数控加工工艺 课件全套0-10 绪论 - 箱体件的数控加工工艺及夹具设计

数控加工工艺新编21世纪高等职业教育精品教材·装备制造类绪

论

项目导读：介绍了机械制造业和传统机械制造的基础知识，对现代数控加工工艺系统的组成进行分析，阐述了数控加工技术的基本特点，并对数控加工面向的生产对象，从单工序加工到多工序制造进行介绍，介绍了智能制造技术的特点和未来的发展趋势，同时给出了课程教学内容和要求、学习方法建议，供学习者在本教材学习过程中参考。1、制造业

制造业是涉及经济社会最为广泛的领域，涵盖了从原材料加工到最终产品的生产全过程。现代企业汽车制造装配生产线

制造业也可划分为加工制造业和装备制造业两大类：

（1）加工制造业最明显的特点是标准化、大批量和生产线。

（2）装备制造业是为经济各部门进行简单再生产和扩大再生产提供装备的各类制造业的总称。电气化自动化数字化智能化制造业趋势：先进机器人增材制造赛博系统大模型大数据分析云生态系统互联与标准化软件和系统创新工艺方法仿真工程自主系统人机协作制造业发展的大趋势：来源：刘强编著《智能制造技术概论》2、机械制造

机械制造是利用各种机械设备对产品进行生产制造。广义上机械制造业实际就是制造业的代名词，严格上来说，机械制造业是制造业发展提供必备的技术基础，如机床就被称之为工业母机。（1）传统机械制造主要依赖于人力和简单的机械设备来完成生产过程。

普通车床

摇臂钻床

立式铣床

卧式铣床（2）现代机械制造则采用了更多先进的技术和方法，提高了生产效率和产品质量。现代数控机床（NumericalControl，简称NC；ComputerNumericalControl，简称CNC）数控车床立式加工中心数控龙门铣床卧式镗床数控镗床从数控（CNC）技术的发展和在制造业中的应用，到数控加工中心、柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell，简称FMC）、柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，简称FMS）到计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem，简称CIMS）的逐渐成熟和应用。其特点是自动化程度高、计算机技术广泛应用、大数据与人工智能逐步融入、精益生产与敏捷制造等先进管理成熟、市场应变能力更强等。柔性制造单元柔性制造系统二、数控加工工艺系统组成数控加工工艺系统是由毛坯（或工件）、机床、夹具、刀具和量具等部分组成。

数控加工工艺系统图1、数控机床

数控机床是数字控制机床，简称CNC机床或NC机床，是由数控装置、伺服控制及测量反馈系统、机床本体等部分组成。

数控机床根据有无测量反馈系统，分为开环系统数控机床（电机采用步进电机，无测量反馈装置）、半闭环系统数控机床（电机采用伺服电机，测量反馈装置安装在驱动电机端）和全闭环系统数控机床（电机采用伺服电机，测量反馈装置按照在执行部件的末端）。2、刀具

刀具是实现金属切削加工的工具，刀具对毛坯工件按照数控机床程序控制的要求，通过切削运动完成加工动作，使得毛坯工件最终加工成符合图纸要求的产品零件。（本书项目一部分将详细介绍。）各种类型的金属切削刀具3、夹具

夹具是保证装夹的工件在数控机床上，相对于刀具占有正确的位置，并在加工过程中不受工件自身重力、切削力、惯性力等外力影响而始终保持位置不变的工艺装置。随着数控加工技术的发展，利用计算机辅助手段开展夹具设计技术，即计算机辅助夹具设计（ComputerAidedFixtureDesign，简称CAFD），推动传统夹具也向数控夹具方向发展，夹具的基本知识和原理。

在本书项目三部分将详细介绍。虎钳三爪卡盘通用夹具专用夹具组合夹具4、工件

工件是毛坯和零件的统称，是数控加工的对象。根据工件形状特征进行分类，可分为轴类、轴套类、板件类、异形类和箱体类等，因此，数控加工有数控车、数控铣、加工中心，包括钻、铰、镗、磨等加工。

本书第二篇分别对其典型工艺及夹具设计进行详细介绍。三、现代数控加工技术简介

现代数控加工技术与传统机械制造技术理论基础是相通的，因此，本书的第一篇通过三个项目详细介绍了数控刀具基础知识、数控加工工艺基础知识、数控夹具基础知。所不同的是数控加工技术融合了计算机技术等信息化手段，使得数控加工自动化程度高、加工质量稳定、加工精度高、生产效率高、柔性化好，但数控加工设备及配套的刀、量和夹具等使用和维护费用高等特点。现代数控加工技术的特点包括以下几方面：1、数控加工的工序安排相对集中

2、数控加工工艺内容要求更加详细3、数控加工需要进行图纸的精确几何计算4、刀具和夹具的选择是工序划分的重要依据

数控加工工艺是按照工序集中的原则进行规划设计。工序集中原则就是组成数控加工工艺过程的每道工序内容尽可能的多，由若干道工序即可组成一套完整的数控加工工艺。四、单道工序与多工序制造系统1、单道工序

工序是指一个(或一组)工人在一个工作地对一个(或几个)

劳动对象连续进行生产活动的综合，是组成生产过程的基本单位。单道工序就是生产过程中的一道次序的加工内容。

在数控加工工艺设计过程中，为了充分发挥数控机床加工性能，尽量采用单道工序即可完成零件所有表面的加工，即单道工序形成了零件的一套完整数控加工工艺，这也充分体现数控加工工序集中原则的主要特点。2、多工序制造系统

多工序制造系统是涉及数控加工设备、夹具装置、刀具、测量装置等复杂的系统。零件加工工艺设计基本流程五、智能制造技术简介

智能制造是由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，在制造过程中能够进行分析、推理、判断、构思和决策等智能活动。智能制造技术集成了智能化设计与制造、智能装备、工业机器人、工业物联网、人工智能、大数据、智能运维管理等关键技术。

制造执行系统(ManufacturingExecutionSystems,MES)，实现计划、调度、质量、设备、生产、能效全过程闭环管理企业资源计划系统(Enterprise

Resource

Planning,ERP)，实现产品供应链、物流和成本等企业经营管理的优化，使得产品从市场分析、生产规划、决策部署、产品设计、产品制造、产品营销等各个环节形成一个完成的生产制造系统能够管理产品零件数据信息（包括零件设计、分析、制造的CAD/CAE/CAM，工艺规划、装夹分析的CAPP/CAFD等）的软件，这就是产品数据管理（ProductDataManagement，PDM）智能工厂是企业的核心，需要企业内部各部门之间进行协作，以及企业需要协作的企业之间关联，从而支持这个产品生命周期的管理，这就是产品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，PLM)。六、课程内容和学习要求六、课程内容和学习要求《数控加工工艺》实践性很强，在学习过程中，既要理解掌握必要的数控加工工艺基础理论知识，还要深入分析典型零件数控加工工艺及夹具设计的案例，结合企业生产实际的技能点，从典型案例中理解数控加工工艺基础理论知识的要点，注重理论与生产实践相结合，多深入生产一线等工作岗位观察、学习和思考，将知识点与技能点融合贯通，并以拓展知识为载体，深究其知识和技能关键点，能够对中等复杂零件进行数控加工工艺方案设计，还能拓展增强对其工艺、夹具设计等具备分析优化等能力。七、课程的学习方法《数控加工工艺》是一门实践性和技术性都很强的课程，涉及机械设计、材料科学、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）等多个领域。学习《数控加工工艺》需要掌握基础理论知识和实际操作技能。在学习方法上建议注意以下几方面：1、基础知识准备2、善于运用资源3、了解软件工具

了解与课程相关的主要软件，如能够熟练操作CAD/CAM（AutoCAD、SolidWorks、MasterCAM或UG等）软件，通过模拟软件建模、练习编程和加工过程。了解CAPP、CAFD等工艺及夹具设计类专业软件，以及ANSYS等CAE分析类软件等。4、增强实践能力谢谢!数控加工工艺新编21世纪高等职业教育精品教材·装备制造类数控刀具基础知识

项目导读：金属切削加工是指利用刀具切除工件毛坯上多余的金属层，以获得具有一定加工精度和表面质量的机械零件的加工方法，它是机械制造业中应用最广泛的一种加工方法。在这个过程中，会产生切削力、切削变形、切削热和刀具磨损等物理现象。研究金属切削的基本理论，掌握金属切削的基本规律，对有效控制金属的切削过程，保证加工精度和表面质量，提高切削效益，降低生产成本，促进切削加工技术的发展等具有十分重要的指导意义。一、金属切削的基本概念

1、工件表面的类型在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面（如下图所示），包括待加工表面、过渡表面及已加工表面。

2、切削运动

切削运动就是通过刀具与工件之间的相对运动，去除工件上多余材料的过程，是实现高精度、高效率加工的关键。切削运动可分为主运动与进给运动。车削运动和加工表面

一、金属切削的基本概念

2.1主运动

切除多余金属层以形成工件要求的形状、尺寸精度及表面质量所必须的基本运动，也是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动。2.2进给运动

使新的金属不断投入切削的运动。它保证切削工作连续或反复进行，从而切除切削层形成已加工表面。进给运动的速度较低、消耗功率较小。2.3合成切削运动当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对工件的运动称为合成切削运动。各种切削运动形式下图。

一、金属切削的基本概念

各种切削加工的切削运动二、切削参数与切削层

1、切削用量三要素在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀具材料和其它技术经济要求来选定适宜的切削速度、进给量和背吃刀量值。切削速度、进给量和背吃刀量通常称为切削用量三要素。它们的选择直接关系到切削加工的效果、刀具的寿命以及生产效率的高低。切削速度指切削刃上选定点相对于工件的主运动的线速度，计算公式为

进给量：当主运动旋转一周时，刀具（或工

件）沿进给运动方向上的位移量

，计算公式为：

二、切削参数与切削层

背吃刀量是工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离。外圆车削的背吃刀量为：

合成运动速度：在主运动与进给运动同时进行的情况下，切削刃上任一点的实际切削速度是它们的合成速度。

综上所述，切削用量三要素是切削加工过程中的核心参数，它们的合理选择和优化是提高切削加工效率、保证加工质量和延长刀具寿命的关键。

知识拓展：铣削用量四要素

铣削用量，作为铣削加工中的核心参数，主要包括切削速度、进给量、背吃刀量以及侧吃刀量，即铣削用量四要素，其概念及关系式如下

圆周铣削与端铣

二、切削参数与切削层

2、切削层及切削层参数

切削过程中，刀具切削刃在一次进给（走刀）中，从工件待加工表面上切下的金属层称切削层。如下图所示，外圆车削时，工件转一转，车刀从位置Ⅰ移到位置Ⅱ，所切下Ⅰ与Ⅱ之间的金属层为切削层。切削层参数共有三个，通常在垂直于切削速度的平面内测量。切削层参数

二、切削参数与切削层

切削厚度是指垂直于过渡表面度量的切削层尺寸，其大小反映了切削刃单位长度上的工作负荷，公式如下。

切削宽带是指沿过渡表面度量的切削层尺寸，其大小反映了切削刃参加切削的长度，符合公式如下。

切削面积是在切削层尺寸平面里度量的横截面积，大小符合公式如下。

二、切削参数与切削层3、切削时间与切削率

切削时间（机动时间）：切削时直接改变工件尺寸、形状等的工艺过程所需的时间，它是反映切削效率高低的一个指标，符合以下公式。）

材料切除率Q:单位时间内所切除材料的体积，是衡量切削效率高低的另一个指标，其单位为，符合公式如下。

三、刀具切削部分的几何参数

1、刀具切削部分的组成

以较简单的车刀来以典型、研究刀具切削部分，其他刀具的切削部分可以看成是以车刀为基本形态演变而来的刀具，如下图所示。铣刀与车刀1—铣刀2—车刀铣刀与车刀1—铣刀2—车刀

三、刀具切削部分的几何参数

刀具切削部分的组成结构为三面、二刃以及一尖等结构，如下图所示。

三面主要包括前刀面

、后刀面

、副后刀面

，

二刃是指主切削刃S、副切削刃

，一尖即刀尖，它是主切削刃与副切削刃相交的部分。1—主切削刃；2—副切削刃；3—刀尖；4—副后刀面；5—刀杆；6—主后刀面；7—刀头（切削部分）

三、刀具切削部分的几何参数

2、刀具标注角度参考系

刀具的标注角度：在刀具设计、制造、刃磨和测量时用于定义刀具几何参数的参考系称为标注角度参考系或静止参考系。在此参考系中定义的角度称为刀具的标注角度，以下主要介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系（如图所示）。2.1正交平面参考系基面：指过主切削刃上的选定点，并垂直于该点切削速度方向的平面。车刀切削刃上各点的基面都平行于车刀的安装面（即底面）。安装面是刀具制造、刃磨和测量时的定位基准面。切削平面

：指过主切削刃上的选定点，与主切削刃相切，并垂直于该点基面的平面（即与工件过渡表面相切的面）。正交平面：指过主切削刃上的选定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。

三、刀具切削部分的几何参数

正交平面参考系

三、刀具切削部分的几何参数

2.2其他标注角度参考系

除正交平面参考系外，标注角参考系还包括法平面静止参考系及假定工作平面、背平面静止参考系等。法平面参考系由基面、切削平面、法平面三个坐标系平面组成；假定工作平面、背平面静止参考系由基面、假定工作平面、背平面三个坐标系平面组成。3、刀具标注角度几何参数

刀具标注角度主要包括五个基本角度“前角

、后角

、主偏角

、副偏角

及刃倾角”、两个派生角度“刀尖角

、楔角”。前角是切削刃与基面之间的夹角，它影响切削力大小和分布切削力；后角则是切削刃与后刀面之间的夹角，它决定了刀具后刀面的磨损程度；主偏角是切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，它影响切削力和切削热的分布；副偏角则是副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，

三、刀具切削部分的几何参数

它主要影响已加工表面的质量。刃倾角是主切削刃与基面在切削平面投影的夹角，刀尖角是主切削刃和副切削刃在基面投影的夹角，楔角是前面与主后面在正交平面投影的夹具。其概念及关系公式如下。知识拓展：刀具工作角度及车、镗刀具安装高低对刀具角度的影响刀具的工作角度在进行金属切削加工时，由于车刀具安装位置和进给运动影响，刀具实际切削角度不等于车刀的标注角度，其变化的原因是切削运动使基面、切削平面和正交平面位置产生变化，不再是静止参考系的理论位置。用切削过程中实际的基面

、切削平面

和正交平面

为参考系（即工作参考系）所确定的角度称为刀具工作角度。1、横向进给对工作角度的影响，见下图及关系式。

知识拓展：刀具工作角度及车、镗刀具安装高低对刀具角度的影响2、纵向进给对工作角度的影响，见下图及关系式。3、刀刃安装高度对工作角度的影响，见下图及关

系式。

知识拓展：刀具工作角度及车、镗刀具安装高低对刀具角度的影响

4、刀杆安装偏斜对工作角度的影响，见下图及关系式。

四、刀具材料及其应用1、刀具材料应具备的基本性能从切削加工的使用实际出发，刀具材料应具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性（热稳定性）、良好的热物理性能和耐热冲击性能及良好的工艺性等性能。2、数控刀具材料及其应用刀具材料的种类。刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢因耐热性较差，通常只用于制造手工工具和切削速度较低的刀具，陶瓷、金刚石、立方氮化硼仅用于有限场合，目前生产中使用最多的刀具材料是高速钢和硬质合金。

四、刀具材料及其应用2.1高速钢高速钢，俗称白钢条、锋钢，是在合金工具钢中加入了较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的硬度（热处理硬度可达63～66

HRC）和耐热性（600～650

℃），切削中碳钢的速度一般不高于50～60

m/min，具有高的强度（抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍）和韧性，刀刃锋利，能抵抗一定的冲击震动。它具有较好的工艺性，可以制造刃形复杂的刀具，如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀和齿轮刀具等。高速钢刀具可加工从碳钢到合金钢，从有色金属到铸铁等多种材料。2.2硬质合金硬质合金是由硬度和熔点很高的金属碳化物（碳化钨ＷＣ、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等）和金属黏结剂（钴Ｃo、镍Ｎi、钼Ｍo等）以粉末冶金法烧结而成。

四、刀具材料及其应用硬质合金的硬度高达HRA89～93，能耐850～1

000

℃的高温，具有良好的耐磨性，允许的切削速度比高速钢高4～10倍，可达100～300

m/min以上，可加工包括淬火钢在内的多种材料，因此获得广泛应用。但是硬质合金抗弯强度低、冲击韧性差，工艺性差，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。在实际使用中，一般将硬质合金刀片焊接或机械夹固在刀体上使用。◆硬度、耐热性、耐磨性都很高，切削速度高于高速钢◆抗弯强度低，冲击韧性差（1）硬质合金制造工艺下图所示。

四、刀具材料及其应用（2）硬质合金材料分类：硬质合金材料分类，国际标准分为P类、K类、M类。P类（相当于我国YT类）也称钨钛钴类硬质合金，由WC+TiC+Co组成，常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等，可加工长切屑的黑色金属，不适合加工含Ti元素的不锈钢；

四、刀具材料及其应用K类（相当于我国YG类）也称钨钴类硬质合金，由WC+Co组成，常用牌号有YG3、YG6、YG8等，可加工短切屑的黑色金属、有色金属、非金属；M类（相当于我国YW类）由WC+TiC+TaC（NbC）+Co，可加工铸铁、钢材、有色金属、非金属。硬质合金材料广泛使用在车镗、铣刀等刀具3、其它刀具材料主要包括陶瓷材料、立方氮化硼（CBN）、金刚石及表面涂层刀具等，超硬刀具材料和涂层合金使用参考下图。(1)陶瓷(2)立方氮化硼

（3）金刚石。

四、刀具材料及其应用

代号被加工材料适应的加工条件P0l钢、铸钢高切削速度、小切削截面、无振动条件下的精车、精镗P10钢、铸钢高切削速度、中等或小切削截面条件下的车削、仿形车削、车螺纹和铣削P20钢、铸钢、可锻铸铁中等切削速度和中等切削截面条件下的车削、仿形车削和铣削，小切削截面的刨削P30钢、铸钢、可锻铸铁中或低等切削速度、中等或大切削截面条件下的车削、铣削、刨削和不利条件下的加工P40钢、含砂眼和气孔的铸钢件低切削速度、大切削角、大切削截面以及不利条件下的车削、刨削、切槽和自动机床上的加工P50钢、含砂眼和气孔的中低强度钢铸件低切削速度、大切削角、大切削截面及不利条件下的车削、刨削、切槽和自动机床上的加工P51钢、含砂眼和气孔的中低强度钢铸件低切削速度、大切削角、大切削截面及不利条件下的车削、刨削、切槽和自动机床上的加工M20钢、铸钢、奥氏体钢或锰钢、灰铸铁中等切削速度、中等切削截面条件下的车削、铣削M30钢、铸钢、奥氏体钢、灰铸铁、耐高温合金中等切削速度、中等或大切削截面条件下的车削、铣削、刨削M40低碳易切钢、低强度钢、有色金属等车削、切断，特别适于自动机床上的加工K01特硬灰铸铁、冷硬铸铁、高硅铝合金、淬硬钢、高耐磨塑料、硬纸板、陶瓷车削、精车、镗削、铣削、刮削

知识拓展：涂层技术及其应用（1）、涂层刀具材料及其应用刀具涂层技术是一种通过在刀具表面添加一层或多层极薄的材料来改善其性能的技术。这种技术可以显著提高刀具的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等特性，从而延长刀具的使用寿命并提高加工效率。（2）、涂层材料常用的涂层材料包括但不限于：TiN（氮化钛）：是最常见的涂层之一，具有良好的硬度和抗氧化性。TiCN（碳氮化钛）：结合了TiN的优点，并通过增加碳含量提高了硬度和耐磨性。Al₂O₃（氧化铝）：用于提高高温下的稳定性和抗粘结性。TiAlN（氮化铝钛）：在高温下具有极好的稳定性，适用于高速切削。

知识拓展：涂层技术及其应用CrN（氮化铬）：提供良好的耐腐蚀性和抗氧化性；DLC（类金刚石涂层）：非晶态碳涂层，具有极低的摩擦系数和高硬度。（3）、常见的涂层方法包括：物理气相沉积（PVD），通过真空条件下将金属蒸发或离子化，然后沉积在刀具表面上形成涂层；化学气相沉积（CVD）：在高温下使用气体反应物来沉积涂层，通常用于较厚的涂层；电弧离子镀：一种特殊的PVD方法，通过电弧放电产生离子来沉积涂层。（4）、应用领域刀具涂层技术广泛应用于各种工业领域，如航空航天、汽车制造、模具制造以及通用机械加工等，尤其在精密加工和难加工材料的应用中尤为重要。选择合适的涂层不仅取决于被加工材料的特性，还需要考虑加工条件（如速度、进给量、切削深度等）和刀具的具体应用需求。

五、金属切削的基本原理1、切削的过程在切削过程中，产生了切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与耐用度变化等各种现象，严重影响了生产的进行切屑的形成过程，切屑的形成过程如下图。

五、金属切削的基本原理2、切屑种类由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样。通常将切屑分为四类，如下图所示。（a）带状切屑

（b）挤裂切屑

（c）单元切屑

（d）崩碎切屑

五、金属切削的基本原理3、切削力、切削热和切削温度3.1切削力的来源、合力及其分力：切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：1）变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；2）切屑、工件与刀具间的摩擦力。切削力来源如下图所示。

五、金属切削的基本原理作用在刀具上的合力F分解为三个互相垂直的分力，如图下图所示。主切削力（切削力）—它垂直于基面，与切削速度

的方向一致，又称为切向力。切深抗力（背向力）—它在基面内，并与进给方向相垂直。进给抗力（进给力）—它在基面内，并与进给方向相平行。

五、金属切削的基本原理进给力

、

、

分别为主运动切削速度方向、切深方向及进给方向的分力，其大小关系参照以下相关公式。

一般情况下，最大，和

小一些。所以大致有

切削力作用在工件上，通过卡盘传递到机床主轴箱，是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据。是设计夹具和选择切削用量的的重要依据；是影响加工工件精度、引起切削振动的主要原因，

不消耗切削功率；作用在进给机构上，是计算进给机构薄弱环节零件的强度和检验进给机构强度的主要依据，将消耗总功率的1%~5%。

五、金属切削的基本原理3.2切削功率和单位切削力（1）切削功率是各切削分力消耗功率的总和，其公式如下：由于

小于

，而

方向的进给速度又很小，因此所消耗的功率很小（〈1%），可以忽略不计。一般切削功率按下式计算即可。（2）单位切削力及单位切削功率公式分别如下：

五、金属切削的基本原理3.3影响切削力的主要因素影响切削力的因素主要有四个方面：工件材料、切削用量、刀具几何参数及其它方面的因素。（1）工件材料的影响；（2）切削用量的影响：背吃刀量和进给量；切削速度，其对主切削力影响如下图。

五、金属切削的基本原理（3）刀具几何角度的影响1）前角

的影响。2）主偏角

的影响，主偏角大小与切削力的关系如下图。

五、金属切削的基本原理3）、刃倾角

的影响，如下图所示。其他影响因素，包括刀具材料、切削液等对切削力也有影响，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具、高速钢刀具在相同切削条件下，切削力依次减小；切削时浇注切削液，由于使刀具、工件与切削接触面间摩擦减小，就能显著减小切削力。

五、金属切削的基本原理3.4切削热与切削温度1、切削热的产生与传出切削热来源于切削层金属发生弹性变形、塑性变形所产生的热和切屑与前刀面、工件与后刀面间的摩擦热。切削热由切削、工件、刀具及周围的介质传导出去。切削时所消耗的能量约有98%-99%转换为切削热，故单位时间内产生的切削热可由公式

算出。切削热由以下四个途径传导出去：通过工件传走，使工件温度升高；通过切屑传走，使切屑温度升高；通过刀具传走，使刀具温度升高；通过周围介质传走。2、切削温度及分布规律（1）剪切面上各点温度几乎相同。（2）前刀面和后刀面上最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定距离的地方。

五、金属切削的基本原理（3）在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。（4）在切屑靠近前刀面的一层（简称底层）上温度梯度很大，离前刀面0.1—0.2mm，温度就可能下降

一半。（5）后刀面的接触长度较小，因此温度的升降是在极短时间内完成的。（6）工件材料塑性越大，则前刀面上的接触长度愈大，切削温度的分布也就较均匀些；反之，工件材料的脆性愈大，则最高温度所在的点离刀刃愈近。（7）工件材料的导热系数愈低，则刀具的前、后刀面的温度愈高。3、

影响切削温度的因素（1）工件材料对切屑温度的影响；（2）切削用量的影响；

五、金属切削的基本原理（3）刀具几何角度的影响；（4）其他因素的影响。4、切削变形的基本规律大量实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。通过剖析切削区域如下图的三个变形区，我们就能掌握切削变形的基本规律。（1）第一变形区（剪切滑移区）；（2）第二变形区（挤压摩擦区）；（3）第三变形区（挤压摩擦回弹区）；（4）积屑瘤：在速度不高切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为积屑瘤。

五、金属切削的基本原理切屑和前刀面摩擦情况示意图第一变形区金属的滑移

已加工表面的形成过程切

削

瘤

五、金属切削的基本原理积屑瘤的形成与切削速度有关，如下图，其对精加工是不利的，应通过降低工材塑性、合理选切削速度、增大前角、减小进给量及采用润滑液等措施避免它产生。（5）影响切削变形的因素1）工件材料的影响

切削速度与积屑瘤形成的关系

五、金属切削的基本原理

2）刀具前角对切屑变形的影响；3）切削用量的影响。

五、金属切削的基本原理5、刀具耐用度与刀具寿命5.1刀具磨损刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损两大类，磨损形态如下图。(1)正常磨损:刀具的正常磨损指在刀具设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐的磨损。刀具磨损的大小常用后面磨损量VB的大小表示。

五、金属切削的基本原理1）后刀面磨损：分为刀尖磨损、中间磨损、边界磨损三个区。后刀面磨损带往往是不均匀的，刀尖部分（C区）强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为Vc。主切削刃靠近工件外表面处（N区），由于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬层的影响，被磨成较严重的深沟，以VN表示。在后刀面磨损带中间部位（B区）上，磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损带宽度以VBmax表示，如下图（a)所示。2）前刀面磨损：在高温，高压条件下，切削流出过程中摩擦形成月牙洼磨损。切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。

五、金属切削的基本原理月牙洼磨损量以其最大深度KT表示，如下图（b）、（c）所示。3)前后刀面同时磨损,如下图所示。

刀具正常磨损的形式（2）刀具正常磨损的原因1）

磨料磨损

；2）冷焊磨损；3）扩散磨损。（3）刀具非正常磨损

五、金属切削的基本原理塑性变形—因严重塑性变形造成切削刃和倒角刀尖

区的塌陷。切削刃崩刃—在断续、冲击切削条件下，或用脆性刀具材料切学易引起切削刃微粒脱落。剥落—因刃磨造成内应力、积屑瘤脱落或重载时切削时，刀刃与刀面出现大面积脱落。热裂——由热循环导致材料疲劳，或因间接切削，切削液浇注不均匀使切削温度急变，在垂直切削刃方向上出现的裂纹。5.2刀具磨损的过程及磨钝标准（1）刀具磨损过程,如下图。

五、金属切削的基本原理（2）刀具的磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工质量和切削力、切削温度的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量易于测量，因此在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度制订磨钝标准。

五、金属切削的基本原理5.3刀具的耐用度和刀具寿命（1）

刀具磨损限度在正常磨损阶段后期、急剧磨损阶段之前换刀或重磨，既可保证加工质量，又能充分利用刀具材料。在大多数情况下，后刀面都有磨损，而且测量也较容易，故通常以后刀面磨损的宽度VB作为刀具磨损限度。（2）刀具耐用度刀具耐用度是指两次刃磨之间实际进行切削的时间，以T(min)表示。在实际生产中，不可能经常测量VB的值，而是通过确定刀具耐用度，作为衡量刀具磨损限度的标准。因此，刀具耐用度的数值应规定得合理。对于制造和刃磨比较简单、成本不高的刀具，耐用度可定得低些;对于制造和刃磨比较复杂、成本较高的刀具，耐用度可定得高些。通常，硬质合金车刀T=60~90min，高速钢钻头T=80~120min，齿轮滚刀T=200~300min。

五、金属切削的基本原理（3）刀具寿命刀具寿命t是指一把新刀具从开始切削到报废为止的总切削时间。刀具寿命与刀具耐用度之间的关系为

（4）影响刀具耐用度的因素影响刀具耐用度的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、刀具几何角度、切削用量及是否使用切削液等因素。切削用量中切削速度的影响最大。所以，为了保证各种刀具所规定的耐用度，必须合理地选择切削速度。

五、金属切削的基本原理6、切削液的选用在切削过程中，合理地使用切削液(或称冷却润滑液)，可以减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，降低切削力和切削温度、减小刀具磨损、提高加工表面质量。6.1常用切削液的种类（１）水溶液，冷却性能好，易使金属生锈、润滑性能也差，故使用时常加入适量的防锈添加剂（如亚硝酸钠、磷酸三钠等），使其既保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。（２）切削油，主要成分是矿物油，特殊情况下也可采用动、植物油或复合油。切削油润滑性能好，但冷却性能差，常用于精加工工序。（３）极压切削油，是在矿物油中添加氯、硫、磷等极压添加剂配制而成。它在高温下不破坏润滑膜，具有良好的润滑效果，故被广泛采用。

五、金属切削的基本原理（４）乳化液，是用95％～98％的水将由矿物油、乳化剂和添加剂配制成的乳化油膏稀释而成，外观呈乳白色或半透明，具有良好的冷却性能。因含水量大，润滑、防锈性能较差，常加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。6.2切削液的作用（１）冷却作用，减少摩擦、减少热的产生，带走热量，水溶液的冷却性能最好，油类最差

。（２）润滑作用，润滑性能的强弱取决于切削液的渗透能力、形成润滑膜的能力和强度。（３）清洗作用，４．防锈作用

防锈添加剂。6.3切削液的合理选用

五、金属切削的基本原理切削液的选用原则

⑴

粗加工

选用冷却性能为主的切削液(如质量分数为3％～5％的乳化液)，以降低切削温度。在重型切削或切削特殊材料时，可选用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续充分地浇注。在低速切削时，宜选用以润滑性能为主的切削油；在较高速度下切削时，宜选用水溶液和乳化液。⑵

精加工加工一般钢件时，高速钢刀具在中、低速下(包括铰削、拉削、螺纹加工、插齿、滚齿加工等)，应选用极压切削油或高浓度极压乳化液。硬质合金刀具精加工时，采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当提高其润滑性能。加工铜、铝及其合金和铸铁时，可选用高浓度的乳化液。但切削铜及其合金时不能选

五、金属切削的基本原理用含硫切削液。铸铁床身导轨加工时，用煤油作切削液效果较好，但较浪费能源。⑶

难以加工材料的加工切削高强度钢、因此宜选用润滑和冷却性能均好的极压切削油或极压乳化液。⑷

磨削加工宜选用冷却和清洗性能好的水溶液或乳化液。但磨削难加工材料时，宜选用润滑性好的极压乳化液和极压切削油。⑸

封闭或半封闭容屑加工

钻削、攻丝、铰孔和拉削等加工的容屑为封闭或半封闭方式，宜选用乳化液、极压乳化液和极压切削油。知识拓展：干湿切削与少无切削加工技术干式切削是指在加工过程中不使用冷却液的一种加工方式。传统的切削加工通常会使用大量的切削液来降低切削温度、润滑刀具和工件接触面、清洗切屑并带走热量。然而，切削液的成本较高，且处理不当会造成环境污染。干式切削的优点：1.环保：减少了对切削液的需求，降低了污染风险。2.成本效益：节省了购买、维护和处理切削液的费用。3.提高生产率：某些情况下，干式切削可以提高切削速度和进给率，从而提高生产效率。4.减少安全隐患：消除了切削液可能引起的滑倒等安全事故。干式切削的挑战：1.刀具寿命：没有切削液的冷却和润滑作用，刀具磨损可能会加快。知识拓展：干湿切削与少无切削加工技术2.加工质量：在一些需要高精度的加工任务中，干式切削可能导致加工质量下降。3.切削温度：较高的切削温度可能影响加工过程的稳定性和安全性。少无切削加工技术是指通过减少或避免传统切削过程中的材料去除量来完成零件加工的技术。这类技术通常包括成型加工、增材制造（3D打印）、激光切割等。少无切削加工技术的优点：1.材料利用率高：减少了材料浪费，提高了材料利用率。2.生产周期短：某些技术（如3D打印）可以直接从数字模型快速制造出成品。3.设计灵活性：特别对于增材制造技术，几乎不受几何形状限制，可以制造复杂的结构。4.环境友好：减少了废弃物和能源消耗。少无切削加工技术的应用：知识拓展：干湿切削与少无切削加工技术增材制造（3D打印）：用于原型制作、小批量定制产品及复杂结构件的制造。激光切割：适用于薄板材料的高精度切割。精密锻造：通过精确控制的成型过程来减少后续机加工的需求。超塑性成形：利用材料在特定条件下的超塑性状态进行成型。在实际应用中，干式切削与少无切削加工技术可以结合使用以达到最佳效果。例如，在采用干式切削进行最终精加工之前，可以先使用少无切削技术进行预加工，以减少干式切削阶段的切削负荷和难度，进而提高整体加工质量和效率。这些技术的发展有助于实现更加可持续的制造过程，同时也在不断地推动着材料科学的进步。六、刀具几何参数的功用及选择1、刀具前角的功用及选择（1）前角的功用前角主要影响切削变形和切削力的大小、刀具耐用度和加工表面的质量。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，可以减小切削变形和摩擦，从而减小切削力和切削功率，切削热也少，加工表面质量高。但增大前角会使刀刃和刀尖强度下降，刀具散热体积减小，影响刀具的耐用度。前角的大小对表面粗糙度、排屑及断屑等也有一定影响，因此前角值不能太小，也不能太大，应有一个合理的参数值。（2）前角的选择1）根据工件材料选择前角。2）根据刀具材料选择前角。3）根据加工性质选择前角。数控机床、自动机床和自动线用刀具，为保证刀具工作的稳定性，使其不易发生崩刃和破损，一般选用较小的前角。六、刀具几何参数的功用及选择2、刀具后角的功用及选择（1）后角的功用后角的功用是减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。后角增大，摩擦减小，刀具磨损减少，也减小了刀具刃口的钝圆弧半径，提高了刃口锋利程度，易于切下薄切屑，从而可减小表面粗糙度，但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。（2）后角的选择1）根据切削厚度选择后角。2）适当考虑被加工材料的力学性能。3）考虑工艺系统的刚性。4）考虑加工精度。3、刀具主偏角、副偏角的功用及选择六、刀具几何参数的功用及选择（1）主偏角和副偏角功用主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角和副偏角可使刀尖角r增大，刀尖强度提高，散热条件改善，因而刀具耐用度高。还可降低加工表面残留面积的高度，故可减小加工表面的粗糙度。主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。如车削外圆时，增大主偏角，可使背向力减小，进给力增大，因而有利于减小工艺系统的弹性变形和震动。（2）主偏角和副偏角选择主偏角和副偏角的选择工艺系统刚性较好时，主偏角宜取较小值；车削细长轴时，主偏角宜取较大值，以减小背向力。副偏角的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为5°～15°，粗加工时取大值，精加工时取小值。切断刀、锯片刀为保证刀头强度，只能取很小的副偏角，一般为1°～2°。六、刀具几何参数的功用及选择4、刃倾角的功用及选择1．刃倾角功用刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度。刃倾角对切屑流向的影响如下图所示。刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对精加工和半精加工有利；刃倾角为负值时，切削中切屑流向已加工表面，容易缠绕和划伤已加工表面。

2.刃倾角选择加工一般钢料和铸铁时，无冲击的粗车取

=

0°～−5°，精车取

=

0°～+5°；有冲击负荷时，取

=

−5°～−15°；当冲击特别大时，取

=

−30°～−45°。切削高强度钢、冷硬钢时，为提高刀头强度，可取

=

−30°～−10°。六、刀具几何参数的功用及选择

刃倾角对切屑流出方向的影响七、数控刀具结构及刀片1、传统刀具的结构机械传统刀具作为机械加工中不可或缺的工具，其结构设计精密且功能多样。刀具一般由切削部分和夹持部分组成，两者协同工作以实现高效的材料切削，如下图所示。切削部分是刀具的核心，直接接触并去除工件材料。这一区域通常由高速钢或硬质合金等高性能材料制成，以确保足够的硬度、耐磨性和耐热性。夹持部分则负责将刀具牢固地安装在机床上，确保切削过程中的稳定性和准确性。七、数控刀具结构及刀片2、数控可转位刀具结构（以数控车刀为例）（1)数控车刀的种类数控车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。车刀的种类很多,按用途可分为外圆车刀、端画车刀、切断车刀、螺纹车刀、内孔车刀、仿形车刀和切槽车刀等；按结构可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹式车刀、可转位车刀和成形车刀等。如下图所示。(2)对数控车刀的基本要求数控车床主要用于回转体零件的车、镗、钻、铰、攻螺纹等加工,一般能自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、端面等工序的切削加工，对数控车刀的基本要求如下：1）粗车时为了提高效率,需要吃大刀、快走刀,要求粗车刀具强度高、耐用度好。2）精车时为了保证精加工质量,要求精车刀具精度高。七、数控刀具结构及刀片车刀的类型与用途七、数控刀具结构及刀片a)整体式 b)焊接式 c)机夹式 d)可转位式 e)成形车刀3）为缩短换刀时间和方便对刀、应尽可能多地采用机夹式车刀。4）刀片应能可靠地断屑或卷屑,例如,使用三维断屑槽的刀片,以利于切屑的排除。5）寿命长,切削性能稳定、可靠,或刀片耐用度的一致性好,以便于使用刀具寿命管理功能。七、数控刀具结构及刀片(3)机夹式可转位车刀及刀片为缩短换刀时间和方便换刀,便于实现机械加工的标准化,数控车削加工时尽量采用机夹式可转位车刀。1）机夹式可转位车刀的种类按其用途可分为外圆车刀、仿形车刀、端面车刀、内孔车刀、切断车刀、螺纹车刀和切槽车刀等。2）机夹式可转位车刀刀片的选择：其选择依据是被加工零件的材料、表面粗糙度、加工余量等。●刀片材料的选择

车刀刀片材料主要包括高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD),应用最多的是硬质合金刀片和涂层硬质合金刀片。刀片材料的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度要求、表面质量、切削载荷的大小以及加工中有无冲击和振动等情况。七、数控刀具结构及刀片●刀片尺寸的选择

刀片尺寸的大小(刀片切削刃的长度)取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度L与背吃刀量

均和车刀的主偏角

有关,如下图所示。使用时可查阅相关手册或刀具公司的刀具样本选取。

●刀片形状的选择

机夹式可转位车刀刀片的形状按国家标准GB/T2076-2021大致可分为带圆孔、带沉孔、无孔三大类。刀片的形状有三角形、正方形、五边形、六边形、菱形及圆形等17种,具体依据相应的刀夹系统而定。七、数控刀具结构及刀片3）常见的机夹式可转位车刀刀片形状如下图所示。正三角形(T形、F形)刀片多用于主偏角为60°或90°的外圆车刀、端面车刀和内孔车刀。但此类刀片的刀尖角小,强度差、耐用度低,只适用于较小的切削用量。七、数控刀具结构及刀片凸三边形(等边不等角六边形)(W形)刀片的刀尖角为80°.刀尖强度,寿命比T形刀片好。此类刀片应用较广,除工艺系统较差者外均宜采用。正方形(S形)刀片的刀尖角为90°,其强度和散热性能均比T形刀片好。此类刀片主要用于主偏角为45°、60°、75°等的外圆车刀、端面车刀和内孔车刀,通用性较好。正五边形(P形)刀片的刀尖角为108°,其强度、耐用度高,散热面积大。但切削时径向力大,只宜在加工系统刚性较好的情况下使用。菱形(V形、C形、D形)刀片和圆形(R形)刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工。边数多的刀片,刀尖角大、耐冲击,可利用的切削刃多,刀具寿命长,但其切削刃短,工艺适应性差。另外,刀尖角大的刀片在车削时背向力大,容易引起振动。4）刀杆的选择。七、数控刀具结构及刀片●左、右手刀杆的选择弯头或直头刀杆按车削方向可分为右手刀R(右手)、左手刀L(左手)和左右刀N(左右手)。右手刀R车削时，自右至左车削工件回转表面。左手刀L车削时，自左至右车削工件回转表面。左右刀N车削时,既可自左至右车削工件回转表面,也可自右至左车削工件回转表面,如下图所示。●刀杆头部形式的选择刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头可分为15~18种,各种形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都一一列出,可根据实际情况选择。车削直角台阶的工件,可选主偏角大于或等于90°的刀杆。一般粗车可选主偏角为45°~90°的刀杆;精车可选主偏角为45°~75°的刀杆;中间切入、仿形车削则可选主偏角为45°~107.5°的刀杆。七、数控刀具结构及刀片工艺系统刚性好时可选主偏角较小的刀杆,工艺系统刚性差时可选主偏角较大的刀杆。下图所示为几种不同主偏角车刀刀杆形式,图中的箭头指向表示车削时车刀的进给方向。车削端面时,可以用偏刀或45°端面车刀。七、数控刀具结构及刀片5）刀片夹紧方式的选择

机夹式可转位车刀由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。常见的机夹式可转位车刀刀片的夹紧方式有杠杆式、楔块式、楔块上压式和螺钉上压式四种夹紧方式。前三种如下图所示。

a）杠杆式b)楔块式c)楔块上压式

数控可转位刀具作为现代机械加工的重要工具，其结构设计集专业性、高效性和灵活性于一身。该类刀具主要由刀片、刀垫、夹紧元件及刀体等核心部件组成，各部件紧密协作，确保加工过程的精准与稳定；随着技术的不断进步，其结构设计也将持续优化与创新，以更好地满足未来加工需求。七、数控刀具结构及刀片谢谢!数控加工工艺新编21世纪高等职业教育精品教材·装备制造类

项目二

数控加工工艺基础知识项目二

数控加工工艺基础知识一、

数控加工工艺基本概念

二、

数控加工工艺规程的制定

三、

零件的基准及定位基准的选择

四、

数控加工顺序安排的基本原则

五、

零件典型表面加工工艺路线拟定六、

数控加工工序设计项目二

数控加工工艺基础知识熟悉工艺基本知识和数控加工工艺内容，理解常见零件结构工艺性数控加工工艺基础掌握保证加工精度及加工表面质量的方法，进行数控加工工序设计和工艺尺寸链计算加工精度与质量控制掌握典型零件表面加工工艺路线拟定，制定机械数控加工工艺规程数控加工工艺技能学习目标项目二

数控加工工艺基础知识一、

数控加工工艺基本概念

二、

数控加工工艺规程的制定

三、

零件的基准及定位基准的选择

四、

数控加工顺序安排的基本原则

五、

零件典型表面加工工艺路线拟定六、

数控加工工序设计生产过程是将原材料转化为成品的整个流程，包括改变其形状、尺寸、位置和性质的工艺过程。01工艺过程是通过机械加工改变毛坯形状、尺寸和表面质量，使其成为零件的过程。02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。03生产过程主要包括：生产技术准备过程、生产工艺过程、辅助生产过程、生产服务过程。04生产过程概述工艺过程定义工业产品生产过程生产过程主要内容1.1生产过程和数控加工工艺过程01数控加工工艺分析根据工件图样，分析工件结构形状、尺寸和技术要求，作为制定数控加工工艺的依据。1.2数控加工工艺过程的组成02数控加工工艺制定确定加工内容、要求，设计加工过程，选择机床和刀具，确定工件定位装夹。确定加工内容、要求，设计加工过程，选择机床和刀具，确定工件定位装夹。03数控工序与刀具路线04工艺文件与程序校验填写工艺文件和加工程序，进行程序校验，确保数控加工过程的准确性。（1）数控加工工艺的基本特点1．内容十分明确而具体

数控加工工艺必须详细到每一次走刀路线和每一个操作细节，即普通加工工艺通常留给操作者完成的工艺与操作内容(如工步的安排、刀具几何形状及安装位置等)，都必须由编程人员在编程时予以预先确定。2．工艺工作要求相当准确而严密

数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像普通加工时那样可以根据加工过程中出现的问题自由地进行人为的调整。所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，尤其是对图形进行数学处理、计算和编程时一定要力求准确无误。3．采用多坐标联动自动控制加工复杂表面

对于一般简单表面的加工方法，数控加工与普通加工无太大的差别。但是对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工则采用多坐标联动自动控制加工方法，其加工质量与生产效率是普通加工方法无法比拟的。4．采用先进的工艺装备

为了满足数控加工中高质量、高效率和高柔性的要求，数控加工中广泛采用先进的数控刀具、组合夹具等工艺装备。5．采用工序集中

由于现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广及多坐标、多工位等特点。因此，在工件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工，甚至可在工作台上装夹几个相同或相似的工件进行加工，从而缩短了加工工艺路线和生产周期、减少了加工设备、工装和工件的运输工作量。（2）数控加工工作过程的具体步骤（1）首先阅读零件图纸，充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等。（2）根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等。（3）根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息——如：加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；（4）根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；（5）将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件。1.加工工艺的不同数控加工在定位基准、夹紧方法、刀具、切削等方面均可简化。传统工艺以“工序分散”划分工序，数控工艺以“工序集中”划分工序，这是工艺设计过程中工序划分的两大原则，也是两者较为明显的区别。2.装夹夹具的不同在传统机加工工艺下，在加工时需要特殊的夹具进行多次装夹，有时根据加工要求还需设计专用夹具，导致生产成本高。而数控加工过程的定位可通过仪器调试，一般不需要设计专用夹具，所以相对成本较低。3.刀具的选择不同与传统的机加工相比，数控加工工艺对刀具的要求更高，数控加工的高速切削明显提高加工效率，同时也保证了加工质量，有效降低切削变形的概率，缩短了加工周期。4.加工方法的不同传统机加工过程不能精准控制且不易使用，而数控加工的自动化控制使得一些特殊加工方法变得可行。此外，在数控加工时，圆弧插补、后置处理和数控修整方法取代传统孔定位加工的填充法、空刀法和修整法。5.切削参数的不同在传统机加工过程中，机床操作往往靠操作者的经验，出错率较高。而数控加工则使用数控系统来控制机床的运动，加工过程由程序控制，零件废品率低，并且具有较好的精度一致性。（3）数控加工与传统机械加工的区别：

1.3生产纲领1．生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为一年，所以生产纲领也称年产量。对于零件而言，除了制造机器所需的数量外，还应包括一定数量的备品和废品。2．生产类型(1)单件生产

产品的品种繁多，而每个品种数量较少，各工作地加工对象很少有重复生产。(2)成批生产

生产的产品品种较多，每种产品均有一定的数量，各种产品是分期分批地进行周期性重复生产，如电机、机床等产品的制造。同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。

小批生产：小批生产在工艺方面接近单件生产，二者常相提并论，称为单件小批生产。

大批生产：大批生产在工艺特征方面接近于大量生产，常合称为大批大量生产

中批生产：中批生产的工艺特征介于单件生产和大批生产之间

(3)大量生产产品的品种少，产量大，大多数工作地点长期进行某种零件的某道工序的重复加工。生产类型和生产纲领的关系各类生产类型的工艺特征生产类型

工艺特征单件生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变零件装配的互换性无互换性普遍采用互换或选配完全互换或分组互换毛坯木模手工造型或自由锻毛坯。毛坯精度低，加工余量大金属模造型或模锻毛坯。毛坯精度中等，加工余量中等金属模机器造型，模锻或其他高生产率毛坯制造方法。毛坯制造精度高，加工余量小机床及其布局普遍采用通用机床，按“机群式”布置设备采用通用机床和少量专用机床，按工件类别分工段排列广泛采用专用机床和自动机床，设备按流水线方式排列工件的安装方法划线或直接找正广泛使用夹具，部分划线找正夹具获得尺寸精度的方法试切法调整法调整法或自动化加工刀具和量具通用刀具和量具通用和专用刀具、量具高效专用刀具、量具夹具极少采用专用夹具广泛使用专用夹具广泛使用高效专用夹具工艺规程机械加工工艺过程卡详细的工艺规程，对重要零件有详细的工序卡片详细的工艺规程和各种工艺文件工人技术要求高中低生产率低中高成本高中低项目二

数控加工工艺基础知识一、数控加工工艺基本概念

二、数控加工工艺规程的制定

三、

零件的基准及定位基准的选择

四、

数控加工顺序安排的基本原则

五、

零件典型表面加工工艺路线拟定六、

数控加工工序设计2.1数控加工工艺规程的制定

1．工艺规程的作用

（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件（2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料2．工艺规程制订时所需的原始资料（1）产品装配图和零件工作图。（2）产品的生产纲领。（3）产品验收的质量标准。（4）现有的生产条件和资料。（5）国内、外同类产品的有关工艺资料等。3.数控加工工艺文件的格式

（1）机械加工工艺过程卡（2）机械加工工序卡（3）数控加工工序卡（4）数控刀具卡片

（5）数控加工走刀路线图（6）数控加工工件安装和原点设定卡片(简称装夹图和零件设定卡)（7）数控编程任务书数控加工工艺过程卡片数控加工工序卡片刀具卡片

2.2数控加工零件的工艺性分析

零件结构的工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性分析应考虑以下六个方面：

1.零件结构要素必须符合标准规定

2.有利于达到所要求的加工质量

（1）合理确定零件的加工精度与表面质量

（2）保证位置精度的可能性

3.有利于减少机械加工的劳动量

4.有利于提高劳动生产率

（1）零件的有关尺寸应尽量保证一致

（2）避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削

（3）零件的结构应便于加工

5.零件上有便于装夹的定位基面和夹紧面6.加工时工件应有足够的刚性

7.尽量选用切削加工性好的材料避免深孔高精度孔的加工

尽量在零件同一方向开槽轴承座底面结构（a）零件圆角半径尽量统一

（b）键槽宽度尺寸设计

图2-6

零件结构尺寸尽量统一零件等高提高加工效率避免斜面孔加工应留退刀槽2.3毛坯的确定

毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。常用的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。如铸铁材料毛坯均为铸件，钢材料毛坯一般为锻件或型材等。各种毛坯的制造方法很多。确定毛坯时主要考虑下列因素：

（1）零件材料的工艺特性及零件对材料组织和性能的要求：例如，铸铁和青铜不能锻造，只能选铸件；重要的钢质零件，为保证良好的力学性能，不论结构形状简单或复杂，均不宜直接选取轧制型材，而应选用锻件。

（2）零件的结构形状与外形尺寸的要求：例如，常见各种阶梯轴，若各台阶直径相差不大，可直接选取圆棒料；若各台阶直径相差较大，为节约材料和减少接卸加工的劳动量，则宜选择锻件毛坯。至于一些非旋转体的板条形钢质零件，一般则多为锻件。

（3）生产纲领大小的要求：当零件的产量较大时，应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，这样用于毛坯制造时产生的比较高的设备及装备费用，可以由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。零件的产量较小时，应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。（4）现有生产条件的要求：选择毛坯时，还要考虑毛坯制造的实际工艺水平、设备状况及外协的可能性和经济性。项目二

数控加工工艺基础知识一、数控加工工艺基本概念

二、

数控加工工艺规程的制定

三、零件的基准及定位基准的选择

四、

数控加工顺序安排的基本原则

五、

零件典型表面加工工艺路线拟定六、

数控加工工序设计3.1零件的基准及定位基准的选择用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。1.设计基准设计图样上用以确定其他点、线、面所依据的基准

2.工艺基准

零件在加工、测量、装配等工艺过程中所使用的基准，工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。工序基准是指在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准。定位基准是指在加工中工件在机床或夹具上用作定位的基准；

定位粗基准：开始加工零件时，所有的表面都未加工，只能以毛坏面作为的定位基准。

定位精基准：在随后的工序中，用加工后的表面作为的定位基准。测量基准是指工件在加工中或加工后测量尺寸和形位误差所依据的基准；装配基准是指装配时用来确定零件在部件或产品中相对位置所依据的基准。设计基准工序基准定位基准

测量基准

装配基准

各种基准之间的关系3.2定位基准的选择原则1.精基准的选择原则选择定位精基准时，应重点考虑减少工件的定位误差，以保证零件的加工精度和加工表面之间的几何精度，同时也要考虑零件装夹的方便、可靠、准确。一般应遵循以下原则：（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）互为基准原则（4）自为基准原则（5）便于装夹原则2.粗基准的选择原则工件加工的第一道工序所用基准都是粗基准，粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件加工的全过程产生重大影响。选择定位粗基准时，要保证用粗基准定位所加工出来的精基准具有较高的精度，使后续各加工表面具有较均匀的加工余量，并与非加工表面保持应有的相对位置精