第二章 数控加工技术
1,数控工艺特点
2,数控加工工序
3,数控机床用刀具
4,数控机床的使用和维修本章内容
2.1 数控工艺特点
2.1.1 工艺详细数控加工工艺,就是使用数控加工零件的一种工艺方法 。
数控机床的应用涉及加工设备,工艺,工装和自动加工过程的自动控制 。
拟定数控加工工艺是进行数控加工的一项基础性工作 。
设备使用效果在于用户数控加工中技术的高低和工艺的拟定的正确合理与否了解工艺的内容,特点,适应性 。
2.1.1 工艺详细数控加工工艺与普通机加工工艺
内容完整性普通机加工只需指明工步即可,通用机床加工零件,某道工序,其工步,机床运动先后次序,位移量,行走路线,切削参数的选择等,由操作者自行考虑 。 手工完成 。
但数控加工必须指明所用刀具,切削速度,进给速度,
开动润滑否等等 。
加工参数原来靠机床操作工凭经验的加工参数现在必须由数控编程人员用数控指令表示出来 。
2.1.1 工艺详细数控加工工艺的主要内容
1） 适应性分性,选择加工零件及内容
2） 数控加工工艺分析
3） 工艺设计
4） 设计数控加工工序
5） 编写程序
6） 校对与修改程序
7） 首件试加工
8） 编写工艺技术文件
2.1.2 工序集中现代数控机床刚度大,刀库容量大及多坐标,多工位的特点可以实现一次装夹完成多种加工甚至多个零件的加工,这样就造成了工序集中 。
有可能在零件一次装夹中完成多种加工方法和由粗到精的全过程,甚至可在工作台上安装几个相同或相似的零件进行加工,从而缩短工艺路线和生产周期,减少加工设备和工艺装备,
减少中间储存与运输 。
加工演示
2.1.3 加工方法的特点在曲面加工中,传统的方法是钳工用砂轮磨,用样板检验修正 （ 俗称靠模 ） （ 如舰艇的螺旋桨 ）,数控靠多坐标轴联动,可以准确加工出理想的曲面 。
加工演示
2.2 数控加工工序数控指令中必须指明机床的运动过程,零件的工艺过程,刀具的种类,走刀速度和走刀路线,不能把设计与工艺分割 。
2.2.1 数控加工工艺设计的主要内容
1,数控加工工艺内容的选择对零件加工而言,并非全部加工工艺都要在数控机床上实现 。
因为数控机床的工时费较高,用普通机床加工毛胚,在数控机床上加工曲面才是比较合理的选择 。
2.2 数控加工工序
1） 适合数控加工的内容
（ 1） 通用机床无法加工的内容
（ 2） 通用机床难于加工或加工质量不能保证的内容
（ 3） 用普通机床劳动强度较大的加工内容
2） 不适合数控加工的内容
（ 1） 占机时间长的加工内容 （ 100～ 1000元 /小时 ）
（ 2） 加工部位分散 （ 数控坐标轴不够 ）
（ 3） 按特定制造依据 （ 样板 ） 而非公式加工的曲面轮廓
2.数控机床工艺性分析
1） 选择合适的对刀点及换刀点对刀点,数控加工时刀具相对零件运动的起点,也是程序的起点 。 对刀的目的是确定程序原点在机床坐标中的位置 。 对刀点选定后,便确定了机床坐标系和工件坐标系之间的相互位置关系 。
刀位点是刀具定位的基准点 。 刀具不同,刀位点也不同 。 在对刀时,刀位点与对刀点应一致 。
刀位点：端面铣刀的底部中心,钻头的刀尖,球头铣刀的球心,车刀及镗刀的刀尖不同刀具的刀位点钻头 车刀 圆柱铣刀 球头铣刀对刀原则便于测量和简化编程 （ 尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上 ）
简化编程 （ 便于数学处理 ） 。
加工中易找正及加工过程中便于检查 。
引起的加工误差较小 。
对刀精度要求不高时,选用零件上或夹具上的某些表面作为对刀面 。
对刀精度要求高时,选在零件的设计基准或工艺基准上 。
对于以孔定位的零件,则选用孔的中心作为对刀点 。
换刀点的选择原则换刀点：刀架转位换刀时的位置 。
对于多刀机床,（ 工作中一般要换刀 ） 应在编程时考虑到换刀点的位置可能与工件或夹具产生干涉 （ 换刀点在加工区域以外 ） 一般选在零件的外部 。
2） 审查和分析工艺基准的可靠性数控加工是一种定位 （ 坐标 ） 加工,尤其工件需要两面加工时只能有一个工艺基准 。
每一次重新固定工件都要花费大量的时间去对刀 （ 装夹都会引起工件变形 ） 。
合理的选择 定位基准和夹紧方式 对于 提高加工效率和减少误差 大有帮助 。 必要时要改进设计以增加定位的可靠性 。
3）选择合理的零件固定方式虎钳数控加工工艺主要的审查内容
（ 1） 尺寸标注应符合数控加工特点如设计基准,工艺基准,检测基准,编程基准的协调一致 。
（ 2） 几何元素应该完整,准确手工编程：计算节点,基点坐标等 。
自动编程：需定义所有几何元素 。
几何元素的模糊不清和不完整将导致数控编程无法进行 。
数控加工工艺主要的审查内容
（ 3） 定位基准可靠
（ 4） 同一几何类型及尺寸零件内腔和外形采用统一几何类型和尺寸,减少刀具规格和换刀次数,便于编程 。
改进前的结构 改进后的结构增加凸台
3.数控加工工艺路线的设计数控加工一般穿插在零件加工的整个工艺中,注意与其它工艺相衔接 。 着重注意如下问题：
1） 工序的划分
（ 1） 安装一次工件
（ 2） 以同一把刀具加工
（ 3） 加工部位不同
（ 4） 粗 /精加工旋转体类零件的加工在车床上加工旋转体类的零件时,毛坯多为棒料或锻件,
加工余量大且不均匀,可采用粗,精加工相结合的方法 。
如图所示,手柄的轮廓由三段圆弧组成,加工余量大且不均匀,当批量生产时,比较合理的方案是先用直线和斜线车去图中虚线所示的加工量,再用圆弧程序精加工成形 。
2）加工顺序的安排根据零件的结构和毛坯状况,以及定位安装与夹紧的需要来考虑,重点是保证定位夹紧时工件的刚度和有利于保证加工精度 。
（ 1） 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧
（ 2） 先进行外型加工工序,后进行内型加工工序
（ 3） 以相同定位,夹紧方式或同一把刀具加工的工序,
最好连续进行,以减少重复定位次数,换刀次数与挪动压紧元件次数 。
（ 4） 在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏较小的工序 。
3）数控加工工序与普通工序的衔接数控加工的工艺路线设计仅是几道数控加工工艺过程,
而不是毛坯到成品的整个工艺过程 。 数控加工工序穿插于整个工艺过程的中间,则工艺路线设计应与整个工艺过程协调 。
建立相互状态要求,如：留多少加工余量；定位面与定位孔的精度要求及形位公差；对毛坯的热处理状态要求；目的是达到相互能满足加工需要,且质量目标及技术要求明确,交接验收有依据 。
数控工艺路线设计是下一步工序设计的基础,设计质量直接影响零件的加工质量与生产效率 。
4）工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑 。 一个工序内往往采用不同的刀具和切削用量,对不同的表面进行加工 。 工序又细分为工步 。 以加工中心为例说明工步划分原则
（ 1） 同一表面按粗加工,半精加工,精加工依次完成,或全部加工表面按先粗后精加工分开进行 。
（ 2） 对于又铣又镗的零件,可先铣面后镗孔 。
此法可提高孔的加工精度 。 铣削时切削力较大,工件易发生变形 。
（ 3） 按刀具划分工步 。 某些机床工作台回转时间比换刀时间短,以刀具划分工步,减少换刀次数,提高效率 。
2.2.2 数控加工工艺设计方法主要任务：拟定本工序的具体加工内容,切削用量,定位夹紧方式及刀具运动轨迹,选择刀具,夹具,量具等工艺装备,为编制加工程序作充分准备 。
1.确定走刀路线
1） 寻求最短走刀路线 哪种路线较好
2） 最终轮廓应一次完成 （ 不要急剧改变运动方向 ）
刀具急剧改变运动方向会因刀具变形方向的改变而留下痕迹,
故应注意走刀路线的选择 。 如下图所示 （ 铣平面 ） （ 折线没有弧线好 ）
不好的路线较好的 路线 最好的路线确定走刀路线确定走刀路线
3） 选择刀具的切入及切出方向进刀与退刀 （ 即切入与切出 ） 应沿零件轮廓的切线方向以减少切削过程刀具速度的变化进而减轻刀痕 。
铣削内轮廓表面时,切入与切出无法延伸,铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入与切出,并将切入,切出点选在零件轮廓两几何元素的交接点 。
确定走刀路线
4)选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件,应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线 。
安排工步时,应先安排对工件刚性破坏较小的工步 。
确定走刀路线应注意
1） 加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度；
2） 数值计算简单,以减少编程工作量；
3） 确定加工路线,还考虑加工余量和机床,刀具刚度,
确定一次走刀还是多次走刀,顺铣还是逆铣 。
4） 铣削平面零件,一般采用立铣刀侧刃进行切削 。
2,确定定位和夹紧方案定位与夹紧是非常耗时的工作,注意以下几点：
（ 1） 尽可能做到设计基准,工艺基准,编程计算基准的,三统一,。
（ 2） 尽可能做到工序集中,最好一次装夹完成全部加工
（ 3） 避免采用人工调整时间较长的装夹方案
（ 4） 工件刚度较大的地方才是较好的夹紧点加个内套增加刚度不夹空心地对称挟持
a） 圆柱体工件：基准重合，以内孔、外圆或中心孔作定位基准
b） 壳体零件：用三坐标平面作定位基准
c） 零件一次安装需同时加工多方向表面时，一面两孔定位虎 钳通用型夹具
a,小批可共多次重复使用的不可调通用夹具
b,适用于成组加工由基础组合件组装,仅制造少量专用调整安装件的可调通用夹具
c,适用于成批生产的通用性强的机床标准附件铣削用三爪卡盘组合夹具类与机床相配套的夹具要求有柔性,能及时地适应加工品种和规模变化的需要 。 柔性化的重要方法是组合法 。
分为：孔系和槽系两种基本形式孔系为新兴的结构,与槽系相比,其优点：
1） 结构刚性比有纵横交错的槽好
2） 孔比槽易加工,制造工艺好
3） 安装方便,组装中依靠高精度的销孔定位,比槽系操作简单
4） 计算机辅助组装设计,孔系优于槽系 。
有三类孔,1） 网格孔,2） 阶梯光孔,3） 定位孔专用夹具
其结构固定仅适用于一个具体零件的具体工序 。
夹具的选择
1） 零件批量小,尽量采用组合夹具,可调式夹具和通用夹具；
2） 成批生产时,采用专用夹具,力求结构简单；
3） 夹具尽量要开敞,避免干涉
4） 装卸零件要方便可靠
3.确定刀具与工件的相对位置对刀点是通过对刀来确定刀具与工件相对位置的基准点,可以设置在工件上,也能设置在夹具上 。 工件大致为圆形时,其对刀点往往与工件的坐标原点一致 。
立式车床选择原则对刀点 就是刀具相对工件运动的起点 。 选择该点时,考虑找正容易,编程方便,对刀误差小,加工时检验方便,可靠 。
1） 刀具起点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上 。
如孔定位,将孔中心作为对刀点,提高零件的加工精度 。
2） 对刀点应选在便于观察和检测,对刀方便的位置上
3） 对于建立了绝对坐标系的数控机床,对刀点最好选在该坐标系的原点上,或选在已知坐标值的点上,便于坐标值的计算 。
对刀误差可通过试切加工结果进行调整 。
换刀点 是加工中心,数控车床等多刀加工机床而设置的,
为防止换刀碰伤零件或夹具,换刀点常常设置在被加工零件的外面一定距离的地方 。
4.确定切削用量主要包括背吃刀量,主轴转速及进给速度等,对粗精加工,
钻,铰,镗孔与攻螺纹等不同切削用量都应编入加工程序 。
用类比法确定切削用量,见下表：车削加工的切削速度表被切材料轻切切深 0.5～ 1.0
进给量 0.05～ 0.3/r
中切切深 1～ 4
进给量 0.2～ 0.5/r
重切切深 5～ 12
进给量 0.4～ 0.8/r
10# 100---250 150---250 80---220
45# 60---230 70-220 80---180
以上是主轴的转速 /ｍｉｎ
2.2.3 填写数控加工技术文件数控加工技术文件主要有：数控编程任务书,工件安装和原点设定卡片,数控加工工序卡片,数控加工走刀路线图,数控刀具卡片等 。
1.数控编程任务书
2.数控加工工件安装和原点设定卡
3.数控加工工序卡
4.数控走刀路线图
5,数控刀具卡
2.3 数控机床用刀具的特点
2.3.1 数控加工对刀具的要求
（ 1） 足够的强度及刚度 （ 2） 高的刀具耐用度
（ 3） 高的可靠性 （ 4） 较高的精度
（ 5） 可靠的断屑能力 （ 6） 可以快速更换刀具非回转型刀具回转型刀具组合刀具回转型刀具主要由 连接刀柄、接杆、复合刀具 组成 。
拉钉螺纹孔精度及光洁度很高
2.3.2 数控加工刀具的应用
1.广泛采用机夹可转位刀具 （ 刀刃部分 ）
刀刃钝了，换个方向又是新的
2.工具系统的应用数控机床能进行多种加工,所用刀具也就很多种类,必须使刀具系列化,标准化和模块化 ------建立工具系统 。
1） 车削类工具系统车刀刀柄可换位刀片内孔车刀螺纹车刀广泛采用不重磨机夹可转位车刀。
特点,1）刀片各刃可转位轮流使用，减少换刀时间
2）刀刃不重磨，有利于采用涂层刀片
3）断削槽型压制而成，尺寸稳定，节省硬质合金
4）刀杆刀槽的制造精度高切断（槽）车刀 数控铣床刀具系统在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、钻头、镗刀、
切断刀、螺纹加工刀具等，其中以外圆车刀、镗刀、钻头最为常用。
2）镗铣类工具系统数控铣削刀具系统要求
1.刀具切削部分几何参数及其切削参数须规范化、
合理化
2.刀具切削部分材料及切削参数选择必须与工件材料相匹配
3.刀具磨损及耐用度值规定必须合理
4.刀片在刀具中的定位方式及其结构必须优化
5.刀具安装后在机床中的定位应保持一定精度
6.换刀后刀具应在机床中仍有高的重复定位精度
7.刀具的刀柄应有足够的强度、刚度及耐磨性
8.刀柄及其工具对机床的重量影响应有相应的控制
9.刀片、刀柄切入的位置、方向必须正确
10.刀片、刀柄各参数应通用化、规格化、系列化
11.工具系统应进一步优化 `
（ 1）整体式工具系统
（ 2）模块式工具系统模块式工具系统已成气候 。
我国已开发 TMG系统 。
增速刀柄 中心冷却刀柄多刀刀柄 角度刀柄
（ 1）按结构分
（ 2）按刀柄与主轴的连接形式分
（ 3）按刀具夹紧方式分
（ 4）按允许的转速分
（ 5）按所夹持的刀具种类分
（ 6）特殊刀柄低速刀柄 高速刀柄刀柄的分类弹簧夹头式侧向夹紧式液压夹紧式冷缩夹紧式弹簧夹头刀柄 卡簧弹簧夹头刀柄的使用：
（ 1） 将刀柄放入卸刀座并锁紧；
（ 2） 根据刀具直径尺寸选择相应的卡簧,清洁工作表面；
（ 3） 将卡簧按入锁紧螺母；
（ 4） 将铣刀装入卡簧孔中,并根据加工深度控制刀具伸出长度；
（ 5） 用扳手顺时针锁紧螺母；
（ 6） 检查,将刀柄装上主轴 。
常用刀柄使用方法
2.3.3 对刀具材料的基本要求
1.刀具材料及其选用刀具材料是指刀具切削部分的材料 。 应具备下列性能：
（ 1） 高硬度及高耐磨性
（ 2） 高强度及高韧性
（ 3） 良好的耐热性及导热性
（ 4） 良好的工艺性 （ 热加工及机加工性能 ）
（ 5） 良好的经济性
2,常用刀具材料
1） 高速钢 （ 62---67HRC） 普通,高性能高速钢
2） 硬质合金 （ 78— 82HRC,耐热 ）
牌号,W18Cr4V(普通 ) 9W18Cr4V(高级 )
K类,YG8;YG6;YG3韧性好
P类,YT15;YT5;YT10耐磨好
M类,YW1;YW2综合素质好
3.其他刀具材料简介涂层硬质合金,陶瓷,金刚石,氮化硼
2.3.4 数控刀具的选用
1,铣刀的种类及选择铣刀用来加工面,槽,键,斜面等 。 常用铣刀如下图所示：
球铣刀立铣刀鼓形刀锥形刀面铣刀数控铣床使用的主要刀具包括面铣刀,立铣刀,球头铣刀,三面刃盘铣刀,环形铣刀等,除此以外还有各种孔加工刀具,如钻头 （ 锪钻,
铰刀,镗刀等 ）,丝锥等 。 常用 （ 1） 立铣刀 （ 2） 球头铣刀 （ 3） 环形铣刀立（端）铣刀 球头铣刀机夹式球头铣刀 机夹式环形铣刀直线铣削斜线铣削圆弧铣削螺旋铣削钻式铣削立铣刀切削方式机夹式环形铣刀及铣削方式面（盘）铣刀 三面刃铣刀加工形状与铣刀的选择粗加工铣刀选择精加工铣刀选择
1） 麻花钻
2） 扩孔刀具 （ 孔的直径＞ 20mm一般由扩孔完成 ）
2.孔加工刀具的选用孔加工步骤,钻孔 --扩孔 -绞孔钻 头
3）镗孔刀具镗孔刀具有单刃刀具及双刃刀具中心线半径镗 刀
4）铰孔刀具铰孔能使孔的光洁度达到较高的程度 （ 定位孔 ）
通用铰刀图硬质合金单刃铰刀
2.3.5 刀具管理系统
1,刀具管理系统的任务
(1)保证每台机床有合适的,优质高效的刀具使用,保证不因缺刀而停机
(2)监控刀具的工作状态,必要时进行换刀处理 。
(3)安全,可靠并及时地运送刀具,尽量杜绝因等刀而停机 。
(4)追踪系统内的刀具情况,包括备刀具静态和动态的信息 。
(5)检查刀具的库存量,及时补充或购买刀具 。
2.3.5 刀具管理系统
2,刀具管理系统的基本功能
(1)收集生产计划和刀具资源的原始资料数据 。
(2)制定刀具管理,调配计划 。
(3)配备刀具管理系统所需要的硬件装备 。
(4)开发刀具管理系统的各种软件和信息交换系统,实现刀具系统的自动化管理 。
2.3.5 刀具管理系统
3,刀具自动化管理系统的基本功能刀具自动化管理系统的基本功能应包括以下四个方面
(1)原始资料数据 。
(2)刀具管理系统的计划 。
(3)刀具管理系统的硬件配置 。
(4)刀具管理的软件系统 。
2.4 数控机床的使用与维修
2.4.1 数控机床的选用
1.选用依据
1） 数控机床的适应范围
2） 工件的加工批量应大于经济批量
3） 根据典型加工对象选用数控机床的类型旋转体零件的加工 数控车床或数控磨床来加工车削零件毛坯多为棒料或锻坯,加工余量较大且不均匀,因此在编程中,粗车的加工路线往往是要考虑的主要问题 。
孔系零件的加工孔数多,孔位置精度要求较高,宜采用点位直线控制的数控钻与镗床加工 。 减轻工人劳动强度,提高生产率,易于保证精度 。
平面与曲面轮廓零件的加工平面轮廓多为直线和圆弧组成,两坐标联动的铣床上加工 。 曲面轮廓的零件,多采用三个或三个以上坐标联动的铣床或加工中心 。
模具型腔的加工型腔表面复杂,不规则,表面质量及尺寸精度要求高,且常采用硬,韧的难加工材料,此时考虑选用粗铣后数控电火花成形加工 。
板材零件的加工 该类零件根据零件形状采用数控剪板机,数控板料折弯机及数控冲压机加工 。
传统冲压工艺是按模具生产工件的形状,模具结构复杂,易磨损,价格昂贵,生产率低 。
数控冲压设备,能使加工过程按程序要求自动控制,
采用小模具冲压加工形状复杂的大工件,一次装夹集中完成多工序加工 。
采用软件排样,即能保证加工精度,又能获得高的材料利用率 。
平板形零件的加工 选数控电火花线切割机床加工,
工件内侧角部的最小半径由金属丝直径限制外,任何复杂的内外侧形状都可以加工 。
2,选用内容
1） 机床主参数坐标轴的行程,主轴电动机功率,
2） 机床精度影响零件加工精度的因素主要有两个,即机床因素和工艺因素 。 在一般情况下,零件的加工精度主要取决于机床 。
2,选用内容
3） 机床功能数控机床的功能主要包括坐标轴数和联动轴数,辅助功能,数控系统功能选择等 。
4） 其他除上述内容外,数控机床选用还要考虑机床的刚度,
可靠性,厂商知名度与信誉,售后服务等因素 。
3.数控系统订购选择
1)根据数控机床类型选择相应的数控系统
2)根据数控机床的设计指标选择数控系统
3)根据数控机床的性能选择数控系统功能
4)订购数控系统时要考虑周全
4.工时和节拍的估算选择机床时必须作可行性分析,估计一年之内该机床能加工出多少典型零件 。 对每个典型零件,按照工艺分析可以初步确定一个工艺路线,从中挑出淮备在数控机床上加工的工序内容,根据准备给机床配置的刀具情况来确定切削用量,并计算每道工序的切削时间 t切及相应辅助时间 t辅 (t辅约 10％ 一 20％ t切 )。 中小型加工中心每次的换刀时间 t换刀约为 10一 20s。 这时单工序时间为
5,数控机床驱动电动机的选择
1)进给驱动伺服电动机的选择
2)主轴电动机的选择
6,机床选择功能及附件的选择
2.4.2 数控机床的安装和调试
1,机床初就位和连接
2,数控系统的连接和调整
3,通电试车
4,机床精度和功能的调试
5,试运行
2.4.3数控机床的验收
1,验收的基本概念数控机床的验收分两大类：一类是在对新型数控机床样机的验收机床检测中心进行；另一类是一般的数控机床用户验收其购置的数控设备 。
2,机床外观检查
3,机床性能及 NC功能试验
4,机床几何精度检查
5,机床定位精度检查
6,机床切削精度检查
2.2.4 数控机床的维修本章结束 ！
请各位同学认真复习本章内容！
1,数控工艺特点
2,数控加工工序
3,数控机床用刀具
4,数控机床的使用和维修本章内容
2.1 数控工艺特点
2.1.1 工艺详细数控加工工艺,就是使用数控加工零件的一种工艺方法 。
数控机床的应用涉及加工设备,工艺,工装和自动加工过程的自动控制 。
拟定数控加工工艺是进行数控加工的一项基础性工作 。
设备使用效果在于用户数控加工中技术的高低和工艺的拟定的正确合理与否了解工艺的内容,特点,适应性 。
2.1.1 工艺详细数控加工工艺与普通机加工工艺
内容完整性普通机加工只需指明工步即可,通用机床加工零件,某道工序,其工步,机床运动先后次序,位移量,行走路线,切削参数的选择等,由操作者自行考虑 。 手工完成 。
但数控加工必须指明所用刀具,切削速度,进给速度,
开动润滑否等等 。
加工参数原来靠机床操作工凭经验的加工参数现在必须由数控编程人员用数控指令表示出来 。
2.1.1 工艺详细数控加工工艺的主要内容
1） 适应性分性,选择加工零件及内容
2） 数控加工工艺分析
3） 工艺设计
4） 设计数控加工工序
5） 编写程序
6） 校对与修改程序
7） 首件试加工
8） 编写工艺技术文件
2.1.2 工序集中现代数控机床刚度大,刀库容量大及多坐标,多工位的特点可以实现一次装夹完成多种加工甚至多个零件的加工,这样就造成了工序集中 。
有可能在零件一次装夹中完成多种加工方法和由粗到精的全过程,甚至可在工作台上安装几个相同或相似的零件进行加工,从而缩短工艺路线和生产周期,减少加工设备和工艺装备,
减少中间储存与运输 。
加工演示
2.1.3 加工方法的特点在曲面加工中,传统的方法是钳工用砂轮磨,用样板检验修正 （ 俗称靠模 ） （ 如舰艇的螺旋桨 ）,数控靠多坐标轴联动,可以准确加工出理想的曲面 。
加工演示
2.2 数控加工工序数控指令中必须指明机床的运动过程,零件的工艺过程,刀具的种类,走刀速度和走刀路线,不能把设计与工艺分割 。
2.2.1 数控加工工艺设计的主要内容
1,数控加工工艺内容的选择对零件加工而言,并非全部加工工艺都要在数控机床上实现 。
因为数控机床的工时费较高,用普通机床加工毛胚,在数控机床上加工曲面才是比较合理的选择 。
2.2 数控加工工序
1） 适合数控加工的内容
（ 1） 通用机床无法加工的内容
（ 2） 通用机床难于加工或加工质量不能保证的内容
（ 3） 用普通机床劳动强度较大的加工内容
2） 不适合数控加工的内容
（ 1） 占机时间长的加工内容 （ 100～ 1000元 /小时 ）
（ 2） 加工部位分散 （ 数控坐标轴不够 ）
（ 3） 按特定制造依据 （ 样板 ） 而非公式加工的曲面轮廓
2.数控机床工艺性分析
1） 选择合适的对刀点及换刀点对刀点,数控加工时刀具相对零件运动的起点,也是程序的起点 。 对刀的目的是确定程序原点在机床坐标中的位置 。 对刀点选定后,便确定了机床坐标系和工件坐标系之间的相互位置关系 。
刀位点是刀具定位的基准点 。 刀具不同,刀位点也不同 。 在对刀时,刀位点与对刀点应一致 。
刀位点：端面铣刀的底部中心,钻头的刀尖,球头铣刀的球心,车刀及镗刀的刀尖不同刀具的刀位点钻头 车刀 圆柱铣刀 球头铣刀对刀原则便于测量和简化编程 （ 尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上 ）
简化编程 （ 便于数学处理 ） 。
加工中易找正及加工过程中便于检查 。
引起的加工误差较小 。
对刀精度要求不高时,选用零件上或夹具上的某些表面作为对刀面 。
对刀精度要求高时,选在零件的设计基准或工艺基准上 。
对于以孔定位的零件,则选用孔的中心作为对刀点 。
换刀点的选择原则换刀点：刀架转位换刀时的位置 。
对于多刀机床,（ 工作中一般要换刀 ） 应在编程时考虑到换刀点的位置可能与工件或夹具产生干涉 （ 换刀点在加工区域以外 ） 一般选在零件的外部 。
2） 审查和分析工艺基准的可靠性数控加工是一种定位 （ 坐标 ） 加工,尤其工件需要两面加工时只能有一个工艺基准 。
每一次重新固定工件都要花费大量的时间去对刀 （ 装夹都会引起工件变形 ） 。
合理的选择 定位基准和夹紧方式 对于 提高加工效率和减少误差 大有帮助 。 必要时要改进设计以增加定位的可靠性 。
3）选择合理的零件固定方式虎钳数控加工工艺主要的审查内容
（ 1） 尺寸标注应符合数控加工特点如设计基准,工艺基准,检测基准,编程基准的协调一致 。
（ 2） 几何元素应该完整,准确手工编程：计算节点,基点坐标等 。
自动编程：需定义所有几何元素 。
几何元素的模糊不清和不完整将导致数控编程无法进行 。
数控加工工艺主要的审查内容
（ 3） 定位基准可靠
（ 4） 同一几何类型及尺寸零件内腔和外形采用统一几何类型和尺寸,减少刀具规格和换刀次数,便于编程 。
改进前的结构 改进后的结构增加凸台
3.数控加工工艺路线的设计数控加工一般穿插在零件加工的整个工艺中,注意与其它工艺相衔接 。 着重注意如下问题：
1） 工序的划分
（ 1） 安装一次工件
（ 2） 以同一把刀具加工
（ 3） 加工部位不同
（ 4） 粗 /精加工旋转体类零件的加工在车床上加工旋转体类的零件时,毛坯多为棒料或锻件,
加工余量大且不均匀,可采用粗,精加工相结合的方法 。
如图所示,手柄的轮廓由三段圆弧组成,加工余量大且不均匀,当批量生产时,比较合理的方案是先用直线和斜线车去图中虚线所示的加工量,再用圆弧程序精加工成形 。
2）加工顺序的安排根据零件的结构和毛坯状况,以及定位安装与夹紧的需要来考虑,重点是保证定位夹紧时工件的刚度和有利于保证加工精度 。
（ 1） 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧
（ 2） 先进行外型加工工序,后进行内型加工工序
（ 3） 以相同定位,夹紧方式或同一把刀具加工的工序,
最好连续进行,以减少重复定位次数,换刀次数与挪动压紧元件次数 。
（ 4） 在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏较小的工序 。
3）数控加工工序与普通工序的衔接数控加工的工艺路线设计仅是几道数控加工工艺过程,
而不是毛坯到成品的整个工艺过程 。 数控加工工序穿插于整个工艺过程的中间,则工艺路线设计应与整个工艺过程协调 。
建立相互状态要求,如：留多少加工余量；定位面与定位孔的精度要求及形位公差；对毛坯的热处理状态要求；目的是达到相互能满足加工需要,且质量目标及技术要求明确,交接验收有依据 。
数控工艺路线设计是下一步工序设计的基础,设计质量直接影响零件的加工质量与生产效率 。
4）工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑 。 一个工序内往往采用不同的刀具和切削用量,对不同的表面进行加工 。 工序又细分为工步 。 以加工中心为例说明工步划分原则
（ 1） 同一表面按粗加工,半精加工,精加工依次完成,或全部加工表面按先粗后精加工分开进行 。
（ 2） 对于又铣又镗的零件,可先铣面后镗孔 。
此法可提高孔的加工精度 。 铣削时切削力较大,工件易发生变形 。
（ 3） 按刀具划分工步 。 某些机床工作台回转时间比换刀时间短,以刀具划分工步,减少换刀次数,提高效率 。
2.2.2 数控加工工艺设计方法主要任务：拟定本工序的具体加工内容,切削用量,定位夹紧方式及刀具运动轨迹,选择刀具,夹具,量具等工艺装备,为编制加工程序作充分准备 。
1.确定走刀路线
1） 寻求最短走刀路线 哪种路线较好
2） 最终轮廓应一次完成 （ 不要急剧改变运动方向 ）
刀具急剧改变运动方向会因刀具变形方向的改变而留下痕迹,
故应注意走刀路线的选择 。 如下图所示 （ 铣平面 ） （ 折线没有弧线好 ）
不好的路线较好的 路线 最好的路线确定走刀路线确定走刀路线
3） 选择刀具的切入及切出方向进刀与退刀 （ 即切入与切出 ） 应沿零件轮廓的切线方向以减少切削过程刀具速度的变化进而减轻刀痕 。
铣削内轮廓表面时,切入与切出无法延伸,铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入与切出,并将切入,切出点选在零件轮廓两几何元素的交接点 。
确定走刀路线
4)选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件,应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线 。
安排工步时,应先安排对工件刚性破坏较小的工步 。
确定走刀路线应注意
1） 加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度；
2） 数值计算简单,以减少编程工作量；
3） 确定加工路线,还考虑加工余量和机床,刀具刚度,
确定一次走刀还是多次走刀,顺铣还是逆铣 。
4） 铣削平面零件,一般采用立铣刀侧刃进行切削 。
2,确定定位和夹紧方案定位与夹紧是非常耗时的工作,注意以下几点：
（ 1） 尽可能做到设计基准,工艺基准,编程计算基准的,三统一,。
（ 2） 尽可能做到工序集中,最好一次装夹完成全部加工
（ 3） 避免采用人工调整时间较长的装夹方案
（ 4） 工件刚度较大的地方才是较好的夹紧点加个内套增加刚度不夹空心地对称挟持
a） 圆柱体工件：基准重合，以内孔、外圆或中心孔作定位基准
b） 壳体零件：用三坐标平面作定位基准
c） 零件一次安装需同时加工多方向表面时，一面两孔定位虎 钳通用型夹具
a,小批可共多次重复使用的不可调通用夹具
b,适用于成组加工由基础组合件组装,仅制造少量专用调整安装件的可调通用夹具
c,适用于成批生产的通用性强的机床标准附件铣削用三爪卡盘组合夹具类与机床相配套的夹具要求有柔性,能及时地适应加工品种和规模变化的需要 。 柔性化的重要方法是组合法 。
分为：孔系和槽系两种基本形式孔系为新兴的结构,与槽系相比,其优点：
1） 结构刚性比有纵横交错的槽好
2） 孔比槽易加工,制造工艺好
3） 安装方便,组装中依靠高精度的销孔定位,比槽系操作简单
4） 计算机辅助组装设计,孔系优于槽系 。
有三类孔,1） 网格孔,2） 阶梯光孔,3） 定位孔专用夹具
其结构固定仅适用于一个具体零件的具体工序 。
夹具的选择
1） 零件批量小,尽量采用组合夹具,可调式夹具和通用夹具；
2） 成批生产时,采用专用夹具,力求结构简单；
3） 夹具尽量要开敞,避免干涉
4） 装卸零件要方便可靠
3.确定刀具与工件的相对位置对刀点是通过对刀来确定刀具与工件相对位置的基准点,可以设置在工件上,也能设置在夹具上 。 工件大致为圆形时,其对刀点往往与工件的坐标原点一致 。
立式车床选择原则对刀点 就是刀具相对工件运动的起点 。 选择该点时,考虑找正容易,编程方便,对刀误差小,加工时检验方便,可靠 。
1） 刀具起点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上 。
如孔定位,将孔中心作为对刀点,提高零件的加工精度 。
2） 对刀点应选在便于观察和检测,对刀方便的位置上
3） 对于建立了绝对坐标系的数控机床,对刀点最好选在该坐标系的原点上,或选在已知坐标值的点上,便于坐标值的计算 。
对刀误差可通过试切加工结果进行调整 。
换刀点 是加工中心,数控车床等多刀加工机床而设置的,
为防止换刀碰伤零件或夹具,换刀点常常设置在被加工零件的外面一定距离的地方 。
4.确定切削用量主要包括背吃刀量,主轴转速及进给速度等,对粗精加工,
钻,铰,镗孔与攻螺纹等不同切削用量都应编入加工程序 。
用类比法确定切削用量,见下表：车削加工的切削速度表被切材料轻切切深 0.5～ 1.0
进给量 0.05～ 0.3/r
中切切深 1～ 4
进给量 0.2～ 0.5/r
重切切深 5～ 12
进给量 0.4～ 0.8/r
10# 100---250 150---250 80---220
45# 60---230 70-220 80---180
以上是主轴的转速 /ｍｉｎ
2.2.3 填写数控加工技术文件数控加工技术文件主要有：数控编程任务书,工件安装和原点设定卡片,数控加工工序卡片,数控加工走刀路线图,数控刀具卡片等 。
1.数控编程任务书
2.数控加工工件安装和原点设定卡
3.数控加工工序卡
4.数控走刀路线图
5,数控刀具卡
2.3 数控机床用刀具的特点
2.3.1 数控加工对刀具的要求
（ 1） 足够的强度及刚度 （ 2） 高的刀具耐用度
（ 3） 高的可靠性 （ 4） 较高的精度
（ 5） 可靠的断屑能力 （ 6） 可以快速更换刀具非回转型刀具回转型刀具组合刀具回转型刀具主要由 连接刀柄、接杆、复合刀具 组成 。
拉钉螺纹孔精度及光洁度很高
2.3.2 数控加工刀具的应用
1.广泛采用机夹可转位刀具 （ 刀刃部分 ）
刀刃钝了，换个方向又是新的
2.工具系统的应用数控机床能进行多种加工,所用刀具也就很多种类,必须使刀具系列化,标准化和模块化 ------建立工具系统 。
1） 车削类工具系统车刀刀柄可换位刀片内孔车刀螺纹车刀广泛采用不重磨机夹可转位车刀。
特点,1）刀片各刃可转位轮流使用，减少换刀时间
2）刀刃不重磨，有利于采用涂层刀片
3）断削槽型压制而成，尺寸稳定，节省硬质合金
4）刀杆刀槽的制造精度高切断（槽）车刀 数控铣床刀具系统在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、钻头、镗刀、
切断刀、螺纹加工刀具等，其中以外圆车刀、镗刀、钻头最为常用。
2）镗铣类工具系统数控铣削刀具系统要求
1.刀具切削部分几何参数及其切削参数须规范化、
合理化
2.刀具切削部分材料及切削参数选择必须与工件材料相匹配
3.刀具磨损及耐用度值规定必须合理
4.刀片在刀具中的定位方式及其结构必须优化
5.刀具安装后在机床中的定位应保持一定精度
6.换刀后刀具应在机床中仍有高的重复定位精度
7.刀具的刀柄应有足够的强度、刚度及耐磨性
8.刀柄及其工具对机床的重量影响应有相应的控制
9.刀片、刀柄切入的位置、方向必须正确
10.刀片、刀柄各参数应通用化、规格化、系列化
11.工具系统应进一步优化 `
（ 1）整体式工具系统
（ 2）模块式工具系统模块式工具系统已成气候 。
我国已开发 TMG系统 。
增速刀柄 中心冷却刀柄多刀刀柄 角度刀柄
（ 1）按结构分
（ 2）按刀柄与主轴的连接形式分
（ 3）按刀具夹紧方式分
（ 4）按允许的转速分
（ 5）按所夹持的刀具种类分
（ 6）特殊刀柄低速刀柄 高速刀柄刀柄的分类弹簧夹头式侧向夹紧式液压夹紧式冷缩夹紧式弹簧夹头刀柄 卡簧弹簧夹头刀柄的使用：
（ 1） 将刀柄放入卸刀座并锁紧；
（ 2） 根据刀具直径尺寸选择相应的卡簧,清洁工作表面；
（ 3） 将卡簧按入锁紧螺母；
（ 4） 将铣刀装入卡簧孔中,并根据加工深度控制刀具伸出长度；
（ 5） 用扳手顺时针锁紧螺母；
（ 6） 检查,将刀柄装上主轴 。
常用刀柄使用方法
2.3.3 对刀具材料的基本要求
1.刀具材料及其选用刀具材料是指刀具切削部分的材料 。 应具备下列性能：
（ 1） 高硬度及高耐磨性
（ 2） 高强度及高韧性
（ 3） 良好的耐热性及导热性
（ 4） 良好的工艺性 （ 热加工及机加工性能 ）
（ 5） 良好的经济性
2,常用刀具材料
1） 高速钢 （ 62---67HRC） 普通,高性能高速钢
2） 硬质合金 （ 78— 82HRC,耐热 ）
牌号,W18Cr4V(普通 ) 9W18Cr4V(高级 )
K类,YG8;YG6;YG3韧性好
P类,YT15;YT5;YT10耐磨好
M类,YW1;YW2综合素质好
3.其他刀具材料简介涂层硬质合金,陶瓷,金刚石,氮化硼
2.3.4 数控刀具的选用
1,铣刀的种类及选择铣刀用来加工面,槽,键,斜面等 。 常用铣刀如下图所示：
球铣刀立铣刀鼓形刀锥形刀面铣刀数控铣床使用的主要刀具包括面铣刀,立铣刀,球头铣刀,三面刃盘铣刀,环形铣刀等,除此以外还有各种孔加工刀具,如钻头 （ 锪钻,
铰刀,镗刀等 ）,丝锥等 。 常用 （ 1） 立铣刀 （ 2） 球头铣刀 （ 3） 环形铣刀立（端）铣刀 球头铣刀机夹式球头铣刀 机夹式环形铣刀直线铣削斜线铣削圆弧铣削螺旋铣削钻式铣削立铣刀切削方式机夹式环形铣刀及铣削方式面（盘）铣刀 三面刃铣刀加工形状与铣刀的选择粗加工铣刀选择精加工铣刀选择
1） 麻花钻
2） 扩孔刀具 （ 孔的直径＞ 20mm一般由扩孔完成 ）
2.孔加工刀具的选用孔加工步骤,钻孔 --扩孔 -绞孔钻 头
3）镗孔刀具镗孔刀具有单刃刀具及双刃刀具中心线半径镗 刀
4）铰孔刀具铰孔能使孔的光洁度达到较高的程度 （ 定位孔 ）
通用铰刀图硬质合金单刃铰刀
2.3.5 刀具管理系统
1,刀具管理系统的任务
(1)保证每台机床有合适的,优质高效的刀具使用,保证不因缺刀而停机
(2)监控刀具的工作状态,必要时进行换刀处理 。
(3)安全,可靠并及时地运送刀具,尽量杜绝因等刀而停机 。
(4)追踪系统内的刀具情况,包括备刀具静态和动态的信息 。
(5)检查刀具的库存量,及时补充或购买刀具 。
2.3.5 刀具管理系统
2,刀具管理系统的基本功能
(1)收集生产计划和刀具资源的原始资料数据 。
(2)制定刀具管理,调配计划 。
(3)配备刀具管理系统所需要的硬件装备 。
(4)开发刀具管理系统的各种软件和信息交换系统,实现刀具系统的自动化管理 。
2.3.5 刀具管理系统
3,刀具自动化管理系统的基本功能刀具自动化管理系统的基本功能应包括以下四个方面
(1)原始资料数据 。
(2)刀具管理系统的计划 。
(3)刀具管理系统的硬件配置 。
(4)刀具管理的软件系统 。
2.4 数控机床的使用与维修
2.4.1 数控机床的选用
1.选用依据
1） 数控机床的适应范围
2） 工件的加工批量应大于经济批量
3） 根据典型加工对象选用数控机床的类型旋转体零件的加工 数控车床或数控磨床来加工车削零件毛坯多为棒料或锻坯,加工余量较大且不均匀,因此在编程中,粗车的加工路线往往是要考虑的主要问题 。
孔系零件的加工孔数多,孔位置精度要求较高,宜采用点位直线控制的数控钻与镗床加工 。 减轻工人劳动强度,提高生产率,易于保证精度 。
平面与曲面轮廓零件的加工平面轮廓多为直线和圆弧组成,两坐标联动的铣床上加工 。 曲面轮廓的零件,多采用三个或三个以上坐标联动的铣床或加工中心 。
模具型腔的加工型腔表面复杂,不规则,表面质量及尺寸精度要求高,且常采用硬,韧的难加工材料,此时考虑选用粗铣后数控电火花成形加工 。
板材零件的加工 该类零件根据零件形状采用数控剪板机,数控板料折弯机及数控冲压机加工 。
传统冲压工艺是按模具生产工件的形状,模具结构复杂,易磨损,价格昂贵,生产率低 。
数控冲压设备,能使加工过程按程序要求自动控制,
采用小模具冲压加工形状复杂的大工件,一次装夹集中完成多工序加工 。
采用软件排样,即能保证加工精度,又能获得高的材料利用率 。
平板形零件的加工 选数控电火花线切割机床加工,
工件内侧角部的最小半径由金属丝直径限制外,任何复杂的内外侧形状都可以加工 。
2,选用内容
1） 机床主参数坐标轴的行程,主轴电动机功率,
2） 机床精度影响零件加工精度的因素主要有两个,即机床因素和工艺因素 。 在一般情况下,零件的加工精度主要取决于机床 。
2,选用内容
3） 机床功能数控机床的功能主要包括坐标轴数和联动轴数,辅助功能,数控系统功能选择等 。
4） 其他除上述内容外,数控机床选用还要考虑机床的刚度,
可靠性,厂商知名度与信誉,售后服务等因素 。
3.数控系统订购选择
1)根据数控机床类型选择相应的数控系统
2)根据数控机床的设计指标选择数控系统
3)根据数控机床的性能选择数控系统功能
4)订购数控系统时要考虑周全
4.工时和节拍的估算选择机床时必须作可行性分析,估计一年之内该机床能加工出多少典型零件 。 对每个典型零件,按照工艺分析可以初步确定一个工艺路线,从中挑出淮备在数控机床上加工的工序内容,根据准备给机床配置的刀具情况来确定切削用量,并计算每道工序的切削时间 t切及相应辅助时间 t辅 (t辅约 10％ 一 20％ t切 )。 中小型加工中心每次的换刀时间 t换刀约为 10一 20s。 这时单工序时间为
5,数控机床驱动电动机的选择
1)进给驱动伺服电动机的选择
2)主轴电动机的选择
6,机床选择功能及附件的选择
2.4.2 数控机床的安装和调试
1,机床初就位和连接
2,数控系统的连接和调整
3,通电试车
4,机床精度和功能的调试
5,试运行
2.4.3数控机床的验收
1,验收的基本概念数控机床的验收分两大类：一类是在对新型数控机床样机的验收机床检测中心进行；另一类是一般的数控机床用户验收其购置的数控设备 。
2,机床外观检查
3,机床性能及 NC功能试验
4,机床几何精度检查
5,机床定位精度检查
6,机床切削精度检查
2.2.4 数控机床的维修本章结束 ！
请各位同学认真复习本章内容！
