第二章 数控加工工艺基础知识

第二章第一节基本概念一、生产过程

二、工艺过程

三、机械加工工艺过程

1.工序

2.工步第一节基本概念表2-1联轴器加工工艺过程(中批生产)第一节基本概念图2-1复合工步第一节基本概念3.进给

4.安装

5.工位图2-2联轴器第一节基本概念图2-3多工位加工第一节基本概念四、生产纲领和生产类型

1.生产纲领2.生产类型

(1)单件生产单件生产是指产品品种多，而每一种产品的结构、尺寸不同，且产量很少，各个工作地点的加工对象经常改变，且很少重复的生产类型。

(2)大量生产大量生产是指产品数量很大，大多数工作地点长期地按一定节拍进行某一个零件的某一道工序的加工。第一节基本概念(3)成批生产成批生产是指一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复。表2-2生产类型与生产纲领的关系第一节基本概念表2-3各种生产类型的工艺特征五、机械加工工艺规程第一节基本概念(1)机械加工工艺过程卡片这种卡片是以工序为单位说明零件机械加工过程的一种工艺文件，机械加工工艺过程卡制订了零件所有的机械加工过程。第一节基本概念表2- 4标准机械加工工艺过程卡片第一节基本概念(2)机械加工工序卡片这种卡片是在机械加工工艺过程卡的基础上，按每道工序的工序内容所编制的一种工艺文件。第一节基本概念表2-5标准机械加工工序卡片第一节基本概念六、工序简图

1)工序简图可按比例缩小，尽量用较少的投影绘出，可以略去视图中的次要结构和线条。

2)工序简图主视图应是本工序工件在机床上装夹的位置。

3)工序简图中工件上本工序加工表面用粗实线表示，本工序不加工表面用细实线表示。

4)工序简图中用规定的符号表示出工件的定位、夹紧情况。第一节基本概念5)工序简图中标注本工序的工序尺寸及其公差，加工表面的表面粗糙度，以及其他本工序加工中应该达到的技术要求。

七、制订机械加工工艺规程的原则和步骤

1.工艺规程设计须遵循的原则

1)应能够保证加工后零件质量达到设计图样上规定的各项技术要求。

2)设法降低生产制造成本，这也是制订工艺规程的基本原则。第一节基本概念3)应使工艺过程具有较高的生产效率，使产品尽快投入市场。

4)减轻工人的劳动强度，提供安全的劳动条件。

2.制订零件机械加工工艺规程的步骤

1)熟知和分析制订工艺规程的技术要求，确定生产纲领，确定生产类型。

2)审查零件图和装配图，分析零件结构的工艺性。

3)确定毛坯种类、形状、尺寸及其制造方法。

4)拟订工艺过程，选择定位基准，确定加工表面的加工方法。第一节基本概念5)选择机床和工艺装备。

6)确定工艺路线中每一道工序的工序内容，并提供主要工序的检验方法。

7)确定加工余量、工序尺寸及其公差。

8)确定切削用量、计算工时定额。

9)进行技术经济分析，选择最优工艺方案。

10)填写工艺文件。

八、加工余量

1.加工余量的概念

2.影响加工余量的因素第一节基本概念(1)前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度(Ra和Da)为了使工件的加工质量逐步提高，一般每道工序都应切到待加工表面以下的正常金属组织，将上道工序形成的表面粗糙度和缺陷层切掉。

(2)前工序形成的形状误差和位置误差(Δx和Δw)当形状公差、位置公差和尺寸公差之间相互独立时，尺寸公差不控制形状公差和位置公差。

3.确定加工余量的方法

(1)查表修正法根据生产实践和试验研究，现在已将毛坯余量和各种工序的工序余量数据收集在手册。第一节基本概念(2)经验估计法此法是根据实践经验确定加工余量。

(3)分析计算法这是根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计算确定加工余量的一种方法。

九、加工精度

1.加工精度的概念

2.影响加工精度的因素

(1)系统的几何误差

1)机床的几何误差。

2)加工原理误差。

3)夹具误差。第一节基本概念4)刀具的制造误差及磨损。图2- 4车削细长轴时受力变形第一节基本概念(2)工艺系统的受力变形由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用，会产生弹性变形，从而破坏刀具与工件之间的准确位置，产生加工误差。

1)切削过程中受力点位置变化引起的加工误差。

2)毛坯加工余量不均，材料硬度变化导致切削力大小变化引起的加工误差——复映误差。

(3)工艺系统的热变形机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下会产生一定的热变形。第一节基本概念(4)工件残余应力引起的误差残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。

(5)调整误差零件加工的每一个工序中，为了获得被加工表面的形状、尺寸和位置精度，总要对机床、夹具和刀具进行调整。

(6)数控机床产生误差的独特性数控机床与普通机床的最主要差别有两点：一是数控机床具有“指挥系统”——数控系统，二是数控机床具有执行运动的驱动系统——伺服系统。

1)机床重复定位精度的影响。第一节基本概念2)检测反馈装置的影响。

3)刀具误差的影响。

3.提高加工精度的工艺措施

(1)减小原始误差法这是生产中应用较广的一种基本方法。

(2)转移原始误差法这种方法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。

(3)补偿原始误差法这是人为地制造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。第一节基本概念(4)就地加工法在加工和装配中有些精度问题牵涉到零件或部件间的相互关系，相当复杂。

(5)均分原始误差法在加工中，由于毛坯或上道工序误差(以下统称“原始误差”)的存在，往往造成本工序的加工误差。

解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分为2组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/2，然后按各组分别调整加工。第一节基本概念(6)均化原始误差法对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。

十、表面质量

1.表面的几何特性

(1)表面粗糙度它是指加工表面的微观几何形状误差，如图2-5所示，其波长L3与波高H3的比值一般小于50，主要由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素决定。第一节基本概念图2-5表面几何特性(2)表面波度它是介于宏观几何形状误差(L1／H1>1000)与微观表面粗糙度(L3／H3<50)之间的周期性几何形状误差，如图2-5所示，其波长L2与波高H2的比值一般为1000。第一节基本概念(3)表面纹理方向它是指表面刀纹的方向，取决于该表面所采用的机械加工方法及其主运动和进给运动的关系。

(4)伤痕它是指在加工表面的一些个别位置上出现的缺陷。

2.表面层的物理、化学和力学性能

1)表面层加工硬化(冷作硬化)。

2)表面层金相组织变化及由此引起的表层金属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。

3)表面层产生残余应力或造成原有残余应力的变化。第二节数控加工工艺系统一、数控加工工艺系统的组成图2- 6工艺系统的组成第二节数控加工工艺系统1.数控机床

2.夹具

3.刀具

4.工件

二、数控加工刀具的种类和特点

1.数控加工刀具的种类

(1)从切削工艺上对数控加工刀具的分类

1)车削刀具。

2)铣削刀具。

3)镗削刀具。第二节数控加工工艺系统4)钻削刀具。

(2)从制造所采用的材料上对数控加工刀具的分类

1)高速钢刀具。

2)硬质合金刀具。

3)陶瓷刀具。

4)立方氮化硼刀具。

5)金刚石刀具。

(3)从结构上对数控加工刀具的分类

1)整体式。

2)镶嵌式。第二节数控加工工艺系统3)减振式。

4)内冷式。

5)特殊形式。

(4)特殊型刀具特殊型刀具有带柄自紧夹头刀柄、强力弹簧夹头刀柄、可逆式(自动反向)攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。

2.数控加工刀具的特点

1)刀片及刀柄高度通用化、规格化、系列化。

2)刀片或刀具的寿命及经济寿命指标合理化。

3)刀具或刀片几何参数和切削参数规范化、典型化。第二节数控加工工艺系统4)刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。

5)刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。

6)刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。

7)刀柄或工具系统的装机质量有限度。

8)刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。

9)刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。

三、数控机床夹具的特点第二节数控加工工艺系统1)传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备有接触式测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。

2)数控加工适用于多品种、中小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。

3)夹具本身应有足够的刚度，以适应大切削用量切削。

4)为适应数控机床多方面加工的特点，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。第二节数控加工工艺系统5)夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。

6)对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等。

7)为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。第三节数控加工工艺设计概述一、数控加工工艺的特点

二、数控加工工艺的主要内容

1)选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。

2)分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。

3)确定零件的加工方案，制订数控加工工艺路线。

4)加工工序的设计。

5)数控加工程序的调整。

6)分配数控加工中的公差。

7)处理数控机床上的部分工艺指令。

三、数控加工工艺设计第三节数控加工工艺设计概述1.对零件图样进行数控加工工艺性分析

(1)尺寸标注应符合数控加工的特点为使零件图样符合数控加工工艺的要求，图样的尺寸标注应符合数控加工的特点。

(2)组成零件形状的几何要素的条件应准确、完整编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素的尺寸及各几何要素间的关系。

(3)零件技术要求分析零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等，这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。第三节数控加工工艺设计概述(4)零件材料分析在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料。

2.数控加工工序内容及工艺路线设计

(1)定位基准选择在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要，否则可能因基准转换引起定位误差。

(2)工序的划分确定零件的加工过程中采用数控机床后，拟定其工艺路线时，要尽量采用工序集中原则，针对数控加工的特点，对零件的加工工序的划分还应考虑下述因素。第三节数控加工工艺设计概述1)按工件的定位方式划分工序。图2-7凸轮第三节数控加工工艺设计概述2)按粗、精加工分开的原则划分工序。

3)按使用刀具不同划分工序。

4)以加工部位划分工序。

(3)工步的划分确定了数控加工工序内容后，应合理安排一个工序中的工步顺序。

1)先粗后精。

2)先面后孔。

3)按所用刀具划分工步。

4)基准面先行原则。第三节数控加工工艺设计概述(4)顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位与夹紧的需要来考虑，重点使工件的刚性不被破坏。

1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。

2)先内后外。

3)一次安装应尽可能多地连续加工各个表面。

4)先安排对工件刚性破坏较小的工序。

(5)做好数控加工工序与普通加工工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。第三节数控加工工艺设计概述(6)选择合理的进给路线数控加工过程中刀具相对工件的运动轨迹和运动方向称为进给路线。

1)切入工件的进刀量、切出工件的退刀量。

2)沿工件加工表面切向进刀和退刀。图2-8圆弧铣削的进刀与退刀

a)外圆弧面铣削b)内圆弧面铣削第三节数控加工工艺设计概述3)直线进刀、退刀路线。

4)沿1／4圆弧段进、退刀路线。

5)进给路线应使加工后工件的变形最小。

6)寻求最短加工路线。

7)最终轮廓一次进给完成。图2-9孔系加工路线第三节数控加工工艺设计概述3.数控加工工序的设计

(1)数控加工夹具的选择为缩短生产准备时间，应优先考虑使用通用夹具、组合夹具，必要时可设计制造专用夹具。

(2)数控加工刀具的选择为提高数控机床效率，刀具的选择非常重要。

(3)正确选择工件坐标原点图2-10数控刀具的刀位点第三节数控加工工艺设计概述(4)确定切削用量对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大主要要素。第四节常用工程材料一、常用金属材料的种类表2- 6常用金属材料的种类二、常用碳素钢的牌号、性能和用途

1.(普通)碳素结构钢第四节常用工程材料表2-7碳素结构钢的力学性能、牌号及用途表2-7碳素结构钢的力学性能、牌号及用途2.优质碳素结构钢

3.碳素工具钢第四节常用工程材料三、常用合金钢的牌号、性能和用途

四、铸铁的牌号、性能和用途

1.灰铸铁表2-8灰铸铁的牌号及应用2.可锻铸铁第四节常用工程材料表2-9可锻铸铁的牌号、力学性能和用途3.球墨铸铁第四节常用工程材料表2-10球墨铸铁的牌号、力学性能和用途五、铝及铝合金

1.纯铝

2.铝合金第四节常用工程材料六、塑料

1.塑料的组成

(1)合成树脂合成树脂是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成成分，也起着粘结剂的作用。

(2)添加剂添加剂是为改善塑料的性能而加入的其他成分，主要包括下列几类。

1)填料或增强材料：填料在塑料中主要起增强作用。

2)固化剂：可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。第四节常用工程材料3)增塑剂：用以提高树脂可塑性和韧性。

4)稳定剂：用以防止受热、光等作用下的塑料过早老化。

2.塑料的分类

(1)按树脂的热性能分类根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，可分为热塑性塑料和热固性塑料。

1)热塑性塑料。

2)热固性塑料。

(2)按使用范围分类

1)通用塑料。

2)工程塑料。第四节常用工程材料3)耐热塑料。

3.常用工程塑料的性能和用途

(1)热塑性塑料

1)聚乙烯(PE)。

2)聚丙烯(PP)。

3)聚氯乙烯(PVC)。

4)聚苯乙烯(PS)。

5)ABS塑料。

6)聚酰胺(PA)。

7)聚碳酸酯(PC)。第四节常用工程材料8)氟塑料。

9)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗称有机玻璃。

(2)热固性塑料

1)酚醛塑料(PE)。

2)环氧塑料(EP)。

七、钢的热处理概述图2-11各种热处理工艺曲线第四节常用工程材料1.钢的退火

2.钢的正火

3.钢的淬火

4.钢的回火

5.钢的表面热处理

(1)钢的表面淬火表面淬火是把钢的表面迅速加热到适当温度，而心部温度仍较低，然后快速冷却的热处理工艺。第四节常用工程材料(2)钢的化学热处理钢的化学热处理是将钢置于适当温度的某种介质中，保温一定时间，使介质中的某些元素渗入钢的表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。第五节常用材料的切削加工性能及毛坯的选择原则一、常用材料的切削加工性能

1.金属材料切削加工性能的概念第五节常用材料的切削加工性能及毛坯的选择原则表2-11材料切削加工性能等级2.改善金属材料切削加工性能的途径

二、机械加工中常见毛坯的种类

1.铸件

2.锻件第五节常用材料的切削加工性能及毛坯的选择原则3.型材

4.焊接件

5.粉末冶金制件

三、毛坯的选择原则

1.生产类型

2.现有生产条件

3.零件材料及其力学性能

4.零件的结构形状及其外形尺寸

5.保证设计的质量要求

6.充分考虑利用新工艺、新技术和新材料第六节数控加工中的常用量具一、游标卡尺图2-12游标卡尺

1、5—内外量爪2—制动螺钉3—游标4—尺身1.刻线原理第六节数控加工中的常用量具图2-131/50游标卡尺的刻线原理和读数方法

a)刻线原理b)读数方法2.游标卡尺的读数方法

(1)读整数读出游标零线以左的主尺上最大整数(毫米数)，图中为23mm。第六节数控加工中的常用量具(2)读小数根据游标零线以右、且与主尺上刻线对准的刻线数，乘以0.02mm读出小数，图中为5×0.02mm＝0.10mm。

(3)将整数与小数相加，即为总尺寸。

3.游标卡尺的使用方法图2-14游标卡尺的使用方法

a)测量外径b)测量长度c)测量深度d)测量内径e)测量两孔间的距离第六节数控加工中的常用量具(1)检查零位量面推合后，游标与尺身两者零位应重合。

(2)测量尺寸测量外尺寸时，拉开卡尺的两个量爪，卡入工件的所测部位。

(3)测量力要适当测量力太大，会造成尺框倾斜，产生测量误差。图2-15