数控加工工艺与编程（第3版）-单元2

任务2.1分析零件工序加工任务2.1.1加工内容的确定进行零件加工工序设计，首先需确定加工表面，对工序加工表面的内容进行全面分析1.工序加工表面形状分析表面形状是选择加工方案的基本依据。

2.工序加工表面技术要求分析工序加工表面技术要求包括加工表面的尺寸精度、形状精度、相互位置精度、表面粗糙度、表面层物理机械性能以及热处理和特殊性能要求等。零件某一表面的加工可能在一道或多道工序内加工完成。下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务对于在一道工序内加工完成的零件，其技术要求等同零件图要求;若在多道工序内加工完成的零件，需根据加工特点和零件图纸要求对每一道工序提出相应的技术要求，并能满足后续工序的加工要求。2.1.2加工精度分析零件的加工质量是保证机械产品质量的基础，其包括零件的机械加工精度和加工表面质量两大方面。机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数(包括尺寸、几何形状和表面间的相互位置)与理想几何参数的符合程度。它们之间的偏离程度即加工误差。加工精度用公差等级或公差值来衡量，公差等级或公差值越小，其精度越高，允许的误差范围越小，加工难度越大。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务因此，设计人员应根据零件的使用要求，合理地规定零件的加工精度。工艺人员则应根据设计要求、生产条件等采取适当的工艺方法，在保证加工精度的前提下，尽量提高生产率和降低成本。零件的加工精度包含三方面的内容:尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，这三者之间是相互联系的。通常在设计机器零件及规定零件加工精度时，应注意将形状误差控制在位置公差内，位置误差又应小于尺寸公差，即精密零件或零件重要表面，其形状精度要求应高于位置精度要求，位置精度要求应高于尺寸精度要求。在零件图进行标注时，要求不高的表面一般只需标注基本尺寸，其未注尺寸公差可以按IT12~IT13选取，形位公差包含于尺寸公差内而不需标注;对于重要表面，除标注尺寸及公差外，形位公差要求高时需单独标注。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务1.尺寸精度尺寸精度是指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸公差带中心的相符合程度。机械加工中获得工件尺寸精度的方法通常有以下几种。1)试切法操作工人在每一工步或走刀前进行对刀，然后试切一小段工件，退刀测量其尺寸，再根据测量尺寸调整好刀具位置，再次试切、测量、调整，直至达到尺寸精度要求后才加工这一尺寸的全部表面的方法，称为试切法。试切法的生产率低，加工精度和质量稳定性取决于工人技术水平，所以只用于单件小批生产。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务2)调整法先按规定尺寸调整好机床、夹具、刀具和工件的相对位置及进给行程，用以保证在加工时自动获得尺寸的加工方法，称为调整法。根据加工方法的不同，调整法可以分为静调整法和动调整法两类。静调整法是指在不切削的情况下，用样件或标准件(对刀块或样板)来调整刀具位置的方法。动调整法是按试切零件进行调整，待所有试切零件合格后再进行批量加工的方法。动调整法的加工精度要比静调整法高。调整法的生产率较高，同批零件的质量稳定性好，但零件的加工精度取决于机床、夹具的精度和调整误差，多用于成批、大量生产中。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务

3)定尺寸法用定尺寸刀具加工获得尺寸精度的方法称为定尺寸法。如用钻头、铰刀、锁刀等进行孔加工。用定尺寸法加工可以获得较高的精度和生产率，工人技术水平要求低，但由于多采用成型刀具，且刀具磨损后尺寸不能补偿，因此成本较高。多用于孔加工或大批量生产中。

4)主动测量法主动测量法是指在加工过程中边加工边测量加工尺寸，达到要求时立即停止的加工方法。主动测量法加工精度高，质量稳定，生产率也高，但设备成本较高，一般用于大批量生产。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务

5)自动控制法自动控制法是指把测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，加工过程中尺寸测量、刀具补偿调整和切削加工以及机床停车等一系列工作依靠系统自动完成并达到所要求的尺寸精度的方法。自动控制法加工的质量稳定，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.几何形状精度几何形状精度是指加工后零件表面的实际几何形状与理想几何形状的相符合程度。切削加工时，工件的已加工表面几何形状是通过切削工具和工件做相对运动来获得的。其主要方法有以下几种。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务

1)轨迹法轨迹法是指依靠刀具与工件的相对运动轨迹获得加工表面形状的加工方法。用轨迹法加工所获得的形状精度主要取决于刀具与工件的相对运动精度。2)成型法成型法是指利用成型刀具对工件进行加工来获得加工表面形状的方法。用成型加工法获得的形状精度主要取决于刀刃的形状精度和成型运动精度。

3)展成法上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务展成法是指利用工件和刀具做展成切削运动来获得加工表面形状的方法，如在滚齿机和插齿机上加工齿轮。用展成法获得加工表面形状的方法时，刀刃必须是被加工表面发生线的共扼曲线，展成运动必须保持刀具与工件有确定的速比关系。3.相互位置精度相互位置精度指加工后零件有关表面之间的实际位置精度的差别。切削加工时，工件表面间相互位置精度需通过找正定位保证，其方法主要有以下几种。1)直接找正法直接找正法是指工件定位时由工人用百分表、划针或日测的方法在机床上直接找正某些表面，以保证被加工表面位置精度的一种方法。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务如图2-1-1所示，在磨床上磨削工件内孔前，用百分表找正工件外圆，以保证工件内孔与外圆的同轴度要求。直接找正法定位精度和找正速度的快慢，取决于找正精度、找正方法、找正工具和工人的技术水平，一般要花费较多的时间，故生产率低，多用于单件小批生产或位置精度要求特别高的工件。2)划线找正法划线找正法是先在工件上用工具标出加工表面的位置，再在安装工件时用划针按划线找正工件的方法。如图2-1-2所示。划线找正法由于受到划线精度和找正精度的限制，定位精度和生产率都较低，多用于批量较小、毛坯精度较低以及不便于使用夹具的大型零件的粗加工。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务3)夹具定位法夹具定位法是指用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的方法。采用夹具定位法时工件定位迅速可靠，定位精度和生产率都较高，故应用广泛，尤其适用于成批和大量生产。在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，主要取决于工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系;而工件和刀具又均安装在夹具和机床上，并受到夹具和机床的约束。因此，在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件就构成了一个完整的系统，称为工艺系统。零件加工精度的问题实质上是加工中整个工艺系统的精度问题。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度反映为加工误差。为了保证和提高机械加工精度，必须找出造成加工误差的主要因素，然后采取相应的工艺技术措施来控制或减少这些因素的影响。2.1.3表面质量分析机械产品的工作性能，尤其是其可靠性和耐磨性，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量。随着科学技术的发展，机器的发展对零件表面质量的要求也越来越高。1.表面质量的概念上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务表面质量是指零件加工后的表面层状态，它包含表面粗糙度和波度、表面层的物理机械性能两方面的内容。1)表面粗糙度和波度

(1)表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面的微观几何形状误差。通常是由机械加工中切削刀具的运动轨迹所形成的，其波距与波高的比值一般小于50。如图2-1-3所示，h0表示表面粗糙度的高度，l0表示表面粗糙度的波距。

(2)表面波度上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务表面波度是介于宏观几何形状误差与微观几何形状误差之间的周期性几何形状误差，通常是由于加工过程中工艺系统的切削振动所引起的，其波距与波高的比值一般为50~1000。如图2-1-3所示，H0表示表面波度的高度，L0表示表面波度的波距。我国目前尚无表面波度的统一标准。

2)表面层物理机械性能表面层物理机械性能包括以下三个方面:(1)表面层冷作硬化表面层冷作硬化是指工件经切削加工后表面层强度、硬度有所提高的现象，也称冷硬或强化。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务

(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化是指切削加工(特别是磨削)中产生的高温使工件表层金属的金相组织发生变化，并使表层硬度降低的现象。(3)表面层残余应力表面层残余应力是指切削加工中所产生的切削力和切削热使工件表面层产生的残余拉应力或压应力。2.表面质量对零件使用性能的影响分析1)表面质量对零件耐磨性的影响表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大，一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务但若表面粗糙度值太小，则不利于润滑油的储存，其接触面间将产生金属原子间的亲和力，使摩擦阻力增大，磨损反而增加。因此就磨损而言，存在一个最优的表面粗糙度值。表面层冷作硬化使表层金属的显微硬度提高、塑性降低，减少了摩擦副接触部分处的弹性和塑性变形以及金属咬焊的可能，因而减少了磨损。但过度的冷作硬化会使金属组织疏松，加剧磨损，甚至出现裂纹、剥落现象，从而使耐磨性下降。表面层金相组织发生变化时，会改变原来材料的硬度，直接影响耐磨性。2)表面质量对零件疲劳强度的影响上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷、划痕和裂纹等部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹，导致零件疲劳损坏，且表面越粗糙，应力集中越严重。因此应减小表面粗糙度值，以提高疲劳强度。表面层冷作硬化能阻碍表层疲劳裂纹的出现，使零件的疲劳强度提高。但冷作硬化程度过大，反而易使表面层产生裂纹，降低零件抵抗疲劳的能力，故冷作硬化程度和深度应控制在一定的范围之内。表面层的残余压应力能部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，提高零件的疲劳强度。反之，零件表面层呈现残余拉应力时，则易使疲劳裂纹加剧，降低疲劳强度。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务

3)表面质量对零件耐腐蚀性能的影响零件在潮湿的空气或有腐蚀性的介质中工作时，会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。减小表面粗糙度值，可以减少吸附在零件表面的腐蚀气体或液体，从而提高零件的耐蚀性。表面冷作硬化过度或金相组织变化时，会引起表面残余应力以致产生裂纹，因而会降低零件的耐蚀性。4)表面质量对零件配合性质的影响间隙配合零件的表面如果表面粗糙度值太大，因初期磨损量大，会使配合间隙增大、配合精度降低，影响配合的稳定性。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务对于过盈配合表面，装配时表面上的凸峰会被挤平，使实际过盈量比预定的小，影响过盈配合的可靠性。所以对有配合要求的表面都要求有较低的表面粗糙度值。表面残余应力还会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生变化，因此对配合性质也有一定的影响。一般情况下，零件的加工精度要求高，其表面质量要求也高，且其通常也是设备工作、装配中起关键作用的零件;有时为了提高零件耐磨性等要求，则对其表面质量要求高，但对其加工精度要求不一定高。2.1.4工序尺寸的确定1.基准重合时工序尺寸及公差的计算上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务当零件某一表面需要经过多道工序加工才能达到设计要求时，需确定各工序的工序尺寸及其公差。当工序基准、定位基准、测量基准与设计基准重合时，工序尺寸及其公差直接由各工序的加工余量和经济精度确定，其步骤如下。1)确定各工序的加工余量根据各工序的加工性质，参照有关机械加工工艺手册，查表得出各加工方法的加工余量。

2)计算各工序的基本尺寸根据查表得到的各工序的加工余量，由该表面的设计尺寸开始，即由最后一道工序开始逐一向前推算各工序的基本尺寸，一直到毛坯的基本尺寸为止。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务3)确定各工序的尺寸公差和表面粗糙度值根据各工序加工方法，查表求出经济精度和表面粗糙度值，并转换成尺寸公差。4)标注各工序的尺寸公差和表面粗糙度值各工序尺寸公差按“入体原则”确定偏差;毛坯尺寸公差按“对称原则”确定偏差。2.基准不重合时工序尺寸及公差的计算工艺基准与设计基准不重合时，工序尺寸及公差的计算需通过工艺尺寸链计算。1)工艺尺寸链上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务(1)工艺尺寸链的定义在加工过程中由相互联系的工艺尺寸按一定顺序首尾相连形成的封闭尺寸系统称为工艺尺寸链。如图2-1-5(a)所示，某一台阶零件前道工序已完成表面1和2的加工，工序尺寸为A1，本工序要求加工表面3，工序尺寸为A0。但考虑加工方便和提高生产率，需采用调整法加工，定位基准选择表面1，工序尺寸A0由A2间接保证。这样，尺寸A1、A2和A0在加工过程中即组成了工艺尺寸链，如图2-1-5(b)所示。(2)工艺尺寸链的组成环，工艺尺寸链中的每一个尺寸称为环，分封闭环和组成环两种①封闭环。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务封闭环是指在加工过程中最后自然形成或间接保证的尺寸，一般用加下角标“0”的大写英文字母表示，如图2-1-5所示中A0。封闭环只能有一个。②组成环。组成环是在工艺尺寸链中除封闭环以外的其他环，根据对封闭环影响的不组成环分为增环和减环。a.增环。环的变动引起封闭环同向变动的组成环称为增环，增环一般在组成环的字母上方用上标“→”表示，如图2-1-5所示中b.减环。减环是指环的变动引起封闭环反向变动的组成环，减环一般在组成环的字母上方用上标“←”表示，如图2-1-5所示中(3)工艺尺寸链的建立上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务①确定封闭环。封闭环的特征是在加工过程中最后自然形成或间接保证的尺寸，一般封闭环是加工中无法直接获取的零件图设计尺寸。②查找组成环。根据工艺尺寸链的特征—封闭性和关联性，在确定封闭环之后，先从封闭环的一端开始，依次找出影响封闭环变动的相互连接的各个尺寸，直到最后一个尺寸与封闭环的另一端连接为止。③画出工艺尺寸链图。将封闭环和各个组成环相互连接的关系单独用简图表示，称为工艺尺寸链图，如图2-1-5(b)所示。画工艺尺寸链图时，为了能迅速判别各组成环的性质，可先用首尾相连带单向箭头的线段来表示尺寸链的各环(线段一端的箭头仅表示查找组成环的方向)。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务凡与封闭环线段箭头方向一致的组成环为减环，与封闭环线段箭头方向相反的组成环为增环。判别完后再补全尺寸箭头。在建立工艺尺寸链时，应遵循“最短尺寸链原则”。对于某一封闭环，若存在多个尺寸链，则应选取组成环环数最少的那一个尺寸链。这是因为在封闭环精度要求一定的条件下，尺寸链中组成环的环数越少，则对组成环的精度要求越低，从而可以降低产品的加工成本。

(4)工艺尺寸链的计算工艺尺寸链的计算是指计算封闭环与组成环的基本尺寸及极限偏差。计算方法分为极值法和统计(概率)法两种，这里主要介绍极值法。上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务极值法是各组成环误差处于极端的情况下，确定封闭环与组成环关系的一种计算方法。这种方法适用于零件的完全互换，其优点是计算简单、加工可靠。但在封闭环公差较小且组成环较多时，各组成环的公差将会更小，使加工困难、成本增加。图2-1-6所示为工艺尺寸链计算中各种尺寸与偏差的关系，表2-1-2列出了计算所用的符号。封闭环基本尺寸的计算公式:封闭环最大、最小尺寸的计算公式:上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务封闭环上、下偏差的计算公式:上一页下一页返回任务2.1分析零件工序加工任务封闭环公差的计算公式:上一页返回任务2.2选用数控机床2.2.1数控机床加工特点数控机床的出现，较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种零件的加工问题。与普通机床加工相比，数控加工具有以下明显特点。1)适应性强适应性又称柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。

2)适于加工形状复杂的零件3)加工精度高、质量可靠稳定4)生产效率高生产效率是衡量设备机械加工性能的主要参数之一。下一页返回任务2.2选用数控机床零件的加工效率主要取决于切削加工时间和辅助加工时间。一般来讲，影响数控机床生产效率的因素主要有以下几个方面。

(1)切削用量大(2)空行程运动速度快(3)工件装夹及换刀时间短(4)检验时间5)劳动强度低6)经济效益好7)有利于生产管理的现代化上一页下一页返回任务2.2选用数控机床2.2.2数控机床选用原则不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合零件加工的数控机床。1)机床类型的选择应根据零件加工表面形状和加工位置选择数控机床的类型。2)机床规格的选择机床规格的选择就是指对机床主要技术性能参数的选择。

3)机床精度的选择上一页下一页返回任务2.2选用数控机床机床的精度要与工序要求的精度相适应，不要盲目

追求高的机床精度。机床精度指标主要有几何精度、位置精度和传动精度，其中位置精度中的定位精度和重复定位精度反映了坐标轴运动部件的综合精度，在选用时需充分关注。

4)机床的选择应与工厂现有条件相适应数控机床的选择应根据工厂实际情况，本着经济、实用的原则因地制宜的处理。长期使用或生产批量大时可选择购置设备，批量小、资金缺乏时可修改零件加工方案以适应现有设备加工。上一页返回任务2.3选用切削刀具2.3.1刀具材料选择在金属切削加工中，刀具材料的切削性能直接影响着工件的加工质量、生产效率和加工成本，正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一，特别是对某些难加工材料的切削，刀具材料的选用显得尤为重要。1.刀具材料应具备的性能刀具材料主要指刀具切削部分的材料。金属切削时，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力和冲击力，而且受到工件及切屑的剧烈摩擦，还会产生很高的切削温度。刀具切削部分常在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作，故刀具材料必须具备以下性能。下一页返回任务2.3选用切削刀具

1)高硬度硬度是刀具材料应具备的基本特性。

2)高耐磨性刀具材料的耐磨性是指其抵抗磨损的能力。通常刀具材料硬度越高，其耐磨性也越好;刀具材料组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性就越高。

3)足够的强度与韧性在工艺上，一般用刀具材料的抗弯强度表示刀具强度的大小;用冲击韧度表示其韧性的大小，它反映刀具材料抗脆性断裂和崩刃的能力。刀具材料必须要有足够的强度和韧性，以保证切削时其能承受很大的切削力和冲击力。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

4)高耐热性耐热性又称红硬性，是指刀具材料在高温下保持其切削性能的能力。耐热性越好，刀具材料在高温时保持硬度的能力越好，抗磨损的能力也越强。

5)良好的导热性刀具材料的导热性用热导率来表示。热导率大，表示导热性好，切削产生的热量就容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。此外，导热性好的刀具材料其耐热冲击和抗热龟裂的性能强，这种性能对采用脆性刀具材料进行断续切削，特别是在加工导热性能差的工件时尤为重要。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

6)良好的工艺性和经济性为便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻压、焊接、切削加工、热处理、可刃磨性等。经济性是评价新型刀具材料的重要指标之一，刀具材料的选用应注意经济效益，力求价廉物美。2.刀具材料的种类及其选用在金属切削领域，金属切削机床的发展和刀具材料的开发是相辅相成的。刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料的出现，都是随着机床主轴转速提高、功率增大、主轴精度的提高、机床刚性的增加而逐步发展起来的。同时新的工程材料不断出现也对切削刀具材料的发展起到了促进作用。目前金属切削工艺中应用的刀具材料主要分为以下几类。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

1)高速钢(HighSpeedSteel,HSS)高速钢是一种含钨(W)、钼(Mo),铬(Cr)、钒(V)等合金元素较多的工具钢，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较大的切削力和冲击。

2)硬质合金(CementedCarbide)硬质合金是用高硬度、难熔的金属化合物(Wc,Tic等)微米数量级的粉末与Co,Mo,Ni等金属钻接剂烧结而成的粉末冶金制品。其高温碳化物含量超过高速钢，具有硬度高(大于HRC89)、熔点高、化学稳定性好、热稳定性好等特点，但其韧性差，脆性大，承受冲击和振动能力低。其切削效率是高速钢刀具的5~10倍，因此，硬质合金刀具是现在主要的刀具材料。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

3)其他刀具材料

(1)涂层刀具在硬质合金或其他材料刀具基体上，采用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)法涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属(或非金属)化合物(TiC,TiN,Al2O3等)而得到的刀具材料。这种材料刀具既有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。涂层刀具的镀膜可以防止切屑和刀具直接接触，减小摩擦，降低各种机械热应力。使用涂层镀膜可延长刀具寿命，减少换刀次数，提高加工精度;可缩短切削时间，降低加工成本。涂层刀具还可减少或取消切削液的使用。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

(2)陶瓷刀具常用的陶瓷刀具材料是以Al2O3或Si3N4为基体成分在高温下烧结而成的。其硬度可达HRA91~95，耐磨性比硬质合金高十几倍，适于加工冷硬铸铁和淬硬钢;切削速度比硬质合金高2~10倍;具有良好的抗粘性能，因为它与多种金属的亲和力小;化学稳定性好，即使在熔化时，与钢也不起反应;抗氧化能力强。陶瓷刀具最大的缺点是脆性大、强度低、易崩刀陶瓷刀具主要用于加工钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。

(3)超硬刀具材料超硬刀具材料是有特殊功能的材料，是金刚石和立方氮化硼的统称，用于超精加工及硬脆材料加工。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具其可用来加工任何硬度的工件材料，包括淬火硬度达HRC65~67的工具钢。超硬刀具有很高的切削性能，切削速度比硬质合金刀具提高10~20倍，且切削时温度低，超硬材料加工的表面粗糙度值很小，切削加工可部分代替磨削加工，经济效益显著提高。金刚石主要用于加工各种有色金属及非金属材料的高速精加工，如铝合金、铜合金、镁合金、石墨、橡胶、塑料、玻璃及聚合材料等，也用于加工钦合金、金、银、铂、各种陶瓷和水泥制品。金刚石刀具超精密加工广泛应用于加工激光扫描器和高速摄影机的扫描棱镜、特形光学零件、电视、录像机、照相机零件和计算机磁盘等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料，其非常适合于数控机床加工。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具2.3.2刀具几何参数选择刀具由刀体、刀柄或刀孔和切削部分组成。刀体是刀具上夹持刀条或刀片的部分;刀柄是刀具上的夹持部分;刀孔是刀具上用以安装或紧固在主轴、刀杆或心轴上的内孔;切削部分是刀具上起切削作用的部分。1.刀具切削部分的组成刀具种类繁多，结构各异，但其切削部分剖面的基本形状都是刀楔形，且切削部分的几何形状和参数都有共性。以外圆车刀为例(见图2-3-1)，其组成包括刀柄部分和切削部分。刀柄是车刀在车床上定位和夹持的部分。切削部分俗称刀头，由三个刀面组成主、副两切削刃及一个刀尖点，切削部分的组成要素如下:上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具1)前刀面Aγ刀具上切屑流过的表面。2)后刀面Aα刀具上与过渡表面相对的表面，也称为主后刀面。3)副后刀面A′α刀具上与已加工表面相对的表面。4)主切削刃S前刀面与后刀面的交线，担负主要切削工作。5)副切削刃S′上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具前刀面与副后刀面相交得到的刃边，配合主切削刃完成金属切除工作，负责最终形成工件已加工表面。6)刀尖主、副切削刃连接处的一小部分切削刃。根据刀具使用的场合不同，刀尖有修圆刀尖和倒角刀尖两种类型。2.刀具切削部分的几何角度1)刀具的标注角度刀具的几何角度可以通过其在坐标系某一个平面内的投影来度量，如图2-3-2所示。(1)前角γ0上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具前角γ0是前刀面Aγ与基准面Pr间的夹角，其大小对刀具的切削性能有很大影响。当前刀面与切削平面夹角小于90°时，前角为正值;大于90°时，前角为负值。

(2)后角α0后角α0是后刀面Aα与切削平面尸间的夹角，其作用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。当后刀面与基面夹角小于90°时，后角为正值;大于90°时，后角为负值。

(3)楔角β0楔角β0是前刀面Aγ与后刀面Aα间的夹角，反映刀体强度和散热能力的大小。它是由前角和后角得到的派生角度，即:上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具(4)主偏角Kr主偏角Kr是主切削平面Ps与假定进给运动方向间的夹角，Kr总为正值。(5)副偏角K′r副偏角K′r副切削平面P′s与假定进给运动反方向间的夹角。(6)刀尖角εr刀尖角εr是主切削平面Ps与副切削平面P′s间的夹角，它是由主偏角Kr和副偏角K′r得到的派生角度，即:上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具(7)刃倾角λs刃倾角λs是主切削刃与基面Pr间的夹角。当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值;当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值;当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为0°，这时切削刃在基面内。在上述角度中，前角γ0和刃倾角λs确定了前刀面的方位;主偏角Kr和后角α0确定了主后刀面的方位:根据主偏角K和刃倾角λs，即可确定主切削刃的方位。由上述可知，当外圆车刀主切削刃和副切削刃共处在一个平面时，若已知以及刀尖的位置，则刀具前刀面与主、副后刀面及主、副切削刃在空间的位置也就完全确定了。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具2)典型车刀的刀具角度标注

(1)90°外圆车刀其特点是主偏角Kr=90°，过主切削刃选定点的正交平面和假定工作平面重合，侧向视图就是切削平面投影视图。(2)45°端面车刀45°端面车刀和45°外圆车刀的画法基本相同，区别在于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同。

(3)切断刀。切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和左、右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左、右两个端面。

上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具切断刀的主切削刃较窄，为使排屑畅通，主切削刃大多平行于工件轴线0°)，为保持刀尖强度，应选择较小的副偏角和副后角(1°~2°)。

(4)孔刀镗孔车刀切削部分的几何形状基本与外圆车刀相似。车盲孔或台阶孔时，切削部分的几何形状基本与偏刀相似，取主偏角等于或大于90°。3.刀具几何参数的选择当刀具材料确定后，刀具的切削性能便由其几何参数来决定。为保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本，应合理选择刀具几何参数，以充分发挥刀具效能。刀具几何参数主要是指刀具的角度。

1)刀具前角和后角的选择上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

(1)前角和后角的功用刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低。增大前角可使切削变形和摩擦减小，故切削力小，切削热少，从而提高了刀具寿命和已加工表面质量。但前角过大会降低刀具强度，减小散热体积，从而降低刀具的耐用度。减小前角可提高刀具强度，增大切屑变形，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，降低刀具的耐用度。后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦;后角减小，后刀面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷作硬化程度增加，加工表面质量差;后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变差。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具所以在一定切削条件下，刀具角度有一个对应于最高刀具寿命的合理数值，称为刀具合理角度。

(2)合理前角和后角的选择原则①工件材料。加工塑性材料时，由于工件材料的强度和硬度较低，切削力较小，为减小切削变形和刀具磨损，应选取较大前角和后角;加工脆性材料时，工件材料的强度和硬度较高，为保证切削刃有足够的强度，应选取较小前角和后角。加工淬火钢等特硬材料时，前角甚至要取负。②刀具材料。当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，取较小前角和后角;高速钢刀具的合理前角和后角比硬质合金刀具大，陶瓷刀具的合理前角和后角比硬质合金刀具小。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具但对于尺寸精度要求较高的精加工刀具(如铰刀等)，为减小重磨后刀具尺寸的变化，保证刀具的耐用度，应选取较小的刀具后角。③加工性质。粗加工时，特别是断续切削，切削力大，切削热多，且承受冲击载荷，为保证刀具强度和散热面积，应选取较小前角和后角;精加工时，为保证刀具锋利，并获得较高的表面质量，应选取较大的刀具前角和后角。④工艺系统刚性。当工艺系统刚性差时，容易产生振动，为减小切削力和振动，宜选用较大的前角，同时为了增强刀具对振动的阻尼作用，应取较小的后角。副后角可减少副后刀面与已加工表面间的摩擦。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具2)刀具主偏角及副偏角的选择

(1)主偏角及副偏角的功用主偏角主要影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。主偏角Kr较小，则刀头强度高，散热条件好，已加工表面残留面积高度小，主切削刃的工作长度长，单位长度上的切削负荷小;其负面效应为背向力大，切削厚度小，断屑效果差。主偏角较大时，所产生的影响与上述情况正好相反。副偏角主要用于减小副切削刃和已加工表面间的摩擦。选用较小的副偏角，可减小残留面积高度，提高刀具强度和改善散热条件，但将增加副后刀面与已加工表面之间的摩擦，且易引起振动。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

(2)主偏角及副偏角的选择原则①加工性质。粗加工时，刀具应选择较大的主偏角和副偏角，以利于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。②工件材料。加工强度和硬度高的材料，尤其是断续切削，为提高刀尖强度、改善刀刃散热条件，应取较小的主偏角和副偏角。③工艺系统刚性。工艺系统刚性高时，取较小主偏角和副偏角;工艺系统刚性低(如车细长轴、薄壁筒)时，应取较大主偏角和副偏角，以降低工艺系统的弹性变形和振动。另外，对于单件小批量生产，则应选用通用性较好的主偏角，如车削时取Kr为45°或90°的车刀。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具有时主偏角和副偏角的大小取决于工件形状，例如车削内凹圆弧面时，主、副偏角的选择应确保刀具不干涉加工面。3)刃倾角的功用及其选择

(1)刃倾角的功用刃倾角主要影响切屑的流向和刀尖的强度。如图2-3-3所示，刃倾角为正时，刀尖先接触工件，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面。刃倾角为负时，刀尖后接触工件，切屑流向已加工表面，容易将已加工表面划伤，但可避免刀尖受冲击，起到保护刀尖的作用，并可改善散热条件。(2)合理刃倾角的选择原则上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具①加工性质。粗加工时，λs取负值，使刀具具有较高的强度和散热条件，并使其切入件时刀尖免受冲击;精加工时，λs取正值，使切屑流向待加工表面，以提高工件表面质量。断续切削、工件表面不规则、冲击力大时，λs应取负值，以提高刀尖强度。②工件材料。切削硬度很高的工件材料(如淬硬钢等)，应取绝对值较大的-λs，以使刀具有足够的强度。③工艺系统刚性。工艺系统刚性差时，λs应取正值，以减小背向力，避免切削中的振动。2.3.3刀具的磨损与耐用度1.刀具的磨损上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具1)刀具磨损形式刀具磨损的形式有正常磨损和非正常磨损两大类。正常磨损的形式如图2-3-4所示。

(1)前刀面磨损在切削速度较高、切削厚度较大的情况下，切削高熔点塑性金属材料时，易产生前刀面磨损。前刀面在强烈摩擦下，会磨出一个月牙形的洼坑。随着月牙洼坑宽度与深度的不断扩展，月牙洼坑与主切削刃间的棱边会逐渐变窄，最后导致崩刃。前刀面的磨损量就是用月牙洼坑的深度KT来表示的，如图2-3-4(a)所示。

(2)后刀面磨损上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具在切削速度较低、切削厚度较小的情况下，会产生后刀面磨损。图2-3-4(b)所示为一典型的后刀面磨损带。刀尖部分(C区)因强度低、散热条件差，磨损较严重，其最大值用VC表示。因工件表层硬化等因素的影响，在主切削刃靠近工件外皮处的主后刀面(N区)上，其深度用VN表示。在磨损带的中间部分(B区)，磨损较均匀，其最大磨损值用VBmax表示，由图2-3-4(b)可知，C,N区的磨损严重，中间部分B区磨损比较均匀。

(3)前刀面和主后刀面同时磨损在中等切削速度和进给量的情况下，切削塑性金属材料时，经常发生前、后刀面同时磨损的情况。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具2)刀具磨损过程与磨钝标准(1)刀具磨损过程如图2-3-5所示，刀具磨损分以下三个阶段:①初期磨损阶段(OA)。因表面粗糙不平，切削刃锋利，主后刀面与过渡表面接触面积较小，压应力主要集中于刃口，导致磨损速率大。②正常磨损阶段AB。粗糙表面磨平，压应力减小，磨损速率明显减小，且比较稳定。③急剧磨损阶段BC。当磨损量VB达到一定限度后，摩擦力增大，切削力和切削温度急剧上升，刀具磨损速率增大，导致刀具迅速磨损而失去切削能力。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

(2)刀具的磨钝标准以加工要求规定的主后刀面中间部分的平均磨损量VB作为磨钝标准。

2.刀具耐用度1)刀具耐用度概念刀具耐用度是指刀具从刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间T，单位为min。刀具耐用度T不包括对刀、测量、快进和回程等非切削时间。2)影响刀具耐用度的因素(1)切削用量切削用量是影响刀具耐用度的一个重要因素。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具

(2)刀具几何参数刀具前角γ0增大，切削力减小，切削温度降低，刀具耐用度提高。但若前角太大，则刀具强度降低，散热变差，刀具耐用度降低;主偏角Kr减小，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度得到提高。但主偏角太小，会使背向力增大，且当工艺系统刚性较差时，易引起振动。另外，减小副偏角、增加刀尖圆弧半径对刀具耐用度的影响与主偏角减小时相同。(3)刀具材料刀具材料的红硬性越高，耐磨性越好，则刀具耐用度就越高。但是，在有冲击切削、重型切削和难加工材料切削时，影响刀具耐用度的主要因素为冲击韧性和抗弯强度。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具韧性越好，抗弯强度越高，刀具耐用度越高。

(4)工件材料工件材料的强度、硬度越高，产生的切削温度越高，则刀具耐用度越低;工件材料的导热性越低，切削温度越高，则刀具耐用度越低。

3)刀具耐用度的确定刀具耐用度的确定原则是提高生产效率和降低加工成本。不合理的刀具耐用度都会导致生产效率降低、加工成本增加。在生产中常用刀具耐用度参考值见表2-3-1。选择刀具耐用度时，还应该考虑以下几点:①复杂、高精度、多刃刀具的耐用度应比简单、低精度、单刃刀具高。上一页下一页返回任务2.3选用切削刀具②可转位刀具换刃、换刀片快捷方便，为保持刀刃锋利，刀具耐用度可选得低一些③精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应选得比粗加工刀具高一些。④精加工大件时，为避免中途换刀，刀具耐用度应选得高一些。⑤数控加工中的刀具耐用度应大于一个工作班或大于一个零件的切削时间。上一页返回任务2.4选用装夹方案2.4.1工件定位1.六点定位原理工件在空间具有六个运动自由度，即沿坐标轴x、y,z方向的三个移动自由度和三个转动自由度(见图2-4-1)。因此，要完全确定工件在夹具上的位置，就必须限制这六个自由度。如图2-4-2所示的长方形工件，主基准面(底面A)放置在不在同一直线上的三个支承上，限制了工件的三个自由度;工件导向平面(侧面B)紧靠在沿长度方向布置的两个支承点上，限制了两个自由度;止动平面(端面C)紧靠在一个支承点上，限制了自由度。下一页返回任务2.4选用装夹方案这种用六个支承点(即定位元件)来限制下件的六个自由度，且每一个支承点限制相应的一个自由度的方法就是工件的六点定位原理。2.工件定位的几种情况1)完全定位工件的六个自由度都被夹具中的定位元件所限制，这种定位称为完全定位，也称六点定位，如图2-4-2所示。此时工件在夹具中的位置是唯一的。2)不完全定位工件被限制的自由度数目少于六个，但不影响加工要求的定位称为不完全定位。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案不完全定位是允许的，其在实际应用中可简化夹具结构。图2-4-3所示为工件的五点定位，钻削小孔ΦD，工件以内孔与一个端面在夹具的心轴和平面上定位，限制工件的

五个自由度，相当于五支承点定位。工件绕心轴的转动

不影响对小孔ΦD的加工要求。3)欠定位按照加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。因为欠定位保证不了加工要求。如图2-4-4所示。4)过定位上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应严禁采用;但当过定位不影响工件的正确定位，对提高加工精度有利时，也可以采用。过定位是否采用，要针对具体情况具体分析。

3.定位基准的选择1)基准的分类在零件图、实际零件或工艺文件上用来确定某个点、线、面的位置所依据的点、线、面称为基准。根据基准功用不同，其可分为设计基准和工艺基准。

(1)设计基准在设计图样上所采用的基准，称为设计基准。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案如图2-4-5所示的衬套零件，轴心线O-O为各外圆表面和内孔的设计基准;端面A是端面B,C的设计基准;Φ30H7内孔的轴心线是Φ45h6外圆表面径向跳动和端面B端面圆跳动的设计基准。(2)工艺基准在制订工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。其主要包括装配基准、测量基准、工序基准及定位基准等。定位基准是在加工中确定工件位置所采用的基准，作为基准的点、线、面，有时在工件上并不一定实际存在(如孔或轴的轴心线、两平面之间的对称中心面等)，在定位时需通过有关具体表面体现，这些表面称为定位基面。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案工件以回转表面(如孔、外圆)定位时，回转表面的轴心线是定位基准，而回转表面就是定位基面。工件以平面定位时，其定位基准与定位基面一致。图2-4-6所示为各基准之间相互关系的实例。2)定位基准的选择原则在机械加工过程中，若是用未经加工的毛坯表面作为定位基准，则这种基准称为粗基准。若用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。为了满足工艺需要，将工件上专门设计的定位面称为辅助基准，如工艺台、工艺孔等。根据工件加工的工艺过程，下面分别阐述粗、精基准选择的基本原则。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案(1)粗基准的选择粗基准的选择主要应考虑到加工表面与非加工表面之间的位置要求;各加工表面加工余量的合理分配;定位精度和装夹的可靠性。因此，在选择粗基准时一般要遵循下列原则:①相互位置要求原则。为保证加工面和非加工面之间的相互位置要求，一般选择非加工面为粗基准。如图2-4-7所示，毛坯铸造时内孔和外圆有偏心，若采用非加工的外圆表面作为粗基准定位加工内孔，则内孔和外圆是同轴的，即壁厚均匀，而内孔切除的加工余量不均匀。当工件上多个非加工面与加工面之间有位置要求时，应选择其中位置要求较高的非加面为粗基准。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案②毛坯余量最小原则。为保证各加工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。如图2-4-8所示，一阶梯轴需加工两外圆表面，因Φ55mm外圆的余量较小，故应选Φ55mm外圆为粗基准。如果选Φ108mm外圆为粗基准加工Φ55mm外圆，则当两外圆轴线有3mm的偏心时，加工后Φ55mm的外圆有一侧因余量不足(余量为-0.5mm)会出现毛面，使工件报废。③重要表面原则。为保证重要加工表面的加工余量均匀，应选重要加工表面为粗基准。如图2-4-9(a)所示，为保证机床床身导轨面的组织均匀和耐磨性一致，应使其加工余量均匀。因此，应选择导轨面为粗基准加工床身底面(床腿)，然后再以底面为精基准加工导轨面。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案当工件上有多个重要加工面要求保证余量均匀时，应选余量要求最严的面为粗基准。对具有较多加工表面的零件，粗基准的选择应使零件各加工表面总的金属切除量最少，故应选择零件上加工面积较大、形状比较复杂的表面为粗基准。仍以图2-4-9为例，当选择床身导轨面为粗基准加工床腿表面时，加工平面是一面积较小的平面，金属切除量并不大。再以床腿为精基准加工导轨面，可使导轨面加工余量小而均匀，这样总的金属切除量和加工劳动量都减少了许多，如图2-4-9(a)所示。而图2-4-9(b)所示零件总的金属切除量明显增多。④避免重复使用原则。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案粗基准精度低、表面粗糙，重复使用会造成较大的定位误差，从而引起相应加工表面间出现较大的位置误差，因此，在同一尺寸方向上一般只允许使用一次。如图2-4-10所示小轴，如重复使用毛坯面B定位加工表面A和C，则必然会使A与C表面的轴线产生较大的同轴度误差。但在毛坯精度高且不影响本工序加工精度与本工序表面和已加工表面相互位置精度的前提下，粗基准可适当重复使用。⑤平整光洁原则。作为粗基准的表面，应平整光洁，要避开铸造浇冒口、分型面、锻造飞边等表面缺陷，以保证工件定位可靠、夹紧方便。

(2)精基准的选择精基准的选择应能保证零件的加工精度及其装夹可靠性。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案精基准的选择一般应遵循以下原则:①基准重合原则。采用设计基准作为定位基准的方式称为基准重合。基准重合可消除基准不重合误差，有利于保证加工精度，实际加工中应尽量采用。但在某些情况下，基准重合会带来一些新问题，如工件装夹不方便、夹具设计太复杂等。故只要加工精度允许，有时为了降低成本或提高加工效率，可以考虑基准不重合的加工方法。一般来说，按静调整法加工工件时，若定位基准与设计基准不重合，则会产生基准不重合误差。若用试切法或动调整法直接保证每个零件的尺寸，就不存在这项误差，但会影响生产率。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案②基准统一原则。在零件加工的整个工艺过程或者相关的某几道工序中，选用同一个(或一组)定位基准进行定位的形式，称为基准统一原则。例如:轴类零件加工时常采用中心孔作为统一基准加工各外圆表面，这样不仅能在一次安装中加工出大多数表面，还能保证各段外圆的同轴度以及端面与轴心线的垂直度等要求。采用基准统一的原则可以简化工艺过程，减少夹具种类，避免因基准转换过多带来的不必要误差，同时在一次装夹中加工出的表面间相互位置精度高。但若选用的统一基准与设计基准不重合，则加工时可能存在基准不重合误差。当某一工序尺寸不能保证其精度时，该工序亦可另行单独按基准重合原则加工，其余工序仍可以采用统一基准定位。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案③自为基准原则。对于某些精度要求很高的表面，在精加工或光整加工工序中要求加工余量小而均匀时，可以选择加工表面本身作为定位基准进行加工，这就是自为基准原则。如图2-4-11所示，无心磨床上磨外圆表面时，被磨削的工件由外圆表面本身定位进行加工。但须指出，用自为基准原则加工时，一般只能提高加工面本身的尺寸精度，不能提高加工面的几何形状和相互位置精度，其精度要求必须在前道工序加工时确保。④互为基准原则。为了使加工面间有较高的位置精度，可采用互为定位基准、反复加工的原则。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案⑤便于装夹原则。所选择的精基准应保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。必须指出，精基准的选择不能单考虑本工序定位夹紧是否合适，而应结合整个工艺过程统一、全面考虑。上述粗、精基准选择的各条原则，都是在保证工件加工质量的前提下，从不同角度提出的工艺要求和保证措施，有时这些要求和措施会出现相互矛盾的情况，在制订加工工艺规程时必须结合具体情况进行全面、系统的分析，分清主次，着重解决主要矛盾。

(3)辅助基准的应用上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，多优先选择设计基准或装配基准为定位基准，这些基准一般均为零件上的重要工作表面。但有些零件的加工，为了安装方便或易于实现基准统一，人为地制造了一种定位基准，如零件上制出的工艺搭子(见图2-4-13)以及轴类零件加工时所用的顶尖孔等。这些表面不是零件上的工作表面，在零件的工作中不起任何作用，只是由于工艺上的需要才做出的，这种基准称为辅助基准。此外，零件上的某些次要表面，即非配合表面，因其在工艺上宜作为定位基准，故需提高它的加工精度和表面质量，以备定位时使用，故这种表面也属于辅助基准。

4.常用定位方式上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案工件的定位是通过工件上的定位基准面和夹具上定位元件之间的配合或接触实现的，下件上定位基准面的形状不同，所选择的定位元件也不同。

1)工件以平面定位工件以平面作为定位基准时，常用定位元件主要有固定支承、可调支承、浮动支承和辅助支承四种类型。

(1)固定支承固定支承在使用过程中固定不变。固定支承有支承钉和支承板两种形式，如图2-4-14所示。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案平头支承钉[见图2-4-14(a)」和支承板〔见图2-4-14(d)和图2-4-14(e)主要用于已加工平面的定位;球头支承钉[见图2-4-14(b)〕主要用于毛坯面定位。齿纹头支承钉〔见图2-4-14(c)〕主要用于工件侧面定位。它们能通过增大摩擦系数来防止工件的滑动。

(2)可调支承在工件定位过程中，在支承钉高度需要调整的场合，一般采用可调支承，如图2-4-15所示，调节时松开锁紧螺母2，将调整钉1调整到所需高度，再用锁紧螺母2固定，从而起到支承的作用。可调支承大多用于尺寸、形状变化较大的毛坯加工，以及粗加工定位。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案

(3)浮动支承浮动支承是在工件定位过程中，能自动调节工件定位基准位置的支承。浮动支承的特点是:支承点的位置能随着工件定位面的位置不同而自动调节，直至各点都与工件接触为止。其作用相当于一个固定支承，只限制工件一个自由度，可提高工件的刚性和稳定性，主要用于毛坯面定位或刚性不足的场合。常用的浮动支承有三点式和二点式两种，如图2-4-16所示。图2-4-16(a)所示为三点式浮动支承，图2-4-16(b)所示为二点式浮动支承。

(4)辅助支承辅助支承是为了提高工件的装夹刚性和稳定性的支承，不起定位作用，也不允许破坏下件原有定位。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案

2)工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位有定心定位和支承定位两种形式，常用定位元件有V形块、支承板、定位套、半圆孔衬套、锥套和三爪自定心卡盘等。三爪自定心卡盘、套筒等定位元件主要用于数控车床，其能自动地将工件的轴线确定在要求的位置上。数控铣床上最常用的是V形块，V形块的优点是对中性好，可以使工件的定位基准轴线保持在V形块两斜面的对称平面上，而且不受工件直径误差的影响，安装方便。V形块有长V形块、短V形块两种基本结构形式。长V形块定位限制工件的四个自由度;短V形块限制工件的两个自由度。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案

3)工件以内圆孔定位工件以内圆孔定位时，常用的定位元件有定位销、圆柱心轴、圆锥销和圆锥心轴等。

(1)定位销图2-4-17所示为常用定位销的结构。为便于工件的装入，定位销的头部一般制有15°的倒角。定位销可分为短销和长销，短销只能限制两个移动自由度，而长销除限制两个移动自由度外，还可限制两个转动自由度。

(2)圆柱心轴上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案图2-4-18所示为常用圆柱心轴的结构。圆柱心轴有间隙配合心轴和过盈配合心轴两种。间隙配合心轴装卸工件方便，但定心精度不高;过盈配合心轴由引导部分1、工作部分2和传动部分3组成，制造简单，定心准确，不用另设夹紧装置，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔，一般用于定心精度较高的精加工。

(3)圆锥销当工件以圆孔在圆锥销上定位时，工件圆孔与圆锥销的接触线为一个圆，可限制工件的三个移动自由度。(4)圆锥心轴工件在圆锥心轴上定位，是靠工件定位圆孔与心轴限位圆锥面的弹性变形来夹紧工件的。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案采用这种定位方式的定心精度高，但工件的轴向位移误差较大，且不能加工端面，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工。4)工件以一面两孔定位一面两孔定位是以工件上的一个大平面和与该平面垂直的两个孔作定位基准定位，实现六点完全定位，即平面支承限制三个自由度，两个圆柱销联合限制剩余三个自由度，但两销连心线方向会产生过定位。为避免过定位、保证工件能够顺利安装，通常将其中一销做成削边销。图2-4-19所示为一面两孔定位简图。削边销不限制自由度，其尺寸可参考表2-4-1。削边销与孔的最小配合间隙Xmin可由下式计算求得:上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案5.定位误差工件定位时，每一次装夹，各个工件在夹具中的位置不可能完全一致，从而使加工后各工件的工序尺寸存在一定误差。这种因工件在夹具上定位不一致而造成的加工误差，称为定位误差△D。定位误差的实质就是工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，它包括基准位移误差△Y和基准不重合误差△B两种类型。工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件的相互接触(配合)来确定的，由于定位基面、定位元件的工作表面本身存在一定的制造误差，这个制造误差是最终产生定位误差的主要原因.上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案1)定位误差的类型(1)基准位移误差△Y工件定位基准相对于定位元件位置的最大变动量或定位基准本身的位置变动量，即基准位移误差。如图2-4-20所示，在加工键槽〔见图2-4-20(a)」时，工序尺寸A是由工件与刀具的相对位置决定的。按基准重合的原则，工件以内孔在圆柱心轴上定位，刀具与心轴的相对位置按工序尺寸A确定后保持不变。但由于心轴与工件内孔的制造误差和配合间隙，使定位基准在工序尺寸A方向有一个变化范围，造成工序尺寸A的加工误差，这个误差就是基准位移误差，其大小为定位基准的最大变动范围，即:上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案(2)基准不重合误差△B定位基准和设计基准(或工序基准)不重合时所产生的加工误差，称为基准不重合误差。基准位移误差和基准不重合误差并不是在任何情况下都存在的，当定位基准与工序基准重合时，△B=0;当基准无变动时，△Y=0。定位误差只产生在用静调整法加工一批工件的条件下，采用试切法加工工件时，不存在定位误差。2)定位误差的计算方法上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案定位误差由基准位移误差和基准不重合误差组合而成，计算时，应先分别计算出基准位移误差△Y和基准不重合误差△B，然后再根据具体情况按下述方法进行合成得到定位误差△D。①当工序基准不在定位基面上时:②当工序基准在定位面上时:2.4.2工件夹紧夹紧是工件装夹过程的重要组成部分。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案在加工过程中，为保证工件确定的定位位置不会因为切削力、工件重力、离心力或惯性力等作用而产生变化和振动，必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，以保证加工精度和安全操作，这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。1.对夹紧装置的基本要求①在夹紧工件时，不得改变工件定位后所占据的正确位置。②夹紧力的大小要适当，既要能保证工件在加工过程中的位置稳定，又要能使工件不会产生过大的夹紧变形。③结构力求简单，操作要求方便、省力、安全。④夹紧装置的自动化及复杂程度要与被加工零件的批量相适应。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案2.夹紧力方向和作用点的选择1)夹紧力方向的选择夹紧力应朝向主要定位基准。如图2-4-21(a)所示，因工件被加工孔与左端A面有垂直度要求，因此在加工时应以A面作为主要定位基面，夹紧力F.的方向应朝向A面。如果夹紧力朝向B面，由于工件侧面A与底面B的夹角存在误差，夹紧时工件的定位位置将会受到破坏，影响孔与左端面A的垂直度要求。又如图2-4-21(b)所示，夹紧力FJ的方向朝向V形块，工件的装夹稳定可靠。若夹紧力朝向端面B，则夹紧时，工件有可能会离开V形块工作面而影响工件的定位。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案另外，夹紧力的方向还应有利于减小夹紧力的大小。如图2-4-22所示，钻削孔A时，当夹紧力FJ与轴向切削力FH工件重力G同方向时，加工过程中所需的夹紧力最小。2)夹紧力作用点的选择夹紧力的作用点应选择在工件刚性较好的方向和部位，并尽量靠近工件加工表面，尤其对刚性较差的工件更为重要。如图2-4-23(a)所示，工件的轴向刚性比径向刚性好，沿轴向夹紧工件比沿径向夹紧工件产生的变形要小得多;在装夹薄壁箱体时，如图2-4-23(b)所示，夹紧力不应作用在箱体顶面，而应作用于刚性较好的凸边上。若箱体没有凸边，可以将单点夹紧改为三点夹紧，以减少工件的夹紧变形，如图2-4-23(c)所示。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案为提高工件加工部位的刚性，防止或减少工件在加工过程中产生的振动，应将夹紧力的作用点尽量靠近加工表面，且夹紧力的作用线应落在定位元件的支承范围内，并尽量靠近支承元件的几何中心。如图2-4-24所示，夹紧力作用在支承面之外，夹紧时将引起工件倾斜和移动，破坏工件的正确定位，所以是错误的。3.夹紧力的估算夹紧力的大小对工件安装的可靠性、工件和夹具的夹紧变形影响较大，因此，在装夹工件时，必须正确估算夹紧力的大小。夹紧力的估算应充分考虑在加工过程中工件所受到的切削力、离心力、惯性力和工件自身重力等多种因素的影响。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案一般情况下，加工中、小工件时，切削力(矩)起决定性作用;加工重型或大型工件时，必须考虑工件重力的作用;高速切削加工时，则不能忽略离心力或惯性力对夹紧作用的影响。此外，切削力本身在加工过程中也是变化的。夹紧力的大小除受上述各个力的影响外，还与工艺系统刚度、夹紧机构的传动效率等因素有关。因此，夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。为简化起见，在确定夹紧力大小时，可只考虑切削力(矩)对夹紧力的影响，并假设工艺系统是刚性的、切削过程是平稳的，根据加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力，即:上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案在实际应用中，夹紧力的大小一般可根据经验或类比法确定。若确实需要比较准确地计算夹紧力，则可采用上述方法进行计算。4.常用夹紧方式常用夹紧方式主要有手动夹紧和机动夹紧两种。直接由人力通过各种传力机构对工件进行夹紧，称为手动夹紧。手动夹紧速度慢，产生的夹紧力小。一些高效率的夹具，大多采用机动夹紧，其动力系统可以是气压、液压、电动、电磁和真空等，其中气压和液压动力系统是最常用的传动装置。1)气压传动装置上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案气压传动装置是以压缩空气作为动力的夹紧装置，其优点是夹紧动作迅速，压力大小可根据需要调节，设备维护方便且污染小;缺点是夹紧刚性差，夹紧装置的结构尺寸大。图2-4-25所示为典型气压传动系统原理示意图。工作时，气源1送出的压缩空气经过滤器2与雾化的润滑油混合后，由减压阀3调至所需压力，然后经单向阀4和换向阀5将需要的压缩空气送入气缸8，推动活塞移动，带动夹具装置夹紧或松开工件。夹具装置夹紧工件的速度可通过节流阀6进行调节。

2)液压传动装置液压传动的工作原理与气压传动相类似，只是以液压油作为介质。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案其优点是夹紧力大，夹紧可靠，装置体积小，刚性好且噪声小;缺点是易漏油，对液压元件的精度要求高。2.4.3夹具选用1.机床夹具的作用及分类1)机床夹具的作用机床夹具是机械加工必不可少的部分。在机床加工过程中，其最主要的作用是装夹下件，使工件在机床上有一个正确的定位。在定位的基础上，机床夹具能起到以下作用:(1)保证工件加工精度使用夹具能有效保证工件加工质量，提高机床加工精度等级。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案(2)扩大机床工艺范围(3)提高生产率(4)减轻劳动强度2)机床夹具的分类机床夹具的种类很多，按使用机床的类型不同可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、锁床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具等;按驱动夹具工作的动力源不同可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具和自夹紧夹具等;按其专门化程度不同机床夹具一般可分为以下五种类型:(1)通用夹具上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案通用夹具是指夹具的结构、尺寸已经标准化，使用时无需调整或稍加调整就可用于装夹不同工件的夹具。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本;缺点是定位与夹紧费时，生产率较低。通用夹具一般用于单件小批量生产。

(2)专用夹具专用夹具是针对某一工件的某一加工工序而专门设计和制造的夹具，其最大特点是结构紧凑、操作方便。

(3)可调夹具可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的，它在加工完某一工件后，通过调整或更换个别元件，即可加工另外一种形状相似、尺寸相近的工件。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案可调夹具多用于多品种的中、小批生产，有较好的经济效益。(4)组合夹具组合夹具是按一定的工艺要求，由一套通用标准零部件组合而成的夹具(见图2-4-26)。这种夹具使用结束后可拆卸或重新组装，并且组装迅速。组合夹具能有效缩短生产周期，减少专用夹具的品种和数量，适用于单件、中小批生产及新产品的试制。

(5)随行夹具随行夹具是在自动加工线中针对某一工件所采用的一种夹具。此类夹具除了担负一般夹具的装夹任务外，还担负着自动加工线输送工件的任务。上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案

2.机床夹具的组成机床夹具的种类很多，但其组成基本相同，主要由定位元件、夹紧装置、连接元件、导向元件和夹具体等部分组成。1)定位元件定位元件起定位作用，用于确定工件在夹具中的正确位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响工件的加工精度。常用的定位元件有支承钉(板)、V形铁、定位销和定位块等。如图2-4-27所示的定位销2即是定位元件。

2)夹紧装置上一页下一页返回任务2.4选用装夹方案夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，使工件在加工时不致因受到切削力、重力、离心力等外力作用而产生移动。夹紧装置一也是夹具的主要功能元件之一，通常包括夹紧元件(如压板、压块)、传动装置和动力装置等组成部分。如图2-4-27所示的快卸垫圈5,螺母6及定位销2上的螺栓即构成了夹紧装置。

3)连接元件连接元件用来保证夹