合在一起。4.应用选用83块/套的量块组合尺寸：38.935mm第一块：38.935-1.005=37.93mm图5-15量块的形状及尺寸第二块：37.93-1.43=36.5mm第三块：36.5-6.5=3Omnl即：选取1.005、1.43、6.5、30mm四块量块。四、制定计划简化编程方法的应用（旋转或极坐标编程）量块用特殊合金钢制成的，具有线膨胀系数小、不易Sioir30”MIir-0.9511taoir-.3249课题图:（材料：1.Y12）sioS4*-OJOHco
20、sr-O.5J78UoSC-1.31H图5T6零件图2 .工艺准备：1）设备：数控铳床FANUCOi-MateMCVMC850E；2）夹具：平口台钳；3）刀具：12高速钢立铳刀4）量具：数显卡尺（0-200）一把；千分尺025、一把。5）工具：标准垫板、塑胶手锤、扳手等。6）切削用量:背吃刀量：粗加工留0.5mm余量；半精加工留0.2mm余量；精加工需经测量后确定补偿值。主轴转速：查表表42参照铸铁的参数，切削速度取V=23mmin则n=1000Vnd=100o233.14X12=610.4取n=600rmin.在实际加工中根据切削状态调整以获取最佳的转速值。走刀量：查表表41参照铸铁的参数，
21、粗加工选取0.15mm齿，精加工选取0.12mm齿；根据求得的转速值：粗加工的走刀量经计算得18Omnlmin,精加工为14Omm/min。7）编程原点：工件上表面中心。3 .工艺方窠：1）采用径向补偿功能： 粗加工补偿值为6.5mm； 半精加工补偿值为6.2mm；需测量轮廓尺寸后再确定其补偿值。2）选择旋转或极坐标简化编程方法：旋转方法：旋转参考轴：+X轴向，逆时针旋转的角度分别为54、72、72、72、72；极坐标方法：极径为17,极角分别为：54、72、72、72、72；3）加工顺序：外轮廓；内轮廓；（五个圆弧的编程与加工采用旋转或极坐标简化编程方法）内深圆；4）应用G54确定工件坐标系
22、。4.编制加工程序,（学生编写）五、项目实施（一）加工中心的基本操作1 .换刀1） MDI方式输入刀具号：T;M06；（即可实现换刀）2）程序中在程序中需要换刀操作时同样按基本内容编入程序中即可。2 .对刀确定刀具长度补偿值在机外对刀仪上测量刀具的径向和轴向尺寸，将其参数输入到机床“OFFSET”的偏置中对应刀具号内，以备使用刀具补偿的应用。3 .输入程序4 .切削加工5 .技能训练结束六、项目评价项目考核量化表项目观测点分值评价方法（K）10.80.60.4计划决策项目计划合理、实施准备充分、实施过程中有完整详细的记录。20实施检查在规定的时间内能完成项目，加工产品尺寸精度高、表面光滑，无缺
23、陷；机床操作过程中动作规范。25评估讨论能完整总结项目的开始、过程、结果，准确总结分析加工结果、加工中出现的各种现象，正确回答思考题。20职业素养时间观念不迟到、不早退，中途离开项目实施现场10机床保养严格按机床操作规范，每次操作机床时进行日常保养，态度认真。55S按照5S要求，机床打扫干净，工具、量具摆放整齐，地面无污水及其它垃圾。5团结协作配合很好，服从组长的安排，积极主动，认真完成本项目10语言能力积极回答问题，调理清晰。5总评教学评析，本项目重点阐述简化编程的方法、加工中心的概述、加工中心的程序结构和与数控铳床的区别，通过加工中心的加工实例展示了现代数控机床所具有的高精度、高自动化、高速度、高效率等特点。再通过宏程序典型实例的应用，又使学生了解了一种新的编程方法，拓展了编程的思路和解决特殊零件形状编程的手段。丰富了学生的专业知识和技能。
