《数控加工技能实训》教学教案

第1节数控加工在机械制造业中的地位和作用

【教学目标】通过本节的教学：了解数控加工在机械制造业中的地位，掌握

数控加工在机械制造业中的作用。

【教学币:点】导入数控的概念，知道数控加工技术在机械制造业中的地位和

作用。

【教学难点】理解数控加工与传统加工的区别。

【难点点化】通过校内车间现场观摩数控加工与传统加工的主要区别。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导、数字化课程作业

【教学内容】

1.1数控加工在机械制造业中的地位和作用

通过参观校内数字化车间，认识数控。

从社会发展的大环境下展示了数控加工在机械制造业中的地位和作用。企业的

发展历程从60年代的如何做的更多，70年代的如何做的更便宜，80年代如何做的

更好，90年代的如何做的更快。

在机械产品中，单件和小批量产品占到70%〜80%。由于这类产品的生产批

量小、品种多，一般都采用通用机床加工，其自动化程度不高，难于提高生产效率

和保证产品质量。要实现这类产品生产的自动化成为了机械制造业中长期未能解决

的难题。为解决大批大量生产的产品的高产优质问题，一般采用专用机床、组合机

床、专用自动化机床以及专用自动生产线和自动化车间进行生产。但其生产周期长,

产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。

现代机械产品的一些关键零部件，往往都精密复杂，加工批量小，改型频繁，

显然不能在专用机床或组合机床上加工。而借助靠模和仿形机床，或者借助划线和

样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。特别对空间

的复杂曲线曲面，在普通机床上根本无法实现。

（视频来源：网络）

随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机

械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品的

生产设备提出了高性能、高精度和高自动化的要求。在机械产品中，单件和小批量

产品占到70%〜80%。由于这类产品的生产批量小、品种多，一般都采用通用机

床加工，其自动化程度不高，难于提高生产效率和保证产品质量。要实现这类产品

生产的自动化成为了机械制造业中长期未能解决的难题。为解决大批大量生产的产

品的高产优质问题，一般采用专用机床、组合机床、专用自动化机床以及专用自动

生产线和自动化车间进行生产。但其生产周期长，产品改型不易，因而使新产品的

开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。

现代机械产品的一些关键零部件，往往都精密复杂，加工批量小，改型频繁,

显然不能在专用机床或组合机床上加工。而借助靠模和仿形机床，或者借助划线和

样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。特别对空间

的复杂曲线曲面，在普通机床上根本无法实现。

为:，忤*稍4”小净代

MMMmtnvoV<MCMWUU<UnwCKnuxnM常见数控加工零件

传统的生产方式，需要多台设备分别实现不同的工艺手段，而现代的生产

方式是尽量实现工艺复合化，在一台设备上实现多种加工工艺的加工方法。

翘沂:“*中猫，4,小、ftJ能复合化

复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法.

时间短・黛合加工（W集约）

传

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至

V

式

加

工

至

■《数控编程理论与实训》教案第一章绪论

第2节数控技术的发展

【教学目标】通过本节的教学：了解数控技术的发展过程及其发展趋势。

【教学重点】知道数控技术的产生，了解我国数控技术的发展趋势。

【教学难点】无。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导、数字化课程作业

【教学内容】

1.2数控技术的发展

1.2.1数控机床的出现

1.2.2数控技术发展的几个主要阶段

表1.1数控技术发展的六个主要阶段

数控系统发展的历史出现年代数控系统发展的历史出现年代

第一代第四代

19521970

电子管数控系统小型计算机数控系统

第二代1959第五代1974

晶体管数控系统微处理器数控系统

第三代第六代

19651990

集成电路数控系统基于工业PC的通用CNC系统

1.2.3我国数控技术发展概况

1.2.4数控技术发展趋势

1.数控控制器发展趋势

(1)高性能的控制器

(2)伺服驱动器向数字化、交流化和智能化方向发展

(3)控制器的开放性能

(4)智能化的控制器

2.数控机床发展趋势

⑴高速、高效、高精度、高可靠性

⑵模块化、智能化、柔性化和集成化

(3)开放性

⑷出现新一代数控加工工艺与装备

数控:

数控是数定拴制的简称，数控技术是利用数字化信息对机械运动及加工过程进

行控制的一种方法。

本:

NCtNumericalControl):代表旧版的、最初的数控技术。

CNCfComputerizedNumericalControl):计算机数控技术--新版，数控的首选

缩写形式。

早期的数控系统是由硬件电路构成的称为硬件数控(HardNC),1970年代以

后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替而称为计算机数控系统，一般是采用专

用计算机并配有接口电路,可实现多台数控设备动作的控制。因此现在的数控一般

都是CNC(计算机数控)。(图片来源：网络)

数控机床:

数控机床是数字控制机床(Computernumericalcontrolmachinetools)

的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑

地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码

化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发

出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地

将零件加工出来。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，

是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展

方向，是一种典型的机电一体化产品。

1952年，美国帕森斯公司(PARSONS)和麻省理工学院

(M.I.T)合作研制成功世界上第一台三坐标数控机床，用它来加

工直升飞机叶片轮廓检查用样板。

《数控编程理论与实训》学案第一章绪论

第3节数控技术的特点

【教学目标】通过本节的教学：了解数控机床的组成，掌握数控机床的工作

原理、分类及特点。

【教学币:点】数控机床的工作原理与分类、特点。

【教学难点】数控机床的原理、按伺服控制方式分类。

【难点点化】结合课程的教学动画充分理解数控机床的工作原理以及各伺服

控制方式的区别。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导、数字化课程作业

【教学内容】

1.3数控机床的工作原理及基本组成

1.2.1数控机床的工作原理

1.2.2数控机床的组成

反馈系第

1.2数控机床的分类

1.3.1按加工方式分类

1、切削机床类

2、成型机床类

3,特种加工机床类

4、其他机床类

1.3.2按控制系统功能分类

1.点位控制数控机床

2.点位直线控制数控机床

3.轮廓控制数控机床

1.3.3按伺服控制方式分类

1.开环控制数控机床

2.闭环控制数控机床

3.半闭环控制数控机床

1.3.4数控机床的加工特点

1.3.5数控机床的使用特点

越淅:,瑞TMi”小力＜

02数控加工技术的特点

数控车削加工：

（视频来源：三特维克）

数控铳削加工：

（视频来源：三特维克）

常见数控机床的组成及工作原理

数控机床是一种利用信息处理技术进行自动加工控制和金属切削机床，是数控

技术运用的典范。熟悉数控机床的组成，不仅能掌握数控机床的工作原理，同时掌

握了数控技术在其它行业的应用。

几种常见数控机床

1.数控车床

图1-19所示为数控车床外观图。数控车床一般为两轴联动功能，Z轴是与主

轴方向平行的运动轴，X轴是在水平内与主轴方向垂直的运动轴。在车铳加工中心

上还多了一个C轴，用于实现工件的分度功能，在刀架中可安放铳刀，对工件进

行铳削加工。

图1-19数控车床

2.数控铳床

数控铳床适于加工三维复杂曲面，在汽车、航空航天、模具等行业被广泛采用,

图1-20所示为数控铳床。数控铳床可分为数控立式铳床、数控卧式铳床、数控仿

形铳床等。

图1-20数控铳床

3.加工中心

数控加工中心是具有自动刀具交换装置，并能进行多种工序加工的数控机床。

加工中心上可在工件一次装夹中进行铳、锋、钻、扩、较、攻螺纹等多工序的加工。

一般的加工中心常常是指能完成上述工序内容的镇铳加工中心，可分为立式加工中

心和卧式加工中心，立式加工中心的主轴是垂直的，卧式加工中心的主轴是水平方

向的。

在加工中心上，一个工件可以通过夹具安放在回转工作台或交换托盘上，通过

工作台的旋转可以加工多面体，通过托盘的交换可更换加工的工件，以提高加工效

率。

4.数控磨床

数控磨床主要用于加工高硬度、高精度表面。可分为数控平面磨床、数控内圆

磨床、数控轮廓磨床等。随着自动砂轮补偿技术、自动砂轮修整技术和磨削固定循

环技术的发展，数控磨床的功能越来越强。图1-22所示为数控平面磨床。

图1-22数控平面磨床

5.数控钻床

数控钻床主要完成钻孔、攻螺纹功能，同时也可以完成简单的铳削功能，刀库

可存放多种刀具。数控钻床可分为数控立式钻床和数控卧式钻床。

6.数控电火花成形机床

图1-23所示为数控电火花成形机床，属于一种特种加工机床。其工作原理是

利用两个不同极性的电极在绝缘液体中产生放电现象，去除材料进而完成加工。非

常适用于形状复杂的模具及难加工材料的加工。

图1-23数控电火花机床

7.数控线切割机床

数控线切割机床的工作原理与电火花成型机床一样，其电极是电极丝，加工液

一般采用去离子水。图1-24所示为数控线切割机床。

数控机床的组成

数控机床主要是由输入输出设备、数控装置、伺服系统、检测反馈系统和机床

本体等几部分组成，而现在计算机数控机床由程序、输入输出设备、计算机数控装

置，可编程控制器、主轴控制单元及速度控制单元等几部分组成。（如图1-25）

1、程序的存储介质

在使用数控机床之前，先根据零件图上规定的尺寸、形状和技术条件，编写出

工件的加工程序，将加工工件时刀具相对于工件的位置和机床的全部动作顺序，按

照规定的格式和代码记录在信息载体上。也就是把编写好的加工程序存储在某种存

储介质上，如纸带、磁带或软、硬磁盘等。

2、输入、输出装置

存储介质上记载的加工信息需要输送给机床的数控系统，机床内存中的零件加

工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入输出装置是机床与外部设备的接

口。

键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备，操作人员可通过键盘和显

示器输入加工程序，编辑修改程序和发送操作命令，因此键盘是交互设备中最重

要的输入设备之一。目前常用的输入装置主要有纸带阅读机、软盘驱动器、R232C

串行通信口、MDI方式等。

3、数控装置

数控装置是数控机床的中枢，它接受输入装置送到的数字化信息，经过数控装

置的控制软件和逻辑电路进行译码，运算和逻辑处理后，将各种指令信息输给伺服

系统，使设备按规定的动作执行。

4、伺服系统

伺服系统是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、

驱动控制系统及位置检测组成。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是

伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置检测反馈信号比较后作为位

移指令，再经过驱动控制系统功率放大后，驱动电动机运转，从而通过机械传动装

置托动工作台或刀架运动。伺服系统的作用是来自于数控装置的脉冲信号转换成机

床移动部件的运动，使机床的工作台按规定的移动或精确定位，加工出符合图纸要

求的工件。

常用的伺服电机有步进电动机、电液伺服电机、直流伺服电动机和交流伺服电

动机。

脉冲当量是衡量数控机床的重要参数。数控装置输出一个脉冲信号使机床工作

台移动的位移量叫做脉冲当量（也叫最小设定单位）。常用的脉冲当量为0.001mm/

脉冲，精密机床要求达到0.0001mm/脉冲。每个进给运动的执行部件都有相应的

伺服驱动系统，整个机床的性能也取决于伺服驱动系统。

5、检测反馈系统

检测反馈装置的作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态加

以检测和结果转化为电信号反馈给CNC装置中，通过比较计算出实际的偏差，并

发出纠正误差指令。测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上。按照有无检测装

置，CNC系统可分为开环与闭环系统，而按测量装置安装的位置不同又可分为闭

环与半闭环数控系统。开环数控系统的控制精度取决于步进电动机和丝杠的精度，

闭环数控系统的精度取决于测量装置的精度。在半闭环系统中，位置检测主要用感

应同步器、磁栅、光栅、激光测距仪等。因此，检测装置是高性能数控机床的重要

组成部分。

6、机床本体

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，包括床身、

立柱、主轴、进给机构等机械部件。机床是被控制的对象，其运动的位移和速度以

及各种开关量是被控制的。数控机床采用高性能的主轴及进给伺服驱动装置，其机

械传动结构得到了简化。

为了保证数控机床功能的充分发挥，还有一些如冷却、排屑、防护、润滑、照

明、储运等配套部件和编程机、对刀仪等辅助装置。

三'数控机床的工作原理

1、工作原理

数控机床在加工零件时首先应根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（如刀

具的轨迹坐标点、进给速度、主轴转速、刀具尺寸等）根据工艺方案，夹具选用，

刀具类型选择等确定其他有关辅肋信息0根据加工工艺，用数控机床识别的语言编

制数控加工程序，将编写好程序存放在信息载体上，通过输入介质输送到机床上,

机床数控将程序译码，寄存和运算，向机床伺服机构发出运动指令，以驱动机床的

各运动部件，自动完成对工件的加工，如图1-26所示。

，数控加工的过程

分

制

数

程

工

定

控

析

序

艺

工

编

零

传

分

艺

程

析

件

输

程

序

校

验

数控加工步分

骤详细框图2

图1-26数控机床工作原理

2、数控机床的特点在大批量生产条件下，采用机械加工自动化可以取得较好

的经济效益。与普通机床相比具有如下特点：

1）适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件

在数控机床上改变加工工件时，只需要重新编制工件的加工程序，输入到机床

上，就能实现新工件的加工，不必制造、更换许多工具、夹具、不需要经常调整机

床。因此，数控机床特别适合单件、小批量及试制新产品的开发，缩短了生产周期,

节省了大量工艺装备的费用。

2）加工精度高

数控机床的脉冲当量普遍可达0.001mm/P,传动系统和机床结构都具有很高

的刚度和热稳定性，工件加工精度高，进给系统采用消除间隙措施，机床进给传动

链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿。因此，加工精度高。

3）加工质量稳定、可靠

加工同一批零件，在同一机床，在相同条件下，使用刀具和加工程序，刀具的

走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。

4）生产效率高

工件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间。数控机床可以有效地减少这

两部分的时间。数控机床的主轴转速和进给量的调整范围都比普通机床的范围大，

机床刚性好，机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，极大地提高了生产

率。

5）减劳动强度，改善劳动条件

数控机床加工是自动进行的，工件加工过程不需要人的干扰，加工完毕后自动

停车，这就使工人劳动条件大改善。

6）有利生产管理的现代化

数控机床的加工，所使用的刀具、具可进行规范化、现代化管理。数控机床

使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前与计算机

辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。

四、数控机床按控制方式分类

数控机床按照被控量有无检测反馈装置可分为开环控制系统和闭环控制两种。

在闭环系统中，根据测量装置安放的部位又分为全闭环控制和半闭环控制两种。

1.开环控制系统（OpenloopControl）

开环控制系统的特点是速度和精度都低，但其反应迅速，调度方便，工作比较

稳定，维修简便，成本也较低。

2.闭环控制系统(ClosedLoopControl)

闭环控制系统的特点是加工精度高，移动速度快，但调试和维修比较复杂，稳

定性难以控制，成本也较高。

3.半闭环控制系统(Semi-closedloopControl)

半闭环控制系统的特点是精度及稳定性较高，价格适中，调度维修也较容易,

兼顾了开环控制和闭环控制两者的特点，因此应用比较普遍。

五、按数控机床的性能分类

1、低档数控机床

低档数控机床也称经济型数控机床。其特点是根据实际的使用要求，合理地简

化系统，以降低价格。这类机床的技术指标通常为：脉冲当量为0.01~0.005mm,

快速进给4~10m/min驱动元件为开环步进电动机，联动轴数为2轴。

2、中档数控系统

中档数控机床的技术指标通常为：脉冲当量为0.005~0.001mm,快速进给为

15~24m/min,伺服系统为半闭环直流或交流伺服系统，联动轴数为3轴。

3、高档数控机床

高档数控机床的技术指标通常为：脉冲当量为0.001~0.0001mm,快速进给为

15~100m/min,伺服系统为闭环直流或交流伺服系统，联动轴数为多轴。

■《数控编程理论与实训》学案第一章绪论

第4节常用数控机床的适用范围

【教学目标】通过本节的教学：了解常用数控车床与数控铳床（加工中心）

的加工零件的特点，掌握其各自的适用范围。

【教学重点】数控车床加工零件的特点，数控铳床（加工中心）加工零件的

特点。并根据各自的特点，分析总结出相应的适用范围。

【教学难点】数控车床加工零件的特点，数控铳床（加工中心）加工零件的

特点。

［难点点化】车间现场观摩数控车床所加工的零件与数控铳床所加工的零件

区别与各自的特点。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导、数字化课程作业

【教学内容】

1.4常用数控机床的适用范围

1.4.1数控机床的加工特点

1数控车床的加工特点

2数控铳床的加工特点

3数控加工中心的加工特点

1.4.2数控机床的适用范围

1数控车床的适用范围

数控车床适合于加工圆柱形、圆锥形、各种成形回转表面、螺纹以及各种盘类

工件，并可进行钻、扩、镇孔加工；

2数控铳床（加工中心）的适用范围

立式数控铳镶床或立式加工中心适合加工箱体、箱盖、盖板、壳体、平面凸

轮、样板、形状复杂的平面或立体工件，以及模具的内、外型腔等；

卧式数控铳键床或卧式加工中心适合于加工复杂的箱体、泵体、阀体、壳体等

工件；多坐标联动数控铳床还能加工各种复杂曲面、叶轮、模具等工件。

常用数控机床的适用范围

数控机床与普通机床相比具有许多优点，应用范围还在不断扩大。但是数控

设备的初始投入高，技术复杂，对编程和维修人员要求高。同时常用的数控机床也

因其加工过程的特点，分别都有适用的范围。在选用过程中一定要考虑其适用范围、

考虑其技术经济效益。

数控车床的适用范围

（视频来源：三特维克）

通过视频了解，数控车床通常是两坐标轴数控机床，它能用来加工各种零

件的外圆、内孔、端面、锥面及母线为任意二次曲线的柱面车削加工，适用于回转

体类零件，并可用来钻孔、钱孔等加工。

数控铳（加工中心）适用范围

（视频来源：三特维克）

主要适用于加工形状复杂、工序多、精度要求高的工件。

1、箱体类工件这类工件一般都要求进行多工位孔系及平面的加工，定位精度要求高，在

加工中心上加工时，一次装夹可完成普通机床60%〜95%的工序内容。

2、复杂曲面类工件复杂曲面一般可以用球头铳刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，

但效率低。如果工件存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床。

如飞机、汽车外形，叶轮、螺旋桨、各种成型模具等。

3、异形件异形件是外形不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工。加工异形

件时，形状越复杂，精度要求越高，使用加工中心越能显示其优越性。如手机外壳等。

4、盘、套、板类工件这类工件包括带有键槽和径向孔，端面分布有孔系、曲面的盘套或

轴类工件，如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等；具有较多孔加工的板类零件，如各

种电机盖等。

5、特殊加工在加工中心上还可以进行特殊加工。如在主轴上安装调频电火花电源，可对

金属表面进行表面淬火。

第5节本课程的研究内容和任务

【教学目标】通过本节的教学：熟悉本课程的主要研究内容和教学任务。

【教学重点】了解本课程教学的载体Z轴对刀仪的结构、组成及各组成零件

的名称和加工图纸。

【教学难点】教学载体Z轴对刀仪的结构特点。

【难点点化】通过视频了解Z轴对刀仪的结构，通过对Z轴对刀仪实体零件

的拆解，清楚其中的结构。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导、数字化课程作业

【教学内容】

1.5本课程的研究内容和任务

1.5.1本课程的教学载体

1.5.2本课程的主要研究内容和教学任务

1.5.3本课程与前后课程之间的联系

沂,信；祸f”小序ft四、课程的学习内容

柳沂:福”小啰俊四、课程的学习内容

娜墉程理论与实训

•加工路径设计能力

教程序编制能力

学

能

内

力

容

目

与

标

技

能

•刀具的选用能力•自动编程能力

•夹具的选用能力•多轴加工能力

•工艺规程编药能力•宫建加工能力

四、课程的学习内容

教学安排

_

3_4

数

数

编_

字

程_

_控

能

一

化

_他

一

切

车_

力

作

_削

间_

能

技

鎏_

术

_力

观_.

项目载体零件图纸

第1节金属切削过程基本原理

【教学目标】通过本节的教学：了解金属切削的基本过程，掌握金属切削的

基本原理。

【教学重点】回顾金属切削的基本的概念，了解金属切削的基本过程，熟悉

切削用量的三要素。

【教学难点】理解金属切削的基本原理。

【难点点化】结合教学视频和现场参观充分理解金属切削的基本原理。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导

【教学内容】

1切削运动和切削用量

2金属切削的基本定义

3切削用量对加工质量的影响

4切削刀具的几何角度

金属切削的基本定义

一、切削运动和切削用量

刀具和工件之间的主要指对运动。它使刀具切剂力及其

主守近的刀具表面切入工件豺料，导改鼓切剂层转变为切眉.

,主运动的速度景焉，硝耗功率景火。

运

）机床的主运动只用■一心。

切动

，主运动可以由工件、也可由刀具完成。

削~~7~

运》选媒运动是由九乐线人力提供的刀具和工件之间附加的

进粕对运动，配合主运动，不断地将多余余篇投入切削，以

保持切剂连续或反复地选行的运动,

动给

》或给运动的速度较低，萌耗的功率较，J、。

运

》进检运动不限于一公，可是迷娃的，也可是问歙运动，

动加车剂时的纨向加横向选价。在确定进检运动方向时，一

般卷连劲进给方向或间就运动中的立第一个。

金属切削的基本定义

已加工表面

表三待加工表面

面个

切削用量

切

切削速度

削

用ve=ndn/1000(m/min)

量

三进给量f(mm/min)

要

素

背吃刀量(切削深度)ap(mm

切削用量是指切削速度了、进给量f

(或进给速度)和切削深度。三者又称

为切削用量三要素。aP

1.切削速度Y(m/s或m/min)

切削刃相对于工件的主运动速度称为切

削速度.即在单位时间内，工件和刀具沿

主运动方向的相对位移。

当主运动为旋转运动时，切削速度为:

兀dwn

v=(m/s)

1000X60

式中：dw—待加工表面直径（mm）

n—工件或刀具的转速（r/min）

当主运动为往复直线运动（如刨削）时,切削速度为:

2L-w

V=-------------(m/s)

1000X60

式中：主运动每分钟往复次数（次/min）;

L—往复直线运动行程长度（mm）.

2.进给量/

工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在

进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位

是mm/r（或mm/双行程）。

进给速度乙一指单位时

间的进给量。

进给量与进给速度之间的

关系为：

Vf=irf/60(mm/s)

3.切削深度Qp(nim)

切削深度指待加工表面与已加工表面之间的垂直

距离。如车外圆时，

C_LdIw-dnt

式中：

d”待加工表面直径(mm)

-已加工表面直径(mm)

切削用量对加工质量的影响

■切削深度和进给量增大，都会使切削力增大，工件变形

增大，并可能引起振动，从而降低加工精度和增大表面粗

糙度Ra值。

■进给量增大还会使残留面积的高度显著增大，表面更加

粗糙。

■切削速度增大时，切削力减小，并可减小或避免积屑瘤,

有利于加工质量和表面质量的提高。

刀具的几何参数

力具标注角度参考余

a)b)

刀具标注角度参考余

车刀的标注角度

刀具的工作角度

刀具的工作角度

刀具的工作角度

FT具安装对工作角度的影响

切削层参数

车外圆的切削层参数（匕=°时）

第2节金属切削过程及控制

【教学目标】通过本节的教学：了解切屑的形成，积屑瘤的产生过程，清楚

刀具磨损的原因。

【教学重点】了解切削力、切削热、切屑、积屑瘤的基本概念。

【教学难点】理解金属切削过程，知道切削液作用。

【难点点化】结合教学视频和现场参观充分理解金属切削过程，通过阅读材

料掌握切削液的作用。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导

【教学内容】

1切屑的分类

2积屑瘤的产生及控制方法

3切削力、切削热

4刀具磨损

5切削液的作用

金属切削过程及控制

（视频来源：三特维克）

金属切削过程中的滑移线和流线

二$

（1）积屑瘤对切削过程的影响:

1）积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切

削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨

损。

2）积屑瘤使刀具的实际工作前角增大，而且，积屑

瘤越高，实际工作前角越大，刀具越锋利。

3）积屑瘤前端伸出切削刃外，直接影响加工尺寸精

度。

4）积屑痛直接影响工件加工表面的形状精度和表面

或扁・育度及其富修工作附*粗糙度。

（2）积屑痫的成因：

1）工件材料的塑性；

2）切削速度；

3）刀具前角；

4）冷却润滑条件.

3.影响切削力的冏叠

1）工件材料的性能对切削力有显著的启

工件材料的硬度或强度愈高，材料的

总切削力的来源有两个方面：剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的

一是克服被加工材料对弹性变形和塑抗力也愈大，故切削力也愈大。

性变形的抗力：

二是克服切筋对刀具前面的摩擦阻力

和工件表面对刀具后面的摩擦阻力.

2）切削用量对切削力的影响

a）背吃刀量叩和进给盘网切削力的影响;从减小切削力和节省动力消耗的观点出

发，在切除相同余亩的条件下,增大/

比增大0。更为有利.

靠:7・年若怒力，・切削力/

3.影响切削力的卜

3.影响切削力上

3）刀具几何参数对切削力的影响

3）刀具几何参数对切削力的影响

c）刃倾角而对切削力的影响;

a）前角力。对切削力的影响；

前角y。"，刀刃锋利/变形抗力/切削力/

3.影响切削力的号氟

3)刀具几何参数对切削力的影响,

e)使用切削液对切削力的影响；

切削照的来源与传出

3影响切削温度的主要因素(2)切削用R

(1)工件材料在切削用量中，切削速度对切刖温度版速最

工件材料的强度、硬度越高,总切削力越大，人

单位时间内产生的热晟越多，切削温度也就越高.随着切削速度的提高,材料切除率随之成正比

例的增加.但I・着切削速度的提高，切屑变形相应

工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切减小，所以，切削功和切削热虽然有所增高,但不

削热相应增多，切削区的平均温度降低。可能成正比例的增高,因此，切削温度也不会成正

比例的增高.

例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导

热系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢

的切削温度高于切削45钢的切削温度.

3.影响切削温度的主要限

综上所述，切削用量对切削温度的影

度以切削速度为最大，进给■次之，背吃刀

量最小.

因此，若要切除给定的余最，又要求切削

温度较低，则在选择切削用员时，应优先考

虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的

进给量,最后再选择合理的切削速度.

上述切削用量选择原则是从最低切削温度

出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程

时，确定切削用品的原则。

四、刀具磨损与刀

刀具失效

(4)切削液刀具磨损

刀具破损

四、刀具磨损与刀四、刀具磨损与刀

2.刀具磨损的原因

(1)擦伤磨损(任何切削温度)

(2)粘结磨损

(3)扩散磨损(高速切削)

(4)氧化磨损(高速切削)

四、刀身杳螺后力^^四、刀具磨损与刀

2.刀具磨损的原因3.刀具磨损过程及磨钝标准

(1)擦伤磨损(1)刀具的磨损过程

(2)粘结磨损

(3)扩散磨损

(4)氧化磨损

图347切阴温度对磨损影响的示意图

①擦饬磨报②粘结磨换切削时M（，）

③扩散磨忸④氧化磨损■欣合令+”的AF*忸曲线

art*.«r-45*.«<r*l50*'Min<

四、刀具磨损与刀

四、刀具磨损与刀

3.刀具磨损过程及磨钝标准

刀具磨损过程及磨钝标准

(2)刀具的磨钝标准3.

刀具允许达到的最大的磨损量，称为(2)刀具的磨钝标准

“磨钝标准”.

对于一般就，常以后国磨建强亮度U

叁脚作为磨钝谭箧充取具

S百疏野I中I的精加工刀具,常以径向

磨损量“的允许值作为磨钝标准.

图5*39车刀的径向磨损

(2)刀具的磨钝标/

1)精加工阳=0.1mm〜0.3mm；

粗加工VB=0.6mm~0.8mm.»

2)工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝

标准；

3)粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金

时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。

4)加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的

磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。

第3节数控机床使用的刀具

【教学目标】通过本节的教学：了解数控刀具的种类，熟悉刀具材料及选用,

清楚可转位刀片及代码，熟悉常用刀具的使用场合。

【教学重点】熟悉刀具选用原则、掌握可转位刀片的代码。

【教学难点】熟悉常用刀具的使用场合，掌握常用刀具可转位刀片的代码。

［难点点化】车间现场参观了解常用刀具的编号代码及使用场合。

【教学时数】1学时

【课程类型】理实一体化课程

【教学方法】数字化课程教学、课堂提问、请老师辅导

【教学内容】

1数控刀具的种类

2刀具材料及选用

3可转位刀片及代码

4常用刀具的使用场合

数控机床使用的刀具

(视频来源：三特维克)

数控刀具的种类

数控刀具是指与数控机床相配套使用的各种刀具的总称，是数控机床不可缺少

的关键配套产品。数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特

点，一般包括刀具及连接刀柄两部分。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此

已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法，按刀具材料成分：高速钢刀

具、硬质合金刀具、金刚石刀具、陶瓷刀具、涂层刀具等；按刀具结构分：整体式、

机夹可转位式、镶嵌式、焊接式、特殊形式等；按切削加工工艺分：车削刀具、钻

削刀具、铳削刀具、镜削刀具等。加工中心所使用的刀具属铳削刀具，它的刀具由

刃具和刀柄两部分组成。刃具有面加工用的各种铳刀和孔加工用的钻头、扩孔钻、

镇刀、钱刀及丝锥等。刀柄要满足机床主轴的自动松开和拉紧定位，并能准确地安

装各种切削刀具和适应换刀机械手的夹持等。

近几年，机夹式可转位刀具在数控加工中得到了广泛应用，在数量上已达到整

个数控刀具的30%〜40%,金属切除量占总数的80%〜90%。

1、数控加工铳刀的种类

常用铳刀的种类很多，一般有面铳刀、立铳刀、模具铳刀、键槽铳刀和鼓形

铳刀等。

(1)面铳刀

面铳刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃，常用于端铳

较大的平面。面铳刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr»

高速钢面铳刀按国家标准规定，直径d=80~250mm,螺旋角B=10°,刀齿

数Z=10~26。

硬质合金面铳刀与高速钢铳刀相比，铳削速度较高、加工表面质量也较好，并

可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铳刀按刀片和刀齿

的安装方式不同，可分为整体式、机夹一焊接式和可转位式三种。

（2）立铳刀

立铳刀是数控铳削中最常用的一种铳刀，其结构如图所示。立铳刀的圆柱表面

和端面上都有切削刃，圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刀为副切削刃。

主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铳

刀端面中心处无切削刃，所以立铳刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面

相垂直的底平面。