1、 第章第章 模具數控加工技術概論模具數控加工技術概論1.11.1數控機床概述數控機床概述1.1.1 數控機床概念數控機床概念 1. 1. 數控機床數控機床(Numerical Control Machine Tool)(Numerical Control Machine Tool) 是采用數字控制技術是采用數字控制技術(Numerical Control)(Numerical Control)，以，以數字量作為指令信息，通過計算機控制機床的運數字量作為指令信息，通過計算機控制機床的運動及其整個加工過程的機械加工設備。動及其整個加工過程的機械加工設備。 1.1.1 1.1.1 數控機床概念數控機

2、床概念 2. 數控機床坐標系 采用笛卡爾直角坐標系定義數控機床的坐標系，規定了直角坐標系中X、Y、Z三個直線坐標軸和A、B、C三個回轉坐標軸，其正方向用右手螺旋法則確定，如圖1-1所示。圖圖1-1 1-1 右手笛卡爾直角坐標系右手笛卡爾直角坐標系 1.1.2 數控機床工作原理數控機床工作原理1.1.2 數控機床工作原理數控機床工作原理1.1.數控機床的構成數控機床的構成數控機床本體與普通機床本體一樣主要包括主數控機床本體與普通機床本體一樣主要包括主軸、工作臺、刀架、床身。并有冷卻、潤滑等軸、工作臺、刀架、床身。并有冷卻、潤滑等輔助裝置。機床本體要求具有較高的剛度、抗輔助裝置。機床本體要求具有較

3、高的剛度、抗震性強、熱變形小、機械傳動機構簡單和傳動震性強、熱變形小、機械傳動機構簡單和傳動鏈短。除機床本體外，數控機床有如下六大裝鏈短。除機床本體外，數控機床有如下六大裝置。置。 1.1.2 數控機床工作原理數控機床工作原理 2. 2. 數控機床的工作步驟數控機床的工作步驟1.1.3 數控機床與普通機床的區別數控機床與普通機床的區別數控機床除具備普通機床的功能外，其特點是數控機床除具備普通機床的功能外，其特點是加工精度高、效率高。加工精度高、效率高。1. 1. 加工精度高，加工質量穩定加工精度高，加工質量穩定2. 2. 工序相對集中，生產效率高工序相對集中，生產效率高3. 3. 柔性好、加工

4、自適應能力強柔性好、加工自適應能力強4. 4. 自動化程度高，減輕操作者勞動強度自動化程度高，減輕操作者勞動強度 1.1.4數控機床分類數控機床分類1.1.按運動軌跡控制方式進行分類按運動軌跡控制方式進行分類(1)(1)點位控制數控機床點位控制數控機床對機床移動部件從一個位置對機床移動部件從一個位置點移動到另一個位置點，不點移動到另一個位置點，不進給加工的定位控制，對兩進給加工的定位控制，對兩點運動軌跡的實現方式沒有點運動軌跡的實現方式沒有要求，機床各坐標軸的運動要求，機床各坐標軸的運動可以獨立，也可以相關聯可以獨立，也可以相關聯動，只要最后準動，只要最后準確移動到目標位置點的控制方式，如圖確

5、移動到目標位置點的控制方式，如圖1-51-5所示。點位控制的數控機床主要有數控鉆床、數控沖所示。點位控制的數控機床主要有數控鉆床、數控沖床、床、 數控坐標鏜床等，對應的數控系統也稱為點位數控數控坐標鏜床等，對應的數控系統也稱為點位數控系統。系統。 1.1.4數控機床分類數控機床分類 1.按運動軌跡控制方式進行分類按運動軌跡控制方式進行分類(1)點位控制數控機床點位控制數控機床(2)直線控制數控機床直線控制數控機床 直線控制數控機床又稱為平行切削控制的數控機床。該直線控制數控機床又稱為平行切削控制的數控機床。該控制方法除控制點到點的準確定位外，還控制點到點的控制方法除控制點到點的準確定位外，還控

6、制點到點的運動軌跡必須是與機床坐標軸平行的直線，且控制運動運動軌跡必須是與機床坐標軸平行的直線，且控制運動的速度。即直線控制數控機床一般可以有的速度。即直線控制數控機床一般可以有23個可控制個可控制的坐標軸，但系統同時只能控制一個，刀具是在所設定的坐標軸，但系統同時只能控制一個，刀具是在所設定的速度下沿預定的直線進給軌跡進行點到點的加工。的速度下沿預定的直線進給軌跡進行點到點的加工。這類機床包括簡易的數控車床、數控鏜銑床、數控磨床這類機床包括簡易的數控車床、數控鏜銑床、數控磨床等，對應的數控系統稱為直線控制數控系統。直線控制等，對應的數控系統稱為直線控制數控系統。直線控制數控機床常常具有刀具半

7、徑和長度補償功能，適合加工數控機床常常具有刀具半徑和長度補償功能，適合加工平面、矩型輪廓面和平行階梯面的工件表面。平面、矩型輪廓面和平行階梯面的工件表面。 (3)輪廓控制數控機床輪廓控制數控機床輪廓控制數控機床又稱為連續軌跡切削控制的數控機床，輪廓控制數控機床又稱為連續軌跡切削控制的數控機床，又稱多坐標聯動控制的數控機床。其特點是可以同時連又稱多坐標聯動控制的數控機床。其特點是可以同時連續、關聯控制兩個或多個運動坐標方向上的位移速度和續、關聯控制兩個或多個運動坐標方向上的位移速度和進給加工軌跡。因此這類控制要求數控系統必須具有插進給加工軌跡。因此這類控制要求數控系統必須具有插補運算的功能，可以

8、加工曲線、曲面。補運算的功能，可以加工曲線、曲面。現代數控機床多數采用輪廓控制的數控機床，如數控車現代數控機床多數采用輪廓控制的數控機床，如數控車床、數控銑床、數控線切割機床、加工中心等。其相應床、數控銑床、數控線切割機床、加工中心等。其相應的的數控系統稱為輪廓控制數控系統。的的數控系統稱為輪廓控制數控系統。根據同時控制的聯東坐標軸數，又可以將輪廓控制數控根據同時控制的聯東坐標軸數，又可以將輪廓控制數控機床分為如下幾種形式。機床分為如下幾種形式。 2 2軸聯動軸聯動 同時可以控制同時可以控制2 2個軸個軸, ,如機床有如機床有X X、Y Y、Z Z三個坐標，三個坐標，2 2軸聯動可以同軸聯動可

9、以同時控制其中兩個。時控制其中兩個。如圖如圖1-8 1-8 加工直加工直線型母線曲面輪線型母線曲面輪廓，只要同時控廓，只要同時控制制X X、Y Y坐標。坐標。 圖圖1-81-8 圖圖1-9加工槽底面，只要控制加工槽底面，只要控制Z、X或或Z、Y坐標。坐標。 2軸半聯動 用于3軸及以上的數控機床，其中2個軸(如X、Y坐標)聯動，另一個軸(Z坐標)作周期性間歇進給。如圖1-10在數控銑床上加工用行切法加工三維曲面。圖1-10 3軸聯動 就是X、Y、Z三個直線坐標方向的聯動，或除同時控制其中兩個直線坐標的聯動外，還同時控制圍繞某一坐標軸旋轉的旋轉坐標。例如在數控銑床或在加工中心上用球頭銑刀加工如圖1

10、-11三維曲面。圖1-11 4軸聯動 同時控制X、Y、Z三個直線坐標及某一旋轉坐標的聯動，用來加工葉輪或圓柱凸輪。如圖1-12所示為同時控制X、Y、Z坐標與工作臺繞Y軸旋轉（B坐標）的4軸聯動。圖1-12 5軸聯動 同時控制X、Y、Z三個直線坐標及兩個旋轉坐標（A、B、C旋轉坐標中的任意兩個）的聯動，形成5坐標聯動。這樣，刀具可以向空間的任意方向進給加工。如加工圖 1-13兩種空間曲面，控制刀具同時繞X軸和Y軸兩個方向擺動，使刀具切削方向保持與加工的曲面的切平面重合，提高加工表面的加工精度。采用5軸聯動加工特別適用各種復雜空間曲面。圖1-131.1.41.1.4數控機床分類數控機床分類2.按伺

11、服控制方式分類(1)開環控制數控機床這類機床的伺服驅動系統是開環的，沒有檢測反饋裝置，采用步進電機驅動。數控系統每發一個脈沖指令，步進電機就轉動一個步距角，結構簡單，控制方便，價格便宜。由于數控系統發出的指令信號是單向的，機械傳動的誤差不能檢測反饋，所以加工精度不高，加工穩定性差，是早期數控機床和現代經濟型數控機床采用的控制系統。圖1-14 是開環控制系統框圖。圖1-141.1.41.1.4數控機床分類數控機床分類2.按伺服控制方式分類 (2)閉環控制數控機床這類機床帶有檢測反饋裝置，通過傳感器直接對工作臺的位移量進行檢測，并將檢測結果通過反饋裝置反饋到輸入端與輸入信號進行比較，將誤差值放大、

12、變換處理修正工作臺向誤差減少的方向移動，直到誤差為零。閉環控制數控機床可以消除從電動機到機床工作臺整個機械傳動鏈中的傳動誤差，定位精度高，自動調節速度快。但由于整個控制環內，摩擦阻尼特性、剛性及裝配間隙等非線性因素的影響，易于造成各種參數不匹配，引起系統振蕩和不穩定，而且設計、調節比較復雜，成本高。因此，閉環控制方式用于精度要求很高的數控機床，如精密數控鏜銑床、精密數控磨床等。圖1-15為閉環控制的系統框圖。圖1-151.1.41.1.4數控機床分類數控機床分類2.按伺服控制方式分類(3)半閉環控制數控機床大多數數控機床采用半閉環伺服系統。這類數控機床是將檢測傳感器直接安裝在伺服電機的軸端或安

13、裝在絲杠的的端部，以測量電機輸出軸旋轉位移角或絲杠旋轉位移角。因為大部分機械傳動裝置未包括在閉環系統內，所以稱為辦閉環控制系統。雖然不能檢測補償機械傳動裝置的傳動誤差，但有些可以通過軟件定值補償適當校正（如補償絲杠傳動的反向間隙）提高傳動精度，而且設計、調整比閉環系統簡單方便得多，得到廣泛應用。圖1-16 為半閉環控制的系統框圖。圖1-16 1.1.4數控機床分類數控機床分類 3.按加工工藝類型分類(1)普通數控機床這類數控機床與傳統的通用機床有相似的加工工藝特性，品種、類型繁多。如數控車、銑、鏜、鉆、磨床等。(2)數控加工中心與普通數控機床比較，另帶有自動換到裝置和刀具庫，工件一次裝夾后，加

14、工中可以自動更換各種刀具，自動連續完成在普通數控機床上需要多個工序的加工過程。如鏜銑加工中心、車削加工中心等。(3)金屬成型數控機床指通過擠、拉、壓、沖等工藝方式使材料成型的數控機床。如數控沖床、數控彎管機、數控折彎機、數控旋壓機等。(4)特種加工數控機床如數控線切割機床、數控電火花加工機床、數控激光加工機床等。另外，數控機床還可以按數控系統功能水平及相應的主要技術指標分為高、中、低三檔。這種分法是相對的，不同時期劃分的標準不同。 加工中心加工中心 數控銑床數控銑床 數控車床數控車床數控機床分類數控機床分類立式加工中心立式加工中心 數控機床分類數控機床分類立式龍門加工中心立式龍門加工中心（高速

15、加工技術）（高速加工技術） A p p l i c a t i o n C a s e S t u d yA n w e n d u n g s b e is p ie lC o m p o n e n t :D a r s te llu n g :M a c h in e :M a s c h in e :M a t e r ia l:W e r k s to ff:P r e s s u r e - d ie f o r a u t o m o b ile w h e e l r im sP r e s s w e r k z e u g f r A u to m o b il- F e

16、lg e nD M C 7 0 V h i- d y nT o o l S t e e l 1 .2 3 4 4 / h a r d n e s s : 3 8 - 4 2 H R CW e r k z e u g s ta h l 1 .2 3 4 4 / H r te : 3 8 -4 2 H R C1 2 M B1 2 M BR a 0 , 1 mR a 0 , 1 m1 0h o u r s1 0 S tu n d e nP r o g r a m m le n g t h :P r o g r a m m l n g e :Q u a lit y o f s u r f a c e

17、:O b e r f l c h e n g te :T o t a l t im e :B e a r b e it u n g s z e it:高速銑加工的零件高速銑加工的零件數控機床的特點和應用范圍1 數控機床的特點（1）具有復雜形狀加工的能力（2）高質量（3）高效率（4）高柔性（5）改善勞動條件（6）有利于生產管理現代化2數控機床的應用范圍（1）多品種小批量零件；（2）形狀復雜（如用數學方法定義的復雜曲線、曲面輪廓）、加工精度要求高的零件； （3）需頻繁發型的零件； （4）價值高的零件；（5）需最小生產周期的急需零件。1.1.5 1.1.5 數控機床的主要技術性能指標數控機床的主要技

18、術性能指標1.精度指標 (1).分辨率與脈沖當量 對測量系統來說，分辨率是可以測量的最小增量；對控制系統來說，分 辨率是可以控制的最小位移量。脈沖當量是數控機床設計的原始參數， 表示數控裝置每發出一個脈沖信號，反映到機床移動部件上的位移量。 脈沖當量數值的大小決定數控機床的加工精度和表面質量，脈沖當量越 小，機床加工精度和加工表面質量越高。精密數控機床的脈沖當量小于 0.1um, 分辨率可以達到0.001um。 (2) 定位精度與重復定位精度 定位精度是指機床移動部件移動到實際位置與理想位置的定位誤差。定 位誤差包括伺服系統、檢測系統、進給系統的誤差以及機床移動部件的 幾何誤差等。定位誤差直接

19、影響零件加工的定位精度。 重復定位精度是指在同一機床，應用同一程序加工一批零件，所得到連 續定位誤差結果的一致程度。重復定位精度影響一批零件加工精度的一 致性，是非常重要的技術指標。重復定位精度受數控機床伺服系統穩定 性、傳動副間隙及機床剛性等因素影響。 (3) 分度精度 指分度工作臺分度時，實際回轉的角度值與理論要求回轉的角度值的誤 差為分度精度。1.1.5 數控機床的主要技術性能指標數控機床的主要技術性能指標2.加工性能指標(1)機床主軸的最高轉速和最大加速度該項指標是影響加工效率，表面加工質量和刀具使用壽命的主要因素之一。(2)最快位移速度和最高進給速度最快位移速度是進給軸在非加工狀態下

20、的最高位移速度。最高進給速度是進給軸在加工狀態下的最快移動速度。它們也是影響零件加工質量、生產率、刀具使用壽命的主要因素。它們受數控系統運算速度、機床動態特性及工藝系統剛度等因素的制約。 1.1.5 數控機床的主要技術性能指標數控機床的主要技術性能指標3.可控軸數和聯動軸數可控軸數指數控系統可以控制的機床坐標軸數目。數控機床可控制的軸數與數控系統裝置的運算能力、數字處理能力及內存容量有關。最高級的數控裝置可以控制24軸，聯動軸數指機床的數控裝置控制坐標軸達到空間某一點的坐標數目。常用的數控機床有2軸聯動到5軸聯動。2軸半聯動是指可控軸為3軸，而聯動軸為2軸的數控機床。1.1.5 數控機床的主要

21、技術性能指標數控機床的主要技術性能指標4.運動性能指標(1)主軸轉速 數控機床的主軸轉速直接影響機床的加工效率和加工精度，要求具有高的最高轉速和寬的調速范圍。目前數控機床的主軸轉速可以達到500010000 r/min，高速數控機床主軸轉速可以達到100000 r/min。(2)進給速度進給速度也直接影響零件的加工質量、生產效率和刀具的使用壽命。(3)坐標行程數控機床移動部件在各坐標軸方向的行程大小構成機床的空間加工范圍，決定了加工零件的大小。坐標行程是體現機床加工能力的指標參數。 (4) 擺角范圍 具有擺角坐標的數控機床，擺角的大小直接影響零件加工的空間范圍。擺角大小受機床剛度制約，擺角太大

22、，機床設計困難。 (5) 刀庫容量和換刀時間 加工中心的刀庫容量和換刀時間直接影響加工中心的生產效率。刀庫容量指刀庫能存放刀具的數目；換刀時間指使用完的刀具自動從機床上卸下送回刀庫到從刀庫中取出另一把刀具安裝在機床上所需要的時間。目前中小型加工中心刀庫容量在1260把，大型加工中心可以達到100把以上；多數加工中心的換刀時間在1020 s, 而一些高效先進的加工中心的換刀時間只需幾秒種。1.2 數控加工工藝基礎數控加工工藝基礎數控加工工藝是采用數控機床加工零件時所運用的方法和技術手段的總和。1.2.1 數控加工工藝特點數控加工工藝特點 1.工藝設計嚴密性2. 工藝內容具體性3. 加工注重適應性

23、 1.2.2 數控加工工藝設計的內容數控加工工藝設計的內容 1.工藝設計的內容 (1)選擇適合在數控機床上加工的零件待加工表面，確定工序加工內容。(2)根據零件圖樣上技術要求，確定加工方案，制定數控加工工藝路線（包含與非數控加工工序的銜接等）。(3)分配加工余量。(4)工序、工步設計。選擇零件的定位基準，確定夾具、輔具方案，選擇刀具及切削用量等。(5)編程的相關計算。工件坐標系、編程坐標系的建立，對刀點和換刀點的選取，刀具補償等。(6)處理數控機床及數控系統的工藝指令。(7)編制加工程序。(8)首件試切加工，檢驗程序。 (9)工藝文件歸檔。 不同的數控機床所須的工藝文件的內容有所不同。一般應提

24、供基本數控加工工藝文件有： 編程任務書 數控加工工序卡片 數控機床調整單 數控加工刀具卡片 數控加工進給路線圖 數控加工程序單1.2.2 數控加工工藝設計的內容數控加工工藝設計的內容2.工藝適用性分析并非是所有的零件都適合數控加工，對于一個或一批零件是否適合數控加工，可以按其工藝適應程度確定。(1)最適應數控加工類此類零件都應采用數控加工，可不必過多考慮加工效率和加工經濟性，只注重考慮加工的可能性。 形狀復雜，加工精度要求高，用通用機床無法加工或雖然可以加工但加工效率低或難以保證加工質量要求。 用數學可以描述的復雜曲線和曲面。 進給難控制，尺寸難測量的加工面 定位精度較高，須一次裝夾合并完成的

25、銑、鏜、鉆鉸、攻螺紋等多工序的零件。(2)較適應數控加工類 此類零件即要考慮其可加工性，還要注重加工的效率和經濟性。一般將數控加工作為優先選擇方案。 在通用機床上加工易受人為因素干擾，且零件材料價值高，一旦加工質量失控將早成較大的經濟損失的零件。 在通用機床上加工必須設計制造復雜專用工藝裝備的零件。 在通用機床上加工和調整時間長的零件。 在通用機床上加工，生產率低或勞動強度大的零件。1.2.2 數控加工工藝設計的內容數控加工工藝設計的內容3.零件工藝性分析從數控加工的可能性和經濟性出發，數控加工的工藝性分析應主要考慮如下幾個方面。 (1)零件尺寸標注盡量符合基準重合原則適于數控加工的零件，其零

26、件圖上的每一坐標方向上的尺寸應以同一基準引注或按坐標尺寸標注。這樣便于協調設計基準、工藝基準的重合及編程原點的設定和計算，方便加工程序的編寫。 (2)零件輪廓計算機造型的幾何條件要充分加工零件的計算機輪廓造型是自動編程的基礎，對夠成零件表面輪廓必須做準確的幾何定義，給定充分的幾何條件，否則無法構造準確的零件造型，也就無法正確生成加工程序。 (3)零件的各加工部位的結構應符合數控加工的工藝性特點首先考慮是否保證表面精度和尺寸公差的要求。盡量減少刀具類型或規格，減少換刀次數。盡量選用較大直徑的刀具提高加工效率和表面加工質量。加工型腔和槽面的精加工，應根據槽底的圓角半徑合理選擇刀具的直徑。1.2.3

27、 數控加工方法選擇及加工數控加工方法選擇及加工 方案的確定方案的確定1.數控機床的選擇數控機床的選擇數控機床的選擇，一般有兩種情況。一是根據零件圖樣和毛坯的類型選擇適合該零件加工的數控機床；二是企業有自己的數控機床，要根據該機床的功能選擇適合加工的零件。零件的類型和加工的內容決定了數控機床的選擇和加工方法的選擇。如由直線、圓弧和曲線為邊界構成的平面輪廓，一般在兩坐標聯動的數控銑床上加工；三維曲面輪廓采用三坐標聯動或三坐標以上聯動的數控銑床或加工中心加工。 1.2.3 數控加工方法選擇及加工方案的數控加工方法選擇及加工方案的 確定確定2.加工方法選擇平面數控車、銑、磨；曲面數控銑、數控車、加工中

28、心；孔數控車、數控鉆（鉆、擴、鉸）、數控鏜；大直徑的孔也可以采用圓弧插補的方式進行銑削加工；螺紋的加工視孔徑大小，M5M20的螺紋，常采用鉆孔后攻絲的方法加工。M25以上的螺紋可采用鏜削加工。數控加工也可分粗精加工，對于銑平面，粗銑的尺寸精度在IT12IT14, 表面粗糙度Ra值達12.5 um; 經粗、精銑的平面，尺寸精度可達IT7，表面粗糙度Ra值達1.63.2 um。同一加工內容，可能有不同的加工方法，但加工方法的選擇原則是首先保證加工表面精度和尺寸精度的要求，并結合零件的形狀、材料、熱處理等全面考慮。例如，對于IT7級精度的孔采用鏜削、鉸削或磨削都能達到精度要求，但如果是箱體上的孔磨削

29、很不方便，鏜削更適合箱體上孔的加工。但如果是箱體上直徑較小的孔，只能靠鉸削加工。此外，加工方法的選擇還應考慮加工的經濟性和加工效率，還要適應企業生產設備及技術水平的實際。1.2.3 數控加工方法選擇及加工數控加工方法選擇及加工 方案的確定方案的確定3.加工方案確定加工方案確定零件加工方案的確定是根據主要加工表面的精度和表面粗糙度要求決定的。首先，要確定這些加工表面的精加工方法，再往前推導保證精加工工序要求的前道工序加工方法，依此類推，從而制定出從毛坯到最終加工成品的加工方案。 加工方案的確定首先是要保證被加工零件圖紙的精度和表面粗糙度要求，其次還要考慮加工方法的經濟性。 從模具制造的特點看，數

30、控加工多是單件或小批量生產，除特殊復雜或大型模具外，大多的模具加工件采用2.5軸或3軸控制的數控機床加工。在這類機床上加工曲面常采用球頭銑刀，銑刀的直徑和控制走刀的步長都將影響加工精度和加工效率。如圖1-17所示，設球頭刀半徑為r，零件上加工曲面的曲率半徑為，行距為s,加工后表面殘留高度為H，則它們之間的關系為 當被加工曲面為凸面時，式中取“+”號，為凹面時，取“-”號。在實際應用時，常常是根據表面粗糙度要求，先確定允許的殘留高度，再計算行距、步長。1.3 數控加工工藝設計數控加工工藝設計 1.3.1 工序及工藝過程工序及工藝過程1.工序劃分原則工序集中是數控機床加工的特點，在數控加工中，一次

31、裝夾應盡量完成大部分的加工。數控機床加工的工序劃分應遵循以下原則。(1)加工內容劃分工序如果零件上有內腔、外型、有曲面、平面、各種孔，加工內容較多，要根據零件的這些結構特點，將加工內容分成若干類別；然后，選擇機床，根據機床的加工功能合理劃分、整和工序加工內容，并結合機床的類型，確定正確的定位、夾緊方案。(2) 按所用刀具劃分工序數控機床的加工功能與所使用的刀具是相對應的。改變所使用的刀具，可能意味著必須改換機床，也就意味著要增加一個工序。但在加工中心進行數控加工，由于其復合的加工功能，在同臺設備上，一次安裝可以加工多種類型的零件結構，可以使用多種類型的刀具，相對具有工序更加集中的特點。應該注意

32、的是，工序過分集中，工序加工內容過多，所需要的加工程序也會很大，會增加程序的出錯率，查錯檢索時間長，修改困難。同時程序太大，也受數控系統內存容量，機床可允許連續工作時間的限制。（3）按粗、精加工劃分工序當零件的加工質量要求較高時，一般須將加工過程劃分為粗加工、半精加工、精加工三個階段。在數控加工中要劃分粗加工工序、精加工工序（經常將半精加工和精加工合并為一個工序）。粗加工主要是高效地切除加工表面上的大部分材料，使毛坯在形狀和尺寸上接近成品零件。半精加工目的是為了切除粗加工留下的誤差，是為精加工作準備，并可完成次要表面的加工，如鉆孔，攻螺紋，銑鍵槽等。精加工目的是使重要表面達到零件圖規定的加工質

33、量要求。(4) 工序先后順序劃分 先加工定位基準面，再加工其它表面。 先加工主要表面，后加工次要表面。 先粗加工，后精加工。 先加工平面和曲面，后加工孔。另外，為改善工件切削性能安排的退火、正火、調質等熱處理工序，要安排在切削加工前進行；為消除工件內應力安排的熱處理工序（如人工時效、退火等），且零件加工精度要求較高的工件，最好安排在粗加工工序之后進行，加工精度要求不高，也可安排在粗加工之前；為改善工件材料力學性能的熱處理，如淬火、滲碳淬火等，一般安排在半精加工和精加工之間進行。1.3.1 工序及工藝過程工序及工藝過程2.加工路線的確定加工路線是指在數控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡。它

34、是加工編程的依據，直接影響加工質量和加工效率。所以在確定加工路線時應考慮如下幾點。(1) 要首先保證零件加工的精度和表面質量，盡量提高加工效率。(2) 減少編程時間和編程量。(3) 減少空刀運行時間，避免刀具與工件碰撞及在工件表面上停刀。(4) 對于位置精度要求高的孔系加工，應避免機床的反向間隙影響孔間的位置精度。如圖1-18 (a) 所示，4-30H7 孔系有較高的位置精度要求，采用圖1-18 (b) 方案時，由于IV孔與I孔、II孔、III孔定位方向相反，X向的反向間隙產生定位誤差，直接、間接影響IV孔與III孔的位置精度。如果采用圖1-18 (c) 中的方案，在工件外增加一個刀具折返點，

35、保證各孔加工的定位方向一致，可以避免反向間隙誤差的影響（5）復雜曲面加工要根據零件的精度要求和曲面特點、加工效率等因素確定加工路線，是行切，還是環切；是等距切削，還是等高切削。1.3.1 1.3.1 工序及工藝過程工序及工藝過程3.加工余量的確定加工余量分毛坯余量和工序余量，毛坯余量等于中間工序余量之和。毛坯余量指毛坯實體尺寸與零件圖紙尺寸之差；工序余量指一個工序所去除的材料尺寸。毛坯余量的大小對零件的加工質量和加工的經濟性有很大的影響，余量過大會造成原材料和機械加工工時的浪費，使成本上升。工序加工余量過小，不能消除上道工序留下的各種誤差，易于造成廢品。所以，應根據毛坯制造精度以及零件的精度，

36、合理確定毛坯余量，合理分配工序余量。在劃分粗加工和精加工的數控加工中，首先確定各工序余量后，再根據毛坯制造精度計算毛坯余量。 1.3.1 工序及工藝過程工序及工藝過程 3.加工余量的確定加工余量的確定 (1) 工序余量確定原則： 最小加工余量的原則:根據工序加工方法和加工條件，在保證工序加工精度的條件下，以縮短加工時間，降低加工費用為目的，采用最小加工余量的原則。 在確定加工余量時，還必須考慮： 零件的大小。工件越大，加工余量越大。 切削力及變形的大小。切削力越大，產生的變形也大，加工余量也應加大。 1.3.1 工序及工藝過程工序及工藝過程3.加工余量的確定(2) 工序余量確定方法 查表法查表

37、法指通過查閱機械加工工藝相關的技術手冊來確定工序余量。手冊中的數據是竟生產實踐、實驗研究所積累的，是常用的工序余量確定方法。在查閱手冊選擇工序余量時，一般要結合用戶的生產實際情況，對其進行適當的修改，再進行應用。 經驗估算法經驗估算法是工藝設計人員根據經驗和本企業的生產條件所確定的加工余量。由于往往擔心因余量過小而產生廢品，經驗估算法的數值總是偏大。這種方法可應用于單件小批量的生產。 計算法計算法是針對特定的加工對象，首先對其進行加工的機械性能和影響加工余量的因素分析，確定加工余量的計算方法，建立加工余量的計算公式，初步確定加工余量。然后進行試驗加工，根據加工結果，對余量計算公式進行修改，再實

38、驗，再修改，直到合理準確為止，從而建立加工余量的計算方法或計算公式。這種方法特別適合于十分貴重的材料加工，在一般材料加工中應用很少。 表1-1 平面精加工的余量 mm加工方法加工面長度加工面寬度100100300300100余量公差余量余量公差余量精銑1001.0+0.31.5+0.52+0.71003001.2+0.41.7+0.62.2+0.830010001.5+0.52+0.72.5+1.0100020002+0.72.5+1.23+1.2精加工后未經校正的磨削1000.3+0.10.4+0.12_1003000.35+0.110.45+0.130.5+0.1230010000.4+0

39、.120.5+0.150.6+05+0.150.6+0.150.7+0.15精加工后經打表或夾具校正的磨削1000.2+0.10.25+0.12_1003000.22+0.110.27+0.130.3+0.1230010000.25+0.120.3+0.150.4+03+0.150.4+0.150.4+0.15注：熱處理后磨削的加工余量應將表中的余量值乘以1.2。 對于孔的加工，常采用鉆、擴、鉸加工方法，直徑大的孔，一般在毛坯上直接生成毛坯孔，可以采用鏜削擴孔精鏜或磨削加工達到最終要求。 為滿足工藝要求，一般孔設計時盡量做到孔的長度與直徑比5

40、。常用孔的公差帶代號為H7H13。鋼類材料孔加工的方法及對應的余量可參考表1-2到表1-4。 表1-2 常用基準孔加工方法基準孔類型直徑（mm）毛坯上沒有毛坯孔的加工方法毛坯有毛坯孔的加工方法H13、H12直徑40一次鉆孔可以滿足要求直徑80 粗擴（車、鉆、鏜）H1110一次鉆孔可以滿足要求1030鉆孔+擴孔鉆3080鉆孔+擴孔（鉆、車、鏜）粗擴（鉆、車、鏜）+半精擴H10、H910鉆孔+鉸孔1030鉆孔+擴孔鉆+鉸孔3080鉆+擴（鉆、車、鏜）+鉸孔或半精鏜擴孔（鉆、車、鏜）12次+半精擴或鉸H8、H710鉆孔+鉸孔（12次）1030鉆孔+擴孔鉆+鉸孔（12次）3080鉆孔+擴孔+鉸孔（12

41、次）或精鏜擴孔（鉆、車、鏜）2次+精擴或精鉸 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇 刀具選擇與被加工材料、加工工序內容、機床的加工能力、切削用量等有關。總的選擇原則是適用、安全、經濟。使用是要求所選擇的刀具能實現切削加工的目的和加工精度；安全是指刀具要具有足夠的剛度、強度和硬度，保證刀具必要的使用壽命；經濟是指用最小的刀具成本完成加工目的。刀具的主要技術指標是刀具的制造精度和刀具壽命，它們刀具選擇與被加工材料、加工工序內容、機床的加工能力、切削用量等有關。總的選擇原則是適用、安全、經濟。使用是要求所選擇的刀具能實現切削加工的目的和加工精度；安全是指刀具要具有足夠的剛度、強度和硬度，保證刀具必要的使

42、用壽命；經濟是指用最小的刀具成本完成加工目的。刀具的主要技術指標是刀具的制造精度和刀具壽命，它們的高低與刀具的價格成正比。加工同一結構，選擇耐用度和精度高的刀具必然增加刀具成本，但也可以加工的質量和效率提高，從而使加工總成本降低，加工效益更高。一般情況下，加工切削低硬度金屬選擇高速鋼或硬質合金刀具，切削高硬金屬，必須選用硬質合金或強度更高的刀具。 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇 數控加工的刀具從構造上可以分為整體式、鑲嵌式兩數控加工的刀具從構造上可以分為整體式、鑲嵌式兩種類型，鑲嵌式又分焊接式和機夾式。從制造的材料種類型，鑲嵌式又分焊接式和機夾式。從制造的材料分，數控加工的刀具有高速鋼刀具、

43、硬質合金刀具、分，數控加工的刀具有高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等。陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等。 重點介紹在數控加工常用的刀具形狀、加工特點。重點介紹在數控加工常用的刀具形狀、加工特點。 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇1.面銑削刀具面銑刀主要用于在銑床上加工平面、臺階等。面銑刀切削刃多制成套式鑲齒結構分布在面銑刀的圓周表面和端面上，如圖1-19 所示。刀齒采用硬質合金或高速鋼材料，刀體為40Cr。硬質合金面銑刀允許的銑削速度較高，加工效率高，加工質量也比高速鋼面銑刀好，應用廣泛。圖1-19所示為可轉位式硬質合金面銑刀，可轉位刀片通過夾緊元件夾固在刀

44、體上，當一個切削刃磨鈍后，可將刀片轉位或更換新的刀片。1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇2.立銑刀立銑刀 立銑刀主要用于在銑床上加工立銑刀主要用于在銑床上加工凹槽、臺階面等。凹槽、臺階面等。立銑刀的結構如圖立銑刀的結構如圖1-20所示。所示。切削刃分布在刀頭的切削刃分布在刀頭的端面和圓端面和圓柱面上，端刃和周刃可以同時柱面上，端刃和周刃可以同時切削，也可以單獨切削，端刃切削，也可以單獨切削，端刃用來加工底平面，周刃用來加用來加工底平面，周刃用來加工側立面。工側立面。立銑刀分兩刃、三刃和四刃立立銑刀分兩刃、三刃和四刃立銑刀。銑刀。1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇3.鍵槽銑刀鍵槽銑刀鍵槽銑刀用于在立

45、式銑床上加工普通平鍵的鍵槽等。其形狀與兩刃立銑刀相似，如圖1-21所示。鍵槽銑刀不用預鉆工藝孔直接軸向進給到槽深，再沿鍵槽方向銑出鍵槽全長。 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇4.模具銑刀模具銑刀是在立式銑床上加工模具小型型腔和空間曲面的立式銑刀。按切削部位形狀分圓錐形立銑刀(如圖1-22所示)和圓柱球頭立銑刀、圓錐球頭立銑刀(如圖1-23所示)；按刀柄形狀分直柄和錐柄立銑刀。如圖1-24分別是可轉為球頭立銑刀和可轉位圓刀片銑刀。可轉為球頭立銑刀、圓刀片銑刀圓錐形立銑刀 圓柱球頭立銑刀、圓錐球頭立銑刀 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇5.鏜孔刀鏜孔是加工中心上加工孔的常用方法。常用的鏜刀有兩種類

46、型：微調鏜刀和可調雙刃鏜刀，如圖1-25和圖1-26所示。微調鏜刀適用于精鏜孔，可調雙刃鏜刀由于雙刃同時參與切削近給量高加工效率高，可以消除切削力對鏜桿的影響，用于鏜大孔。鏜孔與鉆擴鉸工藝比，具有較強的誤差修正能力，可通過多次走刀來修正原孔的軸線偏斜誤差，而且能使所鏜孔與定位表面保持高的定位精度。鏜孔工藝范圍應用廣，可以加工各種不同尺寸、不同精度等級的孔。對于孔徑較大、尺寸和位置精度要求較高的孔和孔系，鏜孔幾乎是唯一的加工方法。 微調鏜刀可調雙刃鏜刀 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇6.鉆削刀具鉆削刀具在數控鉆床和數控銑床上采用鉆擴鉸方法加工較小直徑的孔。為便于排屑和冷卻，避免刀具折斷，鉆削加

47、工的孔的深度應不大于孔直徑的5倍。鉆削刀具一般采用高速鋼或硬質合金制造的整體式麻花鉆，如圖1-27所示。1.3.3 切削用量選擇切削用量選擇1.選擇原則如圖1-29所示，切削用量包括切削速度vc、進給速度vf 、 背吃刀量ap。 合理選擇切削用量對于保證加工精度、充分發揮機床功能、提高生產效率有重要關系。選擇的基本原則：粗加工以提高生產效率為主；精加工以保證加工精度為主。切削用量選擇的順序是吃刀量進給量切削速度。1.3.3 切削用量選擇切削用量選擇2.背吃刀量和行距背吃刀量ap是一次走刀中已加工表面與待加工表面間的距離。在加工系統剛度允許并為精加工留足必須的余量的條件下，增大背吃刀量是粗加工選

48、擇的原則。在數控銑削加工中，粗加工背吃刀量6 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值為12.525 m ；半精加工背吃刀量取0.52 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值可達3.212.5m ；精加工背吃刀量取0.21 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值可達0.83.2 m 。在數控銑削加工中，采用行切或環切，兩行或兩環間的距離稱為行距，如圖1-17中的S 。可見粗加工中，增大行距可以提高生產效率。使用平底立銑刀的行距一般取(0.60.9)2R，如圖1-30 中r=0的端刀。使用帶圓角r的平底刀行距取(0.80.9)d, d=2R-2r ；如圖1-30 中rR的端刀。球頭刀，圖1-30 中r=R，一

49、般只用于精加工，其行距由要求達到的精加工精度，特別是表面粗糙度決定。立銑刀刀頭部區別1.3.3 切削用量選擇切削用量選擇3.進給量進給量f是工件或刀具轉一周(或往復一次)在進給方向上的相對位移量，其單位是mm/r(或mm/雙行程)。單位時間內的進給量為進給速度vf 。對于銑刀、鉸刀、拉刀等多齒刀具，還規定每刀齒進給量fz ,單位是mm/z 。進給速度vf 、進給量f與每齒進給量fz的關系為： vf=nf=nzfz z為刀齒數, n為刀具轉速r/min。在數控銑削加工中常選擇每齒進給量fz 作為確定銑削進給量的基本參數。fz由工件材料的加工性能、加工的表面粗糙度要求、使用刀具的材料等因素決定。基

50、本原則是：工件材料硬度越高，fz值越小；反之越大。銑刀的每齒進給量fz可參照表1-5 選取。 表1-5 銑刀每齒進給量fz mm/z銑刀類型工件材料高速鋼鑲刃刀硬質合金鑲刃刀面銑刀圓柱銑刀端銑刀平銑刀鑄鐵0.30.10.20.070.050.2可鍛鑄鐵0.30.090.150.070.050.2低碳鋼0.30.090.120.070.050.2中碳鋼、高碳鋼0.20.080.150.060.040.15鑄鋼0.20.080.10.070.050.15鎳鉻鋼0.150.060.10.050.020.1高鎳鉻鋼0.10.050.10.040.020.1黃銅0.030.210.20.070.050.

51、2青銅0.030.10.150.070.050.15鋁0.020.10.10.070.050.1鋁硅合金0.180.10.10.070.050.1鎂鋁鋅合金0.150.080.10.070.040.1鋁銅鎂合金0.020.10.10.070.050.15鋁銅硅合金0.020.10.10.070.050.151.3.3 切削用量選擇切削用量選擇4.切削速度切削速度切削速度vc是切削刃相對于工件主運動的速度。計算切削速度時，應選取刀刃上速度最高的點進行計算。主運動為旋轉運動時，切削速度按下式計算： vc=d n/1000式中 d工件(或刀具)的最大直徑,mm; n工件(或刀具)的轉速r/s或,r/

52、min。工件材料和刀具材料是影響切削速度的主要原因，但最主要的是刀具材料。表1-6給出不同刀具材料及對應最高許用切削速度的參考值。表1-6 刀具材料與最高切削速度刀具材料高速鋼硬質合金工具鋼涂層陶瓷CBN氮化硼金剛石最高切削速度（mm/min）5015025030010001000 表1-7 螺紋攻絲的切削速度 m/min工件材料鋼及合金鋼鑄鐵鋁及合金鋁切削速度1.552.5515表1-8 鏜孔切削用量(切削速度mm/min、進給量mm/r)工序工件材料鑄鐵銅鋁合金刀具材料切削速度進給量切削速度進給量切削速度進給量精鏜高速鋼0.080.150.20.060.1硬質合金70900.120.151

53、00130150400半精鏜高速鋼20350.150.4515500.150.51002000.20.5硬質合金577090130粗鏜高速鋼20251215300.31.21001500.51.5硬質合金30355070100250表1-9 高速鋼鉆頭鉆孔的切削用量(切削速度mm/min、進給量mm/r)工件材料牌號或硬度切削用量鉆頭直徑1661212222250鋼35、45切削速度825進給量0.050.10.10.20.20.30.30.45合金鋼切削速度818進給量0.030.080.080.150.150.250.250.3515Cr、20Cr切削速度1230進給量0.050.10.1

54、0.20.20.30.30.45鑄鐵HB160200切削速度1624進給量0.070.120.120.20.20.40.40.8HB200300切削速度1018進給量0.050.10.10.180.180.250.250.4HB300400切削速度512進給量0.030.080.080.150.150.20.20.3鋁鋁合金切削速度2050進給量0.030.150.050.40.080.50.081.0銅黃銅、青銅切削速度6090進給量0.060.120.120.20.20.350.250.75硬青銅切削速度2545進給量0.050.120.080.150.10.20.20.51.4 數控系統

55、數控系統 1.4.1 數控系統的工作過程及功能數控系統的工作過程及功能 數控系統的工作過程如下： 1輸入 輸入給數控系統的有零件加工程序、控制參數和補償數據等。 2譯碼 輸入的程序段含有以下信息 零件的輪廓信息：零件幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心或半徑、直線或圓弧等； 要求的切削用量、使用的刀具、工具等； 主軸的轉速大小、及轉速控制等信息； 其他一些輔助信息如：冷卻液的開關、用正反轉等。 3數據處理 數據處理程序一般包括刀具半徑補償、速度計算和輔助功能的處理。 4插補 所謂插補就是根據給定的曲線類型（如直線、圓弧、或高次曲線）、起點、終點、以及速度，在起點和終點之間進行數據點的密化，增加若干點的數據。計算機數控系統的插補功能主要由軟件實現，目前主要有兩種插補方法：一是脈沖增量插補，它是特點是每次插補運算結