《數(shù)控加工技能實訓(xùn)》教學(xué)教案

第1節(jié)數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的地位和作用

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的地位，掌握

數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的作用。

【教學(xué)幣:點】導(dǎo)入數(shù)控的概念，知道數(shù)控加工技術(shù)在機械制造業(yè)中的地位和

作用。

【教學(xué)難點】理解數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的區(qū)別。

【難點點化】通過校內(nèi)車間現(xiàn)場觀摩數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的主要區(qū)別。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)、數(shù)字化課程作業(yè)

【教學(xué)內(nèi)容】

1.1數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的地位和作用

通過參觀校內(nèi)數(shù)字化車間，認(rèn)識數(shù)控。

從社會發(fā)展的大環(huán)境下展示了數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的地位和作用。企業(yè)的

發(fā)展歷程從60年代的如何做的更多，70年代的如何做的更便宜，80年代如何做的

更好，90年代的如何做的更快。

在機械產(chǎn)品中，單件和小批量產(chǎn)品占到70%?80%。由于這類產(chǎn)品的生產(chǎn)批

量小、品種多，一般都采用通用機床加工，其自動化程度不高，難于提高生產(chǎn)效率

和保證產(chǎn)品質(zhì)量。要實現(xiàn)這類產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化成為了機械制造業(yè)中長期未能解決

的難題。為解決大批大量生產(chǎn)的產(chǎn)品的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)問題，一般采用專用機床、組合機

床、專用自動化機床以及專用自動生產(chǎn)線和自動化車間進行生產(chǎn)。但其生產(chǎn)周期長,

產(chǎn)品改型不易，因而使新產(chǎn)品的開發(fā)周期增長，生產(chǎn)設(shè)備使用的柔性很差。

現(xiàn)代機械產(chǎn)品的一些關(guān)鍵零部件，往往都精密復(fù)雜，加工批量小，改型頻繁，

顯然不能在專用機床或組合機床上加工。而借助靠模和仿形機床，或者借助劃線和

樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。特別對空間

的復(fù)雜曲線曲面，在普通機床上根本無法實現(xiàn)。

（視頻來源：網(wǎng)絡(luò)）

隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機械制造技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，機

械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，因此對加工機械產(chǎn)品的

生產(chǎn)設(shè)備提出了高性能、高精度和高自動化的要求。在機械產(chǎn)品中，單件和小批量

產(chǎn)品占到70%?80%。由于這類產(chǎn)品的生產(chǎn)批量小、品種多，一般都采用通用機

床加工，其自動化程度不高，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。要實現(xiàn)這類產(chǎn)品

生產(chǎn)的自動化成為了機械制造業(yè)中長期未能解決的難題。為解決大批大量生產(chǎn)的產(chǎn)

品的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)問題，一般采用專用機床、組合機床、專用自動化機床以及專用自動

生產(chǎn)線和自動化車間進行生產(chǎn)。但其生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品改型不易，因而使新產(chǎn)品的

開發(fā)周期增長，生產(chǎn)設(shè)備使用的柔性很差。

現(xiàn)代機械產(chǎn)品的一些關(guān)鍵零部件，往往都精密復(fù)雜，加工批量小，改型頻繁,

顯然不能在專用機床或組合機床上加工。而借助靠模和仿形機床，或者借助劃線和

樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。特別對空間

的復(fù)雜曲線曲面，在普通機床上根本無法實現(xiàn)。

為:，忤*稍4”小凈代

MMMmtnvoV<MCMWUU<UnwCKnuxnM常見數(shù)控加工零件

傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，需要多臺設(shè)備分別實現(xiàn)不同的工藝手段，而現(xiàn)代的生產(chǎn)

方式是盡量實現(xiàn)工藝復(fù)合化，在一臺設(shè)備上實現(xiàn)多種加工工藝的加工方法。

翹沂:“*中貓，4,小、ftJ能復(fù)合化

復(fù)合化是指在一臺設(shè)備能實現(xiàn)多種工藝手段加工的方法.

時間短?黛合加工（W集約）

傳

統(tǒng)

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■《數(shù)控編程理論與實訓(xùn)》教案第一章緒論

第2節(jié)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程及其發(fā)展趨勢。

【教學(xué)重點】知道數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生，了解我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【教學(xué)難點】無。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)、數(shù)字化課程作業(yè)

【教學(xué)內(nèi)容】

1.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

1.2.1數(shù)控機床的出現(xiàn)

1.2.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展的幾個主要階段

表1.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展的六個主要階段

數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的歷史出現(xiàn)年代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的歷史出現(xiàn)年代

第一代第四代

19521970

電子管數(shù)控系統(tǒng)小型計算機數(shù)控系統(tǒng)

第二代1959第五代1974

晶體管數(shù)控系統(tǒng)微處理器數(shù)控系統(tǒng)

第三代第六代

19651990

集成電路數(shù)控系統(tǒng)基于工業(yè)PC的通用CNC系統(tǒng)

1.2.3我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況

1.2.4數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢

1.數(shù)控控制器發(fā)展趨勢

(1)高性能的控制器

(2)伺服驅(qū)動器向數(shù)字化、交流化和智能化方向發(fā)展

(3)控制器的開放性能

(4)智能化的控制器

2.數(shù)控機床發(fā)展趨勢

⑴高速、高效、高精度、高可靠性

⑵模塊化、智能化、柔性化和集成化

(3)開放性

⑷出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備

數(shù)控:

數(shù)控是數(shù)定拴制的簡稱，數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進

行控制的一種方法。

本:

NCtNumericalControl):代表舊版的、最初的數(shù)控技術(shù)。

CNCfComputerizedNumericalControl):計算機數(shù)控技術(shù)--新版，數(shù)控的首選

縮寫形式。

早期的數(shù)控系統(tǒng)是由硬件電路構(gòu)成的稱為硬件數(shù)控(HardNC),1970年代以

后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替而稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)，一般是采用專

用計算機并配有接口電路,可實現(xiàn)多臺數(shù)控設(shè)備動作的控制。因此現(xiàn)在的數(shù)控一般

都是CNC(計算機數(shù)控)。(圖片來源：網(wǎng)絡(luò))

數(shù)控機床:

數(shù)控機床是數(shù)字控制機床(Computernumericalcontrolmachinetools)

的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯

地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼

化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)

出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地

將零件加工出來。

數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，

是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展

方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。

1952年，美國帕森斯公司(PARSONS)和麻省理工學(xué)院

(M.I.T)合作研制成功世界上第一臺三坐標(biāo)數(shù)控機床，用它來加

工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板。

《數(shù)控編程理論與實訓(xùn)》學(xué)案第一章緒論

第3節(jié)數(shù)控技術(shù)的特點

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解數(shù)控機床的組成，掌握數(shù)控機床的工作

原理、分類及特點。

【教學(xué)幣:點】數(shù)控機床的工作原理與分類、特點。

【教學(xué)難點】數(shù)控機床的原理、按伺服控制方式分類。

【難點點化】結(jié)合課程的教學(xué)動畫充分理解數(shù)控機床的工作原理以及各伺服

控制方式的區(qū)別。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)、數(shù)字化課程作業(yè)

【教學(xué)內(nèi)容】

1.3數(shù)控機床的工作原理及基本組成

1.2.1數(shù)控機床的工作原理

1.2.2數(shù)控機床的組成

反饋系第

1.2數(shù)控機床的分類

1.3.1按加工方式分類

1、切削機床類

2、成型機床類

3,特種加工機床類

4、其他機床類

1.3.2按控制系統(tǒng)功能分類

1.點位控制數(shù)控機床

2.點位直線控制數(shù)控機床

3.輪廓控制數(shù)控機床

1.3.3按伺服控制方式分類

1.開環(huán)控制數(shù)控機床

2.閉環(huán)控制數(shù)控機床

3.半閉環(huán)控制數(shù)控機床

1.3.4數(shù)控機床的加工特點

1.3.5數(shù)控機床的使用特點

越淅:,瑞TMi”小力＜

02數(shù)控加工技術(shù)的特點

數(shù)控車削加工：

（視頻來源：三特維克）

數(shù)控銃削加工：

（視頻來源：三特維克）

常見數(shù)控機床的組成及工作原理

數(shù)控機床是一種利用信息處理技術(shù)進行自動加工控制和金屬切削機床，是數(shù)控

技術(shù)運用的典范。熟悉數(shù)控機床的組成，不僅能掌握數(shù)控機床的工作原理，同時掌

握了數(shù)控技術(shù)在其它行業(yè)的應(yīng)用。

幾種常見數(shù)控機床

1.數(shù)控車床

圖1-19所示為數(shù)控車床外觀圖。數(shù)控車床一般為兩軸聯(lián)動功能，Z軸是與主

軸方向平行的運動軸，X軸是在水平內(nèi)與主軸方向垂直的運動軸。在車銃加工中心

上還多了一個C軸，用于實現(xiàn)工件的分度功能，在刀架中可安放銃刀，對工件進

行銃削加工。

圖1-19數(shù)控車床

2.數(shù)控銃床

數(shù)控銃床適于加工三維復(fù)雜曲面，在汽車、航空航天、模具等行業(yè)被廣泛采用,

圖1-20所示為數(shù)控銃床。數(shù)控銃床可分為數(shù)控立式銃床、數(shù)控臥式銃床、數(shù)控仿

形銃床等。

圖1-20數(shù)控銃床

3.加工中心

數(shù)控加工中心是具有自動刀具交換裝置，并能進行多種工序加工的數(shù)控機床。

加工中心上可在工件一次裝夾中進行銃、鋒、鉆、擴、較、攻螺紋等多工序的加工。

一般的加工中心常常是指能完成上述工序內(nèi)容的鎮(zhèn)銃加工中心，可分為立式加工中

心和臥式加工中心，立式加工中心的主軸是垂直的，臥式加工中心的主軸是水平方

向的。

在加工中心上，一個工件可以通過夾具安放在回轉(zhuǎn)工作臺或交換托盤上，通過

工作臺的旋轉(zhuǎn)可以加工多面體，通過托盤的交換可更換加工的工件，以提高加工效

率。

4.數(shù)控磨床

數(shù)控磨床主要用于加工高硬度、高精度表面?？煞譃閿?shù)控平面磨床、數(shù)控內(nèi)圓

磨床、數(shù)控輪廓磨床等。隨著自動砂輪補償技術(shù)、自動砂輪修整技術(shù)和磨削固定循

環(huán)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控磨床的功能越來越強。圖1-22所示為數(shù)控平面磨床。

圖1-22數(shù)控平面磨床

5.數(shù)控鉆床

數(shù)控鉆床主要完成鉆孔、攻螺紋功能，同時也可以完成簡單的銃削功能，刀庫

可存放多種刀具。數(shù)控鉆床可分為數(shù)控立式鉆床和數(shù)控臥式鉆床。

6.數(shù)控電火花成形機床

圖1-23所示為數(shù)控電火花成形機床，屬于一種特種加工機床。其工作原理是

利用兩個不同極性的電極在絕緣液體中產(chǎn)生放電現(xiàn)象，去除材料進而完成加工。非

常適用于形狀復(fù)雜的模具及難加工材料的加工。

圖1-23數(shù)控電火花機床

7.數(shù)控線切割機床

數(shù)控線切割機床的工作原理與電火花成型機床一樣，其電極是電極絲，加工液

一般采用去離子水。圖1-24所示為數(shù)控線切割機床。

數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床主要是由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測反饋系統(tǒng)和機床

本體等幾部分組成，而現(xiàn)在計算機數(shù)控機床由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)控裝

置，可編程控制器、主軸控制單元及速度控制單元等幾部分組成。（如圖1-25）

1、程序的存儲介質(zhì)

在使用數(shù)控機床之前，先根據(jù)零件圖上規(guī)定的尺寸、形狀和技術(shù)條件，編寫出

工件的加工程序，將加工工件時刀具相對于工件的位置和機床的全部動作順序，按

照規(guī)定的格式和代碼記錄在信息載體上。也就是把編寫好的加工程序存儲在某種存

儲介質(zhì)上，如紙帶、磁帶或軟、硬磁盤等。

2、輸入、輸出裝置

存儲介質(zhì)上記載的加工信息需要輸送給機床的數(shù)控系統(tǒng)，機床內(nèi)存中的零件加

工程序可以通過輸出裝置傳送到存儲介質(zhì)上。輸入輸出裝置是機床與外部設(shè)備的接

口。

鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)不可缺少的人機交互設(shè)備，操作人員可通過鍵盤和顯

示器輸入加工程序，編輯修改程序和發(fā)送操作命令，因此鍵盤是交互設(shè)備中最重

要的輸入設(shè)備之一。目前常用的輸入裝置主要有紙帶閱讀機、軟盤驅(qū)動器、R232C

串行通信口、MDI方式等。

3、數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞，它接受輸入裝置送到的數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝

置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼，運算和邏輯處理后，將各種指令信息輸給伺服

系統(tǒng)，使設(shè)備按規(guī)定的動作執(zhí)行。

4、伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)與機床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)。主要由伺服電動機、

驅(qū)動控制系統(tǒng)及位置檢測組成。伺服電動機是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動控制系統(tǒng)則是

伺服電動機的動力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置檢測反饋信號比較后作為位

移指令，再經(jīng)過驅(qū)動控制系統(tǒng)功率放大后，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，從而通過機械傳動裝

置托動工作臺或刀架運動。伺服系統(tǒng)的作用是來自于數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機

床移動部件的運動，使機床的工作臺按規(guī)定的移動或精確定位，加工出符合圖紙要

求的工件。

常用的伺服電機有步進電動機、電液伺服電機、直流伺服電動機和交流伺服電

動機。

脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機床的重要參數(shù)。數(shù)控裝置輸出一個脈沖信號使機床工作

臺移動的位移量叫做脈沖當(dāng)量（也叫最小設(shè)定單位）。常用的脈沖當(dāng)量為0.001mm/

脈沖，精密機床要求達(dá)到0.0001mm/脈沖。每個進給運動的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的

伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機床的性能也取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。

5、檢測反饋系統(tǒng)

檢測反饋裝置的作用是對機床的實際運動速度、方向、位移量以及加工狀態(tài)加

以檢測和結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號反饋給CNC裝置中，通過比較計算出實際的偏差，并

發(fā)出糾正誤差指令。測量裝置安裝在數(shù)控機床的工作臺或絲杠上。按照有無檢測裝

置，CNC系統(tǒng)可分為開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)，而按測量裝置安裝的位置不同又可分為閉

環(huán)與半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的控制精度取決于步進電動機和絲杠的精度，

閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的精度取決于測量裝置的精度。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，位置檢測主要用感

應(yīng)同步器、磁柵、光柵、激光測距儀等。因此，檢測裝置是高性能數(shù)控機床的重要

組成部分。

6、機床本體

機床本體是數(shù)控機床的主體,是用于完成各種切削加工的機械部分，包括床身、

立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。機床是被控制的對象，其運動的位移和速度以

及各種開關(guān)量是被控制的。數(shù)控機床采用高性能的主軸及進給伺服驅(qū)動裝置，其機

械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化。

為了保證數(shù)控機床功能的充分發(fā)揮，還有一些如冷卻、排屑、防護、潤滑、照

明、儲運等配套部件和編程機、對刀儀等輔助裝置。

三'數(shù)控機床的工作原理

1、工作原理

數(shù)控機床在加工零件時首先應(yīng)根據(jù)加工零件的圖紙，確定有關(guān)加工數(shù)據(jù)（如刀

具的軌跡坐標(biāo)點、進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、刀具尺寸等）根據(jù)工藝方案，夾具選用，

刀具類型選擇等確定其他有關(guān)輔肋信息0根據(jù)加工工藝，用數(shù)控機床識別的語言編

制數(shù)控加工程序，將編寫好程序存放在信息載體上，通過輸入介質(zhì)輸送到機床上,

機床數(shù)控將程序譯碼，寄存和運算，向機床伺服機構(gòu)發(fā)出運動指令，以驅(qū)動機床的

各運動部件，自動完成對工件的加工，如圖1-26所示。

，數(shù)控加工的過程

分

制

數(shù)

程

工

定

控

析

序

藝

工

編

零

傳

分

藝

程

析

件

輸

程

序

校

驗

數(shù)控加工步分

驟詳細(xì)框圖2

圖1-26數(shù)控機床工作原理

2、數(shù)控機床的特點在大批量生產(chǎn)條件下，采用機械加工自動化可以取得較好

的經(jīng)濟效益。與普通機床相比具有如下特點：

1）適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量復(fù)雜工件

在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需要重新編制工件的加工程序，輸入到機床

上，就能實現(xiàn)新工件的加工，不必制造、更換許多工具、夾具、不需要經(jīng)常調(diào)整機

床。因此，數(shù)控機床特別適合單件、小批量及試制新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)周期,

節(jié)省了大量工藝裝備的費用。

2）加工精度高

數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量普遍可達(dá)0.001mm/P,傳動系統(tǒng)和機床結(jié)構(gòu)都具有很高

的剛度和熱穩(wěn)定性，工件加工精度高，進給系統(tǒng)采用消除間隙措施，機床進給傳動

鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償。因此，加工精度高。

3）加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠

加工同一批零件，在同一機床，在相同條件下，使用刀具和加工程序，刀具的

走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。

4）生產(chǎn)效率高

工件加工所需要的時間包括機動時間和輔助時間。數(shù)控機床可以有效地減少這

兩部分的時間。數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給量的調(diào)整范圍都比普通機床的范圍大，

機床剛性好，機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，極大地提高了生產(chǎn)

率。

5）減勞動強度，改善勞動條件

數(shù)控機床加工是自動進行的，工件加工過程不需要人的干擾，加工完畢后自動

停車，這就使工人勞動條件大改善。

6）有利生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化

數(shù)控機床的加工，所使用的刀具、具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機床

使用數(shù)字信號與標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息，易于實現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，目前與計算機

輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）有機地結(jié)合起來，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

四、數(shù)控機床按控制方式分類

數(shù)控機床按照被控量有無檢測反饋裝置可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制兩種。

在閉環(huán)系統(tǒng)中，根據(jù)測量裝置安放的部位又分為全閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制兩種。

1.開環(huán)控制系統(tǒng)（OpenloopControl）

開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是速度和精度都低，但其反應(yīng)迅速，調(diào)度方便，工作比較

穩(wěn)定，維修簡便，成本也較低。

2.閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControl)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是加工精度高，移動速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜，穩(wěn)

定性難以控制，成本也較高。

3.半閉環(huán)控制系統(tǒng)(Semi-closedloopControl)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是精度及穩(wěn)定性較高，價格適中，調(diào)度維修也較容易,

兼顧了開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的特點，因此應(yīng)用比較普遍。

五、按數(shù)控機床的性能分類

1、低檔數(shù)控機床

低檔數(shù)控機床也稱經(jīng)濟型數(shù)控機床。其特點是根據(jù)實際的使用要求，合理地簡

化系統(tǒng)，以降低價格。這類機床的技術(shù)指標(biāo)通常為：脈沖當(dāng)量為0.01~0.005mm,

快速進給4~10m/min驅(qū)動元件為開環(huán)步進電動機，聯(lián)動軸數(shù)為2軸。

2、中檔數(shù)控系統(tǒng)

中檔數(shù)控機床的技術(shù)指標(biāo)通常為：脈沖當(dāng)量為0.005~0.001mm,快速進給為

15~24m/min,伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)，聯(lián)動軸數(shù)為3軸。

3、高檔數(shù)控機床

高檔數(shù)控機床的技術(shù)指標(biāo)通常為：脈沖當(dāng)量為0.001~0.0001mm,快速進給為

15~100m/min,伺服系統(tǒng)為閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)，聯(lián)動軸數(shù)為多軸。

■《數(shù)控編程理論與實訓(xùn)》學(xué)案第一章緒論

第4節(jié)常用數(shù)控機床的適用范圍

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解常用數(shù)控車床與數(shù)控銃床（加工中心）

的加工零件的特點，掌握其各自的適用范圍。

【教學(xué)重點】數(shù)控車床加工零件的特點，數(shù)控銃床（加工中心）加工零件的

特點。并根據(jù)各自的特點，分析總結(jié)出相應(yīng)的適用范圍。

【教學(xué)難點】數(shù)控車床加工零件的特點，數(shù)控銃床（加工中心）加工零件的

特點。

［難點點化】車間現(xiàn)場觀摩數(shù)控車床所加工的零件與數(shù)控銃床所加工的零件

區(qū)別與各自的特點。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)、數(shù)字化課程作業(yè)

【教學(xué)內(nèi)容】

1.4常用數(shù)控機床的適用范圍

1.4.1數(shù)控機床的加工特點

1數(shù)控車床的加工特點

2數(shù)控銃床的加工特點

3數(shù)控加工中心的加工特點

1.4.2數(shù)控機床的適用范圍

1數(shù)控車床的適用范圍

數(shù)控車床適合于加工圓柱形、圓錐形、各種成形回轉(zhuǎn)表面、螺紋以及各種盤類

工件，并可進行鉆、擴、鎮(zhèn)孔加工；

2數(shù)控銃床（加工中心）的適用范圍

立式數(shù)控銃鑲床或立式加工中心適合加工箱體、箱蓋、蓋板、殼體、平面凸

輪、樣板、形狀復(fù)雜的平面或立體工件，以及模具的內(nèi)、外型腔等；

臥式數(shù)控銃鍵床或臥式加工中心適合于加工復(fù)雜的箱體、泵體、閥體、殼體等

工件；多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控銃床還能加工各種復(fù)雜曲面、葉輪、模具等工件。

常用數(shù)控機床的適用范圍

數(shù)控機床與普通機床相比具有許多優(yōu)點，應(yīng)用范圍還在不斷擴大。但是數(shù)控

設(shè)備的初始投入高，技術(shù)復(fù)雜，對編程和維修人員要求高。同時常用的數(shù)控機床也

因其加工過程的特點，分別都有適用的范圍。在選用過程中一定要考慮其適用范圍、

考慮其技術(shù)經(jīng)濟效益。

數(shù)控車床的適用范圍

（視頻來源：三特維克）

通過視頻了解，數(shù)控車床通常是兩坐標(biāo)軸數(shù)控機床，它能用來加工各種零

件的外圓、內(nèi)孔、端面、錐面及母線為任意二次曲線的柱面車削加工，適用于回轉(zhuǎn)

體類零件，并可用來鉆孔、錢孔等加工。

數(shù)控銃（加工中心）適用范圍

（視頻來源：三特維克）

主要適用于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求高的工件。

1、箱體類工件這類工件一般都要求進行多工位孔系及平面的加工，定位精度要求高，在

加工中心上加工時，一次裝夾可完成普通機床60%?95%的工序內(nèi)容。

2、復(fù)雜曲面類工件復(fù)雜曲面一般可以用球頭銃刀進行三坐標(biāo)聯(lián)動加工，加工精度較高，

但效率低。如果工件存在加工干涉區(qū)或加工盲區(qū)，就必須考慮采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)聯(lián)動的機床。

如飛機、汽車外形，葉輪、螺旋槳、各種成型模具等。

3、異形件異形件是外形不規(guī)則的零件，大多需要點、線、面多工位混合加工。加工異形

件時，形狀越復(fù)雜，精度要求越高，使用加工中心越能顯示其優(yōu)越性。如手機外殼等。

4、盤、套、板類工件這類工件包括帶有鍵槽和徑向孔，端面分布有孔系、曲面的盤套或

軸類工件，如帶法蘭的軸套、帶有鍵槽或方頭的軸類零件等；具有較多孔加工的板類零件，如各

種電機蓋等。

5、特殊加工在加工中心上還可以進行特殊加工。如在主軸上安裝調(diào)頻電火花電源，可對

金屬表面進行表面淬火。

第5節(jié)本課程的研究內(nèi)容和任務(wù)

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：熟悉本課程的主要研究內(nèi)容和教學(xué)任務(wù)。

【教學(xué)重點】了解本課程教學(xué)的載體Z軸對刀儀的結(jié)構(gòu)、組成及各組成零件

的名稱和加工圖紙。

【教學(xué)難點】教學(xué)載體Z軸對刀儀的結(jié)構(gòu)特點。

【難點點化】通過視頻了解Z軸對刀儀的結(jié)構(gòu)，通過對Z軸對刀儀實體零件

的拆解，清楚其中的結(jié)構(gòu)。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)、數(shù)字化課程作業(yè)

【教學(xué)內(nèi)容】

1.5本課程的研究內(nèi)容和任務(wù)

1.5.1本課程的教學(xué)載體

1.5.2本課程的主要研究內(nèi)容和教學(xué)任務(wù)

1.5.3本課程與前后課程之間的聯(lián)系

沂,信；禍f”小序ft四、課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容

柳沂:?！毙∷?、課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容

娜墉程理論與實訓(xùn)

?加工路徑設(shè)計能力

教程序編制能力

學(xué)

能

內(nèi)

力

容

目

與

標(biāo)

技

能

?刀具的選用能力?自動編程能力

?夾具的選用能力?多軸加工能力

?工藝規(guī)程編藥能力?宮建加工能力

四、課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容

教學(xué)安排

_

3_4

數(shù)

數(shù)

編_

字

程_

_控

能

一

化

_他

一

切

車_

力

作

_削

間_

能

技

鎏_

術(shù)

_力

觀_.

項目載體零件圖紙

第1節(jié)金屬切削過程基本原理

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解金屬切削的基本過程，掌握金屬切削的

基本原理。

【教學(xué)重點】回顧金屬切削的基本的概念，了解金屬切削的基本過程，熟悉

切削用量的三要素。

【教學(xué)難點】理解金屬切削的基本原理。

【難點點化】結(jié)合教學(xué)視頻和現(xiàn)場參觀充分理解金屬切削的基本原理。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)

【教學(xué)內(nèi)容】

1切削運動和切削用量

2金屬切削的基本定義

3切削用量對加工質(zhì)量的影響

4切削刀具的幾何角度

金屬切削的基本定義

一、切削運動和切削用量

刀具和工件之間的主要指對運動。它使刀具切劑力及其

主守近的刀具表面切入工件豺料，導(dǎo)改鼓切劑層轉(zhuǎn)變?yōu)榍忻?

,主運動的速度景焉，硝耗功率景火。

運

）機床的主運動只用■一心。

切動

，主運動可以由工件、也可由刀具完成。

削~~7~

運》選媒運動是由九樂線人力提供的刀具和工件之間附加的

進粕對運動，配合主運動，不斷地將多余余篇投入切削，以

保持切劑連續(xù)或反復(fù)地選行的運動,

動給

》或給運動的速度較低，萌耗的功率較，J、。

運

》進檢運動不限于一公，可是迷娃的，也可是問歙運動，

動加車劑時的紈向加橫向選價。在確定進檢運動方向時，一

般卷連勁進給方向或間就運動中的立第一個。

金屬切削的基本定義

已加工表面

表三待加工表面

面?zhèn)€

切削用量

切

切削速度

削

用ve=ndn/1000(m/min)

量

三進給量f(mm/min)

要

素

背吃刀量(切削深度)ap(mm

切削用量是指切削速度了、進給量f

(或進給速度)和切削深度。三者又稱

為切削用量三要素。aP

1.切削速度Y(m/s或m/min)

切削刃相對于工件的主運動速度稱為切

削速度.即在單位時間內(nèi)，工件和刀具沿

主運動方向的相對位移。

當(dāng)主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度為:

兀dwn

v=(m/s)

1000X60

式中：dw—待加工表面直徑（mm）

n—工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/min）

當(dāng)主運動為往復(fù)直線運動（如刨削）時,切削速度為:

2L-w

V=-------------(m/s)

1000X60

式中：主運動每分鐘往復(fù)次數(shù)（次/min）;

L—往復(fù)直線運動行程長度（mm）.

2.進給量/

工件或刀具轉(zhuǎn)一周（或每往復(fù)一次），兩者在

進給運動方向上的相對位移量稱為進給量，其單位

是mm/r（或mm/雙行程）。

進給速度乙一指單位時

間的進給量。

進給量與進給速度之間的

關(guān)系為：

Vf=irf/60(mm/s)

3.切削深度Qp(nim)

切削深度指待加工表面與已加工表面之間的垂直

距離。如車外圓時，

C_LdIw-dnt

式中：

d”待加工表面直徑(mm)

-已加工表面直徑(mm)

切削用量對加工質(zhì)量的影響

■切削深度和進給量增大，都會使切削力增大，工件變形

增大，并可能引起振動，從而降低加工精度和增大表面粗

糙度Ra值。

■進給量增大還會使殘留面積的高度顯著增大，表面更加

粗糙。

■切削速度增大時，切削力減小，并可減小或避免積屑瘤,

有利于加工質(zhì)量和表面質(zhì)量的提高。

刀具的幾何參數(shù)

力具標(biāo)注角度參考余

a)b)

刀具標(biāo)注角度參考余

車刀的標(biāo)注角度

刀具的工作角度

刀具的工作角度

刀具的工作角度

FT具安裝對工作角度的影響

切削層參數(shù)

車外圓的切削層參數(shù)（匕=°時）

第2節(jié)金屬切削過程及控制

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解切屑的形成，積屑瘤的產(chǎn)生過程，清楚

刀具磨損的原因。

【教學(xué)重點】了解切削力、切削熱、切屑、積屑瘤的基本概念。

【教學(xué)難點】理解金屬切削過程，知道切削液作用。

【難點點化】結(jié)合教學(xué)視頻和現(xiàn)場參觀充分理解金屬切削過程，通過閱讀材

料掌握切削液的作用。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)

【教學(xué)內(nèi)容】

1切屑的分類

2積屑瘤的產(chǎn)生及控制方法

3切削力、切削熱

4刀具磨損

5切削液的作用

金屬切削過程及控制

（視頻來源：三特維克）

金屬切削過程中的滑移線和流線

二$

（1）積屑瘤對切削過程的影響:

1）積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切

削刃進行切削，從而保護了刀刃，減少了刀具的磨

損。

2）積屑瘤使刀具的實際工作前角增大，而且，積屑

瘤越高，實際工作前角越大，刀具越鋒利。

3）積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精

度。

4）積屑痛直接影響工件加工表面的形狀精度和表面

或扁?育度及其富修工作附*粗糙度。

（2）積屑癇的成因：

1）工件材料的塑性；

2）切削速度；

3）刀具前角；

4）冷卻潤滑條件.

3.影響切削力的冏疊

1）工件材料的性能對切削力有顯著的啟

工件材料的硬度或強度愈高，材料的

總切削力的來源有兩個方面：剪切屈服強度也愈高，發(fā)生剪切變形的

一是克服被加工材料對彈性變形和塑抗力也愈大，故切削力也愈大。

性變形的抗力：

二是克服切筋對刀具前面的摩擦阻力

和工件表面對刀具后面的摩擦阻力.

2）切削用量對切削力的影響

a）背吃刀量叩和進給盤網(wǎng)切削力的影響;從減小切削力和節(jié)省動力消耗的觀點出

發(fā)，在切除相同余畝的條件下,增大/

比增大0。更為有利.

靠:7?年若怒力，?切削力/

3.影響切削力的卜

3.影響切削力上

3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響

3）刀具幾何參數(shù)對切削力的影響

c）刃傾角而對切削力的影響;

a）前角力。對切削力的影響；

前角y。"，刀刃鋒利/變形抗力/切削力/

3.影響切削力的號氟

3)刀具幾何參數(shù)對切削力的影響,

e)使用切削液對切削力的影響；

切削照的來源與傳出

3影響切削溫度的主要因素(2)切削用R

(1)工件材料在切削用量中，切削速度對切刖溫度版速最

工件材料的強度、硬度越高,總切削力越大，人

單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱晟越多，切削溫度也就越高.隨著切削速度的提高,材料切除率隨之成正比

例的增加.但I(xiàn)?著切削速度的提高，切屑變形相應(yīng)

工件材料的導(dǎo)熱性好，從切屑和工件傳出的切減小，所以，切削功和切削熱雖然有所增高,但不

削熱相應(yīng)增多，切削區(qū)的平均溫度降低。可能成正比例的增高,因此，切削溫度也不會成正

比例的增高.

例如，合金結(jié)構(gòu)鋼的強度普遍高于45鋼，而導(dǎo)

熱系數(shù)又一般均低于45鋼，所以切削合金結(jié)構(gòu)鋼

的切削溫度高于切削45鋼的切削溫度.

3.影響切削溫度的主要限

綜上所述，切削用量對切削溫度的影

度以切削速度為最大，進給■次之，背吃刀

量最小.

因此，若要切除給定的余最，又要求切削

溫度較低，則在選擇切削用員時，應(yīng)優(yōu)先考

慮采用大的背吃刀量，然后選擇一個適當(dāng)?shù)?/p>

進給量,最后再選擇合理的切削速度.

上述切削用量選擇原則是從最低切削溫度

出發(fā)考慮的，這也是制訂零件加工工藝規(guī)程

時，確定切削用品的原則。

四、刀具磨損與刀

刀具失效

(4)切削液刀具磨損

刀具破損

四、刀具磨損與刀四、刀具磨損與刀

2.刀具磨損的原因

(1)擦傷磨損(任何切削溫度)

(2)粘結(jié)磨損

(3)擴散磨損(高速切削)

(4)氧化磨損(高速切削)

四、刀身杳螺后力^^四、刀具磨損與刀

2.刀具磨損的原因3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

(1)擦傷磨損(1)刀具的磨損過程

(2)粘結(jié)磨損

(3)擴散磨損

(4)氧化磨損

圖347切陰溫度對磨損影響的示意圖

①擦飭磨報②粘結(jié)磨換切削時M（，）

③擴散磨忸④氧化磨損■欣合令+”的AF*忸曲線

art*.?r-45*.?<r*l50*'Min<

四、刀具磨損與刀

四、刀具磨損與刀

3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

(2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)3.

刀具允許達(dá)到的最大的磨損量，稱為(2)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

“磨鈍標(biāo)準(zhǔn)”.

對于一般就，常以后國磨建強亮度U

叁腳作為磨鈍譚篋充取具

S百疏野I中I的精加工刀具,常以徑向

磨損量“的允許值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn).

圖5*39車刀的徑向磨損

(2)刀具的磨鈍標(biāo)/

1)精加工陽=0.1mm?0.3mm；

粗加工VB=0.6mm~0.8mm.?

2)工藝系統(tǒng)剛性較差時，應(yīng)規(guī)定較小的磨鈍

標(biāo)準(zhǔn)；

3)粗車鋼件，特別是粗車合金鋼和高溫合金

時，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)要比粗車鑄鐵時取得小些。

4)加工同一種工件材料時，硬質(zhì)合金刀具的

磨鈍標(biāo)準(zhǔn)要比高速鋼刀具取得小些。

第3節(jié)數(shù)控機床使用的刀具

【教學(xué)目標(biāo)】通過本節(jié)的教學(xué)：了解數(shù)控刀具的種類，熟悉刀具材料及選用,

清楚可轉(zhuǎn)位刀片及代碼，熟悉常用刀具的使用場合。

【教學(xué)重點】熟悉刀具選用原則、掌握可轉(zhuǎn)位刀片的代碼。

【教學(xué)難點】熟悉常用刀具的使用場合，掌握常用刀具可轉(zhuǎn)位刀片的代碼。

［難點點化】車間現(xiàn)場參觀了解常用刀具的編號代碼及使用場合。

【教學(xué)時數(shù)】1學(xué)時

【課程類型】理實一體化課程

【教學(xué)方法】數(shù)字化課程教學(xué)、課堂提問、請老師輔導(dǎo)

【教學(xué)內(nèi)容】

1數(shù)控刀具的種類

2刀具材料及選用

3可轉(zhuǎn)位刀片及代碼

4常用刀具的使用場合

數(shù)控機床使用的刀具

(視頻來源：三特維克)

數(shù)控刀具的種類

數(shù)控刀具是指與數(shù)控機床相配套使用的各種刀具的總稱，是數(shù)控機床不可缺少

的關(guān)鍵配套產(chǎn)品。數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特

點，一般包括刀具及連接刀柄兩部分。刀柄要連接刀具并裝在機床動力頭上，因此

已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法，按刀具材料成分：高速鋼刀

具、硬質(zhì)合金刀具、金剛石刀具、陶瓷刀具、涂層刀具等；按刀具結(jié)構(gòu)分：整體式、

機夾可轉(zhuǎn)位式、鑲嵌式、焊接式、特殊形式等；按切削加工工藝分：車削刀具、鉆

削刀具、銃削刀具、鏡削刀具等。加工中心所使用的刀具屬銃削刀具，它的刀具由

刃具和刀柄兩部分組成。刃具有面加工用的各種銃刀和孔加工用的鉆頭、擴孔鉆、

鎮(zhèn)刀、錢刀及絲錐等。刀柄要滿足機床主軸的自動松開和拉緊定位，并能準(zhǔn)確地安

裝各種切削刀具和適應(yīng)換刀機械手的夾持等。

近幾年，機夾式可轉(zhuǎn)位刀具在數(shù)控加工中得到了廣泛應(yīng)用，在數(shù)量上已達(dá)到整

個數(shù)控刀具的30%?40%,金屬切除量占總數(shù)的80%?90%。

1、數(shù)控加工銃刀的種類

常用銃刀的種類很多，一般有面銃刀、立銃刀、模具銃刀、鍵槽銃刀和鼓形

銃刀等。

(1)面銃刀

面銃刀的圓周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃為副切削刃，常用于端銃

較大的平面。面銃刀多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)，刀齒為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀體為40Cr?

高速鋼面銃刀按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直徑d=80~250mm,螺旋角B=10°,刀齒

數(shù)Z=10~26。

硬質(zhì)合金面銃刀與高速鋼銃刀相比，銃削速度較高、加工表面質(zhì)量也較好，并

可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，故得到廣泛應(yīng)用。硬質(zhì)合金面銃刀按刀片和刀齒

的安裝方式不同，可分為整體式、機夾一焊接式和可轉(zhuǎn)位式三種。

（2）立銃刀

立銃刀是數(shù)控銃削中最常用的一種銃刀，其結(jié)構(gòu)如圖所示。立銃刀的圓柱表面

和端面上都有切削刃，圓柱表面的切削刃為主切削刃，端面上的切削刀為副切削刃。

主切削刃一般為螺旋齒，這樣可以增加切削平穩(wěn)性，提高加工精度。由于普通立銃

刀端面中心處無切削刃，所以立銃刀不能作軸向進給，端面刃主要用來加工與側(cè)面

相垂直的底平面。