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徐州机电工程高等职业学校毕业论文江苏省徐州机电工程高等职业学校毕 业 论 文题 目 数控加工工艺的编制 专 业 数控技术与应用 姓 名 徐永豪 指导教师 张南洋 起止日期 11年11月-11年12月 本人声明本人声明, 本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的, 在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 作者：徐永豪 日期： 摘 要随着科学技术的发展，机械产品的形状、结构和材料不断地改进，精度要求也不断地提高，这就对机床设备的通用性和灵活性提出了更高的要求，以适应生产对象频繁变化的需要。上个世纪中期以来的那些由曲线、曲面组成轮廓的复杂零件只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产率均受到很大限制。数控机床的出现和迅速发展，使得普通机床逐渐被替代，从而形成了巨大的生产力， 导致制造业发生了根本性的变化。机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。数控技术水平的高低、数控机床拥有量的多少已经成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。本论文通过对数控车床加工的零件进行工艺的分析与安排。关键词 数控加工 工艺设计 零件装夹 刀具abstractabstract: With the development of science and technology, mechanical products in the shape, structure and materials continued to improve, the accuracy Yaoqiu also continue to accelerate, which the machine tools versatility and flexibility of equipment put forward higher requirements to adapt to frequent changes in production targets needs. Since the middle of last century to those from the curve and surface contours of the complex formed by parts can only help mold and copying machine, or a model with crossed and with a manual approach to processing, machining accuracy and production rates were rather limited. CNC machine tools and the emergence and rapid development, makes the general machine tools have been gradually replaced, creating a huge productivityLed to the manufacturing industry has undergone fundamental changes. Mechanical products faster and faster updates, CNC machining technology as a representative of the advanced productive forces in the field of machinery and related industries play an important role in the competition machinery, numerical control technology and its essence is the competition. The level of CNC technology, CNC machine tools has a capacity to measure how much a country has become an important symbol of industrial modernization. The paper by CNC lathe machining parts for process analysis and arrangement.目 录1 概 述111切削11.2 数控机床的发展趋势41.3 数控机床的特点62机械加工工艺的相关知识点 82.1定位基准及工艺路线的拟定8 2.2数控车削加工的工艺特点9 2.3数控车削加工的主要对象10 2.4机床夹具的介绍11 2.5刀具的介绍123 工艺编制 163.1工艺分析163.2工艺路线设计183.3数控加工的工序设计193.4数控加工专用技术文件的编写204 典型数控车床加工零件分析 22致谢26参考文献27附录28第一章 概 述1.1 切削切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬；不同的刀具结构和切削运动形式，构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时期。在中国，早在商代中期(公元前13世纪)，就已能用研磨的方法加工铜镜；商代晚期(公元前12世纪)，曾用青铜钻头在卜骨上钻孔；西汉时期(公元前206公元23)，就已使用杆钻和管钻，用加砂研磨的方法在“金缕玉衣”的4000多块坚硬的玉片上，钻了18000多个直径12毫米的孔。17世纪中叶，中国开始利用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工。如公元1668年，曾在畜力驱动的装置上，用多齿刀具铣削天文仪上直径达2丈(古丈)的大铜环，然后再用磨石进行精加工。18世纪后半期，英国工业革命开始后，由于蒸汽机和近代机床的发明，切削加工开始用蒸汽机作为动力；到19世纪70年代，切削加工中又开始使用电力。对金属切削原理的研究始于19世纪50年代，对磨削原理的研究始于19世纪80年代，此后各种新的刀具材料相继出现。19世纪末出现的高速钢刀具，使刀具许用的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢刀具提高两倍以上，达到25米/分左右；1923年出现的硬质合金刀具，使切削速度比高速钢刀具又提高两倍左右；30年代以后出现的金属陶瓷和超硬材料(人造金刚石和立方氮化硼)，进一步提高了切削速度和加工精度。随着机床和刀具的不断发展，切削加工的精度、效率和自动化程度不断提高，应用范围也日益扩大，从而大大促进了现代机械制造业的发展。金属材料的切削加工有许多分类方法，常见的有按工艺特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三种分类方法。切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构，以及切削工具与工件的相对运动形式。因此按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。按材料切除率和加工精度，切削加工可分为粗加工、半精加工、精加工、精整加工、修饰加工、超精密加工等。粗加工是用大的切削深度，经一次或少数几次走刀，从工件上切去大部分或全部加工余量的加工方法，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工效率高但精度较低，一般用作预先加工；半精加工一般作为粗加工与精加工之间的中间工序；精加工是用精细切削的方式，使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等，精加工一般是最终加工。精整加工是在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。精整加工的加工余量小，如珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等；修饰加工的目的是为了减小表面粗糙度，以提高防蚀、防尘性能和改善外观，而并不要求提高精度，如抛光、砂光等；超精密加工主要用于航天、激光、电子、核能等需要某些特别精密零件的加工，其精度高达IT4以上，如镜面车削、镜面磨削、软磨粒机械化学抛光等。切削加工时，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法，切削加工可分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法三类。刀尖轨迹法是依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹，来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等，刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动；成形刀具法简称成形法，是用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具，或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比较困难，因此一般只用于加工短的成形面；展成法又称滚切法，是加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。切削加工质量主要是指工件的加工精度和表面质量(包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化)。随着技术的进步，切削加工的质量不断提高。18世纪后期，切削加工精度以毫米计；20世纪初，切削加工的精度最高已达0.01毫米；至50年代，切削加工精度已达微米级；70年代，切削加工精度又提高到0.1微米。影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。要提高切削加工质量，必须对上述各方面采取适当措施，如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途径。常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削等。磨削速度在45米秒以上的切削称为高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率，又可减小表面粗糙度。高速切削(或磨削)要求机床具有高转速、高刚度、大功率和抗振性好的工艺系统；要求刀具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。强力切削指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削。强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。与高速切削比较，强力切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大故不适于加工细长工件。振动切削是沿刀具进给方向，附加低频或高频振动的切削加工，可以提高切削效率。低频振动切削具有很好的断屑效果，可不用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时的总功率消耗比带有断屑装置的普通切削降低40左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减小刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40。对木材、塑料、橡胶、玻璃、大理石、花岗石等非金属材料的切削加工，虽与金属材料的切削类似，但所用刀具、设备和切削用量等各有特点。木材制品的切削加工主要在各种木工机床上进行，其方法主要有：锯切、刨切、车削、铣削、钻削和砂光等。塑料的刚度比金属差，易弯曲变形，尤其是热塑性塑料导热性差，易升温软化。故切削塑料时，宜用高速钢或硬质合金刀具，选用小的进给量和高的切削速度，并用压缩空气冷却。若刀具锋利，角度合适，可产生带状切屑，易于带走热量。玻璃(包括锗、硅等半导体材料)的硬度高而脆性大。对玻璃的切削加工常用切割、钻孔、研磨和抛光等方法。对厚度在三毫米以下的玻璃板，最简单的切割方法是用金刚石或其他坚硬物质，在玻璃表面手工刻划，利用刻痕处的应力集中，即可用手折断。对大理石、花岗石和混凝土等坚硬材料的加工，主要用切割、车削、钻孔、刨削、研磨和抛光等方法。切割时可用圆锯片加磨料和水；外圆和端面可采用负前角的硬质合金车刀，以1030米分的切削速度车削；钻孔可用硬质合金钻头；大的石料平面可用硬质合金刨刀或滚切刨刀刨削；精密平滑的表面，可用三块互为基准对研的方法，或磨削和抛光的方法获得。1.2 数控机床的发展趋势随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，机床数控技术有了长足的进步。近几年一些相关技术的发展，如刀具及新材料的发展，主轴伺服和进给伺服、超高速切削等技术的发展，以及对机械产品质量的要求越来越高等，加速了数控机床的发展。目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。1. 高速高效高精度高生产率。由于数控装置及伺服系统功能的改进，主轴转速和进给速度大大提高，减少了切削时间和非切削时间。加工中心的进给速度已达到80m/min120m/min，进给加速度达9.8m/s219.6m/s2，换刀时间小于1s。高加工精度。以前汽车零件精度的数量级通常为10 m，对精密零件要求为1 m，随着精密产品的出现，对精度要求提高到0.1 m，有些零件甚至已达到0.01 m，高精密零件要求提高机床加工精度，包括采用温度补偿等。微机电加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下，表面粗糙度为纳米数量级，要求数控系统能直接控制纳米机床。2. 柔性化柔性化包括两个方面的柔性：一是数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，便于不同用户的需求；二是DNC 系统的柔性，同一DNC系统能够依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥DNC 系统的效能。3. 工艺复合化和多轴化数控机床的工艺复合化，是指工件在一台机床上装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或旋转工作台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。已经出现了集钻、镗、铣功能于一身的数控机床，可完成钻、镗、铣、扩孔、铰孔、攻螺纹等多工序的复合数控加工中心，以及车削加工中心，钻削、磨削加工中心，电火花加工中心等。此外数控技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。4. 实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能，则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学发展到今天，实时系统与人工智能已实现相互结合，人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如，在数控系统中配置编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统；在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能；在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。5. 结构新型化20 世纪90 年代一种完全不同于原来数控机床结构的新型数控机床被开发成功。这种新型数控机床被称为“6条腿”的加工中心或称虚拟轴机床(有的还称为并联机床)，它能在没有任何导轨和滑台的情况下，采用能够伸缩的“6条腿”(伺服轴)支撑并联，并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。它可实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高210 倍。这种数控机床的出现将给数控机床技术带来重大变革和创新。6. 编程技术自动化随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以及零件形状的日益复杂，迫切需要速度快、精度高的编程，以便于对加工过程的直观检查。为弥补手工编程和NC 语言编程的不足，近年来开发出多种自动编程系统，如图形交互式编程系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语音数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。图形交互式编程系统是以计算机辅助设计(CAD)软件为基础，首先形成零件的图形文件，然后再调用数控编程模块，自动编制加工程序，同时可动态显示刀具的加工轨迹。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国内外先进的CAD/CAM 软件所采用的数控编程方法。目前常用的图形交互式软件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。7. 集成化数控系统采用高度集成化芯片，可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度，应用平板显示技术可提高显示器性能。平板显示器(FPD)具有科技含量高、质量小、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大规模显示，成为与CRT 显示器抗衡的新兴显示器，是21 世纪显示器主流。它应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融于一体,通过提高集成电路密度，减小互连长度和数量来降低产品价格、改进性能、减小组件尺寸、提高系统的可靠性。8. 开放式闭环控制模式采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构，便于裁减、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包括诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。1.3 数控机床的特点 数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工人手工操作来加工零件。在数控机床上只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。由于是一种程序控制过程，数控机床相应形成了以下几个特点。（1） 采用数控机床可以提高零件的加工精度、稳定产品的质量。因为数控机床按照预定的加工程序进行加工，加工过程中消除了操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以利用软件来进行校正补偿，因此可以获得比机床本身所能达到的精度还要高的加工精度及重复定位精度。（2） 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的具有复杂曲面的零件的加工。因此它在航空航天、造船、模具等加工业中得到广泛应用。（3） 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率23 倍，尤其是对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。（4） 可以实现一机多用。一些数控机床将几种普通机床功能合一，加上刀库与自动换刀装置构成加工中心，如果能配置数控转台或分度转台，则可以实现一次安装、多面加工。（5） 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。第二章 机械加工工艺的相关知识点2.1定位基准1基准：指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。2基准分为：设计基准和工艺基准其中，工艺基准又分为： 工序基准：是工序图上用来确定本工序所加工表面加工后应达到的尺寸、形状、位置所用的基准。 定位基准：是在加工中确定工件位置所用的基准。 测量基准：测量时所采用的基准。 装配基准：是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 3定位基准的选择粗基准：用未加工过的表面所作的定位基准。精基准：用已加工过的表面所作的定位基准。（1）粗基准的选择原则 选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。 选择原则为： 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；若工件上有几个不需加工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。 合理分配各加工表面的余量。考虑两点：第一，为了保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准； 第二，为了保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。 尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。 粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。（2） 精基准的选择原则选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。选择原则为： 基准重合原则：即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。 基准统一原则：即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度 自为基准原则：当精加工某些重要表面时，常用其加工表面本身为定位基准。可以提高加工面本身的尺寸和形状精度，但不能提 高加工面的位置精度 互为基准：对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。 保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。2.2 数控车削加工的工艺特点1. 易于保证工件各加工表面之间具有较高的位置精度在车床上加工工件时，工件绕某一固定的轴线作旋转运动，各回转表面具有同一个回转轴线，以利于保证各个加工表面间同轴度的要求。比如，利用前、后顶尖或心轴安装工件，用拨盘拨动工件回转，其回转轴线是两顶尖中心的连线，在一次安装中加工的各个圆柱表面之间的位置精度很高，工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证。2. 适于有色金属零件的精加工对于一些有色金属零件，由于材料本身的塑性好，硬度低，如果采用磨削加工，则砂轮容易被磨屑堵塞，使已加工表面的质量下降。因此，当有色金属零件加工表面的粗糙度Ra值要求较小时，可以采用车削方法进行加工。如用金刚石刀具，以很少的背吃刀量和进给量，以及很高的切削速度，进行精细车削，表面粗糙度值Ra 可达0.10.4m。3. 切削过程比较平稳 车削加工时，刀具几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削面积就基本不变。因此切削力基本上不发生变化。除了加工断续表面以外，切削过程要比铣削、刨削平稳。4. 刀具简单 车刀是比较简单的刀具之一，制造、刃磨和安装都比较方便。加工时，可以根据工件的具体加工要求，选择合理的刀具角度，以利于保证加工质量。5. 生产效率较高 车削加工在一般情况下切削过程是连续的，主运动是连续的旋转运动，可以避免惯性力和冲击力的影响，所以车削允许采用较大的切削用量，进行高速切削或强力切削，使车削加工具有较高的生产率。2.3 数控车削加工的主要对象1精度要求高的零件由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。一般来说，车削七级尺寸精度的零件应该没什么困难。在有些场合可以以车代磨，此外由于数控车削时刀具运动时通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。对圆弧以及其它曲线轮廓的形状，加工出的形状与图纸上的目标几何形状的接近程度比仿行车床要好得多。车削曲线母线形状的零件常采用数控线切割加工并稍加修磨的样板来检查。数控车削出来的零件形状精度，不会比这样板本身的形状精度差。数控车削对提高位置精度特别有效。不少位置精度要求高的零件用传统车床车削达不到要求，只能以后的磨削或其它方法弥补。车削零件位置精度的高低主要取决与零件的装夹次数和机床的制造精度。在数控车床上加工如果发现位置精度较高，可以修改程序内数据的方法来校正，这样可以提高其位置精度。而在传统车床上加工时无法做到这种校正的。2表面粗糙度好的回转体数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性和制造精度高，还由于它具有恒线速切削功能。在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进刀量和切削速度。在传统车床上车削端面时由于转速在切削过程中恒定，理论上只有某一处的粗糙度最小。实际上也可发现端面内的粗糙度不一致。试用数控车床的恒线速切削功能，就可选用最佳线速来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度小的部位可以减小减小走刀量的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。3超精密、超低表面粗糙度的零件磁盘、录像机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度，它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工，以往很难加工的塑料散光用的透镜，现在也可以用数控车床开加工。超精加工的轮廓精度可达0.1m，表面粗糙度可达0.02m，超精加工所用数控系统的最小设定单位应达到0.01m。超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷。4表面形状复制的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和品面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸，如具有封闭内成型面的壳体零件。下图所示壳体零件封闭内腔的成型面，“口小肚大”，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。5带横向加工的回转体零件带有键槽或径向孔，或端面分布的孔系以及有曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等，这类零件宜选用车削加工中心加工。6带一些特殊类型的螺纹的零件传统车床所能切削的螺纹相当有限，数控车床不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡螺纹和变径螺纹。2.4 机床夹具的介绍切削加工时用于安装工件并使之与机床和刀具间保持正确相对位置的装置。合理使用机床夹具，对于保证加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、扩大机床的工艺范围等具有显著效果。机床夹具按适用范围可分为4类。通用夹具：属于已经标准化的机床附件，由专业工厂生产，有较广的适用性，如卡盘、顶尖；机用虎钳、分度头和回转工作台等。专用夹具：专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，结构紧凑，装卸工件迅速、方便，但设计制造周期长，适用于加工对象较长时间不变、批量较大的生产。当工件形状特殊，难于直接在机床上安装，或加工要求高于机床精度时，即使单件生产也需要采用专用夹具。常用的专用夹具有车床夹具（图1）、铣床夹具（图2）、钻模、镗模和随行夹具等。可调整夹具:具有可以更换或调整元件的专用夹具。加工完一种工件后，经过调整或更换个别元件即可用于加工另外一种工件，常用于多品种、小批量生产中加工形状相似、尺寸相近和定位基准相似的一组工件。组合夹具：常用于新产品试制和产品经常更换的单件小批生产，以及临时性任务（见组合夹具系统）。机床夹具类型很多，因工件形状、尺寸和加工要求的不同而异。基本组成部分有 7项。定位元件：用以确定工件在夹具中的正确位置，可按工件定位基准的形状而采用不同的定位元件，如平面基准可用支承钉和支承板等。圆孔基准可用心轴、定位销和菱形销等。外圆柱面基准可用V形块和套筒等。夹紧装置:用来紧固工件以保证定位所得的正确位置在加工过程中不发生变化。常用的夹紧方式有螺旋夹紧、偏心夹紧、斜楔夹紧、铰链夹紧和液性塑料夹紧，以及与压板组成的复合夹紧、联动夹紧等方式。对刀-导向元件:用以确定刀具与工件的相对位置。在铣床、刨床夹具上用的称为对刀元件，包括对刀块和塞规等。在钻模、镗模上用的称为导向元件，包括钻套、钻模板、镗套和镗模架等。分度装置：使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类。前者主要用于加工有一定角度要求的孔系、槽或多面体等；后者主 要用于加工有一定距离要求的孔系和槽等。传动装置：为夹具机动夹紧时提供动力的装置，常用的有气压传动、液压传动、电机传动和电磁传动等。夹具体:用以把夹具的各种装置和元件连接成为一个整体的基座或骨架。其他辅助零件。2.5 刀具的介绍 数控刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具；同时“数控刀具”除切削用的刀片外，还包括刀杆和刀柄等附件！1根据刀具结构可分为： 1) 整体式：刀具为一体，由一个坯料制造而成，不分体；2) 焊接式式：采用焊接方法连接，分刀头和刀杆； 3) 机夹式：机夹式又可分为不转位和可转位两种；通常数控刀具采用机夹式！4) 特殊型式：如复合式刀具，减震式刀具等。2根据制造刀具所用的材料可分为： 1) 高速钢刀具； 2) 硬质合金刀具； 3) 金刚石刀具； 3其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。4从切削工艺上可分为 1) 车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切断、切槽刀具等多种； 2) 钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等； 3) 镗削刀具； 4) 铣削刀具等。刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。 那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。 在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。19491950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。 1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。 刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。 刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。 刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。 在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。 通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。 聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高13倍以上。 由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。 刀具材料大致分如下几类：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石。 这里主要提下陶瓷，陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早，但由于其脆性，发展很慢。但自上世纪70年代以后，还是得到了比较快的发展。陶瓷刀具材料主要有两大系，即氧化铝系和氮化硅系。陶瓷作为刀具，具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点，有很好的前景。第三章 工艺编制3.1 工艺分析当选择并决定对某个零件进行数控加工后，并不等于要完成所有的加工内容，可能只是对其中一部分进行次那个数控加工，因此必须对零件图纸进行仔细的工艺分析，选择那些最适合，最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并作出决定时，应结合本单位的实际，立足于解决问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势，防止把数控机床降格为普通机床使用。通常选择普通机床难加工，质量也难以保证的内容作为加工重点。当普通机床加工效率低，工人操作劳动强度大时，可在数控机床尚有富余能力的基础上进行选择。对于需要通过较长时间占机调整的加工内容，必须用特定的工艺装备协调加工的零件，采集编程用数据困难且易与检验依据发生矛盾而增加编程难度，一般不宜选择数控加工。分析零件图的另一个重要方面，就是零件的数控加工工艺性问题，应从数控加工的方便性与可能性两个角度进行审查和分析，例如：（1） 零件图纸中的尺寸标准方法是否适合数控加工的特点；（2） 构成的几何元素的条件是否充分；（3） 定位基准的可靠性。数控加工工艺人员应与设计人员密切合作，在不影响零件使用特性的许可范围内，尽量满足数控加工工艺的各种需求。3.1.1分析零件图中的尺寸标注方法图3.1 统一基准标注方法以同一基准引注尺寸或直接标注坐标尺寸的方法为统一基准标注方法，这种标注方法（图1所示）最符合数控机床的加工特点，既方便编程，又保持了设计基准、工艺基准、测量基准与工件原点设置的一致性。而设计人员在标注尺寸时较多考虑装配与使用特性方面的因素，常采用局部分散的标注方法（图2所示），这种标注方式给工序安排与数控编程带来许多不便，宜将局部分散的标注方法改为统一基准标注方法，由于数控加工精度及重复定位精度很高，统一基准标注方法不会产生较大的累积误差。3.1.2分析构成零件轮廓的几何元素条件 构成零件轮廓的几何元素条件是数控编程的重要依据。手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标，自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，如果某一条件不充分，则无法计算零件轮廓的节点坐标和表达零件轮廓的几何元素，导致无法进行编程，因此图纸应当完整地表达构成零件轮廓的几何元素。图2 分散基准标注方法 3.1.3 分析工件结构的工艺性 1）工件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸 如：同一轴上直径差不多的轴肩退刀槽的宽度应尽量统一尺寸，这样可以减少刀具的规格和换刀的次数，方便编程和提高数控机床加工效率。 2）工件内槽及缘板间的过渡圆角半径不应过小 过渡圆角半径反映了刀具直径的大小，刀具直径和被加工工件轮廓的深度之比与刀具的刚度有关，如图3a所示，当R0.2H时(H为被加工工件轮廓面的深度)，则判定该工件该部位的加工工艺性较差；如图3b所示，当R0.2H时，则刀具的当量刚度较好，工件的加工质量能得到保证。图3 内槽过渡半径 3）工件槽底圆角半径不宜过大 如图4所示，铣削工件底平面时，槽底的圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力就越差，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r (D为铣刀直径)，当D一定时，r越大，铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力相应减小。 4）分析零件定位基准的可靠性 数控加工应尽量采用统一的基准定位，否则会因工件的安装定位误差而导致工件加工的位置误差和形状误差。如果在数控机床上需要对工件调头加工，最好选用已加工的外圆或已加工的内孔作为定位基准。如果没有则应设置辅助基准，必要时在毛坯上增加工艺凸台或制作工艺孔，加工结束后再处理所设的辅助基准。图4 槽底的圆角半径 3.2 工艺路线设计数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与普通加工工艺衔接好。数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与普通加工工艺衔接好。数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题： 1工序的划分 根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： 1.1以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的工件，加工完后就能达到待检状态。 1) 以同一把刀具加工的内容划分工序。有些工