11高数09高数数控工艺

2012 至 2013 学年第 二 学期数 控 工 艺教案 授 课 班 级：11级高数1、2、3、4 09高数授 课 教 师：闫春冉工 艺 教 研 室学课题： 第一章 数控机床概述教学目的：掌握数控定义，数控机床的加工原理及进给系统的技术指标，使学生对数控 的产生与发展、特点及主要技术指标有一定了解教学重点：数控定义，数控机床的加工原理及进给系统的技术指标教学难点：数控机床的特点学时数：2学时班级：教学过程：一、数控产生的原因 ：1、在机械制造工业中单件与小批生产的零件约占机械加工总量的80%以上，尤其是在造船、航天、横空、机床、重型机械以及国防工业。2、迫切需要一种灵活、通用、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床二、数控定义：用数字数据的装置，在运行过程中，不断的引入数字数据，从而对一生产过程实现自动控制，叫数字控制 （结合实际讲解）三、数控机床：即是采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床 四、数控机床的加工原理：就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松开工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、共给切削液等）和步骤， 以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的零件。五、数控机床的发展1、数控系统的发展（两个阶段和六代的发展）2、数控机床的发展趋势（1）工序集中 （2）高速、高精度、高效（3）方便使用一、数控机床的加工特点数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来，数控机床的加工有以下几方面的优点。（1）适应性强。（2）精度高，质量稳定。（3）生产效率高。（4）能实现复杂的运动。（5）良好的经济效益。（6）有利于生产管理的现代化。二、主要技术指标（考查机床机械结构的方面）1、主要规格尺寸（床身、刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等）2、主轴系统3、进给系统（1）进给速度=进给量x转速 （2）脉冲当量（分辨率）：数控机床每发一个脉冲时坐标轴移动的距离，有内部脉冲当量和外部脉冲当量之分（3）实际（外部）脉冲当量=传动比x丝杠螺距/电动机每转的脉冲数（4）脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量精度4、定位精度和重复定位精度5、刀具系统 、电气、冷却系统、外形尺寸等作业：p26 1 、 2课堂小结：本节课做为导入课，为今后学习提高学习兴趣，分析注重方法，与实际生产相结合，掌握重点教学课题：第二章 数控机床的机械结构教学目的：使学生掌握机床主轴的变速度方式，主轴的支承方式 理解：数控车床的主轴组件，加工中心的主轴组件教学重点：数控机床的主轴的变速方式，支承方式教学难点：数控机床的主轴组件，加工中心的主轴组件学时数：2班级：教学过程：一、数控机床主传动系统的特点二、数控机床主轴变速方式目前，主传动系统大致可分为以下大类。1.带有变速齿轮的主传动 2.通过带传动的主传动 3.调速电机直接驱动的主传动图3-1 主传动型式三、主轴组件(一) 主轴组件的类型四、主轴组件的润滑与密封（一）主轴润滑 2 数控车床的主轴组件 3 加工中心的主轴组件 主轴箱的结构主轴组件的结构五、主轴的准停图3-3 主轴准停换刀 图3-4 磁传感器准停一、概述二、电机与丝杠之间的联接1带有齿轮传动的进给运动图3-5 电机与丝杠间的联接形式2经同步带轮传动的进给运动3电机通过联轴器直接与丝杠联接三、滚珠丝杠螺母副（一） 滚珠丝杠螺母副工作原理（二）滚珠丝杠螺母副结构 （三）滚珠的循环方式滚珠循环方式分为外循环和内循环两种方式。 (四)滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整常用的螺母丝杠消除间隙方法有：（1）垫片调隙式。 （2）螺纹调隙式（3）齿差调隙式（4）单螺母变位螺距预加负荷。四：滚珠丝杆的支承与制动（1）一端装止推轴承（固定-自由式）。（2）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式） （3）两端装止推轴承。（4）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。五：滚珠丝杠的保护教学课题：数控加工工艺基础教学目的：使学生掌握加工工艺的主要内容，会识别、运用工艺文件教学重点：数控加工工艺的主要内容 工艺文件的运用学时数：2班级：教学过程： 一、 基本特点与普通机床相比二、 主要内容：1.分析图纸 2.确定加工方案 3.设计工序 4.选机床 、夹具 5.调整程序一、 主要包括加工工序卡数控刀具调整单机床调整单零件加工程序单二、 通过习题巩固，运用文件作业：P131 1、2习题填写工艺文件 课堂小结：注重讲练结合为后部分奠定基础轴的数控加工工艺卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号轴2工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘CK6140数控车床数控中心工步号工步内容（尺寸单位 ）刀具号刀具规格/ 主轴转速/r.min进给速度/.min背吃刀量/ 备注1从右至左粗车各面T01202080010022从右至左精车各面T0220201500800.53切槽T042020400304车M181.5螺纹T0320203001.5 / r5切断T04202040030编制审核批准年 月 日共 页第 页课题： 第四章数控加工用刀具与夹具系统教学目的：使学生掌握加工工艺的主要内容，会识别、运用工艺文件教学重点：数控加工工艺的主要内容 工艺文件的运用学时数：2班级：教学过程：数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。 数控刀具的分类（）从结构上可分为 整体式镶嵌式可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转位；减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具；内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；特殊型式如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。（）从制造所采用的材料上可分为高速钢刀具高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。硬质合金刀具硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。硬质合金刀片按国际标准分为三大类：P类，M类，K类。P类-适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的YT类）M类-适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类）M-S类-适于加工耐热合金和钛合金K类-适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类）K-N类-适于加工铝、非铁合金K-H类-适于加工淬硬材料陶瓷刀具立方氮化硼刀具金刚石刀具（）从切削工艺上可分为车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。（4）特殊型刀具特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。数控加工刀具的特点为了达到高效、多能、快换、经济的目的，数控加工刀具与普通金属切削刀具相比应具二、有以下特点：刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。刀柄或工具系统的装机重量有限度。刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。课题： 第五章数控机床切削加工工艺教学目的：使学生掌握加工工艺的主要内容，会识别、运用工艺文件教学重点：数控加工工艺的主要内容 工艺文件的运用学时数：2班级：教学过程：教学过程： 一、 数控车削的主要加工对象精度要求高的零件 表面粗糙度好的回转体 超精密、超低表面粗糙度的零件表面形状复杂的回转体零件 带横向加工的回转体零件 带一些特殊类型螺纹的零件二 、加工工艺的特点与内容1、普通车床 受控于操作工人 2、数控车床 受控于程序2、数控车床加工工艺的主要内容 (1) 选择并确定进行数控加工的零件及内容；(2) 对零件图纸进行工艺分析；(3) 数控加工的工艺设计； (4) 对零件图纸的数学处理；(5) 编写加工程序单； (6) 数控加工工艺文件的定型与归档。三、加工工艺路线的拟定2、加工阶段划分1) 粗加工阶段 其任务是切除毛坯大部分余量，使毛坯接近成品的形状和尺寸。2) 半精加工阶段 其任务是留下精加工余量后使主要表面达到一定的精度，为精加工（如精车、精磨）做好准备。并完成一些次要表面的加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。3) 精加工阶段 其任务是保证各主要表面达到规定的精度和表面粗糙度。4) 光整加工阶段 对零件精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上、Ra0.2m以下）的表面，需进行光整加工。主要目的是获得很高的尺寸精度、降低表面粗糙度或使其表面得到强化。一般不用来提高位置精度。2划分加工阶段的原因1) 保证加工质量 2) 有利于合理使用设备 3) 便于安排热处理工序 4) 便于及时发现毛坯缺陷5) 精加工、光整加工安排在后，可保护精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏。1 工序划分的原则 根据工序数目（或工序内容多少），工序的划分有下列两种不同的原则。1) 工序集中的原则 2) 工序分散的原则 2、工序划分的方法1）以一次安装所进行的加工作为一道工序 2）以一个完整数控程序连续加工的内容为一工序 3）以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序 4）以粗、精加工划分工序 四、工序顺序安排工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，在拟定工艺路线时，要合理全面安排好切削加工、热处理和辅助工序顺序。1工序顺序的安排原则1） 基准先行 选为精基准的表面，应先进行加工，以便为后续工序提供可靠的精基准。2） 先粗后精 各表面均应按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。 3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺孔等）。次要表面常穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前进行。4）先面后孔 对于箱体、支架、连杆和机体类工件，一般应先加工平面后加工孔。这是因为先加工好平面后，就能以平面定位加工孔，定位稳定可靠，保证平面和孔的位置精度。热处理工序的安排 为提高材料的力学性能，改善金属加工性能以及消除残余应力，在工艺过程中适当安排一些热处理工序。1）预备热处理 其目的是改善工件的加工性能，消除内应力，改善金相组织为最终热处理作好准备。如正火、退火和调质等。它一般安排在粗加工前，但调质常安排在粗加工后进行。2）消除残余应力处理 其目的是消除毛坯制造和切削加工过程中产生的残余应力。如时效和退火。3）最终热处理 最终热处理的目的是提高零件的力学性能，如强度、硬度、耐磨性。如调质、淬火回火，以及各种表面处理（渗碳淬火、氰化和氮化）。最终热处理一般安排在精加工前。辅助工序的安排 辅助工序的包括检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁和平衡等。 三、工步顺序和进给路线的确定1工步顺序安排的一般原则 1）先粗后精 2）先近后远 3）内外交叉 学时：2 时间：90分钟教学课题：数控电加工工艺教学目的：使学生掌握机电加工的定义、数控电火花成形机床的加工原理教学重点：数控电火花成形机床的加工原理教学难点：数控电火花成形机床的必须具备条件教学过程： 一、 电加工的产生电火花加工又称放电加工或电蚀加工。它是利用在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用对工件进行加工的一种工艺方法。在现代机械制造中，由于高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等特殊性能材料的不断出现，传统的机械切削加工已不能满足要求。因而，直接利用电能、电化学能、声能等特种加工方法进行加工的工艺方法相继得到了很快的发展，如电火花、电解、超声和化学加工等。 电火花加工又称放电加工或电蚀加工，它包括电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花成形磨削、电火花同步回转加工、电火花表面强化和刻字等工艺方法。在机械加工中主要用电火花成形加工和电火花线切割加工。本章介绍电火花成型加工。 二、 电加工的定义与特点定义；利用电的各种效应进行金属材料加工的一种方式特点：无明显切削力 低于工件的硬度 必须是金属材料三、机床的类型简介（一）数控电火花成形加工原理 国产电火花成形加工机床型号 D(K) 71 32 机床工作台宽度 电火花穿孔、成形加工机床 电加工机床如图6-1所示，电火花成形加工的原理是基于工件与工具电极（简称电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到零件的加工要求。自动进给调节装置能使工件和工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电压加在液体介质中的工件和工具电极(以下简称电极)上，当电压升高到液体介质的击穿电压时，会使液体介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电。瞬间高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。 一次脉冲放电之后，两极间的电压急剧下降到接近于零，间隙中的电介质立即恢复到绝缘状态。此后，两极间的电压再次升高，又在另一处绝缘强度最小的地方重复上述放电过程。多次脉冲放电的结果，使整个被加工表面由无数小的放电凹坑构成二、电火花成形加工须具备以下条件：（1）自动进给调节系统保证工件与电极之间经常保持一定距离以形成放电间隙。（2）加工中工件和电极浸泡在液体介质中，这种液体介质称为工作液。（3）脉冲电源输出单向脉冲电压加在工件和电极上。当电压升高到间隙中工作液的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电，如图6-2（a）所示，瞬间高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小块材料形成小的凹坑，如图6-2（b）。脉冲电源提供的脉冲电流波形如图6-3所示。一、数控电火花成形机床的主要组成电火花成形加工机床按数控程度分为普通（非数控）电火花成形加工机床和数控电火花成形加工机床。见图6-1，数控电火花成形加工机床主要由主机、脉冲电源和机床电气系统、数控系统和工作液循环过滤系统等部分组成。1主机及附件机床主机由床身、立柱、主轴头、工作台等组成。附件包括用以实现工件和电极的装夹、固定和调整其相对位置的机械装置，电极自动交换装置（或）等。可调节工具电极角度的夹头属机床附件。平动头也属机床附件，如图6-4所示。2脉冲电源脉冲电源的作用是将工频交流电转变成一定频率的定向脉冲电流，提供电火花成形加工所需能量。3数控系统（1）自动进给调节系统 它的任务是通过改变、调节主轴头（电极）进给速度，使进给速度接近并等于蚀除速度，以维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定进行，以获得较好的加工效果。常用自动进给调节系统有电液自动控制系统和电机械式自动进给调节系统，数控电火花机床普遍采用电机械式自动进给调节系统。（2） 伺服进给系统：使主轴作伺服运动。（3） 工作液循环过滤系统：提供清洁的、有一定压力的工作二、数控电火花成形加工的特点及应用数控电火花成形加工的特点与应用有如下方面： (1）优点：适合于难切削材料的加工适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金可加工特小孔、深孔、窄缝及复杂形状的零件，如各种型孔、立体曲面、复杂形状的工件 ，小孔、深孔、窄缝等 。(2)缺点只能加工导电工件;加工速度慢;由于存在电极损耗，加工精度受限制。2）可加工特殊及复杂形状的零件（3）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程自动控制。（4）主要加工金属等导电材料，但在一定条件下也可加工半导体和非导体材料。（5）加工效率一般较低，电极存在损耗，加工的最小角部半径受限制。电火花成形加工主要用于电火花穿孔（用电火花成形加工方法加工通孔）和电火花型腔加工。电火花穿孔加工主要用于加工冲模和异形孔，电火花型腔加工主要用于加工各类型腔模和各类复杂的型腔零件。由于电火花加工有其独特的优点，加上电火花加工工艺技术水平的不断提高，数控电火花成形加工机床的普及，其应用领域日益扩大，已在模具制造、机械、航空、电子、仪表、轻工业等部门用来解决各种难加工的材料和复杂形状零件的加工问题。三、电极在电火花成形加工过程中，电极是十分重要的部件，对其工艺影响甚大。1电极损耗电火花成形加工时，电极和工件一样会受到电腐蚀而损耗。电极的损耗是影响加工精度的一个重要因素。减少电极损耗的措施有：（1）正确选择极性 一般说来，在短脉冲精加工时采用正极性加工，而在长脉冲粗加工时则采用负极加工。（2）利用吸附效应。2电极材料根据电火花加工原理，可以说任何导电材料都可以用来制作电极，但在生产中应选择损耗小，加工过程稳定，生产率高，机械加工性能良好，来源丰富，价格低廉的材料作电极材料。电极的损耗受电极材料的热物理常数的综合影响。电极材料的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热愈高，加工时损耗愈小，电极材料的热导率愈大，能将瞬时热量传导散失到其它部份，损耗愈小。常用电极材料的种类和性能见表6-1。选择时应根据加工对象、工艺方法、脉冲电源的类型等因素综合考虑。3电极结构 电极结构可分为整体式电极、组合式电极和镶拼电极等三种。（1）整体式电极 整个电极用一块材料加工而成，如图6-11所示，是最常用的结构形式。（2）组合式电极 在同一工件上有多个型孔或型腔时，在某些情况下可以把多个电极组合在一起，如图6-12所示，一次可同时完成多型孔或型腔的加工。（3）镶拼电极 对形状复杂的电极整体加工有困难时，常将其分成几块，分别加工后再镶拼成整体，这样可节省材料，且便于制造。4电极长度的确定电极的长度取决于被加工零件的结构形式、型孔或型腔的复杂程度、加工深度、电极使用次数、装夹形式及电极工艺等一系列因素。5.电极的装夹与校正 在电火花加工中，机床主轴进给方向都应该垂直于工作台。因此工具电极的工艺基准必须平行于机床主轴头的垂直坐标。即工具电极的装夹与校正必须保证工具电极进给加工方向垂直于工作台平面。(1)工具电极的装夹由于在实际加工中碰到的电极形状各不相同，加工要求也不一样。常用的电极夹具有如图几种。(2)工具电极的校正工具电极的校正方式有自然校正和人工校正两种:自然校正就是利用电极在电极柄和机床主轴上的正确定位来保证电极与机床的正确关系；人工校正一般以工作台面x、y水平方向为基准，用百分表、千分表、块规或角尺在电极横、纵(即x、y方向)两个方向作垂直校正和水平校正，保证电极轴线与主轴进给轴线一致，保证电极工艺基准与工作台面x、y基准平行。