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1、第1章 数控加工工艺基础v1.1 工艺过程的基本概念 1.1.1 生产过程和工艺过程 1.1.2 工件获得尺寸精度的方法 1.1.3 加工余量 1.1.4 加工精度 1.1.5 表面质量 v1.2 数控加工工艺系统 v1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成 v1.2.2 数控机床的主要类型 v1.2.3 数控刀具的主要种类 v1.2.4 数控机床夹具的类型和特点 1.1 工艺过程的基本概念1.1.1 生产过程与工艺过程生产过程与工艺过程v生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。是指将原材料转变为成品的全过程。在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、尺
2、寸、相对位置和性质等，使其成为成品或尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。半成品的过程称为工艺过程。v工艺工艺就是制造产品的方法。采用机械加工的就是制造产品的方法。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程）。艺过程（以下简称为工艺过程）。v1生产过程v工业产品的生产过程工业产品的生产过程是指由原材料到成品之间是指由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。的各个相互联系的劳动过程的总和。v主要包括主要包括 v（1
3、）生产技术准备过程v（2）生产工艺过程v（3）辅助生产过程v（4）生产服务过程 v（1）生产技术准备过程包括产品投产前的市）生产技术准备过程包括产品投产前的市场调查分析，产品研制，技术鉴定等。场调查分析，产品研制，技术鉴定等。v（2）生产工艺过程包括毛坯制造，零件加工，）生产工艺过程包括毛坯制造，零件加工，部件和产品装配、调试、油漆和包装等。部件和产品装配、调试、油漆和包装等。v（3）辅助生产过程为使基本生产过程能正常）辅助生产过程为使基本生产过程能正常进行所必经的辅助过程，包括工艺装备的设计制进行所必经的辅助过程，包括工艺装备的设计制造、能源供应、设备维修等。造、能源供应、设备维修等。 v（
4、4）生产服务过程）生产服务过程 包括原材料采购运输、保管、包括原材料采购运输、保管、供应及产品包装、销售等。供应及产品包装、销售等。2生产系统生产系统（1）系统的概念）系统的概念 任何事物都是由数个相互作用和相互依赖任何事物都是由数个相互作用和相互依赖的部分组成并具有特定功能的有机整体，这个的部分组成并具有特定功能的有机整体，这个整体就是整体就是“系统系统”。（2）机械加工工艺系统）机械加工工艺系统 机械加工工艺系统机械加工工艺系统由金属切削机床、刀具、由金属切削机床、刀具、夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互相影响。相影响。 该系统的该系统的整体目
5、的整体目的是在特定的生产条件下，是在特定的生产条件下，在保证机械加工工序质量的前提下，采用合理在保证机械加工工序质量的前提下，采用合理的工艺过程，降低该工序的加工成本。的工艺过程，降低该工序的加工成本。（3）机械制造系）机械制造系 在工艺系统基础上以整个机械加工车在工艺系统基础上以整个机械加工车间为整体的更高一级的系统。该系统的整间为整体的更高一级的系统。该系统的整体目的就是使该车间能最有效地全面完成体目的就是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。全部零件的机械加工任务。（4）生产系统）生产系统 以整个机械制造厂为整体，为了最有以整个机械制造厂为整体，为了最有效地经营，获得最高经济
6、效益，一方面把效地经营，获得最高经济效益，一方面把原材料供应、毛坯制造、机械加工、热处原材料供应、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检验与试车、油漆、包装、运理、装配、检验与试车、油漆、包装、运输、保管等因素作为基本物质因素来考虑；输、保管等因素作为基本物质因素来考虑；另一方面把技术情报、经营管理、劳动力另一方面把技术情报、经营管理、劳动力调配、资源和能源利用、环境保护、市场调配、资源和能源利用、环境保护、市场动态、经营政策、社会问题和国际因素等动态、经营政策、社会问题和国际因素等信息作为影响系统效果更重要的要素来考信息作为影响系统效果更重要的要素来考虑。虑。3工艺过程工艺过程v在生产过程中，
7、那些与有原材料转变为产品在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为直接相关的过程称为工艺过程。工艺过程。 v它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。修等则属于辅助过程。 v在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为能等，直至成为合
8、格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程。 v工艺规程工艺规程v技术人员根据产品数量、设备条件和工技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称就称工艺规程。工艺规程。v为了便于工艺规程的编制、执行和生产组为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是的单元。它们是工序、安装、工位、工步工序、安装、工位、工步和走刀。和走刀。其中工序是工艺过程中的基本单其中工序是工艺过程中的基本
9、单元。零件的机械加工工艺过程由若干个工元。零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含有一个或序组成。在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。刀。v（1）工序）工序 一个或一组工人，在一个工作地或一台一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为成的那一部分工艺过程称为工序。工序。 划分工序的划
10、分工序的依据依据是工作地点是否变化和是工作地点是否变化和工作过程是否连续。工作过程是否连续。 例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进行精加工。在第一种情形下，加工只包括一行精加工。在第一种情形下，加工只包括一个工序；而在第二种情形下，由于加工过程个工序；而在第二种情形下，由于加工过程的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上进行的，但却成为两个工序。进行的，但却成为两个工序
11、。 工序是组成工艺过程的基本单元，也是生工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。产计划的基本单元。（2）安装）安装v 在机械加工工序中，使工件在机床上或在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为程，称为装夹。装夹。有时，工件在机床上需经有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。v 安装安装是指工件经过一次装夹后所完成的是指工件经过一次装夹后所完成的那部分工序内容。那部分工序内容。v 例如，在车床上加工轴，先从一端加工例如，在车床上加工轴，先从一端加工出部
12、分表面，然后调头再加工另一端，这出部分表面，然后调头再加工另一端，这时的工序内容就包括两个安装。时的工序内容就包括两个安装。v（3）工位）工位v 采用转位（或移位）夹具、回转工作采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为个位置上所完成的那一部分工序就称为工位工位。v 简单来说，工件相对于机床或刀具每简单来说，工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序占据一
13、个加工位置所完成的那部分工序内容，称为内容，称为工位。工位。 v右图是在一台三工位回转右图是在一台三工位回转工作台机床上加工轴承盖工作台机床上加工轴承盖螺钉孔的示意图。操作者螺钉孔的示意图。操作者在上下料工位在上下料工位处装上工处装上工件，当该工件依次通过钻件，当该工件依次通过钻孔工位孔工位、扩孔工位、扩孔工位后，后，即可在一次装夹后把四个即可在一次装夹后把四个阶梯孔在两个位置加工完阶梯孔在两个位置加工完毕。这样，既减少了装夹毕。这样，既减少了装夹次数，又因各工位的加工次数，又因各工位的加工与装卸是同时进行与装卸是同时进行的，从而节约安装时间使生产率可以大提高。的，从而节约安装时间使生产率可以
14、大提高。v（4）工步）工步v 在加工表面不变，加工工具不变的条件下，在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为所连续完成的那一部分工序内容称为工步。工步。生生产中也常称为产中也常称为“进给进给”。v 整个工艺过程由若干个工序组成。每一个整个工艺过程由若干个工序组成。每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为个加工表面的工步，称为复合工步，复合工
15、步，也可以看也可以看作一个工步。作一个工步。v例如，组合钻床加工多孔箱体孔。例如，组合钻床加工多孔箱体孔。 v（5）走刀）走刀v 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为步部分称为走刀走刀。v 例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。一次进给运动称为一次走刀。v 下图是一个带半封闭键槽阶梯轴两种生产类型下图是一个带半封
16、闭键槽阶梯轴两种生产类型的工艺过程实例，从中可看出各自的工序、安装、的工艺过程实例，从中可看出各自的工序、安装、工位、工步、走刀之间的关系。工位、工步、走刀之间的关系。v1.1.2 工件获得尺寸精度的方法工件获得尺寸精度的方法v1获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法v机械加工中获得工件尺寸精度的方机械加工中获得工件尺寸精度的方法，主要有以下几种：法，主要有以下几种：v（1）试切法）试切法 v试切法试切法即先试切出很小部分加工表面，测量即先试切出很小部分加工表面，测量试切所得的尺寸，按照加工要求适当调刀具试切所得的尺寸，按照加工要求适当调刀具切削刃相对工件的位置，再试切，再测量，切削刃相对工件的
17、位置，再试切，再测量，如此经过两三次试切和测量，当被加工尺寸如此经过两三次试切和测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工表面。达到要求后，再切削整个待加工表面。v试切法通过试切法通过“试切测量调整再试切试切测量调整再试切”，反复进行直到达到要求的尺寸精度为止。，反复进行直到达到要求的尺寸精度为止。例如，箱体孔系的试镗加工。例如，箱体孔系的试镗加工。v 作为试切法的一种类型作为试切法的一种类型配作配作，它是以，它是以已加工件为基准，加工与其相配的另已加工件为基准，加工与其相配的另工件，工件，或将两个（或两个以上）工件组合在一起进或将两个（或两个以上）工件组合在一起进行加工的方法。配作中最终
18、被加工尺寸达到行加工的方法。配作中最终被加工尺寸达到的要求是以与已加工件的配合要求为准的。的要求是以与已加工件的配合要求为准的。 v试切法的试切法的特点：特点：v 优点：优点： 试切法达到的精度可能很高，它试切法达到的精度可能很高，它不需要复杂的装置。不需要复杂的装置。v 缺点：缺点： 这种方法费时（需作多次调整、这种方法费时（需作多次调整、试切、测量、计算），效率低，依赖工人试切、测量、计算），效率低，依赖工人的技术水平和计量器具的精度，质量不稳的技术水平和计量器具的精度，质量不稳定，所以只用于单件小批生产。定，所以只用于单件小批生产。v（2）调整法）调整法 v 预先用样件或标准件调整好机床
19、、夹具、刀预先用样件或标准件调整好机床、夹具、刀具和工件的准确相对位置，用以保证工件的具和工件的准确相对位置，用以保证工件的尺寸精度。因为尺寸事先调整到位，所以加尺寸精度。因为尺寸事先调整到位，所以加工时，不用再试切，尺寸自动获得，并在一工时，不用再试切，尺寸自动获得，并在一批零件加工过程中保持不变，这就是批零件加工过程中保持不变，这就是调整法。调整法。v 例如，采用铣床夹具时，刀具的位置靠例如，采用铣床夹具时，刀具的位置靠对刀块确定。调整法的实质是利用机床上的对刀块确定。调整法的实质是利用机床上的定程装置或对刀装置或预先整好的刀架，使定程装置或对刀装置或预先整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具
20、达到一定的位置精度，刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。然后加工一批工件。 v在机床上按照刻度盘进刀然后切削，也是调整在机床上按照刻度盘进刀然后切削，也是调整法的一种。这种方法需要先按试切法决定刻法的一种。这种方法需要先按试切法决定刻度盘上的刻度。大批量生产中，多用定程挡度盘上的刻度。大批量生产中，多用定程挡块、样件、样板等对刀装置进行调整。块、样件、样板等对刀装置进行调整。v调整法的调整法的特点特点v优点优点 ： 调整法比试切法的加工精度稳定性好，调整法比试切法的加工精度稳定性好，有较高的生产率，对机床操作工的要求不高。有较高的生产率，对机床操作工的要求不高。v缺点：缺
21、点： 对机床调整工的要求高，常用于成批对机床调整工的要求高，常用于成批生产和大量生产。生产和大量生产。 v（3）定尺寸法）定尺寸法 v 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法称为位尺寸的方法称为定尺寸法定尺寸法。它是利用标准。它是利用标准尺寸的刀具加工，加工面的尺寸由刀具尺寸尺寸的刀具加工，加工面的尺寸由刀具尺寸决定。即用具有一定的尺寸精度的刀具（如决定。即用具有一定的尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工部位（如孔）的精度。部位（如孔）的精度。v定尺寸法定尺寸法 特点：特点：操作方便，生产率较高
22、，加操作方便，生产率较高，加工精度比较稳定，几乎与工人的技术水平无工精度比较稳定，几乎与工人的技术水平无关，生产率较高，在各种类型的生产中广泛关，生产率较高，在各种类型的生产中广泛应用。例如钻孔、铰孔等。应用。例如钻孔、铰孔等。 v（4）主动测量法）主动测量法v在加工过程中，边加工边测量加工尺在加工过程中，边加工边测量加工尺寸，并将所测结果与设计要求的尺寸比寸，并将所测结果与设计要求的尺寸比较后，或使机床继续工作，或使机床停较后，或使机床继续工作，或使机床停止工作，这就是止工作，这就是主动测量法主动测量法。v主动测量法主动测量法特点：特点：质量稳定、生产率高，质量稳定、生产率高，是发展方向。是
23、发展方向。 v（5）自动控制法）自动控制法v 这种方法是由测量装置、进给装置和控这种方法是由测量装置、进给装置和控制系统等组成。它是把测量、进给装置和控制系统等组成。它是把测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，加工过程依制系统组成一个自动加工系统，加工过程依靠系统自动完成。尺寸测量、刀具补偿调整靠系统自动完成。尺寸测量、刀具补偿调整和切削加工以及机床停车等一系列工作自动和切削加工以及机床停车等一系列工作自动完成，自动达到所要求的尺寸精度完成，自动达到所要求的尺寸精度v。例如在数控机床上加工时，零件就是通过。例如在数控机床上加工时，零件就是通过程序的各种指令控制加工顺序和加工精度。程序的
24、各种指令控制加工顺序和加工精度。v自动控制的具体方法有：自动控制的具体方法有：v 自动测量自动测量 v 即机床上有自动测量工件尺寸的装置，即机床上有自动测量工件尺寸的装置，在工件达到要求的尺寸时，测量装置即在工件达到要求的尺寸时，测量装置即发出指令使机床自动退刀并停止工作。发出指令使机床自动退刀并停止工作。v数字控制数字控制 即机床中有控制刀架或工作台即机床中有控制刀架或工作台精确移动的伺服电动机、滚动丝杠螺母副及精确移动的伺服电动机、滚动丝杠螺母副及整套数字控制装置，尺寸的获得（刀架的移整套数字控制装置，尺寸的获得（刀架的移动或工作台的移动）由预先编制好的程序通动或工作台的移动）由预先编制好
25、的程序通过计算机数字控制装置自动控制。过计算机数字控制装置自动控制。v自动控制法的自动控制法的特点：特点：加工的质量稳定、生产加工的质量稳定、生产率高、加工柔性好、能适应多品种生产，是率高、加工柔性好、能适应多品种生产，是目前机械制造的发展方向和计算机辅助制造目前机械制造的发展方向和计算机辅助制造（CAM）的基础。）的基础。2获得形状精度的方法 ：v（1）轨迹法）轨迹法v轨迹法也称刀尖轨迹法，轨迹法也称刀尖轨迹法，依靠刀尖的运动轨迹获得依靠刀尖的运动轨迹获得形状精度的方法称为形状精度的方法称为轨迹轨迹法法。即让刀具相对于工件。即让刀具相对于工件作有规律的运动，以其刀作有规律的运动，以其刀尖轨迹
26、获得所要求的表面尖轨迹获得所要求的表面几何形状。几何形状。 刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，因而所获得的形状精度取决于成形运动的精度。数因而所获得的形状精度取决于成形运动的精度。数控车床、数控铣床，普通车削、铣削、刨削和磨削控车床、数控铣床，普通车削、铣削、刨削和磨削等均属轨迹法。图右上所示为车圆锥面。等均属轨迹法。图右上所示为车圆锥面。v（2）成形法）成形法v 利用成形刀具对工利用成形刀具对工件进行加工的方法称为件进行加工的方法称为成形法成形法。即用成形刀具。即用成形刀具取代普通刀具，成形刀取代普通刀具，成形刀具的切削刃就是工件外具
27、的切削刃就是工件外形。成形刀具替代一个形。成形刀具替代一个成形运动。成形法可以成形运动。成形法可以 简化机床或切削运动，提高生产率。成形法所获得简化机床或切削运动，提高生产率。成形法所获得的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其他成形的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其他成形运动的精度。上图所示为用成形法车球面。运动的精度。上图所示为用成形法车球面。v（3）仿形法）仿形法 v 刀具按照仿形装置进给对工件进行加工刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法称为的方法称为仿形法仿形法。仿形法所得到的形状精。仿形法所得到的形状精度取决于仿形装置的精度和其他成形运动的度取决于仿形装置的精度和其他成形运动的
28、精度。仿形车、仿形铣等均属仿形法加工。精度。仿形车、仿形铣等均属仿形法加工。v（4）展成法（范成法）展成法（范成法） v 利用工件和刀具作展成切削运动进行加利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法称为工的方法称为展成法展成法。展成法所得被加工表。展成法所得被加工表面是切削刃和工件作展成运动过程中所形成面是切削刃和工件作展成运动过程中所形成的包络面，切削刃形状必须是被加工面的共的包络面，切削刃形状必须是被加工面的共轭曲线。它所获得的精度取决于切削刃的形轭曲线。它所获得的精度取决于切削刃的形状和展成运动的精度等。状和展成运动的精度等。v展成法的展成法的用途：用途：v适用于各种齿轮齿廓、花键键齿、
29、蜗轮轮齿适用于各种齿轮齿廓、花键键齿、蜗轮轮齿等表面的加工。等表面的加工。v展成法的展成法的特点：特点：刀刃的形状与所需表面几何刀刃的形状与所需表面几何形状不同。例如齿轮加工，刀为直线（滚刀、形状不同。例如齿轮加工，刀为直线（滚刀、齿条刀），而加工表面为渐开线。展成法形齿条刀），而加工表面为渐开线。展成法形成的渐开线是滚刀与工件按严格速比转动时，成的渐开线是滚刀与工件按严格速比转动时，刀刃的一系列切削位置的包络线。刀刃的一系列切削位置的包络线。 3获得位置精度的方法获得位置精度的方法v一次安装法一次安装法v多次安装法多次安装法直接安装法直接安装法找正安装法找正安装法夹具安装法夹具安装法划线找正
30、安装划线找正安装直接找正安装直接找正安装v3获得位置精度的方法获得位置精度的方法v（1）一次安装法）一次安装法v有位置精度要求的零件的各有关表面是在有位置精度要求的零件的各有关表面是在工件同一次安装中完成并保证的，如轴类零工件同一次安装中完成并保证的，如轴类零件外圆与端面的垂直度，箱体孔系中各孔之件外圆与端面的垂直度，箱体孔系中各孔之间的平行度、垂直度、同一轴线上各孔的同间的平行度、垂直度、同一轴线上各孔的同轴度等。轴度等。 v一次安装法一般是用一次安装法一般是用夹具装夹夹具装夹实现的。夹具实现的。夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。 v（2）多次安装法
31、多次安装法v 零件有关表面的位置精度是加工表面与工零件有关表面的位置精度是加工表面与工件定位基准面之间的位置精度决定的。如轴类件定位基准面之间的位置精度决定的。如轴类零件键槽对外圆之对称度，箱体平面与平面之零件键槽对外圆之对称度，箱体平面与平面之间的平行度、垂直度等。间的平行度、垂直度等。v 根据工件根据工件安装方式安装方式不同又分为不同又分为直接安装法直接安装法、找正安装法找正安装法和和夹具安装法夹具安装法。v直接安装法：直接安装法：v工件直接安装在机床工件直接安装在机床上，从而保证加工表上，从而保证加工表面与定位基准面之间面与定位基准面之间的精度。例如，在车的精度。例如，在车床上加工与外圆
32、同轴床上加工与外圆同轴的内孔，可用三爪卡的内孔，可用三爪卡盘直接安装工件，如盘直接安装工件，如右图所示。右图所示。v找正安装法找正安装法找正找正是用工是用工具（和仪表）根据工件上有关具（和仪表）根据工件上有关基准，找出工件在划线、加工基准，找出工件在划线、加工（或装配）时的正确位置的过（或装配）时的正确位置的过程。用找正方法装夹工件称为程。用找正方法装夹工件称为找正安装。通过找正保证加工找正安装。通过找正保证加工表面与定位基准面之间的精度。表面与定位基准面之间的精度。例如，在车床上用四爪卡盘和例如，在车床上用四爪卡盘和百分表找正后将工件夹百分表找正后将工件夹 紧，可加工出与外圆同轴度很高与外圆
33、同轴度很紧，可加工出与外圆同轴度很高与外圆同轴度很高的孔。如左图所示。高的孔。如左图所示。v找正安装法可分为找正安装法可分为划线找正安装划线找正安装和和直接找正安装直接找正安装两种。两种。v划线找正安装划线找正安装是用划针根是用划针根据毛坯或半成品上所划的据毛坯或半成品上所划的线为基准找正它在机床上线为基准找正它在机床上正确位置的一种安装方法。正确位置的一种安装方法。右图所示的车床床身毛坯，右图所示的车床床身毛坯，为保证床身各加工面和非为保证床身各加工面和非加工面的位置然后加工面的位置然后 在龙门刨床工作台上用可调支承支起床身毛坯，用在龙门刨床工作台上用可调支承支起床身毛坯，用划针按线找正并夹
34、紧，再对床身底平面进行粗刨。划针按线找正并夹紧，再对床身底平面进行粗刨。由于划线既费时，又需技术水平高的划线工，划线由于划线既费时，又需技术水平高的划线工，划线找正的定位精度也不高，所以划线找正安装只用在找正的定位精度也不高，所以划线找正安装只用在批量不大、形状复杂而笨重的工件，或毛坯的尺寸批量不大、形状复杂而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的工件。公差很大而无法采用夹具装夹的工件。 v直接找正安装直接找正安装是用划针和是用划针和百分表或通过目测直接在百分表或通过目测直接在机床上找正工件位置的装机床上找正工件位置的装夹方法。右图所示是用四夹方法。右图所示是用四爪单动卡盘装夹套
35、筒，先爪单动卡盘装夹套筒，先用百分表按工件外圆用百分表按工件外圆A进进行找正后，再夹紧工件进行找正后，再夹紧工件进行外圆行外圆B的车削，以保证的车削，以保证 套筒的套筒的A、B圆柱面的同轴度。此法的生产率较低，圆柱面的同轴度。此法的生产率较低，对工人的技术水平要求高，所以一般只用于单件小对工人的技术水平要求高，所以一般只用于单件小批生产中。若工人的技术水平高，且能采用较精确批生产中。若工人的技术水平高，且能采用较精确的工具和量具，那么直接找正安装也能获得较高的的工具和量具，那么直接找正安装也能获得较高的定位精度。定位精度。v夹具安装法夹具安装法v通过夹具保证加工表面与定位基准面之间通过夹具保证
36、加工表面与定位基准面之间的位置精度，即用夹具上的定位元件使工的位置精度，即用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法。这种方法定件获得正确位置的一种方法。这种方法定位迅速、方便，定位精度高、稳定。但专位迅速、方便，定位精度高、稳定。但专用夹具的制造周期长、费用高，故广泛用用夹具的制造周期长、费用高，故广泛用于成批、大量生产中。于成批、大量生产中。v1.1.3 加工余量加工余量 v1加工余量的概念加工余量的概念v加工余量加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚是指加工过程中所切去的金属层厚度。度。v余量余量有总加工余量和工序余量之分。有总加工余量和工序余量之分。v由毛坯转变为零件的过程中，在某
37、加工表面由毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的上切除金属层的总厚度，称为该表面的总总加工余量加工余量（亦称毛坯余量）（亦称毛坯余量）。v一般情况下，总加工余量并非一次切除，一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量）。（简称工序余量）。v工序余量工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，是相邻两工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。寸之差。v由由于于工工序
38、序尺尺寸寸有有公公差差，故故实实际切除的余量大小不等。际切除的余量大小不等。v右右图图表表示示工工序序余余量量与与工工序序尺尺寸的关系。寸的关系。v由由图图可可知知，工工序序余余量量的的基基本本尺尺寸寸（简简称称基基本本余余量量或或公公称称余量）余量）Z可按下式计算可按下式计算v对对于于被被包包容容面面：Z=上上工工序序基基本尺寸本尺寸本工序基本尺寸本工序基本尺寸v对对于于包包容容面面： Z=本本工工序序基基本尺寸本尺寸上工序基本尺寸上工序基本尺寸(上)被包容面(轴) (下)包容面(孔) v为为了了便便于于加加工工，工工序序尺尺寸寸都都按按“入入体体原原则则”标标注注极极限限偏偏差差，即即被被
39、包包容容面面的的工工序序尺尺寸寸取取上上偏偏差差为为零零；包包容容面面的的工工序序尺尺寸寸取取下下偏偏差差为为零零。毛毛坯坯尺寸则按双向布置上、下偏差。尺寸则按双向布置上、下偏差。 工序余量和工序尺寸及其公差的计算公式：工序余量和工序尺寸及其公差的计算公式： Z=Zmin+Ta (1-1)(1-1) Zmax=Z+Tb= Zmin+Ta +Tb (1-2)(1-2) 式中式中 Zmin最小工序余量；最小工序余量； Zmax最大工序余量；最大工序余量； Ta上工序尺寸的公差；上工序尺寸的公差； Tb本工序尺寸的公差。本工序尺寸的公差。 v由图可看出由图可看出:公称加工余量公称加工余量为为前工序和
40、本工序尺寸之差，前工序和本工序尺寸之差，最小加工余量为前工序尺寸最小加工余量为前工序尺寸的最小值和本工序尺寸的最的最小值和本工序尺寸的最大值之差；大值之差；最大加工余量最大加工余量为为前工序尺寸的最大值和本工前工序尺寸的最大值和本工序尺寸的最小值之差。序尺寸的最小值之差。工序工序加工余量的变动范围加工余量的变动范围（最大（最大加工余量与最小加工余量之加工余量与最小加工余量之差）等于前工序与本工序的差）等于前工序与本工序的工序尺寸公差之和。工序尺寸公差之和。工序加工余量及其公差 2影响加工余量的因素影响加工余量的因素v主要影响因素分单项介绍如下主要影响因素分单项介绍如下:v（1）前工序形成的表面
41、粗糙度和缺陷层深度（）前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度（Ra和和Da） v（2）前工序形成的形状误差和位置误差（）前工序形成的形状误差和位置误差（x和和w） 影响最小加工余量的因素 图中的x为平面度误差、w为平行度误差 装夹误差对加工余量的影响 v综上所述，影响工序加工余量的因素可归综上所述，影响工序加工余量的因素可归纳为下列几点纳为下列几点：v前工序的工序尺寸公差（前工序的工序尺寸公差（Ta）。）。 v前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深度（度（Ra+Da）。）。v前工序形成的形状误差和位置误差（前工序形成的形状误差和位置误差（x、w）。）。v本工序的装
42、夹误差（本工序的装夹误差（b）。）。 3确定加工余量的方法确定加工余量的方法v（1）查表修正法）查表修正法 (目前应用最广。目前应用最广。 )v（2）经验估计法）经验估计法 (只适用于单件、小批生产。只适用于单件、小批生产。 )v（3）分析计算法）分析计算法 (目前应用较少。目前应用较少。 )1.1.4 加工精度v1加工精度的概念加工精度的概念 v加工精度加工精度是加工后零件表面的实际尺寸、形状、位是加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合置三种几何参数与图纸要求的理想几何参数的符合程度。程度。 v加工精度用加工精度用公差等级公差等级衡量，等级值越小，其精
43、度越衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。 v机械加工精度机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。 v它们之间的差异称为它们之间的差异称为加工误差加工误差。v误差越大加工精度越低，误差越小加工精度越高。误差越大加工精度越低，误差越小加工精度越高。 v加工精度包括三个方面内容加工精度包括三个方面内容：v尺寸精度尺寸精度 指加工后零件的实际尺寸与零件指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相
44、符合程度。尺寸的公差带中心的相符合程度。v形状精度形状精度 指加工后的零件表面的实际几何指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。形状与理想的几何形状的相符合程度。v位置精度位置精度 指加工后零件有关表面之间的实指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合程度。际位置与理想位置相符合程度。2原始误差与加工误差的关系原始误差与加工误差的关系v工艺系统工艺系统：在机械加工中，机床、夹具、工件和：在机械加工中，机床、夹具、工件和刀具构成一个完整的系统刀具构成一个完整的系统v（1）与工艺系统本身初始状态有关的原）与工艺系统本身初始状态有关的原始误差始误差。v原理误差原理误差
45、即加工方法原理上存在的误差。即加工方法原理上存在的误差。v工艺系统几何误差工艺系统几何误差v工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差，工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差，如刀具和夹具制造误差，调整误差以及安装误差；如刀具和夹具制造误差，调整误差以及安装误差；v工件和刀具的相对位置在运动状态下存在工件和刀具的相对位置在运动状态下存在的误差，如机床的主轴回转运动误差，导轨的误差，如机床的主轴回转运动误差，导轨的导向误差，传动链的传动误差等。的导向误差，传动链的传动误差等。v（2）与切削过程有关的原始误差）与切削过程有关的原始误差v工艺系统力效应引起的变形，如工艺系统工艺系统力效应引起的变形，
46、如工艺系统受力变形、工件内应力的产生和消失而引起受力变形、工件内应力的产生和消失而引起的变形等造成的误差。的变形等造成的误差。v工艺系统热效应引起的变形，如机床、刀工艺系统热效应引起的变形，如机床、刀具、工件的热变形等造成的误差。具、工件的热变形等造成的误差。3影响加工精度的因素影响加工精度的因素v（1）系统的几何误差）系统的几何误差v（）工艺系统的受力变形（）工艺系统的受力变形v（）工艺系统的热变形（）工艺系统的热变形v（）调整误差（）调整误差v（）工件残余应力引起的误差（）工件残余应力引起的误差v（）数控机床产生误差的独特性（）数控机床产生误差的独特性v（）提高加工精度的工艺措施（）提高加
47、工精度的工艺措施（1）系统的几何误差）系统的几何误差 机床主轴回转运动机床主轴回转运动 机床导轨直线运动机床导轨直线运动 机床传动链的误差机床传动链的误差 定位误差定位误差 夹紧误差夹紧误差 夹具安装误差夹具安装误差 对刀误差对刀误差 v加工原理误差加工原理误差v机床的几何误差机床的几何误差v刀具的制造误差及磨损刀具的制造误差及磨损v夹具误差夹具误差 系系统统的的几几何何误误差差（1）定位误差）定位误差 v概念概念:v由于工件在夹具上定位不准而造成的加由于工件在夹具上定位不准而造成的加工误差称为工误差称为定位误差定位误差 ，用，用D表示。表示。 v产生原因产生原因：v工件的制造误差和定位元件的
48、制造误差，工件的制造误差和定位元件的制造误差，两者的配合间隙及工序基准与定位基准两者的配合间隙及工序基准与定位基准不重合等。不重合等。 v形式：形式：基准不重合误差基准不重合误差基准位移基准位移误差误差 v基准不重合误差基准不重合误差：v当定位基准与工序基准不重合时而造成当定位基准与工序基准不重合时而造成的加工误差，称为的加工误差，称为基准不重合误差基准不重合误差，其，其大小等于定位基准与工序大小等于定位基准与工序基准基准之间尺寸之间尺寸的公差，用的公差，用B表示。表示。v基准位移误差基准位移误差v工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限
49、位基面的制造公差和最小配合间隙上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，导致定位基准与限位基准不能重合，从的影响，导致定位基准与限位基准不能重合，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为差，这个误差称为基准位移误差基准位移误差，用，用Y表示表示 a是圆套铣键槽的工序简图是圆套铣键槽的工序简图 b是加工示意图是加工示意图 v基准位移误差的大小基准位移误差的大小：v应等于因定位基准与限位基准不重合造成应等于因定位基准与限位基准不重合造成工序尺寸的最大变动量。工序尺寸的最大变动量。 v由上图可知，一批工件定位基准的最大变由上图可知
50、，一批工件定位基准的最大变动量为：动量为：v iAmaxAminv式中：式中：i一批工件定位基准的最大变一批工件定位基准的最大变动量；动量；v Amax最大工序尺寸；最大工序尺寸；v Amin最小工序尺寸。最小工序尺寸。 v当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即动范围，即vyIv此时：此时：i imaximinv Amax定位基准的最大位移；定位基准的最大位移； v Amin定位基准的最小位移。定位基准的最小位移。v当定位基准的变动方向当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同与工
51、序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在定位基准的变动范围在x投影，如图右所示，投影，如图右所示，即：即：vyicos v式中：式中：定位基准定位基准的变动方向与工序尺寸的变动方向与工序尺寸方向间的夹角。方向间的夹角。 工序简图 加工示意图及基准位移误差 （）工艺系统的受力变形v由机床、夹具、工件、刀由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一具所组成的工艺系统是一个个弹性系统弹性系统，在加工过程，在加工过程中由于切削力、传动力、中由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力惯性力、夹紧力以及重力的作用，会产生弹性变形，的作用，会产生弹性变形，从而破坏了刀具与
52、工件之从而破坏了刀具与工件之间的准确位置，产生加工间的准确位置，产生加工误差。误差。 如右图如右图细长轴车削时受力变形 v工艺系统受力变形对加工精度的影响主工艺系统受力变形对加工精度的影响主要有要有：v切削过程中受力点位置变化引起的加工误差切削过程中受力点位置变化引起的加工误差v毛坯加工余量不均，材料硬度变化导致切削毛坯加工余量不均，材料硬度变化导致切削力大小变化引起的加工误差力大小变化引起的加工误差误差复映误差复映v减小工艺系统受力变形的措施主要有减小工艺系统受力变形的措施主要有：v一是提高工件加工时的刚度；一是提高工件加工时的刚度；v二是提高工件安装时的夹紧刚度；二是提高工件安装时的夹紧刚
53、度；v三是提高机床部件的刚度。三是提高机床部件的刚度。 （）工艺系统的热变形v机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的产生一定的热变形热变形。由于工艺系统热源分布。由于工艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构、材料的不同，使的不均匀性及各环节结构、材料的不同，使工艺系统各部分的变形产生差异，从而破坏工艺系统各部分的变形产生差异，从而破坏了刀具与工件的准确位置及运动关系，产生了刀具与工件的准确位置及运动关系，产生加工误差加工误差 v减少工艺系统热变形的措施主要有：减少工艺系统热变形的措施主要有：v一是减少工艺系统的热源及其发热量；一是减少工艺系统的热源
54、及其发热量；v二是加强冷却，提高散热能力；二是加强冷却，提高散热能力；v三是控制温度变化，均衡温度；三是控制温度变化，均衡温度； v四是采用补偿措施；四是采用补偿措施；v五是改善机床结构。五是改善机床结构。 v此外，还应注意改善机床结构，减小其热此外，还应注意改善机床结构，减小其热变形。变形。（）调整误差v概念：概念：v零件加工的每一个工序中，为了获得被加工零件加工的每一个工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，总得对机床、表面的形状、尺寸和位置精度，总得对机床、夹具和刀具进行这样或那样的调整。任何调夹具和刀具进行这样或那样的调整。任何调整工作必然会带来一些原始误差，这种原始整工作必
55、然会带来一些原始误差，这种原始误差即误差即调整误差调整误差。v调整方法主要有：调整方法主要有：v试切法调整试切法调整v用定程机构调整用定程机构调整v用样件或样板调整用样件或样板调整（）工件残余应力引起的误差v概念：概念：v残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力在工件内部的应力v应力产生的原因应力产生的原因 ：v外应力产生的原因：外应力产生的原因：v来自热加工和冷加工来自热加工和冷加工 v内应力产生的原因：内应力产生的原因：vA、毛坯制造中产生的内应力；、毛坯制造中产生的内应力；vB、冷校正产生的内应力；、冷校正产生的内应力；vC、切削加工产生的
56、内应力。、切削加工产生的内应力。 v减小或消除内应力的措施：减小或消除内应力的措施：v一是采用适当的热处理工序。一是采用适当的热处理工序。v二是给工件足够的变形时间。二是给工件足够的变形时间。v三是零件结构要合理，结构要简单，壁厚三是零件结构要合理，结构要简单，壁厚要均匀。要均匀。（）数控机床产生误差的独特性（）数控机床产生误差的独特性 v数控机床与普通机床的主要差别数控机床与普通机床的主要差别：v一是数控机床具有一是数控机床具有“指挥系统指挥系统”数控系统数控系统；二是数控机床具有执行运动的驱动系统二是数控机床具有执行运动的驱动系统伺服系统伺服系统。 v误差源对加工精度的影响及抑制的途径主要
57、有误差源对加工精度的影响及抑制的途径主要有以下几个方面以下几个方面： v机床重复定位精度的影响机床重复定位精度的影响 v检测装置的影响检测装置的影响v刀具误差的影响刀具误差的影响v抑制数控机床产生误差的途径有抑制数控机床产生误差的途径有：v硬件补偿硬件补偿：（过去一般多采用：（过去一般多采用 ）如加工）如加工中心采用螺距误差补偿功能。中心采用螺距误差补偿功能。 v软件补偿软件补偿：v特征特征： 应用数控系统通信的补偿控制单元应用数控系统通信的补偿控制单元和相应的软件，以实现误差的补偿，和相应的软件，以实现误差的补偿，v原理：是利用坐标的附加移动来修正误差原理：是利用坐标的附加移动来修正误差 （
58、）提高加工精度的工艺措施（）提高加工精度的工艺措施v保证和提高加工精度的方法：v减小原始误差法、v补偿原始误差法、 v转移原始误差法、v均分原始误差法、v均化原始误差法、v“就地加工”法。 误差复映，引起本工序误差；定位误差扩大，引起本工序误差。1.1.5 表面质量表面质量v概念概念：v机械加工表面质量机械加工表面质量：是指零件在机械加工：是指零件在机械加工后表面层的微观几何形状误差和物理、化后表面层的微观几何形状误差和物理、化学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。质量。 v含义
59、含义 ：v（）表面的几何特性（）表面的几何特性表面粗糙度表面粗糙度 表面波度表面波度 表面纹理方向表面纹理方向 伤痕伤痕 v表面粗糙度表面粗糙度 它是指加工表面的微观几何形状误它是指加工表面的微观几何形状误差，差， v表面波度表面波度 它是介于宏观几何形状误差（它是介于宏观几何形状误差（L1H11000）与微观表面粗糙度（）与微观表面粗糙度（L3H350）之间）之间的周期性几何形状误差。的周期性几何形状误差。v用测量长度上五个最大的波幅的算术平均值用测量长度上五个最大的波幅的算术平均值表示，即表示，即v（12345）5v表面纹理方向表面纹理方向 它是指表面刀纹的方向它是指表面刀纹的方向v伤痕伤
60、痕 在加工表面的一些个别位置上出现的在加工表面的一些个别位置上出现的缺陷。缺陷。v（）表面层物理、化学和力学性能（）表面层物理、化学和力学性能v表面层加工硬化（冷作硬化）。表面层加工硬化（冷作硬化）。v表面层金相组织变化及由此引起的表层金表面层金相组织变化及由此引起的表层金属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。v表面层产生残余应力或造成原有残余应力表面层产生残余应力或造成原有残余应力的变化。的变化。 加工表面质量对零件使用性能的影响加工表面质量对零件使用性能的影响v （）（）表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响v（）（）表面质量对零件疲劳强度的
61、影响表面质量对零件疲劳强度的影响v（）（）表面质量对零件耐腐蚀性的影响表面质量对零件耐腐蚀性的影响v（）表面质量对配合性质的影响（）表面质量对配合性质的影响v（）（）表面质量对零件的使用性能其他表面质量对零件的使用性能其他方面的影响方面的影响 3加工表面粗糙度及其影响因素加工表面粗糙度及其影响因素表面粗糙度表面粗糙度 表面波度表面波度 表面加工纹理表面加工纹理 （1）几何因素）几何因素（2）物理因素）物理因素 （3）工艺因素）工艺因素加加工工表表面面几几何何特特性性 1.2 数控加工工艺系统数控加工工艺系统1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成数控加工工艺系统的基本组成v1、数控机床加工工件的
62、基本过程、数控机床加工工件的基本过程2. 数控加工工艺系统的组成数控加工工艺系统的组成v1、工艺系统加工的概念、工艺系统加工的概念：v机械加工中，由机床、夹具、刀具和工机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件等组成的统一体，称为件等组成的统一体，称为工艺系统工艺系统。 v2、数控加工工艺系统的组成、数控加工工艺系统的组成：v由数控机床、夹具、刀具和工件等组成由数控机床、夹具、刀具和工件等组成的的 如右如右图图：各组成的概念各组成的概念v（）数控机床（）数控机床：v采用数控技术，或者说装备了数控系统的机床，采用数控技术，或者说装备了数控系统的机床，称为称为数控机床数控机床 v（）夹具（）夹具：v在机
63、械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置统称为的装置统称为夹具夹具。 v（）刀具（）刀具：v金属切削刀具金属切削刀具是现代机械加工中的重要工具。是现代机械加工中的重要工具。 v（）工件（）工件：v工件工件是数控加工的对象。是数控加工的对象。1.2.2 数控机床的主要类型数控机床的主要类型v1按加工方式和工艺用途分按加工方式和工艺用途分：v按切削方式不同按切削方式不同，可分为数控车床、数控铣，可分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床等。以床、数控钻床、数控镗床、数控磨床等。以及镗铣加工中心（简称加工中心）。还有数及镗铣加工中心（简称加工中心
64、）。还有数控电火花线切割、数控电火花成型、数控激控电火花线切割、数控电火花成型、数控激光加工、等离子弧切割、火焰切割、数控板光加工、等离子弧切割、火焰切割、数控板材成型、数控冲床、数控剪床、数控液压机材成型、数控冲床、数控剪床、数控液压机等各种功能和不同种类的数控加工机床。等各种功能和不同种类的数控加工机床。 v2按加工路线分类按加工路线分类：v可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。v概念概念 v（1）点位控制）点位控制 v点位控制方式点位控制方式就是刀具就是刀具与工件相对运动时，只与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一控制从一点运动到另一点的准确性，而
65、不考虑点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和两点之间的运动路径和方向。如图方向。如图 v（2）直线控制）直线控制 v直线控制方式直线控制方式就是刀具与工件就是刀具与工件相对运动时，除控制从起点相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还要到终点的准确定位外，还要保证平行坐标轴的直线切削保证平行坐标轴的直线切削运动。运动。v（3）轮廓控制）轮廓控制 v 轮廓控制轮廓控制就是刀具与工作相就是刀具与工作相对运动时，能对两个或两个对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行以上坐标轴的运动同时进行控制控制。 各自的适用范围各自的适用范围v（1）点位控制）点位控制：v多应用于数控钻床、数控冲床、
66、数控坐标镗床多应用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等。和数控点焊机等。 v（2）直线控制）直线控制：v用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。 v（3）轮廓控制）轮廓控制 ：v这类控制方式的数控机床有数控车床、数控铣这类控制方式的数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。床、数控磨床、加工中心等。 v3按可控制联动的坐标轴分类按可控制联动的坐标轴分类v概念概念：v数控机床可控制联动的坐标轴数控机床可控制联动的坐标轴，是指数控装，是指数控装置控制几个伺服电动机，同时驱动机床移动置控制几个伺服电动机，同时驱动机床移动部件运动的坐标轴数目。
67、部件运动的坐标轴数目。v分类分类：v（1）两坐标联动）两坐标联动 v（2 ）三坐标联动）三坐标联动v （3）两轴半坐标联动）两轴半坐标联动 v（4）多坐标联动）多坐标联动 v4按数控装置的类型分类按数控装置的类型分类v（1）硬件数控）硬件数控 v主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息 v（2）计算机数控）计算机数控 v用计算机处理数字信息的计算机数控用计算机处理数字信息的计算机数控（CNC）系统）系统 v5按伺服系统有无检测装置分类按伺服系统有无检测装置分类v开环控制数控机床开环控制数控机床 v闭环控制数控机床闭环控制数控机床 半闭环半闭环全闭环全闭环v6按数
68、控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平分类 v类型类型：v高级型高级型v普及型普及型v经济型经济型 v参考评价指标包括参考评价指标包括 ：vCPU性能、性能、v分辨率、分辨率、v进给速度、进给速度、v联动轴数、联动轴数、v伺服水平、伺服水平、v通信功能、通信功能、v人机对话界面等。人机对话界面等。 1.2.3 数控刀具的主要种类数控刀具的主要种类v1数控加工刀具的种类数控加工刀具的种类：v常规刀具和模块化刀具两大类常规刀具和模块化刀具两大类 v模块化刀具的主要模块化刀具的主要优点优点 ：v减少换刀停机时间，提高生产加工时间；减少换刀停机时间，提高生产加工时间；v加加快快换换刀刀及及安安装装时
69、时间间，提提高高小小批批量量生生产产的的经经济济性性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的标准化和合理化的程度；v提高刀具的管理及柔性加工的水平；提高刀具的管理及柔性加工的水平；v扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；v有有效效地地消消除除刀刀具具测测量量工工作作的的中中断断现现象象，可可采采用用线线外外预调。预调。 v数数控控刀刀具具三三大大系系统统：即即车车削削刀刀具具系系统统、钻钻削削刀刀具具系系统和镗铣刀具系统。统和镗铣刀具系统。 各分类概念各分类概念v（1）两坐标联动两坐标联动 （图（图a） v数控机床能同时控制两个坐标轴联动即数控装置数控
70、机床能同时控制两个坐标轴联动即数控装置同时控制同时控制X和和Z方向运动。方向运动。例例（图（图a）v（2）三坐标联动三坐标联动 （图（图b）v数控机床能同时控制三个坐标轴联动数控机床能同时控制三个坐标轴联动 例例（图（图b）v（3）两轴半坐标联动两轴半坐标联动 v数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标只能作等距周期移动标只能作等距周期移动 例例 （图（图c）v（4）多坐标联动多坐标联动 v数控机床能同时控制四个以上坐标轴联动，多坐数控机床能同时控制四个以上坐标轴联
71、动，多坐标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂复杂 例例 （图（图d）数数控控加加工工刀刀具具 （）（）从结构上从结构上（）（）从制造所采用的材料上从制造所采用的材料上 （）（）从切削工艺上从切削工艺上 （）（）特殊型刀具特殊型刀具 2 数控加工刀具的特点数控加工刀具的特点v数控加工刀具与普通金属切削刀具相比特点数控加工刀具与普通金属切削刀具相比特点：v 刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。v刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。v刀具或刀片几何参数和切削
72、参数的规范化、典型刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。化。v刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。相匹配。v刀具应具有较高的精度。刀具应具有较高的精度。v刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。v刀柄或工具系统的装机重量有限度。刀柄或工具系统的装机重量有限度。v刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。v刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。要优化。 v总的说来：数控机床上用的刀具应满足安总的说来：数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性
73、好、精度高、耐用度好装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。等要求。1.2.4 数控机床夹具的类型和特点v机床夹具的类型：v（）按夹具的使用特点分类v通用夹具v专用夹具 v可调夹具 v组合夹具 v拼装夹具拼装夹具 v（）按使用机床分类（）按使用机床分类：v车床夹具、车床夹具、v铣床夹具、铣床夹具、v钻床夹具、钻床夹具、v镗床夹具、镗床夹具、v齿轮机床夹具、齿轮机床夹具、v数控机床夹具、数控机床夹具、v自动机床夹具、自动机床夹具、v自动线随行夹具自动线随行夹具v其他机床夹具其他机床夹具 v（）按夹紧的动力源分类（）按夹紧的动力源分类：手手动动夹夹具具气气动动夹夹具具液液压压夹夹具具气气液液增
74、增力力夹夹具具电电磁磁夹夹具具以以及及真真空空夹夹具具 2数控加工夹具的特点数控加工夹具的特点v、数控加工适用于多品种、中小批量生产，、数控加工适用于多品种、中小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。即可夹持多种形状和尺寸的工件。v、由机床解决对刀问题，由程序控制的准、由机床解决对刀问题，由程序控制的准确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向功确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向功能，要求具有定位和夹紧功能能，要求具有定位和夹紧功能 v、为适
75、应数控加工的高效率，数控加工夹、为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。v、夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力、夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。的要求。 v、夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的、夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。多面加工。 v、夹具的定位要可靠，定位元件应具有较、夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。屑积留。 v对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形
76、对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形 （）表面质量对零件耐磨性的影响（）表面质量对零件耐磨性的影响v零件的耐磨性与摩擦副的材料、润滑条件零件的耐磨性与摩擦副的材料、润滑条件和零件的表面加工质量等因素有关和零件的表面加工质量等因素有关 v零件的磨损可的三个阶段：零件的磨损可的三个阶段：如图如图 v表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响 v表面纹理方向对耐磨性的影响表面纹理方向对耐磨性的影响 v加工硬化对零件的耐磨性的影响（一般能加工硬化对零件的耐磨性的影响（一般能提高耐磨性提高耐磨性0.5l倍倍 ） （ ）表面质量对零件疲劳强度的影响）表面质量对零件疲劳强度的影响v零件
77、在交变载荷的作用下，其表面微观不平零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。 v加工硬化对零件的疲劳强度影响加工硬化对零件的疲劳强度影响 v表面层的残余应力对零件疲劳强度的影响表面层的残余应力对零件疲劳强度的影响（）表面质量对零件耐腐蚀性的影响（）表面质量对零件耐腐蚀性的影响v零件的零件的表面粗糙度表面粗糙度在一定程度上影响零件的在一定程度上影响零件的耐腐蚀性。耐腐蚀性。 v零件零件表面残余压应力表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀使零件表面紧密，腐
78、蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。而表面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。 （）表面质量对零件的使用性能其他方面的影响（）表面质量对零件的使用性能其他方面的影响 v对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影响密封性；会影响密封性；v对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值能提高运动的灵活性，减少发热和功度值能提高运动的灵活性，减少发热和功率损失；率损失；v零件表面层的残余应力会使加工好的零件零件表面层的残余应力会使加工好的零件因应力重新分布而变形
79、，从而影响其尺寸因应力重新分布而变形，从而影响其尺寸和形状精度等。和形状精度等。 磨损过程的基本规律 表面粗糙度与初期磨损量 （a）卧式车床 （b）立式升降台铣床 （）从结构上（）从结构上整体式整体式 镶嵌式镶嵌式 减振式减振式 内冷式内冷式 特殊型式特殊型式 焊接式焊接式机夹式机夹式 可转位可转位不转位不转位 复合刀具、复合刀具、可逆攻螺纹刀具可逆攻螺纹刀具 （）从制造所采用的材料上（）从制造所采用的材料上 高高速速钢钢刀刀具具硬硬质质合合金金刀刀具具 陶陶瓷瓷刀刀具具 立立方方氮氮化化硼硼刀刀具具金金刚刚石石刀刀具具车削刀具车削刀具 钻削刀具钻削刀具 镗削刀具镗削刀具 铣削刀具铣削刀具 外
80、圆、内孔、外螺纹、外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断切端面环槽、切断 小孔、短孔、深孔、小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔攻螺纹、铰孔 面铣、立铣、模具铣、面铣、立铣、模具铣、三面刃铣三面刃铣 、键槽铣刀、键槽铣刀 、鼓形铣刀鼓形铣刀 、成形铣刀、成形铣刀 从结构上从结构上 从加工工艺要求上从加工工艺要求上 整体式镗刀柄、整体式镗刀柄、模块式镗刀柄、模块式镗刀柄、镗头镗头 粗镗刀、粗镗刀、精镗刀精镗刀 v（）从从切切削削工工艺艺上上（4）特殊型刀具）特殊型刀具 带柄自紧夹头、带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、强力弹簧夹头刀柄、可逆式可逆式(自动反向自动反
81、向)攻螺纹夹头刀柄、攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类复合刀具和接杆类 刀具应具有较高的精度刀具应具有较高的精度包括：包括：v刀具的形状精度刀具的形状精度v刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度v刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度通用夹具通用夹具 v概念概念：v已经标准化的可加工一定范围内不同工件的已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为夹具，称为通用夹具通用夹具 v特点特点：v优点优点：适应性强，可用于装夹一定形状和尺：适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件寸范围内的各种工件 v缺点缺点
82、：夹具的精度不高，生产率也较低，且：夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。件小批量生产中。 专用夹具专用夹具 v概念概念：v专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为称为专用夹具专用夹具。v特点特点：v 优点优点：在产品相对稳定、批量较大的生产：在产品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。率和加工精度。 v缺点缺点：设计周期较长、投资较大。：设计周期较长、投资较大。 可调夹具可调夹具 v概念概念：
83、v某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为的夹具，称为可调夹具可调夹具。 v分类分类：v通用可调夹具（通用范围比通用夹具更大）通用可调夹具（通用范围比通用夹具更大）v成组夹具成组夹具 （专用可调夹具（专用可调夹具 ）v特点特点：对不同类型和尺寸的工件，只需调整或：对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。可使用。 组合夹具组合夹具 v概念概念：v 采用标准的组合元件、部件，专为某一工采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。组合夹具。 v特点特点：v优点优点：使用组合夹具可缩短生产准备周期，：使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，可减少专用夹具数元件能重复多次使用，可减少专用夹具数量量 拼装夹具拼装夹具 v概念概念：v用专门的标准化、系列化的拼装零部件用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装而成的夹具，称为拼装夹具拼装夹具。 v特点特点：v优点优点：具有组合夹具的优点，但比组合：具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。夹具精度高、效能高、结构紧凑。
