机械加工工艺基础(完整版)

材料成形工艺基础：

主要介绍机械零件毛坯成形方法的工艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯的结构工艺性、零件的材料选择与成形方法选择的基本原则。机械加工工艺基础：

主要介绍机械加工的基本概念、切削基本原理、切削机床与刀具、切削加工基本工艺过程、选择切削加工方法的基本原则，以及零件机械加工结构工艺性。第一章.切削加工的基础知识第二章.金属切削机床第三章.机械加工工艺过程第四章.零件表面的加工方案第五章.零件的结构工艺性第六章.数控加工技术索引第一章

切削加工的基础知识返回索引1.1机械加工机械加工：采用不同的机床（如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等）对工件进行切削加工。

2.零件表面质量的概念零件几何参数：宏观几何参数：包括：尺寸、形状、位置等要素。

微观几何参数：指：微观表面粗糙程度。2023/2/32.1加工精度加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、形状、位置等参数同理论参数的相符合的程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：a.尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。2023/2/32023/2/32.1加工精度国家标准规定：常用的精度等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2…IT18表示。数字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。高精度：IT5、IT6通常由磨削加工获得。中等精度：IT7-IT10通常由精车、铣、刨获得。低精度：IT11-IT13通常由粗车、铣、刨、钻等加工方法获得。2.1.1尺寸精度Φ250-0.04

零件尺寸要素的误差大小。

问：精度的高低与哪两个因素有关？

基本尺寸和公差大小。2.1.2形状精度

Φ25轴加工后可能产生的形状误差

0－0.0132.1.2形状精度指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。2.1.3位置精度指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待表达的表面精度等级尺寸精度范围Ra值范围（μm）相应的加工方法低精度IT13～IT1125～12.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等精度IT10～IT96.3～3.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等IT8～IT71.6～0.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗铰等高精度IT7～IT60.8～0.2精磨、精铰等特别精密精度IT5～IT2Ra＜0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法2.2表面粗糙度表面粗糙度：零件微观表面高低不平的程度。

产生的原因：

1）切削时刀具与工件相对运动产生的磨擦；

2）机床、刀具和工件在加工时的振动；

3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；

4）加工时零件表面发生塑性变形。

2.2表面粗糙度

表面粗糙度对零件质量的影响：

零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，主要有以下几个方面：

1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；

2)表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；

3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造成表面腐蚀；

4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而造成零件断裂。2.2表面粗糙度

评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra2.2表面粗糙度2023/2/3Rah1h2h3…hn2.2表面粗糙度国家标准规定：表面粗糙度分为14个等级，分别用表示，数字越大，表面越粗糙。表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米（μm）。2023/2/32.2表面粗糙度

表面粗糙度符号的意义及应用符号符号说明意义及应用基本符号单独使用无意义基本符号上加一短划线表示表面粗糙度是用去除法获得基本符号内加一小圆表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得符号上加Ra值用去除材料方法获得的表面，Ra的最大允许值为3.2µm2.3常见加工方法的Ra表面特征加工方法Ra(微米)表面特征粗车粗镗50可见明显刀痕粗铣粗刨25可见刀痕钻孔12.5微见刀痕精铣精刨半精车6.3可见加工痕迹3.2微见加工痕迹精车1.6看不清加工痕迹粗磨0.8可辨加工痕迹方向精磨0.4微辨加工痕迹方向精密加工0.1-0.012只能按表面光泽辩识2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系精度：宏观几何参数的误差表面粗糙度：微观几何参数的误差加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度的加工方法。实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度不高。2023/2/3零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何？提问

机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平面和成型面基本表面主要由如下的加工方法获得3.切削运动与切削用量要完成零件表面的切削加工，刀具和工件应具备形成表面的基本运动，即切削运动切削运动：刀具和工件的相对运动切削运动分为主运动和进给运动主运动：提供切削可能性的运动。主运动只有一个进给运动：提供连续切削可能性的运动。进给运动可以有多个3.1切削运动3.1切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转运动车刀纵向、横向、斜向直线移动钻床钻头旋转运动钻头轴向移动卧铣、立铣铣刀旋转运动工件纵向、横向、斜向直线移动牛头刨床刨刀往复运动工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动龙门刨床工件往复运动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动外圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动内圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动平面磨床砂轮高速旋转工件往复移动，砂轮横向、垂向移动机床的切削运动3.2切削用量切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量切削速度：切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度,用V表示，单位为m/s

进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用f表示，车、钻和铣削时单位为mm/r背吃刀量:

已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，用ap表示，单位为mm，如下图：3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算V:切削速度d:工件直径n:工件转速背吃刀量：切削速度：dmax:待加工表面直径dmin:已加工表面直径ap:背吃刀量3.3切削用量的合理选择问题(1)粗加工按ap－f－v的顺序选择

a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛坯尺寸首先选择ap

b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大的f，减少走刀时间

c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提下选择v(2)精加工按v

－f－ap的顺序选择

精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v，然后选择达到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定ap

4.切削刀具

刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素，刀具性能主要取决于两个因素：即刀具材料和刀具的几何角度4.1刀具材料应具备如下五个基本特性：1.高硬度：HRC>60以上;2.高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破坏；3.高的热硬性：材料在高温下仍然保持高硬度的性能，热硬性用热硬温度表示；4.良好的耐磨性；5.良好的工艺性和经济性；碳素工具钢：如T7、T8、T9…T13等。适合于制造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于制造低速成型刀具，如丝锥；高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速精加工刀具；硬质合金：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结方法获得4.1.1常用的刀具材料4.1.1常用的刀具材料

常用的硬质合金有：

钨钴钛类（牌号YT）硬质合金：适合于加工钢等塑性材料，其代号有YT5、YT15、YT30等，粗加工用YT5,精加工用YT30;

钨钴类（牌号YG）硬质合金：适合于加工铸铁、青铜等脆性材料，其代号有YG3、YG6、YG8等，粗加工用YG8，精加工用YG3。4.1.2其它刀具材料

陶瓷：常用的刀具陶瓷有两种：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受较大的冲击载荷。

金刚石：它分三种天然单晶金刚石刀具整体人造聚晶金刚石刀具金刚石复合刀片

立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成种类硬度HRC抗弯强度GPa热硬性℃工艺性能用途碳素工具钢60-652.16200-250热成型手工刀具合金工具钢60-652.35300-400同上低速刀具高速钢63-701.9-4.4600-700同上中速刀具硬质合金89-931.0-2.2800-1000烧结成型高速刀具陶瓷材料91-950.4-0.91100-1200同上连续精加工刀具常用的刀具材料

各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把车刀。车刀分为切削部分和夹持部分，切削部分由三个刀面组成：前刀面、主后刀面、副后刀面。前刀面和主后刀面的交线叫主切削刃前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对尖锐

为了研究刀具的几何角度，建立三个辅助平面：基面：通过主切削刃上的某一点，与该点切削速度方向垂直的平面。切削平面：通过主切削刃上的某一点，与该点加工表面相切的平面。正交平面：通过主切削刃上的某一点，与主切削刃在基面上的投影垂直的平面4.2刀具的几何角度(车刀的基本形状)前角γ。：在正交平面中，前刀面与基面之间的夹角；后角α。：在正交平面中，主后刀面与切削平面之间的夹角；主偏角Kr

：在基面上，主切削刃的投影与进给方向的夹角。副偏角Kr’

：在基面上，副切削刃的投影与进给反方向的夹角。刃倾角λs4.2.1车刀的几何角度4.2.2前角的正与负

一般加工韧性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，应取较小的前角；前角的取值范围常在-5°~+25°之间。4.2.3刃倾角λs刃倾角λs：在切削平面中，主切削刃与基面之间的夹角。

它主要影响刀头的强度和排屑方向。一般取λs=－10°

~+10°,粗加工时常取负值，增加刀头强度；精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。

4.2.4刃倾角λs的正与负

当刀尖在主切削刃上最高点时，λs为正值，反之为负值。

4.3刀具角度的合理选择问题原则：粗加工时，为了提高切削效率，切削力会较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为了保证零件质量因此刀具较锋利。粗加工：前角、后角均小，强度高精加工：前角、后角均大，刀具锋利主偏角：车台阶轴：取90度既车外圆又车端面，取45度副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为：

5-15度刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值

麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工作部分又包括导向部分和切削部分4.4麻花钻的基本形状螺旋角β：刃带切线与钻头轴线的夹角,一般β=18-30度；前角：γ。后角：αf顶角2Φ：

两个主切削刃在垂直钻头轴线平面上投影的夹角，通常2Φ=116-120度之间；横刃斜角ψ：它是横刃与主切削刃在钻头垂直轴线平面上投影的夹角。通常为47-55度；4.4.1麻花钻的主要几何角度砂轮：是磨削加工的刀具，它是由磨料和结合剂烧结而成的。磨料：磨料是砂轮的主要组成因素，担负切削作用，所以磨料有很高的硬度。粒度：是指磨料颗粒的大小。结合剂：结合剂起粘结磨粒的作用。硬度：指砂轮上的磨粒脱落的难以程度。4.5砂轮的材料及形状系别名称代号特性适合于磨削刚玉棕刚玉A硬度高，韧性好，价廉碳钢、可锻铸铁、青铜白刚玉WA硬度稍低，锋利淬火钢、高速钢碳化硅黑碳化硅C锋利，导热性好铸铁、黄铜绿碳化硅GC硬度高，导热好硬质合金、宝石超硬材料金刚石D硬度最高，韧性差硬质合金、宝石、陶瓷等立方氮化硼CBN硬度仅次于金刚石，韧性略好。不锈钢、高矾高速钢4.5.1常用的磨料的特性及用途砂轮名称代号断面简图基本用途平行砂轮P用途广泛、各种磨床双斜边PSX1用于精磨齿轮、螺纹双面凹PSA外圆磨、刀具磨薄片砂轮PB切断和开槽筒形砂轮N立式平面磨削杯形砂轮B端面刀具磨碗形砂轮BW刀具磨、导轨磨4.5.2砂轮的形状、代号及用途5.刀具磨损和刀具耐用度刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦和切削热的作用，使刀具变钝，切削温度上升，影响加工精度和表面质量，因此必须及时刃磨。刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例：硬质合金焊接刀具的耐用度规定为60分钟。2023/2/3刀具使用磨钝刃磨刀具包括：三种磨损形式与三个磨损阶段5.1刀具的使用过程

金属切削过程是指从工件表面切除一层多余的金属，从而形成切屑的过程：

1.金属在刀具前刀面的作用下，受到挤压产生弹性变形。

2.应力逐渐变大，产生塑性变形—滑移。

3.应力达到强度极限，剪切滑移被挤裂形成切屑。

4.切离。1弹性变形2塑性变形3挤裂切屑6.金属的切削过程常见的切屑有如下三种：a.带状切屑：用大前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性材料时出现。形成带状切屑时，切削力平稳，表面光洁，但切屑连续不断，不安全或容易刮伤已加工表面。b.节状切屑：用低切削速度，大进给量加工中等硬度的钢材时出现。形成这种切屑时，金属经弹性变形、塑性变形、挤裂和切离阶段，是典型的切削过程，但切削力波动大，工件表面粗糙。c.崩碎切屑：加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现，形成这种切屑时，切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨损。6.1金属的切屑类型

6.2积屑瘤积屑瘤：当切屑沿前刀面流出时，与前刀面接触的切屑底层受到摩擦阻力，速度变慢，形成滞流层，于是，金属粘附在切削刃附近，形成了积屑瘤。积屑瘤的影响：1、保护切削刃，粗加工时，希望产生积屑瘤2、本身不断形成和脱落，会引起振动，影响工件表面粗糙度，精加工不希望产生积屑瘤。6.3切削力1、切向力（切削力）Fz：总切削力在主运动方向上的正投影，其大小约占总切削力的95~99%,是三个分力中最大的。消耗功率最多的分力，它是机床动力、重要零件的强度和刚度设计和校核的主要依据；2、轴向力（进给力）Fx:

总切削力在进给方向上的正投影，其大小约占总切削力的1~5%,它是设计和验算机床进给机构必须的参数；3、径向力（背向力）Fy:

总切削力在垂直工作平面上的分力，它作用在工件刚性较差的方向，容易使工件变形，同时引起振动，影响加工精度。所以加工刚性较差的工件（如细长轴）时，应该力求减少切削力。6.3切削力Fy切削力Fr的方向如左下图：可以沿三个方向分解为：1.切向力Fz2.轴向力Fx3.径向力Fy6.3切削力主偏角影响径向力的分配：

6.4切削热切削热产生原因：

1.切屑变形；

2.工件与刀具的摩擦；

切削热传出途径：

a.由切屑带走，带走越多越有利；

b.由周围空气和冷却介质带走，同样带走越多越有利；

c.传入工件，使工件温度升高，引起工件变形，产生误差；

d.传入刀具，使刀具温度升高。刀具硬度降低，磨损加快。6.5降低切削温度的措施1.减少切削热的产生：包括选择合理的刀具几何角度和切削用量，比如适当增大刀具的前角以减少切屑变形，选用大的背吃刀量和小的进给量。2.改善散热条件：包括使用冷却液等各种冷却措施；冷却液一般有：

水溶液：比热大，导热性好，但不能起润滑作用，如苏打水，苏打用于防锈。用于粗磨。

切削油：如矿物油；比热小，但有润滑作用。

乳化液：具有良好的流动性和导热性，它由乳化油加水稀释而成，应用最广泛。第二章

金属切削机床返回索引

1、机床的类型

金属切削机床是用来对工件进行加工的机器，故称为“工作母机”，习惯上称机床。

按加工性质和所用刀具分类：分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类；按精度分类：分为普通精度、精密和高精度三种；按重量分类：分为一般机床、大型机床和重型机床。机床的型号：如：C6136表示…2、机床的基本结构1.主传动部件：用来实现机床主运动；2.进给传动部件：主要用来实现机床进给运动；3.工件安装装置：用来安装工件；4.刀具安装装置：用来安装刀具；5.支承件：用来支承和连接机床各零部件，是机床的基础构件；6.机床动力部件：为机床提供动力。3、机床的传动

机床的传动有机械、液压、气动、电气等多种形势，最常见的是机械传动和液压传动。机械传动包括皮带传动、齿轮传动、涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母传动3.1皮带传动

皮带传动是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的。皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。3.1皮带传动

如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动，其传动比为：

i=(d1/d2)ε=(n2/n1)ε式中：d1—主动皮带轮的直径d2—被动皮带轮的直径n1—主动皮带轮的转速n2—被动皮带轮的转速

ε—滑动系数，约为0.983.2齿轮传动

齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，这种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。设：z1和n1分别为主动轮的齿数和转速

z2和n2分别为被动轮的齿数和转速传动比i=(z1/z2)=(n2/n1)

3.3涡轮、蜗杆传动

采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率低，并需要良好的润滑条件

3.4齿轮、齿条传动

齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者居多。齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时，传动的平稳性和准确性较差。

3.5丝杆、螺母传动

丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后，刀架便作纵向运动。其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传动效率较低。

4、机床的变速机构

在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度。变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构4.1滑动齿轮变速机构

带长键的从动轴Ⅱ上装有滑动齿轮z2,z4,z6,通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴Ⅰ上的齿轮z1,z3,z5相啮合，其传动比

i1=z1/z2

i2=z3/z4i3=z5/z6

轴Ⅱ的转速分别为：n2=i1n1或n2=i2n1或

n2=i3n1

（式中n1为轴Ⅰ的转速,n2为轴Ⅱ的转速）

4.2离合器式齿轮变速机构

从动轴Ⅱ两端空套有齿轮z2和z4，它们分别与固定在主动轴Ⅰ上的齿轮z1和z3啮合。轴Ⅱ中部带有键3，并装有压嵌式离合器4。当手柄左移或右移离合器时，离合器的爪1与齿轮z2啮合或爪2与齿轮z4啮合，这样轴Ⅱ可得到两种不同的转速，其传动比是：i1=z1/z2

i2=z3/z4

5、车床的基本结构主电机及变速机构挂轮箱床头箱进给箱卡盘中心架溜板箱尾架丝杆光杆

5.1车床的主传动车削的进给量如果工件的转速加快，进给量是否会变化？答：所谓进给量，是指主轴转一圈（一个工作循环）、刀架沿进给方向移动的距离，只要进给箱的挂轮手柄没有调整，主轴到进给箱的传动比没有变化，进给量就不会发生变化。5.1.1车床的传动框图

5.2车削的加工范围

车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工：外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕弹簧等。

5.3车削的工艺特点粗加工：经济精度可达到IT10，表面粗糙度在25-12.5之间;

精加工：经济精度可达IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之间。2.易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不同的表面，避免安装误差。3.刀具简单，制造、刃磨和安装方便，容易选用合理的几何形状和角度，有利于提高生产率。4.应用范围广泛，几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面，均可以用车削方法达到要求。5.可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）6铣削加工主轴箱主轴横溜板工作台升降台底座6.1立式铣床的基本结构6.2铣削的主要加工范围6.3铣床的分度加工功能分度头手柄工件铣刀卡盘尾架扇形夹1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40：1，即手柄转40圈，卡盘或工件转1圈。2.孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位孔圈问题：今欲在铣床上加工一个12等分的零件，分度手柄应转多少圈，用分度盘的哪个孔圈，扇形夹应张开多少个孔距？（已知：分度盘孔圈孔数有：24、25、28、30、37）解：因为主轴上固定有齿数为40的蜗轮，它与单头蜗杆相啮合。当分度手柄转一圈的同时，主轴(工件)转动了1/40转即

设工件等分数为Z，则每次分度时，工件应转过1/Z，因此手柄转数

根据题中已知条件，可选孔圈数24、扇形夹张开孔距为8孔，可选孔圈数30，扇形夹张开孔距为10孔6.3铣床的分度加工功能6.4逆铣和顺铣逆铣：铣刀旋向（或铣削力）与进给方向相反顺铣：铣刀旋向与进给方向一致FFVV7.钻削加工

钻床包括台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。如图：工件直径≤12mm的孔一般使用台式钻床加工，孔径<50mm的中小型零件在立式钻床上加工，大型工件上的孔在摇臂钻床上加工。

钻夹头是钻孔的常用夹具，一般用于孔径较小(≤

12mm)的工件，大直径的零件用锥度套筒装入钻轴。对精度要求高，粗糙度低的零件钻孔后还必须进行精加工。钻削加工的范围

7.1扩孔

用扩孔钻对已经钻出或铸出、锻出的孔进行扩大和提高精度的加工，称为扩孔。扩孔钻如下图所示。其结构与麻花钻相似，但切削刃有34个，前端是平的，无横刃，螺旋槽较浅，钻头刚度好。扩孔余量小，切削比较平稳，所以扩孔精度比钻孔高。其尺寸公差等级可达IT10IT9，表面粗糙度Ra值可达6.33.2m。扩孔可作为终加工，也可作为铰孔前的预加工。

7.2铰孔

铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种(图a)。手用铰刀为直柄，工作部分较长。机用铰刀多为锥柄，可装在钻床、车床或镗床上铰孔。铰刀的工作部分由切削部分和修光部分组成。切削部分呈锥形，担负切削工作。修光部分起导向和修光作用。铰刀有612个切削刃，制造精度高，心部直径较大，刚度和导向性好。铰孔余量小，切削平稳。铰孔尺寸公差等级可达IT8IT6，表面粗糙度Ra值达1.60.4m。手铰孔时，用铰杆转动铰刀并轻压进给(图b)。铰刀不能倒转，否则铰刀与孔壁之间易挤住切屑，造成孔壁划伤或刀刃崩裂

铰孔适用于加工精度高、直径不大孔的终加工。手铰时，切削速度低，切削力小，不受机床振动等影响，加工质量比机铰好，但生产率低。

镗削一般是指在镗床上进行的切削加工。图为常用的卧式镗床。由床身、立柱、主轴箱、尾架和工作台等部分组成。镗床的主轴能作旋转主运动和轴向进给运动。安装工件的工作台可以实现纵向、横向进给运动，并可回转一定的角度。主轴箱可沿立柱导轨作上下运动。尾架可沿床身导轨水平移动，其上的镗杆支承也可与主轴箱同时上下运动。7.3镗削加工.4镗孔加工的工艺特点1.镗床主要用于加工大型工件或形状复杂工件上的孔和孔系。例如变速箱、发动机缸体等。2.镗孔尺寸公差等级可达IT8IT7，表面粗糙度值一般为1.6～0.8m。3.镗孔可以校正孔原有的轴线偏差或位置偏差。镗刀的形状7.5钻削的工艺特点1.钻削属于低精度（IT11-IT13）和高表面粗糙度的(Ra50-12.5)加工方法2.容易产生“引偏”，是加工过程中由于钻头弯曲产生孔径扩大、孔不圆等缺陷。原因是刀具呈细长状，刚性较差。3.排屑困难，钻孔在半封闭的状态下进行，切下来的切屑沿刀具两侧的螺旋槽上升，容易与已经加工出的表面发生摩擦和挤压，刮伤已加工表面，降低表面质量4.切削热不容易传散，切削液难以传到切削区。限制切削速度的提高8.磨削加工磨削加工的机床是磨床，刀具是砂轮磨削加工可以磨削外圆、孔和平面，磨削加工的夹具通常有电磁吸盘、三爪卡盘、顶尖等右图是磨床的液压传动原理图

磨床包括外圆磨、内圆磨、无心磨等几种，下图是万能外圆磨床的图形。

M1432A万能外圆磨床(M—磨床；14—万能外圆磨床；32—最大磨削直径的1/10，即最大磨削直径为320mm；A—性能和结构上经过一次重大改进)。

8.1磨床类型8.2磨削的工艺特点1.磨削的精度高，IT6-IT5，粗糙度低，Ra0.8-0.2，砂轮表面有极多的切削刃同时参加切削。2.可以加工一些难以加工的材料。如淬火钢、高速钢以及毛坯的清理。3.切削速度高（30m/s以上）切削温度高（1000℃以上）。使用冷却液。4.砂轮有自锐作用，这是其它刀具所不具备的。即磨粒不断脱落，新的磨粒又是锋利的。5.磨削力的径向分力较大，因此，在达到尺寸以后，还要进行多次无进给磨削。第三章

机械加工工艺过程返回索引1.下料2.粗车3.焊接4.精车5.磨削6.钻孔生产过程中，直接改变毛坯形状、尺寸和性能，使之变为合格零件的过程，称为工艺过程。工艺过程由很多工序组成。工序是指在一个工作地点对一个或一组工件所连续完成的部分工艺过程。例：1.生产类型

按产量划分：

1.生产类型1.单件小批生产：很少重复，重型机器和试制零件时通常是这种生产形式。2.成批生产：成批的制造某种零件，每隔一段时间又重复生产。如一般的机床制造厂的生产。

3.大量生产：在大多数工作地点，经常重复进行同一种零件的某一工序生产，如汽车制造厂、轴承厂等的生产。制定生产工艺通常要根据生产类型来进行单件小批批量生产大量生产机床设备通用机床通用机床和部分专用机床广泛使用高效率的专用机床夹具通用夹具广泛使用专用夹具广泛采用高效率的专用夹具刀具量具通用刀具部分采用专用刀具和量具高效率的专用刀具和量具毛坯木模铸造和自由锻部分采用金属模铸造和模锻机器造型、压力铸造、模锻等对工人的技术要求需要技术熟练工人需要比较熟练的技术工人调整工要熟练，操作工技术要求不高

1.1各种生产类型的要求和特征2.工件的安装直接安装法：工件直接安装在工作台或采用通用夹具（三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、平口钳、电磁吸盘等标准附件），有时要对工件进行划线找正，再行夹紧。专用夹具安装：工件安装在为其加工而专门设计的夹具中，无须找正，迅速保证工件对刀具和机床的准确定位。节约时间，生产效率高，但夹具的设计和制造需要一定的成本。3.夹具简介夹具是用来将待加工工件固定的装置。

夹具一般可分为通用夹具和专用夹具两种，此外还发展了通用可调夹具、成组夹具和组合夹具等类型的夹具。

3.1夹具的分类1.通用夹具：指一般已经标准化，不需特殊调整就可以用来装夹不同工件的刀具，如：三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、分度头、平口钳、电磁吸盘，通用夹具价格较低，使用范围广泛，但生产效率不如专用夹具。故一般仅适用于单件小批量生产。2.专用夹具：是指为某一零件的加工而专门设计和制造的夹具，既可以保证加工精度，又提高生产效率，但夹具需要一定的投资。所以主要用于成批及大量生产中。3.1夹具的分类3、通用可调夹具和成组夹具：通过调整或更换个别元件后，可以加工形状相似、尺寸相近、加工工艺相似的多种工件。在当前多品种小批量生产的条件下，更显示出这两类夹具的优势；4、组合夹具：用事先准备好的通用标准元件和部件组合而成的夹具。用完之后可以将这类夹具拆卸下来，更换元、部件组装成新夹具，供再次使用。3.2夹具的组成夹具一般由以下部分组成：

1、定位装置：用来确定工件正确位置的装置，它包括定位元件或定位元件的组合；2、夹紧装置：工件定位后，用夹紧的力来承受切削力的机构。它包括夹紧元件或其组合；3、导向元件：用来确定刀具位置，并引导刀具进行加工的元件。4、夹具体：用来联系并固定上述各种装置和元件，使之成为一个整体的零件。3.2夹具的组成下图为在轴上钻孔时所用的一种简单夹具1、挡铁；2、V形铁；3、夹紧机构；4、工件；5、钻套；6、夹具体3.3夹具的应用下图为移动式钻模示意图，这种夹具主要用于加工小孔，它使用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的距离（即工件上两孔的距离）。

1、导轨；2、定程板4.工艺规程的拟定A.工艺分析检查图纸做出修改审查材料审查零件的结构工艺性下一步…B.毛坯的选择及加工余量的确定

4.1毛坯选择及加工余量的确定加工余量：为了加工出合格零件，必须从毛坯上切去一层金属，称加工余量。加工余量分为工序余量和总余量。某道工序切除的余量称为工序余量，各工序余量的和称总余量。工序余量的确定：决定工序余量的大小，是在保证加工质量的前提下，使余量尽可能的小。过大影响生产效率，过小不能切去工件表面的缺陷层。加工余量的确定可采用如下方法：

1.根据生产经验估计

2.查表：根据工艺手册查表

3.计算法：可查阅“机制工艺学”有关内容。4.2定位基准的选择在机械加工中，无论采用哪种安装方法，都必须使工件在机床或夹具上正确地定位六点定位：任何一个未被约束的物体，在空间有六个自由度。而要使物体在空间有确定的位置，必须约束这六个自由度完全定位和不完全定位实际生产过程中六点有时并不完全定位加工沟槽，六点完全定位4.3工件的基准工件的基准：在零件的设计和制造过程中，要确定一些点、线或面的位置，必须以一些指定的点、线或面作为依据，这些作为依据的点、线或面，称为基准。按照作用的不同，常把基准分为设计基准和工艺基准两类。4.3工件的基准设计基准：即设计零件的基准，如下图左：齿轮内孔、外圆和齿轮分度圆均以轴线为基准；而两端面是互为基准。下图右：表面2和3及孔4的轴线的设计基准是表面1的。孔5的轴线的设计基准是孔4的轴线。工艺基准：在制造零件时所使用的基准，它又分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。下图左在加工时、轴线并不实际存在，所以内孔实际是加工外圆和左端面的定位基准。

4.3.1工艺基准

工艺基准分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。1、工序基准：在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准。2、定位基准：在机械加工中，用来使工件在机床或夹具中占有正确位置的点、线或面。它是工艺基准中最主要的基准。定位基准选择是否合理，对保证工件加工后的尺寸精度和形位精度、安排加工顺序、提高生产率以及降低生产成本起着决定性的作用，它是制定工艺过程的主要任务之一。定位基准可分为粗基准和精基准两种

4.3.1工艺基准3、测量基准：用以测量已加工表面尺寸及位置的基准。4、装配基准：用来确定零件或部件在机器中的位置的基准。4.3.2定位基准的选择粗基准：毛坯表面的定位基准。

1.选取不加工的表面作粗基准：这样可使加工表面具有较正确的相对位置，并有可能在一次安装中把大部分加工表面加工出来。

选择定位基准是为了保证工件的位置精度，因此，选择定位基准总是从有位置精度要求的表面开始进行选择的粗基准的选择原则2.选取要求加工余量均匀的表面作为粗基准：这样可以保证作为粗基准的表面加工时余量均匀。

粗基准的选择原则3.对于所有表面都要加工的表面，选取余量和公差最小的表面作粗基准，以避免余量不足而造成废品。粗基准的选择原则4.选取光洁、平整、面积大的表面作粗基准；5.粗基准不应重复使用。一般情况下，粗基准只允许使用一次。精基准的选择原则

对于形位公差精度要求较高的零件，应采用已加工过的表面作为定位基准。这种定位基准面叫做精基准。

精基准的选择原则：

1.基准重合原则：选用定位基准与设计基准重合的原则

精基准的选择原则

2.基准统一原则：位置精度要求较高的各加工表面，尽可能在多数工序中统一用同一基准。精基准的选择原则

3、互为基准原则：在需要加工的各表面中，加工时互相以对方为定位基准。精基准的选择原则4、自为基准原则：以加工表面自身作为定位基准。

总之，无论是粗基准还是精基准的选择，都必须首先使工件定位稳定，安全可靠，然后再考虑夹具设计容易、结构简单、成本低廉等技术经济原则。4.4机械加工工艺过程的制定机械加工工艺过程的制定按三个步骤进行：1、拟定加工工艺路线分析研究零件图的各项内容及技术要求拟定零件加工的加工方法、加工方案及工艺路线。2、安排好加工工序（1）选择毛坯

4.4机械加工工艺过程的制定

（2）安排好切削加工工序

①合理选择加工方案②合理确定基准面常见几类典型零件的加工，其基准选择的常用方法有：

A.台阶轴类零件：一般选择两端中心孔作为定位基准面；对于批量很小、长度很短的轴类零件，可采用三爪卡盘在一次装夹中完成各表面的精加工。A.台阶轴类零件：

4.4机械加工工艺过程的制定

B.套类零件：一般选择其轴线（内孔）作为定位基准面。4.4机械加工工艺过程的制定

C.箱体类零件：该类零件形状复杂，除有尺寸精度要求外，一般孔的轴线相对于底面（安装基准面）有位置度要求，因此箱体类零件多采用主要的装配基准面（一般为最大的底平面）作为定位精基准。4.4机械加工工艺过程的制定

（3）安排好热处理工序

①改善金属材料切削性能的热处理工序，如各种退火、正火等，一般安排在粗加工之前进行；②消除内应力的热处理工序，如中间退火、回火、时效处理等，一般安排在粗加工与精加工之间进行；③提高机械性能的热处理工序，如淬火、调质、渗碳等各种表面处理，一般安排在最终加工之前进行。

4.4机械加工工艺过程的制定所有的热处理工序都是在零件最终加工之前进行，这是因为零件经过热处理工序后必有变形，最终加工时可以纠正变形带来的误差。（4）安排好检验工序在成批生产的工厂执行“自检、互检、专检”，产品经检验合格，方可出厂。量具应定期交有关部门检验，不合格的量具不允许上岗使用。4.4工艺路线的制定

3、拟订加工工艺过程

制定工艺规程的目的是确保产品质量、提高经济效益，同时它是确定生产人员数量以及定设备、定生产厂房面积和投资额的原始材料。

安排加工顺序的原则：“基面先行、粗精分开、先粗后精、先面后孔”

4.4工艺路线的制定(1)基面先行原则

,零件加工时，必须选择合适的表面作为定位基面，以便正确安装工件。在第一道工序中，只能用毛坯面(未加工面)作为定位基面，在后续工序中，为了提高加工质量，应尽量采用加工过的表面为定位基面，显然，安排加工工序时，精基面应先加工。例如，轴类零件的加工多采用中心孔为精基准。因此，安排其加工工艺时，首先应安排车端面、钻中心孔工序。

(2)粗精分开，先粗后精的原则

零件加工质量要求高时，对精度要求高的表面，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，精加工应放在最后进行。这样，有利于保证加工质量，有利于某些热处理工序的安排。4.4工艺路线的制定

(3)先面后孔的原则

对于箱体、支架类等零件应先加工平面后加工孔。这是因为平面的轮廓平整，安放和定位稳定可靠。先加工好平面，就能以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置

综上所述，一般机械加工的顺序是：先加工精基准粗加工主要面(精度要求高的表面)精加工主要面。次要表面的加工适当穿插在各阶段之间进行。

第四章

零件表面的加工方案返回索引

零件是由多个表面组成的，每一个表面又可以用多种加工方法获得。因此，应该对零件的结构特点、形状大小、技术要求、材料性能、生产批量、设备现状以及经济性等多方面进行分析，选择合适的加工方法。将多种加工方法按照一定的加工顺序链接起来，依次对各个表面进行加工，多种加工方法的有机组合成为加工方案。加工方案是拟订工艺过程的基础。1.外圆表面的加工方案公差等级表面粗糙度Ra(m)加工方案适用范围IT13IT115012.5粗车适用于淬火钢外的各种金属IT10IT86.33.2粗车—半精车IT8IT71.60.8粗车—半精车—精车IT6IT50.80.2粗车—半精车—精车—精细车主要用于要求高的有色金属IT8IT70.80.4粗车—半精车—磨削适用于除有色金属外的各种金属，特别是淬火钢IT7IT60.40.1粗车—半精车—粗磨—精磨IT5IT30.10.025粗车—半精车—粗磨—精磨—超精磨2.平面的加工方案公差等级表面粗糙度加工方案适用范围IT12IT102512.5粗车轴、套、盘类等零件未淬火的端面IT9IT76.30.8粗车—半精车—精车IT10IT86.31.6粗刨（铣）—精刨（铣）用于不淬硬的平面IT7IT60.80.1粗刨（铣）—精刨（铣）—刮研IT7IT60.40.05粗刨（铣）—精刨（铣）—粗磨—精磨用于高精度低粗糙度的平面3.孔的加工方案公差等级表面粗糙度加工方案适用范围IT13IT115012.5钻

加工除淬火钢外各种金属实心毛坯上较小的孔IT10IT96.33.2钻—扩IT8IT76.33.2钻—扩IT7IT60.40.2钻—扩—机铰—手铰IT13IT1012.56.3粗镗

除淬火钢外各种金属，毛坯有铸出孔或锻出孔IT9IT83.21.6粗镗—精镗IT8IT71.60.8粗镗—半精镗—精镗IT7IT60.80.4粗镗—半精镗—精镗—精细镗IT7IT60.20.1粗镗—半精镗—粗磨—精磨主要用于淬火钢，但不宜用于有色金属4.典型零件的工艺过程

我们对轴类零件进行工艺过程分析4.1轴类零件

轴类零件按其结构特点可分为光轴、阶梯轴、空心轴、曲轴等，其主要表面为外圆面、轴肩和端面，某些轴类零件还有内圆面、键槽、退刀槽、螺纹等其它表面。外圆面主要用于安装轴承和轮系（带轮、齿轮、链轮等），轴肩的作用是使上述零件在轴上轴向定位。轴类零件通过轴上安装的零件起支承、传递运动和扭矩的作用。4.1轴类零件4.1轴类零件1）技术要求本零件的轴颈Φ24和Φ16分别装在箱体的两个孔中，轴通过螺纹M10和孔Φ10紧固在箱体上，轴上Φ20h6处是用来安装滚动轴承的，轴承上装有齿轮，轴中间对称地加工出相距22的两个平行平面，是为了卡扳手而设计的。2）工艺分析

①毛坯选择：由于轴受力不大，主要是支承齿轮，所以可直接选用不经锻造的45钢。

4.1轴类零件

②定位基准的选择

A.以圆钢外圆面为粗基准，粗车端面并钻中心孔；

B.为保证外圆面的位置精度，以轴两端的中心孔为定位精基准，这样满足了基准重合和基准统一的原则；

C.调质处理后，以外圆面定位，精车两端面并修整中心孔；

D.以修整的两中心孔作为半精车和磨削的定位精基准，满足了互为基准的原则。

③制订机械加工工艺过程

单件小批量生产机床某轴的工艺过程

第六章

数控加工技术返回索引１.数控技术概述

1.1数控技术的基本概念数字控制（NumericalControlTechnology，NC）是一种借助数字化信息（数字、字符）对某一工作过程（如加工、测量、装配等）发出指令并实现自动控制的技术。数控系统（NumericalControlSystem）采用数字控制技术的自动控制系统。数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。是数控技术典型应用的例子。１.２数控机床的产生与发展

2.制造业的发展需求产品日趋精密、复杂，改型频繁，提出高性能、高精度和高自动化要求一.产生背景1．传统机床的不足人工操作，劳动强度大，难以提高生产效率人为误差，难以保证质量难以加工复杂形状的零件不利于生产管理现代化1．国外

1930年，数控专利

1948年，数控机床生产的萌芽

1952年，第一台数控铣床

1958年，第一台加工中心

1968年，柔性制造系统

1974年，采用微处理器

1990年，采用基于工业PC的计算机数控系统2．国内

1958年，第一台数控铣床

1975年，第一台加工中心

20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于PC-NC的HNC数控系统二．产生与发展历程１.２数控机床的产生与发展1.2数控机床的产生与发展第五代：微处理器数控(1974年)第四代：小型机数控(1967年)第三代：集成电路式(1965年)第二代：晶体管分立元件式(1959年)第一代：电子管、继电器式(1952年）

硬、软件数控软件数控ïïïþïïïýüþýü硬件数控ïþïýü3．数控系统的产生和发展４.知名数控系统

日本FANUC德国西门子SIEMENS日本三菱MITSUBISHI日本山崎马扎克(MAZAK)西班牙发格(FAGOR)华中数控系统广州数控系统国内知名：

1.2数控机床的产生与发展1.数控系统的发展趋势

1)高速高精度2)智能化（1）应用自适应控制技术（2）自动编程技术（3）具有故障自动诊断功能（4）应用模式识别技术3)开放式数控系统三.数控机床的发展趋势1.2数控机床的产生与发展4)基于网络的数控系统

(1)数控系统内部的CNC装置与数字伺服间的通信，主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息；

(2)数控系统与上级主计算机间的通信；

(3)与车间现场设备及I/O装置的通信，主要通过现场总线，如PROFIBUS等进行通讯；

(4)通过因特网与服务中心的通信，传递维修数据；

(5)通过因特网与另一个工厂交换制造数据。1.2数控机床的产生与发展2.数控机床的发展趋势运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化交互网络化1.2数控机床的产生与发展加工高精化

提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。1.2数控机床的产生与发展功能复合化

复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。镗铣钻复合—加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；车铣复合—车削中心（ATC，动力刀头）；铣镗钻车复合—复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）；铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）；可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；

1.2数控机床的产生与发展控制智能化

随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：加工过程自适应控制技术加工参数的智能优化与选择智能故障诊断与自修复技术智能化交流伺服驱动装置1.2数控机床的产生与发展体系开放化定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。开放式数控系统特点：系统构件（软件和硬件）具有标准化、多样化和互换性的特征允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式”的集成。构造应该是可移植的和透明的；开放体系结构CNC的优点向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品；可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。1.2数控机床的产生与发展交互网络化支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成“全球制造”的基础单元。网络资源共享。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。1.3数控机床的工作过程

数控机床仍采用刀具和磨具对材料进行切削加工，这点在本质上和普通机床并无区别。但在如何控制切削运动等方面则与传统切削加工存在本质上的差别，如下图。零件图编制工艺卡工人操作机床编制程序零件图键盘输入加工运动数控装置伺服装置加工运动检测(a)普通机床加工(b)数控机床加工信息反馈数控车床的结构控制面板显示器滚珠丝杆刀架主轴1.4数控加工技术的特点

(1)生产效率高，由于加工过程是自动进行的，且机床能自动换刀、自动不停车变速和快速空行程等功能，使加工时间大大减少

(2)能稳定地获得高精度，数控加工时人工干预减少，可以避免人为误差，且机床重复精度高

(3)由于机床自动化程度大大提高，减轻了工人劳动强度，改善了劳动条件

(4)加工能力提高，应用数控机床可以很准确的加工出曲线、曲面、圆弧等形状非常复杂的零件，因此，可以通过编写复杂的程序来实现加工常规方法难以加工的零件1.5数控系统的组成现代数控机床一般由数控装置(NCunit)、伺服系统(servosystem)、位置测量与反馈系统(feedbacksystem)、辅助控制单元(accessorycontrolunit)和机床主机(mainengine)组成，下图是各组成部分的逻辑结构简图：数控装置是数控机床的核心，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种功能；伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件，它包括主轴驱动单元（主要是速度控制）、进给驱动单元（主要有速度控制和位置控制）、主轴电机和进给电机等。位置测量与反馈系统由检测元件和相应电路组成，其作用是检测速度与位移，并将信息反馈给数控装置，形成闭环控制；但不一定每种数控机床都装备位置测量与反馈系统（图中虚线部分表示该模块不是基本配置），没有测量与反馈系统的数控装置称开环控制系统（如运动简单的中低档数控车床），常用的测量元件有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅尺等。辅助控制单元用以控制机床的各种辅助动作，包括：冷却泵的启停等各种辅助操作。机床主机包括床身、主轴、进给机构等机械部件。滚珠丝杠螺母机构，在丝杠1和螺母4上各加工有圆弧，当螺母4旋转时，丝杠1的旋转面经滚珠2推动螺母4轴向移动，同时滚珠2沿螺旋形滚道滚动，使丝杠1和螺母4之间的滑动摩擦转为滚珠与丝杠1、螺母4之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管3连接起来，使滚珠2能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。各类中小型数控机床普遍采用滚珠丝杠。1.6数控机床主机中的传动机构为了适应数控机床加工范围广，工艺适应性强和自动化程度高的特点，要求主传动装置具有很宽的变速范围，并能无级变速，随着全数字化交流调速技术的日趋完善，齿轮分级变速传动在逐渐减少，大多数数控机床采用电动机直接驱动主轴的结构。数控机床的进给传动装置，灵敏度和稳定性，将直接影响到工件的加工质量，因此常采用不同于普通机床的进给机构，例如采用线性导轨、塑料导轨或静压导轨代替普通滑动导轨，用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构，以及采用可以消除间隙的齿轮传动副和可以消除间隙的键连接等

数控加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及与工件之间的相对位移等都用数字化的代码表示，并按工艺先后顺序组织成“NC程序”，数控机床之所以能够加工一些几何形状复杂的零件，就是因为数控机床的坐标轴能够联动，编程人员在编写NC程序时，使用规定的NC代码体系，只给出联动轴的起终点坐标及插补速度等的代码，而完成联动轴在起终点间的运动过程参数要由NC自动求出。2.数控加工原理插补原理：

插补是在已知曲线的起终点之间，确定一些中间点坐标的一种计算方法，机械零件大部分由直线和圆弧组成，因此NC都具有直线和圆弧的插补功能。零件程序中提供了直线的起点和终点坐标，圆弧的起点坐标以及圆弧走向（顺时针或逆时针）或圆心相对于起点的偏移量或圆弧半径。插补的任务，是根据偏程进给速度的要求，完成从轮廓起点到终点的中间点坐标值的计算。如图所示，刀具由O至A，直线OA是其理论轨迹。如何确定控制轴X、Z的走向呢？用逐点比较法：每走一步与理论轨迹比较一下，从而确定下一步的走向。起点坐标（0，0），终点坐标（Xe,Ze）于是直线OA的方程为：X/Z=Xe/Ze;即：ZXe-XZe=0;①

若点（X,Z）在直线上方，则：ZXe-XZe>0;②

若点（X,Z）在直线下方，则：ZXe-XZe<0;于是：取F=ZXe-XZe,在插补运算过程中，控制轴每移动一步之前，先由NC判断F的符号。2.6数控加工原理（续）当F>0时，NC发出移动微指令，使控制轴向+X方向移动一个步长；当F<0时，NC发出移动微指令，使控制轴向+Z方向移动一个步长；当F=0时，可以规定NC使控制轴向+X或+Z方向移动一个步长这样可以不断地趋向终点，图中，带箭头的折线轨迹是机床实际运动的插补轨迹，直线OA是理论轨迹，由于插补运算所取的步长很小，所以可以近似地认为插补轨迹就是直线OA的理论轨迹。

刀具补偿原理：是指NC对编程时零件轮廓轨迹与刀具实际运行轨迹差值进行补偿的功能。如右图所示：用一个半径为R的刀具加工图中的实线表示的工件，刀具运行的实际中心轨迹应为图中的虚线所示，于是刀具离开工件的这一个距离就是偏置（二者之间相差一个刀具半径R），偏置量(offsetvalue)是一个二维的矢量，可正可负

同理：在刀具长度方向上，每种刀具长度不一致，也是采用同样的方法进行补偿，称刀具长度补偿。刀具补偿又可以分为形状补偿(geometryoffset)和磨损补偿(wearoffset)，运行程序前的刀具标称半径或长度是形状补偿量，在加工过程中，刀具由于磨损的作用发生细微的尺寸变化，这时，将磨损量输入到磨损补偿号中，可以不必改动形状补偿号。方便操作。3.数控加工编程基础

３.1机

床

坐

标

系

３.1.1机床坐标系和主运动方向

1．标准坐标系的规定对数控机床中的坐标系和运动方向的命名，ISO标准和我国JB3052—82部颁标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴。

标准中规定直线进给运动用右手直角笛卡儿坐标系X、Y、Z表示，常称基本坐标系。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定。如图３-1所示，图中大拇指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示。根据右手螺旋法则，可以方便地确定A、B、C三个旋转坐标轴。以大拇指指向＋X、＋Y、＋Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动＋A、＋B、＋C方向。图3-1右手直角笛卡儿坐标系

如果数控机床的运动多于X、Y、Z三个坐标，则可用附加坐标轴U、V、W分别表示平行于X、Y、Z三个坐标轴的第二组直线运动；如果在回转运动A、B、C外还有第二组回转运动，可分别指定为D、E、F。然而，大部分数控机床加工的动作只需三个直线坐标轴及一个旋转轴便可完成大部分零件的数控加工。2．运动方向的确定