认识数控机床及典型部件

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1、 项目1 认识数控机床及典型部件 课题1.绪论 （1学时） 课题2.认识数控机床 （2学时） 课题3.认识数控机床典型部件 （7学时）课题1.绪论1.本课程性质本课程性质2.本课程学习方法本课程学习方法1.对本课程产生兴趣对本课程产生兴趣 2.了解本课程的学习方法了解本课程的学习方法主要教学内容主要教学内容教学要求教学要求课题1.绪论1.课程名称与性质课程名称与性质 数控机床与加工课程数控技术专业的核心课程，是一门实践性、综合性较强的专业实践技能训练课程，是对专业核心能力系统训练的重要环节，在专业人才培养中具有重要的地位。本课程的任务是使学生掌握数控机床的使用，了解数控机床的构造，使学生掌握数

2、控车床、数控铣床、加工中心的操作及数控系统的功能，熟练掌握数控机床的编程方法，对数控机床进行日常维护并能解决生产现场技术问题的能力。 本课程的内容分三个模块：数控机床结构认识、数控车床编程与加工、数学铣床编程与加工。 课题1.绪论2.课程的能力目标：课程的能力目标： 1）知识与能力目标（1）熟悉数控机床的基本结构和操作方法；（2）了解数控加工常用指令的含义，初步学会正确编制数控加工程序的方法；（3）会分析零件图，选择数控加工的工、量、夹具，制定加工工艺，编制简单的数控加工程序；（4）能熟练操作数控车床、数控铣床，掌握保证精度的方法； （5）会根据数控机床的报警信号，初步判断常见的故障部位。（6

3、）能在数控编程和数控机床加工过程中，发现问题、具有提出问题的能力。 课题1.绪论2）过程与方法目标（1）在项目学习的过程中，能通过多种渠道收集信息，会对收集的信息进行处理、分析和概括。具有信息收集、信息处理能力和分析概括能力。（2）通过参与项目学习活动，学习制订生产工作计划和实施方案，应用已学的知识和技能去解决具体的问题。具有制订计划和解决问题的能力。3）情感态度与价值观目标(1）在项目学习中，参与师生、生生之间的信息交流活动，能相互合作，共同解决问题。具有信息交流和相互合作的能力。(2）通过参与项目学习活动，培养质量意识和安全意识。(3）养成实事求是、尊重技术的科学态度，敢于提出与别人不同的

4、意见，也勇于放弃或修正自己的错误观点，有创新和技术革新的意识。(4）有将生产技术服务于社会的意识，有可持续发展的意识，有振兴中华的使命感和责任感。课题1.绪论3.学习的方法和建议学习的方法和建议 由于本课程的显著特点是实践性强。因此，在学习过程中，应以数控加工工艺方案的制订和加工程序的编制为主线，将理论教学与实训教学一体化，以案例和课程设计为重点，将加工工艺和数控编程融入到实训当中，用理论指导操作，在操作中深化对理论知识的理解。将基本技能和技术应用能力训练贯穿于学习的全过程，采用循序渐进、螺旋上升的渐进式目标学习法。通过边学、边做的方法来完成学习过程，着重培养发现问题、思考问题、分析问题、解决

5、问题的能力。课题1.绪论 同其他知识和技能的学习一样，掌握正确的学习方法对提高数控加工与编程技术的学习效率和质量起着十分重要的作用。下面是几点建议：（1）集中精力打歼灭战，在一个较短的时间内集中完成一个学习目标，并及时加以应用，避免进行马拉松式的学习。（2）将平时所遇到的问题、失误和学习要点记录下来，这种积累的过程就是水平不断提高的过程。（3）从一开始就注重培养规范的操作习惯，培养严谨、细致的工作作风，这一点往往比单纯学习技术更为重要。（4）重视加工工艺的经验积累，熟悉所使用的数控机床、刀具、加工材料的特性，实践经验是数控编程技术的重要组成部分，只能通过实际加工获得。课题1.绪论、授课内容：、

6、授课内容：一、该课程与生产的关系。在生产中几乎无时无刻都离不开机械零件，像手表，自行车、汽车，大到飞机火箭航天器等。都是怎么通过数控机床加工出来，这样就会使我们去想用金属刀具加工金属零件，为什么能？怎样加工等等。使学生心中提出许多疑问来增加其想象，思考，研究。播放数控加工视频播放数控加工视频课题1.绪论切削加工：切削加工：使零件达到光洁的表面质量和精确的外形尺寸的一种方法。其中，机床所负担的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%。车削车削：在车床上，工件旋转，车刀在平面内作直线或曲线移动的切削（主要用于回转体表面的加工）课题1.绪论铣削加工铣削加工：在铣床上，用旋转的铣刀切削工件上各种

7、表面或沟槽的方法（主要用于铣削平面、沟槽以及成型表面）机床机床（也称为母机），是人们在长期的生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而逐渐完善。机床的发展概况：机床的发展概况： （1）最原始的机床：木质，用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯（人力或畜力驱动）。 （2）18世纪中叶，发展起来了用于加工金属零件的机床。 （3）18世纪末到19世纪，蒸汽机的出现，出现了各种类型的机床（车、钻、镗、刨、拉、铣、磨以及齿轮加工机床等）。 课题1.绪论 （4）20世纪，齿轮变速箱的出现，使得机床的结构和性能发生了根本性的变化，电气控制、液压控制等科技的应用，出现了通用

8、机床和专用机创。 （5）近年来，电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术的发展，并在机床领域得到广泛应用，出现了数控机床。我国机床工业水平：我国机床工业水平： 新中国成立后才建立起来，近60年来获得了高速发展，不过和国际机床领域水平相比较，存在一定的差距（性能低、精度差、技术水平低）。数控机床可以将加工过程所需的各种操作（主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车以及自动关停冷却液等）和步骤以及工件的尺寸用数字化代码表示，通过控制介质（穿孔纸带或磁盘）将数字信息送入控制装置，通过控制装置对信息进行处理和运算，向机床执行部件发出各种控制信号，使机床自动加工出所需要的工件。课题1.绪论数控机床的特

9、点：数控机床的特点：数控机床的精度高、效率高，能适应小批量多品种复杂零件的加工，在机械加工中得到了日益广泛的应用。同常规加工相比，数控加工具有如下的特点：(1)自动化程度高(2)加工精度高，加工质量稳定(3)对加工对象的适应性强数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。(4)生产效率高(5)易于建立计算机通信网络课题1.绪论数控加工的就业前景数控加工的就业前景：随着我国制造企业已开始广泛使用先进的数控技术，而掌握数控技术的机电复合人才奇缺，仅数控机床的操作工这样的“蓝领”全国就短缺几十万人，为此，教育部要求在3年内培养制造业紧缺的数控高技能型人才50万。让学生清楚学好数控编程与操作的职业未来

10、，使学生产生一种要学这门课程的需求和学好这门课程的欲望，进而将这门课程升华成为自己的爱好和兴趣。 课题1.绪论数控人才的层次及所需掌握的知识结构：数控人才的层次及所需掌握的知识结构：对于数控人才，有以下三个需求层次，所需掌握的知识结构也各不同： 1.蓝领层：蓝领层，指数控操作技工：精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。 2.灰领层：灰领层，指数控编程员和数控机床维护、维修人员。 （1）数控编程员：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握

11、三维CADCAM软件，如UG、Pro-E等，熟练掌握数控手工和自动编程技术，适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。 课题1.绪论（2）数控机床维护、维修人员：掌握数控机床的机械结构和机电联调，掌握数控机床的操作与编程，熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。精通数控机床的机械和电气的调试和维修。适合高职学校组织培养。适合作为工厂设备处工程技术人员。此类人员需求量相对少一些，但培养此类人员非常不易，知识结构要求很广，适应与数控相关的工作能力强，需要大量实际经验的积累。 3.金领层：金领层，又称数控通才：具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识，并在

12、实际工作中积累了大量实际经验，知识面很广。精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计，掌握数控机床的机电联调。能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修。能独立完成机床的数控化改造。是企业（特别是民营企业）的抢手人才，适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。 通过对数控人才的层次及所需掌握的知识结构的介绍，使学生能够根据各自的情况规划自己的职业未来，明确自己学习的内容，清楚自己努力的方向。课题1.绪论小结：小结：在课程学习中，要积极思索，认真模仿，规范操作。特别是技术要点和操作难点，更应学会、学好。要求既要严格程序、认真细致，又要大胆泼辣，

13、积极主动，并鼓励大家在掌握基本技能的同时，学会创新，尽快达到应有的技能水平。课题2.认识数控机床数控机床的概念及组成数控机床的概念及组成数控机床的种类与应用数控机床的种类与应用掌握数控的概念掌握数控的概念熟悉数控机床的组成熟悉数控机床的组成现场教学现场教学让学生对数控机床的结构让学生对数控机床的结构及加工过程有一个感性认识及加工过程有一个感性认识主要教学内容主要教学内容教学要求教学要求2.1 数控技术定义 数字控制与数控技术 数字控制（数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。 数控技术（

14、数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。2.2数控机床与数控系统 数控机床（数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。 数控系统（数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。 计算机数控系统（计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。 2.3.1 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床按照事先编制好的

15、程序，由数控系统控制完成预定的运动轨迹和辅助动作。它一般由程序载体、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床本体组成。如图2.1所示。图2.1 数控机床的组成 1程序载体 程序载体用于记录数控机床加工零件所需的程序。 2输入装置 输入装置的作用是将程序载体上的程序完整、正确地读入数控机床的CNC中。 3CNC单元 CNC单元是数控机床的核心 。4伺服系统 伺服系统用于完成坐标轴的驱动。 直接影响数控机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。 5位置反馈系统闭环控制系统 半闭环控制系统 6机床本体是数控机床的机械结构 2.3.2 数控机床的工作原理数控机床的工作原理 在数控机床上加工零

16、件通常需要经过以下几个步骤。 制订工艺规程。 将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。 CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传送到各个坐标轴的伺服系统及机床强电控制系统。 伺服系统驱动机床的运动部件。 位置编码器检测并反馈给数控系统。 机床辅助动作由数控系统的PLC直接控制。 2.4.1 数控车床1普通数控车床 普通数控车床是机械制造业拥有量较多的一种车床，通常称之为经济型数控车床。图2.2为CK6136经济型数控车床外形图。2.4 数控机床的常见类型图2.2 CK6136数控车床 2全机能数控车床 图2.3所示为45倾斜床身的数控车床（去掉外壳等零部件），具有回轮式刀塔

17、，使用滚动导轨支承刀塔溜板，通常称之为全机能数控车床。 2.4 数控机床的常见类型图2.3 全机能数控车床 3车削加工中心 车削加工中心是性能最好的数控车床，常用作精加工使用，其床身均为倾斜结构，如图2.4所示。2.4 数控机床的常见类型图2-4车削中心 2.4.2 数控镗铣床1数控铣床 数控铣床为三轴控制加工机床，与数控车床不同，其主运动由定尺寸刀具完成，加工过程所需的运动轨迹由X、Y、Z三轴共同运动实现，如图2.5所示。 2.4 数控机床的常见类型图2-5 数控铣床2镗铣加工中心 图2.6所示为卧式镗铣加工中心。 2.4 数控机床的常见类型图2-6 卧式镗铣中心图2-7 龙门式镗铣中心 2

18、.4.3 其它数控机床其它数控机床包括数控线切割机床、数控冲床等图2-8为数控线切割机床图2.8 数控线切割机床 下面的时间同学们到工厂参观各类数控设备的结构及其加工零件的运动过程，并建议今后到图书馆、阅览室了解机械及数控加工等方面有哪些书籍及杂志，上网查询数控机床的最新动向和技术。 课题三 认识数控机床典型部件任务一 数控机床机械结构特点任务四 进给系统传动间隙的消除任务二 数控机床主传动系统及主轴部件 任务三 数控机床进给伺服系统任务五 回转工作台与导轨任务六 数控机床自动换刀装置任务一 数控机床机械结构特点 数控机床机械结构组成机床基础部件（床身、立柱、工作台等 ）主传动系统进给传动系统

19、 工作台回转装置系统（数控工作台、分度工作台） 辅助功能系统和装置（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） 特殊功能装置（监控装置、加工过程图形显示、精度检测等） 数控机床结构特点 模块化的设计 静、动刚度高 抗振性高 热稳定性好 运动件间的摩擦特性好、传动件间的传动间隙小 自动化程度高、操作方便 任务一 数控机床机械结构特点 任务二 数控机床主传动系统 及主轴部件 与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点：转速高、功率大。变速范围宽，可实现无极调速。具有较高的精度和刚度，传动平稳。具有特有的刀具安装结构。数控机床主传动系统的特点任务二 数控机床主传动系统

20、及主轴部件 数控机床的主传动系统定义：由主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动传动联系的系统称为主 传动系统。 三种传动形式带有变速齿轮的主传动 通过带传动的主传动 由调速电机直接驱动的主传动 任务二 数控机床主传动系统 及主轴部件 主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。 是大、中型数控机床采用较多的传动变速方式。 这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴的精度影响较大。 （带有变速齿轮的主传动） （通过带传动的主传动） （由调速电机直接驱动的主传动） 任务二

21、数控机床主传动系统 及主轴部件 数控机床的主轴部件 数控机床的主轴部件是主运动的执行部件，负责夹持刀具或零件，并带动其旋转。主轴部件包括主轴、主轴支撑以及安装在主轴上的传动零件，对于具有换刀功能的数控机床还有刀具自动装卸及吹屑装置、主轴准停装置等。 任务二 数控机床主传动系统 及主轴部件 主轴端部结构任务二 数控机床主传动系统 及主轴部件 主轴的支撑中小型数控机床的主轴部件 重型数控机床 高精度数控机床 滚动轴承 液体静压轴承 气体静压轴承 转速达（210）104r/min的主轴可采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。 任务二 数控机床主传动系统 及主轴部件 采用滚动轴承时的几种配置形式这种配置可提高主

22、轴的综合刚度，满足强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床。 适用于中等精度、低速与重载荷的数控机床主轴。适用于高速、重载的主轴部件。 适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。 (c)(b)(a)(d)任务二 数控机床主传动系统 及主轴部件 刀具自动夹紧、切屑清除及主轴准停装置任务三 数控机床进给伺服系统 数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，它的进给系统一般具有以下特点：摩擦力小系统稳定动精度和刚度高运动部件惯量小数控机床进给传动的特点任务三 数控机床进给伺服系统 在中、小型数控机床的进给系统中，滚珠丝杠螺母副的应用较为普遍。滚珠丝杠螺母副内循环外循环任务三 数控机床进给伺服系统滚珠丝杠螺母副

23、 双螺母消隙单螺母消隙垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 轴向间隙的消除垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式单螺母消隙任务三 数控机床进给伺服系统滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠的安装滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点： 丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须 三点成一线。 安装螺母时，尽量靠近支撑轴承。 安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。 滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠上卸下来。如必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点： 辅助套外径应小于丝杠底径0.10.2mm。 辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺 纹轴肩。 卸装时，不可

24、用力过大，以免螺母损坏。 装入安装孔时要避免撞击和偏心。 任务三 数控机床进给伺服系统滚珠丝杠螺母副 轴承的选择与支承配置 滚珠丝杠专用轴承 滚珠丝杠的支承配置 一端固定一端自由的支承形式一端固定一端浮动的支承形式两端固定的支承形式 任务三 数控机床进给伺服系统滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠的防护 若滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用防护罩防护：用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管、锥形套管、折叠式的塑料或人造革等形式的防腐蚀及耐油的防护罩。 如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈对螺母进行密封，密封圈厚度为螺母的23倍，装在滚珠螺母的两端。密封圈有接触式和非接触式两种。 任务四 进给系统传动间隙的消除

25、传动齿轮间隙的消除 刚性调整法调整后齿侧间隙不能自动补偿的方法 (c)(b)(a)宽齿轮宽齿轮垫片薄片齿轮2薄片齿轮1AA垫片齿轮电机偏心套任务四 进给系统传动间隙的消除传动齿轮间隙的消除 柔性调整法 调整之后，齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。 任务四 进给系统传动间隙的消除键连接间隙的消除 传动件外弹性锥形胀套内弹性锥形胀套圆环螺钉轴键连接间隙的消除方法 无键连接结构 任务五 回转工作台与导轨数控回转工作台分度工作台 开环闭环回转工作台 回转工作台 1偏心环；2、6齿轮；3电机；4蜗杆；5垫圈；7调整环；8、10微动开关；9、1l挡块；12、13轴承；14液压缸；15蜗轮；16柱塞；17钢球

26、；18、19夹紧瓦；20弹簧；21底座；22圆锥滚子轴承；23调整套；24支座； 开环数控回转工作台 1偏心环；2、6齿轮；3电机；4蜗杆；5垫圈；7调整环；8、10微动开关；9、1l挡块；12、13轴承；14液压缸；15蜗轮；16柱塞；17钢球；18、19夹紧瓦；20弹簧；21底座；22圆锥滚子轴承；23调整套；24支座； 开环数控回转工作台 闭环数控回转工作台 1工作台 2镶钢滚柱导轨 3、4夹紧瓦 5液压缸 6活塞 7弹簧 8钢球 9光栅 10、11轴承 12蜗杆 13蜗轮 14、16齿轮 15电机任务五 回转工作台与导轨导轨 摩擦系数很小（0.003左右），静摩擦系数相差很小，运动轻便灵活，所需功率小，精度好，无爬行。 运动不受速度和负载的限制，低速无爬行，承载能力大，刚度好，油液有吸振作用，抗振性好，导轨摩擦发热也小。 具有良好的摩擦特性、耐磨性及吸振性，目前在数控机床上使用广泛。 滚动导轨 静压导轨 塑料滑动导轨 任务六 数控机床自动换刀装置回转刀架换刀装置 多主轴转塔头换刀装置 刀库-机械手自动换刀系统 按刀库形式分 按刀具交换方式分 链式刀库 线型刀库 无机械手换刀 圆盘刀库 箱型刀库 机械手换刀 任务六 数控机床自动换刀装置线型刀库 链式刀库 圆盘刀库 箱型刀库 双臂机械手换刀结构