机械加工工艺基础：第一章

第 1章
数控加工工艺基础
?1.1 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
?1.2 数控加工工艺系统
1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成
1.2.2 数控机床的主要类型
1.2.3 数控刀具的主要种类
1.2.4 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 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、
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 。
? 工艺 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
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） 。
基本概念
将原材料转变为成品的
全过程。
生产过程
改变生产对象的形状、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。工艺过程是生产
过程中的主要部分，其余的
劳动过程则为生产过程的辅
助过程。
工艺过程
生产过程流程图
基本概念
阶梯轴零
件图及加
工工艺过
程
基本概念
1．生产过程
? 工业产品的生产过程 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。
? 主要包括
? （ 1）生产技术准备过程
? （ 2）生产工艺过程
? （ 3）辅助生产过程
? （ 4）生产服务过程
? （ 1）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。
? （ 2）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。
? （ 3）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
制造、能源供应、设备维修等。
? （ 4）生产服务过程 包括原材料采购运输、保
管、供应及产品包装、销售等。
2．生产系统
（ 1）系统的概念
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
整体就是,系统”。
（ 2）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、
夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互
相影响。
该系统的 整体目的 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
的工艺过程，降低该工序的加工成本。
（ 3）机械制造系统
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
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。
（ 4）生产系统
以整个机械制造厂为整体,为了最有
效地经营，获得最高经济效益，一方面把
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
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
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
信息作为影响系统效果更重要的要素来考
虑。
3．工艺过程
? 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 工艺过程。
? 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
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。
? 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
能等，直至成为合格零件的那部分过程称为
机械加工工艺过程。
?工艺规程
?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，并将有关内容写成
工艺文件，这种文件就称 工艺规
程。
? 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
的单元。它们是 工序、安装、工位、工步
和走刀。
? 其中工序是工艺过程中的基本单元。
? 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工步，每一
个工步可能包括一个或几个走刀。
（ 1）工序
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） 连续完成 的那一部分工艺过
程称为 工序。
划分工序的 依据 是工作地点是否变
化和工作过程是否连续。
例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一
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
行精加工。
在第一种情形下，加工只包括一个工序；
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进行的，
但却成为两个工序。
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。
（ 2）安装
? 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
程，称为 装夹 。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。
? 安装 是指工件经过一次装夹后所 完成的
那部分 工序内容 。
? 例如，在车床上加工轴，先从一端加工
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。
?（ 3）工位
? 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
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
个位置上所完成的那一部分工序就称为
工位 。
? 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
序内容，称为 工位 。
? 右图是在一台三工位回转
工作台机床上加工轴承盖
螺钉孔的示意图。操作者
在上下料工位 Ⅰ 处装上工
件，当该工件依次通过钻
孔工位 Ⅱ,扩孔工位 Ⅲ 后，
即可在一次装夹后把四个
阶梯孔在两个位置加工完
毕。这样，既减少了装夹
次数，又因各工位的加工
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。
?（ 4）工步
? 在加工表面、切削刀具、切削速度
和进给量不变的条件下，连续完成的那
一部分工序内容称为 工步 。生产中也常
称为“进给”。
? 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。
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 复合工步,
也可以看作一个工步。
?例如，组合钻床加工多孔箱体孔。
?（ 5）走刀
? 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工
步部分称为 走刀 。
? 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。
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。
? 下图是一个带半封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、工位、工步、走刀之间的关系。
由若干个顺序排列的工序
组成的，而工序又可分为
安装、工位、工步和走刀。
基本概念
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）连续完成
的那一部分工艺
过程称为工序。
安装是指工件
经过一次装夹
后所完成的那
部分工序内容。
工艺过程
的组成
工序
安装
基本概念
在加工表面、切削刀具、切削速度和进
给量不变的条件下，连续完成的那一部
分工序内容称为工步。
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
内容，称为工位。
加工刀具在加工表面上加工一次
所完成的工步部分称为走刀。
工步
工位
走刀
1.1.2 工件获得尺寸精度的方法
?1．获得尺寸精度的方法
?机械加工中获得工件尺寸精度的方法，主要
有以下几种：
?（ 1）试切法
? 试切法 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
切削刃相对工件的位置，再试切，再测量，
如此经过两三次试切和测量，当被加工尺寸
达到要求后，再切削整个待加工表面。
? 试切法通过“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。例
如，箱体孔系的试镗加工。
? 作为试切法的一种类型 —— 配作,它是以
已加工件为基准，加工与其相配的另 — 工件，
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。
?试切法的特点：
? 优点,试切法达到的精度可能很高，
它不需要复杂的装置。
? 缺点,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。
?（ 2）调整法
? 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
一批零件加工过程中保持不变，这就是 调整
法。
? 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
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达到一定的位置精度，
然后加工一批工件。
? 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。
? 调整法的特点：
? 优点, 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。
? 缺点,对机床调整工的要求高，常用于成批
生产和大量生产。
?（ 3）定尺寸法
? 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部
位尺寸的方法称为定尺寸法。它是 利用标准
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
铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工
部位（如孔）的精度。
? 定尺寸法 特点：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
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。
?（ 4）主动测量法
? 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
较后，或使机床继续工作，或使机床停
止工作，这就是主动测量法。
?主动测量法特点：质量稳定、生产率高，
是发展方向。
?（ 5）自动控制法
? 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
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
? 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。
?自动控制的具体方法有：
? ①自动测量
? 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
量装置即发出指令使机床自动退刀
并停止工作。
? ② 数字控制 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
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
过计算机数字控制装置自动控制。
? 自动控制法的特点：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
目前机械制造的发展方向和计算机辅助制造
（ CAM）的基础。
2．获得形状精度的方法
?（ 1）零件表面的成形
?零件的表面通常是以一条线为母线，沿另一条
线为轨迹（称导线）运动而形成的。
?形成工件上各种表面的母线和导线统称为发生
线。
?母线和导线可以互换，称为可逆表面。
?母线和导线可以不能互换，称为非可逆表面。
（ 2）形成发生线的方法
? 1）轨迹法
? 轨迹法也称刀尖轨迹法，
依靠 刀尖的运动轨迹 获得
形状精度的方法称为轨迹
法。即让刀具相对于工件
作有规律的运动，以其刀
尖轨迹获得所要求的表面
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，因而所获得的形状精度取决于成形运动的精
度。数控车床、普通车削、刨削等均属轨迹法。
图右上所示为车圆锥面。
? 2）成形法
? 利用 成形刀具 对工
件进行加工的方法称为
成形法。即用成形刀具
取代普通刀具，成形刀
具的切削刃就是工件外
形。成形刀具替代一个
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
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。
?3）相切法
? 利用刀具 边旋转边作轨迹运动 对工
件进行加工的方法称为相切法。如铣刀、
砂轮等旋转刀具加工工件时，切削点运
动轨迹的 包络线 形成工件表面的方法。
相切法所获得的形状精度主要取决于刀
具中心按轨迹运动的精度。
?4）展成法（范成法）
?
? 利用工件和刀具作 展成切削运动 进
行加工的方法称为展成法。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状和
展成运动的精度等。
?展成法的用途：
? 适用于各种齿轮齿廓、花键键齿、蜗轮轮
齿等表面的加工。
? 展成法的特点,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、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，刀刃的一系列切削位置的包
络线。
举例 1
?指状齿轮铣刀铣直齿圆柱齿轮
?渐开线齿形（母线）：由与齿槽完全吻合的
刀刃直接形成 —— 成形法
?直线齿长（导线）：由铣刀边旋转边作直线
移动而形成 —— 相切法
举例 2
?插齿刀插削直齿圆柱齿轮
?直线齿长（母线）,靠插齿刀作往复直线运
动形成 —— 轨迹法
?渐开线齿形（导线）,由插齿刀作展成运动
形成 —— 展成法
3．获得位置精度的方法
?一次安装法
?多次安装法
① 直接安装法
② 找正安装法
③ 夹具安装法
划线找正安装
直接找正安装
?3．获得位置精度的方法
?（ 1）一次安装法
? 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
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
轴度等。
? 一次安装法一般是用夹具装夹实现的。夹具
是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。
?（ 2）多次安装法
? 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
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。
? 根据工件安装方式不同又分为 直接安装法,
找正安装法 和 夹具安装法 。
? ① 直接安装法：
? 工件 直接安装在机床
上,从而保证加工表
面与定位基准面之间
的精度。例如，在车
床上加工与外圆同轴
的内孔，可用三爪卡
盘直接安装工件，如
右图所示。
? ② 找正安装法 找正是用工
具（和仪表）根据工件上有关
基准,找出工件在划线、加工
（或装配）时的正确位置的过
程 。用找正方法装夹工件称为
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。
例如，在车床上用四爪卡盘和
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同轴度很
高的孔。如左图所示。
? 找正安装法可分为划线找正安装和直接找正安装
两种。
?划线找正安装：
? 是用 划针 根据毛坯或半
成品上所划的线为基准
找正它在机床上正确位
置的一种安装方法。
? 右图所示的车床床身毛坯，为保证床身各加工
面和非加工面的位置，然后在龙门刨床工作台
上用可调支承支起床身毛坯，用 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,
或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的
工件。
?直接找正安装
? 是用划针和百分表或通
过目测直接在机床上找
正工件位置的装夹方法。
? 右图所示是用四爪单动卡盘装夹套筒，先用百
分表按工件外圆 A进行找正后，再夹紧工件进行
外圆 B的车削，以保证 套筒的 A,B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定位精度。
?③ 夹具安装法
? 通过夹具保证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
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。但专用夹具的制造周期长、费用高，
故广泛用于成批、大量生产中。
?1.1.3 加工余量
? 1．加工余量的概念
? 加工余量：指加工过程中所切去的金属层
厚度。
? 余量有总加工余量和工序余量之分。
? 总加工余量（亦称毛坯余量）：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，称为该表面的总加工余
量（亦称毛坯余量） 。
? 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
所切除的金属层厚度称为该工序加工余量
（简称工序余量）。
? 工序余量：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
寸之差。
? 由于工序尺寸有公差, 故实际切除的
余量大小不等 。
? 由图可知, 工序余量的基本尺寸 （ 简
称基本余量或公称余量 ） Z可按下式计
算
? 对于被包容面：
? Z=上工序基本尺寸 — 本工序基本尺寸
? 对于包容面：
? Z=本工序基本尺寸 — 上工序基本尺寸
(上 )被包容面 (轴 ) (下 )包容面 (孔 )
?为了便于加工, 工序尺寸都按, 入体原则,
标注极限偏差 。
?被包容面的工序尺寸取上偏差为零；
?包容面的工序尺寸取下偏差为零 。
?毛坯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：
? Z=Zmin+Ta (1-1)
? Zmax=Z+Tb= Zmin+Ta +Tb (1-2)
? 式中 Zmin—— 最小工序余量；
? Zmax—— 最大工序余量；
? Ta—— 上工序尺寸的公差；
? Tb—— 本工序尺寸的公差。
? 由图可看出,
公称加工余量 = 前工序尺寸 - 本工序尺寸
最小加工余量 =前工序尺寸的最小值 - 本工序尺寸的最大值
最大加工余量 =前工序尺寸的最大值 - 本工序尺寸的最小值
工序加工余量的变动范围（最大加工余量与最小加工余量之
差） =前工序工序尺寸公差 + 本工序的工序尺寸公差
工序加工余量及其公差
2．影响加工余量的因素
? 主要影响因素分单项介绍如下,
? （ 1）前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度（ Ra和 Da）
? （ 2）前工序形成的形状误差和位置误差（△ x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
? 综上所述，影响工序加工余量的因素可归
纳为下列几点,
? ●前工序的工序尺寸公差（ Ta）。
? ●前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层
深度（ Ra+Da）。
? ●前工序形成的形状误差和位置误差（△ x、
△ w）。
? ●本工序的装夹误差（ εb）。
3．确定加工余量的方法
?（ 1）查表修正法 (目前应用最广。 )
?（ 2）经验估计法 (只适用于单件、小
批生产。 )
?（ 3）分析计算法 (目前应用较少。 )
1.1.4 加工精度
?1．加工精度的概念
?加工精度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 的符合程度。
?加工精度：用公差 等级衡量,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 。
?加工精度包括三个方面内容：
?●尺寸精度 指加工后零件的实际尺寸
与零件尺寸的公差带中心的相符合程
度。
?●形状精度 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。
?●位置精度 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。
2．原始误差与加工误差的关系
?工艺系统,在机械加工中，机床、夹具、
工件和刀具构成一个完整的系统
?原始误差,由于工艺系统本身的结构和状
态、操作过程以及加工过程中的物理力学
现象而产生刀具和工件之间的相对位置关
系发生偏移的各种因素称为原始误差。
（ 1）与工艺系统本身初始状态
有关的原始误差
?① 原理误差 即加工方法原理上存在的误差。
?②工艺系统几何误差
?●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；
?●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
的导向误差，传动链的传动误差等。
?（ 2）与切削过程有关的原始误差
?①工艺系统 力效应 引起的变形，如工
艺系统受力变形、工件内应力的产生
和消失而引起的变形等造成的误差。
?②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。
3．影响加工精度的因素
? （ 1）系统的几何误差
? （２）工艺系统的受力变形
? （３）工艺系统的热变形
? （４）调整误差
? （５）工件残余应力引起的误差
? （６）数控机床产生误差的独特性
? （７）提高加工精度的工艺措施
（ 1）系统的几何误差
机床主轴回转运动
机床导轨直线运动
机床传动链的误差
定位误差
夹紧误差
夹具安装误差
对刀误差
? ① 加工原理误差
? ②机床的几何误差
? ③刀具的制造误差及磨损
? ④夹具误差
系
统
的
几
何
误
差
定位误差的概念
产生原因：
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不重合等。
—— ① 基准位移误差 ②基准不重合误差
定位误差 由于工件在夹具上定位不准而造成的加工误差称为定位误
差,用△ D表示。
定位误差分析
定位误差,因工件定位而产生的工序基准在
工序尺寸上的最大变动量△Ｄ。
定位误差
的组成
基准不重合
误差 △Ｂ
基准位移
误差△Ｙ
定位基准与工序基准
不重合引起的误差。
定位基准与限位基准
不重合引起的误差。
大小等于定位
基准与工序基
准之间的尺寸
公差。
由于定位基面
和限位基面的
制造公差和间
隙造成的。
定位误差的计算
误差计算公式,△ D=△ B±△ Y
当工件以平面定位时, △ D=△ B，（△ Y=0）
当工件以内孔定位时, △ Y=1/2（ ?D+?d）
当工件以外圆柱面定位时, △ Y=0.707?D
（ 90° V型块定位）
?① 基准不重合误差,
? 当定位基准与工序基准不重合时而造成
的加工误差，称为基准不重合误差。
?基准不重合误差 = 定位基准与工序基
准之间尺寸的公差，用△ B表示。
? ② 基准位移误差
? 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
而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误
差，这个误差称为基准位移误差，用△ Y表示
a是圆套铣键槽的工序简图 b是加工示意图
?基准位移误差的大小,
? 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。
? 由上图可知，一批工件定位基准的最大变动量为：
? △ i＝ Amax－ Amin
? 式中：△ i—— 一批工件定位基准的最大变动量；
? Amax—— 最大工序尺寸；
? Amin—— 最小工序尺寸。
? 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
动范围，即
? △ y＝ △ i
? 此时：△ i＝ imax－ imin
? imax—— 定位基准的最大位移；
? imin—— 定位基准的最小位移。
? 当定位基准的变动方向
与工序尺寸的方向不同
时，基准位移误差等于
定位基准的变动范围在
x投影，如图右所示，
即：
? △ y＝△ icosα
? 式中,α—— 定位基准
的变动方向与工序尺寸
方向间的夹角。
工序简图
加工示意图及基准位移误差
α
α
△ i
△ y
（２）工艺系统的受力变形
? 由机床、夹具、工件、刀
具所组成的工艺系统是一
个 弹性系统,在加工过程
中由于切削力、传动力、
惯性力、夹紧力以及重力
的作用，会产生弹性变形，
从而破坏了刀具与工件之
间的准确位置，产生加工
误差。 如右图
细长轴车削时受力变形
?① 工艺系统受力变形对加工精度的影响主
要有,
? ●切削过程中受力点位置变化引起的加工误
差
? ●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 —— 误差复映
? ②减小工艺系统受力变形的措施主要有,
? 一是提高工件加工时的刚度；
? 二是提高工件安装时的夹紧刚度；
? 三是提高机床部件的刚度。
（３）工艺系统的热变形
? 机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下
产生一定的 热变形 。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
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
加工误差 。
?减少工艺系统热变形的措施主要有：
? 一是减少工艺系统的热源及其发热量；
? 二是加强冷却，提高散热能力；
? 三是控制温度变化，均衡温度；
? 四是采用补偿措施；
? 五是改善机床结构。
? 此外，还应注意改善机床结构，减小其
热变形。
（４）调整误差
? 概念：
? 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、
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
误差即 调整误差 。
? 调整方法主要有：
? ①试切法调整
? ②用定程机构调整
? ③用样件或样板调整
（５）工件残余应力引起的误差
? ① 概念：
? 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
? ②应力产生的原因,
? 外应力产生的原因：
? 来自热加工和冷加工
? 内应力产生的原因：
? A、毛坯制造中产生的内应力；
? B、冷校正产生的内应力；
? C、切削加工产生的内应力。
?③ 减小或消除内应力的措施：
?一是采用适当的热处理工序。
?二是给工件足够的变形时间。
?三是零件结构要合理，结构要简单，
壁厚要均匀。
（６）数控机床产生误差的独特性
?数控机床与普通机床的主要差别,
?一是数控机床具有“指挥系统” —— 数
控系统 ；二是数控机床具有执行运动的
驱动系统 —— 伺服系统 。
?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,
?①机床重复定位精度的影响
?②检测装置的影响
?③刀具误差的影响
?抑制数控机床产生误差的途径有,
?①硬件补偿,（过去一般多采用 ）如加工
中心采用螺距误差补偿功能。
?②软件补偿,
?特征, 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，
?原理：是利用坐标的附加移动来修正误差
（７）提高加工精度的工艺措施
?保证和提高加工精度的方法：
?减小原始误差法、
?补偿原始误差法、
?转移原始误差法、
?均分原始误差法、
?均化原始误差法、
?“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 减少原始误差
?这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。
它是在查明产生加工误差的主要因素之后，
设法消除或减少这些因素。
?例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向
车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲
变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除
热变形引起的热伸长的影响。
② 补偿原始误差
?误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，
去抵消原来工艺系统中的原始误差。
?当原始误差是负值时人为的误差就取正值，
反之，取负值，并尽量使两者大小相等；
?或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误
差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，
从而达到减少加工误差，提高加工精度的目
的。
③ 转移原始误差
? 误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受
力变形和热变形等。
? 误差转移法的实例很多。
? 如当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一
味提高机床精度，而是从工艺上或夹具上想办法，
创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精
度的方面去。
? 如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机
床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机
床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原
始误差就被转移掉了。
④ 均分原始误差
? 在加工中，由于毛坯或上道工序误差（以下统称
“原始误差”）的存在，往往造成本工序的加工误
差，或者由于工件材料性能改变，或者上道工序的
工艺改变（如毛坯精化后，把原来的切削加工工序
取消），引起原始误差发生较大的变化，这种原始
误差的变化，对本工序的影响主要有两种情况：
? ●误差复映，引起本工序误差；
? ●定位误差扩大，引起本工序误差。
? 解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办
法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分
为 n组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的 1/n，然
后按各组分别调整加工。
⑤ 均化原始误差
? 对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。
研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作
相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被
磨掉（当然，模具也被工件磨去一部分）最终使工
件达到很高的精度。这种表面间的摩擦和磨损的过
程，就是误差不断减少的过程。这就是 误差均化法。
? 它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较，相
互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互
为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和
均。 在生产中，许多精密基准件（如平板、直尺、
角度规、端齿分度盘等）都是利用误差均化法加工
出来的。
⑥ 就地加工法
? 在加工和装配中有些精度问题，牵涉到零件或部件
间的相互关系，相当复杂，如果一味地提高零、部
件本身精度，有时不仅困难，甚至不可能，常采用
就地加工法。
? 就地加工法（也称自身加工修配法）的方法，即将
这些表面在装配前不进行精加工，等它装配到机床
上以后，图纸要求保证部件间什么样的位置关系，
就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加
工另一个部件。这样就可能很方便地解决看起来非
常困难的精度问题。
? 就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件
加工精度的有效措施。
1.1.5 表面质量
?概念,
? 机械加工表面质量,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
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质量。
? 右图表示加工表层沿深度方向
的变化情况。
? 吸附层：在最外层生成氧化膜
或其他化合物，并吸收、渗进
了气体、液体和固体的粒子，
称为吸附层，其厚度一般不超
过 8μm。
? 压缩层：即为表面塑性变形区，
由切削力造成，厚度约为几十
至几百微米，随加工方法的不
同而变化。
? 纤维层：压缩层其上部为纤维
层，是由被加工材料与刀具之
间的摩擦力所造成的。
表面层的物理
力学性能：
它不同于基体，
产生了如图 1-
15(b),(c)所示
的显微硬度和残
余应力变化。
（ b）变质层显微硬度 （ c）变质层残余应力
图 1-15 加工表面层沿深度方向的变化情况
?（１）表面的几何特性
① 表面粗糙度
②表面波度
③表面纹理方向
④伤痕
? ① 表面粗糙度 它是指加工表面的微观几何形状误
差，
? ②表面波度 它是介于宏观几何形状误差（ L1／
H1>1000）与微观表面粗糙度（ L3／ H3<50）之间
的周期性几何形状误差。
? 用测量长度上五个最大的波幅的算术平均值
ω表示，即
? ω＝（ ω1＋ ω2＋ ω3＋ ω4＋ ω5）／ 5
? ③ 表面纹理方向 它是指表面刀纹的方向
? ④伤痕 在加工表面的一些个别位置上出现的
缺陷。
?（２）表面层物理、化学和力学性能
? ●表面层加工硬化（冷作硬化）。
? ●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。
? ●表面层产生残余应力或造成原有残余应
力的变化。
２．加工表面质量对零件使用性能的影响
? （１） 表面质量对零件耐磨性的影响
?（２） 表面质量对零件疲劳强度的影响
?（３） 表面质量对零件耐腐蚀性的影响
?（４）表面质量对配合性质的影响
?（５） 表面质量对零件的使用性能其他
方面的影响
3．加工表面粗糙度及其影响因素
表面粗糙度
表面波度
表面加工纹理
（ 1）几何因素（ 2）物理因
素（ 3）工艺因素
加
工
表
面
几
何
特
性
1.2 数控加工工艺系统
1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成
? 1、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
?1、工艺系统加工的概念,
? 机械加工中，由机床、夹具、刀具和工
件等组成的统一体，称为 工艺系统 。
? 2、数控加工工艺系统的组成,
? 由数控机床、夹具、刀具和工件等组成
的 如右 图,
各组成的概念
? （１）数控机床,
? 采用数控技术，或者说装备了数控系统的机床，
称为 数控机床
? （２）夹具,
? 在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）
的装置统称为 夹具 。
? （３）刀具,
? 金属切削刀具 是现代机械加工中的重要工具。
? （４）工件,
? 工件 是数控加工的对象。
1.2.2 数控机床的主要类型
?1．按加工方式和工艺用途分,
? 按切削方式不同,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
及镗铣加工中心（简称加工中心）。还有数
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
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。
?2．按加工路线分类,
? 可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。
? 概念
? （ 1）点位控制
? 点位控制方式 就是刀具
与工件相对运动时，只
控制从一点运动到另一
点的准确性，而不考虑
两点之间的运动路径和
方向。如图
? （ 2）直线控制
? 直线控制方式 就是刀具与工
件相对运动时，除控制从起
点到终点的准确定位外，还
要保证平行坐标轴的直线切
削运动。
? （ 3）轮廓控制
? 轮廓控制 就是刀具与工作相
对运动时，能对两个或两个
以上坐标轴的运动同时进行
控制 。
各自的适用范围
? （ 1）点位控制,
? 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。
? （ 2）直线控制,
? 用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。
? （ 3）轮廓控制,
? 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。
?3．按可控制联动的坐标轴分类
? 概念,
? 数控机床可控制联动的坐标轴,是指数控装
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。
? 分类,
? （ 1）两坐标联动
? （ 2 ）三坐标联动
? （ 3）两轴半坐标联动
? （ 4）多坐标联动
?4．按数控装置的类型分类
? （ 1）硬件数控
? 主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息
? （ 2）计算机数控
? 用计算机处理数字信息的计算机数控（ CNC）
系统
?5．按伺服系统有无检测装置分类
? ①开环控制数控机床
? ②闭环控制数控机床 半闭环
全闭环
?6．按数控系统的功能水平分类
? ①类型,
? 高级型
? 普及型
? 经济型
? ②参考评价指标包括,
? CPU性能、
? 分辨率、
? 进给速度、
? 联动轴数、
? 伺服水平、
? 通信功能、
? 人机对话界面等。
1.2.3 数控刀具的主要种类
? 1,数控加工刀具的种类,
? 常规刀具和模块化刀具两大类
? 模块化刀具的主要 优点,
? 减少换刀停机时间, 提高生产加工时间；
? 加快换刀及安装时间, 提高小批量生产的经济性；
提高刀具的标准化和合理化的程度；
? 提高刀具的管理及柔性加工的水平；
? 扩大刀具的利用率, 充分发挥刀具的性能；
? 有效地消除刀具测量工作的中断现象, 可采用线外
预调 。
? 数控刀具 三大系统,即车削刀具系统, 钻削刀具系
统和镗铣刀具系统 。
各分类概念
? （ 1） 两坐标联动 （图 a）
? 数控机床能同时控制两个坐标轴联动即数控装置
同时控制 X和 Z方向运动。 例 （图 a）
? （ 2） 三坐标联动 （图 b）
? 数控机床能同时控制三个坐标轴联动 例 （图 b）
? （ 3） 两轴半坐标联动
? 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
标只能作等距周期移动 例 （图 c）
? （ 4） 多坐标联动
? 数控机床能同时控制四个以上坐标轴联动，多坐
标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂 例 （图 d）
数
控
加
工
刀
具
（１） 从结构上
（２） 从制造所采用的材料上
（３） 从切削工艺上
（４） 特殊型刀具
2,数控加工刀具的特点
? 数控加工刀具与普通金属切削刀具相比特点,
? ●刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。
? ●刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。
? ●刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型
化。
? ●刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应
相匹配。
? ● 刀具应具有较高的精度。
?● 刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。
?●刀柄或工具系统的装机重量有限度。
?●刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。
?●刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统
要优化。
?总的说来：数控机床上用的刀具应满足安
装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好
等要求。
1.2.4 数控机床夹具的类型和特点
?１．机床夹具的类型,
?（１）按夹具的使用特点分类
?① 通用夹具
?② 专用夹具
?③ 可调夹具
?④ 组合夹具
?⑤ 拼装夹具
? （２）按使用机床分类,
? 车床夹具、
? 铣床夹具、
? 钻床夹具、
? 镗床夹具、
? 齿轮机床夹具、
? 数控机床夹具、
? 自动机床夹具、
? 自动线随行夹具
? 其他机床夹具
? （３）按夹紧的动力源分类,
①
手
动
夹
具
②
气
动
夹
具
③
液
压
夹
具
④
气
液
增
力
夹
具
⑤
电
磁
夹
具
以
及
真
空
夹
具
2．数控加工夹具的特点
? ①,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，
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。
? ②、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
能，要求具有定位和夹紧功能
? ③、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
紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。
? ④,夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力
的要求。
? ⑤、夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的
多面加工。
? ⑥、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
屑积留。
? ⑦对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形
（１）表面质量对零件耐磨性的影响
? 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
? 零件的磨损可的三个阶段,如图
? 表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响
? 表面纹理方向对耐磨性的影响
? 加工硬化对零件的耐磨性的影响（一般能
提高耐磨性 0.5～ l倍 ）
（ ２）表面质量对零件疲劳强度的影响
? 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
中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。
? 加工硬化对零件的疲劳强度影响
? 表面层的残余应力对零件疲劳强度的影响
（３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响
? 零件的 表面粗糙度 在一定程度上影响零件的
耐腐蚀性。
? 零件 表面残余压应力 使零件表面紧密，腐蚀
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。
（５）表面质量对零件的使用性能其他方面的影响
? 对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值
会影响密封性；
? 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
率损失；
? 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，从而影响其尺寸
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
（１）从结构上
① 整体式
② 镶嵌式
③ 减振式
④ 内冷式
⑤ 特殊型式
焊接式
机夹式
可转位
不转位
复合刀具、
可逆攻螺纹刀具
（２）从制造所采用的材料上
①
高
速
钢
刀
具
②
硬
质
合
金
刀
具
③
陶
瓷
刀
具
④
立
方
氮
化
硼
刀
具
⑤
金
刚
石
刀
具
① 车削刀具
② 钻削刀具
③ 镗削刀具
④ 铣削刀具
外圆、内孔、外螺纹、
内螺纹，切槽、切端面、
切端面环槽、切断
小孔、短孔、深孔、
攻螺纹、铰孔
面铣、立铣、模具铣、
三面刃铣,键槽铣刀,
鼓形铣刀,成形铣刀
从结构上
从加工工艺要求上
整体式镗刀柄、
模块式镗刀柄、
镗头
粗镗刀、
精镗刀
?
（
３
）
从
切
削
工
艺
上
（ 4）特殊型刀具
带柄自紧夹头、
强力弹簧夹头刀柄、
可逆式 (自动反向 )攻螺纹夹头刀柄、
增速夹头刀柄、
复合刀具和接杆类
刀具应具有较高的精度包括：
? 刀具的形状精度
? 刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度
? 刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度
① 通用夹具
? 概念,
? 已经标准化的可加工一定范围内不同工件的
夹具，称为 通用夹具
? 特点,
? 优点,适应性强，可用于装夹一定形状和尺
寸范围内的各种工件
? 缺点,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
件小批量生产中。
② 专用夹具
? 概念,
? 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，
称为 专用夹具 。
? 特点,
? 优点,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
率和加工精度。
? 缺点,设计周期较长、投资较大。
③ 可调夹具
? 概念,
? 某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工
的夹具，称为 可调夹具 。
? 分类,
? ①通用可调夹具（通用范围比通用夹具更大）
? ②成组夹具 （专用可调夹具 ）
? 特点,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
可使用。
④ 组合夹具
? 概念,
? 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 组合夹具。
? 特点,
? 优点,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
量
⑤ 拼装夹具
? 概念,
? 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 拼装夹具 。
? 特点,
? 优点,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。