数控加工技术基础教案.docx
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数控加工技术基础教案
广东省高新技术技工学校
文
化
理
论
课
教
案
授课专业班级09数控班
课程名称数控加工技术基础
任课教师唐美春
授课时间2011年2月20日
课程表
09数控班第二学期
课星期
程节数
节数
星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
上午
1
数控加工技术基础
09数控
实训301
2
3
数控加工技术基础
09数控
实训301
4
下午
5
6
7
理论课教案
2011年2月22日第1周星期二第3、4节
第一章：
绪论
授课
方式
讲授
作
业
预习第二章内容
教
学
目
的
1.了解数控加工的特点及其在制造业的地位。
2.熟悉数控机床的适用范围。
选用
教具
挂图
无
重
点
1、数控加工的特点
2、数控机床的发展史
3、数控机床的适用范围
难点
数控加工的特点
教学
回顾
无
说
明
教
学
过
程
一、上课要求：
本学期学习要求：
笔记要求、上课纪律要求等。
（10）分钟
二、主要内容：
1、数控加工的基本概念及其特点
2、数控加工在制造业中的地位和作用。
三、课程导入：
（65分钟）
一）、数控加工在制造业中的地位和作用
数字控制简称数控，是指利用数字化的代码构成的程序对控制对象的工作过程实现自动控制的一种方法。
数控系统是指利用数字控制技术实现的自动控制的系统。
数控设备是采用数控系统实现控制的机械设备，其操作命令是用数字或数字代码的形式来描述，工作过程是按照指定的程序自动地进行的。
装备了数控系统的机床称之为数控机床。
教
学
过
程
随着科学技术的发展，机械产品的要求越来越高。
其合理性、性能、强度、精度和效率日益提高。
机械产品的加工相应的提出了高精度、高柔性、高度自动化的要求。
数控技术综合应用了计算机、自动控制、伺服系统、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此采用数控加工手段，解决了机械制造业种常规加工技术难以解决的难题，数控加工技术是制造业的一次革命，使机械制造业进入了一个新的阶段。
CNC具有以下优点：
1、柔性强
对于CNC系统，若需改变其控制功能，只需改变其相应的控制程序即可。
因此CNC具有很强的灵活性----柔性。
2、可靠性高
加工程序一次性输入存储器，功能由软件实现，硬件采用模块化，平均无故障率高。
3、易于实现多功能复杂程序控制
4、具有较强的网络通信功能
5、具有自诊断功能
二）、数控技工技术的发展
1952年美国帕森斯和麻省理工学院共同合作，研制出了第一台三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床。
数控机床的发展共经历了二个阶段和六代的发展，即：
1、数控（NC）阶段
第一代数控系统：
1952年~1959年，采用电子管、继电器元件。
第二代数控系统：
1959年开始，采用晶体管元件。
第三代数控系统：
1965年开始，采用集成电路。
2、计算机数控（CNC）阶段
第四代数控系统：
1970年开始，采用大规模集成电路及小型计算机。
第五代数控系统：
1974年开始，采用微型计算机。
第六代数控系统：
1990年开始，基于PC机。
三）数控加工技术的特点
数控机床（包括数控铣床）是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。
数控铣削的特点：
1）可以加工具有复杂型面的工件。
2）加工精度高，尺寸一致性好。
3）生产效率高。
4）可以减轻工人劳动强度，实现一人多机操作。
5）经济效益明显。
数控加工在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和程序编制要求较高，加工中难以调整，维修困难。
数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成。
四）课堂小结：
本次课讲解了数控加工技术的基本知识，讲解了数控加工产生的背景以及其发展史。
希望同学们在课后找寻相关资料，深入了解。
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理论课教案
2011年2月28日第2周星期一第1、2节
第一章绪论
第四节：
数控机床的适用范围
第五节：
数控加工工艺与编程的研究内容与任务
授
课
方
式
讲授
作
业
无
教
学
目
的
1.了解数控机床的种类及其加工特点
2.掌握现代数控机床的加工范围
3.了解数控加工工艺的研究内容
选用
教具
挂图
无
重
点
掌握现代数控机床的主要类型及其加工特点
难点
掌握数控机床的主要类型及其加工特点
教
学
回
顾
上次课我们了解了数控加工在机械制造业的地位，数控机床的发展方向以及其加工特点，还概述了数控机床的发展历史。
（5分钟）
说
明
教
学
过
程
一、检查学生的到课情况，着装是否符合上课要求，然后引入新课。
（5分钟）
二、主要内容：
1）、数控机床的适用范围
2）、现代数控机床的种类
3）、数控加工工艺的研究内容
三、教学过程：
（70分钟）
（一）数控加工的特点
数控加工的优点：
（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
（4）生产效率高
（5）易于建立计算机通信网络
数控加工的缺点：
数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和程序编制要求高，加工中难以调整，维修困难。
需要高素质的加工操作人员。
教
学
过
程
（二）数控机床的适用范围
1、数控机床的适用范围
一般来说，数控机床特别适合于加工零件较复杂、精度要求高、产品更新频繁、生产周期要求短的场合。
零件复杂及生产批量的不同，三种机床的应用范围的变化，当零件不太复杂，生产批量又较小时，宜采用通用机床；当生产批量很大，宜采用专用机床；而随着零件复杂程度的提高，数控机床越显得适用。
目前，随着数控机床的普及，应用范围止由BCD向EFG线复杂性较低的范围扩大。
通用机床、专用机床和数控机床零件加工批量与生产成本的关系。
在多品种、中小批量生产情况下，采用数控机床总费用更为合理。
根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按适用程度将零件分为三类：
（1）最适用类
1.形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件。
2.用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。
3.有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件。
4.必须在依次装夹中合并完成铣、镗、铰或螺纹等多工序的零件。
（2）较适用类
1.在通用机床加工时极易受人为因素（如：
情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控会造成重大经济损失的零件。
2.在通用机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件。
3.需要多次更改设计后才能定型的零件。
4.在通用机床上加工需要作长时间调整的零件。
5.用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。
（3）不适用类
1.生产批量大的零件。
2.装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。
3.加工余量不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。
4.必须用特定的工艺装备协调加工的零件。
2、数控机床的结构特点
1.主运动常用交流或直流电动机拖动，采用变频调速，简化了主传动系统的机械结构，而且转速高、功率大，速度变换迅速、可靠；能无级变速。
合理选择切削用量。
2.主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的新型结构。
如采用动静压轴承的主轴部件，采用钢板焊接结构的支承件等。
3.采用了摩擦因数很低的塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨，以提高机床运动的灵敏性。
4.进给传动中，一方面采用无间隙的传动装置和元件，如滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗条副、预加载荷的双齿轮齿条副等。
另一方面采用消除间隙措施，如偏心套式、锥度齿轮式及斜齿轮垫片错齿等消隙结构。
5.采用了多主轴、多刀架的结构，以提高单位时间内的切削功率。
6.具有自动换刀和自动交换工件的装置，以减少停机时间。
7.采用自动排屑、自动润滑装置等。
四、课堂小结：
总结本堂课的内容、提醒注意课堂纪律。
审阅签名:
理论课教案
2011年3月1日第2周星期2第3、4节
第二章数控加工的工艺基础
第1节：
机械加工工艺规程的制订
授
课
方
式
讲授
作
业
无
教
学
目
的
1、了解机械加工工艺规程的概念
2、了解机械加工工艺规程制订的步骤
选用
教具
挂图
无
重
点
掌握机械加工工艺规程的概念及其制订的步骤
难点
机械加工工艺规程的制订
教
学
回
顾
上次课我们了解了数控机床的适用范围及其特点，数控加工工艺与编程的研究内容（5分钟）
说
明
教
学
过
程
一、检查学生的到课情况，着装是否符合上课要求，然后引入新课。
（5分钟）
二、主要内容：
1）、生产过程和生产系统
2）、工艺过程工艺规程
3）、生产纲领和生产类型
三、教学过程：
（70分钟）
（一）生产过程和生产系统
生产过程：
指从原材料投入生产开始，直到产品最后制造出来为止的全部过程。
生产过程的构成：
⑴生产技术准备过程。
⑵基本生产过程。
⑶辅助生产过程。
⑷生产服务过程
教
学
过
程
（二）工艺过程和工艺规程
基本生产过程和辅助生产过程都由工艺过程和非工艺过程所组成。
工艺过程：
是指直接与改变加工对象的性质、尺寸、几何形状有关的过程，即使加工对象产生物理和化学变化的过程。
非工艺过程：
不涉及加工对象的性质、尺寸、形状的改变，而是贯穿于工艺过程之间的一些带有生产服务性的过程。
机械加工工艺过程：
采用各种机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格产品零件的过程，称为机械加工工艺过程。
机械加工工艺规程：
将比较合理的机械加工工艺过程的各项内容，编写成工艺文件，就是机械加工工艺规程。
机械加工工艺规程是工厂进行技术准备及组织生产的依据，也是指导生产的重要文件，按照工艺规程进行生产，才能得到合格的零件。
机械加工工艺过程是由一个或若干各顺序排列的工序组成的，而工序又由工位、工步、进给、安装组成。
工序：
指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
工位：
指为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。
它们每变换一个位置，就改变了一个工位。
工步：
指在加工表面和加工工具（刀具）不变的情况下，所连续完成的那一部分工作。
加工表面与加工工具，只要改变了其中一样多就应算作不同的工步。
安装：
指工件经一次装夹后所完成的那部工序。
每装夹一次工件称为一次安装。
（三）生产纲领和生产类型
1、生产纲领：
指企业在计划期间应当生产的产品产量和进度计划。
计划期常为一年，所以生产纲领常称为年产量。
N＝Qn（1+a％）（1+b％）
式中：
•N——零件的年产量（件/年）；
•Q——产品的年产量（台/年）；
•n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
•a％——该零件的备品率（备品百分率）；
•b％——该零件的废品率（废品百分率）。
2.生产类型：
是生产结构类型的简称，是产品的品种、产量和生产的专业化程度在企业生产系统技术、组织、经济效果等方面的综合表现。
生产类型一般分为单件生产、大量生产、成批生产三种类型。
（1）单件生产毛坯精度低，加工余量大；采用通用机床、通用夹具、通用刀具及万能量具；对工人技术水平要求较高；不考虑零件的互换性。
（2）成批生产毛坯精度及加工余量中等；采用通用机床及一部分专用机床；一般采用专用夹具，部分采用划线方法保证尺寸；较多采用专用刀具及量具；要求工人具有中等技术水平；零件普遍具有互换性，但保留某些修配工作。
（3）大量生产毛坯精度高，加工余量小，广泛采用专用机床及自动机床、专用夹具、专用刀具及量具；对工人技术水平要求不高；零件具有互换性。
四、课堂小结：
总结本堂课的内容、提醒注意课堂纪律。
审阅签名:
理论课教案
2011年3月7日第3周星期1第1、2节
第二章数控加工的工艺基础
第1节：
机械加工工艺规程的制订
授
课
方
式
讲授
作
业
无
教
学
目
的
1、了解工艺过程和工艺规程的概念
2、了解生产纲领和生产类型的概念
选用
教具
挂图
无
重
点
掌握机械加工工艺规程的概念及其制订的步骤
难点
机械加工工艺规程的制订
教
学
回
顾
上次课我们了解了关于生产过程和生产系统，工艺过程和工艺规程，生产纲领和生产类型的概念（5分钟）
说
明
教
学
过
程
三、检查学生的到课情况，着装是否符合上课要求，然后引入新课。
（5分钟）
四、主要内容：
1）、工艺规程制订的步骤及方法
2）、工艺路线的设计
三、教学过程：
（70分钟）
（一）工艺规程的作用
工艺规程：
是指导施工的技术文件。
一般包括以下内容：
零件加工的工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。
．产品特征，质量标准。
2．原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准。
3．生产工艺流程。
4．主要工艺技术条件、半成品质量标准。
5．生产工艺主要工作要点。
6．主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数。
7．工艺技术指标的检查项目及次数。
教
学
过
程
8．专用器材特征及质量标准。
1）工艺规程是指导生产的主要技术文件机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。
处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。
如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。
2）工艺规程是生产准备工作的主要依据
车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。
如：
新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。
3）工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件
新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。
（二）工艺规程制订时所需要的原始资料
设计工艺规程必须具备以下原始资料：
·产品装配图、零件图。
·产品验收质量标准。
·产品的年生产纲领。
·毛坯材料与毛坯生产条件。
·制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和当前的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料。
·工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准。
·国内外有关制造技术资料等。
（三）工艺规程制订的步骤及方法
1、定位基准及选择
2、工艺路线的制订
3、加工余量、工序间尺寸及公差的确定
4、工艺尺寸链
5、时间定额和提高生产率的工艺途径
6、工艺方案的比较与技术经济分析
7、自动生产线和柔性制造系统
四、课堂小结：
总结本堂课的内容、提醒注意课堂纪律。
审阅签名:
理论课教案
2011年3月8日第3周星期2第3、4节
第二章数控加工的工艺基础
第1节：
机械加工工艺规程的制订
授
课
方
式
讲授
作
业
无
教
学
目
的
1、了解定位准的选择标准
2、掌握制订工艺路线的方法
选用
教具
挂图
无
重
点
掌握机械加工工艺路线的制订步骤及方法
难点
机械加工工艺路线的制订
教
学
回
顾
上次课我们了解了工艺规程的作用以及制订其所需要的工艺文件。
概括讲解了制订工艺规程的方法及步骤（5分钟）
说
明
教
学
过
程
五、检查学生的到课情况，着装是否符合上课要求，然后引入新课。
（5分钟）
六、主要内容：
1）、定位基准的选择
2）、工艺路线的实例讲解
三、教学过程：
（70分钟）
（一）定位基准的选择
基准的概念
1、基准：
指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。
零件都是由若干表面组成，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。
模具零件表面间的相对位置要求包括两方面：
表面间的距离尺寸精度和相对位置精度（如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等）要求。
研究零件表面间的相对位置关系离不开基准，不明确基准就无法确定零件表面的位置。
基准就其一般意义来讲，就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。
2、基准分类：
设计基准和工艺基准
工艺基准又可分为：
①工序基准：
是工序图上用来确定本工序所加工表面加工后应达到的尺寸、形状、位置所用的基准。
②定位基准：
是在加工中确定工件位置所用的基准。
教
学
过
程
③测量基准：
测量时所采用的基准。
④装配基准：
是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准
3、定位基准的选择
粗基准：
用未加工过的表面所作的定位基准。
精基准：
用已加工过的表面所作的定位基准。
（1）粗基准的选择原则
选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。
选择原则为：
①为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准； 若工件上有几个不需加工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。
②合理分配各加工表面的余量
③尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。
④粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。
（2）精基准的选择原则
选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。
选择原则为：
①基准重合原则。
即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。
②基准统一原则。
即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度。
③自为基准原则。
即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度。
④互为基准。
对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。
⑤保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。
制订工艺路线实例（课本P26）
1、零件图的研究和工艺分析
2、毛坯的制造形式
3、加工方法的选择
4、加工阶段的划分
5、工序的集中与分散
6、定位基准的选择
7、热处理工序的安排
8、辅助工序的安排
四、课堂小结：
总结本堂课的内容、提醒注意课堂纪律。
审阅签名:
理论课教案
2011年3月14、15日第4周星期1第1、2节/星期2第3、4节
第二章数控加工的工艺基础
第2节：
机床工序的设计
授
课
方
式
讲授
作
业
无
教
学
目
的
1、加工余量的确定
2、工序基准的选择
3、工序尺寸及公差的确定
4、切削用量的确定
选用
教具
挂图
无
重
点
1、加工余量的确定
2、工序基准的选择
3、工序尺寸及公差的确定
4、切削用量的确定
难点
1、工序基准的选择
2、切削用量的确定
教
学
回
顾
上次课我们了解了工艺规程的作用以及制订其所需要的工艺文件。
概括讲解了制订工艺规程的方法及步骤、重点讲解了定位基准的选择（5分钟）
说
明
教
学
过
程
一、检查学生的到课情况，着装是否符合上课要求，然后引入新课。
（5分钟）
二、主要内容：
1、加工余量的确定
2、工序基准的选择
3、工序尺寸及公差的确定
4、切削用量的确定
三、教学过程：
（70分钟）
（一）加工余量的概念
加工余量：
是指使加工表面达到所需的精度和表面质量而应切除的金属表层。
加工余量分为工序余量和加工总余量两种。
工序余量：
是指相邻两工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金属层厚度。
加工总余量：
又称为毛坯余量，是指毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差
基本余量:
设计时给定的余量
工序间加工余量:
又称为工序余量，是指相邻两工序尺寸之差
工序余量公差:
本工序的最大余量与最小余量之代数差的绝对值，等于本工序的公差与上工序公差之和
教
学
过
程
单面加工余量:
加工前后半径之差，平面余量为单面余量
双面加工余量:
加工前后直径之差
影响加工余量的因素
影响因素
说明
加工前（或毛坯）的表面质量（表面缺陷层深度H和表面粗糙度）
⑴铸件的冷硬、气孔和夹渣层，锻件和热处理件的氧化皮、脱碳层、表面裂纹等表面缺陷层，以及切削加工后的残余应力层
⑵前工序加工后的表面粗糙度
前工序的尺寸公差Ta
⑴前工序加工后的尺寸误差和形状误差，其总和不超过前工序的尺寸公差Ta
⑵当加工一批零件时，若不考虑其他误差，本工序的加工余量不应小于Ta
前工序的形状与位置公差（如直线度、同轴度、垂直度公差等）ρa
⑴前工序加工后产生的形状和位置误差，两者之和一般小于前工序的形状和位置公差
⑵当不考虑其他误差的存在，本工序的加工余量不应小于ρa
⑶当存在两种以上形状与位置误差时，其总误差为各误差的向量和
本工序加工时的安装误差εa
安装误差等于定位误差和夹紧误差的向量和
（二）工序基准的选择
1、在工序图上，用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、位置的基准，称为工序基准。
由于定位基准与设计基准不重合而造成的定位误差称为基准不重合误差，以ΔB来表示。
图3-61a所示为零件简图，在工件上铣缺口，加工尺寸为A、B。
图3-61b为加工示意图，工件以底面和E面定位，C为确定刀具与夹具相互位置的对刀尺寸，在一批工件的加工过程中C的位置是不变的。
加工尺寸A的设计基准是F，定位基准是E，两者不重合。
当一批工件逐个在夹具上定位时，受尺寸S±δS/2的影响，工序基准F的位置是变动的，F的变动影响A的大小，给A造成误差，这个误差就是基准不重合误差。
显然基准不重合误差的大小应等于定位基准与设计基准不重合而造成的加工尺寸的变动范围，由图
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