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1 机械制造基础 ( 金工实习 ) (ME035/ME036/ME037) 教 案 上海交通大学 工程训练中心 2014 年

2 目 录 车削加工教案... 1 铣床技术教案 磨削加工技术教案 钳工实习教案 热加工工艺教案 铸造实习教案 焊接技术实习教案 切割焊接实习教案 热处理教案 数控车床加工技术教案 斜床身数控车床加工技术教案 数控铣床加工技术教案 加工中心教案 线切割及电蚀加工技术教案 激光雕刻教案 激光加工教案 快速成型技术教案 AutoCAD2004 二维制图教案 MasterCAM 课程教案 创新教案 测量技术教案 三维零件测量教案

3 车削加工教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实践项目 : 普通车床实习 二 教学时间 :6~18 学时 (1~3 天 ) 三 教学设备 : 1. 设备 :CA616 车床 2. 工具 : 卡盘扳手 刀架扳手 活顶尖 活扳手 3. 刀具 :90 偏刀,45 弯头车刀,60 螺纹刀, 切槽刀, 滚花刀 4. 量具 : 游标卡尺,0~25 千分尺 5. 实习用金属材料 6. 教具 : 挂图 电视等 四 教学目标车削加工是金属切削加工中最常用的加工方法之一, 通过车削加工的实践教学, 使同学掌握车工的基本操作技能, 了解车削加工常见的加工方法和工艺特点, 能比较正确使用常见的工 夹 量 刀具, 并能独立完成简单零件的加工制造 在培养学生的创新能力 实际操作能力 分析问题和解决问题的能力 五 教学内容 : ( 一 ) 知识掌握点 1. 了解车削加工的基本知识, 车削加工的工艺特点及加工范围 法 2. 熟悉车刀的组成及安装, 常用刀具的材料 3. 熟悉卧式车床的组成及其主要功用, 卧式车床的主要调整方法 4. 掌握车外圆 车端面 钻孔 滚花 车螺纹 切断以及车圆锥面的加工方法和测量方 5. 掌握常用量具的使用方法, 车削所能达到的尺寸精度和表面粗糙度 ( 二 ) 教学重点 1. 正确调整卧式车床和使用工 夹 量具 2. 车外圆 车端面 钻孔 滚花 车螺纹 切断车圆锥面的加工方法和测量方法 3. 独立完成安装车刀 选择工 夹 量具, 并在卧式车床上完成简单零件的车削加工 ( 三 ) 教学难点 按图纸的技术要求, 正确合理地选择工 夹 量具, 制定简单的车削加工工艺, 并独 立加工完成 1

4 六 具体教学过程 : 1 车工绪论 实习目的 : 在有限的时间内, 掌握车工实习件的加工工艺流程 加工范围及实习大纲要求掌握的基本知识与技能 ( 一 ) 车工绪论 : 简单介绍有关车工实习的一般知识和一些基本要求, 使同学们对车工有个初步了解 ( 二 ) 讲解车床的加工范围 组成 作用及传动等, 使同学们对车床的理论性知识有进一步的了解, 为下一步操作做准备 ( 三 ) 安全教育 2 车床的基本知识 车床是应用最广泛的金属切削机床之一, 它的加工范围很广 ( 一 ) 加工范围车床可以车削外圆 车端面 切断和切槽 钻中心孔 钻孔 镗孔 铰孔 车削各种螺纹 车削内外圆锥面 车削特形面 滚花以及盘绕弹簧等 ( 二 ) 车床要完成以上工作, 必须有一套带动工件做旋转运动和使刀具做直线移动的机构 下面以 C616 型车床为例 讲述一下车床的组成部分及其作用 (1) 床头变速箱 ( 简称床头箱 ): 主要用于安装主轴和主轴的变速机构, 主轴前端安装卡盘以夹紧工件 并带动工件旋转实现主运动 为方便安装长棒料, 主轴为空心结构 (2) 挂轮箱 : 主要用来把主轴的转动传给进给箱, 调换箱内齿轮, 并和进给箱配合, 可以车削不同螺距的螺纹 (3) 进给箱 : 主要安装进给变速机构 它的作用是把从主轴经挂轮机构传来的运动传给光杠或丝杠, 取得不同的进给量和螺距 (4) 溜板箱 : 是操纵车床实现进给运动的主要部分, 通过手柄接通光杠可使刀架做纵向或横向进给运动, 接通丝杠可车螺纹 包括大拖板 中拖板 小拖板和刀架 大拖板是纵向车削用的 ; 中拖板是横向车削用和控制被吃刀量 ; 小拖板是纵向车削较短工件或角度工件 ; 刀架是用来安装车刀 (5) 尾座 : 安装顶尖, 支顶较长工件, 还可安装中心钻 钻头 铰刀等其它切削刀具 (6) 床身 : 用于支撑和连接车床其它部件并保证各部件间的正确位置和相互运动关系 ( 三 ) 传动系统电动机输出动力经皮带轮的传动传给床头变速箱, 变换箱外手柄的位置可使主轴得到各种不同的转速 主轴通过卡盘带动工件做旋转运动 此外主轴的旋转通过挂轮箱 进给箱 丝杠或光杠 溜板箱的传动, 使拖板带动装在刀架上的刀具沿床身导轨做直线走刀运动 如图 : 2

5 ( 四 ) 车床的附件 (1) 三爪卡盘三爪卡盘的三个爪是联动的, 并能自动定心, 适合安装较短的轴类 盘类工件 六方工件, 工件较长时可加尾架顶尖支撑 (2) 四爪卡盘有四个爪, 每个爪可以单独调整, 加紧力较大, 不能自动定心 适合安装方型 椭圆型或不规则形状的工件, 装夹时必须找正, 定中心 (3) 花盘盘上有许多长短不同的穿通槽, 用来安装各种螺栓以紧固工件 (4) 中心架和跟刀架在车削细长轴时, 为增加工件刚性防止工件震动采用中心架或跟刀架, 作为附加支承 ( 五 ) 车床的型号机床的型号是机床产品的代号, 用来表示机床的类别 主要技术参数 性能和结构特点 机床型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字, 按一定规律组合表示 例 C616 普通车床的规格 最大加工直径 320mm 最大加工长度 750mm 转速 45 转 / 分 1980 转 / 分 加工精度 IT8-7 级 粗糙度 切削用量知识介绍 ( 一 ) 切削速度 V: 在单位时间里, 工件和刀具沿主运动方向相对移动的量, 单位是米 / 秒 3

6 ( 二 ) 进给量 F: 主运动 ( 主轴 ) 每旋转一周刀具与工件之间沿进给运动方向的相对移动的距离, 单位是毫米 / 转 ( 三 ) 切削深度 ap: 工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离, 单位是毫米 一般情况下 : 粗加工时,V 下降,F 较大,ap 增加 精加工时,V 增加,F 较小,ap 下降 4 机床演示 [ 教师操作示范 ] ( 一 ) 车刀介绍 : (1) 车刀的组成 : 车刀通常由刀头和刀体组成 由于刀头用来切削, 因此将刀头又称为切削部分 切削部分一般由 三面两刃一尖 组成 三面 前刀面 : 切屑沿着它流动的面, 并由此面脱离工件本体 主后刀面 : 与切削表面相对的面 副后刀面 : 与工件已加工表面相对的面 两刃 主切削刃 : 前刀面与主后面的交线, 担任主要的切削任务 副切削刃 : 前刀面与副后面的交线, 担任少量的切削任务 一尖 : 主切削刃和副切削刃的相交部分, 通常是一小段过渡圆弧 (2) 车刀的主要角度 前角 (γo ) : 基面 ( 水平面 ) 与前刀面之间的夹角 一般选取 5 ~15 作用 : 影响切削刃锋利程度, 增大则刃口锋利, 切削力减少, 切削温度降低, 但是前角过大, 刃口强度降低, 易造成刃口损坏 主后角 (αo): 切削平面与后刀面之间的夹角 一般选取 6 ~8 作用: 减少后刀面与工件之间的摩擦, 同前角一样影响刃口的强度和锋利程度 主偏角 (Kr): 进给方向与主切削刃之间在基面 ( 水平面 ) 上投影的夹角 作用 : 影响切削刃工作长度, 吃刀抗力 刀尖强度和散热条件 主偏角越小, 吃刀抗力越大, 切削长度越长, 散热条件越好 一般选取 45 ~75 副偏角 (Kr ): 进给运动反方向与副切削刃之间在基面上投影的夹角 作用 : 影响已加工表面的粗糙度, 减小副偏角可以使加工表面光洁 一般为 5 ~10 4

7 刃倾角 (λs): 主切削刃与基面间的夹角 一般选取 0±5 作用影响切屑流动方向和刀 尖的强度 刃倾角为正时, 切屑对刀具的压力使刀头及刃口部分容易损坏, 刀头强度较差, 反之则刀头强度较好 (3) 常用刀具材料性能优良的刀具材料, 是保证刀具高效工作的基本条件, 切削过程中, 切削部分要承受很高的温度和压力, 因此刀具材料必须具备以下基本性能 : 高的硬度和耐磨性 ; 足够的强度和韧性 ; 高的红硬性 ( 在高温下保持硬度 HRC>60 的性能 ) 常用车刀材料有 : 高速钢 硬质合金 陶瓷和超硬刀具材料 上述四种车刀材料的牌号分别是 : 高速钢 - 用含有钨 铬 钒等元素的高合金工具钢, 经热处理后硬度可达 HRC62~65 其热硬性较好, 当切削温度不超过 500~600 时, 能保持良好的切削性能, 此材料广泛用于制造钻头 铣刀和齿轮刀具 硬质合金是由碳化钨 (WC) 碳化钛(TiC) 和钴 (Co) 等材料用粉末冶金的方法加工而成 具有很高的热硬性, 在 800~1000 高温下人仍保持高红硬度 ( 相当于 HRC69~81), 但它的缺点是材料硬而脆, 刀刃磨削不易锋利 钨钴类 (YG) 硬质合金 : 适于加工铸铁 青铜等脆性材料 ; 钨钴钛类 (YT) 硬质合金 : 适于加工钢类或其它韧性较好的塑性材料 硬度值 :HRA89~ 92.5; 陶瓷 ( 碳化混合物 )T1: 硬度值 :HRA ; 超硬材料 : 人造金刚石 : 硬度值 :HV9000; 实际生产中使用量最大的是高速钢和硬质合金两种材料的车刀 ( 二 ) 安装车刀, 车端面 ( 可以采用端面车刀 ); 车外圆 ( 可以采用尖刀 弯头刀和偏刀车外 圆 ) ( 三 ) 车削外圆讲解 : 将工件车削成圆柱形外表面的方法称为车外圆 粗车 : 目的是尽快地从工件表面切去大部分的加工余量, 使工件接近最后的形状和尺寸 精车 : 目的是切去粗车留给精车的加工余量, 以保证零件的尺寸公差和表面粗糙度 [ 安全注意事项 ]: 工件夹紧后必须拿下卡盘扳手, 不允许用手去摸旋转的工件和铁削 车端面时, 刀尖要对 准工件中心, 以免车出的端面留下小凸台 操作时, 必须先停车, 后变速 ; 不允许用量具测量旋转中的工件 一 车圆锥面 : 在机械加工中除采用内孔和外圆作为配合表面外, 还常用圆锥体和内锥面作为配合面 例如 : 尾架套筒的锥孔和顶尖 钻头锥柄作为配合面等 (1) 锥面的优点 : 锥面配合紧密, 传递扭矩大, 定心准确, 同轴度高, 拆装方便等优点 因此, 锥体使用非常广泛 锥面是车床上除内外圆柱面之外最常加工的表面之一 5

8 (2) 锥面的组成 : 圆锥角 α; 圆锥半角 α/2; 锥度 C; 大端直径 D; 小端直径 d; 锥体长度 L; (3) 锥面的加工方法 : 转动小拖板法 : 能车整锥体和角度很大的工件 ; 但不能自动走刀, 劳动强度大, 表面光洁 度较难控制, 车锥面较短的工件 偏移尾座法 : 可以自动走刀车锥面, 车出的工件光洁度好, 能车较长的外圆锥 ; 不能车锥 孔及整锥体, 不能车锥度很大的工件 靠模法 : 能车质量较高的内外圆锥, 靠模装置调节范围较小, 一般可调 12 宽刃刀车削法 : 能车较短的内外圆锥, 但精度不高的零件 ( 四 ) 滚花有些工具和机器零件的握手部分, 为了增加摩擦力和使零件表面美观, 经常在零件表面滚出不同的花纹, 这些花纹一般是在车床上用滚花刀滚压而成的 (1) 花纹的种类和选择花纹一般有直纹和网纹 花纹的粗细由节距 p 来决定, 滚花的花纹粗细根据模数来选择, 模数大, 选择的花纹要粗, 反之, 应选择细的花纹 (2) 滚花刀滚花刀可做成单轮 双轮和六轮三种 (3) 滚花的方法滚花是用滚花刀来挤压工件, 使其表面产生塑性变形形成花纹 具体到现场讲解 [ 安全注意事项 ] 滚花时, 工件必须装夹牢固, 用毛刷加润滑液时, 不许把毛刷与工件和滚花刀接触, 以免把毛刷轧坏 滚花时产生的径向压力很大, 要防止工件顶弯对薄壁零件的影响 滚花时不准用手去摸工件, 以免发生事故 ( 五 ) 切槽 : 在工件表面上车削沟槽的方法称为切槽 轴上槽要用切槽刀进行车削 安装切槽 刀时, 刀尖要对准工件轴线 ( 六 ) 车螺纹 : 将工件表面车削成螺纹的方法称为车螺纹 在机械产品中, 带螺纹的零件应用广泛 螺纹有联结 夹固和传动的作用 例如 : 车床主轴与卡盘的连接 ; 方刀架上的螺钉对刀具的紧固 ; 丝杠与螺母的传动等等 因此, 在车床上加工三角螺纹, 是车削中的重要内容 内外螺纹是成双成对使用的, 螺纹能否良好的配合, 主要取决三个基本要素 : (1) 牙型角 α 螺纹在过轴线的轴向截面内相邻两牙侧面的夹角 ; (2) 螺距 P 6

9 螺纹相邻牙两个对应点之间的距离, 单位为毫米 (mm); (3) 中径 d2 (D2) 中径是螺纹上一个假想圆柱的直径, 在中径处螺纹的牙宽和槽宽相等, 只有当内外螺纹的中径相一致时, 二者才能很好的配合 当螺距 大径尺寸都比较小时, 可以在车床上用攻或套螺纹的方法加工出螺纹工件 螺纹的加工方法 : (1) 直进法 (2) 左右切削法 (3) 斜进法 [ 安全注意事项 ]: 车螺纹前, 应对车床倒顺车操纵机构和开合螺母等进行仔细检查, 以防操作失灵而产生事故 在每次切削时, 要注意防止中滑板刻度不要多摇进一圈, 否则会造成车刀损坏 工件扛弯或工件飞出等事故 不能用手去摸螺纹表面 ( 特别是直径小的内螺纹 ), 更不能用纱头或抹布去擦正在旋转的螺纹, 以防连同手指卷入而产生人身事故 七 教学时间安排 : 第一天 : 单元 教学形式 主要内容 目标 计划用时 1 课堂讲授 了解车工概况车工实习简介明确实习目的车床的基本知识掌握车工及工艺方面的基础知识 40 分 2 操作示范 车床演示 熟悉车床基本操作 10 分 3 学生操作 进退刀模拟练习 熟悉车床基本操作 60 分 4 现场讲授及刀具基本知识及安装了解车刀的基本知识及正确的安装操作示范方法方法 70 分 5 学生操作 安装车刀 掌握正确的安装车刀的方法 20 6 操作示范 外圆 端面 台阶的加掌握轴类零件的基本操作技能及测工方法及量具的使用量技能方法 30 分 7 学生操作 外圆 端面 台阶的加掌握轴类零件的基本操作技能及测工练习及如何正确使量技能用量具 120 分 8 机床保养 30 分 第二天 : 7

10 单元 教学形式 主要内容 目标 计划用时 1 学生操作 安装刀具 加工一段台阶轴 复习第一天实习内容 30 分 2 操作示范 安装切槽刀 演示切槽加工 掌握切槽 螺纹加工方法 30 分 安装螺纹刀 演示螺纹加工 3 学生操作 安装切槽刀 螺纹刀, 练习切槽 螺纹加工方法 4 操作示范 讲解及演示圆锥面的加工 方法 掌握切槽 螺纹加工方法 掌握圆锥面 滚花的加工方法 120 分 30 分 安装滚花刀, 演示滚花加工 5 学生操作 圆锥面的加工方法及滚花 加工练习 6 学生操作 综合练习切槽 螺纹 圆锥 及滚花等的加工方法 掌握圆锥面 滚花的加工方法 掌握切槽 螺纹 圆锥面 滚 花的加工方法 60 分 120 分 7 机床保养 30 分 第三天 : 单元 教学形式 主要内容 目标 计划用时 1 课堂讲解 分析学生自行设计的零件 ( 无碳 让同学基本掌握按图纸的 60 分 小车上的零件及自行设计的小机器人零件 ), 制定工艺 加工步骤, 合理选择工 夹 量具及切削用量 技术要求, 正确合理地选择工 夹 量具, 并制定简单的车削加工顺序 2 学生操作 加工完成自行设计的零件 掌握加工简单零件的方法 5 小时 3 机床保养 30 分 八 考核要求车工实习考核评分标准采取等第制, 即分为优 良 中 及格 不及格五档成绩 优 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 正确掌握车床操作规程, 较熟练的操作车床, 合理规范的选择 使用工 量 夹具, 并能独立完成精度较高的零件工艺制定及加工制作 良 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 正确掌握车床操作规程, 较熟练的操作车床, 较合理规范的选择 使用工 量 夹具, 并能独立完成简单零件的工艺制定及加工制作 8

11 中 : 基本掌握实习大纲规定的基本知识, 基本掌握车床操作规程, 能规范操作车床, 并能在老师或同学的指导协助下完成简单零件的工艺制定及加工制作 及格 : 基本掌握实习大纲规定的基本知识, 基本掌握车床操作规程, 能规范操作车床, 并能在老师或同学的指导协助下完成简单零件加工制作 不及格 : 基本掌握实习大纲规定的基本知识, 基本掌握车床操作规程, 能规范操作车床, 但不能完成简单零件的工艺制定及加工制作 9

12 铣床技术教案 一 实习项目 : 铣床技术 二 实习时间 :3.5 小时 三 教学设备及用具 : 设备 :X6132 卧式万能升降台铣床 ;X62W 万能铣床 工量具 :12 寸活络扳手 ;0~25mm 千分尺 ;0~125mm 游标卡尺等 四 教学目标 : 了解机械零件的一般过程, 熟悉机械零件的常用加工方法及其所用主要设备的工作原理及典型构造 工夹量具的使用以及安全操作技术, 了解机械制造工艺知识和一些新工艺 新技术在机械制造中的应用 对简单零件初步具有选择加工方法和进行工艺分析的能力, 在劳动观念 质量 和经济观念 理论联系实际和科学作风以及遵守安全技术操作 热爱劳动 爱护公物等工程技术人员应具有的基本素质方面受到培养和锻炼 五 教学内容铣床加工是除了车床加工之外的最多的一种加工方法, 是一种具有种类多, 加工万能性强等特点的切削加工方式 通过学习使学生初步了解铣床的基本结构, 对铣削加工常见的加工方式和工艺特点有一定的了解, 通过实习达到以下要求 : 1 知识点: 1) 了解铣床的种类及型号 : 铣床主要有立式铣床 卧式铣床和龙门铣床等, 以适应不同的加工需要 立式铣床是指铣头主轴与工作台面垂直 ; 卧式铣床是指铣头主轴与工作台台面相平行 铣床的型号 X6132 卧式万能升降台铣床 ;X62W 万能铣床等 2) 了解铣床加工的工艺特点及加工范围 : 铣床系指用铣刀在工件上加工各种表面的机床, 通长铣刀旋转做主运动, 工件的移动为进给运动 它可以加工平面 沟槽, 也可以加工各种曲面 齿轮等 铣床是用铣刀对工件进行切削的机床 铣床除了能加工一些简单的工序外, 还能加工比较复杂的型面, 在机械制造和修理部门中得到广泛的应用 3) 了解铣床的组成及各手柄的作用 : 如图 X62W 卧式万能铣床 10

13 (1) 底座底座 8 是整部机床的支承部件, 具有足够的刚性和强度 底座四角有机床安装孔, 可用螺钉将机床安装在固定位置 底座本身是箱体结构, 箱体内盛装冷却润滑液, 供切削时冷却润滑 (2) 床身床身 1 是机床的主体, 机床大部分部件都安装在床身上 床身是箱体结构, 一般选用优质灰铸铁铸成, 结构坚固 刚性好 强度高, 同时由于机床精度的要求, 床身的制造还必须经过精密的金属切削加工和时效处理 床身与底座相连接 床身顶部有水平燕尾槽导轨, 供横梁来回移动 ; 床身正面有垂直导轨, 供升降工作台上下移动 ; 床身背面安装主电动机 床身内腔的上部安装铣床主轴, 中部安装主轴变速部分, 下部安装电器部分 (3) 横梁横梁 4 上附带有一挂架, 横梁可沿床身顶部导轨移动 它们主要作用是支持安装铣刀的长刀轴外端, 横梁可以调整伸出长度, 以适应安装各种不同长度的铣刀刀轴 横梁背部成拱形, 有足够的刚度 ; 挂架上有与主轴同轴线的支持孔, 保证支持端与主轴同心, 避免刀轴安装后引起扭曲 (4) 主轴主轴 2 是前端带锥孔的空心轴, 从铣床外部能看到主轴锥孔和前端 锥孔锥度是一般选用 7:24, 可安装刀轴 ; 主轴前端面有两键块, 起传递扭矩作用 铣削时, 要求主轴旋转平稳, 无跳动, 在主轴外圆两端均有轴承支持, 中部一般还装有飞轮, 以使铣削平稳 主轴选用优质结构钢, 并经过热处理和精密切削加工制造而成 (5) 主轴变速机构主轴变速机构的作用是将主电动机的固定转速通过齿轮变速, 变换成十八种不同转速, 传递给主轴, 适应铣削的需要 从机床外部能看到转速盘和变速手柄 (6) 纵向工作台纵向工作台 5 是安装工件和带动工件作纵向移动的 纵向工作台台面上有三条 T 形槽, 可用 T 形螺钉来安装固定工夹具 ; 工作台前侧有一条长槽, 用来安装 固定极限自动挡铁和自动循环挡铁 ; 台面四周有沟通槽, 给铣削时旋加的冷却润滑液提供回液通路 ; 纵向工作台下部是燕尾导轨, 两端有挂架, 用以固定纵向丝杠, 一端装有手轮, 转动手轮, 可心使纵向工作台移动 纵向工作台台面及导轨面 T 形槽直槽的精度要求都很高 (7) 横向工作台横向工作台 6 在纵向工作台和升降台之间, 用来带动纵向工作台作横向移动 横向工作台上部是纵向燕尾导轨槽, 供纵向工作平移 ; 中部是回转盘, 可供纵向工作台在前后 45 度角度范围内扳转所需要的角度 ; 下部是平导轨槽 从外表看, 前侧安装有电器操纵开关 纵向进给机动手柄及固定螺钉, 两侧安装横向工作台固定手柄, 根据铣削的要求, 可以固紧纵向或横向工作台, 避免铣削中由切削力引起的剧烈振动 (8) 升降台升降台 7 安装在床身前侧垂直导轨上, 中部有丝杠与底座螺母相连接, 其主要作用是带动工作台沿床身前侧垂直导轨作上下移动 工作台及进给部分传动装置都安装在升降台上 升降台前面装有进给电动机 横向工作台手轮及升降台手柄 ; 侧面装有进给机构变速箱和横向升降台的机动手柄 升降台的精度要求也很高, 否则在铣削过程中会产生很大振动, 影响工作的加工精度 (9) 进给变速机构进给变速机构是将进给电动机的固定转速通过齿轮变速, 变换成十八种不同转速传递给进给机构, 实现工作台移动的各种不同速度, 以适应铣削的需要 进给变速机构位于升降台侧面, 备有麻菇形手柄和进给量数码盘, 改变进给量时, 只需操纵麻菇手柄, 转动数码盘, 即可达到所需要的自动进给量 4) 熟悉掌握工件的简单分度计算 : 如图 11

14 分度头 : 分度头是铣床的主要附件之一, 用来安装进行分度的工作 如齿轮 多边形零件等, 还可 和铣床工作台的纵向进行配合, 铣削螺旋槽 分度计算与调试 : 如图, 分度头的涡轮为 40 齿, 与之 吻合的蜗杆为单头, 手柄转一圈, 主轴转 1 40 转 即 : 手柄转速 1 工件 ( 主轴 ) 转速 设工件等分数为 Z, 则每铣完一个槽后, 工件应 1 Z 转转, 在进行下一槽的铣削 因此手柄转速 n=40* Z 1 40 = z 手柄的准确转数要利用分度盘才能确定 国产分度头共备有两块分度盘, 分度盘两面钻有许多圈孔, 各圈孔数均不等, 但每圈上的孔距都是相等的 第一块正面 反面 第二块正面 反面 当 n=1 3 转时, 则可选择分度盘上孔数 24 的孔圈, 使手柄转过一整圈, 在转过 8 个孔距即 3 转 为 了避免手柄转动时发生差错及节省时间, 在分度盘上装有扇形叉, 其角度大小可按所需的孔数任意 调节, 这样依次进行分度时, 就可以准确无误 分度时, 也可以利用分度头上的直接分度盘进行直接分度, 这时以直接分度用定位销定位 5) 遵守安全操作规程 2 教学重点 : 1) 铣床的型号及种类 2) 铣床的结构 类型 安装和应用 3) 铣削的方法 : 铣刀与工件接触部分的旋转方向与工件进给方向相同成为顺铣, 反之为逆铣 4) 主要附件和用途 : (1) 铣床虎钳 : 用来安装尺寸小, 形状简单的零件 (2) 转盘 : 转盘是立式铣床的附件, 用来铣削圆弧形或曲面形的沟槽及外形 工作时, 转动 12

15 手轮, 通过蜗杆蜗轮传动作用, 既可使转盘作旋转运动 转盘四周有刻度, 可用来确定转台的位置, 转盘中央有一孔, 可以方便准确的确定工件的回转中心 铣圆弧槽时, 工件安装在转盘上, 铣刀旋转, 用手均匀缓慢的摇动手柄, 使转盘回转作圆周进给, 而铣出圆弧槽 (3) 立铣头 : 在卧式铣床或万能卧式铣床上装上铣头, 可当立式铣床用, 立铣头内有一对锥齿轮, 可将卧式铣床主轴的水平方向回转运动转变为垂直方向的回转运动, 立铣头的主轴, 还可转成一定的角度铣削斜面 (4) 分度头 :( 如上 ) 5) 简单分度计算和调整 3 教学难点: 分度头 六 教学顺序安排理论讲解学生机床空机练习分组演示操作学生分组操作练习清扫机床实习报告 七 考核标准 : 参考金工实习手册 13

16 磨削加工技术教案 一 实践项目 : 磨削加工技术 二 实习时间 :3 学时 三 教学设备及用具 : 万能外圆磨床 ( 型号 :M1432A); 卧轴矩台平面磨床 ( 型号 :M7130); 半自动内圆磨床 ( 型号 : MB215); 万能工具磨床 四 教学目标 : 学生大多是机械专业的, 他们需要了解基本的磨削方式的概念, 磨床在机械行业的作用, 并在现场直观的了解各种磨床及其磨削方式, 那么了解多种类的磨削方式是必不可少的 为了提高教学质量, 通过在一堂课的时间里讲解不同种类的磨床及其磨削方式, 可以使学生们对各种磨削加工的基础知识和各种磨床的操作方法有一定的了解和掌握, 为从事机械制造和工艺设计方面的工作建立一定的实践基础, 培养学生们的基本素质, 强化经济, 效率, 质量观, 贯彻环境保护和可持续发展的观点 五 教学内容 : 1. 磨削加工基本概念及特点磨削是在磨床上用砂轮或其他磨具以较高的线速度, 对工件表面进行切削加工的方法 磨削的实质是一种多刀多刃的超高速切削过程 磨削速度快 温度高, 其温度可达 1000 以上, 同时剧热的磨屑在空气中发生氧化作用产生火花 能够获得高的加工精度和低表面粗糙度 通常能满足的加工精度为 IT7-5 级, 粗糙度 Ra= μm 加工高硬度材料 可以磨削硬度很高的淬火钢 各种切削刀具及硬质合金等, 这些材料用普通刀具很难加工或根本不能加工的 2. 磨床种类及加工范围常用的磨床主要有以下几类 : 1) 外圆磨床 : 主要用于轴 套类零件的外圆柱 外圆锥面, 阶台轴外圆面及端面的磨削 2) 内圆磨床 : 主要用于轴套类零件和盘套类零件内孔表面及端面的磨削 3) 平面磨床 : 主要用于各种零件的平面及端面的磨削 4) 工具磨床 : 主要用于磨削各种切削刀具的刃口, 如车刀 铣刀 铰刀 齿轮刀具 螺纹刀具等 3. 磨床的型号及组成例 : 万能外圆磨床型号 :M1432A M: 磨床类 1: 外圆磨床组 4: 万能外圆磨床型 32: 主参数, 最大磨削直径的 1/10 A: 特性改进型, 在性能和结构上做过一次重大改进机床的组成 : 14

17 1) 床身 : 床身用来安装各部件, 上部有工作台和砂轮架, 内部装有液压传动系统 床身上的导轨供工作台移动, 横向导轨供砂轮架移动 2) 工作台 : 工作台有两层, 下工作台沿床身导轨作纵向往复运动, 上工作台相对下工作台能做一定角度的回转, 以便磨削圆锥面 3) 头架 : 头架上有主轴, 主轴端部可安装顶尖 拨盘或卡盘, 以便装夹工件并带动其旋转 头架可在水平面内偏转一定角度 4) 砂轮架 : 砂轮架供安装砂轮用, 并装有单独电动机, 通过皮带传动带动砂轮高速旋转 砂轮架可在床身后部的导轨上横向移动 5) 尾架 : 尾座套筒内有顶尖, 用来支撑工件的另一端 尾架可在工作台上纵向移动, 扳动尾架上的杠杆, 顶尖套筒可伸出或缩进, 以便装卸工件 4. 磨床液压传动原理液压传动优点 : 工作平稳, 可在较大范围内实现无级变速, 冲击和振动小, 便于实现自动化 液压传动工作原理 : 工作时, 油泵经滤油器将油从油箱中吸出, 转变为高压油, 经过转阀 节流阀 换向阀, 输入油缸的右腔, 推动活塞 活塞杆及工作台向左移动 油缸左腔的油则经换向阀流入油箱 当工作台移动至行程终点时, 固定在工作台前侧面的右行程挡块, 自右向左推动换向手柄, 并连同换向阀的活塞杆和活塞一起向左移至虚线位置 于是高压油则流入油缸的左腔, 使工作台返回 油缸右腔的油也经换向阀流回油箱 如此反复循环, 从而实现了工作台的纵向往复运动 节流阀调节工作台运动速度, 挡块之间的距离决定工作台形成长度 5. 砂轮特征及其选择砂轮是磨削的切削工具, 是由磨粒用结合剂粘结而成的多孔体 其切削性能与磨料种类 颗粒大小 砂轮硬度 ( 粘结强度 ) 磨粒间空隙及砂轮形状 尺寸等因素有关 1) 磨料具有很高的硬度, 起切削作用 常见的磨料见下表 (1) 表 (1): 磨料类别名称代号特性用途含 91~96% 氧化铝, 呈棕色, 硬度高, 韧性好, 磨碳钢 合金钢 可锻铸棕刚玉 GZ 价格便宜铁 硬青铜刚玉类含 97~99% 氧化铝, 白色, 比棕刚玉硬度高, 精磨淬火钢 高碳钢 高白刚玉 GB 韧性低, 磨削时发热少速钢及薄壁钢件黑色碳化含 95% 以上碳化硅, 呈黑色或深蓝色, 有光泽, 磨削铸铁 黄铜 铝及非 TH 硅硬度比白刚玉高, 性脆而锋利, 导热性好金属材料碳化硅类绿色碳化含 97% 以上碳化硅, 呈绿色, 硬度和脆性比 TH 磨削硬质合金 光学玻 TL 硅高, 导热性和导电性好璃 宝石 陶瓷等人造金刚天然透明或淡黄色 黄绿色 黑色 硬度高, 磨削硬质合金 宝石等高金刚石类 JR 石比天然金刚石性脆 价格高 硬度材料 2) 粒度指磨料颗粒的粗细 下表 (2) 给出了不同粒度的使用情况表 (2): 粒度砂轮粒度一般使用 15

18 14#~24# 磨钢锭 切断钢坯 打磨铸件毛刺 36#~60# 磨平面 外圆 内圆 以及无心磨等 60#~100# 精磨和刀具刃磨 120#~W20 精磨 珩磨和螺纹磨 W20 以下 镜面磨 精细珩磨 超精磨等 3) 结合剂指砂轮中用以粘结磨料的物质 常用粘结剂的性能及用途如下表 (3) 所示 : 表 (3) 结合剂 名称陶瓷粘合剂树脂粘合剂橡胶粘合剂金属粘合剂 代号 性能 用途 耐腐蚀性好, 能保持正确的几何形状, 气孔率 V<35m/s, 应用最广, 能制各种磨具, A 大, 磨削效率高, 强度较大, 韧性 弹性 抗 适用于成型磨削和磨螺纹 齿轮 曲 震性差 轴等 S 强度大, 富有弹性, 耐冲击, 能在高速下工作 V>50m/s 的高速磨削 可制成薄片砂轮耐热及耐腐蚀性较差, 气孔率小, 易堵塞, 不磨槽, 刃磨道具前刀面 易长期存放 X 弹性更好, 强度大, 气孔率小, 磨粒易脱落, 制造磨轴承沟槽和无心磨砂轮 导轨 耐热 耐蚀性差, 有臭味 磨片砂轮 柔性抛光砂轮 J 韧性 成形性好, 强度差, 自砺性差 制造各种金刚石磨具, 使用寿命长 4) 砂轮硬度指砂轮工作表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度 下表 (4) 列出砂轮的硬度等级 表 (4): 砂轮硬度 超大级名软软称 R CR 软小级名 1 称 R1 中软 中 中硬 硬 ZR Z ZY Y 软 软 中软 中软 中 中 中硬 中硬 中硬 硬 硬 R2 R3 ZR1 ZR2 Z1 Z ZY1 ZY2 ZY3 Y1 Y2 超 硬 CY 砂轮硬度的选用原则 : 工件材料越硬, 应选用越软的砂轮 这是因为硬材料使磨粒磨损, 需用较软的砂轮以使磨钝的磨粒及时脱落 工件材料越软, 砂轮的硬度应越硬, 以使磨粒脱落慢些, 发挥其磨削作用 但在磨削有色金属 橡胶 树脂等软材料时, 要用较软的砂轮, 以便使堵塞处的磨粒较易脱落, 露出锋锐的新磨粒 半精磨与粗磨相比, 需用较软的砂轮 ; 但精磨和成形磨削时, 为了较长时间保持砂轮轮廓, 需用较硬的砂轮 5) 砂轮组织 16

19 砂轮组织是表示磨粒 结合剂 气孔三者体积比例关系 下表是砂轮组织分类及用途 表 (5): 砂轮组织 组织号 磨粒率 /(%) 疏密程 度 紧密 中等 疏松 大气孔 适用范围 重负载 成形 精 密磨削, 加工脆硬 材料 外圆 内圆 无心磨 及工具磨, 淬硬工件 及刀具刃磨等 粗磨及磨削韧性大 硬度有色金属及塑低的工件, 适合磨削薄壁 料 橡胶等非细长工件, 或砂轮与工件金属以及热敏接触面大以及平面磨削等合金 6. 磨削方法 ( 一 ) 磨外圆 1) 纵向磨削法特点 : 磨削时工件转动 ( 圆周进给 ) 并由工作台带动作直线往复运动 ( 纵向进给 ); 砂轮在纵向形成终了时作小量的横向进给 磨削质量好, 效率低 通用性好, 生产中应用最广 2) 横向磨削法特点 : 磨削时工件无纵向进给运动, 砂轮连续地或断续地向工件作横向进给运动 生产效率高, 但精度及表面质量都比较低, 适于磨削短外圆表面及两侧都有轴肩的轴颈 3) 综合磨法纵磨法和横磨法的综合运用, 先用横磨法将工件分段粗磨, 各段留精磨余量, 相邻两段有一定量的重叠, 最后, 再用纵磨法进行精磨 复合磨削法兼有横磨法效率高 纵磨法质量好的优点 ( 二 ) 磨平面圆周磨 : 以砂轮的圆周面进行磨削, 如图 a,b 端磨 : 以砂轮端面进行磨削, 如图 c,d 17

20 ( 三 ) 磨内圆 1) 纵向磨削法 2) 横向磨削法 3) 成型砂轮切入磨法 7. 零件的装夹 1. 磨削外圆时, 常用装夹工件方法有以下几种 : (1) 用前 后顶尖装夹 (2) 用心轴装夹 (3) 用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹 (4) 用卡盘和顶尖装夹 2. 磨削内圆, 一般用三爪卡盘或四爪卡盘, 找正外圆进行安装 3. 磨削平面, 常用电磁吸盘工作台吸住工件 8. 示范零件外圆磨床以齿条套筒或者主轴为例进行演示, 平面磨床主要以磨削钻床工作台面为例, 半自动内圆磨床主要以齿条套筒或者轴承套为例, 万能工具磨床主要以插刀为例进行演示 演示过程中详细介绍外径千分尺的测量方法和读数, 介绍工程术语 :1 丝 =0.01mm;1μ( 发音 miu)=0.001mm 9. 安全注意事项 (1) 开车前应先检查开车前应先检查各操作手柄是否已退到空档位置上 确认机床情况正常后再进行工作 (2) 多人公用一台磨床时, 只能一人操作, 并注意他人安全 (3) 砂轮是在高速旋转下工作的, 禁止面对砂轮站立 (4) 砂轮启动后, 必须慢慢引向工件, 严禁突然接触工件 背吃刀量不能过大, 以防背向力过大将工件顶飞发生事故 18

21 (5) 在进行磨削加工实训时, 不论是哪台机床, 只要是磨床, 每做完一个零件必须把刻度盘逆 时针退到安全刻度 ( 教学内容的重点 难点及解决方案详见教学过程 ) 六 教学顺序安排 : (1) 理论讲授 : 根据教学内容中的理论部分在机床前给学生当场讲解 (60 分钟 ) (2) 示范操作 : 每种机床给学生各示范一个零件, 使学生对每种磨削方式有一个初步了解 (40 分钟 ) (3) 实际操作 : 学生以两人一组的形式上机操作, 让每位学生亲身体验磨床加工过程 (80 分钟 ) (4) 归纳总结 : 给学生做磨工实习报告, 并对一天所学做个总结 (30 分钟 ) 在实训过程中, 每位学生可以选择一张零件图, 根据零件图的尺寸, 自己调整机床, 自己测量, 自己加工调试, 有问题的情况下, 指导教师给出建议和指导 七 具体教学过程 : 1. 在介绍磨削加工基本概念及特点前, 通过一个半成品零件, 来向学生介绍它的每一道加工工序, 并提问 : 当经过车 铣 刨 热处理等等多道工序后, 这个零件是一个成品了吗? 如何才能达到图纸上公差范围仅仅 0.005mm 表面粗糙度仅仅 0.8 微米的精度要求呢? 从而导入磨削加工的概念及特点 2. 在介绍磨床种类及加工范围时, 可以带领学生一边参观不同种类的机床, 一边详细介绍, 中心总共有外圆 平面 内圆以及工具磨床四种机床, 使学生能够了解更多的磨削知识 3. 介绍磨床的型号及组成时, 在参观不同种类的机床过程中, 通过机床上的标签可以详细介绍 4. 通过壁画详细介绍磨床液压传动原理 5. 通过在小盘中装上不同的磨料种类, 来详细介绍砂轮特征及其选择 6. 通过壁画详细介绍磨削方法 7. 在介绍零件的装夹时, 可以先给学生介绍不同种类的夹具, 了解其功能后再当场演示如何安装 8. 示范零件时, 重点介绍外径千分尺的使用方法以及如何读数, 外圆磨床如何调整刻度盘 每种机床如何控制精度, 并通过每种机床演示一个零件, 让学生了解多种磨削方式 9. 要注意的安全注意事项中, 重点强调安装工件要到位以及每次加工完零件必须退刻度盘至安全刻度, 强调再强调忘记退刻度造成事故的危险性, 并在安全刻度划上白线, 并介绍什么才算安全刻度 八 考核内容及评价方法 : 作业 : 金工实习报告之三 磨削加工过程考核标准 : 优 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 如零件的主要加工方法, 工艺过程 所用的主要设备 工具 量具, 有关的工程术语等 能熟练地掌握机床的操作规程, 能加工精度较高的实习件, 制作的实习零件的数量及质量都能达到规定的要求, 无废次品 良 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 如零件的主要加工方法, 工艺过程 所用的主要设备 工具 量具, 有关的工程术语等 19

22 能掌握机床的操作规程, 能加工有一定精度的实习件, 制作的实习零件的数量及质量都能达到规定的要求, 无废次品 中 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 如零件的主要加工方法, 工艺过程 所用的主要设备 工具 量具, 有关的工程术语等 基本掌握机床的操作规程, 制作的实习零件的数量及质量基本达到规定的要求, 废品率在 1% 及格 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 如零件的主要加工方法, 工艺过程 所用的主要设备 工具 量具, 有关的工程术语等 基本掌握机床的操作规程, 能制作简单的实习零件, 废品率在 2% 以内 不及格 : 对机床的操作不够了解, 能制作简单的实习零件, 废品率在 2% 以上 劳动纪律与劳动态度差 各项技术指标达到上述相应指标者, 并能遵守实习纪律, 实习态度良好, 积极打扫卫生者, 按其相应等级得分, 若在实习纪律, 实习态度, 打扫卫生三方面, 一方面达不到要求, 按其相应等级往下降一档得分 ; 二方面达不到要求, 按其相应等级往下降二档得分 ; 三方面达不到要求, 按其相应等级往下降三档得分 九 教学总结与归纳 : 结课时, 通过做金工实习报告之磨削加工, 巩固一天所学的知识, 并且引导学生去归纳中心的普通磨床其优点与缺点, 如有缺点, 如何改进, 世面上有没有类似的机床, 效率更高, 人工成本更低, 如要磨削曲面立体造型的零件, 有什么更先进的技术可以做到, 为日后的数控以及特种加工实习做铺垫 20

23 钳工实习教案 一 实践项目 : 钳工实习 二 教学时间 :6~12 学时 (1~2 天 ) 三 教学基本要求及目标 : 了解钳工在机器制造和设备维修的地位和重要性 熟悉并能独立地选用划线 锯割 锉削 钻孔 扩孔 铰孔 攻丝与套丝 刮削 研磨 装配与拆卸等加工的工具 量具 夹具和其他附件的使用 掌握钳工的各项基本操作, 根据零件图能独立地加工简单零件在加工方法的选择 工艺过程的安排等方面具有一定的实践能力 初步建立机器生产工艺过程的概念, 从读图 零件制造至机器装配 调试, 有较完整的认识 四 教学重点 : 1. 了解钳工在工业生产中的工作任务 2. 掌握钳工工种操作中常用的工具 刃具及量具的正确使用方法 3. 熟练掌握钳工基本工艺的操作方法 五 教学难点 : 钳工操作技术 六 教学内容 : 第一天 钳工概述 ( 时间 15 分钟 ) 钳工是手持工具对金属进行加工的方法 钳工工作主要以手工方法, 利用各种工具和常用设备对金属进行加工 讲到这里大家不禁要问, 工业发展这么快, 为什么还有手工操作在实际工作中, 有些机械加工不太适宜或某些不能解决的某些工作, 还是由钳工完成, 比如 : 设备的组装及维修等 随着工业的发展, 在比较大的企业里, 对钳工还有比较细的分工 1.1 钳工的专业分工钳工按照专业可分为 : 装配钳工 ; 修理钳工 ; 模具钳工 ; 划线钳工 ; 工具 夹具钳工 ; 无论是哪一种钳工, 要想完成好本职工作, 首先应该掌握钳工的基本操作 1.2 钳工的基本操作钳工的基本操作包括 : 划线 锉削 錾削 锯削 钻孔 扩孔 锪孔 铰孔 攻螺纹 套螺纹 刮削 研磨 装配等 1.3 钳工的特点 加工灵活 方便, 能够加工形状复杂 质量要求较高的零件 ( 举例 ) 工具简单, 制造刃磨方便, 材料来源充足, 成本低 劳动强度大, 生产率低, 对个人技术水平要求较高 1.4 钳工的加工范围 加工前的准备工作 如清理毛坯, 在工件上划线等 加工精密零件 如锉样板 刮削或研磨机器量具的配合表面等 21

24 零件装配成机器时互相配合零件的调整, 整台机器的组装 试车 调试等 机器设备的保养维护 1.5 钳工的常用设备钳工的常用设备有 : 钳台 台虎钳 砂轮机 平口虎钳 台钻 2. 基本操作 ( 时间 60 分钟 ) 2.1 划线讲解和示范 划线的特点 : 根据图样或实物的尺寸要求, 用划线工具在毛坯或半成品工件上划出待加工部位的轮廓线或作为基准的点 线的操作 这些点和线标明了工件某部分的形状 尺寸或特征, 并确定了加工的尺寸界限 划线的作用 : 划线分为两种平面划线和立体划线 通过划线可检查出坯件定出加工位置, 表面加工余量对有缺陷的毛坯, 可采用划线借料法, 特定地分配加工余量, 以加工出合格的零件 划线常用的工具 : 平板 方箱 V 形铁 千斤顶 圆规 钢笔尺 游标高度尺 划线盘, 划针 样冲等, 通过示范与讲解使学生了解各种工具的使用与准确使用方法 划线步骤 : a 清理毛坯疤痕和毛刺, 必要时可涂白浆水和淡精水 如有孔加毛坯用铅或木块堵孔, 以便定孔的中心位 b 划线基准的选择, 找基准线或基准面, 是用以确定工件上其他线盒面的位置, 并由此定出各尺寸 如立体划线先划出基准线然后再划出其他各水平线, 再将工件翻 90 划出与划的线互相垂直的其余各直线 c 为防止所划的线被擦掉或模糊, 可在划出的线上打上样冲眼 2.2 锯削 ( 锯割 ) 锯削的作用 : 用手锯分割材料活在工件上切槽, 割据简单零件成形 手锯的构造和锯条的规格 : 手锯分为固定式和可调式两种, 可调式手锯操作灵活, 使用普遍, 锯条长度一般为 300mm, 宽为 12mm, 厚度 0.8mm, 齿距分为粗齿 中齿 细齿三种 锯削的操作要领 : 锯条安装 : 手锯是在向前推时起切割作用的, 因此锯齿方向向前, 装正并拉紧锯条 锯削方法 : 起锯角度要小, 通常在 15 以下, 前推切削行程中压力大些, 后拉返回行程时不要加压力, 轻轻滑过, 锯削速度不宜过快, 在每分钟 40 次左右 2.3 锉削 锉削作用 : 用锉刀对工件表面进行加工, 提高工件精度, 减小表面粗糙度, 主要用于修整零件的配合尺寸和相互位置, 制作样板模具, 修除毛刺和棱边等 锉刀类型 : 锉刀分普通锉刀 整形锉刀和特种锉刀三大类 锉刀齿粗细程度, 分为粗齿 中齿 细齿和油光锉 锉削方法 : a 平面锉削顺向锉 : 锉削方向顺着锉刀轴线方向的锉削, 主要用于精锉, 使表面平直光洁 交叉锉 : 用于交大面积的粗锉, 一面锉一面做横向移动锥锉 : 锉削方向垂直于锉刀轴线方向, 主要用于被锉表面前方有凸台或者被锉表面较狭窄的精锉 b 圆弧面的锉削外圆弧面锉削, 就是横对着圆弧面锉, 把圆弧处部分锉成非常接近圆弧的多边形, 这种方法效率较高, 适用于圆弧面粗加工阶段 顺着圆弧面锉, 也称为滚锉法, 锉削时锉刀要同时完成两个运动 : 前进运动和绕工件圆弧中心作摆动, 用于圆弧面的精加工阶段 22

25 2.4 实践操作 ( 时间 2 小时 ) 通过以上三种加工方法, 学生独立操作来完成实习件的加工 ( 按图施工 ) 通过实习件的加工学生能初步掌握钳工中划线 锯削 锉削的应用与正确的操作姿态, 能独立地选用划线 锯割 锉削的刀具 量具 夹具及其他附件 3. 孔加工 ( 时间 60 分钟 ) 3.1 钻孔讲解和示范 钻削所用机床 : 钻削时所用的机床常为钻床, 可分为三类 : 台式钻床 : 台钻是一种小型钻床, 用来钻直径 13mm 以下的孔 ; 立式钻床 : 立钻的主轴只能上下移动, 靠移动工件来对准钻孔中心, 适合于加工中 小型工件 ; 摇臂钻床 : 它可将工件安装在工作台或机座上, 靠钻头移位来对准孔中心, 适合于加工大型多孔工件 钻削刀具 : 钻孔所用的钻削工具是钻头 ( 麻花钻 ) 按所需加工的孔径来选用相应直径的钻头 钻削操作 : 钻削时工件夹紧在工作台或机座上, 小型工件常用平口虎钳夹紧, 直径 13mm 以上的锥柄钻头直接或加接钻套后装入主轴锥孔内, 直径 13mm 以下的直柄钻头须先用锲铁敲击钻头扁尾才能退出 机床的转速可根据钻头的大小调整, 钻头小, 速度快, 钻头大因切削量大而慢些 孔较深时应间歇地退出钻头及时排屑 钻削过程中要不断地加注切削液进行冷却 润滑 3.2 扩孔 : 用扩孔钻将已有孔的工件进行扩大的加工方法 如, 铸出 锻出或钻出的孔扩大至要求的尺寸 3.3 铰孔 : 是对孔进行最后精加工的一种方法, 加工后的表面粗糙度可达, 尺寸公差等级达 1T6~1T8 铰刀分两种 : 手用铰刀和机用铰刀, 铰孔的形状也分为两种, 圆柱铰刀和圆锥铰刀 3.4 攻丝 ( 攻螺纹 ) 用丝锥在工件的光孔内加工出内螺纹的方法称为攻丝 丝锥由工作部分和柄部组成, 工作部分包含切削部分和校准部分, 校准部分的齿形完整, 可校准已切出的螺纹, 并起导向作用 丝锥须成组使用,M6-M24 的丝锥两枚一组,M24 以上的三枚一组, 开始攻丝时先用头攻, 丝锥轴线与工件轴线放准并一致, 切入工作后, 可只旋转不加压, 并经常反转, 以断屑 用二攻或三攻切削时, 只旋转较杠, 不再加压 在材料比较硬时需加乳化液润滑冷却, 以降低螺纹粗糙度, 对一些软材料攻丝时, 不必加冷却润滑液 3.5 实践 操作 ( 时间 2 小时 ) 通过以上四种加工方法, 要求学生熟悉并能独立完成钻孔 扩孔 铰孔 攻丝的准确应用, 按零件图能独立地加工简单的零件 在加工方法的选择工艺工程的安排等方面具有一定的实践能力 ( 第一天实习结束 ) 第二天 :( 时间 90 分钟 ) 4 装配以 Z4006 台钻为例, 讲解和示范 4.1 装配方法 : 完全互换法 : 按完全互换法进行装配时, 装配精度完全由零件的制作精度加以保证, 不需要任何修配, 选择和其他辅助工作 选配法 : 选配法是将零件的制造公差适当放大, 装配前按比较严格的公差范围将零件分成若干组, 然后将对应的各组配件进行装配以达到要求的装配精度 修配法 : 当装配精度要求较高, 采用完全互换又不太经济时, 常采用修整某一配合表面的方法, 来达到规定的装配精度 修配分锉削 刮削 研磨来完成 4.2 公差与配合 - 孔和轴 23

26 孔和轴是广义的, 孔是包容面, 内部无材料 孔包括圆柱形的内表面, 也包括非圆柱形的内表面 ( 由两平行平面或切面形成的包容面 ); 轴是被包容面, 外部无材料 轴包括圆柱形的外表面, 也包括非圆柱形的外表面 4.3 公差与配合 - 配合定义 : 配合是孔和轴公差带之间的关系, 是设计时对一批孔 轴提出的要求, 不是指某一对孔和轴结合的松紧 4.4 配合的种类及选用 间隙配合 : 孔大于轴, 装配好以后有间隙, 能作相对运动 最大间隙 Xmax=Dmax-dmin=ES-ei, 最小间隙 Xmin=Dmin-dmax=EI-es, 过盈配合 : 轴大于孔, 装配好以后不能动, 他的装配方法有两种 :a 热套,b 冷却, 就是采用热胀冷缩的方法, 它不能拆 装配后要传递载荷的, 应选用过盈配合 最大过盈 Ymax=Dmin-dmax=Ei-es, 最小过盈 Ymin=Dmax-dmin=ES-ei 过渡配合 : 孔与轴的尺寸很接近, 有可能有间隙, 有可能过盈, 他的装配就不需要过热和冷却, 直接用压力机和鎯头的冲击力可以装配, 拆用同样的方法反向 装配后有定位精度要求或需要拆卸, 应选用过渡配合, 间隙和过盈要小 ; 4.5 连接连接的工艺分固定连接和活动连接两种 固定连接 a 可拆, 指螺丝螺母连接 b 不可拆, 指焊接 铆钉 活动连接 a 可拆, 指丝杠与螺母 齿轮 齿条等 b 不可拆, 指任何活动部位都是用焊接 铆钉的 轴承的装配 a 轴承的等级与种类 b 轴承当与轴连接时, 相对力应在内圈, 这时需要敲打内圈 ; 当与孔连接时, 相对于力应该在外圈, 连接时敲打外圈 注意 : 不能用鎯头直接敲打零件, 要用过渡套 铜棒 铝棒等 这样不易敲坏零件 4.6 键与销的装配方法 键 : 用来传递力量, 分为三类 : 平键 半圆键 花键 前二种是固定在零件中, 花键既能传力又能滑移 销 : 用来定位或传递力, 分为两类 : 圆柱销和圆锥销 销大部分用来固定位置, 防止错位 4.7 实践 操作 ( 时间 5 小时 ) 复习上周所进行的基本操作及孔加工过程, 通过以上六种操作方法, 要求学生了解机器制造和设备维修的重要性, 初步建立机器的生产工艺工程, 从读图 零件制造至机器装配, 调试有一较完整的认识, 独立完成各小组自行设计的零件的钳工部分的工艺工程 七 教学过程 :(2 天 ) 第一天 : 单元 教学形式 主要内容 目标 计划用时 1 课堂讲授 钳工入门 了解钳工的工作范围, 工具设备, 实习要求 15 分钟 24

27 2 课堂讲授操作示范 基本操作 掌握划线 锯削 锉削等的操作方法 60 分钟 3 学生操作 基本操作 通过实习件的加工学生能初步掌握钳工中划线 锯削 锉削的应用与正确的操作姿态, 能独立地选用划线 锯割 锉削的刀具 量具 夹具及其他附件 120 分钟 4 课堂讲授了解钻孔 扩孔 铰孔 攻丝的各种工孔加工具设备及其加工方法 操作示范 60 分钟 运用台式钻床, 独立完成钻孔 扩孔 铰孔 攻丝等工作, 按零件图能独立地 5 学生操作 孔加工 加工简单的零件 在加工方法的选择工艺工程的安排等方面具有一定的实践能力 120 分钟 第二天 : 单元 教学形式 主要内容 目标 计划用时 1 课堂讲授了解装配概念 方法及一些注意事项以装配 Z4006 台钻为例, 讲解和示范操作示范 60 分钟 公差与配合 2 课堂讲授 连接的基本 了解公差与配合 连接的基本知识 30 分钟 知识 3 课堂讲解 分析学生自行设计的零件, 制定工艺 加工步 让同学基本掌握按图纸的技术要求, 正确合理地选择工 夹 量具, 并制定简 60 分钟 骤, 合理选择工 夹 量具及切削用量 单的加工顺序 4 学生操作 基本操作 要求学生初步建立机器的生产工艺工程, 从读图 零件制造至机器装配 调试有一较完整的认识, 独立完成各小组自行设计的零件的钳工部分的工艺工程 300 分钟 八 考核要求为了对教学实习进行统一的考核, 正确评价学生的实践能力和综合素质, 现制定钳工实习考核评分标准, 按优 良 中 及格 不及格五个成绩 优 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 正确掌握钳工操作规程, 熟练的完成钳工基本操作及孔加工, 合理规范的选择 使用工 量 夹具, 并能独立完成精度较高的零件工艺制定及加工制作 25

28 良 : 能够较好地掌握实习大纲规定的基本知识, 正确掌握钳工操作规程, 较熟练的完成钳工基本操作及孔加工, 较合理规范的选择 使用工 量 夹具, 并能独立完成简单零件的工艺制定及加工制作 中 : 基本掌握实习大纲规定的基本知识, 基本掌握钳工操作规程, 能完成钳工基本操作及孔加工, 并能在老师或同学的指导协助下完成简单零件的工艺制定及加工制作 及格 : 基本掌握实习大纲规定的基本知识, 基本掌握钳工操作规程, 能完成钳工基本操作及孔加工, 并能在老师或同学的指导协助下完成简单零件加工制作 不及格 : 基本掌握实习大纲规定的基本知识, 基本掌握钳工操作规程, 能完成钳工基本操作及孔加工, 但不能完成简单零件的工艺制定及加工制作 26

29 热加工工艺教案 一 实践项目 : 热加工工艺 二 实习时间 :3 学时 ( 注 : 学生在热处理岗位装炉 分 ) 三 教学目标本训练项目以学习了解金属材料的成形加工 ( 铸 锻 焊 ) 为主, 并对机械工程材料的性能及选用进行介绍 机类及近机类 : 利用消失模教学系统, 进行现场教学, 使学生对消失模铸造有所了解, 并对机械运行增加感性认识 四 教学要求 ( 根据前面所做项目不同, 内容有所调整 ) ( 一 ) 工程材料 : 通过讲解及实验, 使学生了解常用工程材料的种类 金属材料的分类 钢的牌号及钢性能的影响因素 通过金相显微镜的操作, 使学生对不同材料的金属组织进行观察对比, 对常用的材料有基本的了解 ( 二 ) 热加工工艺 : 通过录像及讲解, 使学生知道热加工工艺中金属的成形方法 铸 锻 焊 ( 三 ) 现场教学 ( 机类及近机类学生要求 ): 通过讲解现有的教学系统及现场教学系统的运行, 使学生了解系统的组成 各部工作原理 结构特点及设备间的联接等情况, 并据现场观察绘制出相应部分的系统简图 教学重点是让学生了解铸 锻 焊件的成形及结构特点 使学生灵活运用获取的信息, 解决相应的问题 ( 据前面实习内容不同要求不同 ) 提高学生的现场观察及其图示表达能力 五 教学时间安排 说明 : 据实习组别不同, 略有区别 序号 授课内容 安排时间 所在地点 第一部分工程材料 80 分 1 讲解材料分类 牌号及应用 20 分 教室 2 原材料实物 5 分 材料架参观 3 金相组织介绍及实验要求 15 分 教室 4 实验操作 30 分 实验室 5 答题及讨论 10 分 教室 第二部分热加工 分 1 机械加工基本知识介绍 15 分 教室 27

30 2 录像部分 ( 锻压部分 ) 没有焊接机会的组别看焊接录像 30 分 10 分 教室 没有铸造机会的组别看铸造操作 10 分 3 答题 ( 据录像内容 ) 15 分 教室 4 解答及讨论 30 分 教室 5 学习总结经或课间休息 5-10 分 教室 第三部分现场教学 ( 机动专业在减去第一部分的基础上 ) 1 系统原理及简图绘制讲解 20 分 教室 2 系统运行, 学生观察 20 分 铸造场地 3 学生现场绘图 20 分 铸造场地 4 绘图讲评及系统改进 20 分 教室或现场 六 实习用器材 仪器等 按使用顺序 :XJP-200 双目倒置金相显微镜 录像机 显示屏 消失模铸造教学系统 七 教学内容及时间安排 注 : 因前面实习内容不同, 比如焊接 铸造均做过, 时间会做相应调整 教学 时间 教学内容 第一部分 : 工程材料 ( 计划 80 分钟 ) 设备及地点 本部分要解决的问题 :1 工程材料种类? 2 金属材料的分类? 3 常用钢的牌号? 4 材料的性能及影响因素? 20 分 1 工程材料种类材料种类繁多, 通常将其分为三大类 : 金属 非金属 ( 高分子材料及陶瓷材料 ) 及复合材料 机械工程材料以金属材料为主 : 黑色及有色金属 2 金属材料: 分为 : 黑色金属 : 以铁为主要元素, 以碳为主要控制元素 有色金属 : 黑色金属以外的金属材料 在教室 一些废弃 零件 28

31 纯铁 : 含碳量在 0.02% 以下的铁碳合金, 碳忽略不计 黑色金属 钢 :( 包括合金钢 ) 含碳量不大于 2.11% 的铁碳合金 金 属 生铁 : 含碳量在 2.11% 以上的铁碳合金,Fe 3 C 断口白 色 材 料有色金属纯金属 : 其中含有一些杂质 编号越大, 杂质越多 合金 : 纯金属中加入合金元素 铝合金 铜合金等 3 常用钢的牌号 : 机械用钢 及工具钢 5 分 4 常用钢的形状 种类材料架参观 15 分 5 材料的影响因素含碳量的影响 热处理的影响 加工方法的影响 6 金相显微镜操作及要求 1 对号选择实验设备, 便于教师观察记分 2 实验的三个阶段 ( 准备 操作及收尾 ), 教师随时查看 3 要求学生观看三个以上不同试样, 比较其金相组织不同 利用各种金 相组织图板 30 分 7 实验操作( 教师随时记录 ) 1 准备时间为 6-8 分钟, 对设备了解 2 操作阶段, 按操作规程进行, 随时记录学生操作的规范性 3 对收尾阶段进行检查, 记录 实验室 XJP-200 双目倒置金相显微镜 10 分答题及讨论, 有加减分 教室 第二部分 : 热加工工艺 ( 计划 95 分钟 ) 本部分要解决的问题 :1 机器的生产过程? 零件? 2 热加工和冷加工? 金属成形方法? 3 铸 锻 焊件的特点及应用场合? 29

32 15 分 1 机器的生产过程热加工 冷加工 装配 成形加工 切削加工 铸造 车 钳 锻压 铣 刨 装配 焊接 磨等等 原材料 毛坯 零件 部件 机器 型材直接切削加工 2 零件是生产加工的最小单位, 不能拆解 通常情况是用金属成形方法制作毛坯, 然后经机械加工成为 合格的零件 教室配以轴承及螺栓 轴等常用零件 各机加岗位都做过的组别, 会采用讨论方式有加分 4 热加工及冷加工( 配以上面的图示 ) 机械加工分为热加工 ( 需加热 ) 及冷加工 ( 不需加热 ) 热加工为成形加工, 生产毛坯为主, 少部分可直接加工零件 冷加工为切削加工, 要切除毛坯上的多余部分 5 热加工工艺包括铸造 : 将金属材料熔化成液态 注于型腔内 冷凝成形 焊接 : 将金属材料剪裁 连接处的局部加热熔化 拼接成形 锻压 : 利用金属材料的塑性 施外力使之变形 塑性变形 热处理 : 通过不同的加热和冷却方式使零件材料的内部组织结构发生变化 从而改变材料的力学 物理及化学性能 热处理仅改变材料性能, 并不改变零件形状 零件的表面处理 : 通过加热及化学方法使材料表面的成分或组织结构发生变化, 表面改性技术 分 6 观看录像, 获取相应信息, 中间插入少许讲解 铸造 : 利用课间观看下面同学实际操作 以砂型铸造为主 焊接 : 电弧焊 气焊及气割 (8 分 ) 应用场合及防护 锻造录像 20 分钟, 包括自由锻及模锻 在教室据组别不同, 放相应部分的录像 冲压录像 10 分, 剪裁及冲压各生产工序 30

33 15 分 7 答题 看完录像后, 有 钟的答题时间, 按名字排序, 对号记分 笔答 : 考核同学们快速获取信息及灵活运用信息的能力, 要求同学在实习报告上对应答题 * 重点 : 考查同学们灵活运用信息的能力及图面表达能力 在教室 分 8 讨论并解答试题中的问题 讨论, 有加分 * 重点 : 铸 锻 焊件的成形特点 结构特点及应用 教室 10 分总结或课间休息 ( 有的组别会安排到铸造岗位观看 ) 批改 登记成绩, 加分 10 分, 最高分为 60 分 (30 分 ) 第一部分结束 第三部分 : 消失模铸造教学系统 ( 计划 80 分钟 ) 本部分要解决的问题 : 1 消失模教学系统的介绍及工作原理? 2 教学系统简图绘制的要求? 20 分 1 系统原理及简图绘制要求图面要求 : 手绘平面图, 用简单线条表示, 比例适当 内容要求 : 设备齐全, 标注中文名称 ( 现场指明 : 主视图位置及始点 终点 ) 设备间相对位置关系 ( 上下 左右 前后 ) 设备间的联接及设备与地面间的联接方式沙子有合格不合格之分, 示出不合格砂的去除点 有四个视窗, 观察后简绘其局部结构 教室 20 分 2 系统简介及运行学生们实际观察系统运行情况 要求同学认真观察, 从始点到终点及四个视窗 给同学提示主视图的位置 ; 始点及终点, 四个视窗 教学现场消失模铸造教学系统运行 31

34 18-20 分 3 现场绘图考核学生们的现场观察能力及将所看的内容用徒手绘图方法的表达能力 重点 : 按上面要求, 现场绘制运行中的教学系统简图 教学现场 20 分对学生们的简图进行讲评, 使同学有所收获 对现有设备结构改进的方案进行讨论, 有加分 教室或现场 八 考核要求据所答问题计算成绩, 同时参考实验情况及讨论问题加分情况综合 奖励情况 : 每个问答小题正确各奖 2 分 1 合理利用从视听中获取的信息, 灵活处理问题 笔答卷扣分少于 5 分 ; 优秀 2 正确操作设备, 进行金相组织观察及比较 实验操作扣分少于 5 分 ; 3 按要求绘制教学系统简图, 失误少 系统简图扣分少于 5 分 ; 或有加分 ; 1 能利用从视听中获取的信息, 较好处理问题 笔答卷扣分少于 8 分 ; 良好 2 能正确操作设备, 失误少 实验操作扣分少于 8 分 ; 3 按要求绘制教学系统简图, 失误较少 扣分少于 8 分 ; 1 能利用从视听中获取的信息, 处理部分问题 笔答卷扣分 10 分以下 ; 中等 2 能操作设备进行金相组织观察及比较 实验操作扣分 10 分以下 ; 3 按要求绘制教学系统简图, 失误较多 扣分 10 以下 1 能从视听中获取一定的信息, 不能处理问题 笔答卷 15 分以下 ; 及格 2 能操作设备, 但不规范 实验操作扣分 15 分以下 ; 3 按要求绘制教学系统简图, 失误多 扣分 15 以下 ; 不及格 笔答扣分 15 以上 ; 操作实验设备不当 ; 系统简图不能完成及格任务者 九 参考文献 1 工程材料及成形技术基础吕广庶张远明高等教育出版社 2 热加工手册胡传析主编机械工业出版社 3 金工实习生孙以安鞠鲁粤上海市教育委员会组编 32

35 铸造实习教案 一 实践项目 : 铸造实习 二 实习时间 :6 学时 三 教学目标 : 铸造是制造零件毛坯的一种基本工艺方法 通过实习使学生了解铸造生产工艺过程 特点及其在机械制造中的地位, 掌握基本的铸造知识和操作技能, 懂得手工两箱造型方法的操作步骤和常用特种铸造方法的工艺特点和适应范围 使学生在实习过程中有机地将基础工艺知识 理论知识与实践结合起来, 为合理进行铸造结构设计打下基础 四 教学要求 : ( 一 ) 知识点 技能要求 : 1 了解砂型铸造的基本知识 (1) 砂型铸造的工艺过程及特点 (2) 型芯砂的性能及组成 (3) 浇冒口系统的组成及作用 2 模型的构造: 木模 铸件与零件的主要区别 3 了解常用的特种铸造与铸造的发展方向, 了解铸件缺陷产生原因及防止方法 2 技能要求正确掌握分模两箱造型的操作工艺, 独立完成中等复杂件的造型与造芯, 并能合理选择分型面, 设置浇冒口系统, 并具有一定的修型能力 五 教学安排 : ( 一 ) 讲解 (1 小时 ) 1 砂型铸造的生产过程 2 造型材料应具有的性能及组成 3 木模 铸件与零件三者的区别 4 浇冒口系统 5 常用的特种铸造方法 ( 二 ) 示范操作 (0.5 小时 ) 分模两箱造型 ( 带泥芯 ) 的工艺过程, 从准备工作到安放模型 填砂 紧实 起模 修型 合型等主要工作, 其中填砂应适量 紧实, 必须达到强度且均匀, 起模应垂直, 修型工作是学生的难点, 所以要求学生正确使用工具, 工具用力方向必须正确, 修好的部位必须修牢固, 且与原型基本一致 ( 三 ) 学生操作练习 (4.5 小时 ) 学生操作分为开模两箱造型, 带泥芯 ( 管子 ) ( 四 ) 总结 1 研讨其它各种造型方法或废品产生原因 特点及防止方法 2 填写实习报告 六 教学内容 : 33

36 ( 一 ) 砂型铸造的基本知识 1 什么是铸造? 2 特点? 3 应用? 4 分类? ( 二 ) 砂型铸造的工艺过程 型砂 木模 造型 合箱装配熔炼浇注落砂清理检验 芯砂 造芯 泥芯盒 ( 三 ) 造型材料 1 造型材料应有的性能性能 : 透气性 耐火性 强度 退让性 可塑性 ( 其中强度与透气 退让性相互矛盾 )2 造型材料的组成与配制组成 : 石英砂 + 粘结剂 + 水 + 附加物配制 : 应按一定比例配制, 铸造的某些缺陷与材料有关 ( 四 ) 模型设计 : 木模 铸件与零件三者的主要区别 1 分型面的确定与原则( 如果与浇注位置确定相矛盾应如何考虑 ) (1) 加工余量 ( 小孔的处理 ) (2) 收缩余量 ( 铁 1%, 钢 2%) (3) 拨模斜度 (0.5 ~3, 内壁 3 ~10 ) (4) 圆角 ( 内 外 ) (5) 泥芯头 ( 分水平 垂直两类 ) ( 五 ) 浇冒口系统 1 浇口的组成 形式及作用( 外浇口 直浇口 横浇口 内浇口 ) 2 冒口的位置及作用( 补充金属液 ) ( 六 ) 合金的铸造性能 1 流动性其好坏根本原因是什么? 生产上提高流动性的方法是什么? 2 收缩性收缩性的大小根本原因是什么? 采用何种工艺措施防止产生缩孔缩松? 3 吸气性 4 偏析何种金属易产生偏析? ( 七 ) 铸件的缺陷 产生的原因 特征及防止方法铸造生产是一项较为复杂的工艺过程, 影响质量的因素很多, 从原材料到工艺方案不合理 生产操作不恰当等, 容易产生各种缺陷如 ( 气孔 缩孔 砂眼 粘砂 缩松 错位 裂纹 浇不足及冷隔 ) 分析它们产生的原因, 能在实际生产中加以防止 ( 八 ) 常用的特种铸造及铸造生产的发展方向所谓特种铸造, 是指有别于砂型铸造方法的其它铸造工艺, 随着科学技术的发展和生产水平的 34

37 提高, 对铸件质量 生产率 劳动条件和生产成本有了进一步的要求, 因而铸造方法有了长足的发展 目前特种铸造已发展到几十种, 常用的有 : 熔模铸造 金属型铸造 离心铸造 压力铸造 陶瓷铸造 实型铸造等 特种铸造能获得如此迅速的发展, 主要是由于这些方法一般都能提高铸件的尺寸精度 表面质量 金属利用率或提高铸件的物理及力学性能, 并便于实现机械化和自动化生产 随着科学技术的进步, 对铸造提出优质 低耗 高效 少污染的要求, 所以铸造技术向以下几方面发展 1 机械化 自动化技术的发展( 如高压造型 射压造型 ) 2 特种铸造工艺的发展和复合铸造( 挤压铸造和熔模真空吸铸 ) 3 特殊性能合金进入应用( 球铁 钛合金等 ) 4 微电子技术进入使用 5 新的造型材料的开发和应用 ( 九 ) 学生操作训练 七 考核要求 : 详见实习手册 35

38 焊接技术实习教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实践项目 : 焊接技术实习 二 教学时间 :6 学时 三 教学设备及用具 : 交流电焊机 氧气瓶 乙炔瓶 焊炬 E 焊条 铁丝 h08 2 ~ 2.5 焊接变形试验台 电流表 电压表 百分表 mm 低碳钢钢板 气焊眼镜 电焊面罩 手套 脚套 榔头 铁钳 钢丝刷等 四 教学目标 : 通过对焊接的实习, 使学生对焊接工艺在生产中应用有所了解 五 教学内容 : ( 一 ) 基本熟练电弧焊的性能和正确的操作方法和运条手势 ( 二 ) 了解电弧焊和气焊工艺设备 ( 三 ) 了解氧气瓶 乙炔瓶 减压器和焊炬的机构工作原理 ( 四 ) 了解电焊机 焊条 焊接电流选择焊接空间位置以及焊接接头形式 ( 五 ) 掌握电弧焊的接线方法电流调节, 学会焊炬的使用和氧气 乙炔的调节 ( 六 ) 了解焊条的组成和作用, 了解气焊设备作用 教学顺序安排 ( 一 ) 气焊 ( 二 ) 电弧焊 六 具体教学过程 : ( 一 ) 气焊 1 理论讲解 (1) 基本知识焊接是通过加热或加压, 或两者兼用, 并且用或不用填充材料使焊件金属达到原子间结合的一种加工方法, 在现在代工业中应用极为广泛 例: 桥梁 船体 车辆 飞机锅炉 压力容器等 我国已成功的焊接了万吨水压机, 东方明珠塔等, 充分说明了焊接机构制造的辉煌成就 焊接种类与方法 : 焊接过程的特点分为三大类 熔焊 压焊 钎焊 气焊 电弧焊属于熔焊 熔焊是将焊件的连接处加热至熔化状态, 然后冷却凝固 使之连接成一个整体 它特点 : 节省材料和工时, 比铆接省料 10%~20% 缩短生产周期 ; 连接 致密性好 焊缝具有良好的力学性能, 耐高温 高压 致密性强 36

39 气焊是利用气体燃烧是产生的高温熔化焊件和焊丝形成接头的一种方法, 常用气体为可燃气乙炔, 助燃气氧气, 经焊炬混合从焊嘴碰出燃烧 ( 指挂图 ) 其最高处温度可达到 3150 度左右 作为热源, 同时产生大量的 co2 co 气体包围熔池使其不宜氧化, (2) 对照实物介绍 : 1 气焊的适用范围 ( 知识点 ) 目的是通过讲解使学生了解气焊的工艺用途, 掌握基本操作的方法和运条手势, 大概了解焊咀大小与工件厚度的选择 2 焊炬构造 三种火焰示意图 中性焰的温度及分布 ( 挂图 ) 2 示范 ( 重点 ) 先讲点火的要领, 微开氧气逆时针方向, 再开乙炔阀门逆时针, 然后用点火器对准焊咀口 手避开点火, 当关闭火焰时 是先关乙炔阀门再关氧气阀门方向顺时针, 操作时碰到回火时该如何处理 回火的原因是什么? 燃烧速度大于供气速度 焊炬与工件夹角为 45 度左右, 焰芯与工件的距离 2 4mm ( 难点 ) 操作时两手要协调, 并注意送丝方向, 在起焊及收尾时都要及时变化焊炬的倾角, 展示三种火焰的结构调节 用途范围 最终调至中性焰, 先在一块 3mm 厚度的低 c 钢板上焊上一条规范焊缝, 再焊一条易产生各种缺焰的焊缝然后进行对比, 指出原因和产生的后果, 并注意在操作中的安全规则 3 分组练习操作每位学生操作轮换二至三次, 旁边学生仔细观察, 每条比对分析差距取长补短 ( 上午 10:00 结束气焊 ) ( 二 ) 手工电弧焊 1 理论讲解 (1) 手工电弧焊的方法手工电弧焊是利用电弧热局部产生的热源来熔化焊件和焊条以形成焊缝的一种手工操作焊接方法 ( 结合挂图讲解 ) (2) 电焊机介绍一台交流电焊机 ( 实物 ) 介绍名称型号初级电压, 工作电压 空载电压电源线 接地线 开关 输出极 ( 线 ) 调节电流手柄 ( 方法运用 ) 输出端电流认识, 交流电弧焊机是一台特殊的变压器, 它的输出电压随着电流的变化而有陡降的特性, 它结构简单, 价廉 噪声小 使用可靠 维修方便 但焊接电流不如直流弧焊机稳定, 并限制部分焊条的使用 (3) 焊条 1 焊条组成 : 手工电弧焊焊条由金属焊芯及药皮组成 金属焊芯作为电极传导焊接电流产生电弧 熔化后又作为填充金属, 通常为含碳 硫磷较低的专用焊丝 药皮由多种矿石粉和铁合金粉等组成 用水玻璃调合后包敷于焊芯表面, 其作用稳定电弧 药皮中含有钾 钠等元素, 能在较低的电压下电离 既易引弧 又稳电弧 ; 保护焊缝 在高温熔化后产生气体和熔渣 隔离空气 减少氧对熔池的侵入冶金处理 药皮中有益合金元素, 在焊接冶金过 37

40 程中起脱氧 硫磷 渗合金作用 2 焊条型号 : 介绍两种常用的碳钢焊条 E4303 E5015 (4) 手工电弧焊的工艺 1 接头型式 坡口型式 焊接位置 焊接规范 ( 焊条直径 焊接电流等 ) 2 公式 ( 以低碳钢为例 )I=(30-60)d 式中 :I 为电流 d 为焊条直径 2 手工电弧焊示范操作: (1) 焊前准备 介绍手工电弧焊所用的工具 设备 焊接线路 示范焊条与工件操作时的夹角 度及运条速度 电弧的高度 引弧方法两种 ( 敲击 摩擦法 ) 粘条的原因及处理方法 (2) 示范重点 : 开机操作 调节合适电流 引燃电弧 在 6mm 厚度的低 C 钢板上先焊一条弧长不等, 速度快慢不匀的焊缝 然后清渣 告知学生要安全的操作规范 ( 防止高温熔渣的飞溅 烫伤皮肤眼睛, 不能用手直接拿刚焊的工件及焊条残头 ), 不能把焊钳放在回路的工作台上防止短路, 再焊条规范的焊缝, 然后进行分析比较 ( 焊缝的宽度为 10mm 左右 厚度 6mm 表面波纹均匀呈椭圆形焊缝中间衔接合适 收尾饱满合适 ) (3) 分组练习 : 每人分配练习二根焊条 每次焊半根 并且中间要熄弧 重引弧练习接头焊至半根焊条收尾 清渣 观察 晓知产生焊缝缺陷原因 待下轮纠正查看样品对照 (4) 考试 : 每人焊一条长 100mm 的对接平焊缝, 考试结束整理工具 关闭焊机 绕整齐电缆线 焊接区域内搞卫生至合格 然后评分, 做实习报告大约在下午 4 点结束 七 具体教学过程 : 1 操作技能 (1) 正确调整焊接设备 5 分 (2) 握持焊钳的动作规范 5 分 (3) 施焊步骤的合理 5 分 2 工件质量 (1) 焊缝宽度均匀 15 分 (2) 焊缝余高的合适 波纹细密 20 分 (3) 焊缝是否焊透 有无夹渣 气孔烧穿 咬边 焊瘤等缺陷 20 分 (4) 衔接合适 收尾弧坑填满 15 分 3 安全文明生产 (1) 实习态度认真 遵守实习纪律 认真听讲 7 分 (2) 遵守安全规则不出安全事故 4 分 (3) 结束前做好实习场地 设备的清洁卫生 2 分 (4) 正确摆放工具 工件 2 分 附 : 电弧焊板书 38

41 一 介绍焊机交流弧焊机 ( 名称 ) BX1 300( 型号 ) 380V( 初级电压 ) 20 30V( 工作电压 ) 80V( 空栽电压 ) ( 电流调节范围 ) 二 介绍焊条 : 药皮作用三 焊接规范 : 低碳钢 ( 板材 ) 6mm( 板厚 ) E4303( 焊条焊号 ) 3.2( 焊条直径 ) ( 焊接电流 ) {I=D(30 60)} 四 接头型式对接搭接角接丁字接五 焊接位置平焊横焊立焊仰焊六 坡口型式 39

42 一 实践项目 ( 一 ) 电弧焊 ( 二 )FastCAM 水下等离子切割系统 二 实习时间 :6 学时 三 教学目标 切割焊接实习教案 (2014 年 4 月更新 ) 通过对切割焊接的实习, 使学生对 FastCAM 水下等离子切割系统的结构和操作流程以及焊接工 艺在生产中应用有所了解 四 教学要求 ( 一 ) 基本熟练电弧焊的性能和正确的操作方法和运条手势 ( 二 ) 了解电弧焊和水下等离子工艺设备 ( 三 ) 了解氧气瓶 乙炔瓶 减压器和焊炬的机构工作原理 ( 四 ) 了解电焊机 焊条 焊接电流选择焊接空间位置以及焊接接头形式 ( 五 ) 掌握电弧焊的接线方法电流调节, 学会焊炬的使用和氧气 乙炔的调节 ( 六 ) 了解焊条的组成和作用, 了解气焊设备作用 ( 七 ) 了解 FastCAM 水下等离子切割系统的结构和操作流程 五 教学时间安排 ( 一 ) 水下等离子机床切割 (2 小时 ) 1 告知学生注意事项 做好安全措施 2 FastCAM 水下等离子系统 3 演示 FastCAM 水下等离子系统切割 ( 二 ) 电弧焊 : 1 电弧焊 (45 分钟 ) 2 学生分组操作练习 (3 小时 ) 3 考试 (1 小时 ) 4 做实习报告 打扫卫生, 结束 (30 分钟 ) 六 实习用的基本器材 设备 附件 交流电焊机 氧气瓶 乙炔瓶 焊炬 E 焊条 电流表 电压表 mm 低碳 钢钢板 气焊眼镜 电焊面罩 手套 脚套 榔头 铁钳 钢丝刷等 七 教学内容 ( 一 )FastCAM 水下等离子切割系统 1 讲课 40

43 (1) 背景概述 : 当今中国制造业中, 企业的生产方式被分为 冷加工 与 热加工 : 其中以 车 铣 刨 磨 为代表的传统冷加工方式正逐步向能够提供多轴切削的 数控加工中心 转变, 不断追求产品在内部精度上的精益求精 ; 而以 切割焊接 为核心的原始手工或机械热加工方式正全面被智能化 信息化的 切割焊接平台 所替代, 不断挖掘产品在外部成型上的降本增效 中国十大核心制造业产业 建筑钢结构 机械 船舶 石化 冶金 铁道 水电 家电 锅炉压力容器和集装箱产业, 都是以钢材为主要原材料, 覆盖了国民综合建设的各个方面 : 包括机场 高铁 体育场馆 船舶 工程车辆等众多大型产品和工程的建造 其中相对冷加工追求零件精度的特点而言, 以 切割焊接 为核心的热加工在上述行业中更突出工程的整体流程和管理方式 : 切割决定生产成本, 焊接决定生产质量 2010 年中国切割焊接用钢达 3 亿吨, 占钢材总消费量 60%, 但比美国等发达国家在切割焊接中多浪费 10% 的钢材, 约 3000 万吨价值 1500 亿 由此可见目前中国企业在 制造环节 中不但要保证 先进下料成型设备 的更新换代, 确保大幅提高工程项目进度 ; 更要在提高生产效率的同时引进 先进下料流程 的整体方案, 实现降低成本 减少浪费, 最终提高 中国制造 的核心竞争力 (2) 定义 : FastCAM 水下等离子切割系统利用高温在喷嘴处喷射出来的高速气流离子化, 从而形成导电体 当电流通过时, 该导气体即形成高温等离子电弧, 电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化 ( 和蒸发 ), 并借助高速等离子气流的动力排除熔融金属以形成切口的一种加工方法 利用环形气流技术形成的细长并稳定的等离子电弧, 保证了能够平稳且经济地切割任何导电的金属 数控切割特点 : 切割生产效率高, 切割质量好 绿色环保水下切割模式完全避免室内烟雾 粉尘 弧光对人体及环境造成的严重污染和伤害 高效等离子切割方式与传统火焰切割方式相比, 切割生产效率提高 200% 至 400% (3) 适用范围 : a. 在建筑钢结构行业中 : 绝大部分如 : 飞机场 火车站台 体育场馆 桥梁 厂房等项目的建造 b. 在机械 船舶 集装箱行业中 : 绝大部分如 : 吊车 叉车 铲车等工程车辆 造纸机器 船用发动机 船体 集装箱等产品 c. 在石化 水电 锅炉压力容器行业中 : 绝大部分如 : 水冷塔 输送管道 气体储存罐 蒸汽锅炉等产品 (4) FastCAM 水下等离子切割系统结构 : 控制柜 机床 ( 床身 导轨 水箱 割炬 坦克链等 ) 电源 空压机 氧气 乙炔 储气罐 管道 冷干机 行车等 ( 二 ) FastCAM 水下等离子切割系统操作流程 : 41

44 1 FastCAM 套料软件使用流程图 : 2. FastCAM 水下等离子切割系统切割流程 : 开启电源 打开氧气 乙炔 空气 开启冷干机电源 开启控制柜电源 菜单 选 7( 软盘文件拷贝 ) 选文件 菜单 选 3( 执行切割 ) 选文件名 刀具参数设定 (14 等离子 50 火焰 ) 等离子电源操作 :( 地线和夹子 ) 夹在工件上 (+) 确定切割电流 ( 材料和板厚 )- 选择易损件型号 开启等离子电源 检查氧气 空气 电流 压力表 冷却液 风扇等状况 工件定位 (F9) 按上 下 左 右方向键 F3( 开始切割 ) 3 FastCAM 水下等离子切割系统切割零件 ( 演示 ) ( 二 ) 手工电弧焊 1 讲解 (1) 基本知识焊接是通过加热或加压, 或两者兼用, 并且用或不用填充材料使焊件金属达到原子间结合的一种加工方法, 在现在代工业中应用极为广泛 例: 桥梁 船体 车辆 飞机锅炉 压力容器等 我国已成功的焊接了万吨水压机, 东方明珠塔等, 充分说明了焊接机构制造的辉煌成就 焊接种类与方法 : 焊接过程的特点分为三大类 熔焊 压焊 钎焊 气焊 电弧焊属于熔焊 熔焊是将焊件的连接处加热至熔化状态, 然后冷却凝固 使之连接成一个整体 它特点 : 节省材料和工时, 比铆接省料 10%~20% 缩短生产周期 ; 连接 致密性好 焊缝具有良好的力学性能, 耐高温 高压 致密性强 (2) 手工电弧焊的方法 42

45 手工电弧焊是利用电弧热局部产生的热源来熔化焊件和焊条以形成焊缝的一种手工操作焊接方法 ( 结合挂图讲解 ) (3) 电焊机介绍一台交流电焊机 ( 实物 ) 介绍名称型号初级电压, 工作电压 空载电压电源线 接地线 开关 输出极 ( 线 ) 调节电流手柄 ( 方法运用 ) 输出端电流认识, 交流电弧焊机是一台特殊的变压器, 它的输出电压随着电流的变化而有陡降的特性, 它结构简单, 价廉 噪声小 使用可靠 维修方便 但焊接电流不如直流弧焊机稳定, 并限制部分焊条的使用 (4) 焊条 1 焊条组成 : 手工电弧焊焊条由金属焊芯及药皮组成 金属焊芯作为电极传导焊接电流产生电弧 熔化后又作为填充金属, 通常为含碳 硫磷较低的专用焊丝 药皮由多种矿石粉和铁合金粉等组成 用水玻璃调合后包敷于焊芯表面, 其作用稳定电弧 药皮中含有钾 钠等元素, 能在较低的电压下电离 既易引弧 又稳电弧 ; 保护焊缝 在高温熔化后产生气体和熔渣 隔离空气 减少氧对熔池的侵入冶金处理 药皮中有益合金元素, 在焊接冶金过程中起脱氧 硫磷 渗合金作用 2 焊条型号 : 介绍两种常用的碳钢焊条 E4303 E5015 (5) 手工电弧焊的工艺 1 接头型式 坡口型式 焊接位置 焊接规范 ( 焊条直径 焊接电流等 ) 2 公式 ( 以低碳钢为例 )I=(30-60)d 式中 :I 为电流 d 为焊条直径 2 手工电弧焊示范操作: (1) 焊前准备 介绍手工电弧焊所用的工具 设备 焊接线路 示范焊条与工件操作时的夹角 度及运条速度 电弧的高度 引弧方法两种 ( 敲击 摩擦法 ) 粘条的原因及处理方法 (2) 示范重点 : 开机操作 调节合适电流 引燃电弧 在 6mm 厚度的低 C 钢板上先焊一条弧长不等, 速度快慢不匀的焊缝 然后清渣 告知学生要安全的操作规范 ( 防止高温熔渣的飞溅 烫伤皮肤眼睛, 不能用手直接拿刚焊的工件及焊条残头 ), 不能把焊钳放在回路的工作台上防止短路, 再焊条规范的焊缝, 然后进行分析比较 ( 焊缝的宽度为 10mm 左右 厚度 6mm 表面波纹均匀呈椭圆形焊缝中间衔接合适 收尾饱满合适 ) (3) 分组练习 : 每人分配练习二根焊条 每次焊半根 并且中间要熄弧 重引弧练习接头焊至半根焊条收尾 清渣 观察 晓知产生焊缝缺陷原因 待下轮纠正查看样品对照 (4) 考试 : 每人焊一条长 100mm 的对接平焊缝, 考试结束整理工具 关闭焊机 绕整齐电缆线 焊接区域内搞卫生至合格 然后评分, 做实习报告大约在下午 4 点结束 附 : 电弧焊板书 一 介绍焊机 43

46 交流弧焊机 ( 名称 ) BX1 300( 型号 ) 380V( 初级电压 ) 20 30V( 工作电压 ) 80V( 空栽电压 ) ( 电流调节范围 ) 四 介绍焊条 : 药皮作用 五 焊接规范 : 低碳钢 ( 板材 ) 6mm( 板厚 ) E4303( 焊条焊号 ) 3.2( 焊条直径 ) ( 焊接电流 ) {I=D(30 60)} 四 接头型式 对接 搭接 角接 丁字接 五 焊接位置 平焊 横焊 立焊 仰焊 六 坡口型式 七 评分标准 : 2 操作技能 (1) 正确调整焊接设备 5 分 (2) 握持焊钳的动作规范 5 分 (3) 施焊步骤的合理 5 分 2 工件质量 (1) 焊缝宽度均匀 15 分 (2) 焊缝余高的合适 波纹细密 20 分 (3) 焊缝是否焊透 有无夹渣 气孔烧穿 咬边 焊瘤等缺陷 20 分 (4) 衔接合适 收尾弧坑填满 15 分 3 安全文明生产 (1) 实习态度认真 遵守实习纪律 认真听讲 7 分 (2) 遵守安全规则不出安全事故 4 分 (3) 结束前做好实习场地 设备的清洁卫生 2 分 (4) 正确摆放工具 工件 2 分 44

47 热处理教案 一 实践项目 : 热处理 二 实习时间 :3 学时 三 教学目标 : ( 一 ) 通过实习了解热处理工作原理 工艺特点及应用范围 ( 二 ) 使学生了解热处理工艺对提高金属材料性能, 延长零件寿命有着重要意义 四 教学要求 : ( 一 ) 知识点, 技能要求 1 知识点: 初步了解热处理的原理和方法, 遵守安全操作过程 2 技能要求: 能进行零件的退火 正火 淬火 回火操作, 能根据火花鉴别低碳钢 中碳钢 高碳钢 ( 二 ) 教学重点 : 利用 45 钢退火 正火 淬火 回火后试样通过硬度检验了解组织结构, 进行形象化教育 ( 三 ) 教学难点 : 讲解和示范必须有机地结合, 在讲解热处理工艺时举例说明如 :( 工具 弹簧 刀具等 ), 再结合锯条高碳钢示范退火 正火 淬火性能来进行分析它们工艺特性 五 教学时间安排 说明 : 热处理工艺情况比较复杂, 不同处理所需时间不同, 所以时间分割较为灵活, 为使同学看到加热的 全过程, 介绍设备及装炉在早上 30 分钟进行, 下列时间仅供参考 1 介绍常用设备 5 分钟 2 示范操作 5 分钟 3 同学操作 15 分钟 4 化学处理讲解及操作 10 分钟 5 热处理四把火操作示范 15 分钟 6 硬度测试示范操作 10 分钟 7 热处理淬火及回火进炉操作 40 分钟 8 化学处理酸洗及氧化 10 分钟 9 讲授材料的性能及热处理等基础知识 35 分钟 10 化学处理上油及回火出炉 20 分钟 11 火花签别示范操作 10 分钟 12 讨论 实习报告 卫生等 40 分钟 六 实习用的基本器材 仪器 设备 附件等 1 砂轮机一台 2 20 钢 45 钢 T12 钢试样各一根 3 洛氏硬度试验机二台 45

48 4 45 钢退货 淬火 回火 ( 调质态 ) 试样各一个 5 箱式电阻炉二台 6 配电控制柜二台 7 铁铲 钳子 钩子 不锈钢清洗框 不锈钢加热框 不锈钢反应釜 塑料桶若干 七 教学内容 ( 一 ) 讲课 1 常用热处理设备( ) (1) 加热炉 : 常用加热炉有箱式电阻炉 盐浴炉 (2) 控温仪表 : 常用的控温仪表有热电偶 温控仪表等 (3) 质检设备 : 常用的质检设备有洛氏硬度机 金相显微镜 量具 无损检测 ( 探伤 ) 设备等 (4) 冷却设备 : 常用的冷却设备有水槽 浴炉 缓冷坑等 2 钢的热处理基本概念( ) 钢的热处理是将钢在固态下进行不同的加热 保温 冷却, 通过改变材料的内部组织获得所需要性能的一种工艺 3 金属材料的牌号 性能 (1) 钢的性能 1 强度 : 金属材料在静载荷的作用下抵抗变形和断裂的能力 2 塑性 : 金属材料在静载荷的作用下产生的塑性变形而不破坏的能力 3 硬度 : 金属材料表面抵抗更硬物质压入的能力 4 冲击韧性 : 金属材料在冲击载荷的作用下抵抗断裂破坏的能力 (2) 钢的牌号钢的分类 : 钢的分类方法很多, 常用的分类方法有 : 按化学成份分 : 碳素钢 合金钢按用途分 : 结构钢 工具钢 特殊性能钢按质量分 : 普通质量钢 优质钢 高级优质钢 1 优质碳钢 : 钢, 其强度 硬度低, 塑性好 ( 在上课时可能举例说明 ) 自行车链条 冲压件 焊接件 钢, 经热处理 ( 如调质后 ) 有较好综合力学性能, 如齿轮 曲轴 螺栓等 钢, 经淬火 + 中温回火后, 具有较高弹性极限 2 碳素工具钢 : T8 T10 T12, 用于耐磨性较高的小丝锥 钻头 锉刀 刮刀等 3 合金钢 : 合金结构钢 40Cr 常用来做齿轮 连杆螺丝 曲轴 全轴合金弹簧钢 60Si 2 Mn 常用来做汽车 拖拉机中 22~30mm 减振板簧 螺旋弹簧等高速钢 W 18 Cr 4 V 常用来做齿轮铣刀, 插齿刀等 (3) 铸铁 : 1 灰口铸铁 2 球墨铸铁 3 蠕墨铸铁 4 可锻铸铁注 *: 在讲解钢铁材料 性能 牌号时, 结合铁碳合金状态图, 如图 1 46

49 温度 图 1 铁碳合金状态图 a. 通过了解铁碳合金状态图, 来分析铁和钢的成份, 室温到相变至液态组织变化 ; b. 通过了解铁碳合金状态图, 不同钢的成份, 有不同的加热温度, 以及工艺特性 4 碳钢的普通热处理结合图 2 进行讲解 t 图 2 碳钢热处理方法示意图 1- 退火 2- 正火 3- 淬火 4- 回火 (1) 退火 : 1 完全退火 : 降低硬度, 改善切削加工性 ; 消除内应力 ; 细化晶粒, 均匀组织 用于共析钢的铸件焊接结构件 2 球花退火 : 使珠光体珠化, 降低硬度, 改善切削加工性, 并为淬火作组织准备 用于共析过共析钢, 如工具钢 轴承钢 3 去应力退火 : 消除铸件 锻件 焊件结构件 机械加工件的内应力, 防止工件的变形和开裂 (2) 正火 : 与退火的目的一致相似, 正火后的强度比退火略高, 用于普通结构钢件的最终热处理 ; 改善低碳钢的切削加工性 ; 过共析钢在球化退火前消除网状渗碳体 (3) 淬火 : 获得马氏体, 为回火做准备 47

50 (4) 回火 : 消除内应力, 防止零件变形开裂, 淬火后的零件必须及时回火 5 四把火的应用范围 (1) 回火 1 工具一类, 高硬度 淬火 + 低温回火 ( 洛氏硬度 >60HRC) 2 弹簧, 弹, 疲劳 淬火 + 中温回火 (35-50HRC) 3( 毛坯 半成品 ) 需获得强 韧良好配合的力学性能, 调质 ( 淬火 + 高温回火 )( 布氏硬度 220~280HB) (2) 正火 : 用于低碳钢或中碳钢 ( HB) (3) 退火 : 用于高碳钢或中碳钢 ( HB) (4) 淬火后, 可获得马氏体, 通过回火 : 低温回火 ( ) 可获回火马氏体中温回火 ( ) 可获回火屈氏体高温回火 ( ) 可获回火索氏体 6 制订热处理工艺 45 钢淬火 回火热处理工艺过程示意图见图 3 例 : 台钻零件 : 名称 : 小轴 20mm 材料 :45 钢数量 :200 根 A 分 mm 盐水冷却 h 出炉空冷 图 3 45 钢调质 ( 淬火 + 高温回火 ) 热处理工艺过程示意图 7 热处理的安全技术 (1) 热处理车间的高温设备多, 电气设备多, 各种化学药品多, 容易引起火灾 爆炸 灼伤 中毒及触电等事故, 因此进入车间, 同学们务必注意安全, 凡刚出炉的工件, 不准用手去摸, 以免灼伤 (2) 电阻炉在使用前要检查电源接头和电源线的绝缘是否良好, 配电柜子的红绿灯工作是否正常, 炉内保持清洁, 工作完毕清除炉内及地上氧化皮, 装炉时工件不能碰着电阻丝, 以防加热时发生短路, 烧断电阻丝或烧坏工件 ( 二 ) 示范 1 砂轮机的操作 (1) 介绍砂轮机的启动 关闭及钢铁材料的火花试验方法 (2) 简要说明操作时安全防范事项 2 钢铁材料的火花鉴别在介绍钢材火花基本知识中, 取三个试样 ( 如 20 钢 45 钢 T12 钢 W 18 Cr 4 V 高速钢 ), 结合讲解内容, 边讲边示范, 并且让学生了解火花鉴别在生产中的应用 3 洛氏硬度试验机的操作方法步骤 48 t

51 (1) 介绍并示范洛氏硬度试验机的操作方法及步骤 (2) 介绍洛氏硬度试验法在生产中的应用 (3) 利用 45 钢材料试样三个, 退火 淬火 回火 ( 调质态 ) 试样进行测试 4 钢的退火 正火 淬火 回火操作 (1) 简要说明热处理的安全技术要求 (2) 介绍热处理的常用设备加热规范及常用的冷却方法并且进行钢的淬火 正火过程示范 (3) 用锯条做退火 正火 淬火性能的比较 ( 三 ) 实习操作 1 台钻零件: 长棘轮要求 :1 调质 22-28HRC, 材料 :45 钢, 数量 :200 只 2 同学四人一组, 分批进行淬火后回火操作 2 台钻零件: 螺丝 螺帽 要求 :1( 发黑 ) 氧化处理, 数量 :200 只 2 同学分批进行 : 碱洗 酸洗 氧化 上油注 * 在同学操作中, 指导老师认真负责进行指导, 手把手教 出现问题及时解决, 做到忙中不乱, 注意安全, 积极巡回, 把产品零件保质保量操作完毕 完成实习报告 打扫实习场地 八 考核要求 详见实习手册 九 参考文献 : 金工实习教学指导 上海普通高校 九五 重点教材, 主编 : 孙以安 ( 上海市教育委员会组编 ) 49

52 数控车床加工技术教案 一 实践项目 : 数控车床加工技术 二 实习时间 :6 学时 三 教学设备及用具 :CK6241 数控车床, 直径 25 毫米铝棒, 高速钢刀具 四 教学目标通过此实习使学生掌握数控车床加工技术的基本概念, 数控车削加工和普通车削加工之间的区别 学生通过实习掌握数控车床的常用编程指令, 数控车床加工的基本步骤和过程, 能够丰富学生的创新设计和动手操作能力 五 教学内容本实习要求学生能够了解数控车床的组成 特点与应用, 正确建立笛卡尔坐标系 ( 区别机床坐标系和工件坐标系 ), 学习辅助功能指令 准备功能指令 循环功能指令, 能够合理 规范的操作机床, 加工零件, 做好数控机床的日常维护保养工作 教学重点 : 运动控制指令 G01 G02 G03 G73 的运用 机床操作面板的操作方法 对刀方法教学难点 : 循环指令 G73 的运用及对刀的操作方法 六 具体教学过程 ( 一 ) 课堂讲解 1) 介绍一天的实习安排计划 主要内容包括 : 数控车床编程基本知识 自由设计零件制图并编程 机床面板介绍 手工输入零件的程序 机床操作演示和独立加工零件 了解数控车床的组成 特点与应用, 与普通车床相比的优缺点 (15 分钟 ) 2) 坐标系 工件坐标系, 机床坐标系 ( 板书 2 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 目前我国执行的 JB 数控机床坐标和运动方向的命名, 数控车床坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系 规定与车床主轴轴线平行的方向为 Z 轴, 且规定从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为正方向 在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为 X 轴, 且规定刀具远离旋转中心的方向为正方向 机床坐标系 ( 机械坐标系 ): 作为机床上的一个固定点, 机床原点 ( 机械原点 ) 是由机床生产厂家在出厂时设定的 该点一般设定在机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置. 工件坐标系 ( 编程坐标系 ): 是编程和加工用的坐标系 其原点 ( 编程零点 ) 由编程者设定, 一般设在工件的设计 工艺基准处, 便于尺寸计算 50

53 3) 准备功能指令代码 (1) G00 快速点定位 ( 板书 2 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的目标位置 其中 X Z 坐标为目标点坐标值, 应该写刀具将要移动到的点坐标 G00 X_ Z_ ; 注意 : 只能用于快速定位或加工完快速退刀时, 不能用于切削 G00 的移动速度可以通过机床内部参数来调整 板书,2 分钟 (2)G01 直线插补指令 ( 板书 2 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 格式 : G01 X_ Z_ F_ 线 刀具按程序段中规定的进给速度 F, 由某坐标点移动到另一坐标点, 插补加工出任意斜率的直 51

54 其中 X Y Z 坐标为目标点坐标值 ( 即直线的终点坐标 ),F 为进给速度, 单位为 mm/r, 在实习中我们用 F0.15 注意 : 机床在执行 G01 指令时, 在该程序段中必须具有或在该程序段前已经有 F 指令 G01 和 F 均为模态代码 (3) G02/G03 圆弧插补指令 ( 板书 2 分钟 + 讲解 10 分钟 ) 格式 : G02/G03 X_ Z_ R_ F_ 挂图 G02 表示逆圆插补 ;G03 表示顺圆插补 其中 X Z 坐标为目标点坐标值 ( 即圆弧的终点坐标 ),R 为圆弧的半径,F 为进给速度 强调 : 所写圆弧要客观存在 举例 : GO1 XO ZO GO3 X12 Z-18 R5 出现类似这样的程序系统会报警出错的 板书,2 分钟 4) 循环指令代码 (G73 G70 指令 )( 板书 2 分钟 + 讲解 15 分钟 ) 固定循环指令 G73 挂图 : 52

55 精加工循环指令 G70 程序段格式为 :G70 P(ns) Q(nf) ; P Q 与 G73 里面的 P Q 相同 5) 辅助指令代码 ( 板书 3 分钟 + 讲解 8 分钟 ) S xxxx (2)M02 程序结束指令 (3)M30 (4)M03 M04 M05 主轴转速功能指令 S xxxx, 属于模态代码 主轴转速功能用地址符 S 加二到四位数字表示 M02 指令的功能是程序全部结束 此时主轴停转 切削液关闭, 数控装置和机床复位 该指令写在程序的最后一段 M30 程序结束指令指令与 M02 指令的功能基本相同, 不同的是,M30 能自动返回程序起始位置, 为加工下一个工件作好准备 M03 M04 M05 主轴正转 反转 停止指令 所谓主轴正转, 是从主轴向 Z 轴正向看, 主轴顺时针转动 ; 反之, 则为反转 M05 表示主轴停止转动 6) 指令 T xxxx ( 板书 1 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 刀具功能指令用 T 代码后面四位数值的前二位表示刀具选择号, 数值的后两位表示指定刀具补偿的补偿号 例 :TO2O2 表示选择 2 号刀, 用 2 号刀补值 7) 指令 F xxxx( 板书 1 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 进给功能指令, 属于模态代码 在 G01 G02 G03 和循环指令程序段中, 必须要有 F 指令, 或者在这些程序段之前已经写入了 F 指令 指令 G01 XO ZO F0.2 8) 实例编程 (15 分钟 ) 挂图 : 53

56 S600 M03; T0202; ( 外形车刀, 刀宽 2.5mm) G00 X30 Z5; G73 U12.5 W0 R12; G73 P60 Q170 U0.5 W0 F0.15; N1 G00 X0 Z2; G01 Z0; G03 X12 Z-18 R10; G01 Z-23; X22 Z-28; Z-30.5; ( 让刀 ) X12; Z-33; G02 X22 Z-38 R5; G01 Z-40; G00 X30; N2 Z5; ( 退刀 ) G70 P1 Q2; G00 X80 Z80; T0404; ( 切断刀, 刀宽 3mm) G00 X30 Z-43; G01 X0 F0.15; G00 X80; Z80; M05; M02; 9) 请同学们自行设计简单零件, 绘图, 编写程序 (60 分钟 ) 提醒学生注意 : (1) 最大直径小于 25 毫米, 最大长度小于 100 毫米 (2) 考虑工件强度能承受切削力, 避免加工过程中折断 10) 完成实习报告 20 分钟 11) 评分, 课程总结 20 分钟 54

57 注 :10,11 两项内容现场部分结束后进行 ( 二 ) 现场部分, (1) 现场讲解 : 机床面板介绍, 程序手动录入的方法 (25 分钟 ) (2) 现场演示 : 1 机床对刀 (10 分钟 ) 2 简单零件加工 (5 分钟 ) (3) 学生程序手动录入机床 (40 分钟 ) (4) 检查程序 (10 分钟 ) (5) 加工工件 (60 分钟 ) (6) 打扫设备, 场地 (10 分钟 ) 七 考核要求及评价方法 按等第制, 分优 良 中 及格 不及格五档成绩 评价内容包括 : (1) 在规定时间内能够独立完成 (2) 零件的合理性和复杂性 (3) 构思的创新性和整体美观性 (4) 程序输入和检查的独立性 正确性 (5) 机床操作的正确性, 卫生打扫情况 55

58 斜床身数控车床加工技术教案 (2014 年 4 月更新 ) 一 实践项目 : 斜床身数控车床加工技术 二 实习时间 :6 学时 三 教学设备及用具 :SL50 斜床身斜床身数控车床, 直径 25 毫米铝棒, 高速钢刀具 四 教学目标通过此实习使学生掌握数控车床加工技术的基本概念, 数控车削加工和普通车削加工之间的区别 学生通过实习掌握斜床身数控车床的常用编程指令, 斜床身数控车床加工的基本步骤和过程, 并分组讨论制作模型的方案并提交教师审阅, 增强学生的创新设计和团队协作能力 调试能够丰富学生的创新设计和动手操作能力 五 教学内容本实习要求学生能够了解斜床身数控车床的组成 特点与应用, 正确建立笛卡尔坐标系 ( 区别机床坐标系和工件坐标系 ), 学习辅助功能指令 准备功能指令 循环功能指令, 能够合理 规范的操作机床, 加工零件, 做好数控机床的日常维护保养工作 教学重点 : 运动控制指令 G01 G02 G03 G73 的运用 机床操作面板的操作方法 对刀方法教学难点 : 循环指令 G73 的运用及对刀的操作方法 六 具体教学过程 ( 一 ) 课堂讲解 1) 介绍一天的实习安排计划 主要内容包括 : 数控车床编程基本知识 自由设计零件制图并编程 机床面板介绍 手工输入零件的程序 机床操作演示和独立加工零件 了解斜床身数控车床的组成 特点与应用, 与普通车床相比的优缺点 (15 分钟 ) 2) 坐标系 工件坐标系, 机床坐标系 ( 板书 2 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 目前我国执行的 JB 数控机床坐标和运动方向的命名, 斜床身数控车床坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系 规定与车床主轴轴线平行的方向为 Z 轴, 且规定从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为正方向 在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为 X 轴, 且规定刀具远离旋转中心的方向为正方向 机床坐标系 ( 机械坐标系 ): 作为机床上的一个固定点, 机床原点 ( 机械原点 ) 是由机床生产厂家在出厂时设定的 该点一般设定在机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置. 工件坐标系 ( 编程坐标系 ): 是编程和加工用的坐标系 其原点 ( 编程零点 ) 由编程者设定, 一般设 56

59 在工件的设计 工艺基准处, 便于尺寸计算 3) 准备功能指令代码 (1)G00 快速点定位 ( 板书 2 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的目标位置 其中 X Z 坐标为目标点坐标值, 应该写刀具将要移动到的点坐标 G00 X_ Z_ ; 注意 : 只能用于快速定位或加工完快速退刀时, 不能用于切削 G00 的移动速度可以通过机床内部参数来调整 板书,2 分钟 (2)G01 直线插补指令 ( 板书 2 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 格式 : G01 X_ Z_ F_ 刀具按程序段中规定的进给速度 F, 由某坐标点移动到另一坐标点, 插补加工出任意斜率的直 57

60 线 其中 X Y Z 坐标为目标点坐标值 ( 即直线的终点坐标 ),F 为进给速度, 单位为 mm/r, 在实习中我们用 F0.15 注意 : 机床在执行 G01 指令时, 在该程序段中必须具有或在该程序段前已经有 F 指令 G01 和 F 均为模态代码 (3)G02/G03 圆弧插补指令 ( 板书 2 分钟 + 讲解 10 分钟 ) 格式 : G02/G03 X_ Z_ R_ F_ 挂图 G02 表示逆圆插补 ;G03 表示顺圆插补 其中 X Z 坐标为目标点坐标值 ( 即圆弧的终点坐标 ),R 为圆弧的半径,F 为进给速度 强调 : 所写圆弧要客观存在 举例 : GO1 XO ZO GO3 X12 Z-18 R5 出现类似这样的程序系统会报警出错的 板书,2 分钟 4) 循环指令代码 (G73 G70 指令 )( 板书 2 分钟 + 讲解 15 分钟 ) 固定循环指令 G73 挂图 : 58

61 精加工循环指令 G70 程序段格式为 :G70 P(ns) Q(nf) ; P Q 与 G73 里面的 P Q 相同 5) 辅助指令代码 ( 板书 3 分钟 + 讲解 8 分钟 ) S xxxx (2)M02 程序结束指令 (3)M30 (4)M03 M04 M05 主轴转速功能指令 S xxxx, 属于模态代码 主轴转速功能用地址符 S 加二到四位数字表示 M02 指令的功能是程序全部结束 此时主轴停转 切削液关闭, 数控装置和机床复位 该指令写在程序的最后一段 M30 程序结束指令指令与 M02 指令的功能基本相同, 不同的是,M30 能自动返回程序起始位置, 为加工下一个工件作好准备 M03 M04 M05 主轴正转 反转 停止指令 所谓主轴正转, 是从主轴向 Z 轴正向看, 主轴顺时针转动 ; 反之, 则为反转 M05 表示主轴停止转动 强调 : 斜床身数控车床由于是前置刀架, 故一般在加工外圆时使用 M04, 即主轴反转 6) 指令 T xxxx( 板书 1 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 刀具功能指令用 T 代码后面四位数值的前二位表示刀具选择号, 数值的后两位表示指定刀具补偿的补偿号 例 :TO2O2 表示选择 2 号刀, 用 2 号刀补值 7) 指令 F xxxx( 板书 1 分钟 + 讲解 5 分钟 ) 进给功能指令, 属于模态代码 在 G01 G02 G03 和循环指令程序段中, 必须要有 F 指令, 或者在这些程序段之前已经写入了 F 指令 指令 G01 XO ZO F0.2 8) 实例编程 (15 分钟 ) 59

62 挂图 : S600 M04; T0202; ( 外形车刀, 刀宽 2.5mm) G00 X30 Z5; G73 U12.5 W0 R12; G73 P60 Q170 U0.5 W0 F0.15; N1 G00 X0 Z2; G01 Z0; G03 X12 Z-18 R10; G01 Z-23; X22 Z-28; Z-30.5; ( 让刀 ) X12; Z-33; G02 X22 Z-38 R5; G01 Z-40; G00 X30; N2 Z5; ( 退刀 ) G70 P1 Q2; G00 X80 Z80; T0404; ( 切断刀, 刀宽 3mm) G00 X30 Z-43; G01 X0 F0.15; G00 X80; Z80; M05; M02; 9) 请同学们自行设计简单零件, 绘图, 编写程序 (60 分钟 ) 提醒学生注意 : (3) 最大直径小于 25 毫米, 最大长度小于 100 毫米 (4) 考虑工件强度能承受切削力, 避免加工过程中折断 10) 完成实习报告 20 分钟 60

63 11) 评分, 课程总结 20 分钟 注 :10,11 两项内容现场部分结束后进行 ( 二 ) 现场部分, (1) 现场讲解 : 机床面板介绍, 程序手动录入的方法 (25 分钟 ) (2) 现场演示 : 1 机床对刀 (10 分钟 ) 2 简单零件加工 (5 分钟 ) (7) 学生程序手动录入机床 (40 分钟 ) (8) 检查程序 (10 分钟 ) (9) 加工工件 (60 分钟 ) (10) 打扫设备, 场地 (10 分钟 ) 七 考核要求及评价方法 按等第制, 分优 良 中 及格 不及格五档成绩 评价内容包括 : (6) 在规定时间内能够独立完成 (7) 零件的合理性和复杂性 (8) 构思的创新性和整体美观性 (9) 程序输入和检查的独立性 正确性 (10) 机床操作的正确性, 卫生打扫情况 61

64 数控铣床加工技术教案 一 实践项目 : 数控铣床实习课时数 :6 学时 (1 天 ) 教学中使用的机器 仪器 设备 :KND100 型数控铣床 投影仪 电脑 宇龙仿真软件 加工所用的蜡板等 二 教学目标 : 通过本次实习, 让学生达到以下要求 : 1 了解数控铣床的组成 特点及应用场合 2 基本掌握数控铣床坐标系的确立及数控程序基本指令的使用方法 3 掌握宇龙仿真软件的使用 4 较熟练使用 KND100 型数控铣床操作面板上的各个按键的功能及操作使用方法 5 在学生掌握数控编程 机床操作的基本知识的同时, 同时能独立完成一个零件从构思设计 绘图 编程到加工完成的整个过程, 培养学生从构思到实物制作的工程意识 三 教学要求 : 知识点 : ( 一 ) 掌握机床坐标系和工件坐标系的建立方法及相关操作 ( 二 ) 掌握数控铣床的一般编程方法及技巧 ( 三 ) 独立完成一个零件从构思设计 绘图 编程到加工完成的整个过程 教学重点 : 编程指令的格式及含义 ; 构思设计 ; 程序的通讯传输 ; 机床操作 解决方法 : 通过课堂仔细讲解,ppt 演示 实物教具展示等方法, 让学生在掌握基本知识的同时开拓思路 ; 通过仿真软件的操作, 机床操作的实际演示, 让学生更好的掌握机床操作技能 教学难点 : 构思设计 ; 数控铣床工件坐标系的设定方法 ; 数控编程的方法及技巧 ; 机床操作 解决方法 : 通过勤讲解 实物展示, 实例示范, 结合机床, 边操作边讲解等方法, 让学生更好的理解各个环节 四 教学时间安排 : 授课内容和作业 讲授 其中 练习 具体安排 数控机床概述, 了解数控铣床的组成 特点及应用场合 (ppt) 10 无 8:00~8:10 程序编制基础知识, 介绍数控铣床的常用编程指令及格式 ;(ppt) 40 无 8:10~8:50 编程实例分析 (ppt) 20 无 8:50~9:10 软件使用介绍 (Master CAM) 20 无 9:10~9:30 布置作业, 学生自行设计零件并编程 无 120 9:30~11:30 介绍通讯传输软件的使用方法 15 无 13:00~13:15 学生利用传输软件进行程序传输 无 15 13:15~13:30 KND100 型数控铣床操作方法介绍, 演示 20 无 13:15~13:30 62

65 学生操作机床, 加工完成自行设计的作品无 :30~15:20 完成实习报告无 25 15:20~15:45 打扫卫生, 评分, 结课 15 15:45~16:00 五 教学过程 1 数控铣床概述:(ppt 教学 )10 分钟针对不同的学生, 用提问的方式导入课程 例 1: 第一次金工实习的学生, 要较详细介绍什么是数控铣床? 它的加工方式是怎样的?, 在机械加工中的主要作用等 例 2: 如已经过普车 数车或普铣的学生, 可进行比较, 告诉学生数控铣床与其他机床的区别, 导入数控铣床的概述 数控铣床是由普通铣床发展而来的, 是指应用数控技术对加工过程进行控制的铣床, 其加工能力很强, 加工灵活, 通用性强, 数控铣床的最大特点是高柔性, 即具有灵活 通用, 可以加工不同形状的工件 ( 一 ) 数控铣床的组成 : 数控铣床其实只是在普通铣床的基础上再多加了两个装置, 一个是数控装置, 一个是伺服装置 它的组成及结构如图 1 所示 图 1 利用 PPT 放映上图, 具体介绍各数控铣床的组成部件 ( 二 ) 数控铣床相对于普通铣床, 有以下的特点 : 加工的零件精度高 ; 生产效率高 ; 特别适合加工复杂的廓表面 ; 有利于实现计算机辅助制造 ( 三 ) 数控铣床的应用 : 数控铣床除了可加工普通铣床上能加工的零件外, 如 : 加工平面 斜面 外轮廓 型腔 槽 键槽 钻孔 较孔 扩孔 攻丝等, 由于它具有三轴及三轴以上的联动功能, 因此, 具有空间曲面的零件也可以在数控铣床上加工 63 ppt 放映各种零件, 并出示一些较复杂的, 具有空间曲面的零件展示给同学看 让学生能在今 后的各种实际加工过程在能合理选用机床 教法设计说明 : 本节内容从数控的概念出发, 阐述了数控铣床的特点 应用 常用附件设备等基本知识, 说明了数控铣床在现代机械加工过程中的重要作用 培养学生在今后的各种实际加工过程在能合理选用机床的能力 63

66 2 数控铣床编程基础(ppt 教学 )40 分钟 ( 一 ) 数控铣床坐标系的确立在数控加工过程中, 不论是工件静止不动 刀具作进给运动, 还是工件作进给运动 刀具静止不动, 数控机床的坐标运动指的是刀具相对于工件的运动, 即认为刀具作进给运动, 而工件静止不动 数控立式铣床坐标系确定的原则 : (1) 数控铣床坐标系为右手笛卡尔坐标系 (2) 三个坐标轴互相垂直 (3) 以机床主轴轴线方向为 Z 轴 ; 刀具远离工件的方向为 Z 轴正方向 (4)X 轴与工件安装表面平行 ; 对于立式铣床, 人面对机床主轴, 右侧方向为 X 轴正方向 (5)Y 轴方向根据 X,Z 轴按右手笛卡尔直角坐标系来确定 ( 二 ) 机床坐标系的原点机床坐标系的原点也称机床原点或零点, 是固有的点, 不能替换它的位置, 如图 3 所示 用机床零点的位置设置的坐标系为机床坐标系 机床坐标系是机床固有的坐标系, 在机床经过设计 制造和调整后, 这个零点便被确定下来, 它是固定的点 图 3 数控装置上电时并不知道机床零点, 为了正确地在机床工作时建立机床坐标系, 通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点 ( 测量起点 ), 机床起动时, 通常要进行机动或手动回参考点, 以建立机床坐标系 机床参考点是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置, 与机床原点的相对位置是固定的 ( 三 ) 工件坐标系工件坐标系是建立在机床坐标系基础上的, 在加工零件时所使用的加工基准, 也称为零点偏置 工件坐标系的零点又称作工件原点, 该点可以在工件上任意选定 编制时一般选择工件上 ( 如左下角上表面点或中心点 ) 的某一点作为程序的原点, 并以这个原点作为坐标系的原点, 建立一个新的坐标系 对于数控车来讲只有 X Z 轴 对于数控铣和加工中心则有 X Y Z 三个轴 编程有绝对值编程和增量值编程 出示教具, 在实体零件上, 具体讲述工件坐标系与机床坐标系的相互关系 让学生理解两个坐标系的关系 ( 四 ) 程序格式 : 国际标准化组织在数控技术方面制定了一系列相应的国际标准, 这些标准是数控加工和编程的基本原则. 数控编程的编码字符 编程的功能代码以及程序的格式都已经标准化. 程序主要由三部分组成 : 程序号 程序内容及程序结束 ; 64 程序号是一个程序必需的标识, 由地址符 O 后带 4 位数字组成

67 程序号 : Oxxxx 程序内容 :Nxxxx Gxx X_ Y_ Z_ Mxx Fxx Sxx ; 整个程序的核心, 完成数控加工 的全部动作, 由若干个程序段组成 程序结束符 :M30 结束整个程序的运行, 指令有 M30 或 M02 ( 五 ) 程序基本指令通过编程并运行这些程序而使数控机床能够实现的功能我们称之为可编程功能 一般可编程功能分为两类 : 一类用来实现刀具轨迹控制即各进给轴的运动, 如直线 / 圆弧插补 进给控制 坐标系原点偏置及变换 尺寸单位设定 刀具偏置及补偿等, 这一类功能被称为准备功能, 以字母 G 以及两位数字组成, 也被称为 G 代码 另一类功能被称为辅助功能, 用来完成程序的执行控制 主轴控制 刀具控制 辅助设备控制等功能 常用准备功能指令 : 准备功能也称 G 功能 G 代码, 分模态代码和非模态代码 模态代码执行后一直有效, 直到同组的另一代码出现 非模态代码只有在其所在的程序段内有效 1)G92 坐标系设定指令格式 : G92 X_ Y_ Z_ ; 该指令是声明刀具当前位置在工件坐标系中的坐标, 通过声明这一参照点的坐标而创建工件坐标系 X Y Z 后的数值即为刀具当前位置在工件坐标系中的坐标 注意 : (1) 在执行此指令之前必须先进行对刀, 通过调整机床, 将刀尖放在程序所要求的对刀点位置上 (2) 此指令并不会产生机械移动, 只是让系统内部用新的坐标值取代旧的坐标值, 从而建立新的坐标系 2) 快速定位指令 G00 格式 :G00 X_Y_Z_; 说明 :XYZ 是刀具运行的终点坐标值 ; 用于非切削状态, 快速接近工件和快速离开工件 ; G00 为模态代码 ; 注意 : 只能用于快速定位或加工完退刀时, 不能用于切削 3) 直线插补指令 G01 格式 :G01 X_Y_Z_F_; 说明 :XYZ 是刀具运行的终点坐标值 ; 指令两个坐标 ( 或三个坐标 ) 以联动的方式, 按指定的进给速度 F, 插补加工出任意斜率的平面 ( 或空间 ) 直线 ; 用于切削状态, 刀具切削工件走直线或斜线轨迹的代码 ; G01 为模态代码, 并且与 G00 为同组模态代码 ; F: 指明刀具的进给速度, 单位 mm/min;f 亦为模态代码 ; 提问 :G00 与 G01 的最大的区别在哪里? 移动方式有何不同, 各适用于什么地方? 4) 圆弧插补指令 G02 G03 圆弧插补指令顺圆插补 G02 X Y R (I J) F 65

68 逆圆插补 G03 X Y R F 用于切削状态, 刀具切削工件走圆弧轨迹的代码 ; 注意 :X Y 是刀具运行的终点坐标值 ;R 为圆弧半径, 劣弧为正值, 优弧为负值 ;(0<α 180 时 R 取正 ;180 <α<360 时 R 取负 ) 整圆编程不能用 R 格式 ; 直接用 I J K 确定其圆心即可 IJ 为圆心相对于圆弧起点坐标 (IJ 分别对应 XY 的坐标差 ) G02G03 为模态代码, 并且与 G00 G01 为同组模态代码 ; 6) 常用辅助功能指令 (M03 M05 M30) M03 控制主轴顺时针方向转动 ( 正转 ), 与 S 代码一起配合使用 S1000 M03 表示主轴以 1000 转 /min 的速度顺时针方向旋转 M05 主轴停止转动 M30 程序结束, 写在程序最后 系统读到此指令, 自动返回到开始 注意 : 同一段指令中只能出现一个 M 指令 ( 六 ) 编程实例:20 分钟 如何判别是 G02 还是 G03? 确定顺圆弧插补指令和逆圆弧插补指令的方法 : 沿圆弧所在平面的另一坐标轴的负向望去, 顺时针为 G02, 逆时针为 G03. O1234 N10G92X0Y0Z5 N20M03 N30G00X10Y10 N40G01Z-1F150 N50G01X10Y30 N60G02X20Y30R5 N70G03X25Y25R-5 N80G00Z5 N90G00X40Y30 N100G01Z-1 N110G02X60Y30R10 N120G02X40Y30R10 N130G00Z5 N140M05 N150M30 66

69 教法设计说明 : 本节内容为数控编程的入门知识, 比较简单, 关键是如何调动同学们的积极性, 使他们对本次实习产生兴趣 采取的方法是让同学们看一些数控加工制件, 以前同学的一些好的作品等, 使他们产生好奇心, 树立完成本次实习的信心 3 Master CAM 软件模拟操作介绍 (ppt 教学 软件演示 )20 分钟 通过软件模拟操作, 让学生在上机床之前, 先在软件上加工一遍, 一方面可以及时发现程序中 的不合理的地方, 可以优化程序, 最大限度的达到自己最初的设计效果, 另外, 也可以最大限度的 避免在机床操作时出现设备损坏现象 4 分组设计零件 安排加工工艺 零件编程 ( 分别讨论, 单独指导 )100 分钟 介绍设计的注意事项, 尺寸要求 学生分组 (4-5 人 ) 进行方案设计 讨论 分别参与学生的方案讨论, 指导学生确定方案 各组成员分工安排各组件的加工工艺及零件的编程, 并最终由组长负责检查与汇总 完成后, 将各程序保存在电脑中 教法设计说明 : 自行设计零件并编程是一项繁琐而又需要非常细心的工作, 在整个过程中, 同学们容易马虎, 或容易算错节点坐标, 或用错指令, 针对这些特点, 应重点强调, 同时也应该多与学生交流, 了解学生想法, 应给学生充分的自由度, 使学生有较大的思想空间, 使有能力的同学能够自由发挥, 制作出自己设计的产品, 但指导教师要把握好方向 同时加强巡回指导 在巡回指导过程中, 指导教师应注意及时纠正学生在设计过程中的错误 ( 如把刀具直径忽略掉或由于输入失误经常出现指令错误的情况等 ), 针对个别学生可进行再次讲解 5 数控铣床机床面板及程序传输介绍 (ppt 教学 仿真软件演示 )15 分钟 机床面板各软体键的功能介绍 ; 程序传输的步骤 ; 通讯软件的操作演示 ; 6 学生将各自的程序传输到机床上 ;15 分钟 7 介绍机床操作面板, 对刀方法及安全知识, 强调规范操作 20 分钟 8 学生完成各自的零件加工, 现场指导 110 分钟 这一环节是整个实习过程的最终部分, 通过机床的实际操作加工, 把学生最初的设计构思通过 机床加工出实物, 让学生充分体验 从设计构思到实物 的整个过程, 让学生体会到通过一天的努 力, 把自己的的设想变成实物的喜悦 通过机床实际操作演示, 同时讲解操作注意事项 如何规范 合理操作, 提高学生的安全意识, 增强学生的实际动手能力 9 学生完成实习报告 25 分钟 10 评分, 课后小结 : 15 分钟 ( 一 ) 实习操作总结 针对学生作品进行点评, 给出学生作品的分数, 指出存在的问题, 并分析出现这些问题的原因, 找到解决方法, 使学生在以后的工作中不会犯同样的错误 ( 二 ) 实习态度总结 总结实习过程中, 同学们的实习态度 实习纪律以及安全等方面, 使同学们树立严谨 勤奋的 工作态度及安全第一的理念 ( 三 ) 与学生交流收获与体会 六 评分标准 : 67

70 根据一天的实习情况, 参考学生单独设计零件, 确定各节点坐标 ; 掌握数控铣床基本编程方法, 操作 KND100 数控铣床 ; 学生是否能够独立完成零件的加工等实际情况 综合评定成绩, 具体标准如 下 : 零件设计 20% 工艺安排 10% 程序编写 20% 安全 操作规范 10% 零件加工效果 20% 实习报告 15% 机床打扫 5% 七 参考文献 1 吴祖育, 秦鹏飞, 数控机床 ( 第三版 ), 上海 : 上海科学技术出版社,2000,10 2 上海交通大学机械制造基础实践教材 数控加工 68

71 加工中心教案 一 实践项目 : 数控加工中心 二 实习时间 :6 学时 三 教学设备及用具 :VMC850E 数控加工中心,100mm*80mm 铝板, 直径 4mm 键槽铣刀 四 教学目标 加工中心加工技术实训是一门结合数控编程和零件加工的综合性实践课程 希望通过该课程的学习, 培养学生的思维创新能力, 通过对加工中心的结构 分类及主要加工对象的认识, 对常用数控编程指令的掌握, 对基本加工工艺的理解, 让学生掌握一种先进制造方法, 通过实训培养学生的创新意识和实践动手能力 五 教学内容 通过介绍加工中心的组成 分类和主要加工对象, 使学生了解一种先进制造方法 ; 通过讲解加工中心坐标系确立的方法及常用数控程序基本指令的使用方法, 让学生自行设计一个零件并完成零件的编程 ; 通过介绍加工中心基本加工工艺, 让学生合理安排零件加工工艺 ; 通过介绍加工中心操作面板上的各个按键的功能及操作使用方法以及程序传输方法, 让学生熟悉机床面板, 完成程序从电脑到机床的传输 ; 通过介绍对刀及零件加工方法, 让学生自行完成所设计零件的加工 重点难点 : 加工中心主要加工对象 工件坐标系原点的确立 零件加工工艺的合理安排 数控系统的功能及其操作使用方法 零件加工时, 正确的对刀方法六 教学过程 (7 学时 ) 1 数控加工中心概述:(ppt 教学 )10 分钟加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床, 它是由数控加工中心发展而来的, 它将数控加工中心 数控镗床 数控钻床的功能组合在一起, 零件在一次装夹后, 可以将其大部分加工面进行铣 镗 钻 扩 铰及攻螺纹等多工序加工 由于加工中心能有效地避免由于多次安装造成的定位误差, 所以它适用于产品更换频繁 零件形状复杂 精度要求高 生产批量不大而生产周期短的产品 ( 一 ) 数控加工中心的组成 : 利用 PPT 放映上图, 具体介绍各数控加工中心的组成部件 ( 二 ) 数控加工中心的特点 : 加工的零件精度高 ; 生产效率高 ; 特别适合加工复杂的廓表面 ; 有利于实现计算机辅助制造 ( 三 ) 数控加工中心的应用 : 数控加工中心除了可加工普通加工中心上能加工的零件外, 如 : 69

72 加工平面 斜面 外轮廓 型腔 槽 键槽 钻孔 较孔 扩孔 攻丝等, 由于它具有三轴及三轴 以上的联动功能, 因此, 具有空间曲面的零件也可以在数控加工中心上加工 70 ppt 放映各种零件, 并出示一些较复杂的, 具有空间曲面的零件展示给同学看 让学生能在今 后的各种实际加工过程在能合理选用机床 ( 四 ) 数控加工中心常用刀柄及刀具 : 在数控加工中心上使用的刀具主要为铣刀, 包括面铣刀 立铣刀 球头铣刀 三面刃盘铣刀 环形铣刀等, 除以外还有各种孔加工刀具, 如钻头 ( 锪钻 铰 刀 镗刀等 ) 丝锥 ( 六 ) 数控加工中心常用夹具 : 平口虎钳 卡盘 压板 平口钳卡盘压板 ppt 放映相应图片 教法设计说明 : 本节内容从数控的概念出发, 阐述了数控加工中心的特点 应用 常用附件设备等基本知识, 说明了数控加工中心在现代机械加工过程中的重要作用 培养学生在今后的各种实际加工过程在能合理选用机床的能力 2 数控加工中心编程基础(ppt 教学 )40 分钟 ( 一 ) 数控加工中心坐标系的确立在数控加工过程中, 不论是工件静止不动 刀具作进给运动, 还是工件作进给运动 刀具静止不动, 数控机床的坐标运动指的是刀具相对于工件的运动, 即认为刀具作进给运动, 而工件静止不动 数控立式加工中心坐标系确定的原则 : (1) 数控加工中心坐标系为右手笛卡尔坐标系 (2) 三个坐标轴互相垂直 (3) 以机床主轴轴线方向为 Z 轴 ; 刀具远离工件的方向为 Z 轴正方向 (4)X 轴与工件安装表面平行 ; 对于立式加工中心, 人面对机床主轴, 右侧方向为 X 轴正方向 (5)Y 轴方向根据 X,Z 轴按右手笛卡尔直角坐标系来确定 ( 二 ) 机床坐标系的原点机床坐标系的原点也称机床原点或零点, 是固有的点, 不能替换它的位置, 如图 3 所示 用机床零点的位置设置的坐标系为机床坐标系 机床坐标系是机床固有的坐标系, 在机床经过设计 制 70

73 造和调整后, 这个零点便被确定下来, 它是固定的点 图 3 数控装置上电时并不知道机床零点, 为了正确地在机床工作时建立机床坐标系, 通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点 ( 测量起点 ), 机床起动时, 通常要进行机动或手动回参考点, 以建立机床坐标系 机床参考点是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置, 与机床原点的相对位置是固定的 ( 三 ) 工件坐标系工件坐标系是建立在机床坐标系基础上的, 在加工零件时所使用的加工基准, 也称为零点偏置 工件坐标系的零点又称作工件原点, 该点可以在工件上任意选定 编制时一般选择工件上 ( 如左下角上表面点或中心点 ) 的某一点作为程序的原点, 并以这个原点作为坐标系的原点, 建立一个新的坐标系 对于数控车来讲只有 X Z 轴 对于数控铣和加工中心则有 X Y Z 三个轴 编程有绝对值编程和增量值编程 出示教具, 在实体零件上, 具体讲述工件坐标系与机床坐标系的相互关系 让学生理解两个坐标系的关系 ( 四 ) 程序格式 : 国际标准化组织在数控技术方面制定了一系列相应的国际标准, 这些标准是数控加工和编程的基本原则. 数控编程的编码字符 编程的功能代码以及程序的格式都已经标准化. 程序主要由三部分组成 : 程序号 程序内容及程序结束 ; 程序号 : Oxxxx 程序号是一个程序必需的标识, 由地址符 O 后带 4 位数字组成 程序内容 :Nxxxx Gxx X_ Y_ Z_ Mxx Fxx Sxx ; 整个程序的核心, 完成数控加工 的全部动作, 由若干个程序段组成 程序结束符 :M30 结束整个程序的运行, 指令有 M30 ( 五 ) 程序基本指令或 M02 通过编程并运行这些程序而使数控机床能够实现的功能我们称之为可编程功能 一般可编程功能分为两类 : 一类用来实现刀具轨迹控制即各进给轴的运动, 如直线 / 圆弧插补 进给控制 坐标系原点偏置及变换 尺寸单位设定 刀具偏置及补偿等, 这一类功能被称为准备功能, 以字母 G 以及两位数字组成, 也被称为 G 代码 另一类功能被称为辅助功能, 用来完成程序的执行控制 主轴控制 刀具控制 辅助设备控制等功能 常用准备功能指令 : 准备功能也称 G 功能 G 代码, 分模态代码和非模态代码 模态代码执行后一直有效, 直到同组的另一代码出现 非模态代码只有在其所在的程序段内有效 1)G54 坐标系设定指令 71

74 格式 : G54; G54 到 G59 是工件坐标系指令, 属于模态指令, 作用是被加工工件在件机床上的坐标位置 该指令是在 MDI 方式下, 通过对刀, 预先建立的工件坐标系 2) 绝对值和增量值编程指令 G90 G91 在编程的过程中, 坐标值可以有 G90 指定绝对坐标和 G91 指定增量坐标两种表达方式 绝对坐标 G90: 坐标值相对于坐标原点给出 增量坐标 G91: 坐标值相对于前一位置给出 3) 快速定位指令 G00 格式 :G00 X_Y_Z_; 说明 :XYZ 是刀具运行的终点坐标值 ; 用于非切削状态, 快速接近工件和快速离开工件 ; G00 为模态代码 ; 注意 : 只能用于快速定位或加工完退刀时, 不能用于切削 4) 直线插补指令 G01 格式 :G01 X_Y_Z_F_; 说明 :XYZ 是刀具运行的终点坐标值 ; 指令两个坐标 ( 或三个坐标 ) 以联动的方式, 按指定的进给速度 F, 插补加工出任意斜率的平面 ( 或空间 ) 直线 ; 用于切削状态, 刀具切削工件走直线或斜线轨迹的代码 ; G01 为模态代码, 并且与 G00 为同组模态代码 ; F: 指明刀具的进给速度, 单位 mm/min;f 亦为模态代码 ; 提问 :G00 与 G01 的最大的区别在哪里? 移动方式有何不同, 各适用于什么地方? 5) 圆弧插补指令如何判别是 G02 还是 G03? G02 G03 圆弧插补指令确定顺圆弧插补指令和逆圆弧插补指顺圆插补 G02 X Y R (I J) F 令的方法 : 逆圆插补 G03 X Y R F 沿圆弧所在平面的另一坐标轴的负向用于切削状态, 刀具切削工件走圆弧轨迹的代码 ; 望去, 顺时针为 G02, 逆时针为 G03. 注意 :X Y 是刀具运行的终点坐标值 ;R 为圆弧半径, 劣弧为正值, 优弧为负值 ;(0<α 180 时 R 取正 ;180 <α<360 时 R 取负 ) 整圆编程不能用 R 格式 ; 直接用 I J K 确定其圆心即可 IJ 为圆心相对于圆弧起点坐标 (IJ 分别对应 XY 的坐标差 ) G02G03 为模态代码, 并且与 G00 G01 为同组模态代码 ; 6) 常用辅助功能指令 (M03 M05 M30) M03 控制主轴顺时针方向转动 ( 正转 ), 与 S 代码一起配合使用 S1000 M03 表示主轴以 1000 转 /min 的速度顺时针方向旋转 M05 主轴停止转动 M30 程序结束, 写在程序最后 系统读到此指令, 自动返回到开始 注意 : 同一段指令中只能出现一个 M 指令 72

75 ( 六 ) 编程实例 :20 分钟 O1234 N10G92X0Y0Z5 N20M03 N30G00X10Y10 N40G01Z-1F150 N50G01X10Y30 N60G02X20Y30R5 N70G03X25Y25R-5 N80G00Z5 N90G00X40Y30 N100G01Z-1 N110G02X60Y30R10 N120G02X40Y30R10 N130G00Z5 N140M05 N150M30 73

76 3 分组设计零件 安排加工工艺 零件编程 ( 分别讨论, 单独指导 )100 分钟介绍设计的注意事项, 尺寸要求 学生分组 (4-5 人 ) 进行方案设计 讨论 分别参与学生的方案讨论, 指导学生确定方案 各组成员分工安排各组件的加工工艺及零件的编程, 并最终由组长负责检查与汇总 完成后, 将各程序保存在电脑中 4 编程助手软件操作介绍(ppt 教学 仿真软件演示 )20 分钟 5 学生利用 CXAX 编程助手进行模拟仿真加工 35 分钟通过仿真软件的操作, 让学生在上机床之前, 现在仿真软件上加工一遍, 一方面可以及时发现程序中的不合理的地方, 可以优化程序, 最大限度的达到自己最初的设计效果, 另外, 也可以最大限度的避免在机床操作时出现设备损坏现象 5 数控加工中心机床面板及程序传输介绍 (ppt 教学 仿真软件演示 )15 分钟机床面板各软体键的功能介绍 ; 程序传输的步骤 ; 通讯软件的操作演示 ; 6 学生将各自的程序传输到机床上;15 分钟 7 介绍机床操作面板, 对刀方法及安全知识, 强调规范操作 20 分钟 8 学生完成各自的零件加工, 现场指导 110 分钟这一环节是整个实习过程的最终部分, 通过机床的实际操作加工, 把学生最初的设计构思通过机床加工出实物, 让学生充分体验 从设计构思到实物 的整个过程, 通过机床实际操作演示, 同时讲解操作注意事项 如何规范 合理操作, 提高学生的安全意识, 增强学生的实际动手能力 9 学生完成实习报告 25 分钟 10 评分, 课后小结 : 15 分钟 ( 一 ) 实习操作总结针对学生作品进行点评, 给出学生作品的分数, 指出存在的问题, 并分析出现这些问题的原因, 找到解决方法, 使学生在以后的工作中不会犯同样的错误 ( 二 ) 实习态度总结总结实习过程中, 同学们的实习态度 实习纪律以及安全等方面, 使同学们树立严谨 勤奋的工作态度及安全第一的理念 ( 三 ) 与学生交流收获与体会七 评分标准 : 根据一天的实习情况, 参考学生单独设计零件, 确定各节点坐标 ; 掌握数控加工中心基本编程方法, 操作 KND100 数控加工中心 ; 学生是否能够独立完成零件的加工等实际情况 综合评定成绩, 具体标准如下 : 零件设计 20% 工艺安排 10% 程序编写 20% 安全 操作规范 10% 零件加工效果 20% 74

77 实习报告 15% 机床打扫 5% 八 参考文献 1 吴祖育, 秦鹏飞, 数控机床 ( 第三版 ), 上海 : 上海科学技术出版社,2000,10 2 上海交通大学机械制造基础实践教材 数控加工 75

78 线切割及电蚀加工技术教案 (2014 年 4 月更新 ) 一. 实践项目 : 线切割及电蚀加工二. 实习时间 :6 学时三. 实习用的设备 : 电脑 线切割机床 电火花成型孔机床等设备 四. 实习目标通过对数控线切割和电火花成型孔加工的实习, 使学生对先进的制造技术有所了解, 以拓展学生在机械制造工艺技术领域的思维 五. 教学内容 1. 线切割 : 作品设计 CAXA 绘图编程 一笔画作品加工 2. 点火花 : 单节放电 自动放电 点火花参数基本设定 3. 电蚀加工实习报告教学重点 : 电蚀加工的基本定义和操作流程 ( 做好笔记 ) 了解线切割机床 电火花成型孔机床的基本原理 构造 特点和加工范围 初步掌握线切割 3B 代码程序和 G 代码程序的手工编制方法和自动编制方法, 及 3B 代码和 G 代码之间的转换方法 电参数的设定 穿丝点的设定教学难点 : 自动编程时的编辑指令和生成指令 3B 代码的手工编程 机床的操作和参数设定六. 教学时间安排 ( 一 ) 讲解电蚀加工基本知识 (45 分钟 ) 1. 线切割基本组成 : 机床 脉冲电源和控制系统 (10 分钟 ) (1) 原理 : 钼丝 + 工件 + 脉冲电源 产生火花同时产生高温高压 熔化或气化材料 工件在电脑的控制下根据程序运行 达到加工零件的目的 (2) 特点 : 以柔克刚 没有切削力 加工效率低但精度高 (3) 加工范围 : 各种高硬度 高强度 高韧性的导电材料, 加工使易变形的零件, 不规则的和精细的零件, 各种模具等精密零件 (10 分钟 ) 2. 线切割基本操作流称 :(30 分钟 ) (1) 在电脑上通过 CAXA 软件进行讲解, 步骤与方法如下 : 作品构思 ( 草图 ) CAXA 绘图 ( 示范时讲解 ) 轨迹生成 ( 参考书 P96 页 4.2) 生成 3b 代码 ( 参考书 P96 页 4.3) *.3b( 复制 ) 网上邻居 76

79 CAXA- 3\xqg3 粘贴 (2) 在机床上对 HF 系统进行讲解, 步骤与方法如下 : 画轨迹图 (HF) 切割编程 (G 代码生成 ) 机床操作步骤 (3) 手工编程 (G 代码和 3b 代码 )( 参考书 P84-87 页 )( 自学 ) 3. 点火花基本操作流程 :(5 分钟 ) 坐标设定 电参数设定 放电方式 : 单节放电 自动放电 ( 二 ) 示范电蚀加工基本操作 (40 分钟 ) 1. 在电脑上以具体实例演示 CAXA 绘图功能, 讲解并示范以下内容 : (1) 基本曲线 ( 直线 圆 样条线 等距线 ) 高级曲线 ( 椭圆 正多边形 文字 ) 曲线编辑( 裁剪 过渡 拉伸 平移 镜像 缩放等 ) 图形显示菜单等 (2) 演示轨迹生成 : 选择轨迹生成 选择参数 拾取轮廓 选择拾取方向 设定穿丝点和退出点 (3) 演示 3b 代码生成 : 选择生成 3b 代码 输入程序的文件名 ( 不超过 8 位的数字或字母组合的文件名 拾取加工轨迹 显示 3b 代码 *.3b( 复制 ) 网上邻居 CAXA- 3\xqg3 粘贴 2. 机床边现场讲解示范 :(15 分钟 ) (1) 机床为 HF 操作系统, 特点 : 加工时同时同机编程, 停电记忆, 上电恢复等 (2)HF 系统操作流程 : 其它 转换 3B 加工单 回车 另选盘好 输 E 选文件名 存新文件名 0 返回 主菜单 全绘编程 清屏 调图 调轨迹线图 输文件名 0 退出 满屏 引入线和引出线 将直线变成引线 点轨迹引入线 回车 回车 自动消引线 作引线 ( 长度 ) 输 3 点轨迹最低点 回车 回车 退出 执行 1 补偿量 f=0 后置 (1) 生成平面 G 代码加工单 (3)G 代码加工单存盘 (1) 通用加工单存盘 输入文件名 0 返回 返主 加工 读盘 读 G 代码程序 选文件名 0 工件安装 定位 开启运丝机构 开启工作液 切割 (3)3B 代码读盘 : 加工 ( 主菜单 ) 读盘 读 3B 式程序 另选盘好 E 文件名 回车 检查 模拟轨迹 退出 (4) 机床操作步骤 : 工件安装 定位 开启运丝机构 开启工作液 开启高频电源 碰火花 开始加工 调整变频速度 )(15 分钟 ) 3. 点火花基本加工步骤 :(10 分钟 ) 开机 电极和工件安装 设定 X Y Z 坐标 设定参数 开启工作液 开始加工 )(10 分钟 ) 77

80 七. 学生分组操作 (4 小时 ) 一组上机绘图编后进行线切割机床操作 ; 一组电火花机床操作 ; 根据实习进度进行轮换 注 : 在电脑或机床操作轮空时完成实习报告八. 学生在电脑上编程时, 应注意对以下出现的问题加以注意 : 1. 绘图时经常出现的二个错误 : 相邻二条线连接有一条出头或二条出头 ; 相邻二条线连接二条线没有交点 如图 1 2. 构成一笔画的二个要领 : 相邻两个外封闭图形相连接, 两线之间的间隔至少大 0.5mm; 相邻外封闭图形和内封闭图形相连接, 两线之间的间隔取 0.2mm, 如图 2 九. 教师对作品评分 批改实习报告, 学生打扫卫生 (30 分钟 ) 78

81 激光雕刻教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实习项目 : 激光雕刻二 实习时间 :3 学时三 实习用的基本器材 仪器 设备 附件 : 预装 Photoshop/CAD 等一些图形处理软件的计算机 R60 激光雕刻机四 教学目标 : ( 一 ) 了解激光的原理 特点极其广泛的用途 ; ( 二 ) 熟悉激光雕刻机的基本原理 结构五 教学要求 : 知识点 : 1. 激光的特点及应用 2. 图形的生成和加工参数的设置 3. 激光雕刻机的切割 扫描 雕刻功能 4. 学习 利用相关软件, 自行设计 加工 教学重点 : 1. 图形的生成和加工参数的设置 2. 激光雕刻机的切割 扫描 雕刻功能教学难点 : 图形的生成和加工参数的设置六 教学时间安排 : ( 一 ) 激光的原理 特点及其广泛的用途 (10 分钟 ) ( 二 ) 激光雕刻机的基本原理 结构 特点 (20 分钟 ) ( 三 ) 雕刻机的使用方法 (20 分钟 ) ( 四 ) 安全操作规范 (5 分钟 ) ( 五 ) 利用 Photoshop/CAD 等一些图形处理软件, 进行图片的设计及修改编产生一个适合于激光雕刻的图形 (40 分钟 ) ( 六 ) 利用内部网络把图形传至和机器连接的专用电脑, 进行后处理 作有关参数的设置 (15 分钟 / 人 ) ( 七 ) 加工 (10 分钟 / 人 ) ( 八 ) 清理实习场地 (5 分钟 ) ( 九 ) 实习总结 布置实习报告 评分 (10 分钟 ) 七 教学内容 : ( 一 ) 激光的原理 特点及其广泛的用途 1. 何为激光? 激光于 1960 年面世, 是一种因刺激产生辐射而强化的光 科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质, 使其原子的电子达到受激发的高能量状态, 当这些电子要回复到平静的低能量状态时, 原子就会射出光子, 以放出多余的能量 ; 而接着, 这些被放出的光子又会撞击其它原子, 激发更多的原子产生光子, 引发一连串的 连锁反应, 并且都朝同一个方前进, 形成强烈而且集中朝向某个方向的光 ; 因此强的激光甚至可用作切 79

82 割钢板! 2. 激光的特性激光之所以被誉为神奇的光, 是因为它有普通光所完全不具备的四大特性 (1) 方向性好 普通光源 ( 太阳 白炽灯或荧光灯 ) 向四面八方发光, 而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内, 这就使得在照射方向上的照度提高千万倍 激光准直 导向和测距就是利用方向性好这一特性 (2) 亮度高 激光是当代最亮的光源, 只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟 尽管激光的总能量并不一定很大, 但由于能量高度集中, 很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温 激光打孔 切割 焊接和激光外科手术就是利用了这一特性 (3) 单色性好 光是一种电磁波 光的颜色取决于它的波长 普通光源发出的光通常包含着各种波长, 是各种颜色光的混合 而某种激光的波长, 只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内 由于激光的单色性好, 为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实习提供了极为有利的手段 (4) 相干性好 干涉是波动现象的一种属性 基于激光具有高方向性和高单色性的特性, 它必然相干性极好 激光的这一特性使全息照相成为现实 ( 二 ) 激光雕刻机的基本原理 结构 特点激光雕刻是利用激光的高能量密度 ( 或称亮度 ) 和高方向性 ( 发散极小 ) 对所有固体材料进行精细表面加工 雕刻与切割 激光所到之处, 固体迅速熔化 气化, 而周围材料则几乎不受影响 本次实习所用器材 R60 激光雕刻机是光 机 电一体化的高科技产品, 可由计算机控制激光进行雕刻 该机具有以下特点 : 1.R60 激光雕刻机的特点 (1) 应用范围广雕刻机提供了四种加工方式 : 矢量 ( 切割 ) 雕刻 坡度雕刻 扫描 切割功能 : 可将多种材料沿某一图形或文字的内外轮廓切割下来, 使其具有和该图形或文字同样的形状 利用开天艺术雕刻软件编辑的所有图形或文字都可以进行切割, 外部导入的文件只有.plt 文件和.dst 文件才可以进行切割 扫描功能 : 可将一幅图片以点阵形式表现出来. 外部导入的文件只有单色位图.bmp 格式才可以进行扫描 描方式可以制作半色调图, 即以点的疏密表现颜色的深浅, 成品具有黑白照片的效果 ( 见图 1-2) 雕刻功能 : 可实现阴刻和阳刻效果 利用开天艺术雕刻软件编辑的所有图形或文字都可以进行雕刻, 外部导入的文件只有单色位图.bmp 格式可以进行雕刻. 坡度 深度 顶深 图 1-1 坡度示意图 80

83 坡度雕刻功能 : 即在凸起线条的根部雕刻出具有一定倾角的斜面, 增加凸起线条的强 度 ( 如图 1-1 所示 ), 适用于制作印章, 印刷胶板等 图 1-2 扫描样品图 (2) 适用材料多样 适用于常见的非金属材料如竹木制品 有机玻璃 塑料制品 皮革制品 骨制品 双 色板 玉石 皮革 纺织品 纸张 橡胶的加工, 也可切割以上材料的薄板 可进行工艺品 标牌 非金属礼品 奖品 奖牌的制作 (3) 加工质量好 分辨精度为 0.025mm, 雕刻及扫描加工时, 可精确输出点阵图, 网点细腻, 雕刻扫描 出的图片 相片, 切割时, 走线平滑 边缘无锯齿 缝隙小 曲线拟合精准 (4) 工作效率高 2. R 系列激光雕刻机整体结构 (1) 激光系统 : 激光器 光路系统 激光电源 图 2-1 光路示意 1 光路系统 包括三个反射镜和一个聚焦镜 激光器产生的光通过反射镜反射后, 打到聚焦镜上, 再通过聚焦镜的聚光, 成为可用的光束 第一反射镜在激光盒中, 第二反射镜可以随横梁沿 Y 方向 激光器 移动, 第一反射镜 第三 位置 1 位置 4 反射镜和横梁聚焦镜都 第二反射镜 位置 2 小车工作台 位置 3 在小车上 ( 见图 2-1) 81

84 图 激光电源激光电源安装在雕刻机机箱后面, 抽风口的下端 它把 220V 的交流电转换成激光器所需的高压 根据激光器的功率分别配置相应的电源 (2) 控制部分 : 主板 控制面板 (3) 1 主板主板安装在电源的旁边 它是激光雕刻机的主要控制部件, 它从计算机得到数据以后, 对这些数据进行分析运算和数据转换, 然后再传输数据给激光雕刻机, 从而根据软件中编辑的内容完成加工 2 控制面板控制面板位于机器的右前方, 负责电流的调节和手动控制雕刻机 X 向 Y 向的运动及台面板的升降 如图 2-3 所示 : POWER BUSY RST Mode Light OK ESC F Up Down 电流调节 ma 60B 激光雕刻机 北京开天科技有限公司 高压开关 手动出光 输出电流 图 2-3 控制面板控制面板上的各个部件功能如下 : 高压开关 : 按下此开关后, 激光电源会根据指令向激光器提供高压 每次雕刻之前, 请确定已按下高压开关, 否则激光器不会出光 手动出光 : 按下 高压开关 后, 再按下此开关, 激光器将根据 输出电流 所指示的电流大小连续出光 电流表 : 电流表上的示数为切割机实际输出电流, 这与激光器的输出功率有关 切割机的电流可调 电流调节旋钮 : 利用此旋钮可调节输出电流, 右旋增大, 左旋减小 同时按下 高压开关 和 手动出光, 能够从电流表上看到输出电流的大小 ( 注意 : 调节中应先将聚焦镜移出物料, 以免烧坏加工材料 ) 激光头移位键 : 由上 下 左 右四个方向移位键组成 在脱机工作模式下 ( 计算机没有向切割机传送数据 ), 按下其中任意一个键, 激光头将按照箭头指示的方向移动 RST 键 : 复位键, 按下此键后, 小车重新自检, 回到最右上角后停止, 完成复位 F 键 : 定位键, 按下此键后, 小车当前所在的位置坐标被设为加工原点 Light 键 : 在校准光路模式下按此键, 激光器出光 在待机状态下按此键, 可以将显示屏上总工作时间清零 Mode 键 : 在工作模式与光路调节模式之间切换, 机器处于待机状态下有效, 调节光路时可以按此键将机器调节到校准光路模式 OK 键 : 将数据存入内存以后, 按此键可以重复输出内存里所存的数据 82

85 Esc 键 : 删除已存入内存的文件, 清除内存中所存的数据液晶显示屏 : 开机自检后, 显示屏上出现字幕 : 文件大小 : 0 字节最近 XX:XX:XX( 指最近一次工作的时间 ) 全部 XX:XX:XX( 指机器工作的总时间, 在待机状态下按 light 键可以清零 ) 按一下 mode 键 切换到光路调节模式, 显示屏上出现字幕 : 文件大小 : 0 字节校准光路模式请您注意安全此时, 按一下 light 键手动出光, 激光器出光, 可调节光路和焦距输出数据雕刻机工作时, 显示屏显示 : 文件大小 : XXXXX 字节设备正在工作最近 XX:XX:XX( 指机器工作的时间 ) 此时 BUSY 上的红灯亮, 按下打开机器上盖, 蜂鸣器响, 并且红灯闪烁 (3) 工作区域工作区域是一块可自动控制升降的台面平板 控制面板上的 U 键和 D 键可以控制台面板的升级 加工过程中, 把待加工材料直接放在台面板上, 通过调节台面板的高度, 使放在台面板上的材料的待加工表面位于聚焦平面上 ( 焦距的调节方法见第三章第一条 ) 在加工比较轻的材料或是会受热卷曲变形的材料时, 可用重物压住边缘, 或是用双面胶粘在台面板上, 也可根据自身情况自配夹具 (4) 其他附件 : 工作区域水循环系统 除尘通风系统 旋转轴 1 水循环系统水循环系统包括进 出水管和潜水泵 玻璃管激光器工作时会发热, 如不能及时冷却, 激光器会破裂损坏, 同时冷却水还会影响激光器的出光 所以配置玻璃管激光器的雕刻机在其工作过程中一定要保持良好的水循环, 这在使用玻璃管激光雕刻机的时候非常重要, 应特别注意 如果配置的是射频激光器则不需要水循环系统 切记 : 在激光雕刻机工作之前一定要接通循环水 进水管 出水管 水容器 清水 潜水泵 图 2-4 冷却水水泵示意图具体做法如下 : A: 水泵包装中附带一只水嘴 ( 如图 2-5 所示 ) 将水嘴上塑料水管的一端放入热水中, 待塑料水管胀大一些以后插到水泵出水口上, 作为水泵出水口与机器入水水管的转接 83

86 塑料水管 ( 接水泵出水口 ) 水嘴 ( 接入水水管 ) 图 2-5 水泵水嘴 B: 在 5 升以上的容器内注满清水, 放入水泵 C: 水泵的出水口与雕刻机机箱下部的两条水管之一相连, 并将另一条水管末端放入容器中 ( 此雕刻机的水管不分进出 ) D: 连接水泵电源, 观察冷却水的循环情况 方法如下 : 拿起容器中没有与水泵相连的水管, 如果水流通畅稳定, 则表示循环水系统工作良好 ; 如果没有水流出或水流不够通畅, 请分别检查水管与水泵是否损坏, 水管是否接好 2 除尘通风系统除尘通风系统包括气泵 吹气管 排气扇和排气管 把吹气管插到气泵上, 接通气泵电源, 小车上的吹气口就开始吹气了 用排气管将机箱后面的排气管接口与排气扇或是空气净化器的入口相连, 接通排气扇或是空气净化器的电源后, 机箱里挨着台面板的抽气口就可以向外抽气了 通过吹气不仅可以快速冷却加工表面, 还可以吹开加工过程中产生的粉尘废物同时保护镜片, 保证加工质量 同时在激光加工过程中, 很多非金属材料会产生刺鼻气体, 这就需要在排气管的另一端接一个排气扇 ( 或空气净化器 ) 把气体排出去, 为了防止环境污染, 最好在气体出口处自配一个空气净化器 3 旋转轴用于加工圆柱状工作表面, 此为选配件 4 接地线由于雕刻机 计算机机箱表面积累的静电会干扰数据传送, 所以接地十分重要 保证电源插座接地 ( 三 ) 雕刻机的使用方法 1. 接通冷却水和除尘通风系统接通水泵 气泵, 打开排风扇或空气净化器, 并检查冷却水循环是否正常 注意 : 严禁在冷却水不正常循环的情况下雕刻, 以免损坏激光器 2. 接电源线和打印线接好雕刻机上的电源线和打印线后, 可以打开雕刻机和计算机的电源, 准备雕刻 3. 图文编辑进入开天 ACE 雕刻软件, 利用 ACE 软件的各项功能编排雕刻和切割的内容, 也可利用软件将事先做好的 *.Bmp 或 *.Plt 文件, 读入 ACE 软件中 4. 加工定位排版完成后, 先要定出加工位置才能放上加工材料 加工定位方法如下 : 取出加工材料, 先在台面板上贴上一张纸, 关上雕刻机上盖 ( 关上上盖以后才能进行加工, 否则会有声音提示 ), 在排版已完成的基础上点击 ACE 软件中的 定位框 图标, 这时雕刻机在白纸上划上定位框 ( 注意 : 此时应用小电流 ) 5. 定加工参数加工参数包括间隔, 速度和电流等 加工间隔是指加工点阵位图时, 是逐行逐列的输出, 还是有间隔的输出, 这个加工参数只有雕刻和扫描中才有 ; 加工速度是指横梁和小车的 84

87 移动速度 ; 加工电流是指激光器的电流 加工方式的不同或是材料 雕刻 切割深度的不同, 所用的加工参数不同 在加工前需要根据材料的性质和加工要求来设置加工参数, 通常需要实习来设定 当激光器使用时间较长后, 输出功率会有所衰减, 可以适当加大输出电流 加工间隔和速度都在软件中设置, 调节电流大小的方法有以下两种 : (1) 直接调节控制面板上的电流调节旋钮 按下 高压开关 后, 再按下 手动出光, 旋转电流调节旋钮即可调节电流的大小, 此时电流表上所显示的电流值是此时电流可以输出的最大值 在每次加工之前都需要用这种方法调好电流的最大值 ( 注意 : 在调节电流之前, 应将物料移开, 以免烧坏加工材料 ) (2) 在软件中调节 在软件中可以把不同的加工对象设置为不同的加工方式, 不同的加工方式可以设置不同的加工功率等级, 在加工功率等级中可以定义功率百分比, 通过功率百分比来控制电流的大小, 实际加工过程中输出的电流大小是手动调节后的电流乘以每种加工方式的功率百分比 另一种控制输出功率的方法是在图象编辑时把线条设置为不同的颜色, 通过颜色来制定功率百分比 6. 放上加工材料, 定焦距有效的雕刻需要激光光点小 功率集中, 只有具备这两个条件, 才能保证雕刻的精度和深度 激光束刚从激光器中射出时, 直径约为 3 毫米, 功率密度较低, 不能雕刻, 经过聚焦镜聚焦后, 焦点处光束较细, 直径约为 0.1 毫米 是雕刻的最佳位置 因此, 把待刻平面固定在聚焦镜的焦点处是成功雕刻的前提条件 R60 出厂时附带对焦块, 把对焦块挂在聚焦镜座上, 用控制面板上的 U 和 D 键移动台面板, 使对焦块下端顶上加工件的加工面, 此时加工面刚好位于焦点所在平面 对好焦距以后, 将对焦块从小车上取下来 ( 如图 3-1 所示 ) 第三反射镜 小车 聚焦镜 对焦块 对焦块 加工件 工作台 图 3-1 焦距调节焦距由聚焦镜决定, 不同聚焦镜的焦距会略有偏差, 更换时应注意调节, 具体方法如下 : (1) 按下 高压开关, 再按下 手动出光, 调节激光输出电流大小约为 5 毫安, 抬起 手动出光 (2) 找焦点 1 把透明有机玻璃倾斜放在台面板上, 其侧面与台面板上表面的倾斜角约为 50~60 度 2 用控制面板上的移动按钮, 把聚焦镜移到有机玻璃上方合适位置 3 按下 手动出光 的同时, 让聚焦镜沿 X 向移动, 使激光在透明有机玻璃上纵向 85

88 划下一条两头粗中间细的线 接着抬起 手动出光 线上最细的地方就是焦点的位置 (3) 将对焦块挂到聚焦镜座上, 调节对焦块的长度, 作为以后加工时调节焦距的参考物 7. 输出数据加工放好加工材料后, 关上雕刻机上盖, 生成数据, 输出数据至雕刻机就可进行加工了 注意 : 输出数据前应确定已按下 高压开关, 但不能按下 手动出光 8. 加工完成加工完成后, 会有声音提示 在加工过程中, 若是打开上盖, 加工停止, 直到合上上盖后加工才继续进行 ( 四 ) 安全操作规范 (1) 本机使用的激光为不可见光, 且对人体有害. 出光时严禁将身体的各个部位探入光路, 以免烧伤 (2) 激光加工可能产生高温和明火, 加工时严禁离开机器, 以免燃烧导致各种安全事故 (3) 使用前检查冷却水是否冻结 水垢 脏物堵塞, 以免造成激光器破损 严禁在无冷却水的状态下使用 (4) 严禁手或其它物件接触镜片, 以免导致镀膜的损坏. (5) 机器开启时, 严禁用手去推动导轨, 避免其传动系统的损坏 (6) 在安装旋转轴固定架时, 必须先关闭机器电源, 否则将导致机器主板的烧毁 (7) 使用后保持设备内外清洁, 去除雕刻残余物, 用机油擦拭易生锈的零部件 镜片清洁只能用脱脂棉蘸无水乙醇轻轻擦拭 (8) 未经许可不得擅自操作机器 ( 五 ) 利用 Photoshop/CAD 等一些图形处理软件, 进行图片的设计及修改编辑, 产生一个适合于激光雕刻的图形 ( 六 ) 利用内部网络把图形传至和机器连接的专用电脑, 进行后处理 作有关参数的设置 (15 分钟每人 ) ( 七 ) 加工 (10 分钟每人 ) ( 八 ) 清理实习场地 (5 分钟 ) ( 九 ). 实习总结 布置实习报告 评分 (10 分钟 ) 八 考核内容及要求 : 激光雕刻实验要求学生遵守如下规定 : ( 一 ) 遵守作息制度 ; ( 二 ) 上课认真听讲, 做好课堂笔记 ; ( 三 ) 服从指导教师的安排 ; ( 四 ) 严格遵守安全操作规程 ; ( 五 ) 认真作好实验器材和场地的清洁工作 ; ( 六 ) 完成实习报告 评分标准如下 : 优 : 遵守作息制度, 上课认真听讲, 认真作好听课笔记 工件观赏性好, 能独立完成画图 图象处理 数据传输 雕刻参数的设置 独立完成定焦距等工作 良 : 能独立完成画图 数据传输等工作, 工件观赏性较好, 能基本完成雕刻参数的设置等工作中 : 在教师指导下能完成画图 数据传输等工作及格 : 在教师的指导下完成简单画图 机器的简单操作 86

89 不及格 : 由于操作不当造成器材的损坏, 且认识态度不正确 87

90 激光加工教案 (2014 年 4 月更新 ) 一 实习项目 : 激光加工 二 实习时间 :6 学时 三 实习用的基本器材 仪器 设备 附件 : 参考加工件 预装 Photoshop/CAD 等一些图形处理软件的计算机 R60B 激光切割雕刻机 ELD 3000C-HS 激光内雕机 XL-20-13M 金属切割机 四 教学目标 : 1. 了解激光的相关知识, 激光加工的应用领域 2. 熟悉 R60B 激光切割雕刻机的基本原理 结构和操作 3. 了解 ELD 3000C-HS 激光内雕机,XL-20-13M 激光金属切割机的基本原理 结构和加工过程 五 教学要求 : ( 一 ) 知识点 : 1. 激光的相关知识 2. 激光技术应用及发展 3. 激光器的相关介绍 4. R60B 激光切割雕刻机的功能和操作 5. 学习 利用相关软件, 自行设计 加工 6. ELD 3000C-HS 激光内雕机的功能和操作及加工 7. XL-20-13M 金属切割机的功能和操作及加工 ( 二 ) 教学重点 : 1 激光加工在加工业中的特殊地位 2 三种激光加工机床的操作和工件的加工 ( 三 ) 教学难点 : 1 让同学形象的理解激光的加工方式 2 图形的设计和处理 六 总体教学安排 : 1. 激光的产生 特点及激光技术的应用 (30 分钟 ) 2. 激光管及二氧化碳,YAG 激光管的原理 结构和特点 (20 分钟 ) 3. R60B 激光切割雕刻机,ELD 3000C-HS 激光内雕机, XL-20-13M 金属切割机的基本原理 结构 (20 分钟 ) 4. R60B 激光切割雕刻机的操作方法 (15 分钟 ) 5. CAD 软件的绘图 (30 分钟 ) 6. 安全操作规范 (5 分钟 ) 7. 分组讨论设计构思零件 (60 分钟 ) 8. 利用 CAD 等一些相关图形处理软件, 进行图片的设计及修改, 生成一系列适合激 88

91 光切割的图形 (90 分钟 ) 9. 利用网络把图形传至和机器相连接的电脑, 进行后处理, 调整相关参数 (20 分钟 ) 10. 进行零件的加工 (30 分钟 / 组 ) 11. 演示 ELD 3000C-HS 激光内雕机,XL-20-13M 金属切割机的加工 (60 分钟 ) 12. 清理实习场地和机床 (10 分钟 ) 13. 实习总结 布置实习报告 评分 (30 分钟 ) 七 教学内容 : ( 一 ) 激光的产生 特点及激光技术的应用 1 激光 的由来 : 激光的最初的中文名叫做 镭射 莱塞, 是它的英文名称 LASER 的音译, 是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各单词头一个字母组成的缩写词 意思是 通过受激发射光扩大 1964 年按照我国著名科学家钱学森建议将 光受激发射 改称 激光 2 激光简介: 激光于 1960 年面世, 是一种因刺激产生辐射而强化的光 科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质, 使其原子的电子达到受激发的高能量状态, 当这些电子要回复到平静的低能量状态时, 原子就会射出光子, 以放出多余的能量 ; 而接着, 这些被放出的光子又会撞击其它原子, 激发更多的原子产生光子, 引发一连串的 连锁反应, 并且都朝同一个方向前进, 形成强烈而且集中朝某一个方向的光 3 激光的特性 : 激光之所以被誉为神奇的光, 是因为它有普通光所完全不具备的四大特性 (1). 定向发光 : 普通光源是向四面八方发光 要让发射的光朝一个方向传播, 需要给光源装上一定的聚光装置 激光器发射的激光, 天生就是朝一个方向射出, 光束的发散度极小, 大约只有 弧度, 接近平行 1962 年, 人类第一次使用激光照射月球, 地球离月球的距离约 38 万公里, 但激光在月球表面的光斑不到两公里 (2). 亮度极高 : 在激光发明前, 人工光源中高压脉冲氙灯亮度最高, 与太阳的亮度不相上下, 而红宝石激光器的激光亮度, 能超过氙灯的几百亿倍 因为激光的亮度极高, 所以能够照亮远距离的物体 激光亮度极高的主要原因是定向发光 大量光子集中在一个极小的空间范围内射出, 能量密度自然极高 (3). 单色性 : 光是一种电磁波 光的颜色由光的波长 ( 或频率 ) 决定 一定的波长对应一定的颜色 太阳光的波长分布范围约在 0.76 微米至 0.4 微米之间, 对应的颜色从红色到紫色共 7 种颜色, 所以太阳光谈不上单色性 激光器输出的光, 波长分布范围非常窄, 因此颜色极纯 以输出红光的氦氖激光器为例, 其光的波长分布范围可以窄到 2 10^-9 纳米 (4). 相干性好 : 激光的频率 振动方向 相位高度一致, 使激光光波在空间重叠时, 重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象 这种现象叫做光的干涉, 所以激光是相干光 而普通光源发出的光, 其频率 振动方向 相位不一致, 称为非相干光 普通光源激光光源 89

92 亮度 电灯 : 约 470sb 太阳 : 约 1.65X105 sb 红宝石激光器, 约 1.65X1015sb 功率 1000MW/cm2 方向 难会聚 无确定方向 发散角大 发散角小到 0.1mrad( 近似平 行光 ), 光束会聚其焦点处光 斑 10um 单色性 氪灯的光源谱线宽为 Å 激光的谱线宽度为 10-7Å 相干性氪灯光源的相干长度 78cm 激光的相干长度可达几十公 里 4 激光技术的应用 : (1) 激光 50 年发展时间表 : 1917 年 : 爱因斯坦提出 受激发射 理论, 一个光子使得受激原子发出一个相同的光子 1953 年 : 美国物理学家 Charles Townes 用微波实现了激光器的前身 : 微波受激发射放大 1957 年 : Townes 的博士生 Gordon Gould 创造了 laser 这个单词, 从理论上指出可以用光激发原子, 产生一束相干光束, 之后人们为其申请了专利, 相关法律纠纷维持了近 30 年 1960 年 : 美国加州 Hughes 实验室的 Theodore Maiman 实现了第一束激光 1961 年 : 激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤 1962 年 : 发明半导体二极管激光器, 这是今天小型商用激光器的支柱 1969 年 : 激光用于遥感勘测, 激光被射向阿波罗 11 号在月球表面的反射器, 测得的地月距离误差在几米范围内 1971 年 : 激光进入艺术世界, 用于舞台光影效果, 以及激光全息摄像 英国籍匈牙利裔物理学家 Dennis Gabor 凭借对全息摄像的研究获得诺贝尔奖 1974 年 : 第一个超市条形码扫描器出现 1975 年 : IBM 投放第一台商用机光打印机 1978 年 : 飞利浦制造出第一台激光盘 (LD) 播放机, 不过价格很高 1982 年 : 第一台紧凑碟片 (CD) 播放机出现, 第一部 CD 盘是美国歌手 Billy Joel 在 1978 年的专辑 52nd Street 1983 年 : 里根总统发表了 星球大战 的演讲, 描绘了基于太空的激光武器 1988 年 : 北美和欧洲间架设了第一根光纤, 用光脉冲来传输数据 1990 年 : 激光用于制造业, 包括集成电路和汽车制造 1991 年 : 第一次用激光治疗近视, 海湾战争中第一次用激光制导导弹 1996 年 : 东芝推出数字多用途光盘 (DVD) 播放器 2008 年 : 法国神经外科学家使用广导纤维激光和微创手术技术治疗了脑瘤 2010 年 : 美国国家核安全管理局 (NNSA) 表示, 通过使用 192 束激光来束缚核聚变的反应原料 氢的同位素氘 ( 质量数 2) 和氚 ( 质量数 3), 解决了核聚变的一个关键困难 5 激光技术的应用范围: 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料 ( 包括金属与非金属 ) 进行 90

93 切割 焊接 表面处理 打孔 微加工以及做为光源, 识别物体等的一门技术, 传统应用最大的领域为激光加工技术 激光技术是涉及到光 机 电 材料及检测等多门学科的一门综合技术, 传统上看, 它的研究范围一般可分 : 激光加工系统 包括激光器 导光系统 加工机床 控制系统及检测系统 激光加工工艺 包括切割 焊接 表面处理 打孔 打标 划线 微调等各种加工工艺 激光焊接 : 汽车车身厚薄板 汽车零件 锂电池 心脏起搏器 密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件 目前使用的激光器有 YAG 激光器,CO2 激光器 激光切割 : 汽车行业 计算机 电气机壳 木刀模业 各种金属零件和特殊材料的切割 圆形锯片 压克力 弹簧垫片 2mm 以下的电子机件用铜板 一些金属网板 钢管 镀锡铁板 镀亚铅钢板 磷青铜 电木板 薄铝合金 硅橡胶 1mm 以下氧化铝陶瓷片 航天工业使用的钛合金等等 使用激光器有 YAG 激光器和 CO2 激光器 激光治疗 : 可以用于手术开刀, 减轻痛苦, 减少感染 激光打标 : 在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用, 目前使用的激光器有 YAG 激光器和导体泵浦激光器 激光打孔 : 激光打孔主要应用在航空航天 汽车制造 电子仪表等行业 激光打孔的迅速发展, 主要体现在打孔用 YAG 激光器的平均输出功率已由 5 年前的 400w 提高到了 800w 至 1000w 国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承 飞机叶片等行业的生产中 目前使用的激光器多以 YAG 激光器 CO2 激光器为主, 也有一些同位素激光器和半导体泵浦激光器 激光热处理 : 在汽车工业中应用广泛, 如缸套 曲轴 活塞环 换向器 齿轮等零部件的热处理, 同时在航空航天 机床行业和其它机械行业也应用广泛 我国的激光热处理应用远比国外广泛得多 目前使用的激光器多以 YAG 激光器,CO2 激光器为主 ( 二 ) 激光管及二氧化碳激光管的原理 结构和特点 1 简介: 激光器是能发射激光的装置 1954 年制成了第一台微波量子放大器, 获得了高度相干的微波束 1958 年 A.L. 肖洛和 C.H. 汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围,1960 年 T.H. 梅曼等人制成了第一台红宝石激光器 1961 年 A. 贾文等人制成了氦氖激光器 1962 年 R.N. 霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器 以后, 激光器的种类就越来越多 按工作介质分, 激光器可分为气体激光器 固体激光器 半导体激光器和染料激光器 4 大类 近来还发展了自由电子激光器, 大功率激光器通常都是脉冲式输出 2 原理: 除自由电子激光器外, 各种激光器的基本工作原理均相同, 产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗, 所以装置中必不可少的组成部分有激励 ( 或抽运 ) 源 具有亚稳态能级的工作介质两个部分 激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态, 为实现并维持粒子数反转创造条件 激励方式有光学激励 电激励 化学激励和核能激励等 工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位, 从而实现光放大 激光器中常见的组成部分还有谐振腔, 但谐振腔 ( 见光学谐振腔 ) 并非必不可少的组成部分, 谐振腔可使腔内的光子有一致的频率 相位和运行方向, 从而使激光具有良好的方向性和相干性 而且, 它可以很好地缩短工作物质的长度, 还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式 ( 即选模 ), 所以一般激光器都具有谐振腔 激光工作物质 : 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系, 有时也称为激光固体 ( 晶体 玻璃 ) 气体 ( 原子气体 离子气体 分子气体 ) 半导体和液体等媒质 对激光工作物质的主要要求, 是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现 91

94 较大程度的粒子数反转, 并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去 ; 为此, 要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性 3 激光器的发展历史 1960 年年中,IBM 实验室利用 CaF2 中的三价铀制成了第一台四能级固体激光器 ; 1960 年 12 月,BELL 实验室的 Javan,Bennett 和 Herriott 制成了第一台氦氖气体激光器 ; 1962 年,GaAs 半导体激光器 ; 1963 年, 液体激光器 ; 1964 年,CO2 激光器 ; 1964 年, 离子激光器 ; 1964 年,Nd:YAG 固体激光器 ; 1965 年,HCl 化学激光器 ; 1966 年, 生物染料激光器 ; 4 二氧化碳激光器: 图 1-1 二氧化碳激光器简介 : 可称 隐身人, 因为它发出的激光波长为 10.6 微米, 身 处红外区, 肉眼不能觉察, 它的工作方式有连续 脉冲两种 连续方式产生的激光功率可达 20 千瓦以上 脉冲方式产生波长 10.6 微米的激光也是最强大的一种激光 人们已用它来 打 出原子核中的中子 二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展, 也是光武器和核聚变研究中的重大成果 最普通的二氧化碳激光器是一支长 1 米左右的放电管 它产生的激光是看不见的, 在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光 原理 : 二氧化碳激光器是以 CO2 气体作为工作物质的气体激光器 放电管通常是由玻璃或石英材料制成, 里面充以 CO2 气体和其他辅助气体 ( 主要是氦气和氮气, 一般还有少量的氢或氙气 ); 电极一般是镍制空心圆筒 ; 谐振腔的一端是镀金的全反射镜, 另一端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜 当在电极上加高电压 ( 一般是直流的或低频交流的 ), 放电管中产生辉光放电, 锗镜一端就有激光输出, 其波长为 10.6 微米附近的中红外波段 ; 一般较好的管子 一米长左右的放电区可得到连续输出功率 40~60 瓦 CO2 激光器是一种比较重要的气体激光器 这是因为它具有一些比较突出的优点 : 它有比较大的功率和比较高的能量转换效率 一般的闭管 CO2 激光器可有几十瓦的连续输出功率, 这远远超过了其他的气体激光器, 横向流动式的电激励 CO2 激光器则可有几十万瓦的连续输出 此外横向大气压 CO2 激光器, 从脉冲输出的能量和功率上也都达到了较高水平, 可与固体激光器媲美 CO2 激光器的能量转换效率可达 30~ 40%, 这也超过了一般的气体激光器 它是利用 CO2 分子的振动 - 转动能级间的跃迁的, 有比较丰富的谱线, 在 10 微米附近有几十条谱线的激光输出 近年来发现的高气压 CO2 激光器, 甚至可做到从 9~10 微米间连续可调谐的输出 它的输出波段正好是大气窗口 ( 即大气对这个波长的透明度较高 ) 除此之外, 它 92

95 也具有输出光束的光学质量高, 相干性好, 线宽窄, 工作稳定等优点 因此它在国民经济和国防上都有许多应用, 如应用于加工 ( 焊接 切割 打孔等 ), 通讯 雷达 化学分析, 激光诱发化学反应, 外科手术等方面 5 YAG 固体激光器 : 固体激光器通常由工作介质, 闪光灯泵浦源和聚光腔及光学谐振腔组成 常见的固体激光器有红宝石, 掺钕钇铝石榴晶体 (Nd:YAG) 和钕玻璃三种 其中 YAG 是实用化固体激光器中最为广泛的 ( 三 )R60B 激光切割雕刻机的特点及结构 1 应用范围广 R60B 激光切割雕刻机提供了三种加工方式 : 矢量 ( 切割 ) 雕刻 扫描 切割功能 : 可将多种材料沿某一图形或文字的内外轮廓切割下来, 使其具有和该图形或文字同样的形状 利用开天艺术雕刻软件编辑的所有图形或文字都可以进行切割, 外部导入的文件只有.plt 文件和.dst 文件才可以进行切割 扫描功能 : 可将一幅图片以点阵形式表现出来. 外部导入的文件只有单色位图.bmp 格式才可以进行扫描 描方式可以制作半色调图, 即以点的疏密表现颜色的深浅, 成品具有黑白照片的效果 ( 见图 1-2) 雕刻功能 : 可实现阴刻和阳刻效果 利用开天艺术雕刻软件编辑的所有图形或文字都可以进行雕刻, 外部导入的文件只有单色位图.bmp 格式可以进行雕刻. 图 1-2 切割样品图 2 高度的灵活性可加工任何几何形状, 均可实现加工并实现套料批量加工 适用于常见的非金属材料 3 加工精度高小工件, 最低的热输入, 卓越的重复生产性, 分辨精度为 0.025mm, 雕刻及扫描加工时, 可精确输出点阵图, 网点细腻, 雕刻扫描出的图片 相片, 切割时, 走线平滑 边缘无锯齿 缝隙小 曲线拟合精准 4 高速快捷加工时无需装夹拆卸零件 ; 全自动化的高效率加工 5 R60B 激光切割雕刻机整体结构 (4) 激光系统 : 激光器 光路系统 激光电源 93

96 图 2-1 光路示意 1 光路系统包括三个反射镜和一个聚焦镜 激光器产生的光通过反射镜反射后, 打到聚焦镜上, 再通过聚焦镜的聚光, 成为可用的光束 第一反射镜在激光盒中, 第二反射镜可以随横梁沿 Y 方向移动, 第三反射镜和聚焦镜都在小车上 ( 见图 2-1) 第一反射镜 激光器 位置 1 位置 4 横梁 小车 第二反射镜 位置 2 工作台 位置 3 图 激光电源 激光电源安装在雕刻机机箱后面, 抽风口的下端 它把 220V 的交流电转换成激光器所需的高压 根据激光器的功率分别配置相应的电源 (5) 控制部分 : 主板 控制面板 (6) 1 主板主板安装在电源的旁边 它是激光雕刻机的主要控制部件, 它从计算机得到数据以后, 对这些数据进行分析运算和数据转换, 然后再传输数据给激光雕刻机, 从而根据软件中编辑的内容完成加工 2 控制面板控制面板位于机器的右前方, 负责电流的调节和手动控制雕刻机 X 向 Y 向的运动及台面板的升降 如图 2-3 所示 : POWER BUSY RST Mode Light OK ESC F Up Down 电流调节 ma 60B 激光雕刻机 北京开天科技有限公司 高压开关 手动出光 输出电流 图 2-2 控制面板控制面板上的各个部件功能如下 : 高压开关 : 按下此开关后, 激光电源会根据指令向激光器提供高压 每次雕刻之前, 请确定已按下高压开关, 否则激光器不会出光 手动出光 : 按下 高压开关 后, 再按下此开关, 激光器将根据 输出电流 所指示 94

97 的电流大小连续出光 电流表 : 电流表上的示数为切割机实际输出电流, 这与激光器的输出功率有关 切割机的电流可调 电流调节旋钮 : 利用此旋钮可调节输出电流, 右旋增大, 左旋减小 同时按下 高压开 关 和 手动出光, 能够从电流表上看到输出电流的大小 ( 注意 : 调节中应先将聚焦 镜移出物料, 以免烧坏加工材料 ) RST 键 : 复位键, 按下此键后, 小车重新自检, 回到最右上角后停止, 完成复位 OK 键 : 将数据存入内存以后, 按此键可以重复输出内存里所存的数据液晶显示屏 : 开机自检后, 显示屏上出现字幕 : 文件大小 : 0 字节最近 XX:XX:XX( 指最近一次工作的时间 ) 全部 XX:XX:XX( 指机器工作的总时间, 在待机状态下按 light 键可以清零 ) 按一下 mode 键 切换到光路调节模式, 显示屏上出现字幕 : 文件大小 : 0 字节校准光路模式请您注意安全此时, 按一下 light 键手动出光, 激光器出光, 可调节光路和焦距输出数据雕刻机工作时, 显示屏显示 : 文件大小 : XXXXX 字节设备正在工作最近 XX:XX:XX( 指机器工作的时间 ) 此时 BUSY 上的红灯亮, 按下打开机器上盖, 蜂鸣器响, 并且红灯闪烁 (3) 工作区域工作区域是一块可自动控制升降的台面平板 大小为 440x600mm, 这也标志机器最大加工尺寸 加工过程中, 把待加工材料直接放在台面板上, 通过调节台面板的高度, 使放在台面板上的材料的待加工表面位于聚焦平面上 在加工比较轻的材料或是会受热卷曲变形的材料时, 可用重物压住边缘, 或是用双面胶粘在台面板上, 也可根据自身情况自配夹具 (4) 其他附件 : 工作区域水循环系统 除尘通风系统 旋转轴 1 水循环系统水循环系统包括进 出水管和潜水泵 玻璃管激光器工作时会发热, 如不能及时冷却, 95

98 激光器会破裂损坏, 同时冷却水还会影响激光器的出光 所以配置玻璃管激光器的雕刻机在其工作过程中一定要保持良好的水循环, 这在使用玻璃管激光雕刻机的时候非常重要, 应特别注意 如果配置的是射频激光器则不需要水循环系统 切记 : 在激光雕刻机工作之前一定要接通循环水 进水管 出水管 水容器 清水 潜水泵 图 2-3 冷却水水泵示意图 2 除尘通风系统除尘通风系统包括气泵 吹气管 排气扇和排气管 把吹气管插到气泵上, 接通气泵电源, 小车上的吹气口就开始吹气了 用排气管将机箱后面的排气管接口与排气扇或是空气净化器的入口相连, 接通排气扇或是空气净化器的电源后, 机箱里挨着台面板的抽气口就可以向外抽气了 通过吹气不仅可以快速冷却加工表面, 还可以吹开加工过程中产生的粉尘废物同时保护镜片, 保证加工质量 同时在激光加工过程中, 很多非金属材料会产生刺鼻气体, 这就需要在排气管的另一端接一个排气扇 ( 或空气净化器 ) 把气体排出去, 为了防止环境污染, 最好在气体出口处自配一个空气净化器 3 旋转轴用于加工圆柱状工作表面, 此为选配件 4 接地线由于 R60B 激光切割雕刻机 计算机机箱表面积累的静电会干扰数据传送, 所以接地十分重要 保证电源插座接地 ( 四 ). R60B 激光切割雕刻机的操作方法 1. 接通冷却水和除尘通风系统接通水泵 气泵, 打开排风扇或空气净化器, 并检查冷却水循环是否正常 注意 : 严禁在冷却水不正常循环的情况下雕刻, 以免损坏激光器 2. 接电源线和打印线接好电源线和打印线后, 可以打开 R60B 激光切割雕刻机和计算机的电源, 准备切割 3. 图文编辑进入开天 ACE 雕刻软件, 利用 ACE 软件的各项功能编排雕刻和切割的内容, 也可利用软件将事先做好的 *.Bmp 或 *.Plt 文件, 读入 ACE 软件中 4. 加工定位 96

99 排版完成后, 先要定出加工位置才能放上加工材料 加工定位方法如下 : 将材料放在事先画好的区域, 关上上盖 ( 关上上盖以后才能进行加工, 否则会有声音提示 ), 在排版已完成的基础上点击 ACE 软件中的 定位框 图标 5. 定加工参数加工参数包括间隔, 速度和电流等 加工间隔是指加工点阵位图时, 是逐行逐列的输出, 还是有间隔的输出, 这个加工参数只有雕刻和扫描中才有 ; 加工速度是指横梁和小车的移动速度 ; 加工电流是指激光器的电流 加工方式的不同或是材料 雕刻 切割深度的不同, 所用的加工参数不同 在加工前需要根据材料的性质和加工要求来设置加工参数, 通常需要实习来设定 当激光器使用时间较长后, 输出功率会有所衰减, 可以适当加大输出电流 加工间隔和速度都在软件中设置, 调节电流大小的方法有以下两种 : (1) 直接调节控制面板上的电流调节旋钮 按下 高压开关 后, 再按下 手动出光, 旋转电流调节旋钮即可调节电流的大小, 此时电流表上所显示的电流值是此时电流可以输出的最大值 在每次加工之前都需要用这种方法调好电流的最大值 ( 注意 : 在调节电流之前, 应将物料移开, 以免烧坏加工材料 ) (2) 在软件中调节 在软件中可以把不同的加工对象设置为不同的加工方式, 不同的加工方式可以设置不同的加工功率等级, 在加工功率等级中可以定义功率百分比, 通过功率百分比来控制电流的大小, 实际加工过程中输出的电流大小是手动调节后的电流乘以每种加工方式的功率百分比 6. 输出数据加工放好加工材料后, 关上上盖, 生成数据, 输出数据至 R60B 激光切割雕刻机就可进行加工了 注意 : 输出数据前应确定已按下 高压开关, 但不能按下 手动出光 7. 加工完成加工完成后, 会有声音提示 在加工过程中, 若是打开上盖, 加工停止, 直到合上上盖后加工才继续进行 ( 五 ). CAD 软件的绘图 实际操作演示二维平面图的绘制, 以及加工出的实际效果 ( 六 ) 安全操作规范 (1) 本机使用的激光为不可见光, 且对人体有害. 出光时严禁将身体的各个部位探入光路, 以免烧伤 (2) 激光加工可能产生高温和明火, 加工时严禁离开机器, 以免燃烧导致各种安全事故 (3) 使用前检查冷却水是否冻结 水垢 脏物堵塞, 以免造成激光器破损 严禁在无冷却水的状态下使用 (4) 严禁手或其它物件接触镜片, 以免导致镀膜的损坏. (5) 机器开启时, 严禁用手去推动导轨, 避免其传动系统的损坏 (6) 在安装旋转轴固定架时, 必须先关闭机器电源, 否则将导致机器主板的烧毁 97

100 (7) 使用后保持设备内外清洁, 去除雕刻残余物, 用机油擦拭易生锈的零部件 镜片清洁只能用脱脂棉蘸无水乙醇轻轻擦拭 (8) 未经许可不得擅自操作机器 ( 七 ) 分组讨论设计构思零件 (45 分钟 ) 3-4 个同学分为一组, 进行小组为单位的讨论, 构思加工的零件, 每个人所负责的内容 ( 八 ) 利用 Photoshop/CAD 等一些图形处理软件, 进行图片的设计及修改编辑, 产生一个适合于激光雕刻的图形 ( 九 ) 利用内部网络把图形传至和机器连接的专用电脑, 进行后处理 作有关参数的设置 ( 十 ) 加工 ( 十一 )ELD 3000C-HS 激光内雕机的特点及结构 (1) 特点广泛应用于个性化水晶内雕礼品 高精细度水晶制品批量加工 玻璃装潢设计 玻璃制品防伪等业务领域 它的主要优势是 : 高效率 真实雕刻速度快, 使现场个性化加工更有效率, 提升业务处理能力 高分辨率 800dpi 高解析度 ( 不同用途的激光器分辨率有所不同 ), 确保图片效果细腻 逼真, 媲美照片原图或真实对象, 使定制的水晶饱含珍藏价值 稳定性高 采用世界先进的端泵风冷半导体技术, 令设备稳定性更高, 耗电省, 维护量低 智能化 软件界面用户友好, 功能丰富, 能直接读取三维及平面点云软件处理的数据, 无需用第三方软件进行格式转换 (2) 结构 98

101 99

102 ( 十二 )XL-20-13M 金属切割机的特点及结构 (1) 特点 : 激光随动头设计 : 材料表面不平整仍可保证加工质量 工作环境好 : 清洁, 噪音小, 可减少废料, 降低成本 使用便捷 : 操作软件可兼容多种机械绘图软件 (2) 结构 : 100

103 ( 十三 ) 演示 ELD 3000C-HS 激光内雕机与 XL-20-13M 金属切割机的加工 ( 十四 ) 清理实习场地 ( 十五 ). 实习总结 布置实习报告 评分 七 考核方法 : 激光加工实验要求学生遵守如下规定 : ( 一 ) 遵守作息制度 ; ( 二 ) 上课认真听讲, 做好课堂笔记 ; ( 三 ) 服从指导教师的安排 ; ( 四 ) 严格遵守安全操作规程 ; ( 五 ) 认真作好实验器材和场地的清洁工作 ; ( 六 ) 完成实习报告 按照以下标准评分 : 优 : 遵守作息制度, 上课认真听讲, 认真作好听课笔记 工件观赏性 创意性好, 能独立完成画图 图象处理 数据传输 切割参数的设置, 能与组员之间的形成配合交流, 工件的配合度高, 装配时不会松动 良 : 能独立完成画图 数据传输等工作, 工件有些创意, 能基本完成切割参数的设置等工作, 与组员之间的交流不多, 工件配合度较差, 能装配上, 但有些松动 中 : 在教师指导下能完成画图 数据传输等工作, 与组员之间基本没有交流, 工件配合度差, 基本装配不上, 但外形还设计并制作完成 及格 : 与组员无配合交流, 无法单独完成工件的制作, 但在教师和组员的帮助下仍完成了工件的加工 不及格 : 由于操作不当造成器材的损坏, 且认识态度不正确 101

104 快速成型技术教案 一 实践项目 : 快速成型技术 二 实习时间 :6 学时 三 教学目标快速成形技术训练是一门关于创新设计 成形制作相结合的综合性实践类课程 希望通过对该门课程的学习, 充分发挥学生的创新思维能力, 通过对快速成形技术的原理, 种类的认识, 以及对快速成形工艺过程的理解, 让学生掌握一种先进制造方法, 通过此实习让学生体验实物从 构思 设计 模型制作 的完整过程 意在培养学生的创新思维意识, 增强学生的动手能力 四 教学内容 形式及方法 本实习是通过讲解快速成形技术的原理和种类以及成形工艺流程, 让学生掌握一种先进制造技术 通过讲解三维设计软件和成形设备 成形软件的使用, 让学生能够独立进行创意构思, 设计出模型后进行快速成形, 完成最后的打磨等后处理 难点 九 PRO/E 二维草绘时, 图形的封闭性和合理性, 三维建模的正确性 合理性 十 导出 STL 文件时参数设置 十一 AURORA 软件的正确使用和分层参数设置 十二 FPRINTA 设备使用的正确性和安全事项 教学媒体 PPT 讲解 现场实际演示讲解 教学形式 集体演示与讲解 个别指导 理论 实训 教学方法 接受式方法 : 讲教 讲解 讲演 演示 五 教学过程 1) 二维草图设计基础 (0.5 学时 )( 软件演示教学 ) PRO/E 的界面介绍 ( 标题栏 菜单栏 工具栏 消息提示区 模型树 绘图区 ) 二维工具介绍 ( 直线 矩形 圆 圆弧 倒圆角 倒斜角 样条线 标注尺寸 约束 删除段 镜像 ) 演示操作教学, 逐个讲解各工具的用途, 着重讲解如何确定独立的封闭区域, 为三维建模打基础 练习五角星与正六边形 102

105 2) 三维模型设计 (0.5 学时 )( 软件演示教学 ) 介绍模型树 基本面 草绘平面 参考平面 讲解拉伸等特征命令 演示操作教学, 详细讲解各层草绘与拉伸的过程, 如何修改草绘图形和建模深度 保存文件 导出 STL 文件参数设置 ( 注意弦高和角度控制 ) 3) 模型展示与创意构思 (0.5 学时 )( 作品展示与课堂讲解 ) 借鉴已有模型作品 介绍设计的注意事项, 模型的尺寸要求 学生进行模型构思 4) 学生进行三维模型设计 (2.5 学时 ) 运用三维设计软件对构思进行设计 正确导出 STL 文件并传输到设备电脑中 103

106 5) 设备与软件讲解 (0.5 学时 )( 现场演示并讲解 ) FPRINTA 设备的结构介绍 ( 现场机器讲解 ) AURORA 软件使用讲解 ( 现场软件讲解 着重在于讲解模型摆放位置以及分层参数的设置 ) 104

107 6) 零件快速成形制作 (2.5 学时 )( 现场操作指导 ) 学生载入数字化模型, 开始成形制作 7) 快速成形技术概论 (1 学时 )(word ppt 教学 ) 快速成形技术产生的背景 历史 意义与特点 快速成形技术的原理 种类以及应用领域 发展趋势 ( 注 : 各种类配合视频讲解 ) 8) 熔融沉积制模技术 (1 学时 )(word ppt 教学 ) 熔融沉积制模技术的原理 优缺点以及应用领域 影响成形精度的因素讲解 9) 后处理 (0.5 学时 )( 现场操作 ) 学生取型 去支撑 修补 打磨等后处理工序 10) 实习报告与卫生打扫 (0.5 学时 ) 附加说明 : 概述和 FDM 技术讲解部分与成形制作同时进行 六 课程评估 学生构思模型并运用软件进行设计, 完成数字化模型 学生能够掌握 AURORA 软件的使用, 正确摆放模型和分层, 并操作 FPRINTA 设备将模型成形出来并进行后处理 实践中常见问题与指导方法 在三维模型设计阶段, 学生在模型拉伸操作时出现的问题比较多, 主要是因为对 PRO/E 软件在拉伸实体模型时对草绘部分封闭性的要求理解不够, 容易按照其他 CAD 软件的操作来进行, 在草绘复杂图形时经常出错而无法拉伸 教师在讲解时应强调在二维草绘时候要绘制封闭区域, 不能有多余的点 线, 让学生掌握层与层之间的关系, 能够清晰建立出三维模型 在快速成形制作阶段, 学生的问题主要是对载入模型的排放位置以及分层参数设置上存在偏差, 后处理时候容易破坏模型的外表面 教师可以着重讲解如何正确载入和放置模型, 如何对模型进行分层参数设置, 加强学生对 AURORA 软件的深入理解和动手能力 七 考核方式以仪器操作规范 模型方案设计 成形制作 后处理与组装 实习报告 卫生等项目对学生成绩进行综合评定 评分操作二维设模型方案模型三维成形后处理实习报告 总分项目规范计构思设计制作卫生得分 八 参考文献 [1] 王咏梅, 李春茂, 张瑞萍,Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 中文版基础教程 [M], 北京 : 清华大学出版社,2011 [2] 王咏梅, 康显丽, 张瑞萍,Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 中文版零件设计实践教程 [M], 105

108 北京 : 清华大学出版社,2011 [3] 林清安, 完全精通 Pro/ENGINEER 野火 5.0 中文版零件设计基础入门 [M], 北京 : 电子工业出版社,2010 [4] 杨继全, 徐国财, 快速成形技术 [M], 北京 : 化学工业出版社,2006 [5] 郭戈, 颜旭涛, 唐国林, 快速成形技术 [M], 北京 : 化学工业出版社,

109 AutoCAD2004 二维制图教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实践项目 : AutoCAD2004 二维制图 二 实习时间 :6 学时 三 教学设备及用具 : 已安装 AutoCAD2004 软件的 PC 机 四 教学目标通过本课程的教学, 应使学生达到下列基本要求 : 1. 了解 AutoCAD 的发展历史以及在实际中的运用 ; 2. 掌握二维图形的绘制 编辑及尺寸标注 ; 3. 掌握绘图环境设置和图层管理 ; 4. 具备独立完成两维图形绘制的能力 五 教学内容 ( 一 ) 知识点 技能要求 : 二维基本图形的绘制 编辑, 对象捕捉, 尺寸标注 ( 二 ) 教学重点 : 二维图形的绘制 编辑及尺寸标注 ( 三 ) 教学难点 : 1. 点坐标输入方法, 包括绝对 / 相对直角坐标和绝对 / 相对极坐标 ; 2. 通过提示区信息, 自学命令使用 ; 3. 矩形的绘制 ( 点位的方向距离输入 ); 4. 图案填充 ; 5. 二维编辑各命令, 特别是 修剪 延伸 命令的使用 ; 6. 按要求建立符合国标标准的标注样式 ; 7. 尺寸标注的编辑和修改 ; 8. 引线 注释和形位公差 六 具体教学过程 ( 一 )AutoCAD2004 简介 AutoCAD 是 AutoDesk 公司推出的通用计算机辅助绘图和设计软件包 AutoDesk 公司于 1982 年 12 月推出 AutoCAD 的第一个版本 AutoCAD1.0, 并大概以每年一次的速度对软件进行更新, 从而使 AutoCAD 的功能更加强大, 并且日趋完善 AutoCAD 2004 具有直观的用户界面, 下拉式菜单, 易于使用的对话框和定制工具条, 完整的两维绘图, 编辑功能和强大的三维造型功能, 视点和鸟瞰功能, 以及完全支持网络和 INTERNET 外部引用等 高速 高质 易用是其最显著的三个特点 因此,AutoCAD2004 一经发布就获得了业界的交口称赞 ( 二 )AutoCAD2004 在实际中的运用在实际工业运用中,CAD 和 CAM(Computer Aided Manufacturing),CAP(Computer Aided Process) 相结合, 共同构成了一个集合的 CAD/CAM 系统 随着信息技术的不断发展, 107

110 又结合了生产管理中所需的全部信息从, 从而构成了一个计算机集成的制造系统 CIMS Computer Integrated Manufacturing System CAD/CAM 系统的应用极为广泛, 从汽车制造到地质图的绘制, 几乎遍及所有的工业部门 特别在机械制造领域尤为突出 它可完成的任务有 : 拟定方案 ; 计算分析 ; 绘图 ; 编写文件 ; 模拟和实验 ; 生产资料准备 ; 自动加工 ; 装配及控制 ; 企业数据总结和管理 ( 三 ) AutoCAD2004 的用户界面 菜单系统的结构以及系统提示区熟悉 AutoCAD 的用户界面 ; 使用 AutoCAD 的菜单, 如下拉式菜单 工具条 快捷菜单等 ; 系统提示区 : 系统提示区是软件与用户的对话, 用户所做的所有操作都会反映在系统提示区内 在具体作图时要注意系统提示区的内容 此处操作指导 : ⑴ 运行 AutoCAD2004, 进入 AutoCAD2004 的操作界面 ; ⑵ 调整操作界面的大小 ; ⑶ 移动 打开 关闭工具栏 ( 四 ) 二维绘图命令 1. 直线 (line): 分别运用直角 / 极坐标绘制直线, 绝对 / 相对坐标绘制直线 ; 2. 构造线 (Construction Line): 自学 ; 3. 多段线 (Multiline): 自学 ; 4. 多边形 (Polygon): 已知正多边形的边长绘制多边形, 自学已知正多边形中心点绘制多边形 ; 5. 矩形 (Rectangle): 运用矩形命令绘制矩形以及运用直线命令绘制矩形, 运用直线命令绘制矩形 ( 点位的方向距离输入 ); 6. 圆弧 (Arc): 三点法绘制圆弧 ; 7. 圆 (Circle): 圆心 半径 / 直径绘制圆, 圆周上三点 圆直径上两点绘制圆以及相切 / 相切 / 半径绘制圆 ; 8. 修订云线 (Revcloud): 了解 ; 9. 样条曲线 (Spline): 了解 ; 10. 椭圆 (Ellipse): 自学 ; 11. 图案填充 (Hatch): 图案填充的样式, 图案填充的区域必需是封闭的 ; 12. 多行文字 (Multiline Text): 设置字体 字体样式 字体大小, 输入字体 ( 中 / 英文 ) 此处操作指导 : 打开下拉式菜单 绘图 或则打开 绘图 工具条, 点击下拉式菜单相应选项或则工具条内相应按钮 鼠标左键执行命令, 右键退出 ( 五 ) 对象捕捉和栅格 1. 要求重点掌握 : 捕捉端点 中点 圆心 交点 外观交点 象限点 切点以及垂足 ; 2. 捕捉和栅格的设置, 自动对象捕捉的设置 3. 注意两点 : 对象捕捉各命令不能单独使用, 要配合其他绘图命令一起使用 ; 对象捕捉各命令不可重复使用 此处操作指导 : 108

111 (1) 打开 对象捕捉 工具条, 点击工具条内相应按钮举例实现各对象捕捉 ; (2) 执行下拉式菜单 工具 / 草图设置 命令, 弹出 草图设置 对话框 ; (3) 在 捕捉和栅格 标签内选择 启用捕捉 和 启用栅格 ; (4) 在 对象捕捉 标签内选择 启用对象捕捉 并设置对象捕捉模式 ( 六 ) 二维编辑命令 1. 删除 (Erase); 2. 复制 (Copy); 3. 镜像 (Mirror): 做对称图形 ; 4. 偏移 (Offset): 做平行线 同心圆 等距离曲线 ; 5. 阵列 (Array): 矩形陈列 (R) 和环形阵列 (P) 两种 ; 6. 移动 (Move); 7. 旋转 (Rotate); 8. 比例 (Scale): 大于 1 的参数为放大, 小于 1 的参数为缩小 ; 9. 拉伸 (stretch): 该命令用交叉方式选择操作对象 ; 10. 修剪 (Trim): 修剪一个对象, 两个对象以及多个对象 ; 11. 延伸 (Extend); 12. 打断 (Break); 13. 倒角 (Chamfer); 14. 圆角 (Fillet); 15. 分解 (Explode) 此处操作指导 : 打开下拉式菜单 修改 或则打开 修改 工具条, 点击下拉式菜单相应选项或则工具条内相应按钮, 举例进行各种编辑操作 ( 七 ) 显示控制命令 1. 用实时平移 (Pan) 和实时缩放 (Zoom) 来调节显示 ; 2. 其他常用的缩放命令 ; 3. 借助视图控制对话框来生成和恢复视窗 此处操作指导 : 点击 标准 工具栏中 实时缩放 实时平移 窗口缩放 和 缩放上一个 按钮实现图形的放大 缩小以及移动 ; 在系统提示区命令行输入 Z ( 回车 ), 再输入 A ( 回车 ), 可将所绘制图形全部显示出来 ( 八 ) 绘图环境的设置和图层的管理 4. 设置图纸大小 单位, 将设置好的图纸平铺在绘图区内 ; 5. 建立图层 设置图层名称 颜色和线型 ; 6. 图层的管理 此处操作指导 : (1) 执行下拉式菜单 格式 / 图形界限 命令, 设置图纸 ; (2) 执行下拉式菜单 格式 / 单位 命令, 设置单位 ; (3) 执行下拉式菜单 格式 / 图层 命令, 设置图层 ( 九 ) 尺寸标注 109

112 1. 按要求建立符合国标标准的标注样式 ; 2. 用标注命令标注尺寸 2.1 线性标住 ; 2.2 半径 / 直径标住 ; 3. 标住文字的位置和对齐方式 ; 4. 尺寸标注的编辑和修改 ; 5. 快速标注 ; 6. 引线 注释和形位公差 此处操作指导 : (1) 打开下拉式菜单 标注 或则打开 标注 工具条 ; (2) 执行 标注 / 标注样式 命令, 打开 标注样式管理器 对话框 ; (3) 点击 新建 按钮, 进入 创建新标注样式 对话框, 在 新样式名 编辑框内输入样式名 ; (4) 点击 继续 按钮, 进入 新建标注样式 对话框 ; (5) 在 直线和箭头 选项目卡内设置 尺寸线 尺寸界限 箭头 ( 样式 大小 ) 圆心标记 ; (6) 在 文字 选项卡内设置 文字外观 文字位置 文字对齐 ; (7) 在 调整 选项卡内设置 调整选项 文字位置 标注特征比例 调整 ; (8) 在 主单位 选项卡内设置 线性标注 的单位 ; (9) 点击 确定 按钮, 退回 标注样式管理器 对话框, 点击 置为当前 按钮并关闭对话框 ; (10) 执行下拉式菜单 标注 / 线性 命令或则点击 标注 工具条中 线性标注 按钮 ; (11) 执行下拉式菜单 标注 / 半径 命令或则点击 标注 工具条中 半径标注 按钮 ; (12) 执行下拉式菜单 标注 / 直径 命令或则点击 标注 工具条中 直径标注 按钮 ; (13) 执行下拉式菜单 标注 / 快速标住 命令或则点击 标注 工具条中 快速标注 按钮 ; (14) 执行下拉式菜单 标注 / 引线 命令或则点击 标注 工具条中 快速引线 按钮 ; (15) 执行下拉式菜单 标注 / 公差 命令或则点击 标注 工具条中 公差 按钮 七 考核及评价方法成绩评定中作业情况占 80%, 纪律和劳动方面占 20% 作业情况 : 作业内容一 : 二维图形绘制, 包括主视图和右视图 要求画面整洁 尺寸精确 布局合理 作业内容二 : 图形尺寸标注 按要求标注, 格式统一, 位置合理 作业内容三 : 实习报告 书写工整, 步骤详细 评定标准 : 优高质量完成三项作业内容, 无任何明显错误 良较好完成, 有不超过三处明显错误 110

113 中基本完成三项作业内容, 有较多处错误 及格完成大部分作业内容, 存在重大错误 不及格未完成大部分作业内容 纪律方面 : 不迟到 不早退 自觉遵守机房管理规定 听从老师安排, 遵守课堂纪律, 不做于上课无关的事 劳动方面 : 离机时, 将自己周围环境打扫干净, 并积极完成老师分配的劳动任务 八 参考文献 1. 新编中文版 AutoCAD2004 入门与提高 实用软件入门与提高 2. 新编中文版 AutoCAD2004 入门与提高 编委会编 出版社 : 西北工业大学出 版社 3. AutoCAD2004 中文版应用基础 作者 : 孙瑞新主编 出版社 : 人民邮电出版社 111

114 MasterCAM 课程教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实践项目 : MasterCAM 二 课时数 :6 学时 三 教学设备及用具 : 已安装 MasterCAM 软件的 PC 机,MasterCAM 基础教程 PPT 四 教学目标 ( 一 ) 掌握 MasterCAM 两维基本绘图, 可独立设计完成较为复杂两维图形设计绘制 ; ( 二 ) 掌握铣削模拟加工中的面 槽和外形加工, 可独立对图形进行模拟加工设置 ; ( 三 ) 了解 MasterCAM 在实际中的运用 五 教学内容 ( 一 ) 知识点 技能要求 : 两维基本绘图, 数控铣床上的两维模拟加工 ( 二 ) 教学重点和难点 : 1. 两维绘图 ; 2. 面 槽和外形模拟加工设置与实现 六 具体教学过程 : ( 一 )MasterCAM 简介和在实际中的运用 MasterCAM 是美国 CNC software 公司研制开发的 CAD/CAM 系统 Mastercam 作为基于 PC 平台的 CAD/CAM 软件, 对硬件的要求不高 Mastercam 把计算机辅助设计 (CAD) 和计算机辅助制造 (CAM) 有机的结合在一起, 操作灵活, 易学易用, 刀具模拟真实可见, 以其强大的加工功能闻名于世, 是目前我国加工领域应用最多的软件之一 对于机械专业的同学来说, 后期学习的课程如 : 数车 数铣实习中, 都会运用到 MasterCAM, 运用该软件生成的 NC 代码来加工零件 MasterCAM8.0 包括三大模块 :Design Lathe 和 Mill, 是一套兼有 CAD 和 CAM 功能的套装软件 在 Design 模块中不仅可以设计 编辑复杂的二维 三维空间曲线, 还具备曲面以及实体造型功能 Mill 模块主要用于生成铣削加工刀具路径, 包括二维和三维加工系统 Lathe 模块主要用于生成车削加工刀具路径 在 Mill 模块和 Lathe 模块中也包含了 Design 模块中的完整三维设计系统, 这两个模块可以与 Design 模块配合使用, 也可以单独使用 ( 二 )MasterCAM 基础知识难点 : 理解树状菜单结构, 熟练使用 ; 注意命令提示区的使用 1. 工作界面 : 标题栏 工具栏 主菜单区 次菜单 系统提示区 坐标轴标记 光标位置 绘图区 ; 112

115 2. 文件管理 : 创建文件 打开文件 保存和部分保存文件 ; 3. 基本设置 : 颜色设置 样式和宽度设置 图层管理 群组管理 改变对象属性 显示设置 ( 三 ) 两维图形绘制基本图形绘制难点 : 实现捕捉功能 ; 根据提示信息进行后续操作 (1) 创建直线 : 端点绘线 (2) 创建圆弧 / 圆 (3) 创建矩形 (4) 创建椭圆 (5) 创建正多边形 (6) 创建文本图形编辑 (1) 删除对象 (2) 对象转换 : 镜像 旋转 等比例缩放 平移 偏移 (3) 对象修整 : 倒角 修剪 / 延伸 分割 连接 ( 四 ) 两维铣削模拟加工此部分内容相对前面二维图形绘制要稍难些, 在授课之前先放映 PPT: MasterCAM 基础教程 PPT 二维加工部分, 让学生对两维铣削模拟加工有大致了解 工件设置内容 : 毛坯尺寸设定 基点设定 刀具预选难点 : 掌握设置依据和范围 根据所设计的的零件尺寸来设置毛坯, 如何选择正确合理的刀具 1. 面加工面铣削加工用于加工工件的表面 通过面铣削将工件表面铣削一定的厚度后以达到表面平面度和光洁度的要求 面铣削需设置刀具参数和面铣削参数 在主菜单下依次选择 Toolpaths/face/done 选项, 系统自动将整个工件的上表面作为加工模型 ; 或者在主菜单下依次选择 Toolpaths/face 选项后, 在绘图区选取要加工的区域, 再选择 Done 在 Facing 对话框中单击 Tool parameters 选项卡, 打开对话框, 设置刀具参数 难点 : (1) 加工路径默认 ; (2) 铣削高度设置 ; (3) 粗 细加工步长的计算设置 * 注 : 教师查看学生面加工的掌握情况, 帮助学生分析错误原因, 找出设置错误并更改, 列举常见错误现象以及解决方法 3. 槽加工挖槽加工需设置刀具参数 挖槽参数和粗加工 / 精加工参数 挖槽加工中刀具参数的设置方法与面铣削加工相同 在主菜单下依次选择 Toolpaths/pocket 选项, 在绘图区选取曲线后选择 Done 选项 系统弹出 Pocket 对话框, 单击 Pocketing parameters 选项卡, 打开 113

116 对话框, 设置挖槽参数 ( 设置高度 加工类型 深度分层铣削等 ) 挖槽加工主要用来切除封闭外形所包围的材料或切削出一个槽 在粗加工 / 精加工参数 (Roughing/Finishing parameters) 选项卡中选择切削方式 难点 : (1) 选择合适的封闭槽边界路径 ; (2) 根据槽的宽度选择合适刀具 ; (3) 选择切削方式 * 注 : 教师查看学生槽加工的掌握情况, 帮助学生分析错误原因, 找出设置错误并更改, 列举常见错误现象以及解决方法 重点指出槽加工时刀具选择出错可能遇到的问题, 如何正确选择加工路径 4. 外形加工外形加工需设置刀具参数和外形铣削参数 外形加工中刀具参数的设置方法与面铣削加工相同 在主菜单下依次选择 Toolpaths/Contour 选项, 在绘图区选取曲线后选择 Done 选项 系统弹出 Contour 对话框, 单击 Contour parameters 选项卡, 打开对话框, 设置外形铣削参数 ( 设置高度 加工类型 刀具偏移 深度分层铣削和外形分层铣削等 ) 外形铣削加工主要用于加工二维或三维工件的外形 难点 : (1) 根据路径选择方向判断刀偏方向 ; (2) 计算 XY 平面上粗加工步长和次数 过大会造成实际加工时浪费工时, 过小可能会造成刀具损坏 * 注 : 教师查看学生外形加工的掌握情况, 帮助学生分析错误原因, 找出设置错误并更改, 列举常见错误现象以及解决方法 重点分析外形加工时 XY 平面加工量的计算以及粗 细加工的设置 5. 操作管理器内容 : 加工步骤的删除, 顺序调换, 属性修改, 模拟演示 难点 : (1) 判断加工步骤的对错, 做出修改 (2) 加工工序是否合理 6. 后处理要得到 CNC 控制器可以读解的 NC 码需要进行后处理 可在操作管理器中 (Operations manager) 单击 Post 按钮, 弹出 Post processing 对话框, 设置后处理中的有关参数 用户可以通过设置 NCI file 选项组和 NC file 选项组中的各参数来对后处理过程中生成 NCI 和 NC 文件进行设置 附加工图 : 114

117 补充 : 1. 尺寸标注 2. 三维实体造型 ( 创建基本三维实体 创建挤压 旋转 扫掠及举升实体 实体的布尔运算 ) 3. 三维铣床加工 七 考核要求作业一 : 设计绘制作品两维图形, 要求有设计思路, 图形绘制精确, 有自己独特的创意 作业二 : 根据设计图形设置加工布置, 并在计算机上实现模拟加工 要求三维形态合理, 加工工艺符合要求, 作品有一定的艺术性 作业三 : 实习报告 八 教学总结与归纳 MasterCAM 课程实践主要是为了提高机械类学生的综合实践能力和创新能力而设置的, 本课程在学习软件功能的基础上, 根据老师给出的开放性题目, 借助所学软件来设计并模拟加工零件 从作品的构思 设计零件的三维模型 出图到最后的加工, 让学生了解现代工业制造的整个过程 为后继课程如数车 数铣在软件上的应用提供一定的帮助 九 参考文件 MasterCAM 8.X 实用培训教程王睿张小宁清华大学出版社 115

118 创新教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实践项目 : 创新 二 实习时间 :6 学时 三 实习基本器材和设备 慧鱼实验机器人组合包构件 预装 LLWin3.0 的电脑 建模与控制技术讲义 四 教学目标 1 熟悉搭建模型所涉及到的基本输入 输出构件 2 学习控制程序的编写方法, 培养计算机编程能力 3 理解机电结合概念, 更直观的了解控制对象从无到完整实现的过程 4 培养创意思维和动手实践的能力 五 教学要求 1 知识点 技能要求 (1) 知识点 : 基础模型搭建 控制程序编写 (2) 技能要求 : 掌握模型搭建技巧, 熟悉开发环境 LLWin3.0 的界面和编程语言, 编写出符合要求的控制程序, 使模型准确无误的完成相关动作, 在现实可行的前提下进行结构设计和功能创新 2 教学重点 (1) 慧鱼构件的组合方法 (2) 模型走线的规范 (3) 主要构件的检测 (4) 程序的编写技巧 (5) 激发创造性思维 3 教学难点通过对陌生软件的学习, 能够在规定的时间内, 巧妙的编写出符合要求的控制程序, 并进行适当的改造和创新 六 教学时间安排 1 讲课时间 :40 分钟 2 示范时间 :20 分钟 3 学生操作时间 :300 分钟 4 讨论 实习报告 卫生等 :60 分钟 116

119 七 教学内容 1 讲课 (1) 打开幻灯片第 1 页, 开始准备教学 (2) 播放幻灯片第 2 页, 指明实习主要注意事项 (3) 播放幻灯片第 3 页, 划定创新一词的范围, 加深学生对本课程所涉及的事物的了解程度创新 : 对于别人已经成功解决的问题, 通过一定时间段内的学习和理解, 全新思考后给出自己的解决方案, 使之达到预定的目标 (4) 播放幻灯片第 4 页, 引出本次实习的内容和评分标准 (5) 播放幻灯片第 5 页, 展示模型搭建效果图, 给学生一个直观的概念, 对要搭建的对象有初步的了解 指明本次实习中所涉及到的基本输入和输出构件 (6) 播放幻灯片第 6 页, 介绍智能接口板的功能和结构特点 : 功能上类似于人的大脑, 结构上主要分电源 电脑接口和接线孔三个区域 (7) 播放幻灯片第 7 页, 介绍搭建板的功能和结构特点 : 功能上用于固定模型的所有构件, 结构特点主要体现在板孔上 (8) 播放幻灯片第 8 页, 用图片结合文字的形式, 讲解连接线的制作步骤 (9) 播放幻灯片第 9 页, 核对实习所用主要构件的数量 (10) 播放幻灯片第 10 页, 搭建前的准备组装 : 找到图 1 所示的两个构件 马达和扇页, 按照箭头方向用力, 组合后如图 2 所示 (11) 播放幻灯片第 页, 按图示步骤搭建基础结构模型 1 模型搭建 (1), 找出图示的 4 个零件, 按图上位置固定放置 2 模型搭建 (2), 添加智能接口板和 7 个线卡, 注意智能接口板的位置和方向, 注意线卡的开口方向 3 模型搭建 (3), 增加 3 个触动传感器 3 个指示灯等构件, 固定时, 注意灯底座上接线孔的方向 4 模型搭建 (4), 按照箭头所示, 将准备工作中组装的马达组件固定 5 组合后如模型搭建 (5) 所示, 注意马达固定的方向, 至此, 所有零件固定完成 (12) 播放幻灯片第 16 页, 结合效果图, 讲解模型制作时连线的两个最基本要求 : 连线位置正确无误 走线符合规范 (13) 播放幻灯片第 17 页, 用图片结合文字描述的形式, 强化走线规范, 使学生对走线的方法有更为直观的概念 (14) 播放幻灯片第 18 页, 按图示讲解模型连线的具体方法 学生动手完成模型的制作, 在接线时, 注意如下几点 : 1 触动传感器上有三个接线脚, 分别为 1 脚 2 脚和 3 脚, 当红色线头接 1 脚, 117

120 绿色线头接 3 脚时, 表示常开, 即红色按键没有按下时是断开, 程序中表示为 0 状态, 按下时是导通, 程序中表示为 1 状态 ; 如果红色线头接 1 脚, 绿色线头接 2 脚时, 表示常闭, 即红色按键没有按下时是导通, 程序中表示为 1 状态, 按下时是断开, 程序中表示为 0 状态 实验中使用的模型接触动传感器的 1 3 脚, 即红色线头接中间的孔, 绿色线头接靠红色按键的一边 2 灯没有极性, 所以在给灯上接线时, 红绿线头可任意接在灯座同一侧的两个接线孔上 3 马达有正反转之分, 在给马达接线时, 先将红绿线头任意接在一侧的两个接线孔上, 在接下来的调试智能接口板步骤时, 如果发现软件上所表示的马达转向与实际马达转向相反, 那么将马达上的接线红绿线头调换一下即可 4 红色线头表示正极, 绿色线头表示负极, 所以在智能接口板上接线时, 对应于相应端口, 红色线头接在下方, 绿色线头接在上方 5 注意智能接口板上 E3 的位置, 并不与 E2 相邻 (15) 播放幻灯片第 19 页, 告知密码打开电脑, 讲解电脑使用注意事项 (16) 播放幻灯片第 20 页, 介绍编程环境 LLWin3.0: 双击图标, 打开软件 (17) 播放幻灯片第 21 页, 说明实验的步骤调试智能接口板 : 1 连接电源线, 注意电源指示灯是否点亮, 不亮请检查电源 2 连接串口线, 插入 9 孔插座即可 3 调试智能接口板 Options Check Interface, 该界面下, 对所有输入和输出构件检验是否能正常工作, 如有问题及时提出更换, 以免影响到后期程序执行的效果示范 : 检测模型的方法, 程序编写基本操作, 主要涉及软件功能特点 编程基本动作 主要技巧 实用程序的分析几方面 (18) 介绍参考书中的两个主要章节 : 1 编程时所有涉及到的功能模块的介绍, 供选择参考, 注意识别 2 编程时可能涉及到的常用菜单和命令操作, 如复制子程序等, 辅助学生顺利使用新软件 (19) 详细分析 解释实验内容, 指明要完成的效果, 提示编程技巧, 说明重点留意的地方 : 1 实验 1, 交通灯, 满分 10 分, 按照书 91 页, 图 6-2 流程, 模拟红 黄 绿一组交通灯的亮灭 闪烁和切换动作, 重点留意要求 3, 提示参照例题 2 实验 2, 二进制实验, 满分 10 分, 难点 : 用算法将十进制数转化为二进制数 注意 : 转换过程中避免使用效率太低的转化, 如列表法穷举, 禁止直接使用 wait 模块 118

121 控制指示灯亮灭 提示 : 使用除二取余算法等 需要看程序, 转化效率越高, 程序越简洁, 得分越高 3 实验 3, 密码锁, 满分 20 分, 实现在终端面板上输入的 4 位密码的读取和验证 提示难点 : 密码输入的读取 子程序编辑和使用 4 实验 4, 运算思考题, 满分 15 分, 实现 3 道计算题目 提示 : 终端面板的输入和显示功能 5 创新设计, 满分 10 分, 根据新颖程度 实用性和实现效果综合评分 2 示范打开 LLWin3.0 软件, 示范如下操作 : (1) 编写程序 Project New (2) 基本动作 调用功能模块, 快捷键 1 (3) 基本动作 逻辑连线, 快捷键 4 (4) 基本动作 删除模块, 快捷键 2 (5) 基本动作 替换模块, 快捷键 3 (6) 基本动作 删除连线, 快捷键 5 (7) 编写简单小程序, 讲解逻辑连线的重要性, 熟悉软件运行 停止和返回主程序编辑对应的操作 ; (8) 分析实用程序, 按逻辑连线的顺序逐步讲解所用到的功能模块 ; 比较 Input 模块与 EDGE 模块, 理解其不同的控制原理 3 实习操作开始动手实习操作, 规定编程结束时间, 编程进度自己注意掌握, 在这一期间内, 在教室内巡视, 如有问题学生可以随时举手示意, 视情况予以解决 4 成果验收根据学生对实验要求的理解和完成情况, 公平 客观的给出当天的实习成绩 5 反思布置实习报告, 使学生通过书写报告的方式, 总结一天的实习情况和收获 八 考核要求 1 基础模型搭建 : 主要考察模型的美观实用程度, 要求构件的位置布局正确 连接线的外观整齐走线规范 2 控制程序编写 : 设定 4 个基础实验, 根据每个实验下所列的要求编写相应的程序, 能稳定实现并符合要求, 得到相应分数 : (1) 交通灯 : 绿灯有明显的闪烁动作 ; 正确地使用 Compare 模块 ; 整个过程可实现循环演示 119

122 (2) 二进制实验 : 实现变量 1 随时间改变并正确显示 ; 用算法将十进制数转化为二进制数 ; 正确的指示灯显示 转换过程中避免使用列表法穷举, 禁止使用 wait 模块控制指示灯亮灭 (3) 密码锁 : 实现 4 位密码的输入判断, 并有正确的输出状态出现 ; 使用子程序实现 (4) 运算思考题 : 正确判断输入数值的位数 ; 能够将输入数值倒序显示 ; 查找出至少 3 个水仙花数并正确显示 3 创新 : 根据实际情况, 在原有基础上改进或自行设想并实现一组创意设计并完整实现, 视完成情况给分 4 其他 : (1) 实习报告 : 认真, 独自完成, 不得互相抄写 (2) 课堂纪律 : 程序编写时严禁随意离开座位与其它组人员进行交流 (3) 环境卫生 : 实习结束前将自己及周边的地面打扫干净, 桌面擦干净, 椅子摆放整齐 九 参考文献 搭建手册 : 慧鱼实验机器人 教材 : 慧鱼创意机器人设计与实践教程 120

123 测量技术教案 (2013 年 3 月更新 ) 一 实践项目 : 测量技术 二 实习时间 :3 学时 三 教学的目的与要求 : 1. 了解测量在机械加工中所起的作用及其重要性 2. 掌握部分精密测量仪器 ( 量块 正弦规 偏摆仪 粗糙度仪 投影立式光学计 万能工 具显微镜等 ) 的使用方法及其应用 重点与难点 : 掌握各种量具的使用方法 四 教学组织及时间安排 : ( 一 ) 教学讲授与示范操作 1. 测量的定义 作用及重要性 5 分钟 2. 量块 10 分钟 3. 正弦规 10 分钟 4. 偏摆仪 10 分钟 5. 粗糙度仪 10 分钟 6. 投影立式光学计 10 分钟 7. 万能工具显微镜 15 分钟 ( 二 ) 学生操作与填写报告, 学生操作分三组进行 120 分钟 第一组 : 量块 偏摆仪 正弦规 的操作 第二组 : 粗糙度仪 投影立式光学计 的操作 第三组 : 万能工具显微镜 的操作 40 分钟后, 各小组互换 分钟 40 分钟 40 分钟 ( 三 ) 整理实验仪器 10 分钟 ( 四 ) 实验总结 完成实验报告 评分 20 分钟 五 实习用的基本器材 仪器 设备 附件等 : 量块 正弦规 偏摆仪 粗糙度仪 投影立式光学计 万能工具显微镜 六 教学内容 : ( 一 ) 测量的定义 作用及重要性 1 定义 : 将某一被测量和另一个作为测量单位的量进行比较, 以确定它是测量单位的 几倍 该比较过程叫做测量 比值 = 被测量 / 测量单位 2 互换性 : 同一规格零部件按规定的技术要求制造, 能够彼此相互替换使用而效果相 同的性能 3 重要性 : 制定了先进的公差标准, 对机械产品各零部件的几何量分别规定了合理的 公差, 若不采取适当的检测措施, 那么, 规定的这些公差形同虚设, 不能实现零 部件的互换性 检测是组织互换性生产必不可少的重要措施 检测的目的不仅仅 在于判断工件是否合格, 还有其积极的一面, 这就是根据检测的结果, 分析产生 废品的原因, 以便设法减少废品, 进而消除废品 产品质量的提高, 有赖于检测

124 准确度的提高 ( 二 ) 量块量块是利用两个研磨得很平很光的平行平面作为工作面, 以两平面间的距离作为长度尺寸标准的一种量具 量块的工作面具有极细的粗糙度和平行度 量块的形状简单, 使用方便, 是机械制造业中控制尺寸的最基本量具 用途 :1 作为保证工件长度准确一致的基本量具, 用于检定和校准精密量具, 如刻线量具和量仪的刻度的检定 2 也可用于对特别精密零件进行直接测量, 如精密划线和精密机床的调整, 形位误差的检测等 等级划分 :1 按级 :0,1,2,3,4;2 按等 :1,2,3,4,5; 数字越小精度越高 当所需尺寸不能从已有量块中直接找到, 可选用两块或更多进行组合, 一般不超过 4-5 块 组合原则 : 首先选取能去除最小位数尺寸的量块, 每选一块应使尺寸的位数减少一位或二位, 并力求使量块组的数目尽量少 量块组合实例 : 使用与维护注意 : ⑴ 使用前在清洁的汽油中除去表面涂覆的防锈油, 并用软绸擦试干净 ⑵ 清洗后的量块不能直接用手拿 ⑶ 量块放到工作台上时, 应使非工作面与工作台面接触 ⑷ 不能将量块的非工作面与工作面进行组合 ⑸ 使用完后应及时清洗干净并擦干, 涂上防锈油 ( 三 ) 正弦规正弦规是利用三角法测量角度的一种精密量具, 测量结果需用三角形的正弦关系来计算, 用来测量锥度和角度 正弦规按正弦原理工作, 即在平板工作面与正弦规一侧的圆柱之间安放一组尺寸为 H 的量块使正弦规工作面相对于平板工作面的倾斜角度等于被测角 ( 锥 ) 度的公称值 sin L 将被测件安放在正弦规工作面上, 用正弦规挡板正确定位, 使被测角位于与正弦规圆柱轴线垂直的平面内, 若被测角的实际值与公称值一致, 则角度块表面或圆锥的上素线与平板工作面平行 ; 若被测角有偏差即 0 则在平面上移动测微计, 可测得被测角上边线两端的高度差 设两个测量位置的间距为 l(mm) 测微计在两个位置的读数分 arcsin n 2 n 1 l 别为 n2,n1(um) 则被测角偏差为 : 正弦规的测量精度与零件角度和正弦规中心距有关中心距越大精度越高, 零件角度越小精度 122

125 越高 ( 四 ) 偏摆仪圆跳动是表示零件上的回转表面, 在限定的测量面内, 相对于基准轴线保持固定位置的形状 1 径向圆跳动 : 测量面垂直于基准轴线, 误差测量方向垂直于基准轴线 2 端面圆跳动 : 测量面为与基准轴线同轴的圆柱面, 误差测量方向平行于基准轴线 3 斜向圆跳动 : 测量面为与基准轴线同轴的任意回转表面 全跳动 : 指零件绕基准轴线作连续旋转时, 沿整个被测表面上的跳动量 1 径向全跳动 : 指沿垂直于基准轴线的方向上整个被测表面的跳动量 2 端面全跳动 : 沿平行于基准轴线的方向上整个被测表面的跳动量 ( 五 ) 粗糙度仪无论是机械加工的零件表面, 或者是用铸 锻等方法获得的零件表面总会存在着具有较小间距和峰谷的微观几何形状误差, 这种较小间距和峰谷的微观几何形状特征称为表面粗糙度 粗糙度对工件性能的影响 : 1 影响零件运动表面的摩擦和磨损 ; 表面越粗糙, 摩擦因数就越大, 两个相对运动的表面峰顶间的实际有效接触面积就越小, 单位面积上的压力增大, 表面磨损加快 过于光滑不利于储存润滑油, 形成半干摩擦和干摩擦, 反而使摩擦因素越大, 从而加剧磨损 2 影响配合性质的稳定性和机器的工作精度 ; 3 影响零件的强度 ; 4 影响零件的抗腐蚀性 轮廓算术平均偏差 Ra: 指在取样长度内被测轮廓上各点到基准线的距离的绝对值的算术平均值 微观不平度十点高度 Rz: 指在取样长度内被测轮廓上五个最大轮廓峰高的平均值与五个最大轮廓谷深的平均值之和 轮廓最大高度 Ry: 指取样长度内被测轮廓的峰顶线与谷底线之间的距离 测量取具有最大粗糙度数值的方向作为测量方向, 一般和加工痕迹方向垂直测出的粗糙度数值最大, 具体测量时可选几个方向测量取数值最大的作为测量结果 如果图纸上没有注明测量位置, 一般取加工表面两端和中间区域, 取这几个部位的平均值作为该工件的粗糙度值, 如有明显差异则取最大部位测量, 如果加工表面极不均匀, 则可将各部位的结果分别给出 种类 记号 定义 图示 轮廓算术平均偏差 R a 在粗糙度曲线的中线方向, 取样长度为 l, 并设取样中线为 X 轴, 纵向倍率方向为 Y 轴, 用 Y=f(x) 表示粗糙度曲线, 此时用下式计算, 取值单位为 (μm) 1 Q R a = {f(x)}dx Q 0 123

126 轮廓最大高度微观不平度十点高度 R y R z 在粗糙度曲线的中线方向, 取样长度为 l, 并设取 样中线为 X 轴, 纵向倍率方向为 Y 轴, 测定粗糙度 曲线的峰顶线与谷底线之间的距离, 此值即为轮廓 最大高度 (μm) Ry Rp Rv 在粗糙度曲线的中线方向, 取样长度为 l, 设纵向 倍率方向为 Y 轴, 测得粗糙度曲线的中线,5 个最 大轮廓峰高 (Yp) 平均值的绝对值, 和 5 个最大轮廓 谷蓙 EYv) 平均值的绝对值 此两个平均值之和, 即为微观不平度十点高度 (μm) ( Yp1 Yp2 Yp3 Yp4 Yp5) ( Yv1 Yv2 Yv3 Yv4 Yv5) Rz 5 ( 六 ) 投影立式光学计用途 : 利用标准量块与被测零件相比较的方法来测量零件外形的微差尺寸, 可以检定量块以及高精度的柱形量规 结构 : 投影光学计管 测帽 投影灯 工作台 量块移动架 测帽的选择 : 被测工件与测帽的接触面必须使其最小, 接近于点或线接触以减少其测量误差 平面 球面 圆柱面 刃形 球体 平面工作台的选择 : 与测帽要求相同 工作台的校正 : 目的使工作台的平面与测帽平面保持平行 校正方法 : 使用 Ф8 平面测帽, 使测帽与量块相接触, 使屏幕中看到刻度, 然后将量块先后四次放入测帽的相互垂直的四个边缘上, 观察刻度并调整工作台使刻线的变化量最小 ( 七 ) 万能工具显微镜用途 : 以影象法和轴切法可按直角坐标和极坐标精确地测量零件的长度和角度, 并可检定零件的形状 使用范围 : 测定螺纹 测定长度 检定形状 原理 : 被测件置于照明光路中, 由带有正象棱镜的主显微镜形成被测件的放大象, 通过目镜中对准标记进行精密定位 而两次定位之间位移由光学读数装置精密测出, 从而完成非接触式的精密测量 方法 :⑴ 影象法 : 用被测件影象轮廓与主显微镜的目镜视场中对准标记进行定位的测量方法 ⑵ 轴切法 : 用和被测轴向截面轮廓接触的测量刀上的刻线与主显微镜的测角目镜的米字线精确对准的测量方法 结构 : 底座 纵向滑台 横向滑台 主显微镜 主显微镜立柱 照明设备 学生检测操作 : 1 检测矩形零件的长度及宽度 2 检测角度块的角度 七 考核要求 : 参考实习手册 124

127 三维零件测量教案 一 实践项目 : 三维零件测量 二 课时数 :6 学时 三 教学中使用的机器设备 : 游标卡尺 ROMER 关节臂测量仪 CIOTA0101 桥式坐标测 量仪 四 教学目标通过本课程的教学, 应使学生达到下列基本要求 : ( 一 ) 了解三坐标测量仪的发展历史以及在实际中的运用 ; ( 二 ) 能运用常规量具对零件进行测量 ; ( 三 ) 运用关节臂测量仪测得的图纸中所需的形位公差 ; ( 四 ) 按所给图纸要求, 运用 RationalDMIS 软件安排测量步骤, 测量要求尺寸, 出测量报告 制订方式 : 以提问的方式引导学生了解学习的目的, 课程以 PPT 讲解, 学生实际动手操作为主 (1) 什么叫测量技术? (2) 为什么要学测量技术 (3) 坐标测量技术原理 五 教学要求 ( 一 ) 知识点 技能要求 : 三坐标测量仪的分类及应用场合 游标卡尺的测量方法及正确读数 关节臂测量仪的使用方法 RationalDMIS 软件的操作 测头的标定 坐标系的建立 形位公差的正确测量 ( 二 ) 教学重点 : 测量坐标系的建立方法 RationalDMIS 软件的操作 形位公差的正确测量 ( 三 ) 教学难点 : 1. 测量数据的计算 ; 2. 正确使用关节臂测量仪建立零件测量坐标系 ; 3. 掌握参考元素与测量元素之间的关系, 正确测量出图纸要求的数据 ; 4. RationalDMIS 软件的正确使用和参数设置 5. 尺寸测量中对称度的测量方法 ; 四 教学时间安排 授课内容和作业 讲授 其中 练习 了解三坐标测量仪的发展历史以及在实际中的运用 20 分无 介绍常规量具的使用方法, 学生掌握游标卡尺的使用方法 10 分 30 分 了解近代坐标技术的发展及分类 50 分无 125

128 掌握桥式测量仪的基本结构及各行业中的应用 20 分无 运用关节臂测量仪对零件进行尺寸测量 (1) 运用关节臂测量仪对零件进行尺寸测量 (2) 20 分 80 分 运用 RationalDMIS 软件对零件的尺寸公差进行测量 45 分 80 分 完成课堂作业, 打扫卫生无 20 分 六 教学内容 1. 三坐标测量仪的发展历史以及在实际中的运用随着工业现代化进程的发展, 伴随着众多制造业如汽车 机床及模具工业的涌现和大规模生产的需要, 在加工设备提高工效 自动化更强的基础上, 要求计量检测手段应当高速 柔性化 通用化, 而固定的 专用的或手动的工量具大大限制了大批量制造和复杂零件加工业的发展 ; 平板加高度尺加卡尺的检验模式已完全不适用现代柔性制造和更多复杂形状工件测量的需要, 所有这些促成了坐标测量行业的形成 2. 认知常用的工量具, 掌握游标卡尺的使用方法 通过图片, 对常用的工量具有所认知, 掌握游标卡尺的使用方法 : 游标尺的 0 线是读毫米的基准 主尺上挨近游标 0 线左边最近的那根刻线的数字就是主尺的毫米值 ( 整数值 ); 然后, 再看游标尺上哪一根线与主尺上的刻线对齐, 将该刻线的序号乘游标分度值之积, 就是主尺的小数值 ( 也可以从游标尺上直接读出 ) 将整数和小数相加, 就是所求的数值, 如图所示 着重指出读数时的注意事项 : 读数时要注意, 主尺上刻的数字是厘米数, 例如主尺上刻 13 是表示 13cm, 即 130mm; 游标尺上刻的数字是游标分度值, 例如刻 0.05mm 0.02mm 和 0.01mm 分别表示游标分度值为 0.05mm 0.02mm 0.01mm 126

129 从图中看到, 整数是 132mm, 因为主尺的第 132 根线挨近游标尺的 0 线的左边 ; 小数 是 0.02mm 9=0.18mm, 因为游标尺的第 9 根线与主尺上的一根线对齐 故两次读数之和 为 mm 实例测量 :( 让学生亲自动手测量, 提高学生学习兴趣, 两位同学为一组, 培养学生 协作能力 ) 运用游标卡尺测量图纸中所需的尺寸 : 尺寸编号 a b c d e f g h 卡尺测 量数据 三坐标测量仪测量数据实测值理论值 注意 : 其中 e f g h 尺寸测量为难点, 提示同学利用三角函数计算, 并告诉同学, 如果用坐标测量仪测量将会非常容易得到尺寸 在实践中让学生体会三维测量仪的优 势 3. 利用关节臂测量仪对零件进行测量 讲解关节臂测量仪使用的软件 PC-DMIS 的使用方法 : (1) 软件界面介绍 : 127

130 PC-DMIS 常用操作包括 : 新建 打开 语言 ; 关闭 退出 保存 另存为 导入 导出 执行 部分执行等 (2) 新建路径 : 文件 --- 新建点击新建, 进入如下窗口 : (3) 导入和导出 CAD 模型导入 ( 以 igs 格式为例 ) 及图形操作目的 : 快速获取理论数据进行编程测量文件 --- 导入 1). 路径 : 文件 --- 导入 ---IGES 128

131 2) 导入后出现如图所示对话框 : 点击处理 (4) 建立零件测量坐标系在精确的测量中, 正确地建坐标系, 与具有精确的测量机, 校验好的测头一样重要 由于我们的工件图纸都是有设计基准的, 所有尺寸都是与设计基准相关的, 要得到一个正确的检测报告, 就必须建立零件坐标系, 同时, 在批量工件的检测过程中, 只需建立好零件坐标系即可运行程序, 从而更快捷有效 本课程使用 (3-2-1 法 ) 建立坐标系应用场合 : 主要应用于 PCS 的原点在工件本身 机器的行程范围内能找到的工件, 是一种通用方法 面 线 点 法是它的一种典型方法 (3-2-1 法 ) 建立坐标系有三步 : 1. 找正, 确定第一轴向 2. 转到轴线, 确定第二轴向 3. 平移, 确定三个轴向的零点 适用范围 : 1. 没有 CAD 模型, 根据图纸设计基准建立零件坐标系 2. 有 CAD 模型, 建立和 CAD 模型完全相同的坐标系, 需点击 CAD=PART, 使模型和零件实际摆放位置重合建立步骤 : 1. 首先应用手动方式测量建立坐标系所需的元素 2. 选择 插入 主菜单 --- 选择 坐标系 --- 进入 新建坐标系 对话框 3. 选择特征元素如 : 平面 1 用面的法矢方向作为第一轴的方向如 Z 正, 点击 找正 4. 选择特征元素如 : 直线 1 用线的方向作为坐标系的第二个轴向如 X 正, 点击 旋转 5. 选择特征元素如 : 点 1, 用点的 X 坐标分量作为坐标系的 X 方向的零点, 然后点击原点 129