在線教務輔導網：教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網QQ:349134187

或者直接輸入下面地址：在線教務輔導網：http://www.shangfuwang

第3章

數控加工工藝與圖形的數學處理

第33.1數控加工工藝3.2圖形的數學處理思考題與習題3.3典型零件的數控加工工藝分析本章小結3.1數控加工工藝3.2圖形的數學處理思考題與習題本章學習目標：

本章講述數控加工工藝與圖形數學處理的基本內容與方法，并以典型實例講述了零件的數控加工工藝分析及其工藝文件的制定。是數控機床編程中的基本內容，為學習后續各章內容打好基礎。本章要求理解數控加工工藝分析與圖形數學處理的基本概念和基本內容，掌握數控加工工藝分析與圖形數學處理的方法，并能熟練地制定數控加工工藝文件。

本章學習目標：本章教學學時：8學時本章教學要求重點

數控加工工藝分析與圖形數學處理的基本概念；數控加工工藝分析的內容與方法，數控加工工藝文件的制定。難點數控加工工藝文件的制定。本章教學學時：8學時本章教學要求3.1數控加工工藝數控加工工藝分析的重要性

1.對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數控機床上完成，而往往只是其中的一部分工藝內容適合數控加工。2.在數控加工中無論是手工編程還是自動編程，編程以前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。3.在編程中，對一些工藝問題（如對刀點、加工路線等）和圖形（如圖形的基點、節點等）也需做一些處理。因此程序編制中的工藝分析是一向十分重要的工作。3.1數控加工工藝數控加工工藝分析的重要性3.1.1機床的合理選用

根據國內外數控機床技術應用實踐，數控機床加工的適用范圍可用圖3-1和3-2定性分析。

圖3-1零件復雜程度與零件批量的關系圖3-2零件批量與總加工費用的關系3.1.1機床的合理選用圖3-1零件復雜程度與零件批

圖3-1表明了隨零件的復雜程度和生產批量的不同，三種機床適用范圍的變化。當零件不太復雜，生產批量不太大時，宜采用通用機床；

當生產批量很大時，數控機床就顯得更為適用了。圖3-2表明了隨生產批量的不同，采用三種機床加工時，綜合費用的比較。由圖可知，在多品種、小批量（100件以下）的生產情況下，使用數控機床可獲得較好的經濟效益。零件批量的增大，對選用數控機床是不利的。圖3-1表明了隨零件的復雜程度和生產批量的不同，數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件1）多品種、小批量生產的零件或新產品試制中的零件。2）輪廓形狀復雜，對加工精度要求較高的零件。3）用普通機床加工時，需要有昂貴的工藝裝備（工具、夾具和模具）的零件。4）需要多次改型的零件。5）價值昂貴，加工中不允許報廢的關鍵零件。6）需要最短生產周期的急需零件。數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件3.1.2數控加工工藝性分析

從數控加工的可能性和方便性兩方面分析其工藝性。零件圖的尺寸標注應符合編程方便的原則（1）零件圖上尺寸標注方法應適應數控加工的特點。（2）構成零件輪廓的幾何元素的條件應充分。

零件的結構工藝性應符合數控加工的特點（1）零件的內腔和外形最好采用統一的幾何類型和尺寸。（2）內槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內槽圓角半徑不應過小。如圖3-3

3.1.2數控加工工藝性分析從數控加工的可能性和方便性圖3-3數控加工工藝性對比圖b與圖a相比，轉接圓弧半徑大，可以采用較大直徑的銑刀來加工。加工平面時，進給次數也相應減少，表面加工質量也會好一些，所以工藝性較好。

圖3-3數控加工工藝性對比圖b與圖a相比，轉接圓弧半徑（3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應過大，如圖3-4所示。（4）應采用統一的基準定位。圖3-4零件底面圓弧對加工工藝的影響

（3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應過大，如圖3-43.1.3加工方法與加工方案的確定

加工方法的選擇選擇原則：保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。1.結合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如，對于IT7級精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削。一般小尺寸的箱體孔宜選擇鉸孔，當孔徑較大時則應選擇鏜孔。2.考慮生產率和經濟性的要求，以及工廠的生產設備等實際情況。常用加工方法的經濟加工精度及粗糙度可查閱有關工藝手冊。

3.1.3加工方法與加工方案的確定加工方法的選擇加工方案的確定

根據主要表面的精度和表面的粗糙度的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。例如，對于孔徑不大的IT7級精度的孔，最終加工方法取精鉸時，則精鉸孔前通常要經過鉆孔、擴孔和粗鉸孔等加工。表3-1~3-3列出了鉆、鏜、鉸等幾種加工方法所能達到的精度等級及其工序加工余量。加工方案的確定平面類零件斜面輪廓加工方法的選擇（1）有固定斜角的外形輪廓面如圖3-5所示

（2）有變斜角的外形輪廓面如圖3-6所示圖3-5固定斜角斜面加工圖3-6變斜角斜面加工

平面類零件斜面輪廓加工方法的選擇圖3-53.1.4工序與工步的劃分

數控加工工藝路線設計與普通機床加工工藝路線設計的主要區別,在于它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設計中一定要注意到，由于數控加工工序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見工藝流程如右圖所示。3.1.4工序與工步的劃分數控加工工藝工序的劃分

（1）按零件裝卡定位方式劃分工序。圖3-7片狀凸輪

如圖3-7所示的片狀凸輪，按定位方式可分為兩道工序，第一道工序可在數控機床上也可普通機床上進行。以外圓表面的B平面定位加工端面A和直徑φ22H7的內孔，然后再加工端面B和φ4H7的工藝孔；第二道工序以已加工過的兩個孔和一個端面定位，在另一臺數控銑床或加工中心上銑削凸輪外表面輪廓。工序的劃分

（1）按零件裝卡定位方式劃分工序。圖3（2）按粗、精加工劃分工序（即先粗加工再精加工）

如圖3-8所示批量生產的零件，第一道工序在數控車床上進行粗車削時，應切除整個零件的大部分余量；第二道工序在另一臺數控車床上進行半、精車削，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。

圖3-8車削加工的零件

（2）按粗、精加工劃分工序（即先粗加工再精加工）（3）按所用刀具劃分工序

為了減少換刀次數，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。在專用數控機床和加工中心中常采用這種方法。

工步的劃分

先粗后精的原則先面后孔的原則刀具集中的原則（3）按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數，3.1.5零件的定位與安裝定位安裝的基本原則1）力求設計、工藝與編程計算的基準統一。2）盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾中加工出全部待加工面。3）避免采用占機人工調整時間長的裝夾方案4）夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位。

如圖下圖a薄壁套的軸向剛性比徑向剛性好，用卡爪徑向夾緊時工件變形大，若沿軸向施加夾緊力，變形會小得多。在夾緊圖b所示的薄壁箱體時，夾緊力不應作用在箱體的頂面，而應作用在剛性較好的凸邊上，或改為在頂面上三點夾緊，改變著力點位置，以減小夾緊變形,如圖c所示。3.1.5零件的定位與安裝定位安裝的基本原則1）力求設

圖1夾緊力作用點與夾緊變形的關系a)b)c)夾緊力作用點與夾緊變形的關系

選擇夾具的基本原則數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要協調零件和機床坐標系的尺寸關系。此外，還要考慮以下四點：1）當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調式夾具及其他通用夾具，以縮短生產準備時間、節省生產費用。在成批生產時才考慮專用夾具，并力求結構簡單。2）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。3）夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要開敞，其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀。選擇夾具的基本原則數控加工的特點對夾具提出

4）在成批生產中還可以采用多位、多件夾具，或直接采用柔性夾具。例如在數控銑床或立式加工中心的工作臺上，可安裝一塊與工作臺大小一樣的平板，如下圖。它即可作為大工件的基礎板，也可作為多個中小工件的公共基礎板，依次加工并排裝夾的多個中小工件。新型數控夾具元件4）在成批生產中還可以采用多位、多件夾具，或直接采柔性夾具（圖片中紅色的為工件）柔性夾具（圖片中紅色的為工件）3.1.6數控加工刀具及對刀儀

數控刀具材料

高速鋼硬質合金涂層硬質合金陶瓷材料立方氮化硼(CBN）聚晶金剛石(PCD）3.1.6數控加工刀具及對刀儀數控刀具材料高速鋼涂層硬質合金刀具涂層硬質合金刀具陶瓷刀片PCBN刀片

陶瓷刀片PCBN刀片PCD焊接式車刀PCD轉位式刀片

PCD刀片PCD焊接式車刀PCD轉位式刀片

PCD刀片數控加工刀具

車削加工刀具：常用機夾式可轉位刀具，結構如圖3-10所示。圖3-10機夾式可轉位車刀刀片是機夾可轉位刀具的一個最重要組成元件。按照國家標準GB/T2076-1987《切削刀具用轉位刀片型號表示規則》，可轉位刀片的形狀和表達特性如圖3-11所示。數控加工刀具車削加工刀具：常用機夾式可轉位刀具，結構如數控機床編程第2版教學課件第3章數控機床的加工工藝xin銑削加工刀具1）銑刀的選擇：平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀。銑平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質合金的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外型的加工，常采用球頭銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀等，如圖3-14。圖3-14常用銑刀

a)球頭銑刀b)環形銑刀c)鼓形銑刀d)錐形銑刀e)盤形銑刀銑削加工刀具1）銑刀的選擇：平面零件周邊輪廓的加工，常采用孔加工刀具常用的有鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。1）鉆頭：直徑8~80mm的麻花鉆多為莫氏錐柄，可直接裝在帶有莫氏錐孔的刀柄內；直徑為0.1~20mm的麻花鉆多圓柱形，可裝在鉆夾頭刀柄上，中等尺寸麻花鉆兩種形式均可選用。鉆削直徑在20~60mm、孔的深徑比小于等于3的中等淺孔時，可選用圖3-15所示的可轉位淺孔鉆。圖3-15可轉位淺孔鉆

孔加工刀具常用的有鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。1）鉆2）鏜刀：

鏜刀按切削刃數量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。鏜削通孔、階梯孔和盲孔可分別選用圖3-16a、b、c所示的單刃鏜刀。圖3-16單刃鏜刀a)通孔鏜刀b）階梯孔鏜刀c)盲孔鏜刀1—調節螺釘2—緊固螺釘2）鏜刀：圖3-16單刃鏜刀在孔的精鏜中，目前較多地選用精鏜微調鏜刀，其結構如圖3-17所示。

圖3-17微調鏜刀1—刀體2—刀片3—調整螺母4—刀桿5—螺母6—拉緊螺釘7—導向鍵在孔的精鏜中，目前較多地選用精鏜微調鏜刀，3）鉸刀：

數控機床上使用的鉸刀多是通用標準鉸刀。此外，還有機夾硬質合金刀片單刃鉸刀和浮動鉸刀等。加工精度IT8~IT9級、表面粗糙度Ra為0.8~1.6的孔時，多選用通用標準鉸刀。加工精度IT5~IT7級、表面粗糙度Ra為0.7μm的孔時，可采用機夾硬質合金刀片的單刃鉸刀。這種鉸刀的結構如圖3-18所示。圖3-18硬質合金單刃鉸刀3）鉸刀：圖3-18硬質合金單刃鉸刀

鉸削精度為IT6~IT7級，表面粗糙度Ra為0.8~1.6μm的大直徑通孔時，可選用專為加工中心設計的浮動鉸刀。圖3-19所示的即為加工中心上使用的浮動鉸刀。

圖3-19加工中心上使用的浮動鉸刀1—刀桿體2—可調式浮動鉸刀體3—圓錐端螺釘4—螺母5—定位滑塊6—螺釘

鉸削精度為IT6~IT7級，表面粗糙度Ra為數控機床的工具系統

把通用性較強的幾種裝夾工具（例如裝夾銑刀、鏜刀、擴鉸刀、鉆頭和絲錐等）系列化、標準化就成為通常所說的工具系統。

我國除了已制定的標準刀具系列外，還建立了TSG82數控工具系統，如教材圖3-20所示。該系統是鏜銑類數控工具系統，是一個聯系數控機床（含加工中心）的主軸與刀具之間的輔助系統。TSG82工具系統各種輔具和刀具具有結構簡單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點。數控機床的工具系統把通用性較強的幾種裝夾工對刀儀

對刀儀是用來調整或測量刀具尺寸的。對刀儀結構有許多種，其對刀精度0.1-0.001mm。從結構上來講，有直接接觸式測量和光屏投影放大測量兩種。讀數方法也各不相同，有的用圓盤刻度或游標讀數，有的則用光學讀數頭或數字顯示器等。

圖3-21是數控銑床和加工中心常用的兩種對刀儀的示意圖

對刀儀對刀儀是用來調整或測量刀具尺寸的。對刀（a）圖3-21對刀儀

圖3-21(a)是將刀具安裝在刀座上后，調整鏡頭，就可以在屏幕上見到放大的刀具刃口部分的影像，此時調整屏幕使米字刻線與刃口重合，即完成對刀，同時在數字顯示器上可讀出相應的直徑和軸向尺寸值。（a）圖3-21(a)是將刀具安裝在刀座（b）圖3-21對刀儀圖3-21(b)是將刀具接觸壓力傳感器的對刀面，通過壓力傳感器的指示燈和機床坐標顯示來進行對刀的。（b）圖3-21(b)是將刀具接觸壓力傳感器加工中心自動對刀系統是由對刀器、APT信號轉換器及通訊電纜及測頭組成。可自動進行刀具長度對刀、直徑對刀；自動進行刀具長度及直徑的補償，并進行自動修正；工件坐標原點的位置測量。如果機床主軸并未采用高速軸承，即不是陶瓷主軸，則可采用此刀具自動對刀系統。加工中心自動對刀系統是由對刀器、APT信號轉車床用對刀儀圖3-22是光學對刀儀；圖3-23是HPA（HighPrecisionArm）刀具測量系統

圖3-22光學對刀儀3-23HPA刀具測量系統

車床用對刀儀圖3-22光學對刀儀3.1.7切削用量的確定

切削用量包括主軸轉速（切削速度）、背吃刀量、進給量。合理選擇切削用量的原則：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。

3.1.7切削用量的確定切削用量包括主軸背吃刀量ap（mm）：主要根據機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，應以最少的進給次數切除加工余量，最好一次切凈余量，以便提高生產效率。在數控機床上，精加工余量可小于普通機床，一般取（0.2~0.5）mm。

主軸轉速n（r/min）

：主要根據切削速度v(m/min)選取。n=1000v/πD

v—切削速度，由刀具的耐用度決定，可查有關手冊或刀具說明書。常用幾種刀具切削速度見教材附表。D—工件或刀具直徑（mm）背吃刀量ap（mm）：主要根據機床、夾具、刀具和工件的剛度來進給量（進給速度）f（mm/min或mm/r）：

主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具、工件的材料性質選取。當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給量數值應小些，一般在20~50mm/min范圍內選取。最大進給量則受機床剛度和進給系統的性能限制，并與脈沖當量有關。

在選擇進給速度時，還要注意零件加工中的某些特殊因素。如在輪廓加工中，當零件輪廓有拐角時，刀具容易產生“超程”現象。如圖3-24所示。圖3-24超程誤差與控制

進給量（進給速度）f（mm/min或mm/r）：主要根據3.1.8數控加工路線的確定

在數控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。所謂“刀位點”是指刀具對刀時的理論刀尖點。如車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心，球頭銑刀的球頭中心等。

平頭銑刀球頭銑刀車刀鉆頭3.1.8數控加工路線的確定在數控加工加工路線的確定原則：1）加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。2）使數值計算簡單，以減少編程工作量。3）應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次刀，還是多次走刀來完成加工，以及在銑削加工中是采用順銑還是逆銑等。

加工路線的確定原則：車削加工路線的確定（1）最短的切削加工路線圖3-25為粗車幾種不同切削進給路線的安排示意圖。在同等條件下，圖3-25c其切削所需時間（不含空行程）最短，刀具的損耗最少。

圖3-25粗車進給路線示例

車削加工路線的確定（1）最短的切削加工路線圖3（2）大余量毛坯的階梯切削加工路線圖3-26所示為車削大余量工件兩種加工路線，圖3-26a是錯的階梯切削路線，圖b按1~5的順序切削，每次切削所留余量相等，是正確的階梯切削路線。圖3-26大余量毛坯的階梯切削路線（2）大余量毛坯的階梯切削加工路線圖3-26大余量毛坯的（3）完整輪廓的連續切削進給路線

零件精加工時，其完整輪廓應由最后一刀連續加工而成，加工刀具的進、退刀位置要考慮妥當，盡量不要在連續的輪廓中安排切入和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變性，致使光滑連接輪廓上產生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等缺陷。

（4）特殊的加工路線例如，當采用尖形車刀加工大圓弧內表面零件時，安排兩種不同的進給方法如圖3-27所示，其結果是不相同的。圖3-28有嵌刀現象，圖3-29所示進給方案是較合理的。（3）完整輪廓的連續切削進給路線零件精圖3-27兩種不同的進給方法

圖3-28嵌刀現象圖3-29合理的進給方案

圖3-27兩種不同的進給方法圖3-28嵌刀現象（5）車削螺紋加工路線

在車螺紋時，沿螺距方向的進給要有引入距離δ1和超越距離δ2。如圖3-30所示。一般δ1為2~5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，收尾處的形狀與數控系統有關，一般按45°退刀收尾。圖3-30車削螺紋時引入距離

（5）車削螺紋加工路線在車螺紋時，沿螺距方銑削加工路線的確定

（1）順銑和逆銑

當工件表面無硬皮，機床進給機構無間隙時，應選用順銑；當工件表面有硬皮，機床的進給機構有間隙時，應采用逆銑。銑削加工路線的確定當工件表面無硬皮，機床進給機構無間隙時，圖3-31刀具切入和切出外輪廓的加工路線

（2）銑削外輪廓的加工路線刀具切入零件時，應沿切削起始點延伸線（圖3-31a）或切線方向（圖3-31b）逐漸切入工件，保證零件曲線的平滑過渡。同樣，在切離工件時，也要沿著切削終點延伸線（圖3-31a）或切線方向（圖3-31b）逐漸切離工件。

圖3-31刀具切入和切出外輪廓的加工路線（2）銑削外輪（3）銑削內輪廓的加工路線

同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。圖3-32所示為銑切內圓的加工路線。

圖3-32刀具切入和切出內輪廓的加工路線

（3）銑削內輪廓的加工路線同銑削外輪廓一樣，（4）銑削內槽的加工路線

圖3-33所示為加工內槽的三種加工路線。圖3-33a和圖3-33b分別用行切法和環切法加工內槽。共同點是都能切凈內腔中全部面積，不留死角，不傷輪廓，同時盡量減少重復進給的搭接量。不同點是行切法的加工路線比環切法短，但行切法將在每兩次進給的起點與終點間留下了殘留面積，而達不到所要求的表面粗糙度；用環切法獲得的表面粗糙度要好于行切法，但環切法需要逐次向外擴展輪廓線，刀位點計算稍微復雜一些。綜合行、環切法的優點，采用圖3-33c所示的加工路線，即先用行切法切去中間部分余量，最后用環切法切一刀，既能使總的加工路線較短，又能獲得較好的表面粗糙度。

（4）銑削內槽的加工路線圖3-33所示為圖3-33銑內槽的三種加工路線

a)行切法b)環切法c)先行切后環切圖3-33銑內槽的三種加工路線a)行切法b)環切法c)（5）銑削曲面的加工路線采用圖3-34a加工方案時，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程復合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度；采用圖3-34b加工方案時，符合這類零件數據給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準確度高，但程序較多。圖3-34銑曲面的兩種加工路線

（5）銑削曲面的加工路線采用圖3-34a加工孔加工路線的確定

孔加工時，一般是首先將刀具在xy平面內快速定位運動到孔中心線的位置上，然后刀具再沿z向（軸向）運動進行加工。（1）確定xy平面內的加工路線

①定位迅速、空行程時間短。如加工圖3-35所示零件。

圖3-35最短加工路線設計示例

孔加工路線的確定孔加工時，一般是首先將刀具②定位準確、避免反向間隙對孔位精度的影響。例如，鏜削下圖3-36a所示零件上的4個孔。圖3-36c所示加工路線避免反向間隙的引入，提高了4孔的定位精度。

②定位準確、避免反向間隙對孔位精度的影響。例如，鏜削下圖3-（2）確定z向（軸向）的加工路線

刀具在z向的加工路線分為快移進給路線和工作進給路線。圖3-37a為單孔加工路線。圖3-37b為多孔加工路線。圖3-37刀具z向加工路線設計示例—→—快速移動進給路線---→---工作進給路線

（2）確定z向（軸向）的加工路線刀具在z加工不通孔時，工作進給距離：ZF=Za+H+Tt加工通孔時，工作進給距離：ZF=Za+H+Zo+Tt加工不通孔時，工作進給距離：ZF=Za+H+Tt表面狀態加工方式已加工表面毛坯表面表面狀態加工方式已加工表面毛坯表面鉆孔2~35~8車削2~35~8擴孔3~55~8銑削3~55~10鏜孔3~55~8攻螺紋5~105~10鉸孔3~55~8車削螺紋（切入）2~55~8表3-4刀具切入切出距離（mm）表面狀態已加工表面毛坯表面表面狀態已加工表面毛坯表面鉆孔23.1.9工藝文件的制定

零件的加工工藝設計完成后，就應該將有關內容填入各種相應的表格（或卡片）中。以便貫徹執行并將其作為編程和生產前技術準備的依據，這些表格（或卡片）被稱為工藝文件。數控加工工藝文件除包括機械加工工藝過程卡、機械加工工藝卡、數控加工工序卡、數控加工刀具卡。另外為方便編程也可以將各工步的加工路線繪成文件形式的加工路線圖。3.1.9工藝文件的制定零件的加工工藝1．機械加工工藝過程卡

機械加工工藝過程卡是以工序為單位，簡要地列出整個零件加工所經過的工藝路線（包括毛坯制造、機械加工和熱處理等）。它是制訂其它工藝文件的基礎，也是生產準備、編排作業計劃和組織生產的依據。在這種卡片中，由于各工序的說明不夠具體，故一般不直接指導工人操作，而多作為生產管理方面使用。但在單件小批生產中，由于通常不編制其它較詳細的工藝文件，而就以這種卡片指導生產。2．機械加工工藝卡片機械加工工藝卡片是以工序為單位，詳細地說明整個工藝過程的一種工藝文件。它是用來指導工人生產和幫助車間管理人員和技術人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術文件，是廣泛用于成批生產的零件和重要零件的小批生產中。機械加工工藝卡片內容包括零件的材料、毛坯種類、工序號、工序名稱、工序內容、工藝參數、操作要求以及采用的設備和工藝裝備等。1．機械加工工藝過程卡2．機械加工工藝卡片3．數控加工工序卡3．數控加工工序卡4．數控加工刀具卡4．數控加工刀具卡3.2圖形的數學處理圖形的數學處理就是根據零件圖樣的要求，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計算出數控系統所需輸入的數據。圖形數學處理的內容主要有三個方面，即基點和節點計算、刀位點軌跡計算和輔助計算。3.2圖形的數學處理圖形的數學處理就是根據零件3.2.1基點計算

各幾何元素間的連接點稱為基點。如兩直線的交點，直線與圓弧的交點或切點，圓弧與圓弧的交點或切點，圓弧或直線與二次曲線的切點或交點等。基點計算方法：根據圖紙給定條件，用幾何法、解析幾何法、三角函數法或用AutoCAD畫圖求得。

3.2.2節點計算在滿足允許編程誤差的條件下，用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點或切點稱為節點。3.2.1基點計算各幾何元素間的連接點稱為基點1．等間距法直線逼近節點計算特點：每個程序段的某一個坐標增量相等。在直角坐標系中可使相鄰節點的x坐標增量或y

坐標增量相等；在極坐標系中，可使相鄰節點間的轉角坐標增量或徑向增量相等。從起點開始沿x軸方向△x取為等間距長，由曲線方程y=f(x)求得yi，設xi+1=xi+△x，yi+1=f(xi+△x)，可求出一系列節點坐標值作為編程數據。

1．等間距法直線逼近節點計算特點：每個程序段的某一個坐標增

△x取決于曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據加工精度憑經驗選取，一般選取△x=0.1mm，再進行誤差驗算。在上圖中，mn為一逼近直線段，作m′n′平行于mn且與曲線的距離為逼近允許誤差δ允，則mn的方程為：Ax+By+C=0式中：A=yn-ym，B=xn-xm，C=ymxn-xmyn。

m′n′的方程為：Ax+By=C±δ式中：δ為直線mn與m′n′間的距離。δ

≤δ允，一般取δ允為零件公差的1/5~1/10。聯立上述二方程得：

Ax+By=C±δy=f(x)

△x取決于曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據加2．等步長法直線逼近節點計算

特點：使所有逼近線段的長度相等，亦即每個程序段的長度相等。（1）求曲線最小曲率半徑Rmin

曲線y=f(x)上任一點的曲率半徑為：R=令dR/dx=0得：由y=f(x)求得、、，從而可得到x軸坐標，再代入曲率半徑公式即可求得Rmin。2．等步長法直線逼近節點計算特點：使所有逼近線段的長度相等（2）確定步長

以Rmin為半徑作曲率圓（圖3-40）。δ允對應的弦長l為：

圖3-40等步長法求節點

（2）確定步長以Rmin為半徑作曲率圓（圖3-40）。δ允（3）求節點以曲線起點a為圓心，以l半徑作圓，求出該圓與已知曲線的交點b，即解方程組：

(x-x0)2+(y-y0)2=l2y=f(x)

其解作為節點b的坐標。順次以b、c…為圓心，重復（3）及可求出各節點的坐標值。3．等誤差法（變步長法）直線逼近節點計算特點：使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等，且小于或等于δ允，各逼近線段的長度不相等。（3）求節點以曲線起點a為圓心，以l半徑作圓，求出（1）以起點（x0，y0）為圓心，δ允為半徑作圓，方程為：(x-x0)2+(y-y0)2=δ允2（2）求圓與輪廓曲線公切線的斜率k設公切線方程為：y=kx+b式中：k=(Y1-Y0)/(X1-X0)。因此求k即相當于求出兩切點的坐標，即（X0，Y0），（X1，Y1）。（1）以起點（x0，y0）為圓心，δ允為半徑作圓，方程為：(聯立方程得：Y1-Y0=f′(X1)·(X1-X0)（曲線切線方程）(X0-x0)2+(Y0-y0)2=δ允2（圓方程）Y1-Y0=F′(X0)·(X1-X0)（圓切線方程）Y1=f(X1)（曲線方程）其中F(x)表示圓的方程。由此可解得(X0，Y0)，(X1，Y1)。

（3）求節點過起點（x0，y0）作斜率為k的直線y-y0=k(x-x0)與曲線方程聯立：y-y0

=k（x-x0）y=f(x)求得第一個節點的坐標（x1，y1），再重復計算可得其余各節點。聯立方程得：（3）求節點過起點（x0，y0）作斜率為

4．圓弧逼近輪廓的節點計算

零件輪廓曲線可用一段段的圓弧逼近，常用的有曲率圓法、三點圓法和相切圓法等。本書介紹曲率圓法，它是一種等誤差圓弧逼近法，應用于曲線y=f(x)為單調的情形。若不是單調曲線則可以在拐點處分段，使每段曲線為單調。

（1）從輪廓曲線y=f(x)的起點(xn，yn)開始作曲率圓（圖3-42）半徑：

圓心坐標：ζn=xn-yn′·[1+(yn′)2]∕∣yn″∣ηn=yn+[1+(yn′)2]∕yn″4．圓弧逼近輪廓的節點計算零件輪廓曲線可圖3-42曲率圓法求節點（2）求偏差圓與曲線的交點，即解聯立方程組(x-ζn)2+(y-ηn)2=(Rn±δ允)2y=f(x)得交點（xn+1，yn+1）。當曲線曲率遞減時取（Rn+δ允），當曲線曲率遞增時，取(Rn-δ允)。圖3-42曲率圓法求節點（2）求偏差（3）求過（xn，yn）和（（xn+1，yn+1）兩點，半徑為Rn的圓的圓心，即解聯立方程組。（x-xn）2+（y-yn）2=Rn2（x-xn+1）2+（y-yn+1）2=Rn2得圓心坐標（ζm，ηm）。（4）重復上述計算可依次求得其他逼近圓弧。

上述計算均可用計算機程序完成。（3）求過（xn，yn）和（（xn+1，yn+1）兩點，半徑3.2.3刀位點軌跡計算刀位點軌跡計算又稱刀具中心軌跡計算，實際就是被加工零件輪廓的等距線計算。具體求法：首先分別寫出零件輪廓曲線各程序段的等距線方程（距離為刀具半徑r刀），再求出各相鄰程序段等距線的基點或節點坐標，即求解等距線方程的公共解。

直線的等距線方程為：圓的等距線的方程為：（x-ζ）2+（y-η）2=（R±r刀）23.2.3刀位點軌跡計算刀位點軌跡計例：如圖3-43所示的零件輪廓，求解刀位點b′的坐標(r刀=5mm)。聯立圓弧a′b′和直線b′c′的等距線方程：解得b′的坐標為（24.395，19.220）。圖3-43按刀具中心編程的基點計算

例：如圖3-43所示的零件輪廓，求解刀位點b′的坐標(r刀3.2.4零件輪廓為列表曲線的數學處理

列表曲線的數學處理較為復雜，一般的處理方法是根據列表點選擇一個或多個插值方程描述（常稱為第一次曲線擬合），再根據插值方程采用直線—圓弧插補方法逼近列表曲線或曲面（常稱為第二次曲線擬合）。1．三次樣條函數擬合樣條函數是模擬繪圖樣條而得出的一個分段多項式函數，常利用樣條函數插值法對列表曲線進行逼近。在相鄰三個列表點間建立的樣條函數稱為二次樣條，而在四個列表點間建立的樣條函數稱為三次樣條函數。3.2.4零件輪廓為列表曲線的數學處理圓弧樣條擬合是一種較簡單的曲線擬合方法，它利用樣條的思想，使用圓弧這一最簡單的二次曲線產生圓弧樣條，用若干相切的圓弧擬合輪廓曲線。具體方法是：對于給定的n+1個列表點（又稱型值點）Pi

(i=0、1、3、…，n)，要求過每一點作一段圓弧，并且使相鄰圓弧在相鄰兩節點弦的垂直平分線上相切，如圖3-44所示。編程時取圓弧樣條中兩個相切圓弧的參數（曲率半徑、圓心、節點等）編制兩個圓弧程序段，總體曲線程序段數與列表點相等。

2．圓弧樣條擬合

圓弧樣條擬合是一種較簡單的曲線擬合方法，它利用圖3-44圓弧樣條原理

圖3-44圓弧樣條原理3.2.5工件輪廓為簡單三坐標立體型面的數值計算

球頭銑刀數控加工一般只有3個垂直移動坐標的數控機床上進行，要求刀軸方向始終保持不變（一般為z軸方向），因此要求立體型面在刀軸方向上為單調曲面，如圖3-45所示。為改善切削性能，有益于加工速度的改善和加工表面質量的提高，將加工曲面平坦方向傾斜一定角度（如圖3-46b所示）。

圖3-45圖3-463.2.5工件輪廓為簡單三坐標立體型面的數值計算1．刀位點坐標的計算

球頭銑刀加工到曲面的任一點時其刀位點的向量：rc=rp+Rn式中rc

—刀位點的點矢；rp

—曲面上刀具切觸點P的點矢；R

—球頭銑刀半徑；n

—曲面在切觸點P處的單位法向量。1．刀位點坐標的計算球頭銑刀加工到曲面的任一點時其刀位點的由于刀軸（z軸）方向保持不變，刀軸向量也不變。上式的分量式為：xc=xp+Rnxyc=yp+Rnyzc=zp+Rnz其中nx，ny，nz為刀軸向量在x，y，z軸的投影。2．簡單立體型面加工的計算

簡單立體型面是指以某一直線為母線，沿生成線軌跡運動而形成的立體型面。這類立體型面一般都采用球頭銑刀以行切法加工。如圖3-48。簡單立體型面行切法的數值計算主要由行距與加工截面內刀具有效半徑的計算。

由于刀軸（z軸）方向保持不變，刀軸向量也不變。圖3-48空間曲面的行切法加工

圖3-48空間曲面的行切法加工（1）行距的計算

兩次刀具進給的距離，即行距。行距的確定要依據加工表面粗糙度所允許的h允值和銑刀半徑R的值。用球頭銑刀加工立體型面時，刀痕在行間構成加工表面不平度h，稱為切殘量。由圖3-49b中的△O′AB可知：圖3-49（1）行距的計算用球頭銑刀加工立體型面時，（略去h2允）式中φ為母線的傾角，由圖可知φ=90°-θ。當母線為曲線時，φ角取決于曲線在該點處的斜率。（2）加工截面內刀具有效半徑的計算

如圖3-49中刀具有效半徑為：r=Rsinφ（略去h2允）式中φ為母線的傾角，由圖可知φ=90°-θ3．球頭銑刀半徑的選擇

（1）球頭銑刀半徑應小于加工表面凹處的最小曲率半徑，即：（2）在允許切殘量h允相同的條件下，選擇較大的刀具半徑可提高加工效率。（3）刀具半徑的大小應與加工表面的大小相匹配，不要采用半徑很大的球頭刀加工很小的表面，否則刀具容易與工件表面發生干涉。3．球頭銑刀半徑的選擇（1）球頭銑刀半徑應小于加工表面凹處3.2.6輔助計算1．增量值計算

增量值計算僅就增量坐標的數控系統或絕對坐標中某些數據仍要求以增量方式輸入時，所進行的由絕對坐標數據到增量坐標數據的轉換。其換算公式為：增量坐標值=終點坐標值-起點坐標值例如：要求以直線插補方式，使刀具從a點（起點）運動到b點（終點），已計算出a點坐標為（Xa，Ya）,b點坐標為（Xb，Yb），若以增量方式表示時，其X、Y軸方向上的增量分別為△X=Xb-Xa，△Y=Yb-Ya。

3.2.6輔助計算1．增量值計算例如：2．輔助程序段計算

輔助程序段是指開始加工時，刀具從起始點到切入點，或加工完了時，刀具從切出點返回到起始點而特意安排的程序段。切入點位置的選擇應依據零件加工余量的情況，適當離開零件一段距離。切出點位置的選擇，應避免刀具在快速返回時發生撞刀，也應留出適當的距離（見表3-4）。

3．螺紋牙頂、牙底計算

普通螺紋的牙型理論高度H=0.866P（P為螺距），實際加工時，由于螺紋車刀刀尖半徑的影響和安裝的需要，螺紋實際牙型高度為：

h=H–2(H/8)=0.6495H

式中H——螺紋三角形高度，H=0.866P(mm)；P——螺距(mm)。

2．輔助程序段計算輔助程序段是指開始加工時螺紋牙頂d'和牙底可用下式計算：d'=d

-0.2165Pd1=d'-1.299P

式中d——螺紋公稱尺寸（螺紋大徑）(mm)；d1——螺紋牙底尺寸(mm)；d'——螺紋實際牙頂尺寸(mm)。螺紋牙頂d'和牙底可用下式計算：式中d——如果螺紋牙型較深、螺距較大，可分幾次進給。每次進給的背吃刀量用螺紋深度減去精加工背吃刀量所得的差按遞減規律分配，如下圖。常用螺紋切削的進給次數與背吃刀量可參考表3-7選取。'如果螺紋牙型較深、螺距較大，可分幾次進給。每表3-7常用螺紋切削的進給次數與背吃刀量（mm）

表3-7常用螺紋切削的進給次數與背吃刀量（mm）3.3典型零件的數控加工工藝分析3.3.1軸類零件的數控車削加工工藝以右圖零件為例，介紹其數控車削加工工藝。用MJ460數控車床加工。

3.3典型零件的數控加工工藝分析3.3.1軸類零件1．零件圖工藝分析

該零件表面有圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。尺寸標注完整，輪廓描述清楚。零件材料為45號鋼，無熱處理和硬度要求。通過上述分析，采取以下幾點工藝措施。1）對圖樣上給定的幾個精度（IT7~IT8）要求較高的尺寸，因其公差數值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2）在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。3）為便于裝夾，毛坯件左端應預先車出夾持部分（雙點劃線部分），右端面也應先車出并鉆好中心孔。毛坯選φ60mm棒料。1．零件圖工藝分析該零件表面有圓柱、圓錐、順2．確定裝夾方案

確定毛坯件軸線和左端大端面（設計基準）為定位基準。左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊、右端采用活動頂尖支承的裝夾方式。

3．確定加工順序加工順序按由粗到精的原則確定。即先從右到左進行粗車（留0.20mm精車余量），然后從右到左進行精車，最后車削螺紋。MJ460數控車床具有粗車循環和車螺紋循環功能，只要正確使用編程指令，機床數控系統就會自行確定其加工路線，因此，該零件的粗車循環和車螺紋循環不需要人為確定其加工路線。但精車的加工路線需要人為確定，該零件是從右到左沿零件表面輪廓進給加工。2．確定裝夾方案3．確定加工順序4．數值計算為方便編程，可利用AutoCAD畫出零件圖形，然后取出必要的基點坐標值；利用公式對螺紋牙頂、牙底進行計算。（1）基點計算以圖O點為工件坐標原點，則A、B、C三點坐標（mm）分別為：XA=40mm（直徑量）、ZA=-69mm；XB=38.76mm（直徑量）、ZB=-99mm；XC=56mm（直徑量）、ZC=-154.09mm。(2)螺紋牙頂d'

、牙底d1計算d'=d

-0.2165P=(30-0.2165×2)mm=29.567

mm；d1=d'-1.299P=(29.567-1.299×2)mm=26.969mm。4．數值計算5．選擇刀具1）粗車、精車均選用35°菱形涂層硬質合金外圓車刀，副偏角48°，刀尖半徑0.4mm，為防與工件輪廓發生干涉，必要時應用AutoCAD作圖檢驗。2）車螺紋選用硬質合金60°外螺紋車刀，取刀尖圓弧半徑0.2mm。6．選擇切削用量（1）背吃刀量粗車循環時，確定其背吃刀量ap=2mm；精車時，確定其背吃刀量ap=0.2mm。M30螺紋共分5次車削，但每次背吃刀量不同，查表3-7確定為（直徑量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。

5．選擇刀具（2）主軸轉速1）車直線和圓弧輪廓時的主軸轉速：查表取粗車時的切削速度v=90m/min,精車時的切削速度v=120m/min，根據坯件直徑（精車時取平均直徑），利用式n=1000v/πd計算，并結合機床說明書選取：粗車時，主軸轉速n=500r/min；精車時，主軸轉速n=1200r/min。2）車螺紋時的主軸轉速：按公式np≤1200（n為主軸轉速，p為螺距）。取主軸轉速n=320r/min。（3）進給速度粗車時，選取進給量f=0.3mm/r，精車時選取f=0.05mm/r。車螺紋的進給量等于螺紋導程，即f=2mm/r。（2）主軸轉速7．數控加工工藝文件的制定1）數控加工工序卡片7．數控加工工藝文件的制定2）數控加工刀具卡片2）數控加工刀具卡片3.3.2平面凸輪零件的數控銑削加工工藝圖3-53為平面槽形凸輪，試分析其數控銑削加工工藝。2軸以上聯動數控銑床加工。1．零件圖紙工藝分析

該零件是平面槽形凸輪，其輪廓由圓弧和直線組成，需要兩軸以上聯動的數控銑床加工。毛坯材料為鑄鐵，切削加工性能較好。該零件在數控銑削加工前，是一個經過加工、含有兩個基準孔、外直徑為φ280mm、厚度為18mm的圓盤。圓盤底面A及φ35G7和φ12H7兩孔可用作定位基準。凸輪槽內外輪廓面對A面有垂直度要求，只要提高裝夾精度，使A面與銑刀軸線垂直，即可保證。3.3.2平面凸輪零件的數控銑削加工工藝圖3-53圖3-532．確定裝夾方案根據凸輪的結構特點，采用“一面兩孔”定位，設計下圖“一面兩銷”專用夾具。用一塊320mm×320mm×40mm的墊塊，在墊塊上分別精鏜φ35mm及φ12mm兩個定位銷安裝孔。孔距為80±0.015mm，墊塊平面度為0.05mm，加工前先固定墊塊，使兩定位銷孔的中心連線與機床的x軸平行，墊塊的平面要保證與工作臺面平行，并用百分表檢查。

1—開口墊圈2—帶螺紋圓柱銷3—壓緊螺母4—帶螺紋削邊銷5—墊圈6—工件7—墊塊2．確定裝夾方案1—開口墊圈2—帶螺紋圓柱銷3—3．確定加工路線加工路線包括平面內進給和深度進給兩部分路線。對平面內進給，對外凸輪廓從切線方向切入，對內凹輪廓從過渡圓弧切入。在2.5軸聯動的數控銑床上，對銑削平面槽形凸輪，深度進給有兩種方法：一種方法是在xz(或yz)平面內來回銑削逐漸進刀到既定深度；另一種方法是先打一個工藝孔，然后從工藝孔進刀到既定深度。進刀點選在P（150，0），刀具在y=–15及y=15之間來回運動，逐漸加深銑削深度，當達到既定深度后，刀具在xy平面內運動，銑削凸輪輪廓。為保證凸輪的工作表面有較好的表面質量，采用順銑方式，即從P（150，0）從開始，對外凸輪廓，按順時針方向銑削，對內凹輪廓按逆時針方向銑削，如圖3-55。3．確定加工路線圖3-55平面槽形凸輪的切入加工路線a）直線切入外凸輪廓b）過渡圓弧切入內凹輪廓

圖3-55平面槽形凸輪的切入加工路線4．選擇刀具及切削用量選用φ18mm硬質合金立銑刀，主軸轉速取150~235r/min，進給速度取30~60mm/min。槽深14mm，銑削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm，第二次背吃刀量5mm，剩下的1mm隨同輪廓精銑一起完成。凸輪槽兩側面各留0.5~0.7mm精銑余量。在第二次進給完成之后，檢測零件幾何尺寸，依據檢測結果決定進刀深度和刀具半徑偏置量，分別對凸輪槽兩側面精銑一次，達到圖樣要求的尺寸。5．基點坐標確定

為確定各切點A、B、C、D、E、F、G、H的坐標值，可用列方程的方法計算，也可用AutoCAD畫出槽形凸輪輪廓線，然后從計算機上讀出各切點的坐標值。見下表3-9。4．選擇刀具及切削用量數控機床編程第2版教學課件第3章數控機床的加工工藝xin3.3.3蓋板零件加工中心的加工工藝分析右圖蓋板零件的加工工藝。

3.3.3蓋板零件加工中心的加工工藝分析右圖蓋板零件的1．分析圖樣，選擇加工內容

該蓋板的材料為鑄鐵，故毛坯為鑄件。由上圖知，蓋板的四個側面為不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度為IT7級。從工序集中和便于定位兩個方面考慮，選擇B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，將A面作為主要定位基準，并在前道工序中先加工好。2．選擇加工中心

由于B面及位于B面上的全部孔，只需單工位加工即可完成，故選擇立式加工中心。加工表面不多，只有粗銑、精銑、粗鏜、半精鏜、精鏜、鉆、擴、锪、鉸及攻螺紋等工步，所需刀具不超過20把。選用QM-40S型立式加工中心即可滿足上述要求。該機床工作臺工作面尺寸為11500×5200mm，x軸行程為1000mm，y軸行程為520mm，z軸行程為505mm，定位精度和重復定位精度分別為±0.005mm（全程）和±0.002mm，刀庫容量為24把，工件在一次裝夾后可自動完成銑、鉆、鏜、鉸及攻螺紋等工步的加工。

1．分析圖樣，選擇加工內容2．選擇加工中心3．設計工藝（1）選擇加工方法

B平面用銑削方法加工，因其表面粗糙度Ra6.3μm，故采用粗銑—精銑方案；φ60H7孔為已鑄出毛坯孔，為達到IT7級精度和Ra0.8μm的表面粗糙度，需經三次鏜削，即采用粗鏜—半精鏜—精鏜方案；對φ12H8孔，為防止鉆偏和達到IT8級精度，按鉆中心孔—鉆孔—擴孔—鉸孔方案進行；φ16mm孔在φ12mm基礎上锪至尺寸即可；M16螺紋孔采用先鉆底孔后攻螺紋的加工方法，即按鉆中心孔—鉆底孔—倒角—攻螺紋方案加工。（2）確定加工順序按照先面后孔、先粗后精的原則確定。加工順序為粗、精銑B面；粗鏜、半精鏜、精鏜φ60H7孔；鉆各光孔和螺紋孔的中心孔；鉆、擴、锪、鉸φ12H8及φ16孔；M16螺孔鉆底孔、倒角、和攻螺紋，詳見表3-11。3．設計工藝（3）確定裝夾方案和選擇夾具該蓋板零件形狀簡單，四個側面較光整，加工面與不加工面之間的位置精度要求不高，故可選用通用臺鉗，以蓋板底面A和兩個側面定位，用臺鉗鉗口從側面夾緊。（4）選擇刀具所需刀具有面銑刀、鏜刀、中心鉆、麻花鉆、鉸刀、立銑刀（锪φ16孔）及絲錐等，其規格根據加工尺寸選擇。B面粗銑銑刀直徑應選小一些，以減小切削力矩，但也不能太小，以免影響加工效率；B面精銑銑刀直徑應選大一些，以減少接刀痕跡，但要考慮到刀庫允許裝刀直徑（TH5632型加工中心的允許裝刀直徑：無相鄰刀具為φ150mm，有相鄰刀具為φ80mm）也不能太大。刀柄柄部根據主軸錐孔和拉緊機構選擇。（3）確定裝夾方案和選擇夾具該蓋板零件形狀簡單，四個側面（5）確定加工路線

B面的粗、精銑削加工加工路線根據銑刀直徑確定，因所選銑刀直徑為φ100mm，故安排沿x方向兩次進給（見圖3-57）。所有孔加工進給路線均按最短路線確定，因為孔的位置精度要求不高，機床的定位精度完全能保證，圖3-58~圖3-62所示的即為各孔加工工步的加工路線。圖3-57銑削B面加工路線

（5）確定加工路線B面的粗、精銑削加工加工路線根據銑刀圖3-58鏜φ60H7孔加工路線圖3-59鉆中心孔加工路線

圖3-58鏜φ60H7孔加工路線圖3-59鉆中心孔圖3-60鉆、擴、鉸φ12H8孔加工路線

圖3-61锪φ16mm孔加工路線圖3-60鉆、擴、鉸φ12H8孔加工路線圖3-61圖3-62鉆螺紋底孔、攻螺紋加工路線（6）選擇切削用量查表確定切削速度和進給量，然后計算出機床主軸轉速和機床進給速度，詳見表(3-11)4．數控加工工藝文件的制定

圖3-62鉆螺紋底孔、攻螺紋加工路線（6）選擇切削用數控機床編程第2版教學課件第3章數控機床的加工工藝xin數控機床編程第2版教學課件第3章數控機床的加工工藝xin本章小結

從保證零件的技術要求、提高生產效率和盡可能降低生產成本考慮，數控加工工藝分析主要包括機床的合理選用、加工方法與加工方案的確定、工序與工步的劃分、零件的定位與安裝、刀具與工具的選用、切削用量與數控加工路線的確定等。其主要內容應寫入數控加工工藝文件中，作為數控機床編程的依據。零件圖形數學處理（又稱數值計算）是數控編程前的主要準備工作，無論對于手工編程還是自動編程都是必不可少的。圖形數學處理的內容主要有三個方面，即基點和節點計算、刀位點軌跡計算和輔助計算。本章小結在線教務輔導網：教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網QQ:349134187

或者直接輸入下面地址：在線教務輔導網：http://www.shangfuwang

第3章

數控加工工藝與圖形的數學處理

第33.1數控加工工藝3.2圖形的數學處理思考題與習題3.3典型零件的數控加工工藝分析本章小結3.1數控加工工藝3.2圖形的數學處理思考題與習題本章學習目標：

本章講述數控加工工藝與圖形數學處理的基本內容與方法，并以典型實例講述了零件的數控加工工藝分析及其工藝文件的制定。是數控機床編程中的基本內容，為學習后續各章內容打好基礎。本章要求理解數控加工工藝分析與圖形數學處理的基本概念和基本內容，掌握數控加工工藝分析與圖形數學處理的方法，并能熟練地制定數控加工工藝文件。

本章學習目標：本章教學學時：8學時本章教學要求重點

數控加工工藝分析與圖形數學處理的基本概念；數控加工工藝分析的內容與方法，數控加工工藝文件的制定。難點數控加工工藝文件的制定。本章教學學時：8學時本章教學要求3.1數控加工工藝數控加工工藝分析的重要性

1.對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數控機床上完成，而往往只是其中的一部分工藝內容適合數控加工。2.在數控加工中無論是手工編程還是自動編程，編程以前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。3.在編程中，對一些工藝問題（如對刀點、加工路線等）和圖形（如圖形的基點、節點等）也需做一些處理。因此程序編制中的工藝分析是一向十分重要的工作。3.1數控加工工藝數控加工工藝分析的重要性3.1.1機床的合理選用

根據國內外數控機床技術應用實踐，數控機床加工的適用范圍可用圖3-1和3-2定性分析。

圖3-1零件復雜程度與零件批量的關系圖3-2零件批量與總加工費用的關系3.1.1機床的合理選用圖3-1零件復雜程度與零件批

圖3-1表明了隨零件的復雜程度和生產批量的不同，三種機床適用范圍的變化。當零件不太復雜，生產批量不太大時，宜采用通用機床；

當生產批量很大時，數控機床就顯得更為適用了。圖3-2表明了隨生產批量的不同，采用三種機床加工時，綜合費用的比較。由圖可知，在多品種、小批量（100件以下）的生產情況下，使用數控機床可獲得較好的經濟效益。零件批量的增大，對選用數控機床是不利的。圖3-1表明了隨零件的復雜程度和生產批量的不同，數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件1）多品種、小批量生產的零件或新產品試制中的零件。2）輪廓形狀復雜，對加工精度要求較高的零件。3）用普通機床加工時，需要有昂貴的工藝裝備（工具、夾具和模具）的零件。4）需要多次改型的零件。5）價值昂貴，加工中不允許報廢的關鍵零件。6）需要最短生產周期的急需零件。數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件3.1.2數控加工工藝性分析

從數控加工的可能性和方便性兩方面分析其工藝性。零件圖的尺寸標注應符合編程方便的原則（1）零件圖上尺寸標注方法應適應數控加工的特點。（2）構成零件輪廓的幾何元素的條件應充分。

零件的結構工藝性應符合數控加工的特點（1）零件的內腔和外形最好采用統一的幾何類型和尺寸。（2）內槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內槽圓角半徑不應過小。如圖3-3

3.1.2數控加工工藝性分析從數控加工的可能性和方便性圖3-3數控加工工藝性對比圖b與圖a相比，轉接圓弧半徑大，可以采用較大直徑的銑刀來加工。加工平面時，進給次數也相應減少，表面加工質量也會好一些，所以工藝性較好。

圖3-3數控加工工藝性對比圖b與圖a相比，轉接圓弧半徑（3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應過大，如圖3-4所示。（4）應采用統一的基準定位。圖3-4零件底面圓弧對加工工藝的影響

（3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應過大，如圖3-43.1.3加工方法與加工方案的確定

加工方法的選擇選擇原則：保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。1.結合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如，對于IT7級精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削。一般小尺寸的箱體孔宜選擇鉸孔，當孔徑較大時則應選擇鏜孔。2.考慮生產率和經濟性的要求，以及工廠的生產設備等實際情況。常用加工方法的經濟加工精度及粗糙度可查閱有關工藝手冊。

3.1.3加工方法與加工方案的確定加工方法的選擇加工方案的確定

根據主要表面的精度和表面的粗糙度的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。例如，對于孔徑不大的IT7級精度的孔，最終加工方法取精鉸時，則精鉸孔前通常要經過鉆孔、擴孔和粗鉸孔等加工。表3-1~3-3列出了鉆、鏜、鉸等幾種加工方法所能達到的精度等級及其工序加工余量。加工方案的確定平面類零件斜面輪廓加工方法的選擇（1）有固定斜角的外形輪廓面如圖3-5所示

（2）有變斜角的外形輪廓面如圖3-6所示圖3-5固定斜角斜面加工圖3-6變斜角斜面加工

平面類零件斜面輪廓加工方法的選擇圖3-53.1.4工序與工步的劃分

數控加工工藝路線設計與普通機床加工工藝路線設計的主要區別,在于它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設計中一定要注意到，由于數控加工工序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見工藝流程如右圖所示。3.1.4工序與工步的劃分數控加工工藝工序的劃分

（1）按零件裝卡定位方式劃分工序。圖3-7片狀凸輪

如圖3-7所示的片狀凸輪，按定位方式可分為兩道工序，第一道工序可在數控機床上也可普通機床上進行。以外圓表面的B平面定位加工端面A和直徑φ22H7的內孔，然后再加工端面B和φ4H7的工藝孔；第二道工序以已加工過的兩個孔和一個端面定位，在另一臺數控銑床或加工中心上銑削凸輪外表面輪廓。工序的劃分

（1）按零件裝卡定