模具数控加工技术概述

1、 第章第章 模具数控加工技术概论模具数控加工技术概论1.11.1数控机床概述数控机床概述1.1.1 数控机床概念数控机床概念 1. 1. 数控机床数控机床(Numerical Control Machine Tool)(Numerical Control Machine Tool) 是采用数字控制技术是采用数字控制技术(Numerical Control)(Numerical Control)，以，以数字量作为指令信息，通过计算机控制机床的运数字量作为指令信息，通过计算机控制机床的运动及其整个加工过程的机械加工设备。动及其整个加工过程的机械加工设备。 1.1.1 1.1.1 数控机床概念数控机

2、床概念 2. 数控机床坐标系 采用笛卡尔直角坐标系定义数控机床的坐标系，规定了直角坐标系中X、Y、Z三个直线坐标轴和A、B、C三个回转坐标轴，其正方向用右手螺旋法则确定，如图1-1所示。图图1-1 1-1 右手笛卡尔直角坐标系右手笛卡尔直角坐标系 1.1.2 数控机床工作原理数控机床工作原理1.1.2 数控机床工作原理数控机床工作原理1.1.数控机床的构成数控机床的构成数控机床本体与普通机床本体一样主要包括主数控机床本体与普通机床本体一样主要包括主轴、工作台、刀架、床身。并有冷却、润滑等轴、工作台、刀架、床身。并有冷却、润滑等辅助装置。机床本体要求具有较高的刚度、抗辅助装置。机床本体要求具有较

3、高的刚度、抗震性强、热变形小、机械传动机构简单和传动震性强、热变形小、机械传动机构简单和传动链短。除机床本体外，数控机床有如下六大装链短。除机床本体外，数控机床有如下六大装置。置。 1.1.2 数控机床工作原理数控机床工作原理 2. 2. 数控机床的工作步骤数控机床的工作步骤1.1.3 数控机床与普通机床的区别数控机床与普通机床的区别数控机床除具备普通机床的功能外，其特点是数控机床除具备普通机床的功能外，其特点是加工精度高、效率高。加工精度高、效率高。1. 1. 加工精度高，加工质量稳定加工精度高，加工质量稳定2. 2. 工序相对集中，生产效率高工序相对集中，生产效率高3. 3. 柔性好、加工

4、自适应能力强柔性好、加工自适应能力强4. 4. 自动化程度高，减轻操作者劳动强度自动化程度高，减轻操作者劳动强度 1.1.4数控机床分类数控机床分类1.1.按运动轨迹控制方式进行分类按运动轨迹控制方式进行分类(1)(1)点位控制数控机床点位控制数控机床对机床移动部件从一个位置对机床移动部件从一个位置点移动到另一个位置点，不点移动到另一个位置点，不进给加工的定位控制，对两进给加工的定位控制，对两点运动轨迹的实现方式没有点运动轨迹的实现方式没有要求，机床各坐标轴的运动要求，机床各坐标轴的运动可以独立，也可以相关联可以独立，也可以相关联动，只要最后准动，只要最后准确移动到目标位置点的控制方式，如图确

5、移动到目标位置点的控制方式，如图1-51-5所示。点位控制的数控机床主要有数控钻床、数控冲所示。点位控制的数控机床主要有数控钻床、数控冲床、床、 数控坐标镗床等，对应的数控系统也称为点位数控数控坐标镗床等，对应的数控系统也称为点位数控系统。系统。 1.1.4数控机床分类数控机床分类 1.按运动轨迹控制方式进行分类按运动轨迹控制方式进行分类(1)点位控制数控机床点位控制数控机床(2)直线控制数控机床直线控制数控机床 直线控制数控机床又称为平行切削控制的数控机床。该直线控制数控机床又称为平行切削控制的数控机床。该控制方法除控制点到点的准确定位外，还控制点到点的控制方法除控制点到点的准确定位外，还控

6、制点到点的运动轨迹必须是与机床坐标轴平行的直线，且控制运动运动轨迹必须是与机床坐标轴平行的直线，且控制运动的速度。即直线控制数控机床一般可以有的速度。即直线控制数控机床一般可以有23个可控制个可控制的坐标轴，但系统同时只能控制一个，刀具是在所设定的坐标轴，但系统同时只能控制一个，刀具是在所设定的速度下沿预定的直线进给轨迹进行点到点的加工。的速度下沿预定的直线进给轨迹进行点到点的加工。这类机床包括简易的数控车床、数控镗铣床、数控磨床这类机床包括简易的数控车床、数控镗铣床、数控磨床等，对应的数控系统称为直线控制数控系统。直线控制等，对应的数控系统称为直线控制数控系统。直线控制数控机床常常具有刀具半

7、径和长度补偿功能，适合加工数控机床常常具有刀具半径和长度补偿功能，适合加工平面、矩型轮廓面和平行阶梯面的工件表面。平面、矩型轮廓面和平行阶梯面的工件表面。 (3)轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床又称为连续轨迹切削控制的数控机床，轮廓控制数控机床又称为连续轨迹切削控制的数控机床，又称多坐标联动控制的数控机床。其特点是可以同时连又称多坐标联动控制的数控机床。其特点是可以同时连续、关联控制两个或多个运动坐标方向上的位移速度和续、关联控制两个或多个运动坐标方向上的位移速度和进给加工轨迹。因此这类控制要求数控系统必须具有插进给加工轨迹。因此这类控制要求数控系统必须具有插补运算的功能，可以

8、加工曲线、曲面。补运算的功能，可以加工曲线、曲面。现代数控机床多数采用轮廓控制的数控机床，如数控车现代数控机床多数采用轮廓控制的数控机床，如数控车床、数控铣床、数控线切割机床、加工中心等。其相应床、数控铣床、数控线切割机床、加工中心等。其相应的的数控系统称为轮廓控制数控系统。的的数控系统称为轮廓控制数控系统。根据同时控制的联东坐标轴数，又可以将轮廓控制数控根据同时控制的联东坐标轴数，又可以将轮廓控制数控机床分为如下几种形式。机床分为如下几种形式。 2 2轴联动轴联动 同时可以控制同时可以控制2 2个轴个轴, ,如机床有如机床有X X、Y Y、Z Z三个坐标，三个坐标，2 2轴联动可以同轴联动可

9、以同时控制其中两个。时控制其中两个。如图如图1-8 1-8 加工直加工直线型母线曲面轮线型母线曲面轮廓，只要同时控廓，只要同时控制制X X、Y Y坐标。坐标。 图图1-81-8 图图1-9加工槽底面，只要控制加工槽底面，只要控制Z、X或或Z、Y坐标。坐标。 2轴半联动 用于3轴及以上的数控机床，其中2个轴(如X、Y坐标)联动，另一个轴(Z坐标)作周期性间歇进给。如图1-10在数控铣床上加工用行切法加工三维曲面。图1-10 3轴联动 就是X、Y、Z三个直线坐标方向的联动，或除同时控制其中两个直线坐标的联动外，还同时控制围绕某一坐标轴旋转的旋转坐标。例如在数控铣床或在加工中心上用球头铣刀加工如图1

10、-11三维曲面。图1-11 4轴联动 同时控制X、Y、Z三个直线坐标及某一旋转坐标的联动，用来加工叶轮或圆柱凸轮。如图1-12所示为同时控制X、Y、Z坐标与工作台绕Y轴旋转（B坐标）的4轴联动。图1-12 5轴联动 同时控制X、Y、Z三个直线坐标及两个旋转坐标（A、B、C旋转坐标中的任意两个）的联动，形成5坐标联动。这样，刀具可以向空间的任意方向进给加工。如加工图 1-13两种空间曲面，控制刀具同时绕X轴和Y轴两个方向摆动，使刀具切削方向保持与加工的曲面的切平面重合，提高加工表面的加工精度。采用5轴联动加工特别适用各种复杂空间曲面。图1-131.1.41.1.4数控机床分类数控机床分类2.按伺

11、服控制方式分类(1)开环控制数控机床这类机床的伺服驱动系统是开环的，没有检测反馈装置，采用步进电机驱动。数控系统每发一个脉冲指令，步进电机就转动一个步距角，结构简单，控制方便，价格便宜。由于数控系统发出的指令信号是单向的，机械传动的误差不能检测反馈，所以加工精度不高，加工稳定性差，是早期数控机床和现代经济型数控机床采用的控制系统。图1-14 是开环控制系统框图。图1-141.1.41.1.4数控机床分类数控机床分类2.按伺服控制方式分类 (2)闭环控制数控机床这类机床带有检测反馈装置，通过传感器直接对工作台的位移量进行检测，并将检测结果通过反馈装置反馈到输入端与输入信号进行比较，将误差值放大、

12、变换处理修正工作台向误差减少的方向移动，直到误差为零。闭环控制数控机床可以消除从电动机到机床工作台整个机械传动链中的传动误差，定位精度高，自动调节速度快。但由于整个控制环内，摩擦阻尼特性、刚性及装配间隙等非线性因素的影响，易于造成各种参数不匹配，引起系统振荡和不稳定，而且设计、调节比较复杂，成本高。因此，闭环控制方式用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、精密数控磨床等。图1-15为闭环控制的系统框图。图1-151.1.41.1.4数控机床分类数控机床分类2.按伺服控制方式分类(3)半闭环控制数控机床大多数数控机床采用半闭环伺服系统。这类数控机床是将检测传感器直接安装在伺服电机的轴端或安

13、装在丝杠的的端部，以测量电机输出轴旋转位移角或丝杠旋转位移角。因为大部分机械传动装置未包括在闭环系统内，所以称为办闭环控制系统。虽然不能检测补偿机械传动装置的传动误差，但有些可以通过软件定值补偿适当校正（如补偿丝杠传动的反向间隙）提高传动精度，而且设计、调整比闭环系统简单方便得多，得到广泛应用。图1-16 为半闭环控制的系统框图。图1-16 1.1.4数控机床分类数控机床分类 3.按加工工艺类型分类(1)普通数控机床这类数控机床与传统的通用机床有相似的加工工艺特性，品种、类型繁多。如数控车、铣、镗、钻、磨床等。(2)数控加工中心与普通数控机床比较，另带有自动换到装置和刀具库，工件一次装夹后，加

14、工中可以自动更换各种刀具，自动连续完成在普通数控机床上需要多个工序的加工过程。如镗铣加工中心、车削加工中心等。(3)金属成型数控机床指通过挤、拉、压、冲等工艺方式使材料成型的数控机床。如数控冲床、数控弯管机、数控折弯机、数控旋压机等。(4)特种加工数控机床如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床等。另外，数控机床还可以按数控系统功能水平及相应的主要技术指标分为高、中、低三档。这种分法是相对的，不同时期划分的标准不同。 加工中心加工中心 数控铣床数控铣床 数控车床数控车床数控机床分类数控机床分类立式加工中心立式加工中心 数控机床分类数控机床分类立式龙门加工中心立式龙门加工中心（高速

15、加工技术）（高速加工技术） Application Case StudyAnwendungsbeispielComponent:Darstellung:Machine:Maschine:Material:Werkstoff:Pressure-die for automobile wheel rimsPresswerkzeug fr Automobil-FelgenDMC 70V hi-dynTool Steel 1.2344 / hardness: 38 - 42 HRCWerkzeugstahl 1.2344 / Hrte: 38 -42 HRC12 MB12 MBRa 0,1 mRa 0,

16、1 m10 hours10 StundenProgramm length:Programmlnge:Quality of surface:Oberflchengte:Total time:Bearbeitungszeit:高速铣加工的零件高速铣加工的零件数控机床的特点和应用范围1 数控机床的特点（1）具有复杂形状加工的能力（2）高质量（3）高效率（4）高柔性（5）改善劳动条件（6）有利于生产管理现代化2数控机床的应用范围（1）多品种小批量零件；（2）形状复杂（如用数学方法定义的复杂曲线、曲面轮廓）、加工精度要求高的零件； （3）需频繁发型的零件； （4）价值高的零件；（5）需最小生产周期的急需

17、零件。1.1.5 1.1.5 数控机床的主要技术性能指标数控机床的主要技术性能指标1.精度指标 (1).分辨率与脉冲当量 对测量系统来说，分辨率是可以测量的最小增量；对控制系统来说，分 辨率是可以控制的最小位移量。脉冲当量是数控机床设计的原始参数， 表示数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的位移量。 脉冲当量数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量，脉冲当量越 小，机床加工精度和加工表面质量越高。精密数控机床的脉冲当量小于 0.1um, 分辨率可以达到0.001um。 (2) 定位精度与重复定位精度 定位精度是指机床移动部件移动到实际位置与理想位置的定位误差。定 位误差包括伺服系

18、统、检测系统、进给系统的误差以及机床移动部件的 几何误差等。定位误差直接影响零件加工的定位精度。 重复定位精度是指在同一机床，应用同一程序加工一批零件，所得到连 续定位误差结果的一致程度。重复定位精度影响一批零件加工精度的一 致性，是非常重要的技术指标。重复定位精度受数控机床伺服系统稳定 性、传动副间隙及机床刚性等因素影响。 (3) 分度精度 指分度工作台分度时，实际回转的角度值与理论要求回转的角度值的误 差为分度精度。1.1.5 数控机床的主要技术性能指标数控机床的主要技术性能指标2.加工性能指标(1)机床主轴的最高转速和最大加速度该项指标是影响加工效率，表面加工质量和刀具使用寿命的主要因素

19、之一。(2)最快位移速度和最高进给速度最快位移速度是进给轴在非加工状态下的最高位移速度。最高进给速度是进给轴在加工状态下的最快移动速度。它们也是影响零件加工质量、生产率、刀具使用寿命的主要因素。它们受数控系统运算速度、机床动态特性及工艺系统刚度等因素的制约。 1.1.5 数控机床的主要技术性能指标数控机床的主要技术性能指标3.可控轴数和联动轴数可控轴数指数控系统可以控制的机床坐标轴数目。数控机床可控制的轴数与数控系统装置的运算能力、数字处理能力及内存容量有关。最高级的数控装置可以控制24轴，联动轴数指机床的数控装置控制坐标轴达到空间某一点的坐标数目。常用的数控机床有2轴联动到5轴联动。2轴半联

20、动是指可控轴为3轴，而联动轴为2轴的数控机床。1.1.5 数控机床的主要技术性能指标数控机床的主要技术性能指标4.运动性能指标(1)主轴转速 数控机床的主轴转速直接影响机床的加工效率和加工精度，要求具有高的最高转速和宽的调速范围。目前数控机床的主轴转速可以达到500010000 r/min，高速数控机床主轴转速可以达到100000 r/min。(2)进给速度进给速度也直接影响零件的加工质量、生产效率和刀具的使用寿命。(3)坐标行程数控机床移动部件在各坐标轴方向的行程大小构成机床的空间加工范围，决定了加工零件的大小。坐标行程是体现机床加工能力的指标参数。 (4) 摆角范围 具有摆角坐标的数控机床

21、，摆角的大小直接影响零件加工的空间范围。摆角大小受机床刚度制约，摆角太大，机床设计困难。 (5) 刀库容量和换刀时间 加工中心的刀库容量和换刀时间直接影响加工中心的生产效率。刀库容量指刀库能存放刀具的数目；换刀时间指使用完的刀具自动从机床上卸下送回刀库到从刀库中取出另一把刀具安装在机床上所需要的时间。目前中小型加工中心刀库容量在1260把，大型加工中心可以达到100把以上；多数加工中心的换刀时间在1020 s, 而一些高效先进的加工中心的换刀时间只需几秒种。1.2 数控加工工艺基础数控加工工艺基础数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。1.2.1 数控加工工艺特点数控

22、加工工艺特点 1.工艺设计严密性2. 工艺内容具体性3. 加工注重适应性 1.2.2 数控加工工艺设计的内容数控加工工艺设计的内容 1.工艺设计的内容 (1)选择适合在数控机床上加工的零件待加工表面，确定工序加工内容。(2)根据零件图样上技术要求，确定加工方案，制定数控加工工艺路线（包含与非数控加工工序的衔接等）。(3)分配加工余量。(4)工序、工步设计。选择零件的定位基准，确定夹具、辅具方案，选择刀具及切削用量等。(5)编程的相关计算。工件坐标系、编程坐标系的建立，对刀点和换刀点的选取，刀具补偿等。(6)处理数控机床及数控系统的工艺指令。(7)编制加工程序。(8)首件试切加工，检验程序。 (

23、9)工艺文件归档。 不同的数控机床所须的工艺文件的内容有所不同。一般应提供基本数控加工工艺文件有： 编程任务书 数控加工工序卡片 数控机床调整单 数控加工刀具卡片 数控加工进给路线图 数控加工程序单1.2.2 数控加工工艺设计的内容数控加工工艺设计的内容2.工艺适用性分析并非是所有的零件都适合数控加工，对于一个或一批零件是否适合数控加工，可以按其工艺适应程度确定。(1)最适应数控加工类此类零件都应采用数控加工，可不必过多考虑加工效率和加工经济性，只注重考虑加工的可能性。 形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然可以加工但加工效率低或难以保证加工质量要求。 用数学可以描述的复杂曲线和曲

24、面。 进给难控制，尺寸难测量的加工面 定位精度较高，须一次装夹合并完成的铣、镗、钻铰、攻螺纹等多工序的零件。(2)较适应数控加工类 此类零件即要考虑其可加工性，还要注重加工的效率和经济性。一般将数控加工作为优先选择方案。 在通用机床上加工易受人为因素干扰，且零件材料价值高，一旦加工质量失控将早成较大的经济损失的零件。 在通用机床上加工必须设计制造复杂专用工艺装备的零件。 在通用机床上加工和调整时间长的零件。 在通用机床上加工，生产率低或劳动强度大的零件。1.2.2 数控加工工艺设计的内容数控加工工艺设计的内容3.零件工艺性分析从数控加工的可能性和经济性出发，数控加工的工艺性分析应主要考虑如下几

25、个方面。 (1)零件尺寸标注尽量符合基准重合原则适于数控加工的零件，其零件图上的每一坐标方向上的尺寸应以同一基准引注或按坐标尺寸标注。这样便于协调设计基准、工艺基准的重合及编程原点的设定和计算，方便加工程序的编写。 (2)零件轮廓计算机造型的几何条件要充分加工零件的计算机轮廓造型是自动编程的基础，对够成零件表面轮廓必须做准确的几何定义，给定充分的几何条件，否则无法构造准确的零件造型，也就无法正确生成加工程序。 (3)零件的各加工部位的结构应符合数控加工的工艺性特点首先考虑是否保证表面精度和尺寸公差的要求。尽量减少刀具类型或规格，减少换刀次数。尽量选用较大直径的刀具提高加工效率和表面加工质量。加

26、工型腔和槽面的精加工，应根据槽底的圆角半径合理选择刀具的直径。1.2.3 数控加工方法选择及加工数控加工方法选择及加工 方案的确定方案的确定1.数控机床的选择数控机床的选择数控机床的选择，一般有两种情况。一是根据零件图样和毛坯的类型选择适合该零件加工的数控机床；二是企业有自己的数控机床，要根据该机床的功能选择适合加工的零件。零件的类型和加工的内容决定了数控机床的选择和加工方法的选择。如由直线、圆弧和曲线为边界构成的平面轮廓，一般在两坐标联动的数控铣床上加工；三维曲面轮廓采用三坐标联动或三坐标以上联动的数控铣床或加工中心加工。 1.2.3 数控加工方法选择及加工方案的数控加工方法选择及加工方案的

27、 确定确定2.加工方法选择平面数控车、铣、磨；曲面数控铣、数控车、加工中心；孔数控车、数控钻（钻、扩、铰）、数控镗；大直径的孔也可以采用圆弧插补的方式进行铣削加工；螺纹的加工视孔径大小，M5M20的螺纹，常采用钻孔后攻丝的方法加工。M25以上的螺纹可采用镗削加工。数控加工也可分粗精加工，对于铣平面，粗铣的尺寸精度在IT12IT14, 表面粗糙度Ra值达12.5 um; 经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT7，表面粗糙度Ra值达1.63.2 um。同一加工内容，可能有不同的加工方法，但加工方法的选择原则是首先保证加工表面精度和尺寸精度的要求，并结合零件的形状、材料、热处理等全面考虑。例如，对于IT

28、7级精度的孔采用镗削、铰削或磨削都能达到精度要求，但如果是箱体上的孔磨削很不方便，镗削更适合箱体上孔的加工。但如果是箱体上直径较小的孔，只能靠铰削加工。此外，加工方法的选择还应考虑加工的经济性和加工效率，还要适应企业生产设备及技术水平的实际。1.2.3 数控加工方法选择及加工数控加工方法选择及加工 方案的确定方案的确定3.加工方案确定加工方案确定零件加工方案的确定是根据主要加工表面的精度和表面粗糙度要求决定的。首先，要确定这些加工表面的精加工方法，再往前推导保证精加工工序要求的前道工序加工方法，依此类推，从而制定出从毛坯到最终加工成品的加工方案。 加工方案的确定首先是要保证被加工零件图纸的精度

29、和表面粗糙度要求，其次还要考虑加工方法的经济性。 从模具制造的特点看，数控加工多是单件或小批量生产，除特殊复杂或大型模具外，大多的模具加工件采用2.5轴或3轴控制的数控机床加工。在这类机床上加工曲面常采用球头铣刀，铣刀的直径和控制走刀的步长都将影响加工精度和加工效率。如图1-17所示，设球头刀半径为r，零件上加工曲面的曲率半径为，行距为s,加工后表面残留高度为H，则它们之间的关系为 当被加工曲面为凸面时，式中取“+”号，为凹面时，取“-”号。在实际应用时，常常是根据表面粗糙度要求，先确定允许的残留高度，再计算行距、步长。1.3 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 1.3.1 工序及工艺过程工序及

30、工艺过程1.工序划分原则工序集中是数控机床加工的特点，在数控加工中，一次装夹应尽量完成大部分的加工。数控机床加工的工序划分应遵循以下原则。(1)加工内容划分工序如果零件上有内腔、外型、有曲面、平面、各种孔，加工内容较多，要根据零件的这些结构特点，将加工内容分成若干类别；然后，选择机床，根据机床的加工功能合理划分、整和工序加工内容，并结合机床的类型，确定正确的定位、夹紧方案。(2) 按所用刀具划分工序数控机床的加工功能与所使用的刀具是相对应的。改变所使用的刀具，可能意味着必须改换机床，也就意味着要增加一个工序。但在加工中心进行数控加工，由于其复合的加工功能，在同台设备上，一次安装可以加工多种类型

31、的零件结构，可以使用多种类型的刀具，相对具有工序更加集中的特点。应该注意的是，工序过分集中，工序加工内容过多，所需要的加工程序也会很大，会增加程序的出错率，查错检索时间长，修改困难。同时程序太大，也受数控系统内存容量，机床可允许连续工作时间的限制。（3）按粗、精加工划分工序当零件的加工质量要求较高时，一般须将加工过程划分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。在数控加工中要划分粗加工工序、精加工工序（经常将半精加工和精加工合并为一个工序）。粗加工主要是高效地切除加工表面上的大部分材料，使毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。半精加工目的是为了切除粗加工留下的误差，是为精加工作准备，并可完成次要表面的加工

32、，如钻孔，攻螺纹，铣键槽等。精加工目的是使重要表面达到零件图规定的加工质量要求。(4) 工序先后顺序划分 先加工定位基准面，再加工其它表面。 先加工主要表面，后加工次要表面。 先粗加工，后精加工。 先加工平面和曲面，后加工孔。另外，为改善工件切削性能安排的退火、正火、调质等热处理工序，要安排在切削加工前进行；为消除工件内应力安排的热处理工序（如人工时效、退火等），且零件加工精度要求较高的工件，最好安排在粗加工工序之后进行，加工精度要求不高，也可安排在粗加工之前；为改善工件材料力学性能的热处理，如淬火、渗碳淬火等，一般安排在半精加工和精加工之间进行。1.3.1 工序及工艺过程工序及工艺过程2.加

33、工路线的确定加工路线是指在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。它是加工编程的依据，直接影响加工质量和加工效率。所以在确定加工路线时应考虑如下几点。(1) 要首先保证零件加工的精度和表面质量，尽量提高加工效率。(2) 减少编程时间和编程量。(3) 减少空刀运行时间，避免刀具与工件碰撞及在工件表面上停刀。(4) 对于位置精度要求高的孔系加工，应避免机床的反向间隙影响孔间的位置精度。如图1-18 (a) 所示，4-30H7 孔系有较高的位置精度要求，采用图1-18 (b) 方案时，由于IV孔与I孔、II孔、III孔定位方向相反，X向的反向间隙产生定位误差，直接、间接影响IV孔与III孔的位置

34、精度。如果采用图1-18 (c) 中的方案，在工件外增加一个刀具折返点，保证各孔加工的定位方向一致，可以避免反向间隙误差的影响（5）复杂曲面加工要根据零件的精度要求和曲面特点、加工效率等因素确定加工路线，是行切，还是环切；是等距切削，还是等高切削。1.3.1 1.3.1 工序及工艺过程工序及工艺过程3.加工余量的确定加工余量分毛坯余量和工序余量，毛坯余量等于中间工序余量之和。毛坯余量指毛坯实体尺寸与零件图纸尺寸之差；工序余量指一个工序所去除的材料尺寸。毛坯余量的大小对零件的加工质量和加工的经济性有很大的影响，余量过大会造成原材料和机械加工工时的浪费，使成本上升。工序加工余量过小，不能消除上道工

35、序留下的各种误差，易于造成废品。所以，应根据毛坯制造精度以及零件的精度，合理确定毛坯余量，合理分配工序余量。在划分粗加工和精加工的数控加工中，首先确定各工序余量后，再根据毛坯制造精度计算毛坯余量。 1.3.1 工序及工艺过程工序及工艺过程 3.加工余量的确定加工余量的确定 (1) 工序余量确定原则： 最小加工余量的原则:根据工序加工方法和加工条件，在保证工序加工精度的条件下，以缩短加工时间，降低加工费用为目的，采用最小加工余量的原则。 在确定加工余量时，还必须考虑： 零件的大小。工件越大，加工余量越大。 切削力及变形的大小。切削力越大，产生的变形也大，加工余量也应加大。 1.3.1 工序及工艺

36、过程工序及工艺过程3.加工余量的确定(2) 工序余量确定方法 查表法查表法指通过查阅机械加工工艺相关的技术手册来确定工序余量。手册中的数据是竟生产实践、实验研究所积累的，是常用的工序余量确定方法。在查阅手册选择工序余量时，一般要结合用户的生产实际情况，对其进行适当的修改，再进行应用。 经验估算法经验估算法是工艺设计人员根据经验和本企业的生产条件所确定的加工余量。由于往往担心因余量过小而产生废品，经验估算法的数值总是偏大。这种方法可应用于单件小批量的生产。 计算法计算法是针对特定的加工对象，首先对其进行加工的机械性能和影响加工余量的因素分析，确定加工余量的计算方法，建立加工余量的计算公式，初步确

37、定加工余量。然后进行试验加工，根据加工结果，对余量计算公式进行修改，再实验，再修改，直到合理准确为止，从而建立加工余量的计算方法或计算公式。这种方法特别适合于十分贵重的材料加工，在一般材料加工中应用很少。 表1-1 平面精加工的余量 mm加工方法加工面长度加工面宽度100100300300100余量公差余量余量公差余量精铣1001.0+0.31.5+0.52+0.71003001.2+0.41.7+0.62.2+0.830010001.5+0.52+0.72.5+1.0100020002+0.72.5+1.23+1.2精加工后未经校正的磨削1000.3+0.10.4+0.12_1003000.

38、35+0.110.45+0.130.5+0.1230010000.4+0.120.5+0.150.6+05+0.150.6+0.150.7+0.15精加工后经打表或夹具校正的磨削1000.2+0.10.25+0.12_1003000.22+0.110.27+0.130.3+0.1230010000.25+0.120.3+0.150.4+03+0.150.4+0.150.4+0.15注：热处理后磨削的加工余量应将表中的余量值乘以1.2。 对于孔的加工，常采用钻、扩、铰加工方法，直径大的孔，一般在毛坯上直接生成毛坯孔，可以采用镗削扩孔精镗或磨削加

39、工达到最终要求。 为满足工艺要求，一般孔设计时尽量做到孔的长度与直径比5。常用孔的公差带代号为H7H13。钢类材料孔加工的方法及对应的余量可参考表1-2到表1-4。 表1-2 常用基准孔加工方法基准孔类型直径（mm）毛坯上没有毛坯孔的加工方法毛坯有毛坯孔的加工方法H13、H12直径40一次钻孔可以满足要求直径80 粗扩（车、钻、镗）H1110一次钻孔可以满足要求1030钻孔+扩孔钻3080钻孔+扩孔（钻、车、镗）粗扩（钻、车、镗）+半精扩H10、H910钻孔+铰孔1030钻孔+扩孔钻+铰孔3080钻+扩（钻、车、镗）+铰孔或半精镗扩孔（钻、车、镗）12次+半精扩或铰H8、H710钻孔+铰孔（1

40、2次）1030钻孔+扩孔钻+铰孔（12次）3080钻孔+扩孔+铰孔（12次）或精镗扩孔（钻、车、镗）2次+精扩或精铰 1.3.2 刀具的选择刀具的选择 刀具选择与被加工材料、加工工序内容、机床的加工能力、切削用量等有关。总的选择原则是适用、安全、经济。使用是要求所选择的刀具能实现切削加工的目的和加工精度；安全是指刀具要具有足够的刚度、强度和硬度，保证刀具必要的使用寿命；经济是指用最小的刀具成本完成加工目的。刀具的主要技术指标是刀具的制造精度和刀具寿命，它们刀具选择与被加工材料、加工工序内容、机床的加工能力、切削用量等有关。总的选择原则是适用、安全、经济。使用是要求所选择的刀具能实现切削加工的目

41、的和加工精度；安全是指刀具要具有足够的刚度、强度和硬度，保证刀具必要的使用寿命；经济是指用最小的刀具成本完成加工目的。刀具的主要技术指标是刀具的制造精度和刀具寿命，它们的高低与刀具的价格成正比。加工同一结构，选择耐用度和精度高的刀具必然增加刀具成本，但也可以加工的质量和效率提高，从而使加工总成本降低，加工效益更高。一般情况下，加工切削低硬度金属选择高速钢或硬质合金刀具，切削高硬金属，必须选用硬质合金或强度更高的刀具。 1.3.2 刀具的选择刀具的选择 数控加工的刀具从构造上可以分为整体式、镶嵌式两数控加工的刀具从构造上可以分为整体式、镶嵌式两种类型，镶嵌式又分焊接式和机夹式。从制造的材料种类型

42、，镶嵌式又分焊接式和机夹式。从制造的材料分，数控加工的刀具有高速钢刀具、硬质合金刀具、分，数控加工的刀具有高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等。陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等。 重点介绍在数控加工常用的刀具形状、加工特点。重点介绍在数控加工常用的刀具形状、加工特点。 1.3.2 刀具的选择刀具的选择1.面铣削刀具面铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶等。面铣刀切削刃多制成套式镶齿结构分布在面铣刀的圆周表面和端面上，如图1-19 所示。刀齿采用硬质合金或高速钢材料，刀体为40Cr。硬质合金面铣刀允许的铣削速度较高，加工效率高，加工质量也比高速钢面铣刀好，应用广泛

43、。图1-19所示为可转位式硬质合金面铣刀，可转位刀片通过夹紧元件夹固在刀体上，当一个切削刃磨钝后，可将刀片转位或更换新的刀片。1.3.2 刀具的选择刀具的选择2.立铣刀立铣刀 立铣刀主要用于在铣床上加工立铣刀主要用于在铣床上加工凹槽、台阶面等。凹槽、台阶面等。立铣刀的结构如图立铣刀的结构如图1-20所示。所示。切削刃分布在刀头的切削刃分布在刀头的端面和圆端面和圆柱面上，端刃和周刃可以同时柱面上，端刃和周刃可以同时切削，也可以单独切削，端刃切削，也可以单独切削，端刃用来加工底平面，周刃用来加用来加工底平面，周刃用来加工侧立面。工侧立面。立铣刀分两刃、三刃和四刃立立铣刀分两刃、三刃和四刃立铣刀。铣

44、刀。1.3.2 刀具的选择刀具的选择3.键槽铣刀键槽铣刀键槽铣刀用于在立式铣床上加工普通平键的键槽等。其形状与两刃立铣刀相似，如图1-21所示。键槽铣刀不用预钻工艺孔直接轴向进给到槽深，再沿键槽方向铣出键槽全长。 1.3.2 刀具的选择刀具的选择4.模具铣刀模具铣刀是在立式铣床上加工模具小型型腔和空间曲面的立式铣刀。按切削部位形状分圆锥形立铣刀(如图1-22所示)和圆柱球头立铣刀、圆锥球头立铣刀(如图1-23所示)；按刀柄形状分直柄和锥柄立铣刀。如图1-24分别是可转为球头立铣刀和可转位圆刀片铣刀。可转为球头立铣刀、圆刀片铣刀圆锥形立铣刀 圆柱球头立铣刀、圆锥球头立铣刀 1.3.2 刀具的选择

45、刀具的选择5.镗孔刀镗孔是加工中心上加工孔的常用方法。常用的镗刀有两种类型：微调镗刀和可调双刃镗刀，如图1-25和图1-26所示。微调镗刀适用于精镗孔，可调双刃镗刀由于双刃同时参与切削近给量高加工效率高，可以消除切削力对镗杆的影响，用于镗大孔。镗孔与钻扩铰工艺比，具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔的轴线偏斜误差，而且能使所镗孔与定位表面保持高的定位精度。镗孔工艺范围应用广，可以加工各种不同尺寸、不同精度等级的孔。对于孔径较大、尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎是唯一的加工方法。 微调镗刀可调双刃镗刀 1.3.2 刀具的选择刀具的选择6.钻削刀具钻削刀具在数控钻床和数控铣床

46、上采用钻扩铰方法加工较小直径的孔。为便于排屑和冷却，避免刀具折断，钻削加工的孔的深度应不大于孔直径的5倍。钻削刀具一般采用高速钢或硬质合金制造的整体式麻花钻，如图1-27所示。1.3.3 切削用量选择切削用量选择1.选择原则如图1-29所示，切削用量包括切削速度vc、进给速度vf 、 背吃刀量ap。 合理选择切削用量对于保证加工精度、充分发挥机床功能、提高生产效率有重要关系。选择的基本原则：粗加工以提高生产效率为主；精加工以保证加工精度为主。切削用量选择的顺序是吃刀量进给量切削速度。1.3.3 切削用量选择切削用量选择2.背吃刀量和行距背吃刀量ap是一次走刀中已加工表面与待加工表面间的距离。在

47、加工系统刚度允许并为精加工留足必须的余量的条件下，增大背吃刀量是粗加工选择的原则。在数控铣削加工中，粗加工背吃刀量6 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值为12.525 m ；半精加工背吃刀量取0.52 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值可达3.212.5m ；精加工背吃刀量取0.21 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值可达0.83.2 m 。在数控铣削加工中，采用行切或环切，两行或两环间的距离称为行距，如图1-17中的S 。可见粗加工中，增大行距可以提高生产效率。使用平底立铣刀的行距一般取(0.60.9)2R，如图1-30 中r=0的端刀。使用带圆角r的平底刀行距取(0.80.9)d, d=2

48、R-2r ；如图1-30 中rR的端刀。球头刀，图1-30 中r=R，一般只用于精加工，其行距由要求达到的精加工精度，特别是表面粗糙度决定。立铣刀刀头部区别1.3.3 切削用量选择切削用量选择3.进给量进给量f是工件或刀具转一周(或往复一次)在进给方向上的相对位移量，其单位是mm/r(或mm/双行程)。单位时间内的进给量为进给速度vf 。对于铣刀、铰刀、拉刀等多齿刀具，还规定每刀齿进给量fz ,单位是mm/z 。进给速度vf 、进给量f与每齿进给量fz的关系为： vf=nf=nzfz z为刀齿数, n为刀具转速r/min。在数控铣削加工中常选择每齿进给量fz 作为确定铣削进给量的基本参数。fz

49、由工件材料的加工性能、加工的表面粗糙度要求、使用刀具的材料等因素决定。基本原则是：工件材料硬度越高，fz值越小；反之越大。铣刀的每齿进给量fz可参照表1-5 选取。 表1-5 铣刀每齿进给量fz mm/z铣刀类型工件材料高速钢镶刃刀硬质合金镶刃刀面铣刀圆柱铣刀端铣刀平铣刀铸铁0.30.10.20.070.050.2可锻铸铁0.30.090.150.070.050.2低碳钢0.30.090.120.070.050.2中碳钢、高碳钢0.20.080.150.060.040.15铸钢0.20.080.10.070.050.15镍铬钢0.150.060.10.050.020.1高镍铬钢0.10.050

50、.10.040.020.1黄铜0.030.210.20.070.050.2青铜0.030.10.150.070.050.15铝0.020.10.10.070.050.1铝硅合金0.180.10.10.070.050.1镁铝锌合金0.150.080.10.070.040.1铝铜镁合金0.020.10.10.070.050.15铝铜硅合金0.020.10.10.070.050.151.3.3 切削用量选择切削用量选择4.切削速度切削速度切削速度vc是切削刃相对于工件主运动的速度。计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的点进行计算。主运动为旋转运动时，切削速度按下式计算： vc=d n/1000式中

51、d工件(或刀具)的最大直径,mm; n工件(或刀具)的转速r/s或,r/min。工件材料和刀具材料是影响切削速度的主要原因，但最主要的是刀具材料。表1-6给出不同刀具材料及对应最高许用切削速度的参考值。表1-6 刀具材料与最高切削速度刀具材料高速钢硬质合金工具钢涂层陶瓷CBN氮化硼金刚石最高切削速度（mm/min）5015025030010001000 表1-7 螺纹攻丝的切削速度 m/min工件材料钢及合金钢铸铁铝及合金铝切削速度1.552.5515表1-8 镗孔切削用量(切削速度mm/min、进给量mm/r)工序工件材料铸铁铜铝合金刀具材料切削速度进给量切削速度进给量切削速度进给量精镗高速

52、钢0.080.150.20.060.1硬质合金70900.120.15100130150400半精镗高速钢20350.150.4515500.150.51002000.20.5硬质合金577090130粗镗高速钢20251215300.31.21001500.51.5硬质合金30355070100250表1-9 高速钢钻头钻孔的切削用量(切削速度mm/min、进给量mm/r)工件材料牌号或硬度切削用量钻头直径1661212222250钢35、45切削速度825进给量0.050.10.10.20.20.30.30.45合金钢切削速度818进给量0.030.080.080.150.150.250.

53、250.3515Cr、20Cr切削速度1230进给量0.050.10.10.20.20.30.30.45铸铁HB160200切削速度1624进给量0.070.120.120.20.20.40.40.8HB200300切削速度1018进给量0.050.10.10.180.180.250.250.4HB300400切削速度512进给量0.030.080.080.150.150.20.20.3铝铝合金切削速度2050进给量0.030.150.050.40.080.50.081.0铜黄铜、青铜切削速度6090进给量0.060.120.120.20.20.350.250.75硬青铜切削速度2545进给量

54、0.050.120.080.150.10.20.20.51.4 数控系统数控系统 1.4.1 数控系统的工作过程及功能数控系统的工作过程及功能 数控系统的工作过程如下： 1输入 输入给数控系统的有零件加工程序、控制参数和补偿数据等。 2译码 输入的程序段含有以下信息 零件的轮廓信息：零件几何元素的起点、终点、圆弧的圆心或半径、直线或圆弧等； 要求的切削用量、使用的刀具、工具等； 主轴的转速大小、及转速控制等信息； 其他一些辅助信息如：冷却液的开关、用正反转等。 3数据处理 数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算和辅助功能的处理。 4插补 所谓插补就是根据给定的曲线类型（如直线、圆弧、或高次曲线）、起点、终点、以及速度，在起点和终点之间进行数据点的密化，增加若干点的数据。计算机数控系统的插补功能主要由软件实现，目前主要有两种插补方法：一是脉冲增量插补，它是特点是每次插补运算结束产生一个进给脉冲增量插补；二是数字增量插补，它