章节 名称
教学 目标
教
案
数控机床卡盘尾座改造
学时
安排
6H
知识目标：理解掌握液压卡盘、尾座结构特点 掌握卡盘、尾座改造基本电气设计方法及液压控制的基本知识 掌握卡盘、尾座改造 PMC 程序设计
能力目标：掌握卡盘、尾座的装调维修 掌握机床电气、液压回路安装调试
素质目标：本项目以分组进行，锻炼同学们竞争、合作、领导、服从等方面 的素质，培养学生掌握工作的过程和方法 通过基于工作过程的教学模式，培养学生分析问题、解决问题的 能力
4 液压控制 液压回路及安装
1）回路设计不正确扣 5 分 2）安装不合格每处扣 2 分
能根据接线、程序和 1）卡盘、尾座动作不正确，
5 调 试 参数设置，正确进行 扣 10 分
现场调试
2）调试失败，扣 20 分
备注
注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25 倍行距，居中）
数控机床卡盘尾座自动夹紧改造
50
根据接线图合理接线，根据液压控制回路正确安装液压
6
50
部件
7 根据控制要求编写 PMC 程序 8 联机调试
重点 100
难点
9 总结控制系统设计流程，并对教和学进行评价
30
（二）教学方法
为发挥学生的主体作用，激发学习兴趣，培养职业技能，养成职业素养，做到“理实一体、学 做合一”，本节课采用理实一体教学法，运用多媒体演示、实践操作、讨论、讲解等多种教学方法来 达成目标。
9.活塞 10. .回转油缸 11.分油器 12 车床主轴 13.斜碶滑块
（3）液压部件及原理
图 2-7 液压尾座结构示意图
1.油缸 2.尾座心轴 3 顶尖 4.工件
液压部分需要增加一个液压站，液压站包括油箱、电动机、叶片泵、电磁阀、调压阀、溢流阀、
压力传感器等。
图 2-7 电磁换向阀及组件
，工作位置交换，讨论交流及提问
项目任务
PMC I/0点分配 PMC梯形图设计
编译
N
编译通
过？
Y
液压控制设计 电气接线图设计 液压回路安装接线
检查无
系统联调
查找原因
调试成
N
功？
Y
任务完成
5．课程总结评价 师生共同讨论，归纳总结本节课的学习要点，学会归纳总结的方法。为有效解决课 时有限性与专业问题无限性的矛盾，将拓展迁移的内容主要放到课外，充分挖掘学生的 潜力，促进学生的专业学习和能力发展。教师布置任务拓展作业，讲解作业要求，指导 学习方法。
图 2-9 液压电机主电路图 图 2-10 卡盘和尾座控制电路图
图 2-11 液压电机控制电路 液压卡盘、尾座涉及到的 I/O 信号
表 2-1 增加的 i/o 点
根据卡盘、尾座控制要求及定义的 I/O 点，增加卡盘尾座控制梯形图程序
5)控制软件的设计 软件编写采用了点按钮启停控制模式，卡盘与尾座控制完全相同，因此程序编写很 简单，从实现液压动作控制看，完全可以满足卡盘与尾座动作要求；如果要从安全可靠 角度分析，卡盘液压部分可以增加双压控制及压力检测，同时与主轴实现互锁控制，对 液回路及梯形图改进。 6)调试 顺序程序的输入、调试 系统运行 机械液压安装和电气设计连接完成后，经过检查就可以通电试验了，这些工作做完 以后，卡盘尾座升级改造工作就完成了。 4．项目实训操作 项目实训操作过程流程图如下图 2 所示。 根据课堂讨论学习后，组内合理分工协作完成项目要求
能根据任务要求设 扣 4 分
1 电路设计
计电路
2）设计电路不正确，每处
扣5分
1）元件安装不合要求，每 能正确使用工具和
处扣 2 分 2 接 线 仪表,按照电路图接
2）接线不规范，每处扣 1 线
分
1）程序编制不规范，每处
PMC 程序编 能 根 据 控 制 要 求 按
3
扣2分
制
照流程编制 PMC 程序
2）程序错误，每处扣 5 分
重点 难点
重点：卡盘、尾座结构及装调 难点：卡盘、尾座故障诊断及梯形图编制
参考 资料
考核 与评价
经济型数控机床系统设计[M].北京：机械工业出版社 机床数控改造设计与实例.北京机械工业出版社[M] FANUC 系统装调维修 数控机床故障诊断与维修
序 主要内容
号
考核要求
评分标准
1）画图不符合标准，每处
一、教学内容与教学方法
（一）教学内容
为达到教学目标的要求，根据学生现有状况和实训设备条件，设定如下表所示的教学内容。
序号
教学内容
重/难点
学时分配(M)
1 项目任务分析与解读
重点
20
2 液压卡盘、尾座结构及特点
重点
30
3 液压卡盘、尾座拆装
难点
50
4 PMC 的 I/O 地址分配
30
5 设计液压卡盘、尾座改装的电气原理图及液压控制回路 难点
图 2-1 液压站
图 2-2 液压三抓卡盘
液压尾座主要是油缸带动尾座套筒做直线运动，通过顶尖顶紧工件。
图 2-3 液压尾座
（2）液压卡盘结构及原理（三爪）
图 2-4 液压卡盘附件
图 2-5 安装好的液压缸和尾座
图 2-6 液压卡盘结构示意图
1．动力卡盘 2.工件 3.卡盘座 4.联接螺母 5.连接盘 6.拉杆 7.过度法兰 8.活塞干
加了工人的劳动强度，所以将主轴及尾座由手动装夹方式改为自动装夹方式很有必要。 主轴与尾座的自动夹紧从动力源上分为气动与液压两种，本次采用液压自动卡盘和液压 尾座实现。我们将本次改造的工作任务分为机械、电气、液压等几个方面。
2．任务讨论与分析 项目任务分解：液压卡盘、尾座结构原理及拆装方法，液压系统设计安装及控制线 路改装，控制梯形图编制，最后是连接安装调试。 3．知识讲解 （1）液压卡盘、尾座简介 改装液压卡盘，就是利用一个液压工作站提供工作动力，连接回转油缸完成伸缩动 作，从而控制液压卡盘的夹紧与松开，电路进行系统连接，实现系统控制和人工控制两 种方式并用。
（4）液压卡盘、尾座安装安装 主轴夹紧部分还需要增加油缸及连接轴，这是执行元件。油缸通过连接轴带动卡盘 活塞前后运动，再通过斜面机构使滑块产生横向运动，控制卡爪的张开与夹紧。先将油 缸与连接轴组装好，将同步带齿轮，油缸安装法兰安装好，连接主轴电机皮带，将油缸 与安装法兰连接好，将卡盘安装好。调整好主轴电机的位置。机械方面的改造就完成了。 尾座的自动夹紧功能，主要是油缸带动尾座套筒做直线运动，通过顶尖顶紧工件。 改造时，需要将原尾座机体进行加工，制作与机体配合的套筒与连接件，购买能够满足 要求的油缸，把机体与套筒、油缸组装好之后，将其连进液压回路。 （5）电气控制部分改造：电气控制部分改造分两步，线路改造和控制梯形图的编 写。 在电气方面，需要增加相应的控制线路，数控系统同样也必须增加相应的 I/O 点并 修改梯形图。 1)电气部分，增加油泵电机主电路电路及卡盘、尾座控制电路，同时增加油泵电机 控制电路，以下为改装后的原理接线图。
二、教学过程
（一）教学准备
1．学生分组 全班学生 40 人，按学号将学生分成 8 组，每组 5 人，组内合理分工。 2．实训设备准备
（二）教学实施
1．课题导入 数控车床液压自动化改造，顾名思义，就是指对数控车床进行一定的改装，从而达 到提高设备的加工效率和自动化程度的目的，包括改装液压卡盘、液压尾座。一般我们 所说的数控车床液压自动化改造是指数控车床改装液压卡盘、液压尾座。卡盘是应用最 广泛的卧式车床夹具，有各种不同结构的卡盘，如手动、气动、电动及液压卡盘，它靠 背面法兰盘上的螺纹直接装在车床主轴上，用来夹撑轴类，盘类，套类零件。尾台是数 控车床的一个简单部件，顶尖与尾台套筒间以锥孔连接，尾台套筒通过液压缸带动顶尖 一起移动。目前我国各机床厂生产的数控车床中，主轴夹紧与尾座顶紧部分多采用手动 方式。但是在大批量，短工时的生产加工中，采用手动装夹方式导致效率较低，并且增