《机械制造技术》第8课 认识数控车床

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课题认识数控车床——数控机床基础知识课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：了解数控机床的组成、工作原理和工作特点思政育人目标：感受制造强国、创新强国、研发强国的重要性，传承培养大国工匠精神的职业理念教学重难点教学重点：数控机床的组成，数控机床的工作原理，数控机床的工作特点教学难点：数控机床的工作原理教学方法启发式、讲授法、案例分析法、讨论法、总结法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计→考勤（2min）→教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】上传预习资料，发布预习任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务查找数控机床的相关资料，思考数控机床与普通金属切削机床有什么联系和不同，通过发起的线上任务，讨论这些数控机床的组成和工作原理。【学生】完成课前任务通过课前任务，培养学生独立收集资料的能力，加深对数控机床的认识，锻炼其观察、分析、总结的能力考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况互动导入

（5min）【教师】讲述十三届全国人大四次会议对智能制造和绿色制造工程提出的要求，并提出问题数控机床集现代机械制造技术、计算机技术、网络通信技术、控制技术、液压气动技术、光电技术等于一体，具有高精度、高效率的加工特点，其发展及应用是实现制造业升级的重要基础。数控机床如此重要，它有哪些部分组成，是如何工作的，又有什么样的工作特点呢？【学生】聆听、思考、回答结合国家战略部署计划，引入思政教育，采用提问引导的方式明确本节课知识重点，培养学生主动思考的能力，激发学生的学习兴趣传授新知（35min）【教师】通过学生的回答引出要讲的知识，讲解数控机床的相关知识一、数控机床概述数控机床的全称为数字控制机床，是指按加工要求预先编制程序，由控制系统发出数字信息指令进行加工的机床。1、数控机床的组成数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统﹑机床本体、测量反馈装置五个部分组成。控制介质：是指将编好的加工程序进行存储，并传送到数控系统的载体，如磁盘、移动硬盘等。数控系统：是数控机床的核心部分，主要由输入装置、控制器、运算器和输出装置四部分组成。其功能是接受输入的加工程序，对其编译、运算和逻辑处理后形成控制指令，然后将控制指令输出给伺服系统。伺服系统：是数控机床的执行机构，由伺服驱动电路和伺服驱动元件组成。它的作用是接受来自数控系统的控制指令，并将其转换成机床工作部件的直线位移或角位移运动。机床本体：是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。它包括主运动部件、进给运动部件（如工作台、滑板及其传动部件）、床身、立柱及辅助运动部件等。测量反馈装置：将数控机床各个坐标轴的实际位移量、速度参数检测出来，转换成电信号，反馈到机床的数控系统中。2、数控机床的工作原理数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的加工图样和加工工艺要求，将加工过程中机床各工作部件的动作和位置等信息编成加工程序。数控系统通过控制介质读入加工程序，将其编译成机器能够识别的控制指令。控制指令与测量反馈装置反馈的位置和运动数据，经数控系统运算和逻辑处理后输出给伺服系统。控制指令经伺服驱动电路进行功率放大和整形处理后输出给伺服驱动元件，由伺服驱动元件带动机床主轴、工作台等机床本体工作部件，严格按照规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图样和工艺要求的零件。3、数控机床的工作特点数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多品种的零件的加工问题，是一种高效能的柔性自动化机床。与普通机床相比，数控机床具有以下特点。（1）加工精度高。数控机床可按预定的加工程序自动加工，加工过程不依赖人工操作，加之数控机床本身的刚度好、精度高，并可利用软件进行精度校正和补偿，因此可以获得较高的加工精度和稳定的加工质量。（2）加工适应性强。数控机床加工不同的零件时只需要改变数控加工程序即可，这为复杂结构的单件小批生产以及新产品的试制提供了极大的便利。（3）自动化程度高。采用数控机床进行加工时，操作人员仅需要在加工前进行调整准备工作，输入程序启动后，机床可自动连续加工直至结束，其间不需要人工操控，自动化程度高。（4）生产效率高。数控机床具有良好的结构刚性，可进行大切削用量的强力切削，有效节省切削时间。此外，数控机床还具有自动变速、自动换刀、自动交换工件和其他自动化辅助操作等功能，且不需要工序间的检测，使辅助时间缩短，提高了生产效率。（5）经济效益好。数控机床虽然价格昂贵，但在生产中可节省划线、调整、加工、检验等工作，节省直接生产费用和工艺装备费用。此外，数控机床的加工质量稳定，可有效降低废品率，使生产成本进一步降低。因此，数控机床具有较好的整体经济效益。。【知识链接】教师讲解柔性制造系统柔性制造系统简称FMS（flexiblemanufacturesystem），是指由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。它包括多个柔性制造单元，每个柔性制造单元由一台或多台数控机床构成，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批生产。柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，解决了机械制造高度自动化与高度柔性化之间的矛盾。二、数控车床【多媒体】展示“数控车床”的图片（详见教材），引出数控车床的相关知识数控车床是指对工件进行车削加工的数控机床，它是数控机床中应用最广泛的一种。数控车床可以加工各种复杂的回转体零件。在结构上，数控车床与普通卧式车床类似，主要由主轴箱、刀架、进给系统、床身、液压系统、冷却系统、润滑系统等组成。不同的是，数控车床的进给系统采用伺服电动机，经滚珠丝杠驱动滑板和刀架，从而实现Z向（纵向）和X向（横向）进给运动。数控车床按主轴配置形式可分为卧式数控车床和立式数控车床。……详见教材三、数控铣床和加工中心1、数控铣床【多媒体】展示“数控铣床”的图片（详见教材），引出数控铣床的相关知识数控铣床是指主要采用铣削方式加工工件的数控机床，它是机械加工中应用非常广泛的一类机床，主要用于加工零件的轮廓。数控铣床按主轴配置形式的不同可分为立式数控铣床、卧式数控铣床和立卧两用数控铣床。数控铣床多为三坐标进给运动，即有三个沿导轨方向的直线进给运动，如左右、前后和上下方向，通常用X轴、Y轴和Z轴对这三个运动方向进行命名。数控铣床的三个进给运动方向中，若只有两个坐标运动方向可以联动进给，则称该机床为两轴半数控铣床；若可以实现三个坐标轴的联动加工，则称该机床为三轴联动数控铣床；对于有特殊加工需求的数控铣床，还可以增加一个回转轴的运动，即增加一个数控回转工作台，这种机床被称为四轴联动数控铣床。☞【教师】提问：“思考一下，两轴联动、三轴联动、四周联动的数控铣床分别可以应用于加工哪些零件？”，组织学生进行小组讨论并派代表回答问题☞【学生】聆听、分组、思考、讨论、回答问题☞【教师】总结学生的回答两轴半数控铣床，可用来加工平面曲线的轮廓；三轴联动数控铣床，可用来加工空间曲面；四轴联动数控铣床，可以用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。2、加工中心【多媒体】展示“加工中心”图片（详见教材），引出加工中心的相关知识加工中心是将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合起来，并装有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床。加工中心按结构形式的不同可分为立式加工中心和卧式加工中心。立式加工中心至少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动，有的可进行五轴、六轴控制，其主轴轴线是垂直的。立式加工中心能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹等工序，适用于加工板类、盘类、模具及小型复杂壳体类零件，其结构简单，占地面积较小。卧式加工中心的主轴轴线是水平的。卧式加工中心在汽车、航空航天、船舶等行业被大量用于复杂零件的精密和高效加工。与立式加工中心相比，卧式加工中心结构复杂，占地面积大，费用也较高，而且加工过程不便观察，零件的装夹和测量不方便，但加工时切屑排出较为方便。☞【教师】提问：“根据所学知识，尝试分析加工中心和数控铣床、数控车床之间的区别与联系”，并随机抽取学生回答☞【学生】聆听、思考、回答问题☞【教师】总结学生的回答数控加工中心和数控车床，他们的共同点就是在普通的机床上加装了数控系统，加装了数控系统的车床叫数控车床，加装了数控系统的铣床叫数控铣床，在数控铣床上边再加装了刀库那就叫做加工中心了。【学生】聆听、理解、记忆通过知识讲解与师生互动等方式，让学生了解数控机床的相关知识，通过提问引导和小组讨论的方式，提升学生的学习兴趣和积极性，训练学生的逻辑性思维能力项目实践

（43min）认识数控车床【教师】带领学生到机械加工车间对数控车床进行参观学习，组织学生以小组形式开展项目训练活动，描述任务并发布任务要求（1）了解数控车床的结构。观察数控车床的外观，对照教材或其他资料了解该数控车床的主要组成部分。（2）了解数控车床的工作原理和工作特点。启动数控车床，观察数控车床的运动，对照教材或其他资料了解该数控车床的工作原理和工作特点。（3）总结讲述。各组对所观察到的数控车床进行讨论、总结，并从结构、工作原理、工作特点方面与普通机床进行对比分析，制作PPT。【学生】聆听、观察、分析思考，分组制作PPT【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题通过现场观察的形式，加深学生对常用机床结构的理解；采用分组制作PPT的方式，锻炼学生的综合分析能力和逻辑思维能力通过学生的实时反馈进行针对性指导，引导学生查漏补缺，夯实基础课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课介绍了数控机床的相关知识，对数控机床的组成、工作原理和工作特点进行了讲解，以数控车床和数控铣床为例，介绍了常用金属切削机床的组成结构和工作特点，希望大家课下继续完善充实PPT的内容，巩固所学的理论知识。【学生】