数控加工工艺教学大纲

数控加工工艺教学大纲

数控加工工艺教学大纲 篇1

《数控加工工艺》教学大纲

（审定稿）2007年08月24日

第一部分 大 纲 说 明

一、课程性质、目的和任务

数控加工工艺是中央广播电视大学数控技术专业的一门理论与实践紧密结合的专业必修课，其基础性内容以传统机械制造工艺为基础，密切结合数控加工的特点，是连接设计与制造的桥梁。其主要目的和任务是培养学生三种基本能力，即合理选择刀具、夹具和量具的基本能力；合理选择切削参数的基本能力；合理制定数控加工工艺规程的基本能力。

通过本课程的学习使学生达到既具有工程基础又有较高的工程文化素质，既有丰富的工艺基础知识、基本理论，又有较强的分析思维能力，能够合理地制定中等复杂机械零件的数控加工工艺规程。

二、与相关课程的衔接、配合、分工

本课程是数控技术专业的专业必修课。本课程的先修课为机械制图、机械制造基础、金工实习等。

三、课程基本要求

l、理论知识要求

（1）掌握金属切削加工的基本理论、方法和应用；了解数控加工原理方面的基本知识，掌握选择切削参数、安排加工顺序和刀具选择的基本原则和方法。

（2）掌握六点定位的原理和定位误差的分析计算方法，会查阅切削用量手册和有关国家标准，养成严格遵守和执行有关国家标准的各项规定的良好习惯。

（3）掌握粗、精加工定位基准的选择原则和切削加工顺序安排的基本原则。

2、技能要求

（1）能够较正确地根据零件图选择刀具、夹具和量具。

（2）能够根据零件加工精度要求选择切削参数。

(3）能够制定不太复杂零件的数控加工刀具卡片和工序卡片。

四、课程教学要求的层次

本课程教学按以下3个层次进行要求：

1.了解：要求对有关教学内容有一般的认知。

2.理解：要求领会有关教学内容的基本概念、基本理论、基本原则。

3.掌握：要求能够应用所学知识和方法解决工程中的实际问题。

第二部分 媒体使用与教学过程建议

一、课程教学总时数、学分数

本课程为4学分，课内学时为72学时。开设一学期。

二、教学媒体及其相互关系

本课程的教学媒体由文字教材、录像课（IP课）和CAI课件组成。

1、文字教材

文字教材是主要的教学媒体，在全方位的体现基本教学内容的同时，要便于学习开展自学。为此，文字教材各章增加“学习目标”、“内容提要”、“小结”等导学内容。

2、录像课（IP课）

根据教学的总体要求以及各章节的学习目标，讲授重点、难点。对于综合性的典型习题给予详细的解析。讲解过程中要注意知识的衔接并突出技能训练的重要地位。

3、结合本课程的特点，利用计算机辅助教学手段形象、直观、生动地表述教学内容，包括重点知识内容多角度分析与细化的讲解、实验与操作的模拟演示以及自我检测等。其目的是配合文字教材的阅读，为学生开展个体化，交互式学习提供帮助。

三、考核说明

考试是对教与学的重要验收方式之一。学生必须完成必做作用和实验、实训后，才能参加考试。考试符合教学大纲要求、形式多样、突出重点、难易适中。期末考试由中央电大统一命题，并执行统一的评分标准。实验考核由各省级电大根据中央电大制定的考核要求安排。具体考核要求见网上公布的考核说明。

四、学时分配 序号

理论教学

课程内容

课内实践教学

课时教学方式

教学方式手段 课时数 数 手段 8 6 6 10 8 8 6 6 2

多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 多媒体 2 2 2 2 2

习题课

习题课习题课 实例分析 实例分析 实例分析 实例分析

课时

小计 10 6 8 12 10 10 8 6 2 72

备注 数控加工的切削基础 2 数控机床刀具的选择 3 数控加工中工件的定位与装夹

数控加工工艺基础 5 数控车削加工工艺 6 数控铣削加工工艺 7 加工中心的加工工艺 8 数控线切割加工工艺 9 机动 总计

第三部分 教学内容和教学要求

一、数控加工的切削基础（10学时）

（一）目的与要求

通过学习金属切削过程的基本理论与规律，使学生能够正确标注刀具几何角度及选择刀具几何参数。

（二）重点与难点

重点是金属切削过程的基本理论、规律及应用；难点是刀具几何角度的定义及标注方法，要求学生具有较强的空间想象能力。

（三）教学内容

1．数控加工工艺系统概述

2．刀具几何角度及切削要素

3．金属切削过程的基本理论及规律

4．金属切削过程基本规律的应用

切屑的种类及其控制、金属材料的切削加工性、切削用量与切削液的合理选择。

5．刀具几何参数的合理选择

（四）教学要求

1．了解数控加工过程及数控加工工艺系统主要内容

2．了解切削运动的种类及其特点

3．掌握切削用量三要素的内容及其计算方法

4．掌握正交平面参考系中刀具角度的标注方法

5．理解刀具工作角度的影响因素及变化规律

6．了解切削层参数的度量方法

7．了解切削过程三个变形区的变形特点

8．理解积屑瘤的形成条件及其抑制措施

9．理解影响切削变形的因素及变化规律

10．了解切削力的来源与计算方法，理解影响切削力的因素及影响规律

11．了解切削热的来源，理解影响切削温度的因素及影响规律

12．了解刀具磨损的形式，理解影响刀具耐用度的因素及影响规律

13．理解切屑的种类、特点及产生条件

14．理解影响断屑的因素及规律

15．掌握粗、精加工时切削用量的选择原则和方法

16．了解切削液的种类及适用场合

二、数控机床刀具的选择（6学时）

（一）目的与要求

通过学习刀具材料的种类、基本性能、可转位刀片、代码标记方法，能够合理选择数控刀具。

（二）重点与难点

重点是刀具材料的种类及其选用，难点是数控工具系统。

（三）教学内容

1．刀具材料及其选用

2．数控机床刀具的种类及其特点

3．可转位刀片及其代码

4．数控刀具的选择

（四）教学要求

1．掌握常用刀具材料的种类、特点及适用场合 2．了解可转位刀片的代码标记方法

3．了解镗、铣类数控工具系统的结构类型与特点

4．掌握数控刀具选择的方法

三、数控加工中工件的定位与装夹（8学时）

（一）目的与要求

使学生能够运用六点定位原理和定位基准选择原则，为零件加工时装夹方案选择奠定基础；通过学习定位误差的种类、计算方法，学会计算典型定位方式定位误差的方法。

（二）重点与难点

重点是六点定位原理及应用、定位基准的选择原则；难点是定位误差的计算，特别是工序基准在定位面上时的误差计算。

（三）教学内容

1．机床夹具概述

2．工件的定位

3．定位基准的选择原则

4．常见定位方式与定位元件

5．定位误差

6．工件的夹紧

7．数控机床典型夹具介绍

（四）教学要求

1．了解机床夹具的功能、种类及特点

2．掌握六点定位的基本原理，会使用六点定位原理分析零件加工应限制的自由度数

3．掌握粗、精基准的选择原则

4．掌握常见定位方式、定位元件及所限制的自由度数

5．了解定位误差的计算方法

6．理解夹紧装置应具备的基本要求和夹紧力方向、作用点的选择原则

四、数控加工工艺基础（12学时）

（一）目的与要求

使学生能够运用数控加工工艺分析、工艺路线设计和工序设计的基本原则与方法，为后续各章内容的学习奠定基础。

（二）重点与难点

重点是定位与夹紧方案的确定、加工方法选择、刀具与切削参数选择、工序划分；难点是加工余量、工序尺寸及其偏差的确定。

（三）教学内容

1．基本概念

2．数控加工工艺分析

3．数控加工工艺路线设计

4．数控加工工序设计

5．对刀点与换刀点的选择

6．机械加工精度及表面质量

（四）教学要求

1．理解工序划分的原则及其特点

2．掌握数控加工工序划分的一般方法

3．了解常用加工方法的种类及其所能达到的加工精度、表面粗糙度

4．掌握典型工序设计的主要内容及方法

五、数控车削加工工艺（10学时）

（一）目的与要求

使学生能够运用数控车削加工工艺路线和工序的设计方法，制订数控车削加工工序卡片。

（二）重点与难点

重点是数控车削加工工艺路线和工序的设计；难点是车削加工中的装刀与对刀技术。

（三）教学内容

1．数控车削加工的主要对象、工艺特点

2．数控车削加工零件的工艺性分析

3．数控车削加工工艺路线拟定

4．数控车削加工工序设计

5．数控车削加工中的装刀与对刀技术

6．典型零件的车削加工工艺分析

（四）教学要求

1．了解数控车削加工的主要对象、数控车削加工工艺的特点及主要内容

2．掌握数控车削加工零件工艺性分析的主要内容与方法

3．掌握数控车削加工工艺路线拟定的内容及方法

4．掌握中等复杂零件的数控车削加工工序设计方法

六、数控铣削加工工艺（10学时）

（一）目的与要求

使学生能够运用数控铣削加工工艺路线和工序的设计方法，制订数控铣削加工工序卡片。

（二）重点与难点

重点是数控铣削加工工艺路线和工序的设计；难点是铣削加工中的装刀与对刀技术。

（三）教学内容

1．数控铣削加工的主要对象、工艺特点

2．数控铣削加工零件的工艺性分析

3．数控铣削加工工艺路线拟定

4．数控铣削加工工序设计

5．数控铣削加工中的装刀与对刀技术

6．典型零件的铣削加工工艺分析

（四）教学要求

1．了解数控铣削加工的主要对象、数控铣削加工工艺的特点及主要内容

2．掌握数控铣削加工零件工艺性分析的主要内容与方法

3．掌握数控铣削加工工艺路线拟定的内容及方法

4．掌握中等复杂零件的数控铣削加工工序设计

七、加工中心加工工艺(8学时）

（一）目的与要求

使学生能够运用加工中心加工工艺路线和工序的设计方法，制订加工中心加工工序卡片。

（二）重点与难点

重点是加工中心加工工艺路线和工序的设计；难点是刀具预调与换刀点选择。

（三）教学内容

1．加工中心的主要加工对象、工艺特点

2．加工中心加工零件的工艺性分析

3．加工中心加工工艺路线拟定

4．加工中心加工工序设计

5．刀具预调与换刀点

6．典型零件的加工中心加工工艺分析

（四）教学要求

1．了解加工中心的主要加工对象、加工中心加工工艺的特点

2．掌握加工中心加工零件工艺性分析的主要内容与方法

3．掌握加工中心加工工艺路线拟定的内容及方法

4．掌握中等复杂零件的加工中心加工工序设计

八、数控线切割加工工艺(6学时）

（一）目的与要求

通过学习数控线切割加工的原理，能够制订数控线切割加工工艺。

（二）重点、难点

重点是数控线切割加工的原理、特点、应用及主要工艺指标；难点是数控线切割加工的工艺分析。

（三）教学内容

1．数控线切割加工的原理、特点、应用

2．数控线切割加工的主要工艺指标

3．数控线切割加工工艺分析

4．典型零件的加工工艺分析

（四）教学要求

1．理解数控线切割加工的原理、特点与应用领域

2．掌握数控线切割加工的主要工艺指标及影响因素

数控加工工艺教学大纲 篇2

关键词：中职,数控加工,教学方法

从近些年我国的中职学校发展情况来看,数控专业的开设以及发展有了很大的进步,对这一应用专业的进一步发展也有着很大的促进作用。职业学院主要是对学生的专业技能加以培养,从而满足社会的发展需求,所以在教学过程中就要注重其科学化教学手段的使用。

一、当前中职数控加工工艺教学现状以及人才培养目标

(一)当前中职数控加工工艺教学现状分析

中职数控加工工艺这一课程是专业职业素质课程,对学生从事这一职业和岗位的知识技能的培养有着重要作用,这也对学生今后的就业发展比较有利。从实际的教学来看,一些中职学校还是采用以往的教学模式,理论教学与专业实习教学相脱离,对专业知识的传授也是章节化的实施。但是在岗位工作上对知识的运用是按照任务完成的,在具体的教学内容涉及以及过程时却没有按照岗位知识应用来实施,这样就和实际有着脱离。另外,在传统教学模式下学生的主观能动性也不能得到充分发挥,学生对自己学到的知识也不能得到有效掌握,从而使得学生在踏上岗位的时候容易出现迷茫,不利于学生的就业发展。

(二)当前中职数控加工工艺教学人才培养目标

数控专业是实践性较强的学科,主要就是培养技能型的人才,对数控专业人才的培养目标可以分为几个重要层次。即:蓝领层以及灰领层和金领层。由于层次的不同所以在要求上也会不同。例如,金领层就要具备蓝领以及灰领两个层次的技能知识,并要在此基础上具备相应数控设备的研发能力上以及对数控的编程和工艺、维修等方面的知识,还要具备丰富的实践经验。而中职学校的数控专业主要还是对蓝领层的人才进行培养,也就是数控操作人员,这是市场需求的选择。

另外,由于数控机床是高精尖的操作设备,所以对操作人员的素质和职业能力也就有着比较高的要求。在具体的教学中就要求数控技术操作人员具备专业能力,这就涵盖专业技能知识以及关键技能以及方法能力的培养,也就是学习方法以及工作方法,对实际问题的解决能力和独立学习技术的方法等。还要注重职业道德方面的培养,只有将这些人才培养目标得以实现,才能够真正满足市场的实际需求。

二、当前中职数控加工工艺教学优化策略探究

加强当前我国中职数控加工工艺教学的优化策略实施,要从多方面考虑。

(一)要完善实训基地的建设,并结合数控专业教学的体系来构建数控机床实训室以及数控编程室等

同时也要对周边地区优势进行借助来建设长期校外实习基地,从而确保校外实训的正常化,这样才能为学生打下比较坚实的基础。

(二)改革要具体化

以企业岗位实际工作过程为依据选择教学内容,要让学生具备从事工艺编制岗位的能力,使学生可以胜任工作岗位,所以教学的内容要和实际工作岗位紧密结合。教学内容要和实际应用过程编排有机结合,可以将典型的零件工艺编制任务作为主要单元,通过工艺编制过程以及结果编排单元教学内容,让学生能够灵活掌握实用的知识技能。

(三)对数控加工工艺实践教学环节要重视并进行优化改进

这就需要通过细化的过程得以实现,在加工演示环节要能充分利用,使其作用得到有效发挥。中职学生对数控实训车间当中的数控机床是首次接触,所以对相关的知识都比较模糊,这就需要老师对数控机床加工某一产品进行演示,让学生能从整体上得到认识,这样才能逐渐将学生的积极主动性有效激发。

(四)对理论讲授过程要能充分重视

在进行了演示后就要对机床的构成以及工作原理和工艺编程等相关的知识内容进行讲解,在工作原理的讲解中就要鼓励学生利用课余时间对数控机床的系统进行查阅等。然后就是自行设计编程环节,老师要对中职学生的学习时间以及兴趣特征充分重视,结合实际,激发学生的积极性,然后让学生进行现场操作,不断熟悉机床加工工艺的技能并灵活运用。

总而言之,对于当前我国的中职数控加工工艺的教学优化,要能和具体的教学情况以及学生的学习情况有机结合,充分重视教学方法以及方式的利用,这样才能实现科学化的教学。此次主要就中职数控加工工艺教学的现状以及人才培养目标等问题进行了简要分析,希望有助于实际教学的进一步发展。

参考文献

数控加工工艺教学大纲 篇3

关键字：数控加工 工艺分析 设计与教学 技术要点

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

我们学校的数控专业学生的培养目标是面向一线的数控操作工、数控编程员和数控工艺员以及相关的工作岗位。近几年职业教育高速发展，数控操作工的培养规模较大，市场基于饱和，从现代制造技术岗位的要求出发，结合企业的生产实际，加大了数控编程员和数控工艺员培养力度，并开发了融入技能训练、考核测试要求的训练项目，用于理实一体化教学，提高学生学习兴趣和技能水。

1数控加工的工艺特点

根据相关的研究表明，导致数控加工出现失误的主要原因有工艺分析不周全与编程不完善两个方面。因此在进行编制数控程序与分析工艺时应该严格、仔细的考虑到加工过程中的每一个细节，因为任何一个细节出现任何问题都很有可能造成严重的经济损失，同时也会导致工作量的大量增加。接下来我们主要从以下两个方面对数控加工的工艺特点进行详细的分析：

1、数控加工具有“复合性”的工艺特点。一般来说，进行数控加工，工件在一次装夹下需要完成多种加工，例如：攻丝、铰、铣、镗等，这便充分的体现了数控加工复合性的工艺特点。数控加工将传统的工艺加工有机的进行了结合和统一，这样大大的减少了零件装夹的周期与次数，有效的提高了模具加工的效率，在一定程度上也促进了模具的生产效益。

2、数控加工与一般的机床加工相比较，数控加工工艺的“工艺设计更加精密和完善，所包含的内容也更加的具体”。与普通的机床加工相比较，数控机床加工所需要的工装数量与加工的工序都较少，这便有效的克服了传统工艺方法中的弱点，极大的提高了数控加工的工作效率，促进了模具产业的进步。

2 数控加工与工艺分析与设计的内容分析

数控加工在编程以后的所有工序都全部有机器自动化进行控制，这边能够有效的降低对人工的使用率，但是为了有效的保障数控加工的质量，在进行前期工艺设计时应该充分的对加工的每一个细节进行全方面的考虑，表一主要列出数控加工的特有内容：

表1 数控加工的特有内容

接下来我们就主要分析了数控加工工艺设计时应该注意的主要细节：

1、加工用量的控制。数控加工的切削量不是人为进行控制和安排的，而是编程以后，机床根据程序进行选择的。数控加工用量主要包含了进给速度、主轴转速、切削深度等等。攻丝、铰、铣、镗等的切削量是存在一定的差别的，在进行系统编程时应该结合实际的加工经验进行逐一的选择。

2、确定走刀路线与工步顺序的安排。走刀路线也就是整个加工过程中刀具的运行轨迹，刀具的运行轨迹也是有程序编码所决定的。一般来说走刀路线应该选择较短的加工路线，这样能够有效的避免空刀现象的发生，提高数据加工的效率。另一方面，在进行走刀路线的选择时，应该选择工件在加工后变形较小的路线，如果工件的形状较薄，或是呈现细长型，可以采取分几次走刀的方案进行。同时为了有效的避免工件的划伤，在进行程序设计时一定要对进刀和退刀路线进行完善的考虑。

3、定位基准与夹紧方案的确定，以及夹具的合理选择。在进行设计定位基准与夹紧方案时，一定要在可能的情况下最大化的减少装夹的次数，最好是能够在一次定位夹装后将全部代加工便面全面进行加工，同时在确定定位基准与夹紧方案时，还应该遵循编程计算与设计、工艺相统一的原则。同时在进行夹具的选择时，夹具的尺寸必须满足与零件与机床坐标系相协调的条件。

3数控加工教学项目设计

3.1 工艺设计简介

该考核测试装置包含有转子和定子两个部分，并且在定子的中部舍友前后贯穿的容置腔，转子为圆柱型，设置在容置腔内，容置腔的前后端分别设有与定子固定的端盖进行密封，转子中心穿设有一传动轴，传动轴的两端分别与前后端盖转动连接且从前端伸出，转子的外侧轴向均匀开设有若干卡槽，各卡槽内均设有叶片，叶片以传动轴为中心呈放射状分布。上述定子上开设有与容置腔连通的进气口和排气口，上述进气口与卡槽之间均设有进气通道，所述的叶片能沿转子径向来回运动。在上述的一种数控加工考核测试装置中，所述各卡槽的槽口距容置腔内壁的距离不同。

3.2 该测试装置在教学中的作用

数控加工不仅要求从业人员需要具备坚实的理论基础，同时对从业人员的实际动手能力也有较高的要求 ，因此很多学校都叫实践操作作为考核的一个重要组成部分，但是由于缺乏相应的检测设备，因此在进行实践考核时，很难对学生加工的产品的合格性进行准确的评判，特别是当考核的内容为轮子时。

该考核测试装置与现有技术相比，能够有效的实现对特定考核产品质量的检测，能够帮助教师更准确的对学生能力进行评价。同时，装置具有过载保护作用，不会因过载而发生故障。一旦出现过载现象，传动轴转速降低或停止，当过载解除，立即可以重新正常运转，并不产生机件损坏等故障。另外，该测试装置使用空气作为介质，因此不会产生供应上的困难，同时用过的空气是无污染的，因此无需进行处理，可以直接的排放到大气中。所以将该装置运用到实际的教学中，能够有效地帮助教师对学生的实际动手能力进行准确的检测，进而有助于提高数控教学的教学效率和教学质量。

4 工艺设计与教学的要点分析

4.1数控加工教学应该在通用机床的基础上开展

在数控加工教学中，很多数控机床在技术经济性方面远远不如通用机床，从通用机床与数控机床的特点我们可以预测未来必然是数控机床与通用机床并存的时代，因此工艺设计与教学应该充分的重视通用机床教学的重要性，学生应该将两种机床的加工技巧与方法同时进行掌握，这样学生在毕业以后才能有更广阔的就业前景。

4.2教学应该结合典型零件

为了加深学生对知识的掌握情况，在进行工艺设计教学时，教师应该结合典型的零件进行教学。数控加工与通用机床加工之间存在着一定的差别，数控工艺设计教学应该按照由浅入深、从简单工序到复杂工序的特点选择适合数控加工的零件进行讲解，这样才能有效的降低学生学习的难度，提高数控工艺设计与教学的效率与质量。

4.3重视“近距离教学”

数控工艺教学，应当重视对学生的实践教学。由于数控加工的零件的复杂程度与价值相对较高，因此教师在进行实践教学是应该充分的重视“近距离教学”，学生设计编写的每段程序教师都应该进行严格的检查，同时学生在进行实际操作时，教师应该亲自进行指导，促进学生养成良好的工作习惯和职业素养。

参考文献：

[1] 黄雪梅，刘勇，吴炜等.多元智力理论在模具数控加工教学中的应用和研究[J].科技广场，2011，（6）：222-225.

[2] 吴志光.浅谈如何将数控加工仿真软件应用到数控加工教学中[J].科技资讯，2009，（19）：241-241.

[3] 司家勇，钟利萍.机电类专业金工实习中数控加工教学改革研究[J].装备制造技术，2013，（12）：167-168.

[4] 陈玉文，杨伟雪.五轴铣削加工在《模具数控加工》教学中的应用[J].模具制造，2014，14（3）：90-93.

一定保留：

数控车削加工工艺 篇4

关键词：数控车床 车削加工工艺 工艺分析

一、问题的提出

数控车削加工主要包括工艺分析、程序编制、装刀、装工件、对刀、粗加工、半精加工、精加工。而数控车削的工艺分析是数控车削加工顺利完成的保障。

数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。主要内容包括以下几个方面:

(一)选择确定零件的数控车削加工内容;(二)对零件图进行数控车削加工工艺分析;(三)工具、夹具的选择和调整设计;(四)切削用量选择;(五)工序、工步的设计;(六)加工轨迹的计算和优化;(七)编制数控加工工艺技术文件。

但是分析了上述的顺序之后,发现有点不妥。因为整个零件的工序、工步的设计是工艺分析这一环节中最重要的一部分内容。工序、工步的设计直接关系到能否加工出符合零件形位公差要求的零件。设计不合理将直接导致零件的形位公差达不到要求，导致产生次品。

二、分析问题

数控车床的`使用者的操作水平较高,能够独立解决很多操作难题,但理论水平不是很高,这是造成工艺分析顺序不合理的主要原因， 造成工艺分析顺序不合理的另一个原因是企业的工量具设备不足。

三、解决问题

笔者认为合理的工艺分析步骤应该是:

(一)选择并确定零件的数控车削加工内容;(二)对零件图纸进行数控车削加工工艺分析;(三)工序、工步的设计;(四)工具、夹具的选择和调整设计;(五)切削用量选择; (六)加工轨迹的计算和优化;(七)编制数控加工工艺技术文件。 本文主要对二、三、四、五三个步骤进行详细的阐述。

(一)零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性,选择工艺基准。

1.选择基准

零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点,以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程,又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

2.节点坐标计算

在手工编程时,要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。

3.精度和技术要求分析

对被加工零件的精度和技术进行分析,是零件工艺性分析的重要内容,只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上,才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。

(二)工序、工步的设计

1.工序划分的原则

(1)保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中,粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。 为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响,则应将粗、精加工分开进行。

(2)提高生产效率原则。为减少换刀次数,节省换刀时间,提高生产效率,应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后,再换另一把刀来加工其他部位,同时应尽量减少空行程。

2.确定加工顺序

(1)先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行,逐步提高加工精度。

(2)先近后远。离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动距离,减少空行程时间。

(3)内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件,应先进行内外表面的粗加工,后进行内外表面的精加工。

(4)基面先行。作精基准的表面应优先加工出来,定位基准的表面越精确,装夹误差越小。

(三)夹具和刀具的选择

1.工件的装夹与定位

数控车削加工中尽可能一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面,尽量减少装夹次数,以保证加工精度。对于轴类零件,通常以零件自身的外圆柱面作定位基准;对于套类零件,则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外,还有多种通用性较好的专用夹具。操作时应合理选择 。

2.刀具选择

刀具的使用寿命除与刀具材料相关外,还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大,能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下,采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命,提高生产率的有效措施。数控车削常用的刀具一般分为3类。即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

(四)切削用量选择

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S(或切削速度υ)及进给速度F(或进给量f )。

切削用量的选择原则,合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求,以及刀具的耐用度去选择,也可结合实际经验采用类比法来确定。

一般的选择原则是:粗车时,首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap;其次选择较大的进给量f;最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数,提高加工效率,增大进给量有利于断屑。

精车时,应着重考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽量提高加工效率,因此宜选用较小的背吃刀量和进给量,尽可能地提高加工速度。主轴转速S(r/min )可根据切削速度υ(mm/min)由公式 S=υ1000/πD(D为工件或刀/具直径 mm)计算得出,也可以查表或根据实践经验确定。

三、结 语

数控机床作为一种高效率的设备,欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点,除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外,还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺,以得到最优的加工方案。

参考文献：

《数控加工工艺及设备》教案2 篇5

内

容

备

注

第二章

数控机床机械结构

第一节 数控机床机械结构特点

一、数控机床机械结构的组成

主要由以下几部分组成：

1．机床基础部件，如床身、立柱、工作台等； 2．主传动系统； 3．进给传动系统；

4．实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置；

5．工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工作台； 6．特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。掌握这些结构对于正确合理使用数控机床是非常必要的。

二、数控机床的结构特点

为了保证高精度、高效率的加工，数控机床的结构应具有以下特点： 1．高刚度和高抗振性 2．高灵敏度 3．热变形小 4．高精度保持性 5．高可靠性

6．工艺复合化和功能集成化

第二节 数控机床的主传动系统一、数控机床的主传动系统特点

1．主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速 2．主轴部件具有较大的刚度和较高的精度 3．良好的抗振性和热稳定性

4．为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有特有的刀具安装结构

二、数控机床主轴的传动方式

（一）齿轮传动方式（图2-1a）

（二）带传动方式（图2-1b）

同步齿形带传动具有如下优点：

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容

1．传动效率高，可达98％以上。2．无滑动，传动比准确。3．传动平稳，噪声小。

4．使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦。

5．维修保养方便，不需要润滑。

6．安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。

（三）调速电动机直接驱动主轴传动方式（图2-1c）

备

注

三、主轴组件

主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成了主轴组件。

（一）数控机床的主轴支承

主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度直接影响主轴组件的工作性能。

1．主轴轴承类型

数控机床主轴经常采用滚动轴承和滑动轴承两类轴承。（1）滚动轴承（2）滑动轴承 2．主轴轴承的配置

典型的主轴轴承的结构配置形式有下面三种：

（l）图2-6a结构配置形式是现代数控机床主轴结构中刚性最好的一种。它使主轴的综合刚度得到大幅度提高，可以满足强力切削的要求，所以目前各类数控机床的主轴普遍采用这种配置形式。

（2）前支承采用3个超精密级角接触球轴承组合方式，具有较好的高速性能。后支承结构有采用2个角接触球轴承支承的，如图2-6b，也有用一个圆柱滚子轴承支承的。

（3）圆锥滚子轴承，图2-6c。这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较大的动载荷，安装与调整性能好，但是这种轴承配置方式限制了主轴的最高转速和精度，所以仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。

3．主轴轴承的装配

采用选配定向法进行装配，可提高主轴组件的精度。装配时尽可能使主轴定位内孔与主轴轴颈的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量接近，并使其方向相反，这样可使装配后的偏心量减小。

4．滚动轴承的间隙与预紧

将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接触处产生预变形，使受载后承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高承载能力和刚度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高旋转精度。若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能力将显著下降。轴承所需的预紧量与轴承精度、类型和工作条件等因素有关。

（二）主轴准停功能

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机床的切削扭矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保征刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置。主轴准停装置是加工中心换刀过程中所要求的特别装置，为了将主轴准确地停在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。

（三）主轴上刀具自动夹紧和切屑清除

加工中心为了实现刀具在主轴内的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。刀杆采用7：24的锥柄，这种锥柄既有利于定心，也为松夹带来了方便。

备

注

第三节 数控机床主传动系统应用

一、SSCK20/500数控车床主传动系统及主轴箱结构

（一）主传动系统

SSCK20/500数控车床的主传动系统由功率为11kw的AC伺服电动机驱动，经l：1的带传动带动主轴旋转，使主轴在 24~2400r/min的转速范围内实现无级调速，主轴箱内省去了齿轮传动变速机构，提高了主轴精度，减少齿轮传动躁声的影响，结构简单，维修方便。改变电机旋转方向，可以得到相应的主轴正、反转，主轴停车是由电机制动来实现。螺纹切削和主轴每转进给量是通过主轴脉冲编码器来实现。

（二）主轴箱结构

交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴。主轴有前后两个支承，前支承采用预加负荷的超精密级角接触球轴承组成，三个一组，其中两个轴承用来承受向后的推力，另一个用于承受向前推力。主轴的后支承采用圆柱滚子轴承，用来承受较大的径向载荷。前支承轴承的间隙用螺母来调整。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用轴承的支承刚性好，前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速重载的需要。

二、JCS－018A加工中心主传动系统及主轴箱结构

（一）主运动传动系统

主轴电动机采用的是FANUC AC电动机。主轴电动机在45~4500r／min转速范围通过一对1：2同步带轮将运动传给主轴，使主轴在22.5~2250r／min转速范围内可以实现无级调速。

（二）主轴箱结构 1．主轴结构

主轴的前支承4配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷。前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母5来调整。后支承6为一对小口相对应的角接触球轴承，它们只

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承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承座和配置形式，能满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求，主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度。

2．刀具的自动夹紧机构

它主要由拉杆

7、拉杆端部的四个钢球

3、碟形弹簧

8、活塞

10、液压缸11等组成。机床执行换刀指令，机械手要从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧刀具用）2被松开，机械手即拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手把下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧9的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。

3．主轴准停装置

JCS－018A加工中心采用的是主轴电气式准停装置，即用磁力传感器检测定向。在主轴上安装一个发磁体，使之与主轴一起旋转，在距离发磁体外1~2mm处固定一个磁传感器。磁传感器经过放大器与主轴控制单元连接，当主轴需要定向准停时，便控制主轴停止在预定的位置。

备

注

第四节 数控机床进给传动系统一、数控机床对进给传动系统的要求

对进给系统中的传动装置和元件要求具有高的寿命，高的刚度，无传动间隙，高的灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须摩擦力较小，耐磨性要高，通常采用滚动导轨、静压导轨等。为了提高转换效率，保证运动精度，当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙，因此在进给传动系统中采用各种措施消除间隙，但仍然可能留有微量间隙。此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反向运动时仍然由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。

数控机床进给传动系统的机电部件主要有伺服电动机及检测元件、联轴节、减速机构（齿轮副和带轮）、滚珠丝杠螺母副（或齿轮齿条副）、丝杠轴承、运动部件（工作台、导轨、主轴箱、滑座、横梁和立柱）等。

二、导轨

导轨是用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动的。与支承件连成一体固定不动的导轨称为支承导轨，与运动部件连成一体的导轨称为动导轨。

（一）导轨的类型和要求 1．导轨的类型

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按运动部件的运动轨迹，导轨可分为直线运动导轨和圆周运动导轨。按导轨接合面的摩擦性，导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。滑动导轨又可分为普通滑动导轨和塑料滑动导轨。而静压导轨根据介质的不同又可分为液压导轨和气压导轨。

2．导轨的要求（1）高的导向精度

导向精度保证部件运动轨迹的准确性。导向精度受导轨的结构形状、组合方式、制造精度和导轨间隙调整等因素的影响。

（2）良好的耐磨性

耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持。耐磨性一般受导轨副的材料、硬度、润滑和载荷的影响。

（3）足够的刚度

在载荷作用下，导轨的刚度高则保持形状不变的能力好。刚度受导轨结构和尺寸的影响。

（4）具有低速运动的平稳性

运动部件在导轨上低速移动时，不应发生“爬行”的现象。造成“爬行”的主要因素有摩擦的性质、润滑条件和传动系统的刚度等。

（二）滑动导轨 1．滑动导轨的结构

滑动导轨的常见截面形状有矩形、三角形、燕尾槽形和圆柱形。

矩形导轨（图2-12a）承载能力大，制造简单，水平方向和垂直方向上的位置精度互不相关。侧面间隙不能自动补偿，必须设置间隙调整机构。三角形导轨（图2-12b）的三角形截面有两个导向面，同时控制垂直方向和水平方向的导向精度。这种导轨在载荷的作用下能自行补偿而消除间隙，导向精度较其他导轨高。燕尾槽导轨（图2-12c）的高度值最小，能承受颠覆力矩，摩擦阻力也较大。圆柱形导轨（图2-12d）制造容易，磨损后调整间隙较困难。以上截面形状的导轨有凸形（图2-12上图）和凹形（图2-12下图）两类。凹形导轨容易存油，但也容易积存切屑和尘粒，因此适用于防护良好的环境。凸形导轨需要良好的润滑条件。

直线运动导轨一般由两条导轨组成，不同的组合形式可满足各类机床的工作要求。数控机床上滑动导轨的形状主要为三角形一矩形式和矩形一矩形式，只有少部分结构采用燕尾式。

2．滑动导轨的材料

导轨材料主要有铸铁、钢、塑料以及有色金属。目前常采用一种导轨材料为金属和塑料的滑动导轨，称为塑料导轨（贴塑导轨），它具有刚度好，动、静摩擦系数差值小，在油润滑状态下其摩擦系数约为0.06，耐磨性好，使用寿命为普通铸铁导轨的8~10倍，无爬行，减振性好。其形式主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种。软带是以聚四氟乙烯为基材，添加青铜粉、二硫化铝和石墨的高分子复合材料。软带应粘贴在机床导轨副的短导轨面上，如图2-13所示，圆形导

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轨应粘贴在下导轨面上。塑料导轨软带有各种厚度规格，长与宽由用户自行裁剪，粘贴方法比较固定。由于塑料导轨软带较软，容易被硬物刮伤，因此应用时要有良好的密封防护措施。塑料导轨在机床上的应用形式如图2-14所示。

（三）滚动导轨

滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦，滚动导轨的摩擦系数小，而且动、静摩擦系数相近，磨损小，润滑容易。因此它低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。但滚动导轨的抗振性比滑动导轨差，结构复杂，对脏物也较为敏感，需要良好的防护。数控机床常用的滚动导轨有直线滚动导轨和滚动导轨块两种。

1．直线滚动导轨

直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨，它主要由导轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道从工作负荷区运动到非工作负荷区，然后再滚动回到工作负荷区。这样不断循环，把滚动体和滑块之间的移动变成滚珠的滚动。用密封垫来防止灰尘和脏物进入导轨滚道。

2．滚动导轨块

滚动导轨块用滚动体进行循环运动，滚动体为滚珠或滚柱，承载能力和刚度都比直线滚动导轨高，但摩擦系数略大。它多用于中等载荷的导轨，使用时有专业生产厂家提供各种规格、形式供用户选择。

（四）液体静压导轨

静压导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。所以静压导轨的摩擦系数极小（约为0.0005），功率消耗少。这种导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。它的油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好。这种导轨的运行很平稳，既无爬行也不会产生振动。但静压导轨结构复杂，并需要有一套过滤效果良好的液压装置，制造成本较高。目前静压导轨一般应用在大型、重型数控机床上。

静压导轨按导轨的形式可分为开式和闭式两种，数控机床上常采用闭式静压导轨。静压导轨按供油方式又可分为恒压（即定压）供油和恒流（即定量）供油两种。

（五）导轨的润滑与防护

导轨润滑的目的是减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降低高速时的温升。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两者均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。一般常用压力循环润滑和定时定量润滑两种方式。如直线滚动导轨滑块上配有润滑油注油杯，只要定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑。

导轨面上应有可靠的防护装置。常用的防护装置有刮板式、卷帘式和伸缩式

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等，数控机床上大多采用伸缩式防护罩。这些装置结构简单，由专门厂家制造。

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注

三、滚珠丝杠螺母副

滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。

（一）滚珠丝杠螺母副的特点

其工作原理是：在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，按照滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式二种。内循环式带有反向器，如图2-17a，返回的滚珠经过反向器和丝杠外圆返回。外循环式如图2-17b所示，其螺母旋转槽的两端由回珠管连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，用以避免滚珠沿滚道滑出。

钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈。外循环每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等几种，剩下的半圈作回珠。外循环滚珠丝杠螺母副的每个螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，种类很多。

在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有下述特点： 1．摩擦损失小，传动效率高

滚珠丝杠副的传动效率可达92％~98％，是普通丝杠传动的3~4倍。2．传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行

滚珠丝杠螺母副滚珠与丝杠和螺母是滚动摩擦，其动、静摩擦系数基本相等，并且很小,移动精度和定位精度高。

3．使用寿命长

滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度高达60~62HRC，表面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损很小。

4．轴向刚度高

滚珠丝杠螺母副可以完全消除间隙传动，并可预紧，因此具有较高的轴向刚度。同时，反向时无空程死区，反向定位精度高。

5．具有传动的可逆性

既可以将旋转运动转化为直线运动，也可以把直线运动转化为旋转运动。因为滚珠丝杠副具有这些优点，所以现在被各类中、小型数控机床普遍采用。6．不能实现自锁

由于其摩擦系数小不能自锁，当用于垂直位置时，为防止因突然停断电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。

7．制造工艺复杂成本高

滚珠丝杠和螺母的材料、热处理和加工要求相当于滚动轴承，螺旋滚道必须磨削，制造成本高。目前已由专门厂集中生产，其规格、型号已标准化和系列化，这样，不仅提高了滚珠丝杠螺母副的产品质量，而且也降低了生产成本，使滚珠

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丝杠螺母副得到广泛的应用。

（二）滚珠丝杠螺母副间隙的调整

轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。通常采用双螺母预紧的办法解决，预紧是指它在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度。而用双螺母加预紧力调整后，基本上能消除轴向间隙。利用双螺母加预紧力消除轴向间隙时，必须注意：

1．预加载荷能够有效地减少弹性变形所带来的轴向位移，预紧力太小不能起到消除间隙的作用。但预紧力也不宜过大，过大的预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩短丝杠的使用寿命。

2．要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。消除间隙的方法除了少数用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外，常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式等。

（1）图2-18是双螺母垫片预紧方式结构，通过调整垫片的厚度使左右螺母产生轴向位移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用。

（2）图2-19是双螺母螺纹预紧方式结构，用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用圆螺母将其锁紧。

（3）图2-20是双螺母齿差预紧方式结构，在两个螺母1和2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个齿轮的齿数相差一个齿，即z1z21。两个内齿圈3和4与外齿轮齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个螺母1、2分别向相同的方向转过一个或多个齿。使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙和预紧的目地。间隙消除量△可用下式简便地计算出：

（2-1）

式中

n —— 螺母在同一方向转过的齿数；

t —— 滚珠丝杠的导程；

z1,z2——齿轮的齿数。

ntz1z2备

注

nz1zt 例如，当z1=101，z2=100，t=5mm时，如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴向位移量为=5/（100×101）≈0.0005mm，若间隙量为0.002mm，n=0.002×100×101/5=4。则相应的两螺母沿同方向转过4个齿即可消除。

（三）滚珠丝杠螺母副的结构形式

接螺旋滚道法向截面形状分单圆弧型和双圆弧型；按滚珠循环方式分内循环式和外循环式；按消除轴向间隙和调整预紧方式的不同分为垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式三种；按用途分为定位滚珠丝杠副（P类）、传动滚珠丝

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杠副（T类）两类，数控机床进给运动采用P类。

国内生产的滚珠丝杠螺母副螺旋滚道法向截形有两种：单圆弧型和双圆弧型，见图2-21。在螺纹滚道法向剖面内，滚珠与滚道接触点法线与丝杠轴线的垂直线夹角称接触角，理想接触角等于45°。

1．单圆弧型

如图2-21a所示。滚道半径R稍大于滚珠半径rb，取比值：R/rb=1.02~1.12，常取1.04或1.1。接触角随初始间隙和轴向截荷大小而变化。当增大后，轴向刚度、传动效率随之增大。为保证=45°，必须严格控制径向间隙。这种截面形状滚道形状简单，用成形砂轮磨削可得到较高精度。为消除轴向间隙和调整预紧，必须采用双螺母结构。

2．双圆弧型

如图2-21b所示。滚道由半径R稍大于滚珠半径rb的对称双圆弧组成。理论上轴向和径向间隙为零，接触角=45°是恒定的。比值：R/rb也常取1.02~1.12，并也常取1.04或1.1。这种截形滚道接触稳定，但加工较复杂。消除轴向间隙和调整预紧，不仅可以采用双螺母结构，也可以采用增大滚珠直径的单螺母结构。另外两圆弧交接处有一小沟槽，可容纳润滑油和脏物，这对工作有利。

（四）滚珠丝杠螺母副的主要参数及代号 1．滚珠丝杠螺母副的主要参数

（1）公称直径dm：即滚珠丝杠的名义直径（图2-22）。.滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径，是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。名义直径与承载能力有直接关系，dm越大，承载能力和刚度越大，有的资料推荐滚珠丝杠螺母副的名义直径应大于丝杠工作长度的 1/30。数控机床常用进给丝杠的名义直径dm为30mm至80mm。国际标准ISO规定滚珠丝杠螺母副的名义直径系列为：6，8，10，12，16，20，25，30，40，50，60，80，100，120，125，160及200 mm。

（2）导程L0：丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量要求有关。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。精度要求高时，应将导程取小一些，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。但为了使滚珠丝杠具有一定的承载能力，滚珠直径又不能太小。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。若丝杠副的名义直径不变，导程减小则螺旋升角也变小，传动效率降低。因此在满足机床加工精度的条件下，导程应尽可能取得大些。国际标准ISO规定滚珠丝杠螺母副的导程为 1，2，2.5，3，4，5，6，10，12，16，20，25，30，40 mm。应尽量选用2.5，5，10，20，40 mm。

此外还有接触角、丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e 以及滚道圆弧半径R等参数。

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2．精度等级

根据JB3162.2—91滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1、2、3、4、5、7和10七个精度等级。一级精度最高，其余依次逐级递减，一般动力传动可选用4、5、7级精度，数控机床和精密机械可选用2、3级精度，精密仪器、仪表机床、螺纹磨床可选用1、2级精度。滚珠丝杠螺母副精度直接影响定位精度，承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的重要指标，选用时要予以考虑。

3．滚珠丝杠螺母副代号的标注

根据JB3162.2—91滚珠丝杠副代号的标注方法如图2-23a所示。采用汉语拼音字母、数字及汉字结合标注法，标注示例如图2-23b 所示。例如：CDM6012-3.5-P4LH它表示外循环插管式，垫片预紧，回珠管埋入式，公称直径为60mm，导程为12mm，螺纹旋向为左旋，负荷钢球圈数为3.5圈，定位滚珠丝杠，精度等级为4级。滚珠丝杠副的特征代号见表2-1。

（五）滚珠丝杠螺母副的支承

滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。此外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。滚珠丝杠两端常用支承形式如图2-24所示。图2-24a是一端固定一端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，它适用于短丝杠及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。图2-24b是一端固定一端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与图2-24a形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。图2-24c是两端固定的支承形式，这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式高约4倍，固有频率比一端固定的高，可预拉伸，在它的一端装有蝶形弹簧和调整螺母，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠。

（六）滚珠丝杠螺母副的密封与润滑 1．密封

通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。密封圈有接触式和非接触式两种，装在滚珠螺母的两端。防护套可防止尘土及杂质进入滚珠丝杠，影响其传动精度。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套管以及折叠式防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这些防护罩一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。近年来还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。

2．润滑

使用润滑剂，以提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度，延长使用寿命。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，定期润滑。使用润滑油时应注意要经常通过注油孔注油。

（七）滚珠丝杠螺母副的选择方法

备

注

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容

1．滚珠丝杠螺母副结构的选择

可根据防尘、防护条件以及对调隙及预紧的要求选择适当的结构形式。例如：允许间隙存在（如垂直运动）时，可选用具有单圆弧型螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；如果必须有预紧，并在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件，只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。

2．滚珠丝杠螺母副结构尺寸的选择

选用滚珠丝杠螺母副时主要选择丝杠的公称直径和导程。公称直径应根据轴向最大工作载荷，按滚珠丝杠副的尺寸系列选择。在允许的情况下螺纹长度要尽量短。导程（或螺距）应按承载能力、传动精度及传动速度选取。当要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。

3．滚珠丝杠螺母副的选择步骤

在选用滚珠丝杠螺母副时，必须知道实际的工作条件，包括最大工作载荷（或平均工作载荷、最大载荷作用下的使用寿命、丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）、丝杠的转速（或平均转速）、滚道的硬度及丝杠的工作状况等，然后按下列步骤进行选择：

（1）最大的工作载荷；

（2）最大动载荷。对于静态或低速运转的滚珠丝杠，需考虑另一种失效形式—滚珠接触面上的塑性变形，即最大静载荷是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷；

（3）刚度的验算；

（4）压杆稳定性核算。另外，滚珠丝杠在轴向力的作用下将伸长或缩短，在扭矩的作用下将产生扭转而影响丝杠导程的变化，从而影响传动精度及定位精度，故应验算满载时的预紧量。

备

注

四、传动齿轮间隙消除机构

（一）直齿圆柱齿轮传动间隙的调整 l．偏心套调整

如图2-25所示偏心轴套消除传动间隙结构。电动机1是用偏心套2与箱体连接的，通过转动偏心套2的位置就能调整两啮合齿轮中心距，从而消除齿侧间隙。其结构非常简单，常用于电动机与丝杠之间齿轮传动。

2．垫片调整

如图2-26所示，在加工相互啮合的两个齿轮1、2时，将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有变化，装配时只需改变垫片3的厚度，使齿轮2作轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。

3．双齿轮错齿调整

如图2-27所示，两个相同齿数的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。可作相对回转运动的齿轮1、2套装在一起。每个薄片齿轮上分别开有周向圆弧槽，《数控加工工艺及设备》教案

内

容

并在齿轮1、2的槽内压有装弹簧的短圆柱3，在弹簧4的作用下使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。无论正向或反向旋转都分别只有一个齿轮承受扭矩，因此承载能力受到限制，设计时必须计算弹簧4的拉力，使它能克服最大扭矩。

（二）斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除 1．轴向垫片调整

如图2-28所示，宽齿轮同时与两个相同齿数的薄片齿轮啮合，薄片齿轮通过平键与轴联结，相互间不能转动。通过调整薄片齿轮之间垫片厚度的增减量，然后拧紧螺母，这时它们的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿槽左右两齿面贴紧消除了齿侧间隙。垫片厚度的增减量t和齿侧间隙的关系可由下式算出：

tctg

（2-2）

式中——斜齿轮的螺旋角；

——齿侧间隙； t——垫片厚度的增减量。

备

注

2．轴向压簧调整

如图2-29所示，轴向压簧调整齿轮齿侧间隙的原理与轴垫片法是一样的。但用弹簧压紧

能自动补偿齿侧间隙，达到无间隙传动。弹簧弹力要用调整螺母达到适当的值。过大会使齿轮磨损加快，降低使用寿命；过小达不到消除齿侧间隙的作用。

（三）圆锥齿轮传动间隙的消除

1．周向压簧调整

如图2-30所示，将大锥齿轮加工成1和2两部分，齿轮的外圈1开有三个圆弧槽8，内圈2的端面上的三个凸爪4，套装在圆弧槽内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上，使内外齿圈1、2的锥齿错位与小锥齿轮啮合达到消除间隙的作用。为了安装方便，螺钉5将内外齿圈相对固定，安装完毕后即刻卸去。

2．轴向压簧调整

如图2-31所示，两个锥齿轮相互啮合。在其中一个锥齿轮的传动轴上装有压簧，调整螺母可改变压簧的弹力。锥齿轮在弹力作用下沿轴向移动，从而达到消除齿侧间隙的目的。

五、回转进给系统

数控机床靠回转工作台实现圆周进给运动。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功能各不相同，分度工作台只是将工件分度转位，实现分别加工工件的各个表面的目的，给零件的加工尤其是箱体类零件的加工带来了很大的方便。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还能实现圆周进给运动。

1．分度工作台

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分度工作台是按照数控系统的指令，在需要分度时工作台连同工件按规定的角度回转，有时也可采用手动分度。分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动，并且它的分度运动只能完成一定的回转度数如 90°、60°或45°等。

鼠牙盘式分度工作台其结构如图2-32 所示，它主要由工作台面底座、夹紧液压缸、分度液压缸和鼠牙盘等零件组成。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，在每个齿盘的端面有相同数目的三角形齿。当两个齿盘啮合时，就能自动确定周向和径向的相对位置。

（1）工作台抬起，鼠齿盘脱离啮合

机床需要进行分度时，数控装置发出指令→电磁铁控制液压阀使压力油经孔23进入到工作台7中央的夹紧液压缸下腔10→推动活塞6向上移动→经推力轴承5和13将工作台7抬起→内齿轮12向上套入齿轮11→上下两个鼠齿盘4和3脱离啮合，完成分度前的准备工作。

（2）回转分度

当工作台7上升时，推杆2在弹簧力的作用下向上移动→使推杆1向右移动→微动开关S2复位→使压力油经油孔21进入分度油缸左腔19→推动齿条活塞8向右移动→齿轮11作逆时针方向转动→与齿轮11相啮合的内齿轮12转动→分度台也转过相应的角度。回转角度的大小由微动开关和挡块17决定，开始回转时，挡块14离开推杆15使微动开关S1复位，通过电路互锁，始终保持工作台处于上升位置。

（3）工作台下降，完成定位夹紧图

当工作台转到预定位置附近，挡块17通过16使微动开关S3工作。压力油经油孔22进入到压紧液压缸上腔9→活塞6带动工作台7下降→上鼠齿盘4与下鼠齿盘3在新的位置重新啮合并定位压紧。为了保护鼠齿盘齿面不受冲击，液压缸下腔10的回油经节流阀可限制工作台的下降速度。

（4）复位为下次分度作准备

当分度工作台下降时，推杆2和1启动微动开关S2→分度液压缸右腔18进压力油→活塞齿条8退回→齿轮11顺时针转动→挡块17、14回到原位，为下次分度作准备。

鼠齿盘式分度工作台具有刚性好，承载能力强，重复定位精度高，分度精度高，能自动定心，结构简单等特点。鼠齿盘制造精度要求高，它分度的度数只能是鼠齿盘齿数的整数倍。这种工作台不仅可与数控机床做成一体，也可作为附件使用，广泛应用于各种加工和测量装置中。

2．数控回转工作台

为了实现任意角度分度，并在切削过程中能够实现回转，采用了数控回转工作台。它主要用于数控镗铣床。从外形上看与分度工作台没有多大差别，但在内部结构和功能上则有较大的不同。

如图2-33所示，由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成了数控回转工作台。它由伺服电动机1驱动，经齿轮2和4带动蜗杆

9、蜗轮10使工作台回转。通过调整偏心环3来消除齿轮2和4啮合侧隙。为了消除轴与套的配合间

备

注

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隙，通过楔形拉紧圆柱销5（A—A剖面）来连接齿轮4与蜗杆9。蜗杆9采用螺距渐厚蜗杆，蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚，这种蜗杆的左右两侧具有不同的导程。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍能保持正确的啮合。通过移动蜗杆的轴向位置来调节间隙，实现无间隙传动。

当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部装有八对夹紧块12及13，并在底座上均布着八个小液压缸14，夹紧液压缸14的上腔通入压力油，使活塞向下运动，通过钢球17撑开夹紧块12及13，将蜗轮夹紧。当工作台需要回转时，数控系统发出指令，夹紧液压缸14上腔的油流回油箱，钢球17在弹簧16的作用下向上抬起，夹紧块12和13松开蜗轮，这时蜗轮和回转工作台可按照控制系统的指令作回转运动。

数控回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承，并由圆锥滚子轴承及双列圆柱滚子轴承保持回转中心的准确。为消除累积误差，数控回转工作台设有零点，当它作回零运动时首先由安装在蜗轮上的挡块碰撞限位开关，使工作台减速，然后通过感应块和无触点开关的作用使工作台准确停在零点位置上。分度角度位置通常由角度反馈元件圆光栅18反馈给数控系统。

数控回转工作台可作任意角度的回转和分度，因此能够达到较高的分度精度。

备

注

第五节

数控机床进给传动系统应用

一、MJ-50数控车床进给传动系统

（一）特点

数控车床的进给运动是把伺服电动机的旋转运动转化为刀架和滑板X、Z轴的直线运动，而且对移动精度要求很高，X轴最小移动量为0.0005mm（直径编程），Z轴最小移动量为0.00lmm。采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的灵敏度、定位精度并防止爬行。另外，消除丝杠螺母副的配合间隙和丝杠两端的轴承间隙，也有利于提高传动精度。

数控车床的进给系统采用伺服电动机驱动，经同步带轮传动到滚珠丝杠上，滚珠丝杠螺母带动刀架或滑板移动，所以刀架或滑板的快速移动和进给运动均为同一传动路线。

（二）X轴进给系统传动装置

图2-34是MJ-50数控车床 X轴进给传动装置的结构简图。如图a所示，功率为0.9kw的AC伺服电动机15经20：24同步带轮 14和 10以及同步带 12带动滚珠丝杠6回转，滚珠丝杠螺距为6mm，其上螺母7带动刀架21（图2-34b所示）沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动。电动机轴与同步带轮14用键13连接。滚珠丝杠有前后两个支承。前支承3由三个角接触球轴承组成，其中一个轴承大口向前两个轴承大口向后，分别承受双向的轴向载荷。前支承的轴承由螺母2进行预紧。其后支承9为一对角接触球轴承，轴承大口相背放置，由螺母11进行预紧。这种丝杠两端固定的支承形式，其结构和工艺都较复杂，可以

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保证和提高丝杠的轴向刚度。脉冲编码器16安装在伺服电动机的尾部。图中5和8是缓冲块，在出现意外碰撞时起保护作用。

A-A剖面图表示滚珠丝杠前支承的轴承座 4用螺钉20固定在滑板上。滑板导轨如B-B剖视图所示为矩形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨的间隙。

图2-34b中22为导轨护板，26、27为机床参考点的限位开关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导轨的间隙。

因为滑板顶面导轨与水平面倾斜30°，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能以自锁阻止其下滑，故机床依靠AC伺服电动机的电磁制动来实现自锁。

备

注

二、JCS-018A加工中心机床进给传动系统及传动装置

JCS-018A机床的 X、Y、Z三个轴各有一套进给系统，分别由三台功率为1.4kw的脉宽调速直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠旋转。三个轴的进给速度均为1~400mm/min，快移速度X、Y轴为14 m/min，Z轴为10 m/min。为了保证各轴的进给传动系统有较高的传动精度，电动机轴和滚珠丝杠之间均采用了锥环无键连接和高精度十字联轴器的连接结构。以Z轴进给装置为例，分析电动机轴与滚珠丝杠之间的连接结构。图2-35为Z轴进给装置中电动机与丝杠连接的局部视图。如图中所示，l为直流伺服电动机，2为电动机轴，7为滚珠丝杠。电动机轴与轴套3之间采用的锥环4无键连接结构。锥面相互配合的内外锥环，当拧紧螺钉时，外锥环向外膨胀，内锥环受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轮与轴套连接在一起。这种连接方式无需在被连接件上开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，可以实现无间隙传动，而且对中性较好，传递动力平稳，加工工艺性好，安装与维修方便。选用锥环对数的多少，取决于所传递扭矩的大小。

高精度十字联轴器由三件组成，其中与电动机轴连接的轴套3的端面有与中心对称的凸键，与丝杠连接的轴套6上开有与中心对称的端面键槽，中间一件联轴节5的两端面上分别有与中心对称且互相垂直的凸键和键槽，它们分别与件3和件6相配合，用来传递运动和扭矩。为了保证十字联轴节的传动精度，在装配时凸键与凹键的径向配合面要经过配研，以便消除反向间隙和传递动力平稳。由于主轴箱垂直运动，为防止滚珠丝杠因不能自锁而使主轴箱下滑，所以Z轴电动机带有制动器。

第六节

自动换刀装置自动换刀装置应当满足的基本要求： 1．刀具换刀时间短且换刀可靠； 2．刀具重复定位精度高；

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3．足够的刀具储存量； 4．刀库占地面积小。

备

注

一、自动换刀装置的形式

根据其组成结构，自动换刀装置可分为回转刀架式、转塔式、带刀库式三种形式，下面作分别介绍。

（一）回转刀架自动换刀装置

数控机床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。根据不同的适用对象，刀架可设计为四方形、六角形或其它形式。回转刀架可分别安装四把、六把以及更多的刀具，并按数控装置发出的脉冲指令回转、换刀。

CK7815型数控车床采用 BA200L刀架，最多可以有 24个分度位置，机床可选用 12位、8位刀盘。其工作循环是：刀架接收数控装置的指令→松开→转到指令要求的位置→夹紧→发出转位结束的信号。按照这个规律就可以分析各种结构刀架的工作过程。

图2-36中，当电动机11通电时，尾部的电磁制动器30ms以后松开，电动机开始转动，通过齿轮10、9、8带动蜗杆7旋转，从而使蜗轮5转动。蜗轮内孔有螺纹，与轴6上的螺纹配合。这时轴6不能回转，当蜗轮转动时，使得轴6沿轴向向左移动，因为刀架1与轴

6、活动鼠牙盘2是固定在一起的，所以刀盘和鼠牙盘也向左移动，鼠牙盘2和3脱开。在轴6上有两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱开后，蜗轮转到一定角度与蜗轮固定在一起的圆盘14上的凸起便碰到滑块4，蜗轮便通过轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙盘2、3结合定位，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，以保证鼠牙盘之间有一定的压紧力。最后电动机断电，同时轴6右端的小轴13压下微动开关12，发出转位结束信号。刀架的选位由刷形选位器进行选位。松开、夹紧位置检测则由微动开关12实行。整个刀架是一个纯电器系统，结构简单。

（二）转塔式自动换刀装置

在带有旋转刀具的数控机床中，转塔刀架上装有主轴头，主轴头通常有卧式和立式两种，常用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀，它是一种比较简单的换刀方式，各个主轴头上预先装有各工序加工所需要的旋转刀具，当收到换刀指令时，各主轴头依次的转到加工位置，并接通主运动使相应的主轴带动刀具旋转，而其它处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。如图2-37数控钻镗铣床，它是装有8把刀具且绕水平轴转位的转塔式自动换刀装置。

（三）带刀库的自动换刀装置

带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具换刀机构组成，目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。

刀具的交换方式通常分为机械手交换刀具和由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换即无机械手交换刀具两种。刀具的交换方式及它们的具体结构直接影响机床的工作效率和可靠性。

1．无机械手交换刀具方式

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内

容

无机械手的换刀系统一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置，同时，刀库中刀具的存放方向一般与主轴上的装刀方向一致。换刀时，由主轴运动到刀库上的换刀位置，利用主轴直接取走或放回刀具。

2．带机械手交换刀具方式

采用机械手进行刀具交换方式在加工中心中应用最为广泛。机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行加工的功能部件。

图2-39a是单臂单爪回转式机械手，带一个夹爪的手臂可自由回转，装刀卸刀均靠这个夹爪进行，因此，换刀时间较长。

图2-39b是单臂双爪摆动式机械手，手臂上的一个夹爪只完成从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务，而另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较单爪回转式机械手要短。

图2-39c是双臂回转式机械手，手臂两端各有一个夹爪，能够同时完成抓刀→拔刀→回转→插刀→返回等一系列动作。为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都带有自锁机构。由于双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间可进一步缩短，是最常用的一种形式。图右边的机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库主轴时，其两臂可伸缩。

图2-39d是双机械手，相当于两个单臂单爪机械手，它们相互配合完成自动换刀动作。

图2-39e是双臂往复交叉式机械手。这种机械手的两臂可以进行往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库中取出“新刀”装入主轴，整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的换刀动作。

图2-39f是双臂端面夹紧式机械手。它的特点是靠夹紧刀柄的两个端面来抓取刀具，而其它机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面抓取刀具。

备

注

二、刀库

刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。

1．刀库的类型

按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库。圆盘式刀库如图2-40，结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长。所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。链式刀库如图2-41所示，适用于刀库容量较大的场合。链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30~120把时都采用链式刀库。箱型式刀库的结构

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容

也比较简单，有箱型和线型两种，如图2-42，图2-43。箱型刀库一般容量比较大，刀库的空间利用率较高，换刀时间较长，往往用于加工单元式加工中心。线型刀库容量小，一般在十几把刀左右，多用于自动换刀的数控车床，数控钻床也有采用。

另外，按设置部位的不同刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等

备

注

多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。

2．刀库的容量

确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。

3．刀库的选刀方式

目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种

顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。

随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，如图2-44，一般都是根据二进制编码原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少。而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套

二、刀库

刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。

1．刀库的类型

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按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库。圆盘式刀库如图2-40，结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长。所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。链式刀库如图2-41所示，适用于刀库容量较大的场合。链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30~120把时都采用链式刀库。箱型式刀库的结构也比较简单，有箱型和线型两种，如图2-42，图2-43。箱型刀库一般容量比较大，刀库的空间利用率较高，换刀时间较长，往往用于加工单元式加工中心。线型刀库容量小，一般在十几把刀左右，多用于自动换刀的数控车床，数控钻床也有采用。

另外，按设置部位的不同刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等

备

注

多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。

2．刀库的容量

确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。

3．刀库的选刀方式

目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种

顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。

随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，如图2-44，一般都是根据二进制编码原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少。而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具

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上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套编码的方式，一把刀具只对应一个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。

刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。

备

注

三、实例

这是JCS-018A加工中心的自动换刀装置。1．自动换刀工作过程

（1）刀套下转90°

本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图2-45所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行。

（2）机械手转75°

如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。

（3）刀具松开

机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。

（4）机械手拔刀

机械手下降，同时拔出两把刀具。

（5）交换两刀具位置

机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。

（6）机械手插刀

机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧

刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）液压缸复位

液压缸复位驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机械手无动作。

（9）机械手反转75°

机械手反转75°，回到原始位置。

（10）刀套上转 90°

刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。2．机械手传动过程

本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图2-46为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸

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固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。

3．刀库结构

图2-47是本机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节

2、蜗杆

4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图 b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。

刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。

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注

第七节

辅助装置

一、数控机床的液压和气动系统

1．数控机床中的液压和气动装置功能

液压和气动装置在数控机床中一般完成如下辅助功能

（1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动以及刀具的松开和拉紧动作。

（2）主轴的自动松开、夹紧。

（3）机床运动部件的制动和离合器的控制，齿轮的拨叉挂档等。（4）机床的润滑、冷却、防护罩、门的自动开关。（5）工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作等。

（6）机床运动部件的平衡。如机床主轴箱的重力平衡、刀库机械手的平衡等。

2．数控机床中的液压装置

图2-48所示为数控车床液压系统原理图。液压系统采用单向变量液压泵，系统压力调整至4MPa，由压力表显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。机床的卡盘夹紧与松开、夹盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回动作都是由液压系统驱动的，数控系统的PC控制液压系统中各电磁阀电磁铁的动作。

2位四通电磁阀1控制主轴卡盘的夹紧与松开，电磁阀2控制卡盘的高压夹紧与低压夹紧的转换。当卡盘处于正卡（也称外卡）且在高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀6来调整，由压力表12显示卡盘压力。系统压力油经减压阀6→电磁阀2（左位）→电磁阀1（左位）→液压缸右腔，活塞杆左移，卡盘夹紧。

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这时液压缸左腔的油液经阀1（左位）直接回油箱。反之，系统压力油经减压阀6→电磁阀2（左位）→电磁阀1（右位）→液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开。这时液压缸右腔的油液经阀1（右位）直接回油箱。当卡盘处于正卡且在低压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀7来调整。系统压力油经减压阀7→电磁阀2（右位）→电磁阀1（左位）→液压缸右腔，卡盘夹紧。反之，系统压力油经减压阀7→电磁2（右位）→电磁阀1（右位）→液压缸左腔，卡盘松开。也可对刀架转位、刀盘松开夹紧及尾座套筒动作的控制进行分析。

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注

二、排屑装置

1．排屑装置在数控机床中的作用

切屑占用加工区域，如果不及时清除必然会覆盖或缠绕在工件和刀具上，使自动加工无法继续进行。此外，炽热的切屑向机床或工件散发热量，使机床或工件产生变形，影响加工的精度。因此迅速、有效地排除切屑对数控机床加工来说十分重要，而排屑装置正是完成该工作的必备附属装置。排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到数控机床之外。

2．排屑装置的种类

（1）平板链式排屑装置，图2-49a。该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，加工中的切屑落到链带上而被带出机床。这种装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用。在车床上使用时多与机床的冷却液箱合为一体，以简化机床结构。

（2）刮板式排屑装置，图2-49b。该装置的传动原理与平板链式的基本相同，只是链板不同，它的链板带有刮板。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。但因负载大而需采用较大功率的驱动电动机。

（3）螺旋式排屑装置，图2-49c。该装置采用电动机，经减速装置驱动安装在沟槽中的长螺旋杆。螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即被螺旋杆推动而连续向前运动，最终排入切屑收集箱中。螺旋式排屑装置占用空间小，适于安装在机床与立柱间空隙狭小的位置上，而且它结构简单，排屑性能良好。但这种装置只适于沿水平或小角度倾斜直线方向排运切屑，不能大角度倾斜、提升或转向排屑。

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编码的方式，一把刀具只对应一

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个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。

刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。

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三、实例

这是JCS-018A加工中心的自动换刀装置。1．自动换刀工作过程

（1）刀套下转90°

本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图2-45所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行。

（2）机械手转75°

如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。

（3）刀具松开

机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。

（4）机械手拔刀

机械手下降，同时拔出两把刀具。

（5）交换两刀具位置

机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。

（6）机械手插刀

机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧

刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）液压缸复位

液压缸复位驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机

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械手无动作。

（9）机械手反转75°

机械手反转75°，回到原始位置。

（10）刀套上转 90°

刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。2．机械手传动过程

本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图2-46为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。

3．刀库结构

图2-47是本机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节

2、蜗杆

4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图 b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。

刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。

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数控加工工艺教学大纲 篇6

《数控加工工艺》是高职数控技术专业及其他相关专业的一门主干课程, 其内容是在传统制造工艺的基础上, 结合数控加工工艺特点, 应用计算机进行辅助设计、制造、工艺分析。使学生通过本课程的学习, 逐步建立适应现代生产方式的工作规范, 掌握数控加工技术, 并具有良好的职业素质。根据高职学生的培养目标和现代企业对学生的要求, 有必要对《数控加工工艺》这门课程进行教学模式改革, 建立理论与实践应用之间的桥梁, 培养掌握数控技术的应用型、技能型人才, 满足市场对该类人才的需求。

一、课程教学内容建设

(一) 课程内容与教学要求分析

本课程主要研究金属切削的基础理论和工夹具的设计基础、各种典型零件车削、铣削、加工中心、线切割的加工工艺规程的制定。通过这些内容的学习, 学生应该了解数控加工的基本理论及各种数控加工方法特点, 掌握数控加工工艺的理论知识, 了解典型零件数控加工的工艺技术, 并能正确选用加工方法;具有编制、贯彻数控加工工艺规程和分析解决工艺技术问题的基本能力。

(二) 能力目标

本课程主要培养学生对各种典型进行数控加工工艺过程分析的能力和制订工艺规程的能力, 能对典型零件数控加工工艺和质量、生产率、经济性进行综合分析。

二、课程教学模式设计

(一) 整体设计

为了使课程达到新的职业教育标准, 必须对课题进行整体设计。按照系统理论, 一个系统的每一个单元都好, 整体不一定好。对于一门课的教学更是如此, 每一堂自身合理的课整体上未必是最优的。要从各单元联系的角度对课程进行整体设计和整体优化。根据本课程的教学特点, 我们为采用项目教学法, 精心寻找了一些外企的图纸, 这些零件的加工, 用到了各种加工工艺, 用它们作为贯穿全课程的加工工艺分析项目, 并将其分解为5个子任务, 分别是制定加工工艺规程、车削加工工艺、铣削加工工艺、加工中心、线切割加工工艺, 分别学习这些子任务, 就能最终完成外企加工图纸的大项目。

(二) 具体教学模式

每一次课 (2节) 的教学, 我们都采用多项目串行的教学模式, 即课内学生讨论, 教师示范, 完成项目1;学生分组模仿, 分别完成项目2、3、4、5;学生交流, 课内教师总结, 课内教师提示, 学生基本独立完成较大的项目6;课内教师仅提出要求, 学生课后思考项目7。例如车削加工工艺, 我们选用图纸1, 学生根据已有的普通车床的操作经验讨论加工工艺路线, 教师最终示范如何进行工序的划分、加工顺序的确定、进给路线的确定、夹具的选择、刀具的选择、切削用量的选择等, 并进行编程。然后将学生分成4组, 分别给4张不同的图纸, 让学生讨论工艺路线, 并按组交流。所制定的工艺路线考虑因素, 如学校现有机床的特性等, 其他组的学生评判其合理性, 最后教师总结分析各组制定的工艺方案的优劣, 在计算机上通过软件进行模拟演示, 验证。在此基础上提出新的项目, 提示后由学生完成。同时教师进行巡视。感兴趣的同学还可以用计算机在课后进行验证。 (因为我院的条件所限, 条件允许的话, 每个学生都在计算机或机床上进行验证, 结果会更好。) 最后, 针对下一次课的内容, 教师给出新的任务, 学生课后思考。

传统的课堂是教师一言堂, 课后学生依样画葫芦, 遇到实际工程问题, 学生根本无法解决, 进入企业还要重新培训, 造成学校教学和企业需求的脱节。新的教学模式, 充分发挥了学生的主体作用, 有助于调动学生的学习积极性;应用实际的图纸分析, 缩小了校企间的距离, 提高了学生分析问题和解决问题的能力。对一些给出图纸的企业, 甚至能实现无缝对接。

三、教师队伍建设

因为采用企业的图纸, 并要考虑实际机床等情况, 所以对教师尤其是没有企业实践经历的教师, 提出了较高的要求, 所以必须对教师进行培训, 提高教师的教学能力。

(一) 双师队伍建设

高职教育的职业性和实践性特点, 决定了高职院校的专业教师不仅必须具备教师的基本能力和素质, 还必须有丰富的现代新型知识和实践能力, 既能讲课又能指导实训操作, “课堂上是老师, 车间里像师傅”。建设一支高素质的“双师型”教师队伍, 是实现高职教育又好又快发展的关键。作为专业课的教师, 尤其是讲授数控加工工艺课程的教师, 更应该有较强的专业技能, 这样才能因地制宜地对企业里出来的一些图纸进行分析, 从容应对课堂上学生提出的各种问题, 准确把握整个课堂教学, 尤其是课改后比较开放式的课堂教学模式。为了符合现代高职教育的要求, 我们不断自加压力, 如进行技师学习和工程师的认证, 提高自己的动手能力和专业设计能力, 努力通过学校的双师认证, 打造一支具有双师素质的教师队伍。

(二) 校企合作

我们和企业联系, 协助企业进行新产品研发、市场调查与分析, 加强了对生产一线上技术要求、工艺标准的直接了解, 改善了教学思想、教学内容、教学设计滞后、不能把握现代专业技术发展脉搏的问题, 提高人才培养的质量;同时, 学院经常请企业的工程技术人员进行讲座和交流, 将丰富的生产技术和管理经验, 将生产实践中的新技术、新成果、新工艺带进学校, 介绍给教师, 通过这些环节, 我们进一步提高了双师素质, 促进教师教学、科研水平的提高, 也促进了和工程技术人员之间优势互补。尤其是对没有惟一答案的工艺分析, 可以通过和企业工程师的研讨, 制定出更优化的方案。在讲课时也经常介绍在某些企业的设备条件下, 是如何制定工艺方案的, 让理论和实践结合得更加紧密。

四、教学效果

通过课程改革与教师培训, 机械加工工艺课打破了以往专业课教学内容枯燥难懂、学生上课睡觉的局面, 形成教师上课有内容可讲, 而且能结合实例, 讲解生动, 学生乐于学习, 课堂学习氛围良好的局面。教学质量有所提高, 深受学生的好评。同时, 通过项目教学, 能较好地培养学生的团结协作能力, 也较好地锻炼了学生的表达能力, 改变学生上课不专心听讲、提问韬光养晦的习惯, 培养他们敢于提出不同意见、乐于表现自己的勇气, 为他们今后在职场的发展打下良好的基础。

五、小结

为了让高职院校的学生更好地适应现代企业的需求, 让课堂所学能贴合企业的生产实际, 高职教育的课程改革势在必行。课堂教学的改革能提高教师的教学水平, 激发学生的学习兴趣, 走出学非所用的困境。

摘要：数控加工工艺的项目化教学的规划, 对课程进行整体设计和每一次课的案例设计, 着重培养学生的学习能力和学习兴趣, 提高教师的科研水平。通过双师型队伍建设和校企合作的深入展开, 解决项目化教学的师资问题, 保证课程教学改革的顺利展开。

关键词：项目教学法,数控加工工艺,教学改革

参考文献

[1]戴士弘.高职教改课程教学设计案例集[M].清华大学出版社, 2007年.

[2]余国联.汽车底盘项目化教学的实践[J].机械职业教育, 2010.1.

[3]齐晓慧, 董海瑞.自动控制类基础课程实践教学体系的探索[J].实验室研究与探索, 2005年.

数控加工工艺教学大纲 篇7

关键词：中职教学 数控加工工艺与编程 翻转课堂

一、背景

从当前中职院校数控加工与编程课程教学的现状来看，教学模式多以传统模式为主。在传统教学模式下，学生的学习过程一般分为三个阶段，即第一阶段学生课前预习，第二阶段学生课堂拓展并接受教师的指导解答，第三阶段学生课后复习巩固。这种学习模式是在教师开展面向全班学生教学的情况下进行的，表现为较为突出的同步性，而且知识是以同样的模式传递给所有学生，会导致这种教学模式无法顾及学生是否接受并内化知识。在这种背景下，数控加工与编程课堂教学充分考虑到学生个体间的差异，引入基于微课的翻转课堂教学方法，能够使学生在翻转课堂建立的框架内获得适合个人学习的教育，极大地提高了学生学习的积极性和教学效果。

二、翻转课堂与微课在数控加工与编程教学中运用分析

1.运用优势

翻转课堂及微课教学模式在教育界引起了巨大反响，其成功经验值得中职教学借鉴。随着教育界对翻转课堂与微课研究与实践运用的不断深入，翻转课堂与微课以其优势共同点融合在职业课堂教学中成为教学创新点。以中职数控加工与编程教学为例，翻转微课运用与课堂教学中具有以下优势：一是数控加工与编程课程的知识点较多，而且较为繁杂，翻转微课模式有利于学生自主学习；二是数控加工与编程课程具有较强的实践性，单纯的课堂讲解不足以满足教学需求，而翻转微课模式则可以实现这一教学目的；三是中职学生的基础、学习水平等存在较大的个体差异，面向整个班级的同步性教学无法顾及学生个体差异，而翻转微课模式则能够引导学生结合自己知识掌握程度而加深学习。

2.实践运用的效率效果

对于中职数控加工与编程课程教学而言，该课程对设备要求较高，而且实训实践课所占比例较大，需要所有学生通过教学实训才能够达到理论结合实践的教学效果。而从当前中职技工院校的教学设备水平来看，由于近些年学校生源规模的扩大，学生数量不断增加，班级学生规模增大，导致人机配比极不协调。在传统教学模式下，教师在车间或机房进行现场操作示范讲解时，经常出现一些客观问题，比如学生只能里三层外三层地围簇在一起来观摩教师的演示操作和讲解。这导致站在外围的学生很难获得细致的观察和学习，进而使他们失去了学习兴趣，造成班级学习两极分化问题严重。而在引入翻转微课模式之后，教师的操作演示可通过微课视频的方式让每位学生都能够直观、细致地学习，并跟随微课进行实践操作，进而大大提高了学生学习积极性，也提高了教学效果和质量。

3.注意事项

翻转微课在中职数控加工与编程课程教学中取得了良好的效果，极大地激发了学生学习兴趣，但是翻转微课的运用需要掌握一定的原则，因此在实际运用中还需注意以下几个方面：一是保证数控加工与编程翻转微课的合理课堂时间，尤其是微课环节尽量保持在10分钟以内，制作短小精悍，语言精练；二是一个微课只讲一个知识点；三是翻转微课制作需要结合中职数控专业学生的实际情况和特点；四是翻转课程中应恰当、分层次地设置提问，遵循循序渐进的原则，并在结束后有简明扼要的总结。

三、数控加工工艺与编程课程教学中翻转微课制作过程

1.选择教学内容并确定具体教学目标

翻转微课的第一步是结合中职数控加工与编程课程的重点内容或难点进行选题，选题的原则是在传统课堂或演示操作中不易进行的内容，需要通过微课来分层次的面向所有学生。微课教学内容选择必须恰当，而且要结合课程内容和学生实际情况制定合理的目标。微课内容一定能够清晰完整地表达数控加工与编程课程的某个知识点、难点或重点，而且能够借助多媒体来表达其内容。这样才能够最大限度地发挥翻转微课的作用。

2.结合学生实际情况确定知识要点

中职数控教学对学生职业能力培养的要求较高，需要学生具备较强的实际运用能力，而且在此基础上提升创新能力，因此翻转微课内容的选择需要结合学生的实际情况和教学要求来决定。在数控加工与编程知识要点的选择上，需要对所有学生具有全面了解，包括学生数控基础、学习能力、学习兴趣、学习态度等各个方面。翻转微课知识要点的选择要具有针对性，能够体现对每个层次学生的不同要求。

3.撰写翻转微课教案设计

数控加工与编程课程的翻转微课教案设计必须结合该课程与中职学生的实际情况进行，而且一个翻转微课通常只有十分钟左右，给微课教案设计提出了较高的要求。在微课教案设计上，教学内容中的知识点必须清晰完整，教学语言必须简洁准确，教学思路清晰，微课结构完整，而且尽可能采用新颖的课堂导入方式，提出有吸引力的问题，能够使学生第一时间进入课堂氛围和学习状态。然后通过合理的互动答疑设计激发学生学习兴趣和思维，最终使翻转微课的知识点问题全部解决到位。

4.翻转课堂优化中职数控加工工艺与编程教学结构的实践

（1）优化翻转课堂教学结构。从中职数控加工与编程课堂教学中的翻转微课实践运用来看，优化翻转微课课堂教学结构主要从三个部分进行。第一部分，将该节课的知识要点设计成微课视频，让学生在课前学习观看视频。微视频的构建需要结合教学知识要点和课堂教学经验，并辅以自主学习单。学生在观看微视频过程中将不能理解的内容进行记录。第二部分，观看完微视频后，在课堂上对学生提出的难点、疑点等问题进行互动沟通、讲解和演示，并进行课堂拓展练习，结合简单案例指导学生独立自主地完成；第三部分，翻转微课完成之后，教师结合各小组完成的实际情况以及学习结果进行点评，然后布置下一节课的课前学习内容。

（2）有关教学结构的相关讨论。随着电子产品以及移动电子终端设备的日益普及，中职学生在电子产品方面的拥有率较高，尤其是智能手机，几乎人手一部。这极大地方便了翻转微课在数控加工与编程课程教学中的应用。教师将数控加工与编程课程内容进行梳理，并建立课程内容的重点、难点知识框架，设计成为微课资源上传到班级的网络共享平台，让学生能够随时进行微课学习，提高学生自主学习能力。微课教学结构的内容不仅包括数控加工与编程的主要教学内容，还要包括学生自主学习任务单，鼓励不同层次的学生获得更高层次的提升。

（3）优化教学结构的实践与分析。在数控加工与编程课程教学中引入翻转微课教学模式能够取得良好的教学效果。比如在进行螺纹件的加工教学中，教师在上课前制定好微视频，包括指定章节内容和PPT讲义，让学生在课前观看视频并对不理解的地方进行记录。然后进入课堂与学生进行问题互动解决，之后分组实践动手操作。这种教学模式不仅缩短了教师示范实践，而且也给学生更多时间自主思考和完成编写完整的零件加工程序，提高了教学效率。

参考文献：

[1]李铁钢，张陈.数控加工与编程数字化教学资源建设[J].职业时空，2012（3）.

[2]孙建功.数控加工与编程技术课程教学改革探索与实践[J].价值工程，2014（4）.

[3]郭中万.翻转课堂教学模式下的中职数控教学[J].职业，2015（12）.