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教案一 铸造实训

铸造实训模块一：整体模

Ⅰ 课题纲要

一、目的

对铸造生产有一个初步的了解，掌握最基本的手工造型方法。

二、要求

应知——铸造生产的应用范围及优缺点，了解整体模的特点。砂铸型的结构。

分型面的概念等问题。

应会——整模造型的基本操作方法，初步学会使用造型工具和修型工具。

三、时间安排

1、介绍铸造生产的概况及造型工具的使用方法 30 分钟

2、整模造型示范讲解 30 分钟

3、学生独立操作练习 150 分钟

四、教学设备

1、实物：整体模模样、铸件、气孔缺陷铸件

2、示范用具：铸模、造型及修型工具、造型材料

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、铸造车间介绍及劳动纪律，安全教育。

2、铸造生产概况。

3、铸造生产的工艺流程。

4、砂箱，造型、修型工具介绍及使用方法。

二、示范演示

整体模示范操作。

三、学生练习

要求反复操作，制出符合质量要求的整体模砂型。

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Ⅲ 讲稿

1.1 铸造车间介绍及劳动纪律，安全教育

1) 对学生进行加强劳动观念，加强纪律性及安全生产的教育。

2) 进行现场参观，介绍车间规模生产设备及生产实习情况。

3) 安排铸工实习计划。

4) 要求学生在铸工实习期间利用空余的时间参阅金属工艺学实习教材铸工

部分内容。

1.2 铸造生产概况

1.2.1 什么叫铸造生产

是把金属块放进熔炉里进行熔化成金属液体，并达到一定的浇注温度，将金

属液体平稳地浇到预先做好的砂型里，待金属冷却凝固后便获得一定形状的金属

铸件或毛坯件，这个过程称为铸造生产。所得到的毛坯零件一般都需要通过机械

加工以后才能成为机器零件来使用。

铸造生产的分类通常可分二大类，砂型铸造和特种铸造，砂型铸造又可分为

手工生产和机器生产。手工生产的造型方法有很多，主要是随着模样形状复杂程

度的不同可采用不同的造型方法来获得铸件。又因为砂型铸造灵活性大，适应性

广，所以目前国内用砂型铸造的方法所得到的铸件要占到铸件总重量的 90%以

上。

机器造型则可以大大降低工人的劳动强度，且生产效率高，质量较稳定，适

用于大批量铸件的生产。

除了砂型铸造以外，还可以采用多种特种铸造的方法来获得铸件，如金属模

铸造、压力铸造、离心铸造、熔模精密铸造等。

特种铸造能获得产量高、质量好、精度高、加工余量小、成本低的铸件，但

只能适合于生产成批的铸件。

1.2.2 铸造生产的重要作用

无论是重工业、轻工业、农业和交通运输等所需的机器零件，很多是通过用

铸造的方法来获得。比如我们车间的各类机器的零部件绝大部分是铸铁件，一台

机床铸件重量占 40-80%，而铸件的成本只占一台机器总成本的 20-30%。由于铸

铁抗压而不抗拉，所以一般用于车床底座、导轨、手柄等抗拉力小零部件。

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1.2.3 铸造生产的优缺点

优点：

1) 采用铸造方法能获得无论外形或内腔形状都相当复杂而其它工种又难以

加工的零件。

2) 铸造生产的灵活性强，适应性好。无论是铸铁、铸钢、铸铜、铸铝均能

在铸造中使用，且不受到铸件大小、数量的多少的限制。

3) 使用设备简单，操作方便，材料来源广泛，价格低廉，生产周期短、成

本低等优点。

缺点：

1) 铸造生产工艺复杂，从砂型—造型—合箱—金属熔化—浇注—铸件清理，

各道环节都有较强的工艺性和技术性，在某一方面掌握不好，就导致铸

件生产报废。

2) 由于铸造是从液体金属形成铸件，从高温到低温，从膨胀到收缩，金属

件在冷却、凝固过程中内部产生应力和收缩。因此铸件往往产生裂纹、

变形、缩孔等各种缺陷从而影响铸件的机械性能。

3) 无论是手工生产，还是机器生产，铸造生产劳动条件差，工艺流程复杂，

使得铸件的质量不够稳定，故铸造的废品率要高于机械加工的废品率。

1.3 铸造生产的工艺流程

零件图——样、型芯盒——造砂、配砂、混砂——造型、造芯——下芯、合

箱——金属熔化——浇注——落砂——清理铸件——检验——废品分析。如图

1-1 所示套筒的砂型铸造工艺流程。

图 1-1 套筒的砂型铸造工艺

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1.4 砂箱，造型、修型工具介绍及使用方法

1、 砂箱

为了便于砂型的翻动和搬运，一定要有合适的砂箱进行造型，砂箱可分为铁

砂箱及轻金属砂箱（铝砂箱）及木制砂箱，轻金属砂箱、木制砂箱适合小型铸件

的生产。在砂箱中又可分为活络砂箱和固定砂箱，以轻金属砂箱（铝砂箱）为例：

可分为上砂箱、下砂箱、箱扣及定位销等。

2、造型、修型工具及使用方法在操作中逐一进行介绍。

1.5 整体模示范操作

整模造型是用一个整体模型造型，造型时模型全部放在一个砂箱内，其分型

面是平面，现以图 1-2 所示轴承座零件为例，说明整模造型的工艺过程。下面简

单说明整模造型的工艺过程。

图 1-2 轴承座零件 图 1-3 砂箱大小合适

1) 造型前的准备工作

①准备造型工具，选择平直的底板和大小合适的砂箱，如图 1-3 所示。

模样与砂箱内壁及顶部留有 30-100mm 的距离称为吃砂量，其值视模型大小

而定。砂箱过大，不仅消耗过多的型砂且浪费舂砂工时。砂箱过小，则模型周围

砂舂不紧浇注时，液体金属容易从砂层不紧处流出，如图 1-4 所示。

②擦净模样，以免造型时型砂粘在模样上，起模时损坏型腔。

③安放模样，注意模样斜度的方向，不要放错。

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图 1-4 铁水从砂层不紧处流出 图 1-5 每次加砂量要合适

2) 舂砂

①舂砂时必须将型砂分次加入，对小砂箱每次加砂厚约 50~70mm，如图 1-5

所示。过多舂不紧，过少也舂不紧，且浪费工时。第一次加砂时用手将模样按住，

并用手将模样周围的砂塞紧，以免舂砂时模样在砂箱内的位置移动，或造成模样

周围的砂层不紧，致使起模时易损坏砂型。

②舂砂应均匀地按一定的路线进行，以保证砂型各处紧实度均匀，注意不要

撞到模样上，如图 1-6 所示。

③舂砂用力大小应适当，不要过大或过小。同一砂型各处的紧实度是不同的，

靠近砂箱内壁应舂紧，以免塌箱；靠近型腔部分，砂层应稍紧，以承受液体金属

的冲击；远离型腔的砂层紧实度依次减少以利透气。

3) 撒分型砂

下砂型造好，翻转 180º后，在造上砂型之前，应在分型面上撒无粘性的分

型砂，以防止上、下砂箱粘在一起而开不了箱。撒分型砂时，手应距砂箱稍高，

一边摆动，一边移动，使分型砂从五个指尖合拢的中心缓慢而均匀地散落下来，

薄薄地覆盖在分型面上。

最后应将模样上的分型砂吹掉，以免造上砂型时，分型砂粘在上砂型表面，

浇注时被液体金属冲下来，落入铸件中，使其产生缺陷。

图 1-6 按一定的路线舂砂 图 1-7 上砂型要扎通气孔便于气体排出

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4) 扎通气孔

上砂型舂紧刮平后，要在模样投影面的上方，用直径 2~3mm 的通气针扎出

通气孔，以利于浇注时气体逸出，通气孔要均匀分布，如图 1-7 所示。

5) 开外浇口

外浇口如图 1-8 所示，应挖成约 60°的锥形，大端直径约 60~80mm，浇口

面修光，与直浇口连接处应修成圆弧过渡，便于浇注时对准，以引导液体金属平

稳流入型腔。若外浇口挖得太浅或成蝶形，则浇注液体金属时会四处飞溅伤人。

图 1-8 漏斗形外浇口

6) 起模

①起模前要用水笔蘸些水，刷在模样周围的型砂上，以增加这部分型砂的强

度，防止起模时损坏砂型。刷水时应一刷而过，不要使水笔停留在某一处，以免

浇注时产生大量的水蒸汽，使铸件产生气孔。

②起模针位置要尽量与模样的重心铅垂线重合，起模前要用舂砂锤轻轻敲打

起模针的下部，使模样松动，以利于起模。

7) 修型

起模后，型腔若有损坏，应根据型腔形状和损坏的程度，使用各种修型工具

进行修补。

8) 合箱

修型完毕即可合箱，合箱时应注意使砂箱保持水平下降，并应对准定位销，

防止错箱。

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铸造实训模块二： 型砂、芯砂

Ⅰ 课题纲要

一、目的

使学生对型（芯）砂及浇注系统有一个初步认识。

二、要求

应知——砂的种类、砂的性能及浇注系统的作用。

应会——熟练掌握整体模造型的操作方法，学会使用造型工具和修型工具，

制出符合要求的型腔。

三、时间安排

1、介绍型（芯）砂的成分、配制、性能以及浇注系统的组成 30分钟

2、再次讲解整模造型的难点 30分钟

3、学生独立操作练习 90分钟

4、考核 60分钟

四、教学设备

整体模模样、修型工具、造型材料（砂）

Ⅱ教学进程

一、讲解及示范演示

1．原砂

2．砂的种类及应用

3．型砂的性能

4．芯砂的性能

5．粘结剂及附加物

6．砂的配比

7．浇注系统的作用及组成

二、示范演示

有型（芯）砂的整体模示范操作。

三、学生练习

要求反复操作，制出符合质量要求的型（芯）砂的整体模砂型。

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Ⅲ 讲稿

2.1 原砂

原砂是铸造产生中用来造型的主要材料，砂在铸造生产中占有重要的地位。

型砂的好坏，对于铸件的质量有很大的影响。因此，对砂要进行合理的选用。在

选砂过程中，首先要根据车间的规模、产品不同如：大件和小件、大批量和小批

量生产。铸钢、铸铁、铸铜、铸铝合金等由于金属的比重、收缩率、熔点不同，

因此选砂后还要进行配砂，混砂。

2.2 砂的种类及应用

砂的种类有：石英砂，石英——长石砂、粘土砂、镁砂、锆砂、金刚砂等。

铸钢件一般采用石英砂 SiO2 含量>90%，耐火度>1700℃，钢的熔点在 1450℃

-1500℃，浇注温度 1600℃-1620℃。

铸铁件一般采用石英——长石砂 SiO2 含量>85%，耐火度>1200℃，铸铁的

熔点在 1170℃，浇注温度在 1200℃-1250℃。

铸铜件、铸铝件一般采用粘土砂，SiO2>80%，铸铜的熔点 1140℃，铝的熔

点在 670℃。浇注温度在 700℃-730℃。

2.3 型砂的性能

型砂的质量直接影响铸件的质量，型砂质量差会使铸件产生气孔、砂眼、粘

砂、夹砂等缺陷。良好的型砂应具备下列性能：

1) 可塑性：可塑性是指型砂在外力作用下产生变形（造型），当外力消除以

后，仍能保持型腔原状的能力称为可塑性。型砂的可塑性良好，可以制成形状复

杂的型腔、型芯，从而保证铸件具有精确的尺寸和清晰的轮廓。

2) 强度：型砂和型芯在制造、搬运和浇注时能承受重力而具有不易被破坏

的性能称强度。型砂的强度不好，砂型容易产生掉砂、塌箱、冲砂、胀砂（变形）

等缺陷，严重的要导致铸件产生废品。型砂的粘土含量对强度也有很大的影响，

过多过少均会使强度降低，在舂砂时（造型操作）紧实度要均匀。

3) 透气性：型砂由于各砂粒间存在空隙，当金属液体浇入型腔时，具有能

使气体透过型腔空隙排出型外的能力称为透气性。型砂应具有较好的透气性，这

样有利于型砂中的水分蒸发，气体能很快很顺利地排到型腔的外面，这样对铸件

质量有利。如果型砂透气性不好，气体不能及时排出，铸件凝固后会形成气孔，

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砂粒的大小均匀度、粘土的含量、舂砂的轻重都会直接影响透气性。

4) 耐火性：型砂能够抵抗高温金属液的作用而不熔融不烧结的性能称为耐

火性。如果型砂的耐火性差，型砂表面接触高温金属液体时，砂子将被熔融而粘

在铸件表面，形成粘砂。铸件粘砂对清理铸件会带来困难，更主要的是使切削难

以进行，容易损坏刀具。再则粘砂严重时，也会使铸件报废。因此，型砂中含石

英（SiO2）量要高，粒度要粗，杂质要少，才能保证型砂的耐火性。

5) 退让性：当液体金属浇入型腔后，液体凝固冷却收缩过程中，型砂的体

积随之缩小的能力称为退让性。型砂的退让性不好，使铸件收缩时受到阻力，这

样容易使铸件造成变形和裂纹等缺陷。为此，型砂中常加入锯木屑来增加其退让

性。

6) 耐用性：也称复用性或回用性，它是指型砂在使用后能保持原来的性能。

型砂耐用性差，经过反复使用后，其中部分砂粒破碎，部分粘结剂失去作用，尘

土增加，致使强度、透气性、可塑性能下降。耐用性差的型砂、芯砂在工作中需

要经常补充较多的新的造型材料，来恢复其性能，这将会增加铸件的成本。

在单件小批生产的铸造车间里，常用手捏法来粗略判断型砂的某些性能，如

用手抓起一把型砂，紧捏时感到柔软容易变形；放开后砂团不松散、不粘手，并

且手印清晰；把它折断时，断面平整均匀并没有碎裂现象，同时感到具有一定强

度，型砂湿度适当时手放开后可看出折断时断面没有碎裂状。

2.4 芯砂的性能

芯砂除了要具备型砂所有的性能外，还要具备如下性能：

1) 吸湿性要小，型芯烘干后，如果吸入很多水汽而变潮，强度就会大大降低，

浇注时会产生大量的气体，导致铸件产生气孔影响铸件的质量。

2) 出砂性要好，型砂容易从铸件孔腔中清除干净的能力称为出砂性。为了清理

时方便地取出型芯，就要求型芯里的粘结剂经过高温作用后，能失去粘结能

力，以减少清理时的困难。

2.5 粘结剂及附加物

为提高粘结强度，可进行适当的配比加入一定数量的粘结剂及附加物。如陶

土、水玻璃，煤粉、木屑、水等。

2.6 砂的配比

型砂：新砂 5-10%，旧砂 90-95%，陶土 4-6%，煤粉 6-8%，水 5-7%

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芯砂：新砂 20-30%，旧砂 70-80%，陶土 0-4%，红砂 3-14%，木屑 0.5%，

水 7-10 %

2.7 浇注系统的作用及组成

浇注系统的作用：是为金属液体流入型腔而开设于铸型中的一系列通道，其

作用是：

1) 平稳、迅速地注入金属液体；

2) 阻止熔渣、砂粒等进入型腔；

3) 调节铸件各部分温度，补充金属液体在冷却和凝固时的体积收缩。

浇注系统的组成：典型的浇注系统通常由外浇口、直浇道、横浇道、内浇口

四个部分组成。浇注系统是引导金属液体进入铸型的通道，正确地设置浇注系统，

对保证铸件质量、降低金属的消耗量有重要的意义。若浇注系统不合理，铸件易

产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。

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铸造实训模块三：分模造型

I 课题纲要

一、目的

使学生了解模样制作工艺，掌握分模造型的基本知识及工艺特点。

二、要求

应知——模样制作的工艺。

应会——分模造型、型芯的基本操作技能。

三、时间安排

1、介绍模样制造工艺 30 分钟

2、分模造型示范讲解 30 分钟

3、学生独立操作练习 150 分钟

四、教学设备

分模造型模样、修型工具

II 教学进程

一、讲解及示范演示

1、模样制造工艺

2、分开模造型的介绍

3、型芯的作用要求及制作

4、造芯示范操作

二、示范演示

分模造型模示范操作。

三、学生练习

要求反复操作，制出符合质量要求的分模造型模。

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Ⅲ 讲稿

3.1 模样制造工艺

3.1.1 加工余量

因为在铸造生产过程中铸件或多或少地带有一些缺陷，如砂眼、粘砂等，并

且铸件尺寸精度及粗造度也不高，所以铸件要在机械加工中进行切削加工，以获

得一定的尺寸精度和表面粗造度，且能消除铸件表面缺陷，故在制造模样时需将

加工余量考虑进去，一般加工余量在 2~10mm 之间。

3.1.2 拔模斜度

为了保证模样能顺利取出，凡垂直于分型面的模样壁上均应做出斜度称为拔

模斜度，一般为 1º～3°。当在垂直于分型面的铸件不加工的表面上已设计有的斜

度称为结构斜度，则不需再考虑拔模斜度。

3.1.3 分型面

分型面是指上、下砂型的接合面，分型面的确定原则如下：

1) 分型面应选择在模样的最大水平截面处，以便于取模，挖砂造型时尤其

要注意。

2) 应尽量减少分型面数目，成批量生产时应避免采用三箱造型。

3) 应使铸件中重要的机加工面朝下或垂直于分型面，便于保证铸件的质量。

因为浇注时液体金属中的渣子、气泡总是浮在上表面，铸件的上表面缺

陷较多，铸件的下表面和侧面质量较好。

4) 应使铸件全部或大部分在同一砂型内，以减少错箱、飞边和毛刺，提高

铸件的精度。

3.1.4 铸造圆角

凡铸件上两壁相交处均应做出圆角称为铸造圆角，以增强该处砂型的强度，

并有利于防止铸件产生裂纹。

3.2 分开模造型的介绍

将模样沿外形的最大截面分成两半（不一定对称），并用销钉定位，这种模

样称为分模。分模的特点是模样分开的平面（即分模面），常常就是造型时的分

型面，同时铸型型腔必然分在上、下两个砂箱中，它的制作工艺和整模造型基本

相同。如图 1-9 所示为分型模型工艺。

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图 1-9 所示为分型模型工艺

3.3 型芯的作用要求及制作

型芯要求强度高，透气性要好，表面粗糙度要高，铸件内腔主要是靠在型腔

内放置型芯来完成的。型芯的功用主要是获得铸件的内腔形状型芯在型芯盒内制

造而成，造芯比造型要求更为严格，因为型芯在浇注时，除型芯头外，其余部分

被高温液体金属所包围，因此，它比型砂具有更高的耐火性，透气性以及退让性，

否则，易使铸件产生开裂等缺陷，从而产生废品。

3.4 造芯示范操作

制作型芯要做好准备工作，如准备好型芯骨、粘结剂、通气针等，型芯骨起

到增加型芯强度之用，它的种类有铁丝，元钉等，放置芯骨时，应考虑不同的型

芯采用类似形状的型芯骨。

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铸造实训模块四：金属材料

I 课题纲要

一、目的

使学生了解金属熔化设备及操作过程。

二、要求

应知——电熔炉的结构及熔化原理。

应会——铸件材料不同收缩率也不一样。

三、时间安排

1、介绍金属材料 30 分钟

2、分模造型示范讲解 30 分钟

3、学生独立操作练习 90 分钟

4、考核 60 分钟

四、教学设备

电熔炉一个、各种炉料

II 教学进程

一、讲解及示范演示

1、金属材料知识介绍。

2、铸造收缩率。

3、电熔炉的结构组成及操作简介。

4、造芯示范操作。

二、示范演示

金属熔化设备示范操作。

三、学生练习

电熔炉的操作（遵守规章制度，保障安全）

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Ⅲ 讲稿

4.1 金属材料知识介绍

铸造生产所使用的材料是黑色金属（钢、铁），也可以是有色金属（铜、铝

等）。

铸铁与铸钢都是铁碳合金，铸铁含碳量一般大于 2.11%。除铁和碳之外，铸

铁中常存在的元素还有硅、锰、磷、硫等，根据铸件需要还可以加入其它合金元

素如铜、铬等。

铸铁又包括很多牌号，如：灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、儒墨铸铁、冷

硬铸铁以及合金铸铁。

生产中常用的铸铁是灰口铸铁，牌号中：HT150，“HT”是指“灰铁”两汉

字汉语拼音的第一个字母，牌号中的数字是指该牌号铸铁的最低抗拉强度

（kg·f/mm²）。

4.2 铸造收缩率

铸件凝固后连续冷却到室温的过程中，会产生尺寸缩小，待冷至室温时，铸

件的尺寸将小于模样的尺寸。为了得到合格尺寸的铸件，在制造模样时，应使模

样尺寸大于铸件尺寸。这一放大值即为铸件的收缩量，一般用百分率表示，故称

为铸造收缩率。一般灰口铸铁的收缩率为 0.7%～1.0%，铸钢为 1.5%～2.0%，有

色合金为 1.0%～1.5%。收缩率一般标注在铸造工艺图的右上角。

4.3 电熔炉的结构组成及操作简介

电容炉是由炉壳（钢板制成）、隔热材料、耐火砖、电阻丝托板、电阻丝、

坩埚、配电柜组成。给电熔炉通电，把坩埚及金属块先预热，以去除其水分，逐

渐升温使坩埚内金属块熔化。以铝为例，铝的熔点是 670℃，浇注温度在 730℃

左右，所熔化的铝达到此温度即可浇注。

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铸造实训模块五： 挖砂造型

I 课题纲要

一、目的

使学生掌握挖砂造型的基本知识及工艺特点。

二、要求

应知——其它手工造型的方法及浇注过程注意事项。

应会——挖砂造型的基本操作技能。

三、时间安排

1、介绍其它手工造型方法 30 分钟

2、再次讲解分模造型注意事项 30 分钟

3、学生独立操作练习 150 分钟

四、教学设备

挖砂造型模样、修型工具

II 教学进程

一、讲解及示范演示

1、挖砂造型的介绍

2、了解其它手工造型方法

3、浇注技术及安全注意事项

二、示范演示

挖砂造型模示范操作。

三、学生练习

要求反复操作，制出符合质量要求的挖砂造型。

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Ⅲ 讲稿

5.1 挖砂造型的介绍

铸件最大截面不在端面上，又不便于分模，可采用整模挖砂造型。如图 1-10

所示为手轮铸件的挖砂造型过程。其分型面为一曲面，靠挖修而成。挖修分型面

时应注意一定要挖到模样的最大截面处，以便顺利起模又不损坏砂型。挖砂造型

操作复杂，生产效率低，因此，这种方法仅适用于单件小批量生产。

图 1-10 挖砂造型工艺

5.2 了解其它手工造型方法

活块造型，三箱造型，刮板造型，地坑造型，假箱造型等

5.3 浇注技术及安全注意事项

浇注时必须严格控制温度，浇注速度不能太快，以免导致铝水飞溅或冲塌砂

型和卷入气体，太慢时温度会降低，要连续的浇入，一直到出气口出现金属水为

止，铸件在完全凝固并经充分冷却后，即可从砂箱中取出。浇注工作是铸造生产

中一个具有高度组织性、纪律性的重要环节，如果操作不当，就会导致铸件产生

废品，甚至引起工伤事故。为了保护工作人员的安全，提高浇注质量和增加生产

效率，必须严格遵守安全技术，操作规程。

注意事项：

1) 工作区域或通道应打扫干净，不得放置其他不需要的东西，以免绊倒而发生

危险，且不能在地上积水或潮湿，否则遇到热的金属会引起飞溅。

2) 浇注人员必须戴好防护用品，浇注时应戴好防护眼镜以免强光或金属水飞溅

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刺目。

3) 浇包中的金属液不能盛的过满，以免溅出伤人，浇包的抬起或放下均应协调。

砂型过高时应放在地坑中进行浇注。

4) 浇注工具应经过预热干燥，以免接触金属液时造成飞溅伤人。

5) 倾倒剩余铁水要有一定地点，不得随地乱倒，以免妨碍工作或发生事故。

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铸造实训模块六：铸件缺陷分析

I 课题纲要

一、目的

使学生了解铸件产生的缺陷及产生缺陷的原因。

二、要求

应知——铸造产生缺陷的原因。

应会——能够分析自己铸件缺陷产生的原因。

三、时间安排

1、介绍铸件产生的原因和分析原因。 30分钟

2、学生独立操作练习。 60分钟

3、考核及浇注。 120 分钟

四、教学设备

铸件样品

相关挂图

II 教学进程

一、讲解及示范演示

1、铸件的清理设备及工艺介绍。

2、铸件的缺陷及原因分析。

二、示范演示

铸件清理示范操作。

三、学生练习

练习铸件的清理。

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Ⅲ 讲稿

6.1 铸件的清理设备及工艺介绍

设备：一般大批量生产的铸件都有一整套落砂清理设备，它们包括：落砂设

备（振动落砂机）、清理设备（抛丸清理设备、喷丸清理设备以及水力、水爆清

砂设备）。

工艺：铸件于浇注后，要进行清砂及去除浇冒口，以获得完整的铸件成品，

一般采用手工敲断浇注系统，然后将铸件放入清理滚筒中去除披缝、毛刺、粘砂

等缺陷，从而获得完整的铸件。

在我们的金工实习中由于不是大量生产，故只需要一台滚筒清理机就够了。

它的工作原理就是依靠一些小金属块不断撞击铸件表面，以撞击力来清理铸件的

表面披缝、毛刺、粘砂。

如敲断浇注系统时断面不很平整，则可用砂轮磨平。

6.2 铸件的缺陷及原因分析

铸造生产过程中，由于影响铸件质量的因素很多，所以生产的缺陷也是多种

多样的，我们在这只介绍最常见的几种。主要缺陷分为以下五大类：

1) 孔眼类：如气孔

气孔又叫气孔泡、气眼。它的特征是在铸件内部、表面或近于表面处，其特

点是内表面光滑，形状有圆的，长的及不规则的。

产生的原因：形成气孔的原因很多，型砂中水分过多，舂砂太紧、砂型未烘

干。起模时刷水过多等，都会在浇注时铸型的发气量增多，气体排出不畅而导致

气孔。

2) 裂纹：如热裂、冷裂。

铸件在较低的温度下产生裂纹，称为冷冽。冷冽呈连续直线状，断面未氧化

（粗糙）。

产生原因：主要是含磷量过高或砂型和型芯的退让性不好所致。

防止措施：控制铁水含磷量，改善铸件结构，使铸件均匀冷却和进行消除内

应力的退火热处理。

热裂是铸件在高温时形成的穿透或不穿透的裂纹，开裂处金属被氧化。

产生原因：主要是铁水中含硫量过高所致，或是砂型的退让性不好。型芯骨

21

过大从而阻碍铸件收缩也会形成裂纹。

防止措施：控制铁水含硫量，提高型砂退让性，控制型芯骨尺寸或在大的型

芯中加一定的使其退让性改善的疏松材料（草绳、焦炭等。）

3) 表面缺陷：主要表现为如冷隔、夹砂等

冷隔产生原因：浇注温度过低或浇注速度过慢所引起的。

防止措施：可采用提高浇注温度以及浇注速度的方法。

夹砂产生的原因：主要是内腔受热，表层铸型变形引起。

防止措施：防止夹砂可在型砂中加入一定量的木屑和煤粉等，在造型时舂砂

要均匀。在修型时不要过多地来回修磨型腔表面，大平面的铸件可插上钉子，缩

短浇注时间等，均可有利防止夹砂。

4) 铸件形状：如浇注不足，错箱等

产生原因：浇不足主要是浇注时金属液体不够和对铸件重量估计不足使铸件

尺寸不合格而成废品。错箱是合箱时定位不准，导致合偏而产生的。

5) 铸件成分：如化学成分，机械性能

产生原因：可能是元素烧损量估计的不准确而引起的。

防止措施：只要原材料成分准确无误，加上熔化时对烧损元素估计正确，浇

注温度达到要求，则铸件组织、机械性能和物理性能都能达到要求。

以上五种缺陷形成的原因是错综复杂的，防止的措施也是多种多样。这是因

为铸造工艺过程环节较多，牵涉面较广的缘故。因此，在分析具体缺陷时，要做

出周密的研究，作出正确的判断和采取有效的防止措施。

22

教案二 焊接实训

焊接实训模块一：手弧焊

I 课题纲要

一、目的

1、使学生能初步掌握手弧焊基本操作技能。

2、了解手弧焊安全操作技术。

二、要求

1、了解手工电弧焊设备，并能正确使用交流弧焊机。

2、通过试焊练习，能单独完成试板的焊接。

3、能初步掌握引弧，运条的方法及操作要领。

三、 时间安排：

1、示范讲解，操作演示。 40分钟

2、学生试焊（练习平焊）。 180分钟

3、学生焊接试板。 60分钟

四、教学设备

1、 手弧焊焊接过程等挂图。

2、 交直流焊机及所用工具。

3、螺钉、花键和各种焊接接头型式样品。

23

II 教学进程

一 、讲解：

1、 焊接概述

2、 手弧焊的实质

3、 手弧焊设备

4、 电焊条

5、 焊接工艺

6、 操作方法及要领

7、 安全技术

8、 钢板对接平焊步骤

9、常见焊接缺陷及产生原因

二、 学生操作：

1、 要求学生遵守操作安全规程

2、 熟练引弧的操作方法和掌握操作要领

3、重点辅导学生试焊，每个同学用二块试板，对接平焊连接起来。

三、 小结，评分：

1、 操作技能：所焊试板焊缝质量的高低，并指出存在问题。

2、从听讲 操作 劳动纪律等进行评分。

24

Ⅲ 讲稿

1.1 焊接概述及应用

什么是焊接？焊接是将二个分离的金属，在接头处局部加热或加压或者两者

兼用，并且用或不用填充材料，是焊接件达到原子结合的一种加工方法。

1.1.1 应用

焊接已经成为制造金属和生产零件的一种最基本的工艺方法，在各行各业中

应用十分广泛。如：交通工具方面有：自行车、船、轻轨等，建筑构架方面有桥

梁、钢筋、鸟巢等。家用电器方面有：电视机、手机等。因此在生产中焊接方法

很多。总的分为三大类：熔化焊、压力焊、钎焊，其中焊条电弧焊属于熔化焊，

也就是说通过对金属局部加热，十七融化，冷却后即连接成为整体的一种焊接方

法。

1.1.2 焊条电弧焊的特点

1) 设备简单，成本低

2) 操作灵活，方便适用性强

3) 焊接质量较好

4) 劳动强度大，生产效率低

1.2 焊条电弧焊的组成部分（介绍弧焊机、电焊条、电焊钳）

1.2.1 焊条电弧焊设备

焊条电弧焊的主要设备是弧焊机，是产生弧焊接电弧的电源常用的弧焊机有

交流弧焊机和直流弧焊机两类。其中交流弧焊机他具有结构简单、噪音小、成本

低等优点，但电弧稳定性较差，现在我们生产中用的材料都是普通结构钢，随意

应用最广。如图 2-1和图 2-2所示。

图 2-1 交流弧焊机 图 2-2 直流弧焊机

25

今天，我们实习用的设备是交流弧焊机，接下来主要介绍并怎么使用。

⑴ 交流弧焊机型号及含义一 BX1-330 为例

B X 1 3 3 0

额定电流为 330A

产品序列编号

下降外特性

焊接变压器

⑵ 电压及电流

该焊机其实是一台特殊的降压器。他可将 380V或 220V电源电压降至 60-90V

（空载电压），以满足引狐的需要，焊接时，随着焊接电流的增加，电压会自动

下降至电弧正常工作时所需的电压，一般是 20-40V，而短路时为 0V，这样可以

保护焊机不至于被烧毁。调节电流分粗调和细调，粗调有两档，一档为 50-160A，

另一档为 160-450A。细调靠摇动机壳外的手柄使中间的活动铁芯改变位置，经

电流调到所需的电流数值。

1.2.2 电焊条

⑴ 焊条组成及各部分作用

焊条由焊芯和药皮两部分组成。如图 2-3所示。

图 2-3 焊条

①焊芯是焊条中被药皮包覆的金属丝，它由具有低碳、低硅、低磷的金属丝

制成。焊条直径用焊芯的直径表示。常用的焊条直径为 2.0-6.0mm，长度为

300-600 mm。

焊芯的主要作用是

a.作为电极，传导电流产生电弧

b.熔化后作为填充金属使焊缝成型

② 药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层

药皮主要作用是

26

a.改善焊接工艺性（起到引狐和稳狐作用）

b.熔化后作为填充金属使焊缝成型

c.冶金处理作用

⑵ 焊条的型号及含义，以 E4303为例，如下所示。

E 43 0 3

表示药皮为钛钙型

表示全位焊接

表示最低抗拉强度 ≥420ＭPa

表示焊条材料

1.2.3 电焊钳主要作用是：夹持焊条，传导电流便于操作。如图 2-4所示。

图 2-4 电焊钳

1.3 操作方法及要领

焊条电弧焊，平焊基本操作为引弧、运条、收弧。

1.3.1 引弧

引弧的方法有两种:⑴摩擦法，⑵敲击法

引弧时要做到：

①短：距离要短，一般等于焊条直径，否则燃而熄灭。

②快：迅速提起，速度快，否则容易粘条（若发现粘条，可左右摇动，若摆

不脱可松开焊钳，待冷却后将焊条取下，重新引狐）

1.3.2 运条

1）掌握两个基本运动

① 向下送进

② 沿着焊接方向不断移动

2）注意三个“度”

① 电弧长度：焊条与工件保持约（1/2-1）焊条芯直径距离，（运条时应注

意焊条向熔池方向送给的速度应等于焊条熔化的速度。这样才能保证电弧长度不

27

变）弧长过长，燃烧不稳定，熔深减小，空气易侵入产生缺陷。

② 焊条角度：焊条应与焊缝两侧互成 90°而与焊接方向成 70°-80°，若

角度太小，则容易改变熔池形状，不仅影响焊缝表面成形，还会影响焊透率。如

图 2-5所示。

Ⅰ-向下送进 Ⅱ-沿焊接方向移动 Ⅲ-横向摆动

图 2-5 平焊的焊条角度

③ 焊接速度：焊接速度快、慢直接影响焊缝的宽窄高低。速度太快，熔合

不良。易断裂，太慢，焊件易焊穿，要求大家以正常的速度（焊缝宽度=2d）。均

匀地向焊接方向移动，以获得宽窄高低一致的焊缝。

1.3.3 收弧

当焊至末端时，要稍慢提起焊条，以使焊缝末端（火口）能填满可采用跳弧

法或反复熄弧法收尾。

最后归纳为四个子“短、稳、匀、满”。

1.4 安全注意事项

1.4.1 四防一保

四防：1）防触电 ；2）防弧光；3）防烫伤；4）防火。

一保：保护设备

重点及难点：1、焊条电弧焊平焊的操作要领（引狐不粘条，向下运条，保

持短弧焊接，横向移动速度，均匀稳定，焊道宽度一致，边口整齐）。

1.4.2 焊接操作时的稳定性。

28

焊接实训模块二：气焊 气割

I 课题纲要

一、目的

1、掌握气焊的三种火焰及它们的用途。

2、初步掌握气焊气割的操作技能。

3、了解气焊气割的安全规程。

二、要求

1、了解气割气焊使用的气体及调节操作方法。

2、了解割炬的构造和气割的操作要领。

3、了解气割的特点及气割的条件。

三、时间安排

1、示范讲解 操作演示。 40分钟

2、学生操作：气割 气焊钢板（重点监护 ） 90分钟

3、实习小结 20分钟

四、 教学设备

1、气焊设备及工具等挂图。

2、焊炬 割炬实习物及解剖模样。

29

II 教学进程

一 、讲解：

1、 气焊气体

2、 设备及工具

3、 气焊的三种火焰及应用

4、 气焊操作方法

5、 气焊工艺

6、 气割的原理及操作方法

7、 金属切割的操作方法

8、安全技术

二 、学生操作

1、 讲解并要求遵守安全操作规程，防止回火

2、 同学操作：调节气阀得到三种不同的火焰

3、气割钢板 重点监护，防止发生事故。通过实际操作，使同学初步掌握气

割的操作技能

三 、其他焊接方法介绍

1、 示范操作点焊，使同学初步了解压力焊概况

2、示范操作钎焊，重点讲解钎焊与溶化焊的根本区别于被焊金属熔化与不

溶化的问题。

30

Ⅲ 讲稿

2.1 气焊的基本概念

气焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧形成的火焰作为热源的焊接方法。最常

用的是氧一 焊。利用可燃气体乙炔（ ）和助燃气体氧气在焊炬中混合后，

在焊嘴口进行燃烧，它能产生 3150°的高温，可用于熔化焊件和焊丝进行焊接。

如图 2-6所示。

图 2-6气焊设备

2.2 设备及工具

2.2.1 氧气瓶

是一种无缝的高压容器贮气最大压力 150 外表漆成天蓝色并写上“氧

气”字样。图 2-7 所示。

（a）氧气瓶 （b）减压阀

图 2-7氧气瓶与减压器

2.2.2 氧气减压器

将氧气瓶中的高压气体降低到工作压力并保持工作时的压力与流量的稳定。

2.2.3 乙炔瓶

是贮存溶解乙炔的钢瓶，瓶内装有浸满丙酮的多孔填充物，丙酮对乙炔有良

好的溶解能力，可使乙炔稳定而安全地贮存在瓶中，限压为 1.52MPa，容积 40L，

表面涂成白色，并用红漆写上“乙炔”字样。如图 2-8所示。

31

2.2.4 回火防止器

是一种防止倒燃火进入乙炔发生器，而引起严重的爆炸事故的安全装置。

如图 2-9所示。

a）正常工作时 b）回火时

图 2-8乙炔瓶 图 2-9回火保险器工作示意图

2.2.5 爆炬

是氧气与乙炔均匀混合，控制气体流量及点燃产生火焰的工具。焊炬带有 5

个不同直径的喷嘴，以便粗调火焰大小，从而适应不同厚度的焊接。如图 2-10

所示。

图 2-10 射吸式焊炬

2.2.6 割炬

图 2-11 割炬

32

比焊炬多一根切割氧气管和一个切割氧阀门，割嘴通道有 2 个周围的一圈是

氧，乙炔混合气体，中间为切割的出口，二者互不相通，常用工具射吸式。如图

2-11所示。

2.3 气焊火焰及应用

气焊火焰因混合气体中氧气与乙炔的体积比例不同而分为三种

1）中性焰： =1-1.2（可达 3200℃）这时乙炔充分燃烧，燃烧同时

生成大量的二氧化碳，对金属有保护作用，应用最广。宜焊低碳结构钢，紫铜。

2）氧化焊： ≥1.2（高达 3300℃）对金属有强烈的氧化作用，燃

烧时有过剩氧，短而明亮，并有嘶嘶声，一般很少使用，只用于焊黄铜。

3）碳化焰： ≤1.1（2700℃-3000℃）火焰长而软，明显地分为三

部分，乙炔燃烧不完全时，有过剩的碳，对金属釉渗碳作用，常用于焊接高

碳钢，铸铁等。如图 2-12所示。

图 2-12气焊三种火焰

2.4 气焊操作方法

气焊操作可分为点火、调节火焰、施焊及熄灭火四个步骤。

1）点火：在点火时，先微开氧气阀，然后开乙炔阀门，即可打火枪点火，

若有放炮声或点燃后即熄灭，则应减少氧气或放掉一些不纯的乙炔再重新点燃。

2）调节火焰：在点燃后，因氧气量少而形成了碳化焰，通过逐渐开大氧气

阀门将碳化焰调成中性焰。

3）施焊：气焊操作一般习惯是右手握焊炬，左手拿焊丝，焊嘴与工件倾角

为 80°-85°，正常焊接后常保持在 40°-50°，焊炬和焊丝移动时，要有很好

的节奏配合，均匀滴入熔池，形成良好的焊缝。

4）熄灭：在焊到焊件端是，应先关乙炔阀门，然后再关氧气阀门，以减少

烟尘及发生回火。

33

2.5 气割的原理

气割是利用中性焰将金属加热到能够在氧气中燃烧的温度后（即燃点：碳钢

为 1100℃）然后打开切割阀门，将金属燃烧成熔渣，并从切口中吹掉，使金属

分离，同时金属在燃烧时放出大量的热，使未割开部分又预热到燃点，这种预热

-氧化-吹渣的过程就是气割的过程。

2.6 操作方法

先点火后即调整成中性焰，开始时光将割件边缘加热至燃烧温度，然后慢慢

打开切割氧气阀门，并平稳地向前移动，切割过程中保持割嘴与工件的角度和距

离，厚度大于 6mm，割嘴垂直工件，小于 6mm，则倾斜一定角度，割嘴与工件距

离以 3-5mm为宜，气割临近终点时，割嘴应沿切割方向略倾斜一些以利于工件下

一部提前割穿工件即被割穿形成割缝。气割结束时，先关闭切割氧阀门，再关闭

乙炔和预热阀门，切割速度适中，否则会产生未割穿，易产生回火，或割缝棱角

熔化。

2.7 切割条件

切割必须满足一下三个条件

1）金属材料的燃点＜熔点。

2）燃烧生成物的熔点＜金属本身的熔点（如铝）。

3）金属在纯氧中的燃烧反应是放热反应，并自身的导热性要低（如铜）。

2.8 气焊、气割主要安全事项

1) 点火时手放在火嘴侧面，严禁嘴尖对准人

2) 不许将正在燃烧的焊割炬随意放在工件或地面上。

3) 检查周围环境，要通风良好，清楚易燃易爆物。

4) 必须穿工作服，手套，护目镜。

2.9 难点及重点

1) 焊炬与焊丝移动时，要有良好的配合。

2) 操作时，手要保持平稳。

34

教案三 车工实训

车工实训模块一：车床及车外圆

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、了解车床工作原理、车削加工特点、应用范围及车削一般能达到的精度

和表面粗糙度值。

2、使学生初步掌握正确操作车床。

3、初步了解外圆加工的基本过程和操作方法。

二、要求

1、熟悉车床各手柄的作用及操作方法。

2、在遵守安全操作规则的情况下，能独立操纵车床。

3、初步了解切削用量的选择，能完成简单的外圆加工。

三、时间安排

1、示范讲解约 30分钟

2、学生熟悉车床及空机练习约 15分钟

3、完成实习件的加工 60分钟

四、教学设备

1、C6140车床一台。

2、车削加工挂图一组。

3、游标卡尺 0 ～150mm一把。

35

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、车床型号

2、车床的传动特点及加工范围

3、车床结构及各部分功用

4、工件装夹

5、车刀装夹

6、外圆加工

7、安全操作规程介绍

8、车床维护保养

二、学生空机练习

1、练习步骤：按先集中、后分开，先不开动车床、再开动车床的原则进行。

2、练习重点：主轴箱、进给箱的调整和溜板箱各手柄的操作。

三、实习件的加工。

1、在熟练掌握各手柄的情况下，粗加工实习件。

2、操作时注意以下安全规则：

①开车前检查各手柄是否到位。

②主轴变速必须停稳以后方可进行。

③大、中、小拖板要处于合适位置，以防超出极限位置发生事故。

3、正确使用游标卡尺。

36

Ⅲ 讲稿

1.1 车床概述

车削加工主要用于各种不同的回转体表面的加工，它是机械加工中应用最

为广泛的方法之一 。车削加工使用的机床叫车床。车床是金属切削机床中数量

最多的一种，大约占机床总数的一半以上。

车削加工是指在车床上，利用装夹在三爪卡盘上的工件的旋转和刀具的移

动，从工件表面切除多余材料，使其成为符合一定形状、尺寸和表面质量要求的

零件的一种切削加工方法，其中工件的旋转为主运动，刀具的移动为进给运动。

车削加工精度可达 IT11~IT6，表面粗糙度 Ra值可达 12.5~0.8μm。

车床的种类很多，主要有普通车床、六角车床、仪表车床、立式车床、多刀车床、

自动及半自动车床、数控车床等，其中大部分为卧式车床。

在车床上可完成的主要工作如下：车端面、车外圆、车外锥面、切槽、切断、

镗孔、切内槽、钻中心孔、钻孔、铰孔、锪锥孔、车外螺纹、车内螺纹、攻螺纹、

车成形面、滚花等。如图 3-1 所示。我们在实习中使用的车床为 CM6140A。

图 3-1车床上能完成的主要工作

37

1.2 普通卧式车床

1.2.1 机床型号的编制方法

• 车床型号是按 GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》的规定，由

汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。

• CM6140A 含义如下：

C——机床类别代号（车床类）

M——机床通用特性代号（精密机床）

6——机床组别代号（落地及卧式车床组）

1——机床型别代号（卧式车床型）

40——主参数代号（床身最大回转直径 400mm）

A ——重大技术改进序号（第一次改进）

1.2.2 普通车床的组成

主要由主轴箱、进给箱、溜板箱、光杠和丝杠、刀架、尾座、床身、电气箱、

床脚等部分组成 。如图 3-2所示。

图 3-2 C6140卧式车床外形图

1.2.3 普通车床的传动

C6140 型车床的传动如图 3-3所示，传动系统由主运动系统和进给运动系统

两部分组成。

38

图 3-3 C6140型车床传动系统

传动系统框图如图 3-4所示。

图 3-4 传动系统框图

1)主运动传动系统

在车床上主运动是指主轴带动工件所作的旋转运动。主运动传动系统是指从

39

电机到主轴之间的传动系统，主轴的转速用 n主来表示，单位为 r/min。

主运动的传动路线如下：主轴正转时，应得 2×3=6 种高转速和 2×3×2×

2=24种低转速。轴Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ之间的 4条传动路线的传动比为：

因为 i2 和 i3 基本相同，所以经低速传动路线，主轴实际上只得到 2×3×（2

×2-1）=18级转速。加上 6级高转速，主轴共可获得 2×3×[1+（2×2-1）]=24

级转速。

主轴反转时，同理，有 3×[1+（2×2-1）]=12级转速。

2） 进给运动传动系统

车床上的进给运动是指刀具相对于工件的移动。进给运动用进给量 f 来描

述，单位是 mm/r。进给运动传动系统是指从主轴到刀架之间的传动系统。如图 3

所示。

车削圆柱面和端面进给传动路线：

车削螺纹进给传动路线：

16

1

80

20

80

201 i

4

1

50

51

80

202 i

4

1

80

20

50

503 i 1

50

51

50

501 i

40

1.2.4 车刀的安装

• 安装车刀时必须注意以下几点(如图 3-5所示):

• 刀头前刀面朝上；保证刀头部分刃磨的几何角度安装时的正确（即工作角

度与标注角度一致）；刀尖必须装得与车床主轴中心等高；车刀伸出刀架

部分的长度一般应小于刀杆厚度的二倍；车刀底面的垫片要平整，且最好

少而厚。夹持车刀的紧固螺栓至少要拧紧两个 。车刀应正确地装夹在车

床刀架上，这样才能保证刀具具有的几何角度，从而提高车削加工的质量。

图 3-5 车刀的安装

1.2.5 车削步骤

图 3-6 车外圆试切步骤

41

1、选择合适的车刀并正确安装。

2、选择合适的工件装夹方法并正确装夹工件。

3、调整适当的主轴速度和进给量 。

4、试切法调整加工尺寸：根据工件的加工余量决定走刀的次数和每次走刀

的背吃刀量。然后进行试切加工，步骤如图 3-6所示。如此直至尺寸合格。

开车后立即对刀，使刀尖与工件的表面轻微接触，并当即记下横向进给刻度

盘数值。每格刻度为 0.05mm，根据背吃刀量就能计算出所需转过的格数。因车

床上加工的是回转体零件，所以，当刻度盘顺时针转一格，

5、刻度盘手柄的使用：要准确地获得所车削外圆的尺寸，必须正确控制车

削加工的背吃刀量。背吃刀量是通过调节中拖板横向进给丝杠获得的。

6、横向进刀手柄连着刻度盘每转一周，通过螺母与丝杠传动副就带动刀架

横向移动一个丝杠导程。因此，中拖板进刀手柄刻度盘每转一格，刀架沿横向移

动距离为：丝杠导程÷刻度盘总格数。

对于 CM6140A 来说，此值为 0.05mm/格。也就是说，当刻度盘顺时针转一格，

横向进刀 0.05mm，工件直径减小 0.1mm。这样就可以根据需要车削掉的尺寸决定

进刀格数。

如果进刀时超过了应有的刻度，或试切后发现尺寸太小而需将车刀退回时，

刻度盘不能直接退回到所要的刻度线，应反转半圈以上后，再回转到所需的位置。

因为螺母与丝杠之间有传动间隙，直接退回不能充分消除此间隙，给车削加工带

来误差。如图 3-7所示。

图 3-7 手柄摇过头后的纠正方法

42

车工实训模块二：车刀及车削三要素

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、掌握车刀的基本知识，了解车刀结构及其几何角度。

2、了解车刀的刃磨方法。

3、初步掌握车削三要素及其对工件加工质量的影响。

二、要求

1、了解车刀常用材料的基本性能。

2、能辨认车刀的几何角度，并领会其在切削中的作用。

3、通过改变切削用量，使学生了解其对零件表面质量的影响。

三、时间安排

1、示范讲解约 30分钟

2、完成实习件的加工 60分钟

四、教学设备

1、C6140车床一台。

2、车削加工挂图一组。

3、游标卡尺 0 ～150mm一把。

4、车刀若干把。

43

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、车刀的构造。

2、车刀的材料。

3、车刀的几何角度。

4、车刀刃磨。

5、车削用量的选择。

二、实习件的加工。

1、在理解切削三要素的情况下，粗、精加工实习件。

2、实习重点：

①车刀几何角度对金属加工的影响。

②切削用量对加工表面质量的影响。

44

Ⅲ 讲稿

2.1 车削刀具

在同一台车床、同样的转速和进给量，但用不同的车刀加工出来的零件质量

却差别很大，这说明车刀对车削加工的影响很大。下面我们简单了解一下车刀的

知识。

2.1.1 车刀的种类与用途

按用途不同可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔镗刀、圆头车刀、螺

纹车刀和成型车刀等。如图 3-8所示

图 3-8 车刀种类和用途

2.1.2 车刀的组成及几何角度

1）车刀的组成

车刀由刀头和刀杆组成，如图 3-9所示。刀头直接参加切削工作，又称切削

部分。刀杆是用来将车刀夹持在刀架上的，故又称为夹持部分。

45

车刀的切削部分一般由三

面、两刃和一尖组成，它们分别

是：

①前面：刀具上铁屑流过的

表面。

②主后面：刀具上同前面相交成

主切削刃的后面。该面与工

图 3-9 车刀的组成 件上的过渡表 面相对。

③副后面：刀具上同前面相交成副切削刃的后面。该面与工件上的已加工表

面相对。

④主切削刃：起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来

在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。它担负主要的切削工作。

⑤副切削刃：切削刃上除主切削刃以外的刃。它担负部分切削工作。

⑥刀尖：指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，通常是一

小段圆弧或一小段直线。

按照刀头和刀杆的连接形式可将车刀分为四种结构形式，如图 3-10所示。

图 3-10 车刀的结构

2）车刀的几何角度与切削性能的关系

车刀的几何角度主要有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角，见图 3-11

所示。

46

图 3-11 外圆车刀的切削角度

前角γ0 它是在正交平面中测量的，是前面和水平面(基面)之间的夹角。

它表示了前刀面倾斜程度。前角愈大，车刀就愈锋利，但太大了，车刀强度削弱，

容易崩刃。故一般为 5°～25°。一般情况下，工件材料的强度、硬度较高或为

脆性材料，刀具材料硬脆和粗加工时，γ0均取小值。反之γ0 可以取大值。

后角α0 它也是在正交平面中测量的，是主后面与切削平面之间的夹角，

它表示后刀面的倾斜程度，为减小刀具与工件间的摩擦，一般后角为 6°～12°。

粗加工时选较小值，精加工时选较大值。

主偏角 kr 是主切削刃在水平面（基面）内与进给运动方向间的夹角。主

偏角小时，工件径向力大，但刀尖强度增加，刀具寿命提高；主偏角太大，刀具

寿命显著下降，故一般在 30°～90°范围内选择。

副偏角 k′r 是副切削刃在

水平面（基面）内与进给运动反方

向间的夹角。它对加工面的粗糙度

有一定影响，一般为 5°～15°。

刃倾角λs 在主切削平面图中，主

切削刃与基面的夹角。刃倾角主要

影响切屑的流向和刀头的强度。如

图 3-12所示。

图 3-12 刃倾角对切屑的流向的影响

47

2.1.3 常用的车刀材料

车刀材料必须具有特殊的力学性能：

①具有高的硬度和良好的耐磨性，这是作为刀具材料的基本要求，车刀材料

的硬度必须在 60HRC 以上。硬度越高，耐磨性越好。

②具有高的热硬性，刀具材料在高温时要保持原有的强度、硬度的能力。

③要有足够的强韧性，保证刀具在一定的切削力或冲击载荷作用下不产生崩

刃等损坏。

另外车刀材料还要有较好的工艺性和经济性。

常用的车刀材料有：高速钢和硬质合金。

高速钢是合金元素很多的合金工具钢，硬度在 63HRC以上，耐热 600℃，常

用的牌号为 W18Cr4V。高速钢的强韧性好，刃口锋利，可制造各种形式的车刀，

尤其是螺纹精车刀、成形车刀等。高速钢车刀可以加工钢、铸铁、有色金属等材

料。高速钢车刀的切削速度不宜太高。

硬质合金是由 WC,TiC,Co等进行粉末冶金而成的。硬度很高，可达 89~94HRA，

耐热 800~1000℃。质脆，无塑性，成形性差，通常制成硬质合金刀片安装在 45

钢刀体上使用。由于其硬度高、耐磨性好、热硬性好，允许采用较大的切削用量。

实际生产中一般性车刀大多数采用硬质合金。

2.2 车刀的刃磨

2.2.1 刀具刃磨步骤

车刀无论是初次刃磨还是钝后重新磨利，一般步骤(图 3-13)与方法是：

(a)磨后刀面 (b)磨副后刀面 (c)磨前刀面 (d)磨刀尖圆弧

图 3-13 外圆车刀刃磨步骤

(1) 磨出车刀的主偏角 kr和后角α0——磨主后刀面而成。

方法：按主偏角 kr 大小将刀杆向左偏斜，再将刀头向上翘，使主后刀面自

48

下而上慢慢接触砂轮,如图 6-13(a)。

(2) 磨出车刀的副偏角 k′r和副后角α0′——磨副后刀面而成。

方法：按副偏角大小将刀杆向右偏斜，再将刀头向上翘，使副后刀面自下而

上慢慢接触砂轮，如图 6-13(b)。

（3）磨出车刀的前角γ0和刃倾角λs——磨前刀面而成。

方法：先将刀杆尾部下倾，然后按前角γ0大小倾斜前刀面，再按刃倾角λ

s使主切削刃与刀杆底面平行或倾斜一定角度，其后使前刀面自下而上慢慢接触

砂轮，如图 6-13(c)。

（4）磨刀尖圆弧(精车刀刀尖常为小段直线修光刃)。

方法：刀尖上翘，使修光刃有后角，为防止圆弧刃过大，须轻靠轻摆刃磨，

如图 6-13(d)。

（5）研磨主切削刀与修光刃。

方法：用油石加少量机油对各刀面进行研磨，以提高刀具寿命和降低被加工

表面粗糙度 Ra值。

2.2.2刃磨刀具的姿势与注意事项

(1) 磨刀时，操作者应站在砂轮侧面，双手要拿稳刀具，用力要均匀，倾斜

角度要合适，在砂轮圆周面中间部位左右移动磨削。

(2) 磨高速钢刀具，一般用白刚玉（氧化铝晶体）砂轮，刀头磨热时，应放

入水中冷却，避免刀具温升过高而软化。

(3) 磨硬质合金刀具，一般用绿色碳化硅砂轮，刀头发热后可将刀杆放入水

中冷却，以免硬质合金刀片遇水急冷而产生裂纹。

2.3 车削加工

2.3.1 粗车与精车

粗车的目的是为了尽快地从毛坯上切除大部分多余金属，使工件接近图纸要

求的形状和尺寸并给精车留有适当的加工余量，对其加工质量（尺寸精度，表面

粗糙度）要求不高，主要是为了提高生产率。精车的目的是为了保证工件的尺寸

精度和表面质量 。

2.3.2 车削三要素及其合理选用

车削三要素是指车削时的切削速度νc 、进给量 f和背吃刀量 ap。

49

⑴切削速度νc 指车削过程中切削刃选定点相对于工件主运动的旋转线

速度。单位：m/min。

⑵进给量 f 指车削过程中工件每旋转一圈，刀具在进给方向的相对移动

量。单位：mm/r。

⑶背吃刀量 ap 在车削加工中，指工件的已加工表面与待加工表面之间

的垂直距离。单位：mm。

车削三要素的合理选用：因为切削速度、进给量和背吃刀量对切削加工质量、

生产率、机床的动力消耗、刀具的磨损有着很大的影响，是很重要的切削参数，

故名三要素。粗加工时，为了提高生产率，在机床刚度允许的情况下选择较大的

背吃刀量和进给量，但考虑到刀具耐用度和机床功率的限制，切削速度不宜太高。

精加工时，为保证工件的加工质量，应选用较小的背吃刀量和进给量，而可选用

较高的切削速度。在实际生产中，根据被加工材料、切削加工条件、加工质量要

求，可由经验或参考《机械加工工艺人员手册》选择合理的切削用量三要素。

2.3.3 车外圆

用外圆车刀将工件车削成圆柱形表面的加工称为车外圆。这是车削加工最基

本，也是最常见的操作。外圆车刀如图 3-14 所示，常用的有尖头车刀、弯头车

刀和偏刀三种。

图 3-14 外圆车刀

尖头车刀主要用于粗车外圆和车没有台阶或台阶不大的外圆。

弯头车刀（45°弯头车刀）用于车外圆、端面、倒角和有 45°斜面的外圆。

偏刀（90°偏刀）的主偏角为 90°，车外圆时径向力很小，常用来车有垂

直台阶的外圆和车细长轴。

50

车工实训模块三：工件装夹及榔头柄的粗加工

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、掌握工件在车床上常见的几种装夹方法。

2、了解细长轴类零件的加工方法。

3、了解中心孔的加工。

4、了解四种车削圆锥面方法。

二、要求

1、了解细长轴类零件的装夹方法。

2、能理解榔头柄的车削工艺过程。

3、掌握偏转小拖板法车削圆锥面的要领。

三、时间安排

1、示范讲解 30分钟

2、完成实习件的加工 60分钟

四、教学设备

1、C6140车床一台

2、车削加工挂图一组

3、游标卡尺 0 ～150mm一把

4、中心钻若干

51

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、榔头柄在车床上的装夹。

2、引伸讲解其它几种装夹方法。

3、尾座的功能、使用及莫氏锥度的特点。

4、中心孔的加工。

5、用偏转小拖板法加工圆锥面。

二、实习件的加工。

1、在正确装夹榔头柄毛坯的情况下，粗加工实习件。

2、实习重点：

①细长轴类零件的加工工艺特点。

②圆锥面的加工方法。

52

Ⅲ 讲稿

3.1 工件的装夹

工件在车床上装夹的基本要求是定位准确，夹紧可靠。在车床上装夹工件的

方法很多，下面是几种常见的装夹方法。

3.1.1 三爪卡盘装夹工件

三爪卡盘是一种自定心卡盘，是车床上最常用的夹具。其构造如 3-15 图所

示。

图 3-15 三爪定心卡盘

三爪卡盘的工作原理：当转动小伞齿轮时，与之相啮合的大伞齿轮随之转动，

大伞齿轮背面的平面螺纹带动三个卡爪沿卡盘体的径向槽同时作向心或离心移

动，以夹紧或松开工件。由于三个卡爪是同时移动的，夹持圆形截面工件时可自

行对中，其对中的准确度约为 0.05~0.15mm。 三爪卡盘装夹工件一般不需找正，

方便迅速，但定心精度不高，且夹紧力较小。主要用来装夹截面为圆形、正六边

形的中小型轴类、盘套类工件。当工件直径较大时，可换上反爪进行装夹。

3.1.2 顶尖装夹工件

加工长度较长或工序较多的轴类零件时，为了保证每道工序内及各道工序间

的加工要求，通常采用工件两端的中心孔作为统一的定位基准，用两顶尖装夹工

件。由卡箍、拨盘带动旋转。如图 3-16 所示。

使用顶尖装夹工件时应注意以下事项：

① 前后两顶尖应对准，否则工件会车成锥体。校正时可调整尾座横向位置，

使两顶尖对准。

② 两顶尖与工件的配合松紧度必须适中。过松时，定位不准，易振动，或

53

工件飞出。太紧时，锥面间摩擦增加，严重时，甚至损坏工件或顶针。

③ 较重的轴类零件粗车、半精车时，可采用一夹一顶的方法装夹工件。这

种方法可承受较大的切削力，比较安全，因此应用广泛。

图 3-16 双顶尖装夹工件

用顶尖装夹轴类工件步骤如下：

(1) 在轴的两端打中心孔

中心孔是轴类工件在顶尖上安装的定位基准，其形状如图 3-17 所示。中心

孔有 A、B 两种类型。A 型由 60°锥孔和里端小圆柱孔形成。60°锥孔与顶尖的

60°锥面配合。里端的小孔用以保证锥孔与顶尖锥面配合贴切，并可贮存少量润

滑油。B型中心孔的外端比 A端多一个 120°的锥面，用以保证 60°锥孔的外缘

不被碰坏。另外也便于在顶尖上精车轴的端面。

A）A型中 b）B型中心孔

图 3-17中心钻与中心孔

(2) 顶尖的选用与装夹

常用的顶尖有死顶尖和活顶尖两种，如图 3-18。车床上的前顶尖装在主轴

锥孔内随主轴及工件一起旋转，与工件无相对运动，故采用死顶尖。为了防止高

速切削时后顶尖与工件中心孔摩擦发热过多而磨损或烧坏，后顶尖常采用活顶

54

尖。活顶尖能与工件一起旋转。

轴的精度要求比较高时，后顶尖也应该用死顶尖，但要合理选用切削速度。

死顶尖 活顶尖

图 3-18 顶尖

顶尖装牢后必须检查前后两个顶尖的轴线是否重合，如不重合，加工出的工

件会出现锥度，必须将尾座体作横向调节，使之符合要求，如图 3-19所示。

a）调整后双顶尖轴线重合 b）调整双顶尖轴线

图 3-19 校正顶尖

(3) 工件的装夹步骤

工件在装夹时先将靠近主轴箱的一端装上卡箍。如果尾座一端用死顶尖支

承，还须涂上黄油。装夹过程如图 3-20 所示 。

顶尖装夹工件时，与工件的配合松紧应当适度。过松会导致定心不准，甚至

工件飞出。太紧会增加与死后顶尖的摩擦，并可能将细长工件顶弯。当加工温度

升高时，应将后顶尖稍许松开一些。对于较重工件的粗车、半精车可采用一端卡

盘、一端顶尖的装夹方法。

图 3-20 顶尖间装夹工件

55

3.1.3 中心架和跟刀架安装工件

当加工长径比 L/D＞20的轴类工件时，为了防止车刀顶弯工件和避免振动，

需要使用中心架或跟刀架来保持工件的刚性，减少工件的变形。如图 3-21所示.

使用中心架或跟刀架一般都是以已加工表面作为支承面，所以，为防止磨损，

应加机油进行润滑。

图 3-21 中心架及其应用

如图 21 所示，中心架主要用以车削阶梯轴，细长轴的车端面、打中心孔及

加工内孔等。它由压板螺钉紧固在车床导轨上，调节三个支承与工件刚好接触。

在加工时，大大增加工件的刚性。

与中心架不同的跟刀架固定在大拖板上，与刀架一起移动。跟刀架有两爪、

三爪之分，其外形如图 3-22 所示。跟刀架一般在车削细长光轴或丝杠时起辅助

支承作用。

a）二爪跟刀架 b）三爪跟刀架 c）跟刀架的应用

图 3-22 跟刀架及其应用

使用中心架和跟刀架时，工件被其支承的部分应是加工过的外圆表面，并且

要加注机油进行润滑。工件转速不能太高，以防摩擦过热而烧坏工件表面及造成

支承爪的磨损。

56

3.1.4 心轴安装工件

盘、套类零件的外圆及端面对内孔常有同轴度及垂直度要求，若有关的表面

不能在三爪卡盘的一次装夹中与孔同时进行加工，则先将孔精加工（一般需达到

IT9~IT7），再以孔定位装到心轴上加工其他表面，以保证上述要求。

常用的心轴有圆柱心轴和圆锥心轴。芯轴种类很多，可根据工件的形状、尺

寸、精度要求以及加工数量的不同选择不同结构的芯轴。最常用的芯轴有圆柱芯

轴和锥度芯轴。

当工件的长度比孔径小时，常用圆柱芯轴进行装夹。

当工件的长度大于孔径时，常用锥度芯轴装夹，锥度芯轴的锥度为 1：1 000

至 1：5 000，因锥度很小，故又称之为微锥芯轴。锥度芯轴对中准确，拆卸方

便。主要用于盘、套类工件精车外圆和端面。

除上述两种芯轴外，生产中还使用可胀心轴、螺纹心轴等。见图 3-23。

图 3-23 芯轴安装工件

57

车工实训模块四：圆锥面加工及滚花

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、了解在车床上加工圆锥面四种常用方法。

2、掌握用偏转尾座法和宽刀法加工圆锥面的方法。

3、了解滚花原理及滚花刀的使用。

4、了解成形表面的加工方法。

二、要求

1、理解圆锥面的加工方法。

2、掌握偏转小拖板法车削圆锥面的要领。

3、能理滚花工艺原理。

三、时间安排

1、示范讲解约 30分钟

2、完成实习件的加工 60分钟

四、教学设备

1、C6140车床一台。

2、车削加工挂图一组。

3、游标卡尺 0 ～150mm一把。

4、滚花刀、成形刀各一把。

58

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、榔头柄上圆锥面的加工方法。

2、引伸讲解其它几种圆锥面的加工方法方法。

3、讲解滚花原理及其操作方法。

4、成形刀的使用。

二、实习件的加工

1、榔头柄的锥面加工、精加工及滚花等。

2、实习重点：

①偏转尾座法加工圆锥面。

②滚花刀的工作原理。

59

Ⅲ 讲稿

4.1 车圆锥面

车圆锥面的方法有好多种，常用的方法有宽刀法、偏转小拖板法、偏移尾座

法和靠模法等。

1) 宽刀法

宽刀法就是利用主切削刃横向直接车出圆锥面，如图 3-24。这种加工方法

方便、迅速，能加工任意角度的内外圆锥面。车床上倒角实际就是用宽刀法车圆

锥面。

图 3-24 宽刀法车锥面

2）偏转小拖板法

当车削不太长的圆锥面时，可采用偏转小拖板法，如图 3-*25 所示。此法可

先计算出锥角 2α，然后将小拖板旋转相应的α角度。小拖板只能手动进给，锥

面的粗糙度数值大。在单件、小批量生产中用得较多。

图 3-25 偏转小拖板法车锥面

3）偏移尾座法

如图 3-26 所示，将尾座带动顶尖横向偏移距离 S，使得安装在两顶尖间的

工件回转轴线与主轴轴线成半锥角α，这样车刀作纵向走刀车出回转体母线与回

60

转体中心线成α斜角，形成锥角为 2α的圆锥面。

尾座的偏移量 S = L sinα

当α很小时 S = L tgα = L（D—d）/2l

图 3-26 偏移尾座法车锥面

图 3-27 靠模法车锥面

4) 靠模法

在大批量生产中还经常用靠模法车削圆锥面，如图 3-27 所示。靠模装置的

61

底座固定在床身的后面，底座上装有锥度靠模板。松开紧固螺钉，靠模板以绕定

位销钉旋转，与工件的轴线成一定的斜角。靠模上的滑块可以沿靠模滑动，而滑

块通过连接板与拖板连接在一起。中拖板上的丝杠与螺母脱开，其手柄不再调节

刀架横向位置，而是将小拖板转过 90°，用小拖板上的丝杠调节刀具横向位置，

以调整所需的背吃刀量。靠模法加工进给平稳，工件的表面质量好，生产效率高，

可以加工α<12°的长圆锥。

4.2 车成形面

在回转体上有时会出现母线为曲线的回转表面，如手柄、手轮、圆球等。这

些表面称为成形面。成形面的车削方法有手动法、成形刀法、靠模法、数控法等。

1)手动法

如图 3-28 所示，操作者双手同时操纵中拖板和小拖板手柄移动刀架，使刀

尖运动的轨迹与要形成的回转体成形面的母线尽量相符合。车削过程中还经常用

成形样板检验，如图 3-29 所示。通过反复的加工、检验、修正，最后形成要加

工的成形表面。手动法加工简单方便，但对操作者技术要求高，而且生产效率低，

加工精度低，一般用于单件小批生产。

图 3-28 双手控制法车成形面 图 3-29 用成形样板度量

2）成形车刀法

切削刃形状与工件表面形状一致的车刀称为成形车刀(样板车)。用成形车刀

切削时，只要作横向进给就可以车出工件上的成形表面，如图 3-30 所示。工件

的形状精度取决于刀具的精度，加工效率高，但成形车刀制造成本高，且不容易

刃磨。因此，成形车刀法宜用于成批、大量生产。

3）靠模法车成形面

用靠模法车成形面与靠模法车圆锥面的原理是一样的。如图 31 所示。此法

62

优点是加工质量好，生产效率高，零件的互换性好，但靠模的制造成本高。靠模

法车成形面主要用于成批或大量生产。

4）数控法车成形面

将在数控车削实训中详细介绍。

图 3-30 成形车刀车成形面

图 3-31 靠模法车成形面

4.3 滚花

为了便于握持和增加美观，常常在许多

工具和机器零件表面滚压出各种不同的花

纹，这些花纹一般都是在车床上用滚花刀滚

压而成的，如图 3-32所示。

图 3-32 滚花

63

滚花的实质是用滚花刀在原本光滑的工件表面挤压，使其产生塑性变形而形

成凸凹不平但均匀一致的花纹。

滚花时工件所受的径向力大，工件装夹时应使滚花部分靠近卡盘。

滚花时工件的转速要低，并且要有充分的润滑，以减少塑性流动的金属对滚

花刀的摩擦和防止产生乱纹。

滚花的花纹有直纹和网纹两种，滚花刀也分如图 3-33（a)所示的直纹滚花

刀和如图 3-33（b)、（c)所示的网纹滚花刀。花纹亦有粗细之分，工件上花纹的

粗细取决于滚花刀上滚轮花纹的粗细。

a)单轮滚花刀 b)双轮滚花刀 c)三轮滚花刀

图 3-33 滚花刀

64

车工实训模块五：钻孔和镗孔

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、了解内回转体表面在车床上的加工工艺过程及特点。

2、了解钻孔特点及其操作方法。

3、了解镗孔特点及其操作方法。

二、要求

1、理解内、外回转体表面加工工艺方法的区别。

2、掌握镗孔的操作要领。

三、时间安排

1、示范讲解约 30分钟

2、完成实习件的加工 60分钟

四、教学设备

1、C6140车床一台。

2、车削加工挂图一组。

3、游标卡尺 0 ～150mm一把。

4、麻花钻、镗刀各一把。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、内孔的加工方法。

2、钻孔的操作方法。

3、镗孔的操作方法。

二、实习件的加工

1、钻孔、镗孔。

2、实习重点：

①钻削操作。

②镗孔操作。

65

Ⅲ 讲稿

5.1 钻孔

在车床上常用麻花钻来钻孔，如图 3-34 所示。在钻孔前工件端面应车平，

钻头安装于尾座锥孔套筒内，只要摇动尾座手柄，缓慢进给就可钻孔，但要注意

经常将钻头退出，以便排出切屑，在钻削钢料时，需加注切削液。最好在钻孔前

在端面上先打一个中心孔，以便固定钻头。

图 3-34 在车床上钻孔

5.1.1 钻孔操作步骤如下：

1）车端面 便于钻头定心，可防止孔钻偏。

2）钻中心孔 以便于麻花钻定心。

3） 装夹钻头 要擦净后再装入。

4） 调整尾架位置。

5）开车钻削为了防止钻头过热，钻削速度不宜过高，通常取 0.3~0.6m/s。

开钻时，进给要慢一些，然后正常进给。钻削过程中要经常退回钻头，以利于排

屑和冷却钻头。钻削结束，要先退出钻头后再停车。

5.1.2注意事项：

1）在车床上加工孔时，工件的外圆和端面尽可能在一次装夹中完成。

2）在车床上适合加工轴类、盘类中心位置的孔，以及小型零件上的偏心孔，

而不适合加工大型零件和箱体、支架类零件上的孔。

5.2 镗孔

钻出的孔或锻出和铸出的孔若需进一步加工时，可进行镗孔，如图 3-35所

66

示。镗孔比车削外圆困难，图中所示的镗刀的刀杆应尽量粗大些，以提高镗杆刚

度。在装刀时，刀杆伸出长度只要略大于孔的深度即可。在镗孔操作时，也应采

用试切法调整切深，切削用量要选取得小一些，注意手柄转动方向与车削外圆时

相反。

镗通孔 镗不通孔 镗槽

图 3-35 车床镗孔

镗孔操作步骤如下：

（1）开车前先使车刀在孔内手动试走一遍 。

（2）镗孔时，走刀量、切削深度要比车外圆时略小。

（3）镗孔的切深方向和退刀方向与车外圆正好相反 。

（4）由于刀杆刚性差 ，需适当降低切削用量重新镗孔 。

67

车工实训模块六：螺纹车削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、了解在车床上的车削螺纹的工艺过程及特点。

2、了解螺纹车刀的结构特点及其安装方法。

二、要求

1、理解普通螺纹的基本牙型结构。

2、掌握螺纹车削的操作要领。

三、时间安排

1、示范讲解约 30分钟

2、完成实习件的加工 30分钟

四、教学设备

1、C6140车床一台。

2、车削加工挂图一组。

3、游标卡尺 0 ～150mm一把。

4、螺纹车刀一把、对刀板一块。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、螺纹及牙型结构。

2、螺纹车刀的安装。

3、螺纹车削的操作方法。

二、实习件的加工。

1、车削 M16x35 螺纹。

2、实习重点：

①螺纹车刀的安装。

② 螺纹车削。

68

Ⅲ 讲稿

6.1 螺纹的基本要素

螺纹的应用相当广泛且种类较多，按用途可分为联接螺纹和传动螺纹；按

标准分为公制螺纹和英制螺纹；按牙型分有三角形螺纹、梯形螺纹、矩形（方牙

形）螺纹等，如图 3-36所示。其中三角螺纹应用最为广泛，称为普通螺纹。

三角螺纹 方牙形螺纹 梯形螺纹

图 3-36 螺纹的种类

普通螺纹的基本牙型如图 3-37所示。

D 一内螺纹大径(公称直径)； d一外螺纹大径(公称直径)；

D2一内螺纹中径； d2--外螺纹中径；

D1--内螺纹小径； d1-外螺纹小径； P一螺距； H一原始三角形高度

图 3-37 普通螺纹的基本牙型(GBl92—81)

决定螺纹的基本要素有三个：

(1)牙型角α 牙型角是在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹两侧面间的夹角。

普通螺纹公制α=60°；英制α=55°。

(2)螺距 P 相邻两牙在中径圆柱的母线上对应两点间的轴向距离。公制

螺纹的螺距以 mm 为单位；英制螺纹的螺距以每英寸牙数来表示。

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(3)螺纹中径 d2(D2) 一个假想圆柱的直径，在中径处螺纹牙厚与槽宽相

等。只有当内外螺纹的中径一致时，螺孔与螺柱两者才能很好配合。

车螺纹时，必须使以上三个要素都符合要求，螺纹才算是合格的。

6.2 车螺纹

车床上加工螺纹主要是用车刀车削各种螺纹。对于小直径螺纹也可以用板牙

或丝锥在车床上加工。这里只介绍普通螺纹的车削加工。

6.2.1 螺纹车刀

各种螺纹的牙型都是靠刀具车出的，所以螺纹车刀切削部分的形状必须与将

要车的螺纹的牙型相符。这就要求螺纹车刀的刀尖角εr (即两切削刃的夹角)

与螺纹的牙型角α相等(用对刀板检验)。车削普通螺纹的螺纹车刀几何角度如图

3-38所示，刀尖角εr=60°，其前角γ0=0°，以保证工件螺纹牙型角的正确，

否则将产生形状误差。粗加工螺纹或螺纹要求不高时，其前角γ0取 5°～20°。

图 3-38 螺纹车刀的角度 图 3-39 螺纹车刀的对刀方法

螺纹车刀装夹时，刀尖必须与工件中心等高，并用样板对刀，保证刀尖角的

角平分线与工件轴线垂直，以保证车出的螺纹牙形两边对称，如图 3-39所示。

6.1.2 车床调整

螺纹的直径可以通过调整横向进刀获得，螺距则需要由严格的纵向进给来保

证。所以，车螺纹时，工件每转一周，车刀必须准确而均匀地沿进给运动方向移

动一个螺距或导程(单头螺纹为螺距，多头螺纹为导程)。为了获得上述关系，车

螺纹时应使用丝杠传动。图 3-40 为车螺纹时进给传动示意图。加工前根据工件

的螺距，查机床上的标牌，再调整进给箱上手柄位置及配换挂轮的齿数。

70

图 3-40 车螺纹时车床进给传动示意图

6.1.3 车螺纹的方法与步骤

车螺纹的方法有两种：正反车法和抬闸法。

正反车法车螺纹的步骤如图 3-41所示。先要求车出螺纹的外径，并在螺纹

的起始端车出 45°或 30°倒角。通常在螺纹的末端车出退刀槽，退刀槽比螺纹

槽略深。闭合开合螺母，由丝杠传动，选取较低的主轴转速，以使切削顺利进行，

并有充分的时间退刀。在车削过程中工件对主轴如有微小松动，即会导致螺纹形

状或螺距的不正确，因此工件必须装夹牢固。

图 3-41 车螺纹的方法与步骤

抬闸法就是利用开合螺母的压下或抬起来车削螺纹。这种方法操作简单，但

容易出现乱扣(即前后两次走刀车出的螺旋槽轨迹不重合)，只适合于加工车床丝

杠螺距是工件螺距整数倍的螺纹。

71

与正、反车法的主要不同之处是车刀行至终点时，横向退刀后不开反车返回

起点，而是抬起开合螺母手柄使丝杠与螺母脱开，手动纵向退回，再进刀车削。

车螺纹的进刀方式主要有以下两种，如图 3-42所示：

①直进法 用中拖板垂直进刀，两个切削刃同时进行切削。此法适用于小螺

距或最后精车。

②左、右切削法 除用中拖板垂直进刀外，同时用小拖板使车刀左、右微量

进刀(借刀)只有一个刀刃切削，因此车削比较平稳。此法适用于塑性材料和大螺

距螺纹的粗车。

车削内螺纹时先车出螺纹内径，螺纹本

身切削的方法与车外螺纹基本相同，只

是横向进给手柄的进、退刀手柄转向不

同。车削左旋螺纹时，需要调整换向机

构，使主轴正转，丝杠反转，车刀从左

向右走刀切削。螺纹车削完成后，用细

锉刀锉去毛刺，停车，用螺母、螺纹环 直进法 左右进给法

规检验,或用三针测量螺纹中径。 图 3-42 车螺纹时的进刀方式

6.1.4 螺纹车削时的注意事项

①车螺纹时，每次走刀的背吃刀量要小，通常只有 0．1 mm 左右，并记住横

向进刀的刻度，作为下次进刀时的基数。特别要记住刻度手柄进、退刀的整数圈

数，以防多进一圈导致背吃刀量太大，刀具崩刃损坏工件。

②应该按照螺纹车削长度及时退刀。退刀过早，使得下次车至末端时背吃刀

量突然增大而损坏刀尖，或使螺纹的有效长度不够。退得过迟，会使车刀撞上工

件，造成车刀损坏，工件报废，甚至损坏设备。

③当工件螺纹的螺距不是丝杠螺距的整数倍时，螺纹车削完毕之前不得随意

松开开合螺母。加工中需要重新装刀时，必须将刀头与已有的螺纹槽仔细吻合，

以免产生乱扣。

④车削精度较高的螺纹时应适当加注切削液，减少刀具与工件的摩擦，降低

螺纹表面的粗糙度数值。

72

教案四 铣床实训

铣床实训模块一：铣削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

使学生对铣削加工基本知识有一个初步了解和感性认识。

使学生能初步使用和操作铣床。

二、要求

应知-了解铣床类型、装夹、铣削方法。

应会-能独立操作铣床，并按照图纸和技术要求加工零件。

三、时间安排

1、概述 40分钟

2、示范操作 20分钟

3、空车练习 30分钟

4、零件铣削 90分钟

四、教学设备

1、铣床一台

2、需铣削的零件若干

3、零件图、0-25mm外径千分尺

4、铣削挂图等

73

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、 铣削加工

2 、铣削运动及铣削用量

3 、铣床的种类

4、 铣床附件

5、 铣刀及其安装

6、 工件的装夹

7、 铣削加工的基本工序

二、示范操作

用铣床对平面、垂直面、铣台阶面、铣斜面和铣沟槽的加工演示。

三、独立操作

1、空车练习

学生先了解各手柄、电钮的用途进行空车练习操作，强调安全。

2、零件加工

学生看图纸、根据技术要求，用千分尺检查工件余量，然后开始加工，

独立完成铣削加工。

74

Ⅲ 讲稿

1.1 铣削加工

铣削是在铣床上利用铣刀进行切削加工的工艺过程。铣削的生产率较高，也

是最常用的切削加工方法之一。可用来加工平面、台阶、沟槽、成形表面、齿轮

以及切断等，如图 4-1所示。

图 4-1铣削加工范围

75

1.2 铣削运动及铣削用量

在铣削加工中，铣刀的旋转运动是主运动；工件作直线进给运动。如图 4-2

所示。铣削用量如下：

1）铣削速度 vc 铣刀最大直径处切削刃的线速度，可用下式计算：

vc=πDn/1000(m/min)

式中： D为铣刀外径 mm ；n为铣刀每分钟转速 r/min 。

2）进给量 f 铣削时，工件在进给方向上相对刀具的移动量称为进给量。

有三种表示方法。

（1）每齿进给量 f z 单位 mm/z 。

（2）每转进给量 f 单位 mm/r 。

（3）每分钟进给量 vf 单位 mm/min 。

3）背吃刀量 ap 沿铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，单位 mm 。

4）侧吃刀量 ae 沿垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，单位 mm 。

(a) 周铣 (b)面铣

图 4-2 铣削运动及铣削用量

铣刀是多齿刀具，铣削中每个刀齿间歇地进行切削，刀刃散热条件好，可采

用较高的切削速度；而且，铣削时常是多齿同时切削，故生产效率较高。但由于

铣削中各刀齿依次不断地切入和切出，每齿的铣削力是变化的，故铣削易产生振

动。铣削加工精度可达 IT9～IT8，表面粗糙度 Ra值为 6.3～1.6μm 。

1.3 铣床的种类

铣床种类很多，常用的有卧式万能升降台铣床、立式升降台铣床龙门铣床

和数控铣床等。

1.3.1 卧式万能升降台铣床

76

卧式万能升降台铣床简称万能铣床，见图 4-3所示。

图 4-3 X6132卧式万能升降台铣床

主轴是水平放置的空心轴，与工作台面平行。型号 X6132的含义如下：

X6132 主要组成部分的名称和作用如下：

1）床身 床身用来支承和固定铣床上所有的部件。内部装有主轴、主轴变

速箱、电器设备及润滑油泵等部件。顶面上有供横梁移动用的水平导轨。前壁有

燕尾形的垂直导轨，供升降台上、下移动。

2）横梁 横梁上装有支架，用以支持刀杆的外端，以减少刀杆的弯曲和颤

动。横梁伸出的长度可根据刀杆的长度调整。

3）主轴 主轴是用来安装刀杆并带动铣刀旋转的。主轴做成空心，前端有

锥孔以便安装刀杆锥柄。

4）升降台 它位于工作台、转台、横向溜板的下面，并带动它们沿床身垂

直导轨移动，以调整台面到铣刀间的距离。升降台内部装有进给运动的电动机及

77

传动系统。

5）横溜板 用以带动工作台沿升降台水平的导轨作横向运动，在对刀时调

整工件与铣刀间的横向位置。同时还允许工作台在水平面内转动±45°。

6）工作台 用来安装工件和夹具，台面上有三条 T形直槽，槽内放进螺栓

就可以紧固工件和夹具。工作台的下部有一根传动丝杠，通过它使工作台带动工

件作纵向进给运动。有些铣床的丝杠和螺母之间的间隙还可以调整，以减少工作

台在铣削时产生窜动。工作台前侧面还有一条 T形槽，可用来固定挡铁，以便实

现机床的半自动操作。

1.3.2 立式升降台铣床

立式升降台铣床简称立式铣床，见图 4-4。立式铣床与卧式铣床的主要区别

是主轴与工作台台面相垂直。有时根据加工需要，可将立铣头(包括主轴)左右扳

转一一定的角度，以便加工斜面等。由于操作时观察、检查和调整铣刀位置等都

比较方便，又便于装夹硬质合金

端铣刀进行高速铣削，立式铣床生产率较高，故应用很广。

图 4-4 X5032立式升降台铣床

78

1.3.3 龙门铣床

龙门铣床主要用来加工大型或较重的工件。它可以同时用几个铣头对工件的

几个表面进行加工，故生产效率高，适合成批大量生产。图 4-5 是龙门铣床外形

图。

图 4-5 龙门铣床

1.4 铣床附件

1.4.1 万能铣头

万能铣头装在卧式铣床上，不仅能完成各种立铣的工作，而且还可以根据铣

削的需要，将铣头主轴扳转成任意角度。其底座用四个螺栓固定在铣床垂直导轨

上，如图 4-6（a）。铣床主轴的运动可以通过铣头内的两对齿数相同的锥齿轮传

递到铣头主轴，因此铣头主轴的转速级数与铣床的转速级数相同。

铣头的壳体 1可绕铣床主轴轴线偏转任意角度，如图 4-6（b）。铣头主轴的

壳体 2还能在壳体 1上偏转任意角度，如图 4-6（c）。因此，铣头主轴就能在空

间偏转成所需要的任意角度，这样就可以扩大卧式铣床的加工范围。

图 4-6 万能铣头

79

1.4.2 回转工作台

回转工作台又称转盘或圆工作台。它分为手动和机动进给两种，主要功用是

大工件的分度及铣削带圆弧曲线的外表面和圆弧沟槽的工件。手动回转工作台如

图 4-7所示。它的内部有一套蜗杆、蜗轮，摇动手轮，通过蜗杆轴，就能直接带

动与转台相连接的蜗轮传动。转台周围有 0~~360°刻度，可用来观察和确定转

台位置。拧紧固定螺钉，转台就固定不动。转台中央有一基准孔，利用它可方便

地确定工件的回转中心。铣圆弧槽时，工件装夹在回转工作台上，铣刀旋转，用

手均匀缓慢地摇动回转工作台而在工件上铣出圆弧槽来，如图 4-8。

图 4-7回转工作台 图 4-8 在回转工作台上铣圆弧槽

1.4.3 万能分度头

万能分度头是铣床的重要附件之一，铣削各种齿轮、多边形、花键等都需要

用万能分度头分度。

1）分度头的结构

常用的万能分度头构造如图 4-9所示。在它的基座上装有回转体，万能分度

头的主轴可以随回转体在垂直平面内转动。主轴的前端常装有三爪卡盘或顶尖，

用以夹持工件。万能分度头侧面有分度盘，盘两面共有 11圈均匀分布的分度孔，

转动万能分度盘前面的手柄，通过内部传动，可带动主轴旋转进行分度。

图 4-9万能分度头的构造

80

2）分度方法

图 4-10为万能分度头传动示意图。主轴上固定有齿数为 40 的蜗轮，与其相

啮合的是单头蜗杆。当拔出定位销，转动分度手柄时，通过一对齿数相等的螺旋

齿轮传动，使蜗杆带动蜗轮及主轴转动。

(a) 传动示意图 (b) 分度盘

图 4-10万能分度头的传动示意图和分度盘

手柄每转一圈，主轴转 1/40 圈。如果工件需分成 z 等份，每一等份就要求

主轴转 1/z圈，故万能分度头手柄每次转数 n与工件的等份数 z之间有如下关系：

1∶40 = 1 / Z∶n 即 n = 40 / Z

例如： 铣六角螺钉头时，铣完一面后，分度手柄应转过的转数 n为：

n = 40 / Z = 40 / 6 = 20 / 3，

即铣完一面后，松开锁紧手柄，分度手柄应转过 6整圈后再转 2/3圈，锁紧

分度头，然后再铣第二面。

分度手柄的非整数转数是借助分度盘来控制的。国产分度头有两块分度盘，

每块的正面有六圈均匀分布的定位孔，反面有五圈。

第一块正面孔数分别是：24、25、28、30、34、37；反面是： 38、39、41、

42、43。第二块正面孔数分别是：46、47、49、51、53、54；反面是： 57、58、

59、62、66。

上例分度时，先将分度盘固定，再将分度手柄上的定位销调整到 3的倍数的

孔圈上，如选孔数为 30 的孔圈，将手柄转过 6 圈后再沿孔数为 30 的孔圈转过

20个孔距。为使手柄转过的孔间距可靠，可调整分度盘上的扇形定位夹的夹角，

正好为 20个孔距。

81

若分度手柄转过了头，则应多退回半圈，然后再转到正确的位置，以消除蜗

轮与蜗杆间的间隙影响。

1.5 铣刀及其安装

1.5.1 铣刀

铣刀的种类很多，常用铣刀的形状如图 4-11所示。

图 4-11 铣刀的种类

1.5.2 铣刀的装夹

1）圆柱铣刀、圆盘铣刀和角度铣刀的装夹

在卧式铣床上多使用刀杆安装刀具，如图 4-12 所示。刀杆的一端为锥体，

装入机床前端的锥孔中，并用拉杆螺丝穿过机床主轴将刀杆拉紧。主轴的动力通

过锥面和前端的键，带动刀杆旋转。铣刀装在刀杆上尽量靠近主轴的前端，以减

少刀杆的变形。

82

图 4-12 利用刀杆安装铣刀

2）立铣刀的装夹

对于直径为 3～20 mm 的直柄立铣刀，可使用弹簧夹头装夹，弹簧夹头可装

入机床的主轴孔中，如图 4-13（a）所示。对于直径为 10~50 mm 的锥柄铣刀，

可借助过渡套筒装入机床主轴孔中，如图 4-13（b）所示。

（a） （b） （a）刀轴 （b）端铣刀的安装

图 4-13立铣刀的安装 图 4-14端铣刀的安装

3）端铣刀的装夹

端铣刀一般中间带有圆孔，先将铣刀装在如图 4-14 所示的短刀轴上，再将

刀轴装入机床的主轴并用拉杆螺丝拉紧。

1.6 工件的装夹

1.6.1 用附件装夹

1）用平口钳装夹工件，如图 4-15（a）。

2）用压板螺栓装夹工件，如图 4-15（b）。

3）用分度头装夹工件，如图 4-15（c）、（d）。

83

（a） （b） （c） （d）

图 4-15 工件在铣床上常用装夹方法

分度头多用于装夹有分度要求的工件。它既可用分度头卡盘(或顶尖)与尾座

顶尖一起使用来装夹轴类零件，也可以用分度头卡盘直接装夹工件。

4）用回转工作台装夹

带有圆弧状的工件，可以在回转工作台上进行加工。

1.6.2 用专用夹具装夹

为了保证零件的加工质量，常用各种专用夹具装夹工件。专用夹具就是根据

工件的几何形状及加工方式特别设计的工艺装备。它不仅可以保证加工质量，提

高劳动生产率，减轻劳动强度，而且使许多通用机床可以加工形状复杂的工件。

1.6.3 用组合夹具装夹

组合夹具是由一套预先准备好的各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件所

组成。可以根据工件形状和工序要求，装配成各种夹具。当每个夹具用完以后，

便可拆开，并经清洗、油封后存放起来，需要时再重新组装成其他夹具。这种方

法给生产带来极大的方便。

1.7 铣削加工的基本工序

1.7.1 铣平面及垂直面

铣平面及垂直面时，工件可夹紧在平

口钳内，也可用压板直接压紧在工作台

上。安装方法与刨削时相同。各种平面的

铣削，可以采用圆柱铣、刀和端铣刀， (a)逆铣 (b)顺铣

图 4-16 铣削方式

84

通常用圆柱 铣刀铣削平面的方法称为周铣；用端铣刀铣削平面的方法称为

端铣。周铣时，又可分为顺铣和逆铣两种方法，如图 4-16所示。

1）逆铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相反的铣削方式称为逆铣，如图

1-16(a)所示。

由于逆铣时切削力与进给方向相反，这就使进给运动受到了额外的阻力，加

大了动力消耗，但这种铣削很平稳，所以被经常使用。

逆铣的切削特点是每齿切削厚度由零到大，开始切削时，刀刃先在工件表面

滑过一小段距离，并对工件表面进行挤压和摩擦，引起刀具的径向振动，使加工

表面产生波动，刀具的寿命缩短。

2）顺铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相同的铣削形式称为顺铣，如图

1-16(b)所示。

顺铣的特点是每齿切削厚度由最大到零，对表面没有硬皮的工件易于切入，

而且铣刀对工件的切削分力垂直向下，有利于工件的夹紧。实践证明，顺铣时铣

刀的使用寿命比逆铣时提高 2～3 倍，表面粗糙度值亦可减少。但由于其分力与

进给方向相同，切削时由于进给丝杆与螺母之间的间隙，使工作台产生窜动，这

样会因为切削厚度突然增大，而使铣刀刀齿折断或机床损坏。因此，铣床必须具

有丝杠和螺母的间隙调整机构时方可采用。

铣平面可在立铣或卧铣上进行，如图 4-17 所示：a)为镶齿端铣刀在立铣上

铣平面．b)为用圆柱铣刀在卧铣上

铣平面；c)为用端铣刀在卧铣上铣

垂直面。

零件上的内腔平面以及侧面，

通常是用立式铣刀加工，如图

4-18所示。

图 4-17 铣平面 图 4-18用立铣刀加工内腔平面

85

在卧式万能升降台铣床上用圆柱铣刀铣平面的步骤如图 4-19 所示。

图 4-19铣削平面的步骤

1.7.2 铣台阶面

台阶面可用三面刃盘铣刀在立式铣床上铣削，如图 4-20a），也可用大直径

的立铣刀在立式铣床上铣削，如图 4-20（b）。在成批生产中，则用组合铣刀在

卧铣上同时铣削几个台阶面，如图 4-20（c）。

(a)用三面刃盘铣刀 (b) 用立铣刀 (c)用组合铣刀

图 4-20 铣台阶面

1.7.3 铣斜面

铣斜面常用以下几种方法：

⑴将工件安装成所需角度进行铣削。如使用斜垫铁铣斜面，如图 4-21所示。

也可用万能分度头将工件倾斜一个角度，如图 4-22所示。

86

图 4-21工件斜压在工作台上铣斜面 图 4-22利用分度头加工斜面

⑵旋转立铣头铣削。如图 4-23所示。

⑶在卧式铣床上用角铣刀加工。如图 4-24所示。

图 4-23 旋转立铣头铣斜面 图 4-24 用角铣刀铣斜面

1.7.4 铣沟槽

铣床上可以加工直槽、角度槽、V形槽、T形槽、燕尾槽、键槽等。

⑴ 铣键槽

轴上开口键槽可在卧式铣床上用三面刃盘铣刀铣削，如图 4-25 所示；封闭

键槽可在立式铣床上用键槽铣刀铣削，如图 4-26所示。

图 4-25 铣敞开式键槽 图 4-26铣封闭式键槽

⑵ 铣 T形槽和燕尾槽

T 形槽铣削如图 4-27 所示。须先用立铣刀或三面刃盘铣刀铣出直角槽。然

后在立式铣床上用 T形铣刀铣出 T形槽，最后用角度铣刀铣出倒角。铣 T形槽时，

由于排屑困难，铣削用量应选得小一些，同时，应多加切削液。

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(a) 铣直角槽 (b) 铣 T形槽 (c) 倒角

图 4-27 铣 T形槽

燕尾槽铣削亦要先铣出直角槽，然后用燕尾槽铣刀铣出燕尾槽。

⑶ V形槽和圆弧槽的铣削

常采用成形 V形铣。如图 4-28所示。

(a) 铣 V形槽 (b) 铣凹圆弧面 (c) 铣凸圆弧面

图 4-28 V形槽与圆弧槽的铣削

⑷ 铣螺旋槽

大的麻花钻头、螺旋齿轮、蜗杆等工件上的螺旋槽，常在万能铣床上加工。

此时铣刀作旋转运动；工件一方面随工作台作直线运动，同时又被分度头带动作

旋转运动。运动的配合

必须满足下列要求，即工件转动一周，工作台纵向移动的距离等于工件螺旋

槽的一个导程 L。该运动的实现，是通过丝杠与分度头之间的交换齿轮 Z1、Z2、

Z3、Z4来完成的，如图 4-29、图 4-30所示。它们的运动平衡式为：

L / P × Z1 / Z2 × Z3 / Z4 ×1 / 1 × 1 / 1 ×1 / 40 = 1

化简后即得到铣螺旋槽时配齿齿轮传动比的计算公式：

i = Z1 / Z2 × Z3 / Z4 = 40P / L

式中：L为工件上螺旋槽的导程；P 为工作台纵向进给丝杠导程。

为了使所铣出螺旋槽的形状与所用铣刀的截面形状相同，必须使铣刀刀齿与

被加工螺旋槽方向一致，因此应将工作台旋转β角，如图 4-30。其关系式为：

tgβ=πd / P

88

式中：β为工件的螺旋角；d为工件的外径。

图 4-29铣螺旋槽时的传动 图 4-30铣右螺旋槽

89

教案五 刨床实训

刨床实训模块一：刨床的组成及操作

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、了解刨削加工范围及所用刀具。

2、了解刨床的组成和基本操作。

二、要求

1、掌握牛头刨床的调整和操作要领。

2、了解刨削时的主运动和进给运动及主要结构。

3、了解刨削平面的方法。

4、了解刨床所能达到的加工精度与表面粗糙度。

5、刨削加工的安全知识。

三、时间

1、示范讲解约 40 分钟。

2、学生熟悉车床及空机练习 15分钟。

3、完成实习件的加工 65分钟 。

四、教具

1、B6050B 结构图和传动图

2、B6050B 牛头刨床。

3、各种刨刀及卡尺。

4、钢坯料。

90

Ⅱ 教学进程

一、操作演示

讲解 B6050B 牛头刨床，已装好刨刀和工件。

指给学生看，哪是刀具、哪是工件。

演示开车刨平面。

刨平面时刨刀和工件需要几个运动？让学生边观察边回答，然后归纳哪个是

主运动，哪个是进给运动，并简述完成刨削三要素的定义。

二、讲解

1、刨床的概况及加工范围

2、刨床的型号及每个字母及数字所表示的意义

3、刨床的种类，组成部分及其作用

4、各手柄的操作和调整，边讲操作示范

5、曲柄摇杆机构

6、刨削平面的要点及注意事项

7、刨工安全技术规则

三、学生上机练习

熟悉各手柄操作及调整，学生边操作，老师一边加强辅导

四、发图纸和坯料，在老师指导下，学生练习加工。

1、在熟练掌握各手柄的情况下，粗加工实习件。

2、操作时注意以下安全规则：

①开车前检查各手柄是否到位。

②各手柄的操作和调整必须停稳以后方可进行。

③大、中、小拖板要处于合适位置，以防超出极限位置发生事故。

3、正确使用游标卡尺。

91

Ⅲ 讲稿

1.1 刨床的概况及加工范围

牛头刨床主要是利用刨刀对工件进行刨削加工。刨床的加工范围：平面、斜

面、成形面、沟槽（T 型槽、V 型槽，燕尾槽）等。通过刨削加工的精度一般可

达 IT10―IT8级，表面粗糙度可达 Ra6.3―1.6μm。

一般来讲刨削加工的效率较低，为什么呢？有以下几点：

1) 刨削加工时冲击振动较大，这样就限制了刨削速度的提高，所以刨削速

度较慢。

2) 在刨削加工时刨刀在滑枕作用下作直线往复运动，回程时不切削工件。

3) 工件间歇进给运动。

由于以上三点致使刨削效率较低，所以一般现在刨削加工可用其它机床替

代。有人认为既然刨削效率低，又有其它机床可替代是否可以淘汰刨床了呢？但

是刨床操作简单易掌握，尤其在加工大的平面及狭长形表面生产效率较高，所以

刨削加工在小批量或单件生产中得到广泛的应用。

1.2 刨床的型号

刨床的型号为 B6050B型。如图 5-1所示。

图 5-1 B6050B 型牛头刨床

92

1.3 刨床的组成及其作用

1) 床身：连接和支撑刨床各个部件。

2) 工作台：用来支撑和装夹工件并作水平横向运动。

3) 横梁：带动工作台在床身作垂直升降运动。

4) 滑枕：带动刨刀作直线往复运动，完成刨削。

5) 刀架：有三个作用：

①刨刀装夹在刀架上，

②可调节背吃刀量（刨削深度），

③根据刻度转垂直可左右旋转 60°用来加工一些特种形状的工件。

6) 变速机构：根据刨削工件需要控制滑枕来回的速度。

7) 进给机构：根据刨削工件需要控制工件的进给量。

8) 底座：起安装及支撑作用

1.4 各手柄的操作调整和旋转

在刨削加工前首先对刨床进行三个调整。

1) 滑枕行程长短的调整— 根据加工工件长度来确定，一般滑枕行程要比工

件长 30mm.

2) 滑枕起始位置的调整— 根据加工工件前后位置来确定，当刀具退离工件

后 20mm，当刀具前往超过工件 10mm.

3) 工作台运动方向的调整— 根据加工工件要求改变棘轮爪的方向，来改变

工作台运动方向。刨床三个调整后，选择刨削速度及进给量，刨削速度是根据加

工工件材料的硬、软、长、短选择，一般加工工件材料较硬，工件较长选择刨削

速度慢些（42 次/分），加工工件材料较软，长度较短选择刨削速度可快些（82

次/分），转换变速手柄，改变两组滑动齿轮的啮合关系，以改变轴的转速，使滑

枕行程速度相关变换。进给量选择同样也是根据加工工件材料的硬软，长度选择，

加工工件材料较硬，工件较长，可选择进给量小一些（0.15mm/次），加工工件材

料较软，工件较短选择进给量大一些（0.24 mm/次）。

93

1.5 刨刀

在刨削加工中，刨刀的好坏直接影响加工工件的精度，表面粗糙度和生产效

率，由于刨削加工形式不同和内容不同，采用刨刀的类型，也就不同。

首先从刨刀的材料看，刨刀的材料一般都是采用高速工具钢，白色的称谓白

钢刀，黑色的称为锋刚刀，合金钢刨刀适合刨削铸件，及表面较硬的工件，从刨

刀的形状看不同形状的刨刀适合刨削不同形状的工件。

1) 尖头刀— 适合刨削平面，成形面，优点在刨削平面时能走双向进给。缺

点不耐用，刀尖易断裂，而且刀具的角度要磨相等。

2) 偏刀— 适合刨削斜面、垂直面、台阶面，偏刀分为左偏刀、右偏刀。左

偏刀适合刨削工件左边，右偏刀适合刨削工件右边，优点经久耐用，缺点在刨削

工件时只能走单项进给。

3) 割刀— 适合刨削工件直槽及割断工件。

刨刀的几何形状与车刀相似，刨刀由于要承受较大冲击力，所以一般刀杆的

截面积要比车刀大，以防刨削工件时折断。刨削较硬的工件时，刨刀最好要把它

做成弓形，俗称弯头刀。由于要承受较大冲击力，弯头刀在刨削工件时能起到缓

冲作用，弯头刀回程时会沿着刀尖的弧形轨迹略会抬起一些，避免对工件表面擦

伤。在安装刨刀时，不要伸出太长，以免产生振动或折断一般刨刀伸出长度为刀

杆截面积的 1.5倍。

1.6 曲柄摇杆机构

在刨削工件时，同学们看到了刨刀随着滑枕作直线往复运动，当滑枕在往前

刨削工件时速度较慢，而滑枕回程时速度较慢，为什么呢？有的同学认为滑枕往

前刨削工件时有阻力，所以滑枕速度较慢，错！这主要是刨床上的曲柄摇杆机构

的作用，什么叫曲柄摇杆机构，就是把圆周运动转变成直线运动，它的特性为急

回性，当滑枕在工作行程时，滑块所走的弧长比滑枕回程时走的弧长长，所以滑

枕工作时速度较快，回程时滑块走的弧长较短，所以滑枕回程速度较快。

1.7 操作刨削平面

现在已对刨削加工有了初步的了解，下面我们就要根据图纸进行操作加工平

面。

1) 首先看清图纸：要看清工艺图纸各部尺寸和粗糙度的要求，毛坯拿到手

后，并检查毛坯余量。

94

2) 安装工件：用工作台上的平口钳装夹工件，在装夹工件前，找一块垫铁

要求垫铁两面平行，垫在平口钳中，垫铁最高面与平口钳的距离大于加工工件半

径，垫铁宽度小于加工工件的直径。然后把工件放在垫铁上夹紧。工件夹紧后用

于挪动以下垫铁，看是否有松动，如有松动，用榔头在工件上敲紧，敲时力量适

中，太轻敲不下去，太重工件会反弹上来，敲时榔头在工件上要前后中的敲，其

目的一是保证工件装夹水平，二是保证工件加工前后尺寸一致。

3) 选用刨刀：刨平面一般用高速工具钢，刨刀的形状采用尖头刀。

4) 对机床进行调整，选择刨削速度和进给量：

⑴ 滑枕行程长短时的调整，行程大于工件 30mm。

⑵ 滑枕起始位置的调整，刀具退离工件 20mm，超过工件 10mm。

⑶ 工作台运动方向的调整

刨削速度选择：工件材料硬、长，选择刨削速度慢，反之，快些。

进给量选择：工件材料硬、长，选择进给量小些，反之大些。

5) 对刀：把工件的最高点移至刀尖下，然后把刀尖靠近工件最高点。

6) 开车、对刀、试切

开动机床，转动进给量的手柄，使刀具慢慢接触工件最高点，使刀尖在工件

最高点轻轻划一条线，移出工件，确定刨削深度的尺寸，并通过刻度盘控制背吃

刀量，一次进刀量不超过 2mm，完成第一面刨削加工。刨削第二面，取下零件转

90°把刨过的第一面贴紧固定钳口再夹紧。刨完后取下并检查垂直度，刨第三面，

刨过的第一面贴紧，固定钳口，另一面贴紧垫铁平面，并用榔头向下敲紧，用深

度尺量并计算出加工余量，分几次加工至图纸要求的尺寸，用通用的方法刨第四

面，保证尺寸。

1.7 刨工安全技术规则

1) 刨削工件时，刨床前面不要站立学生，以防工件，铁屑飞出伤人。

2) 刨削工件时，手不要去碰滑枕，更不能把手放在油缸上，避免把手折断。

3) 刨削工件时，不可变速调节，如要调节必须停车后进行以防齿轮打坏，

也不可以开车时调整滑枕的行程。

4) 刨削工件时，铁屑掉地上，不要用手去捡，因为铁屑较烫，踩在鞋底上

的铁屑不能用手拉，因铁屑较锋利以防拉破手。

95

教案六 磨床实训

磨床实训模块一：平面磨削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

使学生对磨削加工基本知识有一个初步了解和感性认识，并能初步使用和操

作平面磨床。

二、要求

应知-了解磨床类型、运动、磨削方法。

应会-能独立操作平面磨床，并按照图纸和技术要求加工零件。

四、时间安排

1、概述 40分钟

2、示范操作 20分钟

3、空车练习 30分钟

4、零件磨削 60分钟

5、实习报告 30分钟

四、教学设备

1、平面磨床一台

2、待磨削的零件若干

3、小黑板、零件图、0-25mm外径千分尺

4、8″活络扳手一把、油石或锉刀

5、磨削挂图等

96

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、磨削的概况

2、常见磨床的种类及磨削加工范围

3、平面磨床的组成及型号表示

4、磨削加工的特点

5、平面磨床各部件及电钮的用途

6、磨削平面方法及步骤（重点及难点）

7、遵守磨床安全操作规程

二、示范操作

开动平面磨床进行磨削演示

三、独立操作

1、空车练习

学生先了解各手柄、电钮的用途进行空车练习操作，强调安全。

2、零件加工

学生看图纸、根据技术要求，用千分尺检查工件余量，然后开始加工，

独立完成平面磨削加工。

97

Ⅲ 讲稿

1.1 磨床概述

磨床有两个特点：首先它是精加工机床，一般加工精度可以达到 IT6-IT5

级，表面粗糙度可达 Ra0.8-0.1um。其次它能加工一般刀具难以加工的高硬材料，

如淬火钢和硬质合金钢等。

磨削，也就是利用高速旋转的砂轮，磨去工件表面多余的金属层，使之符合

图纸上尺寸和技术要求的方法。

磨削加工的方法很多，它可以利用不同类型的磨床来磨削不同表面形状的工

件，比如要磨削平面、斜面和台阶面就可以在平面磨床上进行，磨削外圆柱面就

要选择外圆磨床。另外，磨削还可以加工齿轮、螺纹、花键以及刃磨各种工具等。

常见的磨削加工方法，如图 6-1 所示。

图 6-1 磨削加工方法

实习的这台磨床叫普通卧轴矩台平面磨床，型号为 M7130H，它的字母和数

字的含义如下：

M： 磨床类

7： 平面磨床

1： 卧轴矩台，卧轴也就是砂轮高速旋转的主轴方向与工作台平行，矩台就

是矩形的工作台

98

30：特定参数，它的 10倍是工作台的工作面宽度 300mm

H： 机床结构改进序号。

1.2 介绍机床的结构组成

1.2.1．床身

床身是机床的主要部分，用来安装机器的各个部件，比如工作台、砂轮、砂

轮架、立柱、液压系统、冷却系统、电器箱以及各种控制开关。

1.2.2．工作台

工作台主要用于安装工件，同时带动工件作纵向往复运动。工作台上安装了

磨床的夹具-电磁吸盘，它不同于车床、铣床上的三爪卡盘，而利用的是电磁原

理（示范）。磨削时，钢件和铸铁件可直接用电磁吸盘来安装，也就是说只对有

磁性的材料起作用，而磨削铜、铝等非磁性材料时，需要根据零件形状现在其他

工装夹具如平口钳或者三爪卡盘来辅助装夹。。

工作台的侧面还有两块挡块，它们的作用就是撞击换向阀时作纵向往复运动

的工作台及时换向，所以调整两挡块的距离就是调整工作台纵向往复的行程。它

的宽度要比工件略长，如果距离过短，工件的两头就磨削不到，反之过长，就是

浪费时间，不利于提高生产效率。

1.2.3．立柱

矗立的最高部分叫立柱，其侧面有垂直于工作台的导轨，以供砂轮架垂直上

下移动，在导轨上安装着砂轮架。

1.2.4．砂轮架

砂轮架安装在立柱的导轨上，砂轮架上安装着磨削时的刀具—砂轮，砂轮架

可以沿着立柱导轨垂直上下移动，同时也可以沿着本身的燕尾导轨水平横向移

动。

1.2.5．液压传动系统

在车床、铣床上使用的是齿轮传动，而磨床上使用的是液压传动。液压传动

就是靠密封容器内的液体压力能来进行能量转换、传递和控制的一种传动方式。

液压传动有齿轮传动所没有的优点，如：1）比较平稳；2）冲击振动小；3)在一

定范围内可以无级变速；4)操作灵活，能频繁换向。但是它也有缺点：1）易漏

油；2）没有固定的传动比；3）检修复杂；

液压操纵箱，里面有油泵、油管和压力表，磨床的工作压力一般在 11公斤

99

左右。

1.2.6．冷却系统

冷却系统由冷却液储层箱、水泵、阀门和管道组成的一个循环系统。 (为什

么要使用冷却系统呢？)因为磨削过程中高速旋转的砂轮接触工件表面的瞬间会

产生大量的磨削热，一般可高达 1000˚C，容易使工件表面产生烧伤现象。因此，

为了散热和减少摩擦，降低磨削温度，及时冲走磨屑，保证工件的表面质量，在

磨削时一定要打开冷却液阀门，让冷却液直接冲向工件，同时也要回收，提高冷

却液的利用率。冷却液是由清水加 4%左右的乳化油配比而成的，呈乳白色，工

厂里常叫肥皂水。

1.2.7．电器箱

电器箱主要有控制磨床电源的总开关、变压器、整流器、机电器、保险和各

种导线。

1.3 磨床的四个运动

磨削需要 4个运动来实现。

1）主运动：

砂轮的高速旋转运动（示范前强调安全问题，机床两侧不能站人，然后开砂

轮），砂轮的转速为每分钟 1440转，每秒线速度可达 35米左右。但随着直径的

减小线速度也会相应的降低。

2）进给运动：

工作台的纵向进给运动，也就是工作台带动工件作纵向往复运动。工作台的

速度可以达到每分钟 3-27米，是无级变速。

砂轮的横向进给运动，也就是砂轮架沿着本身的燕尾导轨作水平方向的前后

移动。这一进给运动又分为自动和手动。

手动一般用在加工比砂轮宽的沟槽和台阶面。

自动又分为连续移动和间隙移动。连续移动时砂轮在燕尾导轨中作水平横向

移动。一般用在快速对刀和退刀时使用连续移动。这也是无级变速，速度为每分

钟 0.4米-4米，

3）间隙移动是在正常磨削工件时才使用，它是工作台每换向一次，砂轮横向进

给一次，也是一个无级变速，为每次 3mm-30mm。

4）砂轮的垂直进给运动，也就是砂轮架沿着立柱导轨上下垂直移动。

100

顺时针摇砂轮下移，称之为进刀，逆时针摇砂轮上移，称之为退刀。如果要

把所需加工的工件磨削成样品的表面加工质量，磨削用量即背吃刀量要根据零件

技术要求来选择，在 M7130H 机床上，粗磨： 0.03mm-0.06mm，精磨：

0.005mm-0.015mm。通过手轮的进给来实现。手轮上的刻度每一小格表示 0.01mm。

1.4 磨削四个运动示范操作

1) 工艺讲解

零件去毛刺后根据图纸的技术要求，使用外径千分尺测量出工件的最高点，

便于对刀和确定磨削余量；

2 工件装夹

夹前清理工件定位面及工作台面，根据零件实际情况选择合适的挡块，并确

认装夹牢靠。

3）启动机床进行磨削演示。

1.5 安全操作

1) 电磁吸盘上磁后一定要用手推一下确定是否吸牢。

2) 工作台及砂轮工作时磨床两端不要站人。

3) 磨削工件时垂直进给量不能大于 1丝，也就是 1小格。

1.6 学生空车练习及实际操作

学生了解各手柄、电钮的用途进行空车练习操作，强调安全，空车练习三个

进给运动：

1）工作台纵向进给运动

先示范，要求每次停车工件要停在砂轮右边，便于操作，同时可以调整工作

台行程。

2）砂轮横向进给运动

先示范快速对刀、退刀，要求砂轮要对在工件三分之一处关，手动换向，退

刀，砂轮完全退离工作台后关。

3）砂轮架的上下垂直进给运动

示范顺时针进刀 4-5格，一格一格的进。

4）学生实际操作

首先看清图纸、主要尺寸、粗糙度等技术要求，用千分尺检查工件余量，然

后开始加工，独立完成平面磨削加工。

101

1.7 工件烧伤现象的原因及避免方法。

1) 工作台纵向往复移动速度过慢。

2) 砂轮横向进给速度过快。

3) 砂轮上下垂直进给（背吃刀量）过大。

4) 未开冷却液。

5) 砂轮钝了。

应如何避免呢？

1) 加快工作台纵向往复移动速度。

2) 减慢砂轮横向进给速度。

3) 减小上下垂直进给量。

4) 打开冷却液。

5）修正砂轮，是砂轮处于锋利状态。

102

磨床实训模块二：内外圆磨削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、学生对砂轮有一定的了解，熟悉内外圆磨削的运动。

2、熟悉万能外圆磨床的液压传动的原理。

二、要求

应知-了解液压传动的特点和砂轮型号的基本概念。

应会-砂轮静平衡的方法。

三、时间安排

1、万能外圆磨床介绍 30分钟

2、液压传动的原理 30分钟

3、砂轮静平衡 90分钟

4、实习报告 30分钟

四、教学设备

1、内外圆磨削加工零件 2件。

2、液压传动原理示意图。

3、砂轮结构示意图，各类砂轮几块，平衡架一台。

4、万能外圆磨床一台。

103

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、万能外圆磨床的型号、结构组成、四个运动。

2、外圆磨削。

3、内圆磨削。

4、液压传动原理。

5、砂轮及砂轮静平衡（重点及难点）

6、砂轮的结构组成及型号表示方法

7、平衡砂轮平衡的基本原理

二、示范操作

内外圆磨削加工零件。

砂轮静平衡的方法。

三、独立操作

1、空车练习

学生先了解各手柄、电钮的用途进行空车练习操作，强调安全。

2、平衡砂轮平衡

104

Ⅲ 讲稿

2.1 万能外圆磨削概述

2.1.1 磨床型号

磨床型号 M1420A

M： 磨床类

14：万能外圆磨床

20：最大磨削直径 200mm

A : 机床结构改进序号

2.1.2 机床的结构组成

万能外圆磨床由床身、工作台、头架、尾架和砂轮等部分组成。

头架上有主轴，可用顶尖或卡盘装夹工件，带动工件旋转。皮带传动变速机

构可使工件获得不同转速。

砂轮架的主轴上装有砂轮，由单独的电动机经三角胶带直接带动旋转。砂轮

架可沿床身后部的横向导轨前后移动。由液压传动实现自动周期进给、快速引进

和退出，也可手动进给，砂轮架绕垂直轴可转动一定角度。

工作台有两层，下工作台由液压传动作纵向往复运动，也可手动；上工作台

和下工作台在水平面内能偏转±8°，以便磨削锥面。工作台上装有头架和尾架。

内圆磨头主轴上可安装磨内圆的砂轮，由另一电动机带动，它可绕支架回转，

使用时翻下，不用时翻向砂轮架上方。

2.1.3 磨床的四个运动

1）主运动：砂轮的高速旋转运动

2）进给运动：工作台的纵向进给运动；

3）砂轮的横向进给运动；

4）工件绕着自身的轴线作圆周运动。

2.2 外圆磨削

2.2.1 工件的安装

轴类零件常用顶尖安装。工件夹持在两顶尖之间，与车削加工基本相同，但

磨床顶尖不随工件一起转动，以提高加工精度，后顶尖是靠弹簧推力顶紧工件，

以自行控制松紧程度。磨削前，工件的中心孔均要进行修研，以提高其几何形状

精度和表面粗糙度。

105

磨削短工件外圆锥面时，可用三爪或四爪卡盘安装。盘类、套类空心工件用

心轴安装。

2.2.2 磨削方法

磨削外圆面常用纵磨法和亨磨法。

纵磨时，工件旋转并与工作台一起作纵向往复运动，每次行程终了时，砂轮

作一次横向进给。每次磨深很小，磨削余量分几次磨去。当磨至最终尺寸时，停

止砂轮的横向进给，继续使工作台纵向往复数次，直至火花消失为止，以提高工

件表面质量。目前生产中，特别是单件小批量生产均广泛采用此法。

横磨时，工件不作纵向进给，砂轮以很慢的速度连续地或断续地向工件作横

向进给，直到磨去全部余量为止。在大批量生产中，特别死一些短的外圆面，多

采用横磨法。

2.3 内圆磨削

磨削内圆时，工件一般以外语或端面为定位基准，通常用三爪或四爪卡盘安

装工件。

磨削内圆时的运动与磨削外圆时基本相同，但砂轮的旋转方向与工件的转向

相反。磨削方法亦有纵磨和横磨，用得较多的是纵磨法。

2.4 万能外圆磨床的液压传动原理

2.4.1 液压传动

液压传动是靠密封容器内的液体压力能来进行能量转换，传递与控制的一种

传动方式。液压传动油很多优点，以被广泛地应用在各类机械中，不仅用在单机

上，而且应用在生产线上，以实现生产过程的全部自动或半自动控制。

2.4.2 液压传动的原理

液压传动是把电动机的动力通过油的压力传递给机床各个部分，使之获得

运动，油泵由电动机带动，将油以较高的压力经过油门开关节流阀，反向阀进入

动力油缸右端，推动活塞带动工作台向左方向移动，这时油缸左腔的低油经反向

阀流入油池，当工作台上的挡块拨动变向手柄，使反向阀移动到左端时高压油改

变进入油缸左池，使工作台运动反向。工作台启动时先打开油门开关，使油流入

节流阀，然后再调整节流阀的大小，以控制油液油量的大小而获得工作台的快慢。

从油泵输出的高压油在油门开关未打开时油泵输出的油全部经油门开关流回油

池，当油门开关已打开，而节流阀未打开，油液冲开安全阀流回油池。

106

2.5 砂轮及砂轮的平衡

2.5.1 磨料

砂轮的材料为磨料，磨料是制造磨具的主要原料，有了它磨具才能产生磨削

作用，在磨削过程中，磨粒担负着切削作用，经受着剧烈的挤压、摩擦以及高温

的作用，所以磨料必须具有很高的硬度，足够的强度、耐热性以及一定程度的韧

性，同时还要具有锋利的切削刃。磨料有天然磨料和人造磨料。目前制造磨具的

磨料主要是各种人造磨料，品种有棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、锆刚玉、

黑色碳化硅、绿色碳化硅、碳化硼等。

常用的主要磨料有以下几种：

（1）氧化物系

棕刚玉 A，韧性大，磨削性能好，主要用来磨削碳素钢，合金钢，可锻铁，

硬青铜。

白刚玉 WA，纯度高，切削刃锋利，硬度较高，主要用于精磨合较硬材料，

如淬火钢等。

（2）碳化物系

绿色碳化硅 GC，纯度高，强度大，脆性大，刃口锋利，主要用于磨硬质

合金等。

黑色碳化硅 C，硬度高，韧性小，磨粒切削刃锐利，导电导热性好，磨铸

铁、黄铜、铝及非金属材料。

人造金刚石 TR，硬度高，颗粒棱角锋利，摩擦系数小，耐磨性好。

2.5.2 砂轮的结构组成

磨粒、结合剂、空隙是构成砂轮的三要素

磨粒：砂轮上某一颗砂粒

结合剂：把磨粒粘结在一起的粘结材料，有陶瓷结合剂 V，树脂结合剂 B，

橡胶结合剂 R。

2.5.3 砂轮的形状

为适用各种零件加工要求，砂轮的形状也多种多样，其主要形状如图所示。

平行砂轮：磨外圆、平面

杯形砂轮（单面凹形）：主要用其端面刃磨各种刀具等

碗形砂轮：刃磨刀具、齿轮齿面

107

薄片砂轮：主要用于切断开槽。

2.5.4 砂轮型号的标准

P-400×50×203-WA46K5-V-35

P:平行砂轮形状

400×50×203：外径×厚度×孔径

WA46K5：白刚玉磨料、粒度、硬度

5-V-35：组织号、陶瓷结合剂、允许磨削速度

2.5.5 砂轮的平衡

一块新的砂轮是不能直接安装到机床上使用的，砂轮必须进行平衡，这是因

为砂轮的中心如果不在旋转轴线上，便会产生不平衡现象，不平衡现象的砂轮高

速旋转时，使主轴产生振动或摆动，使砂轮撞击工件，从而在工件表面上产生振

痕，这样不但加工表面质量差，而且主轴轴承的磨损加快，甚至会造成砂轮破裂，

为了使砂轮精确而平稳的工作，砂轮必须经过平衡，一般直径大于 125毫米的砂

轮都要经过平衡。磨削表面要求越高，砂轮直径越大和圆周速度越高更应仔细平

衡。

引起砂轮不平衡的原因如下：

1) 砂轮各部分密度不均匀

2) 砂轮两端不平行

3) 砂轮外圆与内圆不同轴

4) 砂轮几何形状不对称

5) 砂轮安装时偏心

砂轮平衡的原理：砂轮重心与它的旋转轴线相重合。目前工作中主要采用的

平衡架上进行静平衡。

砂轮静平衡的方法：

1) 讲已幢好法兰盘的砂轮装上平衡心轴，放在已调好纵向和横向水平的平衡架

上，应使平衡心轴轴线与平衡架圆柱导轨轴线垂直。

2) 在平衡前，将编有 3块平衡块以 120 度间隔均匀对称布置在砂轮法兰盘上，

随手旋紧紧固螺钉防止平衡块滑动。

3) 转动砂轮，使任意一平衡块（例如平衡块 1）位于最高点，若砂轮左右转动

时，调整平衡块 1的位置，直到砂轮静止。

108

4) 将砂轮转过 120 度，使平衡块 2处于最高点，用同样的方法调整平衡块 2的

位置，使砂轮平衡。

5) 待平衡块 1、2调整完毕后，再将平衡块 3转置最高点，调整平衡。

这种方法优点是比较简单，能缩短平衡时间，当平衡块多时，要按顺序顺向

做下去，不可混乱，并注意各自在平衡时，前者应保持已平衡好的位置不动，要

求精确平衡砂轮。当初次平衡后，仍需按同一方向，由平衡块 1 做起，作一次检

查，以消除前几次的少许误差。安装新砂轮时，通常在修整前和修整后要进行平

衡，修整前的第一次平衡，要求可低一些，只做一次平衡，以维护机床精度，减

少砂轮对修整工件的撞击和提高砂轮寿命。待砂轮修整后再开约 10分钟的空车，

把砂轮上的冷却液甩掉，然后拆下来作第二次精细平衡，以保证磨削加工质量，

砂轮在使用过程中磨钝或者表面形成不平衡，此时只需用金刚石对砂轮进行修

整，修整砂轮时要加冷却液，有利于冲走修整砂轮时脱落下来的磨粒铁屑和粉尘。

109

教案七 钳工实训

钳工实训模块一：钳工的概述及划线

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、使学生了解钳工的特点及应用范围。

2、钳工基本工艺及操作和示范。

二、要求

1、了解钳工在机械加工中的作用。

2、明确钳工实习的目的。

三、时间安排

1、讲课 15分钟

2、示范 30分钟

四、教学设备

1、钳工基本操作挂图。

2、钳工基本工具（划线盘、高度尺、钢皮尺、划针、样冲、榔头等）。

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、钳工的概述。

2、划线的定义。

3、划线的作用和定义。

4、划线的基准。

5、注意事项。

6、重点和难点。

二、示范演示

1、钳工的基本操作。

2、划线的步骤。

三、实习件的加工

要求学生按要求进行划线练习。

110

Ⅲ 讲稿

1.1 钳工的概述

钳工是机械制造重要的工种之一，在机械生产过程中起着重要的作用。什

么叫钳工？钳工是手持工具对金属进行切削加工的一种方法，在加工过程中利用

了台虎钳和各种工具去完成目前机械加工所不便完成的工作。它的特点是灵活、

机动、不受进刀方面位置的限制，即使现在各种先进机床，设备不断出现也都离

不开钳工，所以钳工作为机加工的一个工种，在机械过程中，仍然是不可缺少的。

它的基本操作包括划线、錾削、锉削、锯削、钻孔、锪孔、铰孔、攻丝、套丝、

刮削、研磨、装配等。

钳工劳动强度大，生产率低，所用工具简单，操作灵活方便，在某些情况下，

钳工能完成机械加工难以完成的工作。钳工一般是在钳工工作台和虎钳上工作

的，钳工工作台和虎钳如图 7-1和图 7-2 所示。

图 7-1 钳工工作台 图 7-2 虎钳

1.2 划线的定义

划线就是在毛坯（或半成品）上按所需要求的尺寸划出加工界线和作为基准

的点、线，以作为切削加工的依据和标志。手工划线的精度一般为 0.2～0.5mm。

它的作用是能明确地表示出加工余量，加工位置或划出加工位置的找正线，作为

加工工件或装夹工件的依据。借划线来检查毛坯的形状和尺寸是否符合要求。避

免不合格的毛坯投入机械加工，从而造成工时浪费。通过划线使加工余量合理分

配（又称借料），保证加工不出或少出废品。

1.2.1 划线的工具

划线的工具有：

111

1) 平板，主要是划线的基准工具，用铸铁制线，上面是划线的基准平面，

所以要求非常平整和光洁，平板需水平放置，切勿在平板上敲打。如图

7-3所示。

2) 划针，用弹簧钢丝或高速钢制造，端部淬火硬磨尖。常装在划针盘上，

用于工件的划线。如图 7-4所示。

图 7-3 平板 图 7-4划针

3) 划针盘，用于固定或调节划针位置。如图 7-5所示。

4) 划规，主要用来画圆，量取尺寸和等分线段等。如图 7-6所示。

图 7-5划针盘 图 7-6划规

5) 划卡，又称单脚规，用来确定轴和孔的中心位置。如图 7-7所示。

a）定心轴 b）定孔中心

图 7-7 划卡（单脚规）及应用

6) 样冲，用于在已划好的线上冲眼，已标定所划线条。如图 7-8所示。

7) 方箱，用于划线时夹持较小的工件。如图 7-9所示。

112

a） 对准位置轻打孔 b）工件上打的洋冲眼

图 7-8样冲及用法

图 7-9方箱

8) 千斤顶，用于支撑毛坯划线，通常 3个为一组使用，用以调整毛坯位置。

如图 7-10 所示。

图 7-10 千斤顶

9) V形铁，用于支撑圆柱形工件，使轴线与平板平行。如图 7-11所示。

图 7-11 V型铁

113

1.2.2 划线的基准

划线的基准是零件上用来确定点、线、面位置的依据，作为划线依据的基准

称为划线基准。工件上进行二维或三维方向上划线时，必须选定其基准，并尽量

与零件图上的设计基准重合，它是以后划线时的依据，故基准一般可选孔的中心

线，底面和工件上已加工表面。

1.2.3 划线的种类

划线的种类有：平面划线和立体划线。如图 7-12和图 7-13 所示。

平面划线是在工件的一个平面上划线，其方法类似平面作图。立体划线是在工件

的长、宽、高三个方向上划线。

图 7-12平面划线

(a)轴承座零件图； (b)找正；根据孔中心及上面，调整千斤顶，使工件水平； (c)划出各

水平线；(d)翻转 90°，用直角尺两端找正划线； (e)翻转 90°，用直角尺在两个方向找正

后划线； (f)打样冲眼

图 7-13 立体划线示例

1.2.4 划线的步骤及注意事项

114

分为以下几点：

1) 看懂图纸，了解工件上需要划线的部位和后继加工的工艺。

2) 清理工件，毛坯在划线前要去除残留型砂及氧化皮，毛刺、飞边等。

3) 检查工件质量，对照图纸，检查毛坯及半成品尺寸和质量，剔除不合格

件。

4) 划线表面涂色，划线表面涂上一层薄而均匀的涂料。毛坯用石灰水，已

加工表面用紫色涂料或绿色涂料。

5) 确定划线基准，如果孔为基准，则用木块或铅块堵孔，以便找出孔的圆

心。确定基准时，尽量考虑让划线基准与设计基准一致。

6) 确定工件支撑形式和划线工具，选用合适的工件和安防工件位置，并注

意在一次支撑中应把需要划线的平行线划全，工件支撑要牢固。

7) 划线注意不要有疏漏。

8) 检查、校对，并在线条上打上样冲眼。

重点：钳工在机械加工中的作用，及能独立完成划线的各项步骤。

难点：基准的确定。

115

钳工实训模块二：锯削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、使学生了解锯削的特点及应用范围。

2、正确选择锯条。

3、正确使用锯弓。

二、要求

1、了解锯削的作用。

2、能独立使用锯弓操作加工零件。

三、时间安排

1、讲课 15分钟

2、示范 30分钟

四、教学设备

1、锯削基本操作挂图。

2、钳工基本工具（锯弓、高度尺、钢皮尺、划针、样冲、榔头等）。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、锯削的定义。

2、锯弓、锯条的构造及锯条的安装。

3、锯条的选择和工件的夹持。

4、锯削的姿势和方法。

5、注意事项。

6、重点和难点。

二、示范演示

1、锯削的基本操作。

2、划线的步骤。

三、实习件的加工

要求学生按要求进行锯削练习。

116

Ⅲ 讲稿

2.1 锯削的定义

锯削是用手锯或机锯把材料或工件锯断或锯出沟槽来的一种切削加工方法。

2.2 锯弓、锯条的构造及锯条的安装

手锯是由锯弓和锯条组成。锯弓是用来夹持锯条的，锯弓有固定式和调节式

两种，可调式锯弓弓架分前后两段，可以伸缩，因此可以按照不同规格长度的锯

条。如图 7-14所示。

图 7-14 手锯组成

锯条是由碳素工具钢（T10A）制成，经过热处理淬硬，规格以锯条两端安装

孔间的距离表示。常用的锯条长 300mm，宽 12mm，厚 0.8mm。锯条制造时，锯条

按一定形状排列，其形状有交错和波形状。锯削中锯缝宽度大于锯条宽度，形成

适当的锯路，以减少摩擦，省力并易排屑，提高切削效率。如图 7-15所示。

7-15 锯齿形状及角度 图 7-16 锯齿的排列

锯齿的粗细，按锯条上每 25mm 长度内的齿数来表示。根据锯齿粗细，锯条

分为粗齿、中齿、细齿三种。应根据锯加工材料的硬度，厚薄来选择；当锯削软

材料或厚工件时，因锯屑较多，所需容屑空间大，故选用粗齿锯条，当锯削硬材

料或薄工件时，因材料硬，不易切入，锯削量就少，不需要大的容屑空间，就选

用中齿锯条；当锯割薄工件时，锯齿易被勾住形成崩齿，一般要求至少有两个以

上的齿同时接触工件，参加切削，使锯齿承受的力减少，故应选择细齿锯条。

2.3 锯削的姿势和方法

1) 选择锯条，根据工件材料及厚度选择合适的锯条。

2) 装夹锯条，手锯是在向前推动时进行切削的，故锯齿应向前。锯条松紧

117

要合适，否则锯削时易折断锯条。

3) 装夹工件，工件锯削位置应安装在台虎钳左侧并尽量靠近钳口。

4) 起锯，起锯时，应以左手拇指靠住锯条，右手使锯条与工件表面垂直，

并呈小于 15°，轻轻起锯，且运锯距离要短。如图 7-17 和图 7-18

所示。

图 7-17 起锯 图 7-18运锯过程

5) 锯削动作，运锯方向要保持水平，要使锯弓在全长上作水平往复运动，

锯条不可摆动，前推时加压要均匀，返回时锯条从工件上轻轻滑过，速

度不宜过快，一般每分钟 20～50 次为宜，锯削时尽量使用锯条全长（至

少占全长 2/3）工作，在快要锯断时，用力要轻，行程要短，最后工件

可用手折断。

注意事项：

1) 工件要夹牢，表面粗糙度要求高时应垫铜皮，铅皮保护。

2) 2、锯条不宜装的太紧，防止崩断，容易伤人。

3) 3、不准用锯弓去敲打别的物体。

重点：掌握锯条的选择。

难点：锯偏，要掌握锯条与工件表面垂直。

118

钳工实训模块三：锉削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、使学生了解锉削的特点及应用范围。

2、正确选用锉刀。

3、正确使用锉刀。

二、要求

1、了解锉削的作用。

2、能独立使用锉刀加工零件。

三、时间安排

1、讲课 15分钟

2、示范 30分钟

四、教学设备

1、锉削基本操作挂图。

2、钳工基本工具（锉刀、锯弓、高度尺、钢皮尺、划针、样冲、榔头等）。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、锉削的定义。

2、锉刀的种类、规格及选用原则。

3、锉刀握法及锉削姿势。

4、锉削的基本方法及检查方法。

5、安全事项。

6、难点、重点。

二、示范演示

1、锯削的基本操作。

2、划线的步骤。

三、实习件的加工

要求学生按要求进行锉削练习。

119

Ⅲ 讲稿

3.1 锉削的定义

锉削是用锉刀对工件表面上进行切削加工，使它达到图纸所要求的形状，尺

寸和表面粗糙度。锉削加工简便，工作范围广，有些是机械加工所不能替代的，

锉削是钳工主要操作的基本功之一，因此我们必须熟练地掌握这项操作技术。

锉刀是用碳素工具钢（T12A）制造，经热处理淬硬处理。

3.2 锉刀的种类、规格及选用原则

3.2.1 锉刀的分类及选用。

1）按用途分为普通锉、特种锉和整形锉三种。普通锉使用最普遍，按齿纹

可分为单齿锉刀和双齿纹锉刀。单齿纹锉刀一般为横向弧状，如铝板锉，仅用于

铝等软材料的锉削。特种锉有直的和弯曲的，用来加工工件上的特殊需要表面。

整形锉又称什锦锉，通常 5～12把各种截面形状的锉刀为一套，主要用于精细加

工与修整工件上难以机加工的细小部位。如图 7-19所示。

7-19普通锉刀的种类及应用

2) 锉刀按齿纹的粗细分为粗齿（4～12齿）、中齿（13～24 齿）、细齿（30～

40齿）和油光齿（50～62）锉刀等。

3) 锉刀按其截面形状分为铝板锉、平锉、方锉、圆锉、半圆锉和三角锉等

6种。按长度大小可分为 100mm、150mm至 400mm等 7种规格。

3.3 锉刀握法及锉削姿势

3.3.1 锉刀的握法

小锉刀的握法与大锉刀握法不同之处是用食指与拇指握住锉刀前端。如图

7-20和图 7-21所示。

3.3.2 锉削姿势

锉削姿势与锯削时基本相同，夹持工件的虎钳高度要适合锉削时的用力需

120

要，一般操作人员站直手肘关节持平于虎钳口，锉削力的运用，是锉削时关键所

在，右手一定紧握锉刀，把全身力量集中到两只手臂和手腕上，开始推时，左手

压力要大，右手压力要小而推力要大，随着锉刀推进左手压力逐渐减少，右手压

力逐渐增大，当推锉到中间，两手压力相同在继续向前推进时右手压力渐增，左

手压力渐减，身体向前倾斜，从开始 10°左右逐渐倾斜到 15°左右，到锉刀推

出 2/3时身体倾斜为 18°左右。

图 7-20大锉刀握法 图 7-21小锉刀握法

在锉削时要保持平衡，否则平面容易成凸形，左手还起着引导作用，锉刀回

程时不应加压力。在锉削时人的身体要与锉刀一起有节奏的向前，往后，动作要

自然，舒展。锉削速度一般每分钟 30～60 次，太快，人易疲劳，锉齿磨损加快，

太慢，效率低。如图 7-22所示。

（a） （b） （c） （d）

（a）开始锉削时（b）锉刀推出 1/3 行程时（c）锉刀推到 2/3 行程时（d）锉刀行程推尽时

图 7-22 锉削时站立姿势与动作

121

3.4 锉削的基本方法及检查方法

锉削的方法有三种：交叉锉、顺向锉和推锉。交叉锉是斜着锉，锉削表面较

长锉刀容易握得稳，可以减少锉削时由于锉刀前后摆动，而形成的凸鼓形，此外，

交叉锉去屑也较快。顺向锉，是锉削最基本的方法，多用于锉平面，但锉刀掌握

不好时不易锉平。推锉，当余量很小的情况下，为了提高表面粗糙度和修正尺寸

可用推锉法来锉光表面。如图 7-23所示。

（a）交叉锉法 （b）顺锉法 （c）推锉法

图 7-23 平面锉削方法

圆弧面锉削方法有横锉法和滚锉法。

外圆弧面锉削时横锉法便于用力，效率高，适合粗加工；滚锉法适合外圆弧

面，球面的精锉。如图 7-24所示。

内圆弧面锉削时通常使用圆锉或半圆锉刀，精锉用横锉法，精锉用旋转横锉法。

如图 7-25所示。

（a）横锉法 （b）滚锉法

图 7-24 外圆弧面锉削 图 7-25 内圆弧面锉削

检查锉削表面平直度可用刀口尺、游标卡尺、钢直尺，利用透光法检查，90°

角尺用来检查垂直面。如图 7-26所示。

122

（a）检查直线度 （b）检查垂直度

图 7-26 检查平直度和垂直度

注意事项：

1) 放置锉刀时，锉刀勿漏出钳台外面，以防掉下来砸伤脚。

2) 不准口吹铁屑，放置屑末入眼，不准手摸工件表面防止锉刀打滑和刺伤

手指。

3) 工件要夹牢，表面粗糙度要求高时应垫铜皮、铝皮保护，

4) 不准用锉刀敲打物体。

重点：锉刀的选择，锉削方法。

难点：施加力的运用。

123

钳工实训模块四：钻削

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、使学生了解钻床的基本知识。

2、使学生了解钻头的特点和应用范围。

二、要求

1、了解钻削的作用。

2、能独立使用钻床加工零件。

三、时间安排

1、讲课 15分钟

2、示范 30分钟

四、教学设备

1、钻削基本操作挂图。

2、钳工基本工具（钻床、锉刀、锯弓、高度尺、划针、样冲、榔头等）。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、钻头的种类。

2、孔加工方法及刀具（钻孔、扩孔、锪孔、铰孔）。

3、冷却液的使用。

4、注意事项。

5、难点和重点。

二、示范演示

1、钻床的基本操作。

2、划线的步骤。

三、实习件的加工

要求学生按要求进行钻削练习。

124

Ⅲ 讲稿

4.1 钻头的种类

各种零件上的孔加工，除一部分由车、铣、镗等机床完成外，很大一部分是

由钳工利用各种钻床和工具来完成的。钳工加工孔的方法有钻孔、扩孔、铰孔和

锪孔。

钻床的种类可分为三种：台钻、立钻和摇臂钻。

台钻是一种小型钻床，结构简单，使用方便，加工 13mm 以下的孔。主轴转

速很高，不适用扩孔，铰孔等操作。

立钻一般使用锥柄钻孔，但配上钻夹头就可使用各类直柄孔钻，适用于单件

小批量生产中的小型工件的钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻螺纹等。

摇臂钻床，它用于大型零件钻孔，通过转动摇臂与移动主轴箱能把主轴调整到钻

孔位置，最适合在一个工件上的多孔加工，且能保证较高的孔轴线平行度，摇臂

钻床还可以用于扩孔、铰孔等操作。

用于钻削加工的一类刀具称为钻头。主要有麻花钻、中心站、扁钻及深孔钻

等，其中麻花钻应用最广泛。

图 7-27 麻花钻头的构造

麻花钻是由柄部、颈部和工作部分组成，柄部是夹持并传递扭矩。如图 7-27

所示。直径在 13mm 以下的称为直柄，直径大于 13mm以上的称为锥柄。颈部是为

工艺而设计，常在此处打标记。工作部分是麻花钻的重要部分，前端部为切削部

分，有两条对称的切削刃（形成 116°～118°左右的顶角），担任主切削任务，

顶端为横刀，钻孔时起对中作用，工作部分的柱体为导向部分，其上有两条螺旋

125

形窄棱边（刃带）和槽。刃带起引导钻与修光孔壁的作用。螺旋槽的作用是形成

切削刃、输送切削液与排屑。

钻头的装夹。直柄钻头的直径小，切削时扭矩较小，要用钻夹头装夹，夹头

用紧固扳手拧紧，钻夹头再和钻床主轴配合，由主轴带动钻头旋转，方法简便，

夹力小，易跳动。

锥柄钻头可直接或通过钻套（或称为过渡套）将钻头和钻床主轴锥孔配合。

这种方法配合牢靠，同轴度高，锥柄末端的扁尾用以增加传递力量，避免打滑，

并用于卸下钻头，换钻头要停车。

工件的装夹，小型工件多在虎钳上装夹，夹持时要注意工件的端面要与钻头轴线

垂直。如图 7-28 所示。

（a）手虎钳夹持 （b）平口钳夹持 （c）V 形铁夹持 （d）压板螺栓夹持

图 7-28 工件装夹方法

钻孔的操作步骤：钻孔前应先在工件上划上线，打好样冲眼，选择钻头，小

孔可以一次钻出，直径在 30mm 的孔可分为二次钻出，这样可以减少钻削力，提

高钻孔质量。调整钻床转速，小孔径转速宜高，较大孔钻孔转速宜低。开始钻孔

时，要钻头的钻尖对准样冲眼，钻出小洞后，观察洞的位置，正确后再钻孔。钻

孔时，应在工作过程中不断将钻头抬出孔外，排除切屑，防止钻头过热，切屑要

用毛刷清理，勿用最吹或手抹，快钻穿时压力要轻。如图 7-29 所示。

4.2 孔加工方法及刀具（钻孔、扩孔、锪孔、铰孔）

扩孔：对工件上已有的孔进行扩大，扩孔常作为半精加工或作铰孔前的预热

加工。它用的是扩孔钻，它的结构与麻花钻相似，但切削刃有 3～4 个，切削部

126

分的顶端是平的，螺旋槽较浅，钻芯粗大结实，加工时不易变形。

图 7-29划线与打样冲眼

铰孔：是用铰刀对孔进行精加工，起粗糙度可达到 Ra1.6～1.8，精度一般

为 I16～T17，当直径大于Φ25mm 时，钻孔必须经过扩孔再铰孔。铰刀在工作时

不能倒转，铰刀分为机铰和手铰。机铰装在钻床上加工，手铰利用铰杠进行加工。

铰削余量不能太大，太大孔铰不光，铰刀容易磨损。余量太小不能纠正上道工序

的加工误差，不能达到铰孔的要求。

锪孔：用锪钻进行孔口形面的加工，在工件的连接孔端锪出柱形或锥形埋头

孔，用埋头螺钉埋入孔内把有关的零件连接起来，使外观整齐，装配位置紧凑，

将孔口端面锪平与中心线垂直，能使连接螺栓或螺母的端面与连接件接触良好。

4.3 冷却液的使用

冷却液的使用：钢、铜、铝件均需加冷却液，冷却液的材料有柴油、机油、

煤油，加工铸铁不加油，以免引起孔收缩。

注意事项：

1) 钻孔时严禁带手套。

2) 钻出的铁屑严禁用手，应用小刷子清楚。

3) 工件一定要紧固

重点：钻头的钻尖对准样冲眼，钻出小洞后，观察洞的位置。

难点：敲准样冲眼，检查。

127

钳工实训模块五：攻丝和套丝

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、使学生了解攻丝和套丝的基本知识。

2、使学生了解攻丝和套丝应用范围。

二、要求

1、了解攻丝和套丝的作用。

2、能独立使用丝锥和板牙加工零件。

三、时间安排

1、讲课 15分钟

2、示范 30分钟

四、教学设备

1、攻丝和套丝基本操作挂图。

2、钳工基本工具（攻丝、套丝、钻床、锉刀、锯弓、样冲、榔头等）。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、介绍丝锥和铰手、板牙和板牙架。

2、攻丝前孔的确定，套丝前圆杆直径的确定。

3、攻、套丝的操作要求。

4、注意事项。

5、难点和重点。

二、示范演示

1、攻丝的基本操作。

2、套丝的基本操作。

三、实习件的加工

要求学生按要求进行攻、套丝练习。

128

Ⅲ 讲稿

5.1 丝锥

丝锥是攻丝用的刀具，由工具钢或高速钢制成，经淬硬处理磨削而成，它实

际上是一段开槽的外螺纹。

按使用方法分为手用丝锥和机用丝锥两种，手用丝锥用工具钢制成，一般每

2～3 支一套，各分担一定的切削量，M6～M24 的丝锥 2 支一套，小于 M6 和大于

M24的 3 支一套。如图 7-30所示。

图 7-30 丝锥的结构

小丝锥强度差，易折断，将切削余量分配在三个等径的丝锥上。大丝锥切削

的金属量多，应逐渐切除，分配在三个不等径的丝锥上。机用丝锥是由告诉钢制

成，机用的多位一支一套，也有两支为一套的，二锥一般用于长度要求较高的盲

孔螺纹加工，机用丝锥可手用，但手用丝锥不能机用。

铰杠是用来夹持丝锥，铰刀的手工旋转工具，常用的有普通型和 T型两种，

T型铰杠用于攻制台阶旁，机体内及不便使用普通铰杠的情况下螺纹孔时，丝锥

的夹持与扳转。如图 7-31所示。

（a）普通绞杠 （b）丁字绞杠

图 7-31 铰杠

129

5.2 螺纹底孔的确定

螺纹底孔的确定,攻螺纹必须先钻底孔，确定孔径的方法有两种。

1） 查表法，根据螺纹的制成、规格、材料，直接从工艺手册等资料中查找。

2）计算法，公制普通螺纹孔攻丝前底孔直径 D，可以根据以下经验公式计

算。

加工钢材料或其他塑性材料时，在中等扩张量的条件下，D=d-P,加工铸铁

或其它脆性材料时，在较小的扩张量条件下，D= d-（1.05～1.1）P，式中 D―

攻螺纹前钻螺纹底孔用的钻头直径，d―螺纹大径，P螺纹螺距。

攻螺纹的操作：把丝锥方头夹于铰杠的方孔内，用头锥垂直地放在工件孔内，

然后用铰杠轻压旋入，攻入两牙后，可用 90°直尺在两个垂直平面内检查，以

保证丝锥与工件表面垂直。当丝锥的切削部分已经切入工件，即可只转动，不加

压。每转一周应反转 1/4 周，以便断屑，攻钢件时应加机油润滑。如图 7-32 所

示。

图 7-32 攻丝

5.3 套丝

套螺纹：是用板牙和板牙架，板牙是套制螺纹的专用工具，用合金工具钢

9SiCr、9Mn2V 或高速钢并经淬火回火制成，板牙是由切削部分，校准部分和排

屑孔组成，它本身就像一个圆螺母，只是在它上面钻有几个排屑孔，并形成切削

刃。板牙两端切削部分带有切削锥角，如在台阶轴杆上套螺纹，则靠台阶肩部套

不出合格的螺纹。板牙架是用来夹持圆板牙并传递扭矩的工具。

5.4 套螺纹前圆杆直径的确定

5.4.1 板牙和板牙架

1）板牙 套制外螺纹的专用工具，用合金工具钢 9SiCr、9Mn2V 或高速钢并

经淬火回火制成。板牙的构造如图 7-33（a）所示，由切削部分、校准部分和排

130

屑孔组成。它本身就像一个圆螺母，只是在它上面钻有几个排屑孔，并形成切削

刃。板牙两端切削部分带有切削锥角，如在台阶轴杆上套丝，靠台阶肩部套不出

合格的螺纹。

2）板牙架 板牙架是用来夹持圆板牙并传递扭矩的工具，如图 7-33（b）。

(a) 板牙 (b) 板牙架

图 8-64板牙和板牙架

套螺纹前圆杆直径的确定：套螺纹前应检查圆杆直径，太大难以套入，太小

则套出的螺纹不完整。圆杆直径可以从工艺手册等资料中查取，也可用下面经验

公式计算：d=d (螺纹外径)-0.13P（螺距）

套螺纹的操作：套螺纹前的圆杆端部应倒角，使板牙容易对准工件中心，同

时也容易切入，工件伸出钳口的长度，在不影响螺纹要求长度的前提下，应尽量

短一些。套螺纹过程与攻螺纹相似。

注意事项：

1）在攻、套螺纹时要经常倒转，加机油润滑。

2）攻、套螺纹的铁屑防止伤手。

重点：在攻、套螺纹前要掌握底孔、圆杆的计算方法。

难点：在攻、套螺纹刚开始时，丝锥与底孔，板牙与圆杆一定要垂直。

131

钳工实训模块六：钳工的装配

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、了解装配的基本概念。

2、了解装配的工艺过程。

二、要求

在老师指导下，按图纸工艺要求，使用装配工具完成装配工作。

三、时间安排

1、讲课 15分钟

2、示范 30分钟

四、教学设备

1、典型机械部件装配图，单元系统图。

2、钳工装配工具、量具一套。

Ⅱ 教学进程

一、讲解及示范演示

1、装配前的准备工作。

2、装配工作。

3、调装、检验、试车工作。

4、注意事项。

5、重点和难点。

二、示范演示

使用装配工具完成装配。

三、实习件的加工

要求学生按要求进行装配练习。

132

Ⅲ 讲稿

6.1 装配的概念

装配就是按照一定的技术要求，通过各种形状，将若干个零件连接成部件或

将若干个零件和部件连接成一台完整的机器的过程称为装配。

为了保证装配的效率，根据产品结构的特点和批量大小的不同，装配工作采

取不同的组织形式，一般可以分为二种：1、固定式装配单件采用集中装配，批

量采用分组装配。2、移动式装配，大量生产时采用此种装配形式，也称流水线

装配。

6.2 装配的方法

为了保证装配精度，装配时采用的方法有以下几种：

1) 修配法；

2) 调整法；

3) 选配法；

4) 完全互换性法；

一般单件时采用修配法与调整法，批量时采用调整法与选配法，具体采用哪

种方法还要从制造成本与零件的加工精度来考虑。

装配常用的工具有：活扳手、开口扳手、梅花扳手、套筒扳手、内六角扳手、

旋具、弹簧、卡环钳、拉出器、冲头、铜棒等。

6.3 零件连接方法

零件连接常用固定连接和活动连接两种。固定连接即装配后零件间不产生相

对运动，如螺纹连接、键连接和销钉连接等。活动连接即装配后零件可以产生相

对运动的连接，如轴承 、螺母丝杠连接等。

机器无论大小，复杂程度，均是由零件组成，零件是机器的最小组成单元。

零件主要有支托、连接、传动等三大功能。零件组合成部件或机器后之间的关系，

不外于贴合、配合、啮合、相对固定，相对运动等。做好机器的装配工作，必须

要有较扎实的机械结构与制造工艺等基础知识，较娴熟的钳工技术及按图纸工艺

有条不紊地施工的职业习惯。

6.3.1 螺纹连接的装配

作为螺纹连接的螺钉（栓）、螺母、垫圈，通常是配套使用的。作为机械实

133

体的连接往往是采用若干套成组使用的，成组螺钉（栓）、螺母、垫圈的装配经

验方法是先目测，定被连接件的中心点，以该店为基准按三条原则“中心对称、

先近后远、分次逐步”进行。

6.3.2 配合连接件的装配

零件的配合有间隙配合、过渡配合和过盈配合三种形式。

6.3.3 典型连接的装配

典型连接的装配

① 键连接的装配，键连接是用于传动扭矩的固定连接。

② 销连接的装配，销主要用来固定两个（或两个以上）零件之间的相对位

置或连接零件传递不大的载荷，常用的销分为圆柱销和圆锥销两种。

6.4 滚珠轴承的装配与拆卸

滚珠轴承的装配多数为较小的过盈配合，常用于锤或压力机压装。为使轴承

均匀，常采用垫套加压。轴承压到轴上时，应通过垫套实力于内圈断面，轴承压

到机体孔中时，则应施力于外圈断面。若同时压到轴上和机体孔中时，则内、外

圈断面应同时加压。

滚珠轴承的拆卸常用两种方法：1、心轴拆卸法，2、拉出器拆卸法。

6.5 装配工艺过程：

1）装配前的准备工作。

① 熟悉产品装配图，了解各零件之间的相互位置和作用。

② 了解装配工艺，确定装配顺序。

③ 准备所需的工具量具。

④ 对零件进行整理清洗。

2）装配工作。装配通常分为三个阶段即组装、部装、总装。

① 装配顺序一般是遵循“从里到外，自下而上，以不影响下道工序装配”

为原则。

② 装配中，零件上的毛刺一定要清楚干净，以防拉毛轴孔，在连接处及加

工表面上一定要涂上润滑油以防零件锈蚀。

③ 要正确使用装配工具，防止零件表面划伤。

装配完成后，要正确调整零件或机构的相对位置，配合间隙，保证其正常运行，

检验装配精度是否符合要求，试车检验机器震动、温升、密封性、灵活性、转速、

134

功率是否符合图纸设计要求，如果全部达到就说明装配工作合格。

6.6 注意事项

1）在使用旋转机床（械）工具时，长发者要戴好帽子，严禁戴手套。

2）不要随意扳动电源开关，在机器试车前的连接或取下时要切断电源，并

挂上警示牌。

3）大型零部件的搬运安放，要注意周围的环境安全。

4）不要拿工具或刀具玩弄，有些工具、刀具有一定的危险性。

5）要保管好工量具、刀具、放置整齐。

6）装配时按零件选用合适的工具，用力要适当，方法要正确。

135

教案八 数控车实训

数控车实训模块一：数控编程

I 课题纲要

一、教学内容

1 数控技术发展史

2 数控机床的基本结构

3 数控机床的工作原理

4 常用的 G代码

5 常用的 M代码

6刀具功能 T 代码

7了解编程工艺、通过实例编程把相应的 G、M、T代码具体应用。

8数控加工编程基础知识

二、目的

1、使学生了解数控技术的发展史、以及数控机床现状。

2、学生掌握基础编程代码，对数控加工产生感性认识。

三、要求

1、能够对机床编程进行简单描述。

2、能够顺利写出精加工轨迹。

四、时间

1、示讲示演 45分钟

2、学生分组上机操作 210分钟

五、教具

1、数控车床结构简图

2、外圆车刀

3、Ф40铝棒

4 0~150mm 游标卡尺

5、数控车床

136

II 教学进程

一、示范讲解

1 数控技术发展史

2 数控机床的基本结构

3 数控机床的工作原理

4 常用的 G代码

5 常用的 M代码

6刀具功能 T 代码

7了解编程工艺、通过实例编程把相应的 G、M、T代码具体应用。

8数控加工编程基础知识

9、数控机床的操作及安全注意事项

137

Ⅲ 讲稿

1. 1 数控机床的发展概况

随着数控机床技术的发展，数控系统不断更新、升级，机床结构和刀具材

料也在不断变化。未来的数控机床将向高速化发展，主轴转速、转位换刀速度将

得到进一步的提高，刀架将实现快速移动；工艺和工序将更加复合化和集中化；

数控机床将向多轴、多刀架加工方向发展；通过区域化、网络化的控制，数控机

床的生产实现长时间无人化，全自动操作；机床的加工精度及可靠性 也在向更

高的水平发展。同时，数控车床的结构设计也更趋于简易。

数控系统发展历史

数控系统名称 在世界上首次

生产的年代

在中国首次

生产的年代

第一代电子管数控系统（NC） 1952年 1958年

第二代晶体管数控系统（NC） 1959年 1964年

第三代集成电路数控系统 1965年 1972年

第四代小型计算机数控系统（CNC） 1970年 1978年

第五代微型处理器数控系统（MNC） 1974年 1981年

第六代基于工控 PC机的通用 CNC系统 1990年 1992年

1.2 数控机床的基本结构

数控车床主要有程序输入装置、数控系统、伺服系统、位置检测反馈装置和机

床运动部件组成。

1.2.1 输入装置

输入装置的方式：通过控制介质输入、手动输入、计算机与机床通讯方式

传递输入等。

1）控制介质

① 控制介质就是由穿孔带或磁盘等存储数控程序的介质。

②控制介质大致分为纸介质（现在已经不用了）和电磁介质（包括磁带

和磁盘）。

138

2）手动输入

手动输入是将数控程序通过数控机床上的键盘输入，程序内容将存储在数

控系统的存储器内，使用时可以随时调用。

3）计算机与机床通讯方式传递输入

采用机床与计算机通信方式传递数控程序到数控系统中。

1.2.2 数控装置

1）数控装置是数控机床的中枢，一般由输入装置，控制器、运算器和输出

装置组成。

2）数控装置是数控车床的核心部分，它将接受到的数控程序，经过编译、

数学运算和逻辑处理后，输出各种信号到输出接口上。

1.2.3 伺服系统

伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号，转换成机床移动部件的运

动。接收数控装置输出的各种信号，经过分配，放大、转换等功能，驱动各运动

部件，完成零件的切削加工。

1.2.4 位置检测反馈装置

位置检测、速度反馈装置根据要求不断测定运动部件的位置或速度，转换成

电信号传输到数控装置中，数控装置将接受的信号与目标信号进行相比较，运算，

对驱动系统不断进行补偿控制，保证运动部件的运动精度。

1.2.5 车床运动部件

机床的作用和通用机床相同，只是操作由数控系统去自动地完成全部工作，

由伺服器驱动伺服电动机带动部件运动，完成工件与刀具之间的相对运动。

1.3 数控机床的工作原理

数控车床工作大致分为下面四个步骤：

1）根据零件图要求的加工技术内容，进行数值计算、工艺处理和程序设计。

2）将数控程序按数控车床规定的程序格式编制出来，并以代码的形式完整

记录在存储介质上，通过输入（手工、计算机传输等）方式，将加工程序的内容

输送到数控装置。

3）由数控系统接收来的数控程序（NC 代码），NC 代码是由编程人员在 CAM

软件上生成或手工编制的，她是一个文本数据，表达比较直观，较容易地被编程

139

人员直接理解，但却无法为硬件直接使用。数控装置将 NC 代码“翻译”为机器

代码，机器代码是一种由 0 和 1 组成的二进制文件，再转换为控制 X、Z 等方向

运动的电脉冲信号，以及其它辅助处理信号，以脉冲信号的形式向数控装置的输

出端口发出，要求伺服系统进行执行。

4）根据 X、Z 等运动方向的电脉冲信号由伺服系统处理并驱动机床的运动

机构（主轴电动机、进给电动机等）动作，使车床自动完成相应零件的加工。

2.2 讲解编程代码

G功能

字

SIEMENS系统 G 功能字 SIEMENS系统

G00 快速移动点定位 G65 ---

G01 直线插补 G70 英制

G02 顺时针圆弧插补 G71 米制

G03 逆时针圆弧插补 G72 ---

G04 暂停 G73 ---

G05 通过中间点圆弧

插补

G74 回零点

G17 XY平面选择 G75 ---

G18 ZX平面选择 G76 ---

G19 YZ平面选择 G80 撤销固定循环

G32 --- G81 固定循环

G33 恒螺距螺纹切削 G90 绝对尺寸

G40 刀具补偿注销 G91 增量尺寸

G41 刀具补偿——左 G92 主轴转速极限

G42 刀具补偿——右 G94 直线进给率

G43 --- G95 旋转进给率

G44 --- G96 设定恒线速度

G49 --- G97 注销 G96

G50 --- G98 ---

G54～

G59

零点偏置 G99 ---

常用的 M代码

M功能字 含 义 模态

M00 程序停止 非模态

M01 计划停止 非模态

M02 程序停止 非模态

M03 主轴顺时针旋

转

模态

M04 主轴逆时针旋

转

模态

M05 主轴旋转停止 模态

140

M06 换刀 非模态

M07 2号冷却液开 模态

M08 1号冷却液开 模态

M09 冷却液关 模态

M30 程序停止并返

回开始处

非模态

M98 调用子程序 非模态

M99 返回子程序 非模态

2.2.1 T指令

1）用 T指令直接换刀。

2）仅用 T指令预选刀具，用 M6指令换刀。

2.2.2 刀具补偿号 D

1）一把刀可以有 1~9个刀具补偿号（用于多个切削刃）。

2）如果刀号后没有带 D指令，则 D1 自动生效。

程序中刀具 T1D1，表示换 1号刀，1号刀补。

2.2.3 主轴功能 S

主轴旋转方向和转速 S。

M03——主轴正转；

M04——主轴反转；

M05——主轴停转。

主轴转速跟在地址 S后，单位 r/min。

如 M03 S1000，表示主轴以 1000转/分钟正转。

2.3 设计过程中刀具的合理使用

本节课设计所用刀具为外圆车刀、切断刀，讲解刀具的构造及用法。

2.4 思考题

1、数控机床的组成是有机械部分、伺服系统和（ A ）。

A、数控系统 B、测量反馈装置 C、控制面板

2、世界上第一台数控机床是（ C ）年在美国研制成功的。

A、1942 B、1947 C、1952

3、数控机床发展的四个阶段是电子管、晶体管、集成电路、计算机数控。（√ ）

4、数控机床与传统机床相比较有劳动强度高、生产效率高、自动化程度高、

141

尺寸一致性低“三高一低”的特点。（ × ）

5、数控机床在对刀时应该先对 X轴、后对 Z轴。（ × ）

142

数控车实训模块二：数控车床操作加工

I 课题纲要

一、教学内容

1、操作、熟悉操作面板。

2、对刀，加工，测量，通过机床的运动了解各种代码的现实意义。

二、目的

1、使学生熟悉基本面板操作。

2、学生通过操作机床，对所学指令知识进一步消化理解。

3、学会测量与对刀。

三、要求

1、能够理解常用指令代码含义。

2、能够应用机床现有程序完成简单零件加工。

四、时间

示讲示演 45分钟

学生分组编程、上机操作 210分钟

五、教具

1、编程计算机

2、外圆车刀

3、Ф40铝棒

4 0~150mm 游标卡尺

5、数控车床

II 教学进程

一、示范讲解

1操作、熟悉操作面板。

2对刀，加工，测量，通过机床的运动了解各种代码的现实意义。

143

Ⅲ 讲稿

2.1 SIEMENS 802D 标准车床面板操作

2.1.1 面板简介

SIEMENS 802D 面板介绍

按 钮 名 称 功 能 简 介

紧急停止 按下急停按钮，使机床移动立即停止，并

且所有的输出如主轴的转动等都会关闭

点动距离选

择按钮

在单步或手轮方式下,用于选择移动距离

手动方式 手动方式，连续移动

回零方式 机床回零；机床必须首先执行回零操作，

然后才可以运行

自动方式 进入自动加工模式。

单段 当此按钮被按下时，运行程序时每次执行

一条数控指令。

144

手动数据输

入（MDA）

单程序段执行模式

主轴正转 按下此按钮，主轴开始正转

主轴停止 按下此按钮，主轴停止转动

主轴反转 按下此按钮，主轴开始反转

快速按钮 在手动方式下，按下此按钮后，再按下移

动按钮则可以快速移动机床

移动按钮

复位 按下此键，复位 CNC系统，包括取消报警、

主轴故障复位、中途退出自动操作循环和输

入、输出过程等。

循环保持 程序运行暂停，在程序运行过程中，按下

此按钮运行暂停。按 恢复运行

运行开始 程序运行开始

主轴倍率修

调

将光标移至此旋钮上后,通过点击鼠标的

左键或右键来调节主轴倍率。

进给倍率修

调

调节数控程序自动运行时的进给速度倍

率，调节范围为 0~120%。置光标于旋钮上，

点击鼠标左键，旋钮逆时针转动，点击鼠标

右键，旋钮顺时针转动。

报警应答键

通道转换键

145

信息键

上档键 对键上的两种功能进行转换。用了上档

键，当按下字符键时，该键上行的字符（除

了光标键）就被输出。

空格键

删除键（退格

键）

自右向左删除字符

删除键 自左向右删除字符

取消键

制表键

回车/输入键 （1）接受一个编辑值。（2）打开、关闭

一个文件目录。（3）打开文件

翻页键

加工操作区

域键

按此键，进入机床操作区域

程序操作区

域键

参数操作区

域键

按此键，进入参数操作区域

程序管理操

作区域键

按此键，进入程序管理操作区域

报警/系统操

作区域键

选择转换键 一般用于单选、多选框

2.1.2机床准备

a 激活机床

146

检查急停按钮是否松开，若未松开，将急停按钮松开

b 机床回参考点

1）进入回参考点模式

系统启动之后，机床将自动处于“回参考点”模式

在其他模式下，依次点击按钮 和 进入“回参考点”模式

2）回参考点操作步骤

X轴回参考点

点击按钮 ，X轴将回到参考点，回到参考点之后，X轴的回零灯将从

变为 ；

Z轴回参考点

点击按钮 ，Z轴将回到参考点，回到参考点之后，Z轴的回零灯将从

变为 ；

回参考点前 CRT 界面图 机床回参考点后 CRT界面图

2.2 对刀

2.2.1用测量工件方式对刀

此方式对刀是用所选的刀具试切零件的外圆和端面，经过测量和计算得到零

件端面中心点的坐标值。具体操作过程如下：

1）点击操作面板中 按钮，切换到手动状态，适当点击 ，

按钮，使刀具移动到可切削零件的大致位置；

2）点击操作面板上 或 按钮，控制主轴的转动；

3）点击软键 ，进入“工件测量”对话框，如下图：

147

4）点击 选择存储工件坐标原点的位置

5）点击 按钮，用所选刀具试切工件外圆如图 8.1，点击 按钮，将刀

具退至工件外部，点击操作面板上的 ，使主轴停止转动；

6）测量值填入到“距离”对应的文本框中，并按下 键；

7）点击软键 ，即可得到工件坐标原点的 X分量在机床坐标系中的坐

标；

8）点击软键 ，继续测量工件坐标原点的 Z分量；

9）点击 按钮，将刀具移动到如图 8.2的位置，点击操作面板上 或

按钮，控制主轴的转动；

10）点击 按钮试切工件端面，如图 8.3所示，然后点击 将刀具退出

到工件外部；点击操作面板上的 ，使主轴停止转动；

11）在“距离”文本框中填入“0”，并按下 键；

12）点击软键 ，即可得到工件坐标原点的 Z分量在机床坐标系中的坐

标。

至此，使用测量工件方式对刀的操作已经完成。

图 8.1 图 8.2 图 8.3

2.2.3.学生操作重点

1）装夹动作标准到位

148

2）能够较为准确的对刀设定刀具参数，指出加工过程中显示器各加工代码

含义。

3）加工印章毛坯零件

2.2.4.思考题

1）G指令是使控制器和机床按工艺要求顺序动作的编程代码，M指令是使控

制器，进行下去加工的编程代码。（ × ）

2） 绝对编程和增量编程不可在同一程序中混合使用。（ × ）

3） ( C )是逆时针圆弧加工指令。

A、G01 B、G02 C、G03

4）数控机床的条件信息指示灯 EMERGENCY STOP 亮时，说明( A )。

A、按下急停按扭 B、主轴可以运转 C、回参考点

5)西门子系统中，( B )指令是主程序结束指令。

A、M02 B、M30 C、M03

149

数控车实训模块三：CYCLE95 外轮廓固定循环程序

I 课题纲要

一、教学内容

1、讲解 CYCLE95 外轮廓固定循环程序的相应参数。

2、实例讲解 CYCLE95中，外轮廓固定循环参数的使用方法

3、导入精加工程序，以小组为单位，调试廓加工程序。

4、模拟加工，分析错误。

二、目的

1、使学生熟外轮廓加工指令的功能以及个参数使用方法

2、学生通过具体操作，熟悉在线调试程序方法。

三、要求

1、能够理解 CYCLE95外轮廓固定循环程序的相应参数含义。

2、能够在线调试程序。

四、时间

1、示讲示演 45分钟

2、学生分组进行创新设计编程、上机操作 210分钟

五、教具

1、编程计算机

2、外圆车刀、切断刀

3、Ф40铝棒

4、 0~150mm 游标卡尺

5、数控车床

II 教学进程

一、示范讲解

1、讲解 CYCLE95 外轮廓固定循环程序的相应参数。

2、实例讲解 CYCLE95中，外轮廓固定循环参数的使用方法

3、导入精加工程序，以小组为单位，调试廓加工程序。

4、模拟加工，分析错误。

150

Ⅲ 讲稿

3.1 讲解外轮廓编程指令

3.1.1 cycle95模块的功能

用于轮廓加工

cycle95 指令中，外轮廓加工各参数的含义

编程格式：CYCLE95 (NPP, MID, FALZ, FALX, FAL, FFI, FF2, FF3, VARI, DT,

DAM, _VRT)其中各参数的含义如下表

CYCLE95 参数

参数 数值类型 参数说明

NPP 字符串 轮廓子程序名称

MID 实数 给深度（输入时不带正负号）

FALZ 实数 纵向轴上的精加工余量（输入时不带正负号）

FALX 实数 横向轴上的精加工余量（输入时不带正负号）

FAL 实数 轮廓相适应的精加工余量（输入时不带正负号）

FF1 实数 无底切粗加工的进给率

FF2 实数 深入底切段时的进给率（进入凹槽时的进给率）

FF3 实数 精加工进给率

VARI 实数 加工方式，其值域：1～12

DT 实数 于在粗加工时进行断屑的停留时间

DAM 实数 行程长度，在该长度后，每个粗加工切削都将中断

以进行断屑

_VRT 实数 粗加工时由轮廓退刀的行程，增量（输入时不带正

负号）

加工方式与切削动作方式

数值

（VARI） 纵向/横向 外部/内部 粗加工/精加工/综合加工

1 纵向 外部 精加工

2 横向 外部 精加工

151

3 纵向 内部 精加工

4 横向 内部 精加工

5 纵向 外部 粗加工

6 横向 外部 粗加工

7 纵向 内部 粗加工

8 横向 内部 粗加工

9 纵向 外部 综合加工

10 横向 外部 综合加工

11 纵向 内部 综合加工

12 横向 内部 综合加工

3.1.2 说明：

①纵向与横向。

纵向加工：指沿 X轴方向切深进给，而沿 Z轴方向切削进给的一种加工方式。

橫向加工：指沿 Z轴方向切深进给，而沿 X轴方向切削进给的一种加工方式。

②外部和内部加工。

纵向加工方式中的内部和外部加工：当毛坯切削循环刀具的切深方向为-X

向时，则该加工方式为纵向外部加工方式(VARI = 1/5/9);反之，当毛坯切削循

环刀具的切深方向为+X 向时，则该加工方式为纵向内部加工方式(VARI =

3/7/11)。

横向加工方式中的内部和外部加工：当毛坯切削循环刀具的切深方向为-Z

向时，则该加工方式为橫向外部加工方式(VARI = 2/6/10);反之，当毛坯切削循

环刀具的切深方向为+Z 向时，则该加工方式为横向内部加工方式(VARI =

4/8/12)。

③粗加工、精加工和综合加工。

粗加工：指采用分层切削的方式切除余量的一种加工方式，粗加工完成后保

留精加工余量。

精加工：指刀具沿轮廓轨迹一次性进行加工的一种加工方式，精加工时系统

将自动启刀具圆弧半径补偿功能。

综合加工：指粗加工和精加工的合成。执行综合加工时，先进行粗加工，再

152

进进行精加工。

3.2 调试程序

根据本节课讲的内容，导入第一节设计的精加工轨迹程序，把完整程序传入

西门子 802D系统，调试并模拟加工。

编程实例

程序段

号 程序 程序说明

SC01.MPF 程序名

N10 T01D1 设置粗加工前的准备参

数 N20 S1200 M03

N30 G54 G94 G90 M07

N40 G00 X65 Z5 刀具快速移到循环点

N50 CYCLE95(“AA：BB”，2，0.2，0.1，

0，120，80，60，9，0，0，0.5) 外轮廓粗、精切循环

N60 G00 X150 Z200 回参考点

N70 M05 M09 主轴停转、冷却液关

N80 M30 程序结束

N90 AA： 轮廓起点标识

N100 G01X20

外轮廓精加工程序

N110 Z0

N120 X24 Z-2

N130 Z-20

N140 X30

153

N150 X40 Z-50

N160 X49

N170 X50 Z-50.5

N180 Z-72

N190 X60

N200 BB： 轮廓终点标识

3.3 机床操作示范

1)演示程序传输、调用。

2)程序模拟加工讲解

3.4 分组调试程序

3.5 思考题

1)机床在什么状态下可以进行程序的传输。（ B ）

A、Program B、Program Manager C、Position

2)CYCLE95 中的 VARI是什么含义。（ C ）

A、轮廓子程序 B、进到深度 C、加工类型

3）CYCLE95 中下面那个参数是精加工余量。（ C ）

A、FF1 B、FF2 C、FF3

4）轮廓切削循环 CYCLE95只能进行外轮廓的加工，不能进行内轮廓的加工。

（ × ）

5）CYCLE95 中的 MID进给深度是半径值。（√ ）

154

数控车实训模块四：零件加工

I 课题纲要

一、教学内容

1、讲解加工注意事项

2、讲解在线测量、误差分析，修正与补偿方法。

二、目的

1、使学生熟练操作机床

2、学生掌握工件的测量与误差修正。

三、要求

1、能够独立操作机床。

2、能够应用量具准确测量工件。

四、时间

1、示讲示演 45分钟

2、学生分组进行创新设计编程、上机操作 210分钟

五、教具

1、编程计算机

2、外圆车刀、镗刀、切断刀、中心钻、中心钻夹头

3、Ф40铝棒

4、 0~150mm 游标卡尺

5、数控车床

II 教学进程

一、示范讲解

1、讲解加工注意事项

2、讲解在线测量、误差分析，修正与补偿方法。

155

Ⅲ 讲稿

4.1 讲解加工注意事项

4.1.1、工作前

a．查验“交接班记录”。

b．检查操纵手柄、开关、旋钮是否在正确的位置，操纵是否灵活，安全装

置是否齐全、可靠。

c．接通电源前，应注意电源电压，超出规定电压范围不允许合上开关。空

车低速运转 2?/FONT>3 分钟，观察运转状况是否正常，如有异常应停机检查。

d．观察油标指示，检查油量是否合适，油路是否畅通，在规定部位加足润

滑油、冷却液。

e．确认润滑、电气、机械各部位运转正常后方可开始工作。

4.1.2工作中

a．严禁超性能使用。

b．禁止在机床的导轨表面、油漆表面放置物品。

c．严禁在导轨面上敲打、校直和修整工件。

d．对新的工件在输入加工程序后，必须先用“试运行键”检查程序编制的

正确性，再用“单程序段操作键”检查程序运行情况，此时手指放在停止按钮上，

随时准备做停止操作。未经试验的程序，不允许进行自动循环操作，以防止机床

发生故障。

e．在程序自动循环运行时，操作者应集中思想，密切监视运行情况，严禁

离开工作岗位。

f．在运行中发生报警和其它意外故障时，应使用暂停键终止运行，再做相

应的操作处理，应尽量避免使用紧急停止按钮。

g．刀架在轴向位移时，严禁切断电源，避免零件损坏。

h．经常检查机床精度和观测刀具磨损情况，以便及时进行刀具的尺寸补偿和更

换。

i．严禁任意开启电气柜、数控装置盖板。

4.1.3工作后

a．必须将各操纵手柄、开关、旋钮置于“停机”位置，并切断电源。

156

b．进行日常维护保养。

c．填写“交接班记录”，做好交接班工作。

4.2 讲解在线测量、误差分析，修正与补偿方法

4.2.1数控车床试车程序（粗加工）

4.2.2粗加工后测量。

4.2.3根据实际尺寸修正误差

在刀具磨损位置输入修正数据

157

4.2.4精加工

4.3 机床操作示范

1）演示程序传输、调用。

2）在机床的运动过程中，讲解分层加工要点。

3）演示误差补偿调节

4）分组加工创新设计零件

点评加工零件

4.4 思考题

1）切槽刀的刀宽与切槽的宽度没有关系。（√ ）

2）CYCLE95 中没有表示精加工次数的参数。（× ）

3）刀具磨损补偿应输入到系统( C )中去。

A、程序 B、坐标系 C、刀具参数

4）西门子系统中，M09指令是( C )指令。

A、夹盘松 B、切削液开 C、切削液关

5）数控机床回零时，要( B )。

A、X，Z同时 B、先 X，后 Z C、先 Z，后 X

158

数控车实训模块五：综合训练

I 课题纲要

一、教学内容

1、螺纹结构、功能概述。螺纹加工固定循环 CYCLE97指令参数讲解

2、绘制图纸设计综合结构零件

3、设计过程中刀具的合理使用

4、以小组为单位调试、加工程序

二、目的

1、使学生熟悉螺纹加工指令的功能以及个参数使用方法

2、完成综合零件编程。

三、要求

1、能够理解 CYCLE97含义。

2、能够完成简单综合零件加工。

四、时间

1、示讲示演 45分钟

2、学生分组进行创新设计编程、上机操作 210分钟

五、教具

1、编程计算机

2、外圆车刀、螺纹、切断刀

3、Ф40铝棒

4、0~150mm 游标卡尺

5、数控车床

II 教学进程

一、示范讲解

1、螺纹加工固定循环 CYCLE97指令参数讲解

2、绘制图纸设计综合结构零件

3、设计过程中刀具的合理使用

4、以小组为单位调试、加工程序

159

Ⅲ 讲稿

5.1 讲解螺纹编程指令

5.1.1cycle97 指令中，螺纹加工各参数的含义

编程格式：

CYCLE97(PIT,MPIT,SPL,FPL,DM1,DM2,APP,ROP,TDEP,FAL,IANG,NSP,NRC,NID,VA

RI,NUMT)

几何参数：8 个

PIT ------ 螺距（导程） MPIT---- 公称直径（螺纹大径）

SPL ------ 螺纹 Z 向起点 FPL ------ 螺纹 Z 向终点

DM1 ------ 螺纹起始点直径 DM2 ------ 螺纹终止点直径

TDEP ------ 螺纹深度 NUMT----- 螺纹线数

工艺参数：8 个

APP ------ 空刀导入量 ROP ------ 空刀退出量

FAL ------ 精加工余量 IANG ------ 切入进给角

NSP ------ 螺纹起始角偏移 NRC ------ 粗加工次数

NID ------ 停顿次数（精加工次数） VARI ------ 加工类型

利用循环指令可以以纵向和横向加工方式，以恒定的螺距加工圆柱形和锥形

的外部内部螺纹。螺纹可以是单头的，也可以是多头的。如果是多头的螺纹，则

各个螺纹导程依次加工。进刀位移自动进行，可以在各种方式之间选择每次进刀

均以恒定进给，或者用恒定的切削断面。右旋螺纹或左旋螺纹可通过在循环调用

之前所编入的主轴旋转方向来确定。

5.1.2编程实例

如上图所示，加工 M30×2-6 h 的圆柱螺纹。编程原点如上图所示，由图可

知螺距为 2mm, 升速导入量§1=5mm 和减速退刀量§2=2mm。根据普通三角螺纹的

160

标准和螺纹的加工工艺可以确定螺纹的基本尺寸。

螺纹大径尺寸为Φ30 mm，牙深为 1.299 mm﹙半径值﹚西门子 802D 系统

CYCLE97编制的加工程序如下：

……

G00 X30. Z5. （刀具定位到螺纹循环起点）

CYCLE97( 2, 0, -5, 18.45, 30,30,5, 2, 1.3, 0.02, 30, 0,7, 3, 3, 1)

G00 X150. Z150. （刀具回到换刀点）

5.1.3 绘制图纸设计综合结构零件

根据本节课所学内容设计一外螺纹综合体，注意空刀推出量与轴肩之间的关系。

5.2 设计过程中刀具的合理使用

本节课设计所用刀具为三角螺纹车刀、外圆车刀、切断刀。

5.3 以小组为单位调试、加工零件

1）演示程序传输、调用。

2）在机床的运动过程中，讲解螺纹加工要点

3）误差补偿调节

5.4 分组加工创新设计零件

5.5 思考题

1）螺纹加工时，使用( C )循环指令可简化编程。

A、CYCLE93 B、CYCLE95 C、CYCLE97

2）螺纹循环指令 CYCLE97 一共有十六个参数工艺参数和几何参数各几个。

（ B ）

A、工艺 6个、几何 10个 B、工艺 8个、几何 8个 C、工艺 10个、几何 6个

3）螺纹循环指令 CYCLE97 可以加工的螺纹种类很全面除了不能加工链螺纹。

（√ ）

4）螺纹循环指令 CYCLE97中 PIT和 MPIT 可以同时设定。（× ）

5）螺纹循环指令 CYCLE97 中 IANG 设定为 30 度是表示此次被加工的螺纹为普

通三角螺纹。（√ ）

161

教案九 雕铣机实训

雕铣机实训模块一：雕铣机床技术

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、独立进行雕铣机操作。

2、应用 MasterCAM 软件绘制二维图形并设计图形。

二、要求

1、初步掌握立式雕铣机床操作面板指令。

2、掌握 MasterCAM 软件绘图软件。

三、时间安排

1、概述 10分钟

2、操作面板示范讲解 10分钟

3、MasterCAM 软件讲解 20分钟

4、学生上机熟悉立式雕铣机操作面板，及 MasterCAM软件绘图并设计图形。

（分组同时进行） 140分钟

四、教学设备

1、SKDX5060A 雕铣机一台

2、Φ8端铣刀一把

3、毛坯若干个

162

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、雕铣机机床概述

2、MasterCAM 软件概述

二、示范操作

1、立式雕铣机床操作面板示范讲解

2、MasterCAM 软件应用

三、独立操作

1、学生上机熟悉立式雕铣机操作

2、MasterCAM 软件绘图指令的应用

163

Ⅲ 讲稿

1.1 雕铣机床概述

1.1.1 雕铣机床特点

CNC 电脑雕刻机最近几年在国内有较大的发展，在国外很早就有雕铣机的名

词。雕是铣的一部分，传统的数控铣床、CNC加工中心功率大，加工效率高，机

床稳定性好，但加工铜、铝等软质材料时存在着加工表面粗糙度高、加工效率不

高等缺点，而高速 CNC加工中心虽然可以克服以上的缺点，但价格昂贵，一般的

厂家难以接受。和传统的 CNC数控设备相比，CNC电脑雕刻机有着转速高、加工

软质材料效率高、表面粗糙度较低和性价比高等优点。

数控雕刻机非移动部分刚性要求要好，同时移动部分刚性在以灵活为前提下

尽可能轻一些，同时保持一定的刚性。可进行比较细小的加工，加工精度高。对

于软金属可进行高速加工。但是缺点是由于刚性差所以不能进行重切削。

主要应用于文字标牌面板、印刷滚筒、压纹压花滚筒、铸币模具、轮胎模具

和鞋模模具的加工发展到对石墨电极进行加工，并向高精度、高速度和高自动化

方向发展。数控雕刻机还融入了新的加工技术——激光加工、超声振动加工，倍

受模具制造业的关注。

北京精雕科技有限公司，主轴转速 24000r/min

洛克机电系统工程有限公司 上海 啄木鸟雕刻机， 24000 r/min

台湾全量工业股份有限公司 CL系列高速数控雕刻机，50000 r/min

意大利 ventuke公司 BLACKSTONE五轴联动数控雕铣机 60000 r/min 刀库容

量 7把，带有可倾斜±90°和旋转 360°的工作台，可实现五轴加工。

1.1.2 雕铣机机床的组成部分

1）主轴箱 包括主轴箱和住传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转

2）进给伺服系统 由进给电动机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给

速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

3）控制系统 雕铣机床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加

工。

4）辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护装置。

5）机床基础件 包括底座、立柱、横梁等，是机床的基础和框架。

1.1.3 雕铣机机床的分类

164

雕铣机床按主轴布置位置形式可分为立式雕铣机、卧式雕铣机、龙门式雕铣

机。

1.2 立式雕铣机床操作面板讲解

机床操作流程图如图 9-1所示

图 9-1 机床规范操作流程图

机床工作：伺服系统打开，数控系统处于就绪状态。

机床锁住：伺服系统关闭，数控系统处于等待状态。

超程指示：机床的某一轴运行到极限位置时，行程开关被压下，按黄色小灯

点亮，机床停止运动，此时需反向手动运行机床，解除超程报警。

紧急停止：该红色按钮时数控机床救急和保护的特别装置，当系统在运行过

程中由于错误操作或其他故障而陷入系统报警或失控状态如飞车，不安程序代码

规定的轨迹路线运动时，按下该旋转按钮，机床系统处于等待状态，这是机床所

有机械的运动立刻停止。

F1自动方式：在自动方式界面中显示主要分为：程序路径显示区；动态轨

迹图形显示区；加工程序 G代码显示区；功能选项区；辅助信息；数据信息显示

区。

F2手轮方式：用鼠标点击主菜单上的 F2手轮方式或按键盘上控制键 F2，即

可进入手轮方式。点击 1手轮打开，界面右上角第一个文本框变绿色后，方可进

行手轮操作，否则无效。第二个文本框指明将要运动的轴。6坐标参数：供用户

输入 G54、G55、G56、G57、G58、G58、G59 的坐标值。

F3手动方式：5 X（主轴 X/Y/Z/A/B/C）用于手动操作时运动轴的选择和转

换。7 +：用于显示所选定的运动轴的正方向移动。8 -：用于显示所选定的坐标

机床上电 打开钥匙开关 进入 SKY 控制系统 打开“紧急停止按钮”

按“机床工作”

操作机床运行

停止机床运行

按“机床锁住” 按“紧急停止” 退出控制系统 关闭计算机

关闭钥匙开关

机床断电

165

轴的负方向移动。注意 7 +和 8 -子功能只能通过键盘进行操作，鼠标点击无效。

F4反参方式：机床原点，用于使机床各坐标轴回到机床原点。选中此功能，

再按运行键 F6,机床各坐标轴将按 Z→Y→X正方向返回到机床原点。

1.3.MasterCAM 软件绘图指令讲解

直线、圆弧、曲线、修剪、转换、椭圆、多边形、文字等指令的讲解。

1.3.1 直线命令

在菜单中选择“绘图” →“绘制任意线”命令，或单击常用工具

栏中的下拉按钮，可以看到图 9-2所示的绘制直线的二级子菜单。通

过该对话框可以创建多种类型的直线。

图 9-2 绘制直线命令

直线的两个端点可在绘图区中捕捉“点”图素，或者在键盘上直接输入坐标

第一点坐标（10,10）,第二点坐标（50,60）。绘制直线后，单击状态工具栏的

编辑点的起点和中点的位置。单击 在其后

的文本框中输入相应的数值，可指定长度和角度绘制直线。

任意线 连续线 垂直线 水平线

图 9-3 绘制任意线示例

单击连续线指令 可以连续绘制任意线，按回车按钮结束操作，或者

按“Esc”键。单击 按钮，创建一条水平线，旁边文本框输入 Y 值即可。单击键

创建一条垂直线，旁边文本框输入 X值即可，如图 9-3所示。

1.3.2 圆弧命令

166

圆弧命令在菜单中选择“绘图”→“圆弧”命令，或单击常用工具栏

中的下拉按钮，将进入“绘圆/圆弧”菜单，如图 9-4所示。

图 9-4 绘圆/圆弧菜单

1) 圆心+点

选择“绘图”→“圆弧”→“圆心+点”命令，在图形区中首先确定圆心位

置，在状态工具栏上 输入半径或者是直径，或者在绘图区

内用鼠标确定圆的半径即可。

2) 三点画圆

此命令利用不在同一直线上的三个点创建一个圆。选择“绘图”→“圆弧”

→“三点画圆”命令，在绘图区内确定圆周上的三个点即可。

3)极坐标圆弧

①选择“绘图”→“圆弧”→ 点击“极坐标圆 指令，

系统弹出如图 9-5 极坐标圆弧状态工具栏，根据系统提示确定圆弧的中心点，依

次输入圆弧半径或者直径，输入圆弧的起始角度和终止角度，按回车键。

图 9-5 极坐标圆弧状态工具栏

②选择“绘图”→“圆弧”→点击 指令，系统弹出

如图 9-6 极坐标圆弧状态工具栏，按照系统提示，输入起点→输入半径，起始点

角度和终点角度。

图 9-6 极坐标圆弧状态工具栏

4) 动态切狐 创建一个圆弧，它与指定的图素相切于任意位置，角度小于或

167

等于 180°，由鼠标拖曳创建一个圆弧。

①选择菜单项“绘图” →“圆弧” →“切狐”命令，在带状工具栏上选择

方式。

②根据系统提示，选择一个相切的图素，一个临时箭头显示在被选取的图素

上，并随着鼠标的移动而移动，移动箭头到要相切的位置。

图 9-7 动态切狐示例

③在任意位置单击鼠标左键确定，一个动态的圆弧出现，一端在切点上，移

动鼠标确定另一端点的位置，图素始终保持相切状态。结果如图 9-7 所示。

1.3.3 手动画曲线

①选择菜单项“绘图” →“曲线” →“手动画曲线”命令，或单击常用工

具栏中的下拉选项中的按钮，进入手动绘制样条曲线状态。

②在绘图区依次捕捉现有的点，或通过点输入方式确定样条曲线上的点，按

回车键或带状工具栏上 的按钮，如图 9-8所示。

a) 绘图过程 b)绘图结果

图 9-8 创建手动样条曲线

1.3.4 修改曲线

选择菜单栏中的“编辑”→“更改曲线”命令，在绘图区中选择曲线，并单

击曲线上的控制点，将它移到合适的位置即可，可连续选择其他的控制点进行曲

1.指定第一点

2.指定第二点

3.指定第三点

4.指定第四点

5.指定第五点

168

线形状的调整，最后按回车键确认。实例如图 9-9 所示。

原曲线 改变曲线控制点 改变后的曲线形状

图 9-9 曲线命令

1.3.5 修剪/打断

修剪、打断命令可以对图形进行修剪或打断处理，根据图形需要进行修剪或

打断设置。选择菜单“编辑”→“修剪/打断”，或单击常用工具栏

中的下拉按钮，显示如图 9-10 所示。

图 9-10“修剪/打断”菜单

选择“修剪/打断/延伸”菜单后，将出现 9-11 所示的工具栏。

修剪至点 延伸长度（+/-）

分割物体

修剪三物体

修剪二物体

修剪一物体

图 9-11 修剪/打断/延伸工具状态栏

169

1) 修剪一物体：选择要裁

剪的对象（在需要保留的部分

单击鼠标），然后选择作为剪

刀的图素。

2) 修剪二物体：分别选

择两图素中需要保留的图素，

将量图素相交的另一侧图素

裁剪掉。

3) 修剪三物体：分别选择

三个图素中需要保留的图素

（注意选择的顺序），其余部

分裁剪掉。

4)分割物体：任意裁剪，

只要所选的图素部分遇到边

界，就从边界处被裁剪掉。

5)修剪至点：选择被修剪

的图素，选择点确定边界，对

图素进行裁剪,实例如图 9-12

所示。

分割图素

6) 打断→“两点打断”：选择需

要被打断的图素→指定打断位

置，被选中的图素就被打成两

段。

修剪至点

图 9-12

1.3.6 转换

1) 镜像：选择菜单项“换”→“镜像”命令，根据系统提示，选择需要镜

像操作的图素，按回车键系统弹出【镜像】对话框，如图 9-13 所示。选择【镜

像】

170

【

镜

像】

对

话框 图 9-13 复制方式的镜像实例

对话框中“选择线”的方式选择镜像轴，单击 即可。结果如图所示

⑵旋转：选择菜单项“转换”→“旋转”命令，根据系统提示，选择需要旋

转操作的图素，按回车键系统弹出【旋转】对话框，如图 9-14 所示。选择【选

装】

图【旋转】对话框

图 9-14 旋转示例

对话框中“定义旋转的中心或点”的在绘图区域内定义旋转的中心，输入相对应

的次数和角度，单击 即可。

⑶比例缩放：选择菜单项“转换”→“比例缩放”命令，根据系统提示，选

择需要缩放操作的图素，按回车键系统弹出【比例】对话框，如图 9-15 所示。

选择【比例】对话框中图标定义比例缩放参考点，输入比例因子，单击即可。图

原图形

旋转-45°

171

形区中显示比例缩放的结果如 9-16 图所示。

图 9-15【比例】对话框 图 9-16缩放示例

⑷拖曳：选择菜单项“转换”→单击 系统提示“选择要拖曳的

图素”，选择如图 9-17所示的“苏州大学”图素，单击“回车”键，系统弹出拖

曳的状态工具栏，如图所示 。选择拖曳状态工具栏中的“平移”、“复制”、“单

体”，根据系统提示“选取起点”单击鼠标左键确定移动的起点，移动鼠标移动

到所需的位置，按“回车”键。

单体 重复 移动 复制 阵列 平移 旋转

图 拖曳状态工具栏

a 原图形 b 平移复制效果图

图 9-17 拖曳平移实例

选择菜单项“转换”→单击 系统提示“选择要拖曳的图素”，

选择如图 所示的“苏州大学”图素，单击“回车”键，系统弹出拖曳的状态工

原图形 等比例放大 1.3 倍

172

具栏，如图 9-18 所示。选择拖曳状态工具栏中的“旋转”、“复制”、“单体”，根

据系统提示“选择旋转的起始点”单击鼠标左键确定旋转的起点为圆心，移动鼠

标移动到所需的位置，按“回车”键。

A原图形 b 旋转复制效果图

图 9-18 拖曳旋转实例

1.3.7 画椭圆

①选择菜单项“绘图” →“画椭圆”命令，系统弹出图 9-19所示的【椭圆

曲面】对话框。

②系统提示选取基准点位置，即确定椭圆的中心点，确定基准点后，系统提

示“输入 X 半轴和 Y 半轴的长度”。

③可直接在绘图区中直接捕捉点，或在【椭圆曲面】中设置椭圆的相关参数，

单击即可。

图 9-19 椭圆曲面对话框

1.3.8 画多边形

1) 选择菜单项“绘图” → “画多边形”命令，创建正

多边形。

173

2) 系统弹出 图 9-20 所示的对话框，在【多边形选项】对话框对

多边形的相关参数进行设置，单击即可。

图 9-20 多边形选项对话框

(基准点)：设置正多边形中心点的位置。

（边数）：设定正多边形的边数。

（半径）：设置正多边形内切圆。

： 以外接圆半径创建正多边形。

：以内切圆半径创建正多边形。

实例如图 9-21 所示

a 平面方式 b 角落方式

图 9-21 正多边形绘图实例

1.3.9 绘制文字

1) 选择菜单项“绘图” → “绘制文字”命令，系统

弹出【绘制文字】对话框，如图 9-22 所示。

2) 在【字型】或者【真实字型】，选择所需的字型，在【文字内容】

3) 在【文字对齐方式】中设置文字的对齐方式。

水平：在绘图区中确定起点后，文本处于水平方向。

174

图 9-22 绘制文字对话框

垂直：在绘图区中确定起点后，文本处于垂直方向。

圆弧顶部：在绘图区中确定圆弧的圆心位置后，按照半径的大小将文本放置

在圆弧顶部。

圆弧底部：在绘图区中确定圆弧的圆心位置后，按照半径的大小将文本放置

在圆弧底部。

4) 在【参数】中设置文字的高度和间距，对于圆弧对齐方式，需设置圆弧

半 径 的 大 小 ， 单 击 按钮。

5) 系统提示“输入文字起始点位置”， 对于圆弧对齐方式，“输入圆心坐标”，

在绘图区中指定一点作为起点或圆心坐标。文字效果如图 9-23 所示。

图 9-23 文字效果图

175

雕铣机实训模块二：雕铣机零件加工

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、学生掌握自动编程。

2、学生设计零件并加工。

二、要求

1、掌握 MasterCAM 软件自动编程的方法

2、掌握立式雕铣机零件加工操作步骤

三、时间安排

1、掌握 MasterCAM 软件自动编程的方法 20 分钟

2、掌握立式雕铣机零件加工操作步骤 10 分钟

3、设计零件的加工（学生轮流加工） 150 分钟

四、教学设备

1、SKDX5060A 雕铣机一台

2、Φ3中心钻一把

3、毛坯若干个

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、MasterCAM 软件自动编程讲解。

2、示例零件加工演示。

3、学生零件加工。

二、示范操作

示例零件加工演示。

三、独立操作

1、学生利用 MasterCAM软件进行编程。

2、要求学生根据要求设计零件，编程，试加工。

176

Ⅲ 讲稿

2.1 MasterCAM 软件自动编程的方法

Mastercam X4 的二维刀具路径操作

1） 单击 按钮，打开“头像”图形文件，如图 9-24 所示。

2）点击“视图”→“切换操作管理”系统弹出弹出如图 9-25所示【操作管

理】对话框。

图 9-24头像文件 图 9-25【操作管理】对话框

3）选择菜单项“机床类型”→“铣床” →“默认”，在“操作管理”对话

框会出现机床群组最小 1，如图 9-26所示，

4）选择菜单项“刀具路径” →“外形铣削” 系统弹出【输

入新 NC 名称】对话框，输入名称单击 按钮，系统弹出【串联选项】对

话框，如图 9-27 所示 。根据系统提示用窗选的方式，选取“头像文件”需要加

工的图素，系统提示 “输入搜寻点” ，

输入刀具的起始点加工位置，单击【串联选项】对话框中的 按钮。

177

图 9-26【操作管理】对话框 图 9-27【串联选项】对话框

5）系统弹出【2D刀具路径-外形参数】对话框，如图 9-28所示。

图 9-28【2D刀具路径-外形参数】对话框

6）选择【2D 刀具路径-外形参数】对话框中“刀具”这个选项，在“刀具

号码”下的空白区域点击鼠标右键，选择“创建新刀具”，如图 9-29所示。系统

弹出【定义刀具 – 机床群组最小】的对话框，选择“类型”→“中心钻”，系

统弹出【2D刀具路径-外形参数】对话框，设定中心钻的直径为Φ3mm，单击

按钮,如图 9-30 所示，设定图 9-29 中加工的刀具参数，【进给速率】为“800”，

【主轴转速】为“10000”，【下刀速率】为“100”，选择【快速提刀】。

178

图 9-29【2D刀具路径-外形参数】对话框

图 9-30设置刀具直径

179

7）在【2D 刀具路径-外形参数】对话框中左侧单击“切削参数”选项，设

置外形铣削参数，“补正类型”选择“关”如图 9-31 所示，“进、退刀参数”选

择为关闭，如图 9-32所示。

图 9-31设置切削参数

图 9-32设置“进/退刀参数”

8）在【2D 刀具路径-外形参数】对话框中左侧单击“共同参数”选项，设

置各参数，具体如图 9-33 所示，单击【2D 刀具路径-外形参数】单

180

击按钮。

①安全高度：指刀具加工前和加工完成后，设定的一个离开工件表面的 Z

轴安全高度，一般设置离开工件表面最高位置 20～50mm，采用“绝对坐标”。

②参考高度：指刀具每完成一次铣削时刀具回升的高度，一般设置离工件最

高位置 5～20m，采用“绝对坐标”。

③进给下刀位置：指刀具从安全高度或参考高度以 G00方式快速移动到的位

置，刀具就会在此位置以设定的进给率和 G01方式下刀，一般设定为离工件最高

位置 2～5mm。

④工件表面：指毛坯顶面在坐标系 Z 轴的坐标值。

⑤深度：最终加工深度。

图 9-33 设置共同参数 图 9-34【验证】对话框

9）实体仿真加工

①刀具路径建立成功后，单击如图 9-35 所示中的 按钮，验证已选择

的操作，系统弹出【验证】对话框如图 9-34 所示，单击按钮，系统弹出【验证

选项】对话框如图 9-36 所示，设定毛坯的大小、形状，单击按钮即可。

181

图 9-35【操作管理】对话框 图 9-36 【验证选项】对话框

②单击 按钮，将试图转为等角视图。

③单击如图 9-34 中的 按钮，最终显示实体仿真加工结果图如图 9-37

所示。检查无误后单击 按钮即可。

图 9-37 实体仿真加工

10）生成后处理程序

生成刀具路径且检查无误后，即可进行后处理操作。

①单击 按钮，系统弹出【后处理程式】对话框，如图 9-38 所示。单

击 按钮，系统弹出【另存为】对话框，选取一个保存位置，单击按钮，

生成 G 代码，如图 9-39 所示。

182

图 9-38【后处理程式】对话框

图 9-39 生成 G 代码程序

2.2 立式雕铣机零件加工操作步骤

F1 自动方式

设定工件坐标系

输入、编辑程序

零件加工

零件安装

1 加工控制

查找文件：寻找程序文件

确认

按两次 F 6 键启动程序，零件开始加工

183

教案十 数控铣实训

数控铣实训模块一：数控铣加工

Ⅰ 课题纲要

一、目的

1、掌握数控铣加工的特点。

2、会用数控铣进行零件加工。

二、要求

1、了解曲面类零件加工的特点。

2、了解斜面类零件加工的特点。

3、了解变斜角类零件加工的特点。

4、了解孔类零件加工的特点和加工孔类零件的刀具。

三、时间安排

1、平面类零件 15分钟

2、曲面类零件 10分钟

3、斜面类零件 5分钟

4、变斜角类零件 5分钟

5、孔类零件 5分钟

6、示例零件演示 30分钟

四、教学设备

1、立式铣床 XK5032机床一台

2、端铣刀

3、中心钻、麻花钻

4、毛坯

184

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、平面类零件加工概述。

2、曲面类零件的特点。

3、斜面类零件。

4、变斜角类零件。

5、孔类零件。

二、示范操作

示例零件演示。

三、独立操作

学生上机进行数控铣操作。

185

Ⅲ 讲稿

1.1 平面内零件

零件的被加工表面平行、垂直于水平面或被加工面与水平面的夹角为定角的

零件成为平面类零件。零件的被加工表面是平面图 10-1 所示，（b）零件上的 P

面或可以展开形成平面，图（a）零件上的 M 面和图（c）零件上的 N 面。

图 10-1 典型平面类零件

1）铣较大平面，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片

镶嵌式盘铣刀，如图 10-2 所示。

图 10-2 盘铣刀

2）铣小平面（如凸台、凹槽台阶面及平底型腔），斜面和二维零件轮廓及型

腔时，一般采用平底立铣刀，如图 10-3 所示。平底立铣刀主要用于侧铣和端铣

两种方式。侧铣方式主要应用于以直线为母线进行旋转、平移或其合成所形成的

一类型面（称为直纹面）的加工。可由立铣刀周边切削刃一次成型，加工效率高，

并可有效保证型腔质量。端铣方式主要应用于不适合侧铣加工的其他情况，它采

用一行一行的行切方式加工。在保证刀具不与型面干涉的前提下，尽可能使用平

底立铣刀底部贴近被加工表面进行加工，切削条件好，并可有效抑制切削行间的

残余高度，从而减少走刀次数。

186

图 10-3 平底立铣刀

1.2 曲面类零件

零件被加工表面为空间曲面的零件称为曲面类零件。曲面可以由公式曲面，

如抛物面、双曲面等，也可以是列表曲面，如图 10-4 所示。曲面加工在模具、

飞机、动力设备等众多制造部门中具有重要地位，一直是数控加工技术的主要研

究与应用对象。曲面加工可以在三坐标、四坐标或五坐标数控机床上完，其中三

坐标曲面加工应用最为普遍。

图 10-4 空间曲面零件

曲面类零件加工时，被加工表面与铣刀始终是点对点相接处，如图 10-5 所

示。三坐标曲面加工可以采用球头刀、平底立铣刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等，

其特征是加工过程中刀具轴向方向始终不变，平行于 Z 坐标轴。三坐标曲面加

工通过逐行加工走刀来完成（称为行切），通过刀具沿各切削行的运动，近似包

络出被加工曲面，如图 10-6 所示。两相邻切削行刀具轨迹或刀具接触点路径之

间的距离称为走刀行距，行距的大小是影响曲面加工质量和效率的重要因素。行

距过小将使加工时间成倍增加，同时还可导致零件程序的膨胀；行距过大则表面

残余高度增大，后续处理工作量加大，整体效率降低。因此，为了既满足加工精

度和表面粗糙度的要求，又要有较高的生产效率，应确定合适的加工方案以使在

187

满足残余高度要求的前提下使走刀行距尽可能大。

（a）球头刀斜侧点切削工件 （b）五坐标加工工件

图 10-5 球头刀加工曲面类零件

图 10-6 三坐标曲面加工原理

1.3 变斜类零件

零件被加工表面与水平面夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。这类零

件一般为飞机上的零部件，如飞机的大梁、桁架框等。以及与之相对应的检验夹

具和装配支架上的零件，如图 10-7 所示。

图 10-7 飞机上的变斜角梁缘条

变斜角零件不能展开为平面，在加工中被加工面与铣刀的圆周母线瞬间接

触。用五坐标数控铣床进行主轴摆角加工，也可用于三坐标数控铣床进行行切法

加工。

1）对曲率变化较小的变斜角面，用 x、y、z 和 A 四坐标联动的数控铣床加

188

工。如图 10- 8 所示为用立铣刀直线插补方式加工的情况。

图 10-8 四座标数控铣床加工变斜角零件 图 10-9 五座标数控铣床加工变斜角零件

2）对曲率变化较大的变斜面，用 x、y、z 和 A、B 五坐标联动的数控铣床

加工，如图 10-9 所示。也可以用鼓形刀采用三坐标方式铣削加工，所留刀痕由

钳工修锉抛光去除，如图 10-10 所示。

图 10-10 用鼓形铣刀分层铣削变斜角面

1.4 孔类零件

孔类零件上都有多组不同类型的孔，一般有通孔、盲孔、螺纹孔、台阶孔、

深孔等。孔的位置要求较高的零件，如圆周分布孔，行列均匀分布孔等，其加工

方法一般为钻孔、扩孔、铰孔、镗孔以及攻螺纹等。使用麻花钻、铰刀、镗刀等

进行加工孔类零件。

1.5 示例零件

加工如图 10-11 的零件图。刀具选用Φ12 键槽铣刀。

189

图 10-11 数控铣零件图

工艺分析

由零件图知：该零件需加工深为 5mm 的外轮廓、Ф30的内圆槽,工序按照先

面后孔，先粗后精的原则， 编程和加工原点为工件中心、工件上表面为 Z0点。

工序号 工步内容 刀具规格 主轴转速

(r/min)

进给速度

(mm/min)

1 粗加工外轮廓

和Φ30孔

Φ12

键槽铣刀 600 150

2 精加工外轮廓

和Φ30孔

Φ12

键槽铣刀 3000 200

N010 G90 G54 G00 X-35 Y21.5 M03 S600;

N020 Z50;

N030 Z3;

N040 G01 Z-5 F80;

N050 G01 G41 X-20 Y21.5 D01 F150;

N060 G01 X12.5 Y21.5;

N070 G01 X25 Y0;

N080 G01 X12.5 Y-21.5;

N090 G01 X-12.5 Y-21.5;

190

N100 G01 X-25 Y0;

N110 G01 X-12.5Y21.5;

N120 G01 G40 X-12.5 Y30;

N130 G00 Z50;

N140 X0 Y0;

N150 Z3;

N160 G01 Z-5 F80;

N170 G01 G41 X15 Y0 D01 F120;

N180 G03 X15 Y0 I-15 J0;

N190 G01 G40 X0 Y0;

N200 G00 Z50;

N210 M05;

N220 M30;

191

教案十一 加工中心实训

加工中心实训模块一 立式、卧式加工中心技术

Ⅰ 课题纲要

一、内容

⒈ 立式、卧式加工中心概述

⒉ 立式加工中心机床操作面板讲解

⒊ 立式加工中心手工编程，并完成零件的操作

⒋ 学生立式加工中心机床操作面板，及简单零件的编程

二、目的和要求

⒈ 了解立式、卧式加工中心在机械加工中的应用范围、机床分类、机床结构

⒉ 初步掌握立式加工中心机床操作面板常用指令，以及工件坐标系的设定

⒊ 初步掌握立式加工中心手工编程的常用指令及编程方法

三、时间

⒈ 立式、卧式加工中心概述 5分钟

⒉ 立式加工中心机床操作面板讲解 10分钟

⒊ 立式加工中心手工编程，并完成零件的操作 25分钟

⒋ 学生熟悉机床面板、工件坐标的设定、简单零件的编程以及部分学生设

计零件 120分钟~150分钟

（40 人次，分 4 人一组共 10 组，每组练习 15 分钟。25 人次，分 3 人一组，共

8组，每组练习 18 分钟）

四、教具

⒈ XH715D 立式加工中心一台

⒉ 零件毛坯

⒊ 端铣刀、球铣刀、麻花钻各一把

⒋ 带表游标卡尺一把

五、重点、难点

1. 确定工件坐标系（零件加工前的对刀方法）

2. 刀具半径补偿的判别方法和应用，刀具半径补偿指令编写程序

192

Ⅱ 教学进程

一、立式、卧式加工中心概述

立式、卧式加工中心在机械加工中的应用范围、机床分类、机床结构

二、立式加工中心机床操作面板讲解

⒈ 机床回参考点方式选择键

⒉ 手动方式选择 +X －X +Y －Y +Z －Z 坐标轴方向键

⒊ 手轮操作方式选择键以及手轮的使用

⒋手动数据输入方式选择键

⒌工件坐标系的输入

三、 立式加工中心手工编程

⒈ 常用的准备功能 G指令

⒉ 辅助功能 M代码

⒊ 编程的方法和步骤

⒋ 简单零件示例编程

四、零件加工

⒈ 运行程序

⒉ 零件测量

五、学生熟悉机床面板和工件坐标的设定

193

Ⅲ 讲稿

1.1 加工中心的加工范围

加工中心是指镗铣类加工中心，它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹

等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心适合于加工适应于

加工结构形状复杂、普通机床难加工的具有复杂曲面的凸轮类、整体叶轮类和模

具类零件，形状不规则的异性零件、新产品试制中的零件，加工精度要求高的中

小批量零件，如图 11-1 所示加工中心在汽车、航空航天、模具等行业被广泛应

用。

（ａ）凸轮类零件 （ｂ）整体叶轮类零件 （ｃ）模具类零件 （ｄ）异形零件

图 11-1 结构形状复杂零件

1.2 各种加工中心的功能特点

1）立式加工中心 立式加工中心装夹工件方便，便于操作，找正容易，易

于观察切削情况，调试程序容易，占地面积小，应用广泛。但受立柱高度及 ATC

的限制，不能加工太高的零件，也不适于加工箱体零件。

2）卧式加工中心 卧式加工中心有能精确分度的数控回转工作台，可实现

对零件的一次装夹多工位加工，适合于加工箱体类零件及小型模具型腔。

3）带 APC 的加工中心 立式加工中心、卧式加工中心都可带有 APC 装置，

交换工作台可有两个或多个。因为装卸工件不占机时，因此其自动化程度更高，

效率也更高。

4）复合加工中心 复合式加工中心兼有立式和卧室加工中心的功能，工艺

范围更广，使本来两台机床完成的任务在一台上完成，工序更加集中。由于没有

二次定位，精度也更高，但价格昂贵。

1.3 立式加工中心结构

1）基础部件

基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身、工作台、立柱三大部分组

194

成。这三部分不仅要承受加工中心的静载荷，还要承受切削加工时产生的动载荷。

所以要求加工中心的基础部件，必须有足够的刚度，通常这三大部件都是铸造而

成。

2）主轴部件

主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴是

加工中心切削加工的功率输出部件，它的起动、停止、变速；变向等动作均由数

控系统控制；主轴的旋转精度和定位准确性，是影响加工中心加工精度的重要因

素。

3）数控系统

加工中心的数控系统由 CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动系统以及面

板操作系统组成，它是执行顺序控制动作和加工过程的控制中心。CNC装置是一

种位置控制系统，其控制过程是根据输入的信息进行数据处理、插补运算，获得

理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。

4）自动换刀系统

换刀系统主要由刀库、机械手等部件组成。妆需要更换刀具时，数控系统发

出指令后，由机械手从刀库中取出相应的刀具装入主轴孔内，然后再把主轴上的

刀具送回刀库完成整个换刀动作。

5）辅助装置

包括润滑、冷却、排屑、防护、渡压、气动和检测系统等部分。这些装置虽

然不直接参与切削运动，但是加工中心不可缺少的部分。对加工中心的加工效率、

加工精度和可靠性起着保障作用。

1.4 XH715D 立式加工中心操作面板

1.5 手工编程

1）快速点定位（G00）

快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置，其移动速

度由参数来设定，进给速度 F对 G00指令无效。在 FANUC系统中，运动总是先沿

与坐标轴成 45°的直线移动，最后在某一轴单向移动至目标点位置。

格式：G00 X___ Y___ Z___；

例：G90G00X40Y20；如图 11-5所示。

195

2）直线插补指令（G01）

G01 指令表示刀具从当前位置开始以给定的进给速度 F，沿直线移动到规定

的位置。

格式：G01 X___ Y___ Z___ F___；

例： G01 X40Y20F100； 如图 11-6 所示：

图 11-5快速定位 图 11-6直线插补

3）圆弧插补指令（G02，G03）

G02 顺时针圆弧插补，G03 逆时针圆弧插补，刀具进行圆弧插补时必须规定

所在平面，然后再确定回转方向。

圆弧顺逆方向的判别：沿圆弧所在平面（如 XY 平面）的另一坐标轴的负方

向（-Z）看去，顺时针方向 G02，逆时针方向 G03。如图 11-7所示：

图 11-7圆弧方向判别

各平面内圆弧情况如图 11-8所示：

x

196

图 11-8各平面内圆弧的情况

格式： G02 R___

G17 G03 X___ Y___ I__ J__ F____；

G02 R___

G18 G03 X___ Z___ I__ K__ F____；

G02 R___

G19 G03 Y___ Z___ J__ K__ F____；

X、Y、Z表示圆弧终点坐标，由 G90 或 G91指定；

I、J、K 分别为圆弧的起点到圆心的 X、Y、Z 轴方向的增量，与 G90，G91

无关；

R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角≤180°时，R值为正；

当圆弧的圆心角＞180°时，R值为负， 当为整圆时用 I、J、K方式编程。

4）刀具半径补偿指令（G40，G41，G42）

在编制程序时，假设刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的，而实际的刀具

运动轨迹要与工件轮廓有一个偏移量（即刀具半径），如图 11-9 所示。利用刀具

半径补偿功能可以方便地实现这一功能，简化程序编制，机床可以自动判断补偿

的方向和补偿值大小，自动计算出实际刀具轨迹，并按刀心轨迹运动。

197

图 11-9刀具的半径补偿

G40 取消刀具半径补偿；

G41 刀具半径左补偿，定义为假设工件不动，沿刀具前进的方向观察，刀具

偏在工件轮廓左侧；

G42 刀具半径右补偿，定义为假设工件不动，沿刀具前进的方向观察，刀具

偏在工件轮廓右侧如图 11-10所示

格式： G01（G00）G41（G42）X__ Y__ D__；

图 11-10刀具的补偿方向

其中 D是刀具半径补偿号地址字，后面一般由两位数字表示，指定的地址中

存有刀具半径补偿值，如果用 D00表示取消刀具半径补偿，其具体数值在加工或

试运行前已设定在补偿存储器中。

5）刀具长度补偿指令（G43，G44，G49）

在加工过程中需要经常交换刀具，而每把刀具长度的不同给工作坐标系的设

定带来了困难。可以想象第一把刀具正常切削工件，而更换一把稍长的刀具后如

果工作坐标系不变，零件将被过切，刀具长度补偿原理如图 11-11所示。

198

图 11-11 长度补偿原理

设定工作坐标系时，让主轴锥孔基准面与工件上表面理论上重合。在使用每

一把刀具时可以让机床按刀具长度升高一段距离，使刀尖正好在工件上表面，这

段高度就是刀具长度补偿值，其值可在刀具预调仪或自动测长装置上测出。

实现这种功能的 G代码是：

G43 正补偿，即将 Z坐标值与 H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行 Z

轴运动。

G44 负补偿，即将 Z 坐标值与 H 代码中长度补偿的量相减，其结果进行 Z

轴运动。

G49 撤销补偿（在 Z 轴回原点后使用比较安全）。图 11-12 中钻头用 G43

命令向上正向补偿了 H1值，铣刀用 G43 命令向上正向补偿了 H2 值。

刀具长度补偿使用格式：

G43(G44)G00(G01)Z__ H__；

H 是刀具半径补偿号地址字，后面一般由两位数字表示代示，指定的地址中

存有刀具长度值，如果用 H00则取消刀具长度补偿。在进行补偿时，刀具要有 Z

轴移动。图 11-11 所示为不同命令下刀具的实际位置，其中 G90 G54 G00 Z0；

语句没有 G43命令，将会造成严重事故。

6） 常用辅助功能 M指令

M 指令是用来控制机床各种辅助动作及开关状态的。如主轴的转与停、冷却

液的开与光等等。程序的每一个语句中 M 代码只能出现一次。

下面介绍常用的 M指令。

① M03主轴正转

主轴正转是从主轴+Z 方向看（从主轴头向工作台方向看），主轴顺时针方向

199

旋转。

图 11-11正向补偿方法

② M04主轴反转

主轴逆时针旋转是反转，

③ M05主轴旋转停止

主轴停止是在该程序段其他指令执行完成后才停止。

④ M06换刀指令

常用于加工中心刀库的自动换刀时使用。

⑤ M08冷却液开

⑥ M09冷却液关

⑦ M30程序结束

7、编程实例如图 11-12所示。

图 11-12零件图

200

加工工序按照先粗后精的原则，先粗加工外轮廓和内轮廓，后精加工外轮廓

和内轮廓，精加工单边余量为 0.15mm。刀具选择：材料:高速钢，直径:φ12 端

铣刀。该零件根据编程原点的选择原则，定义毛坯的中心处为编程原点，工件的

上表面为 Z0 点，编程原点确定后，对于编程坐标系，及对刀方法也就确定下来

了。如图 11-13所示。

图 11-13 刀具运行轨迹

程序：

O0001

N010 G54 G90 G00 X-34.5 Y0 M03 S800;

（确定工作坐标系，绝对坐标编程，快速定位到目的点，主轴正

转转速 800r/min）

N020 Z50; （刀具快进到工件上表面 50mm处）

N030 Z3 M08；（刀具快进到处工件上表面 3mm ）

N040 G01 Z-5 F50；(切削工件至 5mm处）

N050 G01 G41 Y-12 D01 F200; (建立刀具半径左补偿)

N060 G03 X-22.5 Y0 R12;

N070 G01 X-22.5 Y12;

N080 G01 X-16 Y12;

N090 G03 X-8 Y20 R8;

刀具中心运动轨迹

原点

下刀点

201

N100 G01 X-8 Y22.5 ;

N110 G01 X14.5 Y22.5;

N120 G02 X22.195 Y12.311 R8

N130 G03 X22.195 Y-12.311 R45;

N140 G02 X14.5 Y-22.5 R8;

N150 G01 X-12.5 Y-22.5;

N160 G03 X-22.5 Y-12.5 R10；

N170 G01 X-22.5 Y0;

N180 G03 X-34.5 Y12 R12;

N190 G01 G40 X-34.5 Y0; 取消刀具半径补偿

N200 G00 Z50;

N210 X0 Y0; （进行内圆槽的加工）

N220 Z3;

N230 G01 Z-5 F50;

N240 G01 G41 X7 Y-8 F200 D01；

N250 G03 X15 Y0 R8;

N260 G03 X15 Y0 I-15 J0;

N270 G03 X7 Y8 R8;

N280 G01 G40 X0 Y0;

N290 G00 Z50 M09;

N300 M05;

N310 M30；

202

加工中心实训模块二 立式加工中心零件加工

Ⅰ 课题纲要

一、内容

⒈ 立式加工中心机床的加工流程

⒉ 学生设计零件

⒊ 学生设计零件的程序编制

⒋ 设计零件的加工

⒌ 卧式加工中心典型零件加工演示

二、目的和要求

⒈ 掌握立式加工中心机床的加工流程

⒉ 掌握加工中心零件设计的要求

⒊ 掌握加工中心简单零件的程序编制

⒋ 了解卧式加工中心典型零件的加工

三、时间

⒈ 掌握立式加工中心机床的加工流程 20分钟

⒉ 掌握加工中心零件设计的要求 10分钟

⒊ 学生设计零件的程序编程及加工 120分钟（学生轮流加工零件）

⒋卧式加工中心典型零件加工演示 30分钟

四、教具

⒈ XH715D立式加工中心一台

⒉ 零件毛坯若干个

⒊ 端铣刀若干把、镗刀、中心钻、麻花钻、丝锥、铰刀

⒋ 带表游标卡尺一把

⒌ TH6350卧式加工中心一台

五、重点、难点

1、立式加工中心机床的加工流程

2、零件的设计和程序编制

203

Ⅱ 教学进程

一、立式加工中心机床的加工流程

⒈ 主轴转速倍率开关

⒉ 编程方式选择键

⒊ 程序的输入

⒋ 自动方式选择

⒌ 循环启动键

⒍ 循环停止键

⒎ 复位键

⒏ 紧急停止按钮

⒐ 立式加工中心机床的加工流程

二、 学生设计零件的要求

三、 学生设计零件和程序编制

四、 设计零件的加工

204

Ⅲ 讲稿

2.1 加工中心的加工流程

1）图纸分析：读懂图纸是进行机械加工的第一步首先应明确图纸使用的哪

种投影方法，目前中国、德国、法国等采用第一视角，美国、英国、日本等采用

第三视角。看图进行工艺分析：选择合适的毛坯→整体加工工艺分析→结构分析

→精度分析→定位及装夹分析

2）工艺规程设计：刀具选择→切削参数选择→工艺规程安排（填写机械加

工工艺过程卡片）→零件加工工艺卡片

目前切削加工中所用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷和人造金刚

石、立方氮化硼等材料，刀具材料的选择集合理使用是十分重要的。根据加工材

料，选择切削加工生产率、加工质量高的刀具。刀具使用时，考虑粗精加工刀具

分开原则，防止精加工刀具过早的磨损。

切削参数的选择应根据加工对象的材料，刀具的材料和规格，查阅金属切削

参数书籍中查找刀具线速度、单刃切削量，来确定刀具的转速和进给速度。切削

深度在粗加工时受机床和刀具刚度的限制，一般情况下，径向切削量较大时切削

深度取（0.6～0.8）D刀。否则切削深度可较大一些。

3）程序编制

4）机床准备及工件安装

⑴ 机床准备

⑵ 工件安装注意事项

① 夹具安装到工作台时，位置方向要正确。

5）零件加工

6）零件精度检测

7）加工误差分析及后续处理

机械加工的工序安排应注意一下几点：⑴ 基面先行原则；

⑵ 先主后次原则；

⑶ 先粗后精原则；

⑷ 先面后孔原则；

205

2.2 异形类零件加工编程实例

图样与技术要求如图 11-14所示。

制图审核

比例材质

A41:1YL12

异形零件

A

A

20

10 +

0.027

0

5 +

0.018

0

R20R40

4-R6

R60

R5

4-R10

34°

73 0-0.046

73 0

-0.046

技术要求：

1.未注公差应符合IT10要求

2.锐角倒钝

6.3

图 11-14 异形零件

1、 零件图分析

如图 11-14，图 11-15 所示，该零件由外轮廓和不规则的腔槽组成。主要加

206

工部位为外轮廓 730-0.046,在加工中须保证其加工精度，难点在于不规则腔槽

的加工。

图 11-15 零件立体图

2.零件部分尺寸处理

根据零件图尺寸标出，确定编程零点，系 G54 坐标系零点，用于加工编程的

各节点坐标用数学计算方法求出，计算小困难。比较快捷的方法是利用计算机辅

助设计（CAD）画出零件图，提取各节点坐标位置值，作为编程数据。

3.工艺分析

毛坯采用直径Φ100×20 的铝材，在毛坯上存在腔槽，因此在加工时应重点

考虑工艺、编程指令、刀具、切削用量等问题。外轮廓尺寸为 73 0

-0.046，深 10+0.027

0 ,

有精度要求，腔槽深 5+0.018

0 也有精度要求，那么在加工过程中需要调整刀具半径

补偿，以达到图样的要求。

4.定位及装夹

①装夹。工件的装夹方法直接影响零件的加工精度和加工效率，必须根据图

纸认真考虑，工件安装尽可能利用通用夹具，必要时可设计制造专用夹具。该零

件采用精密平口钳来完成零件装夹。该零件加工时采用基准重合原则，工件装夹

时的夹紧力要适中，既要防止工件的变形和夹伤，又要防止工件在加工时的松动。

②定位。在加工中心机床上加工零件时，首先要建立一个工件坐标系，确定

坐标系的零点，整个过程是工件的定位过程。定位时可采用光电式寻边器、机械

式寻边器或定位芯轴，利用机床位置显示功能，确定零点，零点的位置要与编程

零件一致，尽可能与设计基准重合。

根据零件图样分析，将工件坐标系原点 X、Y、Z设置在零件的上表面的中心。

207

5、刀具选择

对于刀具使用，要考虑粗精加工分开原则，防止精加工刀具过早的磨损。根

据被加工材料为铝材，选用高速钢材质的刀具，该零件选用刀具如表 11-1所示。

表 11-1 选用刀具

刀具名称 刀具规格 材料 数量 刀具用途 备注

立铣刀 Φ14 高速钢 1 用于平面粗加工、外轮廓

粗加工

立铣刀 Φ14 高速钢 1 用于平面精加工，外轮廓

粗加工

立铣刀 Φ8 高速钢 1 用于腔槽粗加工

立铣刀 Φ8 高速钢 1 用于腔槽粗加工

6、切削参数选择

根据加工对象查阅金属切削参数书籍，确定选用刀具的转速，进给速度，切

削参数如表 11-2 所列：

表 11-2

刀具 刀具号 主轴转速

S(r/min)

进给速度 F

（mm/min）

加工深度

(mm)

Φ14mm立铣刀 T1 600~800 120 -7

Φ14mm立铣刀 T2 600~1000 200 -7

Φ8mm立铣刀 T3 1000~1500 130 -2.5

Φ8mm立铣刀 T4 1200~2000 300 -2.5

7、工艺路线

加工顺序确定原则是先面后孔，先粗后精和工序集中原则，对刚度和强度低

的表面后加工，精度高的表面后加工。合理安排粗、精加工余量。粗、精加工分

开，可以减少在粗加工去除毛坯余量过程中产生的热变形及加工变形等影响。图

11-14 安排加工工艺卡片如下表 11-3 所列：

208

表 11-3 零件加工工艺卡片

单位名称 产品名称及型号 零件名称 零件图号

异形零件

程序编号 夹具名称 使用设备 零件材料

O0001,O0002,

O0003

精密液压虎钳 XH715D 硬铝

工

序

号

工

步

号

工步

内容

刀

具

号

刀

具

规

格

mm

长度

补偿

号 H

半径

补偿

号 D

切削用量 备

注 主轴

转速

S

进给

速度

F

1

1 装夹工件，铣

平面

T1 Φ

14

H01 800 150

2 设定 G54

3 粗铣 73 0

-0.046外

轮廓，留余量

0.2mm

T1 Φ

14

H02 D01 600 120

4 粗铣腔槽，留

余量 0.2mm

T3 Φ8 H03 D03 1000 130

5 半精铣外轮廓

73 0

-0.0460.05mm

T2 Φ

14

H02 D01 1000 200

6 半精铣腔槽 T4 Φ8 H02 D03 2000 200

7 精铣 73 0

-0.046外

轮廓

T2 Φ

14

H02 D01 1000 200

9 精铣腔槽 T4 Φ8 H02 D03 2000 200

10 检测

11 去毛刺

209

参考程序如下：

%

O0001

N100 G21

N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90

N104 T1

M6

N106 G0 G90 G54 X-62. Y-62. A0. S800

M3

N108 G43 H1 Z50.

N110 Z5. M08

N112 G1 Z-1. F80.

N114 X0. F150.

N116 X62.

N118 Y-52.

N120 X-62.

N122 Y-42.

N124 X62.

N126 Y-32.

N128 X-62.

N130 Y-22.

N132 X62.

N134 Y-12.

N136 X-62.

N138 Y-2.

N140 X62.

N142 Y8.

N144 X-62.

N146 Y18.

程序名 铣平面

Φ14mm立铣刀

210

N148 X62.

N150 Y28.

N152 X-62.

N154 Y38.

N156 X62.

N158 Y48.

N160 X-62.

N162 G0 Z50. M09

N164 M5

N170 M30

%

%

O0002

G21

G0 G17 G40 G49 G80 G90

T1

M6

G0 G90 G54 X-61.5. Y-36.5 S600 M3

G43 H1 Z50. M08

Z5.

G1 Z-7. F80.

G01 G41 X-46.5 Y-36.5 D01 F120

G03 X-36.5 Y-26.5 R10

G01 X-36.5 Y26.5

G02 X-26.5 Y36.5 R10

G01 X26.5 Y36.5

G02 X36.5 Y26.5 R10

G01 X36.5 Y-26.5

G02 X26.5 Y-36.5 R10

粗铣外轮廓 D01=7.2mm

211

G01 X-26.5 Y-36.5

G02 X-36.5 Y-26.5 R10

G03 X-46.5 Y-16.5 R10

G01 G40 X-61.5 Y-16.5

G00 Z50 M09

M05

T3

M06

G0 G90 G54 X-6.966 Y21.5 S1000 M3

G43 H3 Z50. M08

Z5.

G1 Z-2.5 F80.

G01 G41 Y26.5 D03F130

G03 X-12.872 Y19.441 R6

G03 X19.441 Y-12.872 R40

G03 X26.5 Y-6.966 R6

G01 X26.5 Y1.202

G03 X21.885 Y7.04 R10

G02 X7.04 Y21.885 R20

G03 X1.202 Y26.5 R6

G01 X-6.966 Y26.5

G01 G40 X-6.966 Y26.5

G01 G40 X-6.966 Y21.5

G00 Z50

X-3.5 Y-25.462

Z5

G01 Z-2.5 F80

G01 G41 X-1.0 Y-21.131 D02 F130

G02 X-21.131 Y-1.0 R55

粗铣腔槽 Φ8mm 立铣刀

D03=4.2mm

212

G03 X-29.792 Y-6.0 R10

G03 X-6.0 Y-29.792 R65

G03 X-1.0 Y-21.131 R10

G01 G40 X-3.5 Y-25.462

G00 Z50 M09

M05

M30

%

零件加工采用 Z 方向分层切削，第二次

深度的切削只需要把程序 O002 种的外

轮廓深度改成 Z-9.8，腔槽的深度改为

Z-4.8 即可。

半精铣外轮廓还是采用程序 O0002，把

程序中的某些代码换成 TI 更换为 T2、

S600更换为S1000、F120更换为F200 、

H01 更换为 H02、D01=7.05、Z-10.即可。

半精铣腔槽把程序中的 T3 换成 T4、

S1000 换成 S2000、F130 换成 F200、

D03=4.05、Z-5.0 即可。（半精铣外轮廓

和深度方向一起进行）

精铣外轮廓和腔槽，根据半精加工的测

量数据，调整 D01、D03 的数值就可以

了，直到达到精度的要求。

8、实际零件加工

⑴ 工件安装注意事项

①夹具安装到工作台时，位置方向要正确。

②工件安装的高度正确，夹具不能与刀具发生干涉。

③夹紧牢固。

213

⑵ 刀具安装及参数设置

①铣刀伸出长度尽可能的短，以增强刀具的刚性。

②安装的刀具号要对应好。

③零件加工的工作坐标系设定要正确。

④刀具的补偿数值输入在与程序中该刀具相对应的刀补号中。

2.3 学生设计零件

2.4 设计零件的要求

1、 毛坯的最大尺寸为Φ100mm×30mm

2、刀具：Φ14、Φ12、Φ10、Φ8、Φ6

2.5 学生设计零件和程序编制

2.6 设计零件的加工

214

教案十二 快速成形实训

快速成形实训模块一：快速成形概述、熔融挤压成形的原理

及典型零件的制作

Ⅰ 课题纲要

一、内容

1．快速成形技术概述

2．熔融挤压成形设备的结构和组成

3．操作软件的使用方法和典型零件的制作

二、目的

了解快速成形概念，掌握模型的熔融挤压成形工艺方法。

三、要求

1．应知-了解快速成形的基本原理与工艺过程，理解离散堆积成形的实质，

了解几种典型快速成形工艺。

2. 应会-掌握熔融挤压成形工艺原理以及相应操作软件的使用，学会典型

模型的制作方法。

四、时间安排

1．示讲示演 45分钟

2．操作软件练习 15分钟

3．模型制作及简单三维造型 90分钟～120分钟

4．实习报告 30分钟

五、教具

1．产品模型若干及辅助工具一套

2．快速成形机

3．电脑若干

4．简单三维造型教程

5．后处理工具及材料（腻子铲、斜口钳、镊子、水砂纸、粘接胶水、爽身

粉、什锦锉等）

215

Ⅱ 教学进程

一、概述

1.应用领域

2.离散堆积成形原理

3.工艺过程

4.典型快速成形工艺

二、熔融挤压成形的实例应用

1.熔融挤压成形的原理

2.熔融挤压成形机

3.操作软件及模型分层方向的选择

4.典型零件的制作步骤

三、安全注意事项

四、模型制作练习

五、简单三维造型及模型近似处理

六、完成实习报告

216

Ⅲ 讲稿

1.1 概述

1.1.1去除成型与添加成型

传统的车、铣、刨、磨等工艺是一种去除成型，做减法，而快速成形属于添

加成形，做加法。它是 20世纪 80年代末期产生和发展起来的一种新型制造技术，

是计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、激

光、新材料、精密伺服等多项技术的发展和综合。快速成形（Rapid Prototyping，

简称 RP）技术又称快速原型制造 Rapid Prototyping Manufacturing, 简称 RPM）

技术、自由制造（Freeform Fabrication）、添加成型（Additive Fabrication）、

桌面制造（Desk-Top Manufacturing）及三维打印（3D Printing）等。

1.1.2应用领域

目前，快速成形技术已在工业造型、机械制造（汽车、摩托车）、航空航天、

军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻及首饰等领域都

得到了广泛应用，并且随着这一技术本身的发展，其应用将不断拓展。

1.1.3离散堆积成形原理

快速成型是基于离散—堆积成形的原理，由零件数字模型(CAD 模型)直接驱

动，可完成仼意复杂形状的三维实体零件的技术总称。如图 12-1所示。

图 12-1 离散堆积成形原理

1.1.4快速成形的工艺过程，

如图 12-2所示。

217

图 12-2 快速成型工艺工程

1）产品三维模型的构建。三维 CAD 模型可以利用计算机辅助设计软件（如

Pro/E，AutoCAD，Solid Works，UG等）直接构造，也可以将已有产品的二维图

样进行转换成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、CT 断层扫描，得到点云

数据，然后利用反求工程的方法来构建三维模型。

2）三维模型的近似处理，如图 12-3 所示。由于产品往往有一些不规则的自

由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于 STL

格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成形领域的准标准接口文件。STL

文件是通过对 CAD 实体模型或曲面模型进行表面三角化离散得到的，它是由一系

列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用 3个顶点坐标和一个法向

量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行 选择。

图 12-3 STL 文件格式

218

3）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在

成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮

廓信息。间隔一般取 0.05～0.5mm，间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越

长，效率就越低，反之则精度低，效率高。

4）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头

（激光头或者喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积

材料，然后将各层粘结得到原型产品。

5）成型零件的后处理。借助工具取出成型件，进行去支撑并根据模型需要

选择打磨、抛光、涂挂或烧结等工序来提高质量。

1.1.5 几种典型的快速成形技术

快速成型技术根据成形方法可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术

（Laser Technology），如光固化成型，分层实体制造、选域激光烧结、形状沉

积成型；基于喷射的成型技术（Jetting Technology），如熔融沉积成形、三维

印刷、多相喷射沉积。其中最为成熟的工艺为以下四种。

1）光固化成型工艺（SLA）

SLA（Stereolithography Apparatus）技术是基于液态光敏树脂的光聚合

原理工作的。 液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下，能在液态

表面上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体

就固化。成形开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面

上按照计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地

方仍然是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成形的层面上又布满

一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化

的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实

体模型。如图 12-4所示。

219

1.加工平台 2.支撑 3.PC机 4.成形零件 5.激光器 6.振镜 7.刮板 8.升降台

图 12-4 SLA技术原理及典型产品

2）分层实体制造工艺（LOM）

LOM（Laminated Object Manufacturing）工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄

膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶，加工时，热压辊热压片材，使之与下面

已成形的工件粘接。用 CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件

外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域切割出上下对齐的网格。激光切割完

成后，工作台带动已经成型的工件下降，与带状片材分离。供料机构转动收料轴

和供料轴，带动料带移动，使新层移动到加工区域。工作台上升到加工平面，热

压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚。再在新层上切割截面轮廓。

如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完。最后，去除切碎的多余部分，得到

分层制造的实体零件。如图 12-5所示。

图 12-5 LOM原理及典型零件

3）选区激光烧结工艺（SLS）

SLS（Selective Laser Sintering）工艺是利用粉末状材料成型的。将材料

CO2激光器

热压辊

控制计算机

供料轴

加工平面

升降台

收料轴

料带

220

粉末铺洒在已成型零件的上表面，并刮平，用高强度的 CO2激光器在刚铺的新层

上扫描出零件截面，材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的

截面，并与下面已成型的部分连接。当一层截面烧结完成后，铺上新的一层材料

粉末，有选择地烧结下层截面，烧结完成后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干

等处理得到零件。如图 12-6所示。

图 12-6 SLS工艺原理及典型零件

4）熔融沉积成型工艺（FDM）如图 12-7所示。

FDM（Fused Deposition Modeling）的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、

尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿着零件截面轮廓和填充

硅胶运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。

图 12-7 FDM工艺原理及典型零件

1.1.6 典型工艺比较

SLA 方法是目前快速成形技术领域中研究的最多的方法，也是技术上最为

成熟的方法。工艺成型的零件精度高，加工精度可达 0.1mm，原材料利用率近

激光器

扫描镜

激光束平整滚筒

粉末

模型

Pattern

计算机

Computer

丝

Filament

喷头

Heated head

丝轮

Filament Supply

Model Created

快速原型

V

221

100%。但这种方法有局限性，如需支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有

一定的毒性。

LOM 工艺成型厚壁零件的速度快，工艺过程中不易引起翘曲变形。无需支

撑，缺点是浪费材料，表面质量差。

SLS 工艺材料适应面广，有塑料、陶瓷、蜡等材料零件，甚至是金属零件，

无需支撑。

FDM 工艺无需激光器，材料利用率高，无需支撑，操作环境干净、安全，

是办公室开发产品的理想工艺。

1.2 熔融挤压成形工艺的应用

1.2.1 原理

熔融挤压成形（Melted Extrusion Manufacturing，MEM)工艺类似于 FDM 工

艺，也是快速成形技术中一种重要的工艺，是 RP家族中的后起之秀，该工艺是

丝状 ABS 材料由送丝机构送入喷头，在喷头内加热融化，喷头在计算机的控制下

沿着模型的截面轮廓和填充轨迹运动，材料同时被挤出固化，自下而上层层堆积

性逐层堆积成形而得到三维制件。

12.2.2MEM320A熔融挤压成形机床结构及组成，如图 12-8所示。

1）MEM320A 快速成型机由送丝机构、XY 扫描系统、成型室、电控系统、喷

头和工作台组成。送丝机构通过送丝管和喷头连接，成型材料由料盘如送丝机构，

然后由送丝机构的一对滚轮送入送丝管，最终送入喷头中。XY扫描系统由丝杠，

导轨，伺服电机组成（三维打印机由步进电机，导轨，同步齿型带组成）。成型

室内有加热系统，加热元件，测温传感器和风扇组成，加热元件和风扇故障都会

导致成型室内温度过高或过低。升降工作台由步进电机，丝杠，光杆和台架组成。

320表示成形空间 Z方向最大尺寸 320mm，A表示机床结构改进序号。

2）Aurora 软件的使用方法

Aurora 是三维打印/快速成型软件，它输入 STL 模型，进行分层等处理后

输出到三维打印/快速成型系统，可以方便快捷的得到模型原型。Aurora 软件功

能完备，处理三维模型方便、迅捷、准确，使用特别简单，实现了“一键打印”。

Aurora 软件界面由三部分构成。上部为菜单和工具条，左侧为工作区窗口，

222

图 12-8 MEM320A 成形机

有三维模型，二维模型，三维打印机三个窗口，显示 STL 模型列表及模型信

息等；右侧为图形窗口，显示三维 STL 或 CLI 模型以及打印信息。如图 12-9

所示。

图 12-9 Aurora 软件操作界面

窗口切换区

模型信息区

模型列表

菜单栏

图形显示窗口

工具条

223

1.3 典型零件制作

1）步骤

①开机、启动 Aurora软件

②系统初始化

③载入 STL 文件，选择合适的成形方向分层

④载入辅助结构

⑤打印模型

⑥模型制作完毕后处理

2）分层方向的选择

分层方向选择不当将会影响模型的表面质量、强度、成形时间、支撑材料使

用量以及剥离支撑的难易程度。

选择原则分别从表面质量、精度、强度以及支撑方面来考虑：

表面质量：上表面好于下表面，水平面好于垂直面，垂直面好于斜面，如重

要表面应为上表面摆放。

精度：水平方向好于垂直方向，如要让圆孔、立柱轴线垂直水平面。

强度：水平方向好于垂直方向，如强度高的方向为水平方向

支撑：支撑面积、支撑高度越少越好，但需避免投影面积小，高度高的支撑

面。如 6# 零件需对模型进行变形操作，即绕 Y轴旋转-90°，这样避免模型在

加工时薄弱部分出现断裂现象。如图 12-10所示。

图 12-10 模型的分层方向选择

3）分层参数的设置

分层参数设定时，大部分的模型都以默认的参数分层，若要进行高级设定，

必须在一定的范围内进行。参数的细致调节要根据零件的具体特征来进行，没有

224

简单统一的规则。如图 12-11所示。

图 12-11 分层参数

4）快速成型机 MEM320A操作步骤各命令路径及相应对话框

喷头、工作台零位初始化：文件/三维打印机文件/初始化

喷头温控开关：文件/三维打印机/调试/开温控

成型机温控开关：成形机正面“温控”按钮

主副喷嘴出丝初始化：文件/三维打印机/调试/ 喷头初始化

载入 STL 文件：文件/载入

调整成型方向：模型/变形

自动布局：模型/自动布局

分层：模型/分层

载入辅助支撑：工具/预设支撑 1 or预设支撑 2 or预设支撑 3 or 预设支撑 4

调整模型或者辅助支撑在工作台 XY方向的位置：Ctrl+鼠标左键拖动

输入打印模型命令：文件/三维打印/打印模型

打印完成，降下工作台：文件/三维打印机/调试/绿底黄色向下箭头

225

5）模型制作过程如图 12-12所示。

a.STL 文件 b.模型制作 c. 带支撑模型 d. 已去支撑模

型

图 12-12 模型制作过程

载入辅助支撑是为了清洗喷头，以免成形面上有支撑材料以及延长材料固

化时间，提高表面质量。

6）后处理工具

后处理工具为腻子铲、斜口钳、什锦锉、水砂纸、CA-50 胶等粘接剂以及

爽身粉。

1.4 安全注意事项

1.操作“打印模型”命令之前确认以下点：

（1）温度：支撑 240℃，成型 260℃ ，成型室 90℃

（2）工作台位置：零位（黄色底板面与标志平齐）以及工作台平整、无异

物

（3）喷嘴上无残留材料，若有可用镊子清除，严禁用手触摸喷嘴以免烫伤

2. 严禁更改工作台默认高度

3. 打印过程中随时注意观察，若出现异常响声，可以选择

（1）按急停开关（成形机正面红色圆形按钮）

（2）暂停打印 or 取消打印（文件/三维打印/暂停打印 or 取消打印）

4. 制作完毕保温 10分钟后需降下工作台至适当高度后才能取出模型

5. 模型制作时不允许用电脑进行其他无关操作和打开设备门。

喷头 模型部分 模型支撑 辅助支撑

226

快速成形实训模块二工艺参数、三维造型以及 STL 模型转换

Ⅰ 课题纲要

一、内容

1.工艺参数

2.三维造型以及 STL模型转换

二、目的

初步了解各工艺参数，了解影响模型质量和强度的因素，学会简单的 STL

模型的建立方法。

三、要求

1.应知-了解工艺参数以及影响模型质量和强度的参数

2.应会-掌握草绘、拉伸、旋转命令并能设计简单的三维模型，熟练掌握零

件图转换为 STL文件的方法。

四、时间

1.影响模型质量和强度的因素 35分钟

2.Pro/ENGINEER 软件 25分钟

3.三维造型以及 STL模型转换 120分钟-150分钟

五、教具

1.不同工艺参数的模型若干

2.Pro/ENGINEER 软件

3.电脑若干台

4.三维造型教程及练习模型图纸

Ⅱ 教学进程

一、工艺参数

二、三维造型

三、STL 模型转换

四、模型制作

227

Ⅲ 讲稿

2.1 工艺参数详解

2.1.1 STL 模型分层后的层片文件包括模型支撑部分、截面轮廓部分及截面填充

部分。如图 12-13 所示。

图 12-13 STL模型与层片模型

2.1.2工艺参数

层厚：单层厚度

起点：开始分层的高度，一般应为 0

终点：层结束的高度，一般为被处理模型的最高点

轮廓线宽：层片上轮廓的扫描线宽度，应根据所使用喷嘴的直径来设定，一

般为喷嘴直径的 1.3～1.6 倍之间。实际扫描线宽会受到：喷嘴直径，层片厚度，

喷射速度，扫描速度这四个因素的影响，该参数已在快速成型设备中的预设参数

集中设定，一般不应修改。

扫描次数：指层片轮廓的扫描次数，一般该值设为 1～2 次，后一次扫描轮

廓沿前一次轮廓向模型内部偏移一个轮廓线宽。

填充线宽：层片填充线的宽度，与轮廓线宽类似，它也受到喷嘴直径，层片

厚度，喷射速度，扫描速度这四个因素的影响，需根据原型的实际情况进行调整。

以合适的线宽造型，表面填充线应紧密相接，无缝隙，同时不能发生过堆现象。

填充间隔：对于厚壁原型，为提高成型速度，降低原型应力，可以在其内部

采用孔隙填充的方法：即相邻填充线间有一定的间隔。该参数为 1 时，内部填

充线无间隔，可制造无孔隙原型。该参数大于 1 时，相邻填充线间距=填充线宽

×(n-1)个填充间隔。

模型支撑部分

截面轮廓部分

截面填充部分

层片模型 STL模型

228

水平角度：设定能够进行孔隙填充的表面的最小角度（表面与水平面的最小

角度）。当面片与水平面角度大于该值时，可以孔隙填充；小于该值，则必须按

照填充线宽进行标准填充（保证表面密实无缝隙），这边表面成为水平表面。该

值越小，标准填充的面积越小，过小的话，会在某些表面形成孔隙，影响原型的

表面质量。

表面层数：设定水平表面的填充厚度，一般为 2－4 层。如该值为 3，则厚

度为 3×层厚。即该面片的上面三层都么进行标准填充。

支撑角度：设定需要支撑的表面的最大角度，当表面与水平面的角度小于该

值是，必须添加支撑。角度越大，支撑面积越大；角度越小，支撑越小，如果该

角度过小，则会造成支撑不稳定，原型表面下塌等问题。

表面层数：靠近原型的支撑部分，为使原型表面质量较高，需采用标准填充，

该参数设定进行标准填充的层数，一般为 2～4 层

交叉率：填充线与轮廓线的交叉程度。

2.1.3与模型质量和强度有关的参数

成型时间：层厚、扫描次数、填充间隔、表面层数、支撑间隔；

模型表面质量：层厚、填充线宽、填充间隔、水平角度，交叉率；

模型强度：扫描次数、填充间隔、交叉率

孔隙填充的参数：填充间隔

表面加密的参数：水平角度、表面层数；产生支撑的参数：支撑角度

2.2 三维造型

2.3 三维造型软件 Pro/ENGINEER

该软件创建零件的三维几何模型时，首先创建零件的基本造型，然后一一加

入各类基础特征及工程特征，其流程类似零件的加工过程：粗坯→钻孔、车削、

铣削→成型件。

造型对照表如表 12-1所示。

表 12-1 零件加工过程与 Pro/ENGINEER 创建零件模型的对照表

零件加工过程 以 Pro/ENGINEER创建零件的几何模型

选取适当的截面 画出二维截面

切出该截面的粗坯 将二维截面长成零件的基本造型

229

利用各种加工方式（钻孔、

车削、铣削等）完成零件的外型

加入各种基础特征及工程特征（钻孔、

倒圆角、切斜角等）完成零件的几何型状

特征可分为基础特征、实体特征和曲面特征三种。

(1) 基础特征简介

基础特征的特性是特征的二维截面呈现不规则的几何形状，因此必须由使用

者绘制出特征的二维截面造型，才能创建出特征的三维几何模型。包括拉伸

（Extrude）、旋转（Revolve）、扫描（Sweep）、混合（Blend），其命令图标位于

主窗口的右上方，如图 12-14所示。

拉伸：将二维截面沿着截面的垂直方向拉伸出实体，见图 12-15所示。

图 12-14基础特征命令图标 图 12-15 拉伸特征

旋转：将二维截面绕着一条中心线旋转，做出旋转体，见图 12-16所示。

扫描：将二维截面沿着一条轨迹线（Trajectory）扫描出实体，轨迹线可视

为特征的外形线。见图 12-17所示。

图 12-16 旋转特征 图 12-17 扫描特征

（2）工程特征简介

230

工程特征是在现有的零件上给定特征的工程资料（如

要倒圆角的边及倒圆角的半径、薄壳的移除面及薄壳的厚

度等），即可创建出特征的三维几何模型。此特征包括孔

（Hole）、壳（Shell）、肋（Rib）、斜度（Draft）、倒圆角

（Round）及倒角（Chamfer）共 6种。其命令图标位于主窗

口的右方，如图 12-18所示。

图 12-18 工程特征

2.4 简单模型的三维造型

（1）模型设计

图 12-9 新建文件 图 12-20 选择毫米单位

图 12-21 模型

231

2.5 STL 模型转换

Pro ENGINEER 输出 STL文件的方法。

步骤 路径 内容

1 主菜单/下拉菜单 文件/保存副本

2 文件类型 STL

3

偏差控制

弦高：0

（回车后该值会被系统自动设定为可接受的最

小值）

角度控制：1

其中查找范围、坐标系和格式都以默认的方式，无需更改。最后输入文件名点

击确定即可转换成 STL文件。

图 12-22输出 STL设置参数 图 12-23 STL文件

2.6 工艺参数及练习模型图纸

2.6.1 分层参数设置参考范围

分层参数包括三个部分，分别为分层，路径和支撑

分层

高度：0～H（自动生成）

232

层厚：0.15～0.40 参数集：L15～L40

起点：0 终点：H（模型最高点）

路径

轮廓线宽：0.45～0.65 扫描次数：1

填充线宽：0.45～0.65 填充间隔：4～10

填充角度：45,0,135,0（默认）

填充偏置：0,0(默认）

水平角度：45 表面层数：2～4

支撑

支撑角度：50

支撑线宽：0.45～0.65

支撑间隔：4-10

最小面积：5

表面层数：1～3

√支撑轮廓

交叉率：0～0.5

0（≤100mm),0.2( ＞100mm）

计算精度： 0.01～2

支撑间距：系统自动生成

√强制封闭轮廓

√双喷头

2.6.2 三维造型练习模型图纸

233

（a）模型一

(b)模型二

234

(c)模型三

（d）模型四

235

教案十三 激光内雕实训

激光内雕实训模块一： 内雕成型技术

Ⅰ 课题纲要

一、内容

1、 激光内雕技术的简介

2、 激光内雕的定义、原理

3、 激光内雕的工艺过程

4、 激光内雕设备的结构组成

5、 3D 照相设备的工作原理和拍摄过程

6、 Camega 软件的使用方法

7、 激光内雕机 Craft 的操作

二、 目的

理解激光内雕技术的原理，掌握 Camega 软件的使用和激光内雕的工艺方法。

三、 要求

应知—理解激光内雕的原理与工艺过程，了解 3D 照相设备的工作原理

应会—掌握激光内雕的工艺过程以及 Camega 软件的使用，激光内雕机 Craft

的操作，学会典型模型的制作方法。

四、 重点、难点

1、激光内调定义、原理；激光内雕工艺、Camega 软件的使用

2、图片数据的处理

五、 时间安排

1、示讲示演 45 分钟

2、数据处理软件 Camega 的练习 60 分钟

3、水晶模型制作 45 分钟

4、实习报告 20 分钟

七、教具

1、产品模型若干

236

2、激光内雕机、三维照相机及辅助设备

3、电脑若干

Ⅱ 教学进程

一、概述

1.应用领域

2. 定义及原理

3.工艺过程

二、激光内雕技术的实例应用

1.激光内雕机的工作原理

2.激光内雕机的结构组成

3.数据处理

4.典型零件的制作步骤

三、安全注意事项

四、模型制作练习

五、完成实习报告

237

Ⅲ 讲稿

1.1 激光内雕概述

1.1.1 激光内雕的应用领域

激光内雕技术主要用于个性化礼品纪念品如 2D/3D 人像、人名手脚印、奖杯

等批量生产以及展览品如 2D/3D 动植物、建筑、车、船、飞机等模型产品和 3D

场景展示。

该技术是目前国际上最先进、最流行的水晶内雕刻加工方法。

1.1.2 定义及原理

激光内雕是将强激光束在水晶内部聚焦，产生微米量级大小的光斑，形成较

高的激光能量度，达到水晶爆裂点，通过计算机控制爆裂点在水晶内部的空间位

置，构成绚丽多姿的图像。

其原理是利用激光器产生高能量激光束，通过计算机控制发射激光束并使焦

点聚焦在水晶内部的指定位置，焦点处极高的激光能量密度，其能量密度必须大

于使材料破坏的某一临界值（或称阈值），使水晶瞬间局部受热破裂，从而产生

极小的白点，在水晶内部雕出预定的形状，而水晶的其余部分则保持原样完好无

损。

1.1.3 工艺过程分为 2D/3D 模型数据获取，点云数据处理以及模型加工。

1.2 激光内雕技术的实例应用

1.2.1 激光内雕机的工作原理

工作原理是激光器发射出一束平行光，将平行光通过扩束镜扩宽光路，再经

XY 振镜反射系统使光路的路径变成竖直方向，然后通过聚焦镜聚焦成一点，伺

服电机在计算机控制下 ,带动Ｘ轴、Ｙ轴、Ｚ轴三维工作台在空间内作轨迹运动 ,

将激光头固定在三维工作台上的空间位置，通过计算机控制三轴联动的工作台,

将水晶放在工作台的打点范围内 ,从而在水晶上雕刻出有意义的文字或图形 ,

光束传输过程如图 13-1所示。

238

1.2.2 激光内雕机的结构组成

激光内雕机由硬件系统与软件系统组成。其中硬件系统包括能量部分（激光

器、光束传输）与三维工作台。

软件系统由数据处理软件（3Dvision、3Dcrystal）与激光内雕操作软件

（Laser controller 、3Dcraft）组成。数据处理软件完成路径指令生成，操

作软件完成工艺控制。

数据处理软件 3Dvision处理 2D/3D 图像，3Dcrystal处理 3D图像，仅接受

OBJ格式文件。

13.2.3 数据处理软件 3D Vision的操作(如图 13-2所示)

图 13-2 3D Vision操作流程

1.2.4 操作软件 3D Craft 的操作流程(如图 13-3所示)

激光器

平行光

工件

聚焦镜

图13-1光束传输过程

扩束镜 X、Y振镜反射系统

239

图 13-3 3D Craft 操作流程

1.3 安全注意事项

1.3.1 开机时必须启动 Laser controller 软件，使之界面出现状态为“设备外

控状态”时设置 LD 电流为 80如图 13-4 界面所示，再启动 3D Craft 软件进行操

作。关机时先关闭激光器，等待界面出现“可以安全关机了”的字样，再关闭内

雕机及设备电源。

图 13-4 开关激光器界面

1.3.2 内雕机在工作中严禁打开设备门

1.4 3DVision 软件的操作练习

240

1.5 模型制作

1、二维图像处理内雕操作

1、三维照相机数据获取、点云处理以及内雕操作

1.6 思考题

1、激光内雕技术的原理

2、激光内雕的加工工艺

3、使用三维软件制作模型

241

教案十四 线切割实训

线切割实训模块一：电火花线切割应用及操作

Ⅰ 课题纲要

一、教学内容

1、特种加工的原理和特点

2、线切割机床的结构和组成

3、线切割机床使用方法和操作步骤。

二、目的和要求

1、使学生了解特种加工的特点、分类及其发展概况。

2、了解电火花线切割的工作原理、工艺特点及其应用。

3、了解设备的使用方法及操作步骤。

三、时间安排

1、特种加工概述 15分钟

2、电火花加工原理、特点、应用 15分钟

3、电火花线切割机床操作讲解 45分钟

四、教学设备

1、电火花线切割机若干台及配套计算机

2、讲课挂图一套

242

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、特种加工概述、各种特种加工方法的比较。

2、电火花加工的基本原理和特点。

3、电火花线切割加工原理、特点、应用及操作。

二、示范演示

1、BKDC 系统控制柜的菜单结构

2、线切割机床工操作

三、学生练习

1、独立操作机床，全过程要遵章守纪。

243

Ⅲ 讲稿

1.1 特种加工概述

1.1.1 特种加工产生的背景与发展

随着工业生产及科学技术的发展，工业产品向高精度、高速度、高温、高压

等方向发展，使用的材料越来越难于加工，零件形状更加复杂，零件尺寸精度要

求愈来愈高，粗糙度值要求愈来愈小。因此，仅仅依靠传统的切削加工方法，很

难满足要求。为了解决各种难加工材料的加工问题，如对硬质合金、钛合金、不

锈钢的加工；为了解决特殊、复杂表面和精密细小零件的加工，如汽轮机叶片、

立体成型表面的锻模、细小孔的喷丝头等的加工；为了解决对表面质量、精度等

有特殊要求的零件加工问题，特种加工新工艺逐步发展起来。

特种加工是 20 世纪 40 年代至 60 年代发展起来的新工艺，并且仍在不断的

革新和发展。所谓“特种加工”，是相对于传统的切削加工而言的，其实质是直

接利用电能、化学能、声能、光能、电化学能等能量形式进行加工的这类方法的

总称。因此，特种加工的方法有很多，常见的有电火花加工、电解加工、激光加

工、超声波加工等。

1.1.2 特种加工的特点

与传统的切削加工方法相比，特种加工具有以下特点：

1） 机械加工用的工具材料硬度是不能低于加工材料的，但特种加工用的工

具材料硬度却可以大大低于被加工材料的硬度，实现 “以柔克刚”。

2） 特种加工中工具材料与工件材料之间不存在显著的切削力，不产生宏观

切屑，不产生强烈的弹、塑性变形。

3） 某些特种加工方法可以有选择地复合成新的加工方法，使生产效率和加

工精度大为提高。

1.1.3 特种加工的应用

特种加工主要可应用于下列场合：

1）加工各种高强度、高硬度、高韧性、高脆性等难加工材料，如耐热钢、

不锈钢、钛合金、淬硬钢、硬质合金、陶瓷、宝石、聚晶金刚石、锗和硅等。

2）加工各种形状复杂的零件及细微结构，如热锻模、冷冲模的型腔和型孔，

整体涡轮、喷气涡轮的叶片，喷油嘴、喷丝头的微小型孔等。

244

3）加工各种有特殊要求的精密零件，如特别细长的低刚度螺杆、精度和表

面质量要求特别高的陀螺仪等。

1.1.4 各种特种加工方法的比较

表 14-1 就各种特种加工方法的工艺能力和经济性、适用的工件形状和材料

进行了综合比较。

本章就电火花加工、电解加工、激光加工和超声波加工的工作原理、特点及

应用场合作简单介绍。

表 14-1 特种加工的适应性

特种加工方法 电解 电火花 激光

被加工

材料

金属

铝 △ △ △

钢 ○ ○ △

超耐热合金 ○ ○ △

钛合金 △ ○ △

耐热合金 △ ○ ×

非金属

陶瓷 × × ○

塑料 × × △

玻璃 × × △

加工

形状

圆孔

极微小孔

D<0.025mm × × ○

微小孔

D>0.025mm × △ ○

浅孔(L/D<20) ○ ○ ×

深孔(L/D>20) ○ △ ×

冲模 精密 △ ○ ×

普通 ○ ○ ×

锻模 浅 ○ ○ ×

深 ○ ○ ×

表面

成形

双曲面 ○ △ ×

回转面 △ × ×

成形

切断

薄 ○ ○ ○

厚 ○ △ △

注：○最适合 △适合 ×不适合

1.2 电火花加工

1.2.1 电火花加工的基本原理

电火花加工是基于在工具与工件之间形成脉冲火花放电时产生的电腐蚀来

去除多余金属，以满足一定形状和尺寸要求的一种加工方法。图 14-1 为电火花

245

加工装置原理图，脉冲发生器 1的两极分别接在工具电极 2与工件 3上，当两极

在工作液 4中靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，在放电通道中瞬时产

生大量的热，达到很高的温度（10000℃），使表面局部金属熔化甚至气化而被蚀

除，形成一个微小的凹坑。多次放电的结果，电极和工件的表面由无数极小凹坑

所组成，如图 14-2所示。电极不断下降，工具电极的轮廓形状便复印在工件上，

这样便完成了工件的加工。

1—脉冲发生器 2—工具电极 3—工件 4—工作液

图 14-1 电火花加工装置原理图 图 14-2 加工表面放大图

1.2.2 电火花加工的三个必要条件

1）加工过程中工具电极与工件被加工表面要始终保持一定的放电间隙。工

具电极以自动跟踪方式完成与工件的相对运动，根据不同加工要求，放电间隙可

保持在几微米至几百微米。

2）要具备脉冲电源并输出单向脉冲电流，脉冲电流的参数（如脉冲电流幅

值、脉冲宽度、脉冲间隙等）要依据加工要求可进行调节。

3）火花放电要在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。液体介质的主要作

用有：电离和消电离；利用液体的流动性来冲刷并排出蚀除下来的金属；冷却工

具电极和工件的加工表面。

1.2.3 电火花加工的特点和应用

电火花加工不同于机械加工，其主要特点有：

1）所用的工具电极硬度不需要比工件材料的硬度高，不像切削加工那样刀

具的硬度必须高于工件。因此，它对于那些用机械加工方法难以加工的特殊材料，

如淬火钢、硬质合金等，以及对任何硬、脆、韧、高熔点的导电材料均可以加工。

2）加工时工具电极与工件不接触，是一种“无切削力”的加工。因此，可

用作小孔、深孔、窄孔、窄槽等加工，不致因工具或工件的刚度太低而无法进行；

用于各种一次成型、复杂形状的型孔、立体曲面型腔加工时，不必担心加工面积

246

过大而引起切削力过大等问题。

3）脉冲参数可以任意调节，可以在一台机床上连续进行粗、精加工。粗加

工时精度为 0.01mm，表面粗糙度可达 Ra0.8μm；精

加工时精度可达 0.002~0.004mm，表面粗糙度可达

Ra0.1~0.05μm。

电火花加工的应用范围很广，它可以用来加工各

种型孔、小孔，如冲孔凹模、拉丝模孔、喷丝孔等；

可以加工立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模等；

可以用来进行切断和切割；可以用来进行电火花磨削

以及表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。如图 14-3

所示为电火花加工的短型喷嘴小孔。 图 14-3 电火花加工的喷嘴小孔

1.3 电火花线切割加工

电火花线切割是在电火花加工的基础上发展起来的一种工艺形式。用线状电

极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割加工，称为电火花线切割，简称线

切割。

1.3.1 线切割加工原理

电火花线切割加工的原理在本质上与电火花加工相同，只是工具电极由钼丝

（或铜丝）代替。图 14-4是线切割加工原理图。

1—上工作台 2—下工作台 3—脉冲电源 4—工件 5—电极钼丝 6—导轮 7—储丝筒

8—信号 9—步进电机 10—数控装置 11—丝杆 12—步进电机 13—丝杆 14—绝缘底板

图 14-4 线切割加工原理图

247

在脉冲电源的两端，一个极接工件（称为工件电极），另一个极接钼丝（称

为工具电极）。液体介质通过管路喷射到切割部位。储丝筒由电机带动作正向或

反向交替的旋转运动，通过导轮使电极钼丝在垂直位置作上下的高速移动，实现

切割工作。数控装置输出电脉冲信号控制步进电机工作。上工作台和下工作台在

相应的步进电机带动下（通过丝杠），在水平面内的两个坐标方向上各自作进给

运动。合成运动的曲线轨迹受数控装置控制，自动地切割出所需的工件形状。通

常，工件安装在机床工作台上，以便电极钼丝穿过工件，机床工作台与上工作台

之间配有绝缘层。

1.3.2 线切割加工机床

线切割加工机床一般由机床本体、脉冲电源、数控装置等三部分组成，其中

机床本体又由床身、工作台、运丝系统、冷却系统等组成。如图 14-5所示。

图 14-5 线切割加工机床示意图

1）床身 用于支撑和连接工作台、运丝系统，安置机床电器等。

2）工作台 用于安装并带动工件在工作台平面内作 X、Y两个方向的移动。

工作台分上下两层，分别与 X、Y 方向的丝杆相连，由两个步进电机分别驱动。

步进电机每接受到计算机发出的一个脉冲信号，其输出轴就旋转一个步距角，通

过一对齿轮变速带到丝杆转动，从而使工作台在相应的方向上移动。

3）运丝系统 电动机通过联轴器带动储丝筒作正、反向的高速旋转运动，

钼丝均匀整齐地排列在储丝筒上，通过导轮作往复高速移动（线速度约

8~10m/s）。

4）冷却系统 一般由水箱、水泵、过滤装置、工作液、循环水管等组成。

5）脉冲电源 用于把普通的 50Hz交流电转换成高频的单向脉冲电压。加工

时，钼丝接脉冲电源负极，工件接正极。

248

6）数控装置 由微机配备相关硬件和控制软件组成。加工程序可由键盘输

入或通过软件自动生成。控制工作台 X、Y两个方向步进电机或伺服电机的运动。

1.3.3 线切割加工的特点

线切割加工特点与电火花加工（穿孔或成型）既有共性，又有它的特性。

1）线切割加工省掉了成型工具电极，大大降低了工具电极的设计与制造的

费用，缩短了生产周期，对新产品试制有重要意义。

2）由于钼丝很细，可加工微细异型孔、窄缝和复杂形状之工件，并且精度

高。

3）线切割因切割缝很窄，只对工件材料进行套料加工，对金属去除量很少，

这对贵重金属的加工有重要意义。

4）由于采用移动的长电极丝加工，电极丝损耗较少，从而提高了加工精度。

1.3.4 线切割加工的应用

线切割加工为新产品的试制、精密零件及模具制造开辟了一条新的工艺途

径，主要应用如下：

1）加工模具

适用各种形状的冲模，调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸

模、凸模固定板、凹模及卸料板等，并且精度较高。

还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具。

2）加工电火花成形加工用的电极

一般穿孔加工的电极以及带锥度型腔加工的电极，对钨类合金等材料，用线

切割加工特别经济，也适用于加工微细复杂形状的电极。

3）加工零件

a、在试制新产品时，用线切割在板料上直接割出零件。例如切割特殊微电

机硅钢片定、转子铁芯。因不需另行制造模具，故缩短了制造周期，也降低了成

本。

b、修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件可多片叠加在一起加工。

c、可用于加工品种多、数量少以及特别难加工材料的零件、试件，以及各

种型孔、凸轮、样板、成型刀具等，还可进行微细加工、异形槽加工等。

249

线切割实训模块二：电火花线切割的程序编制

Ⅰ 课题纲要

二、目的

1、计算机辅助绘图。

2、能对简单零件进行工艺分析和手工编程。

3、线切割机床加工零件工艺参数的选择。

二、目的和要求

1、使学生能利用计算机进行简单零件的设计和制作。

2、学会线切割程序编制方法和工艺分析。

3、能独立操作机床加工零件

五、时间安排

1、线切割加工的编程 45分钟

2、实际操作 45分钟

六、教学设备

2、电火花线切割机若干台及配套计算机

2、讲课挂图一套

3、厚度 0.3--0.5mm 的不锈钢板（人均消耗 50×50mm2 ）

4、塑封机 1 台及塑料片若干

250

Ⅱ 教学进程

一、讲解

1、线切割机床的编程。

2、G功能代码的编程规则。

3、M功能代码的编程规则。

4、E功能代码的编程规则。

5、工艺参数的选择。

二、 示范演示

1、线切割机床工操作加工零件

三、学生练习

1、利用软件设计零件并编程。

2、独立操作机床加工零件，全过程要遵章守纪。

251

Ⅲ 讲稿

2.1 线切割加工的编程

线切割加工的编程方法可分为手工编程和计算机辅助自动编程，程序格式主

要有 G 代码和 3B 代码格式两种。切割形状比较简单的零件可以采用手工编程的

方法；切割形状复杂的零件可借助于线切割软件来实现。它首先根据切割零件的

图纸尺寸绘制出零件图，然后通过具体的软件操作将图形转化成切割的程序，非

常方便。目前，用的比较多的是 CAXA 软件，有两个版本：CAXA 线切割 V2，用

于 Windows 98 系统；CAXA 线切割 XP，用于 Win2000 和 Win XP 系统。

1．手工编程

（1）ISO 代码格式

ISO 代码（G 代码）格式是国际标准化机构制定的 G 指令和 M 指令代码，代

码中有准备功能代码 G 指令和辅助功能代码 M 指令，如表 14-2 所示。该代码是

从切削机床的数控系统中套用过来的，不同企业的代码，在含义上可能会稍有差

异，因此在使用时应遵照所使用的加工机床说明书中的规定。

表 14-2 电火花线切割机床常用的 G 指令和 M 指令

代码 功能 代码 功能

G00 快速定位 G54 工作坐标系 1

G01 直线插补 G55 工作坐标系 2

G02 顺时针圆弧插补 G56 工作坐标系 3

G03 逆时针圆弧插补 G57 工作坐标系 4

G05 X 轴镜像 G58 工作坐标系 5

G06 Y 轴镜像 G59 工作坐标系 6

G07 X、Y 轴交换 G80 有接触感知

G08 X 轴镜像、Y 轴镜像 G84 微弱放电找正

G09 X 轴镜像，X，Y 轴交换 G90 绝对坐标系

G10 Y 轴镜像，X，Y 轴交换 G91 增量坐标系

G11 X 轴镜像，Y 轴镜像，X，Y 轴交换 G92 赋予坐标系

G12 取消镜像 M00 程序暂停

G40 取消间隙补偿 M02 程序结束

252

G41 左偏间隙补偿 D 偏移量 M96 主程序调用文件程序

G42 右偏间隙补偿 D 偏移量 M97 主程序调用文件结束

G50 取消锥度 W 下导轮到工作台面高度

G51 锥度左偏 A 角度值 H 工件厚度

G52 锥度右偏 A 角度值 S 工作台面到上导轮高度

（2）坐标系与坐标值 X、Y、I、J 的确定

ISO 代码编程时的坐标系一般采用相对坐标系，即坐标系的原点随程序段的

不同而变化。

加工直线时，以直线的起点为坐标系的原点，X____Y____为直线终点的坐标。

加工圆弧时，以圆弧的起点为坐标系的原点，X____Y____为圆弧终点的坐标，

I____J____为圆弧圆心坐标，单位均为μm。

（3）ISO 编程常用指令

①G00 快速定位指令

编程格式 G00 X____Y____

该指令可使指定的某轴，在机床不加工的情况下，以最快的速度移动到指定

位置。

②G90、G91、G92 指令

G90 绝对坐标系指令，表示该程序中的编程尺寸是按绝对尺寸确定的，即移

动指令终点坐标值 X、Y 都是以工件坐标系原点为基准来计算的。

G91 增量坐标系指令，表示该程序中的编程尺寸是按增量尺寸确定的，即坐

标值均以前一个坐标位置作为起点来计算下一点位置值。

G92 加工坐标系设置指令，指令中的坐标值为加工程序的起点的坐标值。

编程格式 G92 X____Y____

一般情况下，起点坐标取在（0,0）点，即 G92 X0 Y0

③G01 直线插补指令

编程格式 G01 X____Y____

该指令可使机床在各个坐标平面内加工任意斜率直线轮廓和用直线段逼近

曲线轮廓。

253

如：G92 X0 Y0

G01 X30000 Y400000，如图 14-6 所示。

图 14-6 直线插补 图 14-7 圆弧插补 图 14-8 G05 指令

注意：目前可加工锥度的电火花线切割机床具有 X、Y 坐标轴和 U、V 附加

轴工作台。程序格式为：

G00 X____Y____U____V____

④G02/G03 圆弧插补指令

G02 为顺时针圆弧插补指令，G03 为逆时针圆弧插补指令。

编程格式 G02 X____Y____I____J____

G03 X____Y____I____J____

式中 X____ Y____为圆弧终点的坐标，I____ J____为圆弧圆心坐标，I____是

X 方向坐标值，J____是 Y 方向坐标值。如图 14-7 所示圆弧，加工程序为：

G92 X0 Y0 （起点 O 设置加工坐标系）

G02 X20000 Y20000 I20000 J0 （OA 段圆弧）

① G05、G06、G07、G08、G09、G10、G11、G12 镜像交换指令

G05 X 轴镜像，函数关系式为：X= -X，如图 14-8 所示。

G06 Y 轴镜像，函数关系式为：Y= -Y。

G07 X，Y 轴交换，函数关系式为：X=Y，Y=X

G08 X 轴镜像，Y 轴镜像，函数关系式为：X= -Y，Y= -X，即 G08=G05+G06。

G09 X 轴镜像，X，Y 轴交换，即 G09=G05+G07。

G10 Y 轴镜像，X，Y 轴交换，即 G10=G06+G07。

G11 X 轴镜像，Y 轴镜像，X，Y 轴交换，即 G11=G05+G06+G07。

G12 取消镜像。每个程序镜像后都要加上此命令，消除镜像后程序段的含

义与原程序段相同。

在加工模具零件时，经常碰到所加工零件的结构是对称的，这样就可以先编

制其中一个，然后通过镜像交换命令即可加工，如图 14-8 所示。

254

② G41、G42、G40 间隙补偿指令

G41 左间隙补偿。注意沿着电极丝前进的方向看，电极丝在工件的左边，如

图 14-9 所示。

编程格式 G41 D____

G42 右间隙补偿。注意沿着电极丝前进的方向看，电极丝在工件的右边，如

图 12-9 所示。

图 14-9 间隙补偿指令

编程格式 G42 D____

上式中 D 表示间隙补偿量。

G40 取消间隙补偿指令。注意该命令须放在退刀线前。

⑦G51、G52、G50 锥度加工指令

G51 锥度左偏。沿着电极丝前进方向看，电极丝向左偏离。

编程格式 G51 A____

G52 锥度右偏。沿着电极丝前进方向看 ，电极丝向右偏离。

编程格式 G52 A____

上式中 A 表示锥度值。

G50 取消锥度加工指令。

应注意：G51 和 G52 程序段必须放在进刀线前；G50 指令则必须放在通刀之

前；下导轮到工作台的高度 W、工件的厚度 H、工作台到上导轮中心的高度 S

需要在使用 G51 和 G52 之前使用。

⑧M 辅助功能指令

M00 程序暂停指令。主要用于加工过程中该程序结束后的停止加工，它可

以出现在任何一段程序之后。

M02 程序结束指令。一旦执行该命令，则机床自动停机。该指令只能出现

在程序结尾。

255

（4）编程实例

如图 14-10 所示凸模，用φ0.14mm 电极丝加工，单边放电间隙 0.01mm，编

制加工程序。

取 O 点为穿丝点，加工程序为：

O→A→B→C→D→E→F→G→H→I→J→A→

O

间隙补偿量 f=（0.14/2+0.01）mm=0.08mm。

加工程序编制如下：

G90 G92 X0 Y0；图 14-10 加工工件图

G42 D80； 图 14-10 凸模

G01 X0 Y8000；

G01 X30000 Y8000；

G01 X30000 Y20500；

G01 X17500 Y20500；

G01 X17500 Y43283；

G01 X30000 Y50500；

G01 X0 Y58000；

G03 X-10000 Y48000 I0 J-10000；

G01 X-10000 Y33000；

G01 X-10000 Y18000；

G03 X0 Y8000 I10000 J0；

G40；

G01 X0 Y0；

M02；

2．自动编程

目前使用的线切割自动编程系统有 YH 绘图式线切割自动编程系统、WAP 线

切割编程系统、HF 线切割编控一体化系统等。这些编程系统均采用计算机绘图

技术，融绘图、编程于一体，采用全绘图式编程，只要按所要求加工的工件的形

状图形在计算机上作图输入，即可生成加工轨迹、完成自动编程、输出 3B 或 G

256

指令代码。对于不规则图形，可以用扫描仪输入，经矢量化处理后使用。前者能

保证尺寸精度、适用零件加工；后者会有一定的误差，适用于毛笔字和工艺美术

图案的加工。

12.2.6 线切割加工工艺

1．电参数的选择

脉冲电源的波形与参数是影响线切割加工工艺指标的主要因素，如图 14-11

所示为矩形波脉冲电源的波形图。

电参数与加工工件技术指标的关系表现为：

峰值电流 Im 增大、脉冲宽度 ton 增加、脉冲间隙 toff 减小、脉冲电压幅值

ui 增大都会使切割速度提高，

但加工件的表面粗糙度和精度则会下降。反之，则可以改善表面粗糙度，提高加

工精度。因此，如要求切割速度高时，选择大电流和大脉冲宽度、高电压和适当

的脉冲间隔；要求表面粗糙度好时，则选择小的电流和

小脉冲宽度、低电压和适当的脉冲间隔；切割厚度较大

的工件时，应选用大电流、大脉冲宽度和大脉冲间隔以

及高电压。图 14-11 矩形波脉冲

2．工件装夹 图 14-11 矩形波

图 14-12 支承方式

（1）常用夹具和支撑装夹

常用夹具主要有压板夹具和磁性夹具等。

压板夹具主要用于固定平板状的工件，对于稍大工件的夹具要成对使用。夹

257

具上如有定位基准面，则加工前应预先用划针或百分表将夹具定位基准面与工作

台对应的导轨校正平行。各种支承方式如图 14-12 所示。

磁性夹具采用磁性工作台或磁性表座夹持工件，主要适用于夹持钢质工件，

因依靠磁力吸住工件，不需要压板和螺钉，

操作快速方便，定位后不会因压紧而变动，

如图 14-13 所示的磁性表座夹持方式。

另外常用的支撑装夹方式有两端支撑

方式、桥式支撑方式、板式支撑方式和复式

支撑方式。

（2）工件的找正及调整 图 14-13 磁性表座夹持方式

在装夹工件时，还必须配合找正进行调整，以使工件的定位基准面与机床工

作台面或工作台进给方向保持平行，保证所切割的表面与基准面之间的相对位置

精度。常用的找正方法有划线找正、百分表找正、外形找正等。图 14-13 工件的

找正

①划线找正如图 14-13（a）所示，用固定在丝架上的划针对正工件上划出的

基准线，往复移动工作台，目测划针与基准线间的偏离情况，调整工件位置，适

用于精度要求不高的工件加工。

②百分表找正如图 12-13（b）所示，利用磁力表架将百分表固定在丝架上，

往复移动工作台，按百分表上的指示值调整工件位置，直到百分表指针偏摆范围

达到所要求的精度。

③外形找正要预先磨出侧垂直基准面，有时甚至要磨出六面。按按外形找正

有两种：一是直接按外形找正，二是按工件外形配作胎具。

（3）电极丝位置调整

在线切割加工前，须将电极丝位置调整到切割的起始坐标位置上，调整方法

有：

①目测法它是利用穿丝画出的十字基准线，分别沿划线方向观察电极丝与基

准线的相对位置，根据二者的偏离情况移动工作台，当电极丝中心与纵、横方向

基准重合时，工作台纵、横方向刻度上的读数就确定了电极丝的中心位置，如图

14-14（a）所示。

258

②火花法如图 14-14（b）所示，开启高频电源及储丝筒，移动工作台使工

件的基准面靠近电极丝，在出现火花的瞬时，记下工作台的相对坐标值，再根据

放电间隙计算电极丝中心坐标。此法简便，但定位精度不高。同时要注意，在使

用此法时，电压、幅值、脉冲宽度和峰值电流要采到最小，且不要开冷却液。

③自动找正法一般的线切割机床，都具有自动找边、找中心的功能，且找正

精度很高。

图 14-14 电极丝位置调整图 14-15 切割线路选择

（4）切割路线的选择

①加工程序的引入点该点不能与工件上的起点重合，需要有一段引入程序。

加工外形时，引入点一般在坯料之外，加工型孔时在坯料之内。有时需要加工工

艺孔以便穿丝，穿丝孔的位置最好选择在便于计算的坐标点上。

②切割路线选择切割路线以防止或减小材料变形为原则，通常应考虑靠近装

夹一边的图形后切割为宜。如图 14-15 所示，加工程序引入点为 A，起点为 a，

则切割路线为：A→a→b→c→d→e→f→a→A。但如果选择 B 点为引入点，起点

为 d 点，则无论选择何种走向，都会受到材料变形影响。

3．加工步骤

（1）根据加工工件坯料情况，选择合理的装夹位置和切割路线；

（2）计算电极丝中心轨迹，编制加工程序；

（3）接通电源，开机，输入程序；

（4）选择脉冲电源的电参数；

（5）调整进给速度；

（6）装夹工件，要做到夹紧力均匀、不得使工件变形或翘曲；

（7）将十字拖板移动到合适的位置上，防止拖板走到极限位置时工件还未

切割好；

（8）穿电极丝；

259

（9）校正工件；

（10）运行程序，进行切割加工；

（11）工件质量检验。

九、线切割加工实例分析

如图 14-16 所示零件，其厚度为 5mm，加工步骤如下：

1．工艺分析

材料毛坯尺寸为 60mm×60mm，对刀位置须设置在毛坯之外，以图中 G 点

坐标（-20，-10）作为引入点。为便于计算，在此例中不考虑钼丝半径补偿值，

采用逆时针方向走刀。

2．编制程序（手工编制）

G 代码程序编制如下

G92 X-20000 Y-10000；以 O 点为原点建立工件坐标系，引入点坐标为（-20，

-10）

G01 X10000 Y0；从 G 点走到 A 点，A 点为切割起点

G01 X40000 Y0；从 A 点到 B 点

G03 X0 Y20000 I0 J10000；从 B 点到 C 点

G01 X-20000 Y0；从 C 点到 D 点

G01 X0 Y20000；从 D 点到 E 点

G03 X-20000 Y0 I-10000 J0；从 E 点到 F 点

G01 X0 Y-40000；从 F 点到 A 点

G01 X-10000 Y0；从 A 点回到切割起点 G 图 14-16 零件图

M00；程序结束

3．机床准备

开启机床，装好电极丝、加注润滑液、冷却液等。

4．模拟加工

对程序进行模拟加工运行，以确认程序的准确性。

5．装夹工件

因示例中毛坯尺寸较小，采用磁性夹具将其固定在

机床工作台上，找正工件，使其两垂直边分别平行

260

于机床的 X 轴和 Y 轴。

6．确定切割起点

移动工作台面，将电极丝定位到图 14-16 所示的 G 点位置。

7．选择电加工参数

8．自动加工图 12-16 加工零件

开启储丝筒，打开高频和冷却液，点击控制界面上的“加工”按钮，即可进

行自动加工。

9．后处理工件

拆下工件、夹具、检查零件尺寸，清理机床、关闭总电源。