模具数控加工技术概述

1、 模具数控加工技术概论模具数控加工技术概论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床概念 2. 2. 数

2、控机床坐标系数控机床坐标系 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标系，规定了直角坐标系中X X、Y Y、Z Z三个三个直线坐标轴和直线坐标轴和A A、B B、C C三个回转坐标轴，三个回转坐标轴，其正方向用右手螺旋法那么确定，如图其正方向用右手螺旋法那么确定，如图1-1-1 1所示。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

3、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。

4、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 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

5、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。 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

6、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

7、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外表。平面、矩型轮廓面和平行阶梯面的工件外表。 (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

8、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

9、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

10、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1-11三维曲面。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

11、面重合，提高加工外表的加工精度。采用5轴联动加工特别适用各种复杂空间曲面。图1-13数控机床分类数控机床分类2.2.按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类(1)(1)开环控制数控机床开环控制数控机床这类机床的伺服驱动系统是开环的，没有这类机床的伺服驱动系统是开环的，没有检测反响装置，采用步进电机驱检测反响装置，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，机就转动一个步距角，结构简单，控制方便，价格廉价。由于数控系统发出控制方便，价格廉价。由于数控系统发出的指令信号是单向的，机械传动的的指令信号是单向的，机械传动的误差不能检测

12、反响，所以加工精度不高，误差不能检测反响，所以加工精度不高，加工稳定性差，是早期数控机床和加工稳定性差，是早期数控机床和现代经济型数控机床采用的控制系统。图现代经济型数控机床采用的控制系统。图1-14 1-14 是开环控制系统框图。是开环控制系统框图。图1-14数控机床分类数控机床分类2.2.按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类 (2)(2)闭环控制数控机床闭环控制数控机床这类机床带有检测反响装置，通过传感器这类机床带有检测反响装置，通过传感器直接对工作台的位移量进行检测，并将检直接对工作台的位移量进行检测，并将检测结果通过反响装置反响到输入端与输入测结果通过反响装置反响到输入端与输入信号进行

13、比较，将误差值放大、变换处理信号进行比较，将误差值放大、变换处理修正工作台向误差减少的方向移动，直到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。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

14、，本钱高。稳定，而且设计、调节比较复杂，本钱高。因此，闭环控制方式用于精度要求很高的因此，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、精密数控数控机床，如精密数控镗铣床、精密数控磨床等。图磨床等。图1-151-15为闭环控制的系统框图。为闭环控制的系统框图。图1-15数控机床分类数控机床分类2.2.按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类(3)(3)半闭环控制数控机床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装在丝杠的的端部，以服电机的轴端或安装在丝

15、杠的的端部，以测量电机输出轴旋转位移角或丝杠旋转位测量电机输出轴旋转位移角或丝杠旋转位移角。因为大局部机械传动装置未包括在移角。因为大局部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。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。图方便得多，得到广泛应用。图1-16 1-16 为半为半闭环控制的

16、系统框图。闭环控制的系统框图。图1-16 数控机床分类数控机床分类 3.按加工工艺类型分类按加工工艺类型分类(1)普通数控机床这类数控机床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，与传统的通用机床有相似的加工工艺特性，品种、类型繁多。如数品种、类型繁多。如数控车、铣、镗、钻、磨床等。控车、铣、镗、钻、磨床等。(2)数控加工中心数控加工中心与普通数控机床比较，另带有自动换到装置与普通数控机床比较，另带有自动换到装置和刀具库，工件一次装和刀具库，工件一次装夹后，加工中可以自动更换各种刀具，自动夹后，加工中可以自动更换各种刀具，自动连续完成在普通数控机连续完成在普通数控机床上需要

17、多个工序的加工过程。如镗铣加工床上需要多个工序的加工过程。如镗铣加工中心、车削加工中心中心、车削加工中心等。等。(3)金属成型数控机床金属成型数控机床指通过挤、拉、压、冲等工艺方式使材料成指通过挤、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、数控旋压冲床、数控弯管机、数控折弯机、数控旋压机等。机等。(4)特种加工数控机床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、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。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

18、指标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，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不同时期划分的标准不同。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加工技术高速加工技术 A p p l i c a t i o n C a s e S t u d yA n w e n d u n g s b e is p ie lC o m p o n e n t :D a r s te llu n g :M a c h in e :M a s c

19、h in e :M a t e r ia l:W e r k s to ff:P r e s s u r e - d i e f o r a u t o m o b i l e w h e e l r i m sP r e s s w e r k z e u g f r A u t o m o b il- F e lg e nD M C 7 0 V h i - d y nT o o l S t e e l 1 . 2 3 4 4 / h a r d n e s s : 3 8 - 4 2 H R CW e r k z e u g s t a h l 1 . 2 3 4 4 / H r t e

20、: 3 8 -4 2 H R C1 2 M B1 2 M BR a 0 , 1 mR a 0 , 1 m1 0h o u r s1 0 S t u n d e nP r o g r a m m l e n g t h :P r o g r a m m l n g e :Q u a l i t y o f s u r f a c e :O b e r f l c h e n g t e :T o t a l t i m e :B e a r b e it u n g s z e it :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

21、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1.1.精度指标精度指标 (1).(1).分辨率与脉冲当量分辨率与脉冲当量 对测量系统来说，分辨率是可以对测量系统来说，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。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，脉冲当

22、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。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脉冲当量数值的大小决定数控机床的加工精度和外表质量，脉冲当量越床的加工精度和外表质量，脉冲当量越 小，机床加工精度和加工外表质小，机床加工精度和加工外表质量越高。精密数控机床的脉冲当量小于量越高。精密数控机床的脉冲当量小于 0.1um, 0.1um, 分辨率可以到达。分辨率可以到达。 (2) (2) 定位精度与重复定位精度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定位精度是指机床移动部件移动到实际位置与

23、理想位置的定位误差。定到实际位置与理想位置的定位误差。定 位误差包括伺服系统、检测系统、位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统的误差以及机床移动部件的进给系统的误差以及机床移动部件的 几何误差等。定位误差直接影响几何误差等。定位误差直接影响零件加工的定位精度。零件加工的定位精度。 重复定位精度是指在同一机床，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。致性，是非常重要的技术指标。重复定位精

24、度受数控机床伺服系统稳定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性、传动副间隙及机床刚性等因素影响。素影响。 (3) (3) 分度精度分度精度 指分度工作台分度时，实际回转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的角度值与理论要求回转的角度值的误 差为分度精度。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.加工性能指标加工性能指标(1)机床主轴的最高转速和最大加速度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，外表加工质该项指标是影响加工效率，外表加工质量和刀具使用寿命的主要因素之一。量和刀具使用寿命的主

25、要因素之一。(2)最快位移速度和最高进给速度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运算速度、机床动态特性及工艺系统刚度等因素的制约。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

26、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及内存容量有关。最高级的数控装置可以控制以控制24轴，联动轴数指机床的数控装轴，联动轴数指机床的数控装置控制坐标轴到达空间某一点的坐标数置控制坐标轴到达空间某一点的坐标数目。常用的数控机床有目。常用的数控机床有2轴联动到轴联动到5轴联轴联动。动。2轴半联动是指可控轴为轴半联动是指可控轴为3轴，而联动轴轴，而联动轴为为2轴的数控机床。轴的数控机床

27、。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.运动性能指标运动性能指标(1)主轴转速主轴转速 数控机床的主轴转速直接影响机床的加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。目前数控机床的转速和宽的调速范围。目前数控机床的主轴转速可以到达主轴转速可以到达500010000 r/min，高速数控机床主轴转速可以到达高速数控机床主轴转速可以到达100000 r/min。(2)进给速度进给速度进给速度也直接影响零件的加工质量、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。生产效率和刀具的

28、使用寿命。(3)坐标行程坐标行程数控机床移动部件在各坐标轴方向的行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。坐标行程是表达机了加工零件的大小。坐标行程是表达机床加工能力的指标参数。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，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

29、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，大型加工中心可以到达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 数控加工工艺根底数控加工工艺根底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选择适合在数控机床上加工的零件待加工外表，确工外表，确定工序加工内容。定

30、工序加工内容。(2)根据零件图样上技术要求，确定加工方案，根据零件图样上技术要求，确定加工方案，制定数控制定数控加工工艺路线包含与非数控加工工序的衔加工工艺路线包含与非数控加工工序的衔接等。接等。(3)分配加工余量。分配加工余量。(4)工序、工步设计。选择零件的定位基准，工序、工步设计。选择零件的定位基准，确定夹具、确定夹具、辅具方案，选择刀具及切削用量等。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、编程坐标编程的相关计算。工件坐标系、编程坐标系的建立，系的建立，对刀点和换刀点的选取，刀具补偿等。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。处

31、理数控机床及数控系统的工艺指令。(7)编制加工程序。编制加工程序。(8)首件试切加工，检验程序。首件试切加工，检验程序。 (9)工艺文件归档。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。一般应提供根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

32、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.

33、2.2 数控加工工艺设计的内容数控加工工艺设计的内容3.零件工艺性分析零件工艺性分析从数控加工的可能性和经济性出发，数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控加工的工艺性分析应主要考虑如下几个方面。个方面。 (1)零件尺寸标注尽量符合基准重合原零件尺寸标注尽量符合基准重合原那么那么适于数控加工的零件，其零件图上的每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基准、工艺基准的重合及编程原点的设定和计算，方便加

34、工程序的编写。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零件轮廓计算机造型的几何条件要充分充分加工零件的计算机轮廓造型是自动编程加工零件的计算机轮廓造型是自动编程的根底，对够成零件外表轮廓必须做准的根底，对够成零件外表轮廓必须做准确的几何定义，给定充分的几何条件，确的几何定义，给定充分的几何条件，否那么无法构造准确的零件造型，也就否那么无法构造准确的零件造型，也就无法正确生成加工程序。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零件的各加工部位的结构应符合数控加工的工艺性特点控加工的工艺性特点首先考虑是否保证外表精度和尺寸公差首先考虑是否保证外表精度和

35、尺寸公差的要求。尽量减少刀具类型或规格，减的要求。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少换刀次数。尽量选用较大直径的刀具提高加工效率和外表加工质量。加工型提高加工效率和外表加工质量。加工型腔和槽面的精加工，应根据槽底的圆角腔和槽面的精加工，应根据槽底的圆角半径合理选择刀具的直径。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 方案确实定方案确实定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

36、企业有自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的内容决定了数控机床的选择和加工方法的选择。法的选择。如由直线、圆弧和曲线为边界构成的平如由直线、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或三坐标以上联动的数控铣床或加工中心加工。心加工。 1.2.3 数控加工方法选择及加工方案的数控

37、加工方法选择及加工方案的 确定确定 2.加工方法选择加工方法选择 平面平面数控车、铣、磨；数控车、铣、磨； 曲面曲面数控铣、数控车、加工中心；数控铣、数控车、加工中心； 孔孔数控车、数控钻钻、扩、铰、数数控车、数控钻钻、扩、铰、数控镗；大直径的孔也可以采用圆弧插补的控镗；大直径的孔也可以采用圆弧插补的方方 式进行铣削加工；式进行铣削加工； 螺纹的加工视孔径大小，螺纹的加工视孔径大小，M5M20的螺纹，的螺纹，常采用钻孔后攻丝的方法加工。常采用钻孔后攻丝的方法加工。M25以上以上的螺纹可采用镗削加工。的螺纹可采用镗削加工。 数控加工也可分粗数控加工也可分粗精加工，对于铣平精加工，对于铣平面，粗铣

38、的尺寸精度在面，粗铣的尺寸精度在IT12IT14, 外表粗外表粗糙度糙度Ra值达值达12.5 um; 经粗、精铣的平面，经粗、精铣的平面，尺寸精度可达尺寸精度可达IT7，外表粗糙度，外表粗糙度Ra值达值达1.63.2 um。 同一加工内容，可能有不同的加工方法，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那么是首先保证加工但加工方法的选择原那么是首先保证加工外表精度和尺寸精度的要求，并结合零件外表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，的形状、材料、热处理等全面考虑。例如，对于对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削或磨级精度的孔采用镗削、铰削或磨削都能到达精

39、度要求，但如果是箱体上的削都能到达精度要求，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。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 方案确实定方案确实定3.加工方案确定加工方案确定零件加工方案确实定是根据主要加工外零件加工方案确实定是根据主要加工外表的精度和外表

40、粗糙度要求决定的。首表的精度和外表粗糙度要求决定的。首先，要确定这些加工外表的精加工方法，先，要确定这些加工外表的精加工方法，再往前推导保证精加工工序要求的前道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。从毛坯到最终加工成品的加工方案。 加工方案确实定首先是要保证被加工零加工方案确实定首先是要保证被加工零件图纸的精度和外表粗糙度要求，其次件图纸的精度和外表粗糙度要求，其次还要考虑加工方法的经济性。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

41、具加工件采用轴或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,加工后外表残留高度为H，那么它们之间的关系为 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，常常是根据外表粗糙度要求，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工艺过程1.工序划分原那么工序划分原那么工序集中是数控机床加工的特点，在数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局

42、部控加工中，一次装夹应尽量完成大局部的加工。数控机床加工的工序划分应遵的加工。数控机床加工的工序划分应遵循以下原那么。循以下原那么。(1)加工内容划分工序加工内容划分工序如果零件上有内腔、外型、有曲面、平如果零件上有内腔、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，将加工内容分成假件的这些结构特点，将加工内容分成假设干类别；然后，选择机床，根据机床设干类别；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，确定正确的定容，并结合机床的类型，确定正确的定位、夹紧方案。位、夹紧

43、方案。(2) 按所用刀具划分工序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，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，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的零件结构，一次安装可以加工多种类型的零件结构，可以使用多种类型的刀具，相对具有工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，工序更加集中的特点。应该注意的

44、是，工序过分集中，工序加工内容过多，所需序过分集中，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。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，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。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外表上的大局部材料，使毛坯在形状和尺寸上接近成品

45、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，并可完成次要外表的加工，如钻孔，攻螺纹，铣键槽等。精加工目的是使重要外表到达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，再加工其它外表。 先加工主要外表，后加工次要外表。 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，

46、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.加工路线确实定加工路线确实定加工路线是指在数控加工中，刀具刀位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率。所以在确定加工路线时应考虑如下几点。几点。(1) 要首先保证零件加工的精度和外表质要首先保证零件加工的精度和外表质量，尽量提高加工效率。量，尽量提高加工效率。(2) 减少编程时间和编程量。减少编程时间和编程量。(3) 减少空刀运行时间，防止刀具与工件

47、减少空刀运行时间，防止刀具与工件碰撞及在工件外表上停刀。碰撞及在工件外表上停刀。(4) 对于位置精度要求高的孔系加工，应对于位置精度要求高的孔系加工，应防止机床的反向间隙影响孔间的位置精防止机床的反向间隙影响孔间的位置精度。度。如图如图1-18 (a) 所示，所示，4-30H7 孔系有较孔系有较高的位置精度要求，采用图高的位置精度要求，采用图1-18 (b) 方方案时，由于案时，由于IV孔与孔与I孔、孔、II孔、孔、III孔定位方孔定位方向相反，向相反，X向的反向间隙产生定位误差，向的反向间隙产生定位误差，直接、间接影响直接、间接影响IV孔与孔与III孔的位置精度。孔的位置精度。如果采用图如果

48、采用图1-18 (c) 中的方案，在工件中的方案，在工件外增加一个刀具折返点，保证各孔加工外增加一个刀具折返点，保证各孔加工的定位方向一致，可以防止反向间隙误的定位方向一致，可以防止反向间隙误差的影响差的影响5复杂曲面加工要根据零件的精度要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；是等距切工路线，是行切，还是环切；是等距切削，还是等高切削。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3.3.加工余量确实定加工余量确实定加工余量分毛坯余量和工序余量，毛坯加工余量分毛坯余量和工序余量，毛坯余

49、量等于中间工序余量之和。毛坯余量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；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。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，使造成原材料和机械加工工时的浪费，使本钱上升。工序加工余量过小，不能消本钱上升。工序加工余量过小，不能消除上道工序留下的各种误差，易于造成除上道工序留下的各种误差，易于造成废品。所以，应根据毛坯制造精度以及废品。所以，应根据毛

50、坯制造精度以及零件的精度，合理确定毛坯余量，合理零件的精度，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，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。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.加工余量确实定加工余量确实定 (1) 工序余量确定原那么：工序余量确定原那么： 最小加工余量的原那么最小加工余量的原那么:根据工序加工方法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，降低加工费用为目下，

51、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那么。的，采用最小加工余量的原那么。 在确定加工余量时，还必须考虑：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。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。生的变形也大，加工余量也应加大。 1.3.1 工序及工艺过程工序及工艺过程 3.加工余量确实定加工余量确实定 (2) 工序余量确定方法工序余量确定方法 查表法查表法 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

52、册中的数据是竟生产实践、实验确定工序余量。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。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 经验估算法是工艺设计人员根据经验和本企业的生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。由于往往担忧因余量过产条件所确定的加工余量。由于往往担忧因余量过小而产生废品，经验估算法的数值总是偏大。这种小而产生废品，经验估算法的数

53、值总是偏大。这种方法可应用于单件小批量的生产。方法可应用于单件小批量的生产。 计算法计算法 计算法是针对特定的加工对象，首先对其进行加工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，初步余量的计算方法，建立加工余量的计算公式，初步确定加工余量。然后进行试验加工，根据加工结果，确定加工余量。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合理准确为止，从而建

54、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，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。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_1003000.35+0.110.45+0.130.

55、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。 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工到达最终要求。 为满足工艺要求，一般孔设

56、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（12次）1030钻孔+扩孔钻+铰孔（12次）

57、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。总的选择床的加工能力、切削用量等有关。总的选择原那么是适用、平安、经济。原那么是适用、平安、经济。 使用是要求所选择的刀具能实现切削加工的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；目的和加工精度； 平安是指刀具要具有足够的刚度、强度和硬平安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；度，保证刀具必要的使用寿命； 经济是指用最小的刀具本钱完成加工目的。经

58、济是指用最小的刀具本钱完成加工目的。 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、切削用量等有工序内容、机床的加工能力、切削用量等有关。总的选择原那么是适用、平安、经济。关。总的选择原那么是适用、平安、经济。 使用是要求所选择的刀具能实现切削加工的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；目的和加工精度； 平安是指刀具要具有足够的刚度、强度和硬平安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；度，保证刀具必要的使用寿命； 经济是指用最

59、小的刀具本钱完成加工目的。经济是指用最小的刀具本钱完成加工目的。 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，它们的上下与刀具的价格成正比。具寿命，它们的上下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加工同一结构，选择耐用度和精度高的刀具必然增加刀具本钱，但也可以加工的质量和必然增加刀具本钱，但也可以加工的质量和效率提高，从而使加工总本钱降低，加工效效率提高，从而使加工总本钱降低，加工效益更高。一般情况下，加工切削低硬度金属益更高。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，选择高速钢或硬质合金刀具，切削高硬金属

60、，必须选用硬质合金或强度更高的刀具。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，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