项目四 任务三　平面内轮廓加工（教学设计）——《数控铣床编程与操作项目教程 第4版》同步教学（机工版）

《数控铣床编程与操作项目教程》教案 授课班级 班级人数 授课教师 课题序号 16 授课课型 授课课时 6课时 授课章节 名 称 项目四 轮廓加工 任务三 平面内轮廓加工 教学目标 知识 目标 1.了解回参考点指令和回固定点指令； 2.掌握平面内轮廓加工进给路线的制定方法； 3.掌握平面内轮廓加工刀具及合理切削用量的选择。 能力 目标 1.会用CAD软件查找基点坐标； 2.会进行平面内轮廓加工； 3.会进行平面内轮廓尺寸控制 情感 目标 1.养成文明生产、安全生产习惯； 2.养成优良的劳动态度和职业素养； 3.培养团队合作精神。 教学重点 1.CAD 软件找基点坐标 2.平面内轮廓的程序编制 3.内轮廓尺寸控制 教学难点 平面内轮廓尺寸精度控制 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、自主学习法、探究法、训练法 教学资源 网络资源，教学视频，相关PPT，配套练习题、数控铣床及其工艺装备 板书设计 任务三 平面内轮廓加工 一、编程指令 1.回参考点指令 （1）指令功能 （2）指令格式 发那科系统 西门子系统 G28 IP_； IP是指定中间点位置的指令 例：N1 G28 X40 Y0；中间点（X40，Y0） N2 G28 Y60； 中间点（X40，Y60） G74；占独立程序段 例：N20 G74；回机床参考点 （3）指令使用说明 2.返回固定点指令 （1）功能 （2）指令格式 发那科系统 西门子系统 G29 IP_ ；IP是指从参考点返回目标点的指令 例：N2 G28 X40 Y60；目标点（X40，Y60） G75；占独立程序段，固定点的位置固定的存贮在机床数据中 例：N40 G75；回固定点 （3）指令使用说明 二、加工工艺分析 1.工、量、刃具选择 2.加工工艺方案 3.参考程序编制 [任务实施] 教 学 过 程 主 要 教 学 内 容 及 步 骤 教师活动 学生活动 教学目标 【一】导入新课题 平面内轮廓同平面外轮廓一样是数控铣床（加工中心）加工优势，但平面内轮廓加工工艺同外轮廓又不一样，平面内轮廓要去除大量的残料，因此最好要有一定的CAD绘图能力。 【二】新授 任务三 平面内轮廓加工 [学习目标] 1.知识目标 ①了解回参考点指令和回固定点指令； ②掌握平面内轮廓加工进给路线的制定方法； ③掌握平面内轮廓加工刀具及合理切削用量的选择。 2.技能目标 ①会用CAD软件查找基点坐标； ②会进行平面内轮廓加工； ③会进行平面内轮廓尺寸控制。 [知识学习] 一、编程指令 1.回参考点指令 （1）指令功能 参考点是机床上的一个固定点，用该指令可以使刀具非常方便地移动到该位置。 （2）指令格式 见表4-20。 发那科系统 西门子系统 G28 IP_； IP是指定中间点位置的指令 例：N1 G28 X40 Y0；中间点（X40，Y0） N2 G28 Y60； 中间点（X40，Y60） G74；占独立程序段 例：N20 G74；回机床参考点 （3） 指令使用说明 1）用G28（G74）指令回参考点的各轴速度贮存在机床数据中（快速）。 2）使用回参考点指令前，为安全起见应取消刀具半径补偿和长度补偿。 3）发那科系统与西门子系统回参考点指令不同，发那科系统须指定中间点坐标，；西门子系统不需跟X、Y、Z值，直接回机床参考点。 4） 返回参考点指令为程序段有效指令。 5）西门子系统回参考点程序写成：G74 X30 Y10；程序段后X、Y下编程数值不识别。 2.返回固定点指令 （1）功能 指刀具自动返回到机床上某一指定的固定点，如换刀点。 （2）指令格式 见表4-21。 发那科系统 西门子系统 G29 IP_ ；IP是指从参考点返回目标点的指令 例：N2 G28 X40 Y60；目标点（X40，Y60） G75；占独立程序段，固定点的位置固定的存贮在机床数据中 例：N40 G75；回固定点 （3） 指令使用说明 1） 发那科系统与西门子系统指令、含义各不相同。 2） 返回固定点指令为程序段有效指令。 3）返回固定点指令之后的程序段中原先的G0、G1、G2、G3…将再次生效。 4）西门子系统回固定点程序写成：G75 X30 Y10；程序段后X、Y下编程数值不识别。 二、加工工艺分析 1.工、量、刃具选择 （1）工具选择： （2）量具选择： （3）刃具选择：铣内轮廓刀具半径必须小于内轮廓最小圆弧半径，否则将无法加工出内轮廓圆弧。本课题内轮廓最小圆弧轮廓半径为R6，故所选铣刀直径不得大于Ø12，此处选用直径为Ø10铣刀。 表4-22工、量、刃具清单 工、量、刃具清单 图号 SKX4-22 种类 序号 名称 规格 精度 单位 数量 工具 1 平口钳 QH135 个 1 2 扳手 把 1 3 平行垫铁 副 1 4 塑胶榔头 个 1 量具 1 游标卡尺 0～150mm 0.02 把 1 2 深度游标卡尺 0～200mm 0.02 把 1 3 百分表及表座 0～10mm 0.01 个 1 4 粗糙度样板 N0～N1 12 副 1 刃具 1 键槽铣刀 Ø10 个 1 2 立铣刀 Ø10 个 1 2.加工工艺方案 （1）加工工艺路线 1）切入、切出方式选择 铣削封闭内轮廓表面时，刀具无法沿轮廓线的延长线方向切入、切出。只有沿法线方向切入、切出或圆弧切入、切出。 2）铣削方向的确定 铣刀沿内轮廓逆时针方向铣削时，铣刀旋转方向与工件进给运动方向一致为顺铣。 铣刀沿内轮廓顺时针方向铣削时，铣刀旋转方向与工件进给运动方向相反为逆铣。一般尽可能采用顺铣，即在铣内轮廓时采用沿内轮廓逆时针的铣削方向为好。 3）进给路线 内轮廓的进给路线有行切、环切和综合切削三种切削方法，图4-26为行切法；图4-27为环切法；综合切削法是先行切后环切。 行切与环切进给路线都能切净内轮廓中的全部面积，不留死角，不伤轮廓。不同点是行切法的进给路线比环切法短，达不到所要求的表面粗糙度；用环切法获得的表面粗糙度要好于行切法，环切法刀位点计算复杂、刀具路径长。 加工中可结合行切、环切的优点，采用综合切削法；先用行切法去除中间部分余量，最后用环切法加工内轮廓表面，既可缩短进刀路线，又能获得较好的表面质量。 ( 图 4-27 ) ( 图 4-26 ) 本课题由于内轮廓余量不多，选择环切法并由里向外加工，加工中行距取刀具直径的50～90%左右，加工路线见图4-27。 刀具由1→2→3→4→5→6→3→7→8→9→10→ 7→1的顺序按环切方式进行加工，刀具从点3运行至点7时建立刀具半径补偿，加工结束时刀具从点7运行至点1过程中取消刀具半径补偿。 （2）合理切削用量的选择 表4-23 粗、精铣切削用量选择 刀具 工作内容 F(mm/min) n(r/min) 高速钢键槽铣刀（T1） 垂直进给深度留0.3mm精加工余量 50 1000 粗铣内轮廓轮廓留0.3mm精加工余量 70 1000 高速钢立铣刀（T2） 垂直进给 50 1200 精铣内轮廓 70 1200 3.参考程序编制 （1）工件坐标系建立 （2）基点坐标计算 本课题不仅要计算基点7、8、9、10、11、12、13、14等坐标还要计算环切余量时1、2、3、4、5、6点坐标，其中1、2、3、4、5、6、9、10、11、12坐标不易计算，可采用CAD软件查找点坐标的方法，具体做法：在二维CAD软件如AutoCAD或CAXA电子图板中画出内轮廓图形（注意工件坐标系与CAD软件坐标系一致，坐标原点重合），然后把鼠标放置在各点上可通过软件屏幕下方显示出该点坐标或用软件查询工具查找各点坐标，见表4-24所示。 表4-24 基点及环切时各点坐标 基点 坐标(X,Y) 基点 坐标(X,Y) 1 （-10，10） 8 （-20，-30） 2 （-10，-10） 9 （20，-30） 3 （-17，-17） 10 （22.308，-18.462） 4 （-1.716，-17） 11 （22.308，18.462） 5 （-1.716，17） 12 （20，30） 6 （-17，17） 13 （-20，30） 7 （-30，-20） 14 （-30，20） 3.参考程序 [任务实施] 一、加工准备 1.检查毛坯尺寸。 2.开机、回参考点。 3.程序输入 4.工件装夹 5.刀具装夹 二、对刀 三、仿真加工 四、自动加工及尺寸控制 用立铣刀精加工时机床中刀具半径补偿值先设置为5.2mm，运行完精加工程序后，根据轮廓实测尺寸再修改机床中刀具半径补偿值， 若第一次运行精加工程序后，若用游标卡尺测得内轮廓60±0.1实际尺寸为59.45mm，比图纸要求尺寸还小0.45～0.65mm，单边小0.225～0.325mm（取中间值0.275mm），则机床中半径补偿值修改为5.2-0.275=4.925m；然后重新运行精加工程序进行精加工，即可保证轮廓尺寸符合图纸尺寸要求 五、检测与评分 [操作注意事项] 1.铣刀半径必须小于或等于工件内轮廓凹圆弧最小半径的大小，否则无法加工出内轮廓圆弧，机床中半径参数设置也不能大于内轮廓圆弧半径，否则会发生报警。 2.加工内轮廓尽可能采用顺铣以提高表面质量。 3.平面内轮廓加工尽可能采用行切、环切相结合的路线，并从里往外加工既可缩短切削时间又可保证加工表面质量。 4.内轮廓无法加工预制孔，精加工时用立铣刀用螺旋方式下刀或采用键槽铣刀替代。 5.机床中半径参数值设置越大，内轮廓尺寸越小，与外轮廓刚好相反。 6.工件装夹在平口钳上应校平上表面，否则深度尺寸不易控制；也可在对刀前（或程序中）用盘铣刀铣平工件上表面。 【三】总结与经验分享 【二】作业布置 1.采用行切或环切时行距如何确定？ 2.发那科系统与西门子系统使用长度补偿与深度尺寸控制有何关系？ 3.试一试：用CAD软件查找各点坐标，然后编写如图4-27所示零件的程序并加工练习。” ( 图 4-2 7 ) 教师展示成品，让同学有一个先入为主的印象以及明确的学习目标 教师引导学生读懂零件图 出示本次课目标 分析、讲解回机床参考点指令代码、格式 老师举例分析，引导学生注意指令使用中问题 分析讲解回固定点指令代码及使用 引导学生分析本次课用到的工、量、刃具 按图分析端面铣内轮廓切入、切出方式及铣削方向 分析内轮廓铣削路线及对铣削加工的影响 分析铣内轮廓加工工艺路径 讲解用CAD软件辅助查找基点坐标方法 引导学生完成课题零件加工程序编写 提示安全注意事项，引导学生做好加工准备、对刀工作 分析内轮廓尺寸精度控制方法，指导学生完成零件加工并评分 提醒安全生产、文明生产要求 引导学生总结与经验分享 观看成品，思考 理解、思考并记录零件图 理解学习目标 看表、听讲、思考、记录 讨论、分析、思考、记录并能运用指令编程 听讲、思考、记录 分组思考讨论、得出结论 看图、思考、分析 听讲、思考并记录 听讲、分析、思考 听讲、观看并操作训练 讨论、分析、思考并编程程序 做好加工准备工作，按前面课题方法对刀 完成零件加工 听讲并思考原因 学生自主总结并分享经验 提高学生学习兴趣 任务导向 明确本次课学习目标 掌握回机床参考点指令代码及使用 灵活运用回机床参考点指令编程 掌握回固定点指令并会灵活运用 会选择工、量、刃具 了解铣削内轮廓方式 会选择铣内轮廓方式 会制订铣内轮廓加工路线 会用CAD软件查找基点坐标 会编写内轮廓加工程序 熟悉加工准备工作及对刀操作 熟悉加工方法及内轮廓尺寸控制方法 培养安全生产、文明生产习惯 培养学生综合职业能力 教后记 7 学科网（北京）股份有限公司 $$