《数控加工实训教程》课件第2章

单元2数控加工工艺基础2.1工艺基础知识2.2数控车削加工工艺分析实例2.3数控铣削加工工艺分析实例2.4数控加工刀具2.5数控钻、镗、铣加工刀具的装夹工具系统2.6能力训练

2.1工艺基础知识

2.1.1数控加工对象的选择

1．优先类●结构形状复杂，加工精度要求高，普通加工设备无法加工或虽能加工但加工质量很难保证的零件；●用数学模型描述的复杂曲线、曲面轮廓的零件；●难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件；●

工序易于集中的零件。

2．适应类●在普通机床上加工时易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件；●在普通机床上加工必须制造复杂的专用工装的零件；●需要多次更改设计才能定型的零件；●在普通机床上加工需要长时间调整的零件；●

普通机床上加工生产效率很低、劳动强度很大的零件。

3．不宜类●生产批量大的零件；●装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；●加工余量很不稳定的零件；●

必须用特定的工艺装备协调加工的零件。

当选择并决定对某个零件进行数控加工后，还必须选择零件数控加工的内容，并确定已选定零件的哪些表面需要进行数控加工。一般按下列顺序考虑：

(1)普通机床无法加工的内容应作为数控加工优先选择的内容；

(2)普通机床难加工并且质量也难以保证的内容应作为数控加工重点选择的内容；

(3)普通机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存富余能力的基础上进行选择。

2.1.2数控加工工艺性分析

1．零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，要求零件图样所描述的结构应便于数控加工成型。通常应根据零件图样分析零件结构的合理性与加工的难易性，从而决定采用何种数控机床及加工方法进行加工。对于零件结构的不合理之处，可与设计人员或有关部门沟通，提出修改意见。例如图2-1(a)所示零件，三个槽尺寸不同，在数控车削加工时需用三把不同宽度的切槽刀加工，若无特殊需要，该结构显然是不合理的，如改为图2-1(b)所示结构，则便于数控加工。

图2-1结构工艺性分析示例

图2-2轮廓几何要素分析示例

2．零件轮廓几何元素分析手工或自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，零件图样所表达的零件各几何元素要求形状、位置都确定，即形位尺寸应标注清楚齐全，这样才能准确编制零件轮廓的数控加工程序。对于零件设计图样上无须标出的尺寸若编程需要，可通过几何分析计算得出。如图2-2中A、B两切点的位置尺寸可通过计算或在CAD软件中查点坐标获得。

3．零件精度及技术要求分析零件精度及技术要求分析是零件工艺性分析的重要内容。通过分析，可以明确零件的加工要求，为后续加工方法的选择、装夹方式的确定、刀具及切削用量的选择提供依据。精度及技术要求分析的主要内容如下：

(1)精度及技术要求的科学合理性分析；

(2)数控加工满足相应要求的可能性分析；

(3)明确零件上精度及技术要求较高的加工部位

4．尺寸标注分析尺寸标注应符合数控加工的特点，在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的，因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准标注尺寸。

2.1.3数控加工工艺路线设计

1．工序划分在数控机床上加工零件，工序应尽可能地相对集中，即零件在一次装夹中，尽可能地完成其全部或更多的工序，这就要求合理地划分零件的加工工序。划分工序的方法有：

(1)按所用刀具划分工序。为了减少换刀次数，压缩空行程时间，从而提高零件加工精度和生产效率，有时按刀具集中工序的方法加工零件，即将一把刀连续完成的加工内容作为一道工序，更换刀具后即转入下一道工序。

(2)以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。

(3)按粗、精加工划分工序。根据零件形状、尺寸、精度要求以及零件刚度和可能产生的变形等因素，把粗加工和精加工分开，先粗加工，后精加工，特别是对于一些形状复杂、精度要求高、零件刚度低且容易变形的零件，由于粗加工后零件变形的恢复需要一定的时间，因此最好粗加工后不要立即安排精加工。

(4)按加工内容划分工序。对于加工内容较多的零件，可按零件的结构特点将加工内容分为几个部分，每一部分作为一道工序。如外型面加工、内腔加工等。

需要说明的是：数控加工与普通加工相比，在工序的划分上更多地强调工序集中原则，在保证零件加工质量的前提下，一次安装尽可能完成较多的加工内容，以充分发挥数控机床高效率、高精度的特点。如工序划分过于细化，必定造成工艺辅助时间延长，同时，多次的定位装夹也会带来较大的定位误差，影响零件的加工精度。另外，对于生产批量较大的零件，可考虑采用工序分散的方法，以利于各类生产设备的合理配置，提高生产专业化程度，降低生产成本，也便于安排检验工序，防止出现批次性质量问题。

2．零件装夹方案的制定在数控加工时，把工件放在机床上(或夹具中)，使其位置按照加工要求确定下来，并对必须限制的自由度予以限制，该过程称为工件的定位。定位后的工件要保证在加工过程中位置不变还需夹紧，从定位到夹紧的整个过程称为工件的安装。工件安装的好坏直接影响着工件的加工精度。零件装夹方案的制定包括定位基准的选定、工件定位方式的确定、定位元件的选择和夹具的选择。

1)定位基准的选定定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用已加工过的表面作为定位基准称为精基准。除第一道工序用粗基准外，其余工序应尽量使用精基准。

选择定位基准要遵循以下原则：

(1)基准重合原则。力求设计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。

(2)基准统一原则。工件已选定的某一组精基准可以方便地加工其他表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准，以避免基准转换引起的误差。

(3)自为基准原则。有些加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工面本身作为定位基准。如机床导轨面磨削加工时用百分表找正导轨面相对机床的正确位置，即为自为基准应用实例。

(4)互为基准原则。工件上两个相互位置要求很高的表面加工时，互相作为基准反复加工即互为基准。做为零件的定位基准，一方面要能保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性；另一方面，要能满足加工中心工序集中的特点，即一次安装尽可能完成零件上较多表面的加工。定位基准最好是零件上已有的面或孔，也可以专门设置工艺孔或工艺凸台等作为定位基准。

2)工件定位方式的确定工件常见定位方式有以平面定位、以外圆柱面定位、以圆孔定位及以一面两孔定位等几种。加工中需根据工件结构特点选择适合的定位方式，确保定位准确。为提高零件的加工精度，在考虑了工件在夹具上或机床上的位置后，应该尽可能考虑零件的定位基准与设计基准的一致，所选的定位方式应具有较高的定位精度。

3)定位元件的选择根据确定的定位方式选择适合的定位元件，如支承钉、支承板、V形铁、定位销、心轴等都可作为定位元件使用。

4)夹具的选择在确定装夹方案时，需根据选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。在选择夹具时要注意：

(1)夹紧机构或其他元件不得影响刀具的正常进给。

(2)考虑零件夹紧方案时，要注意夹紧力的作用点和方向。夹紧力应尽可能地靠近主要支承点，或在支承点所组成的三角形内，力求靠近切削部位和刚性较好的地方，尽可能不要在被加工孔的上方。

(3)夹具要有足够的刚度和强度，以保证零件的加工精度。

(4)夹具结构应力求简单，装卸方便，辅助时间尽量短，应避免采用人工调整时间长的装夹方案。通常，对于形状简单的单件小批量零件，生产时尽量选用通用夹具，如三爪卡盘、台钳、回转工作台等；对于批量较大、精度要求高的零件，生产时可考虑设计专用夹具，以保证加工精度，提高生产效率；而对于加工中心上加工的小批量零件，则优先选用的是组合夹具。

3．刀具的选用数控加工刀具的选择，一方面，要根据加工零件的结构形状及加工设备，选择适合的刀具类型；另一方面，要根据工件材料及加工过程中对刀具耐用度的要求，选择适合的刀具材料；同时，应根据加工工艺特点选择刀具的各种几何角度及尺寸。考虑到目前数控机床所用刀具大部分为机夹可转位刀具，刀具选择主要指刀片的选择，包括刀片与工件材料的匹配性选择、刀片与零件结构形状的匹配性选择、刀片与加工工艺的匹配性选择、刀片槽型的选择等。铣削毛坯平面时，应选用镶装不重磨硬质合金刀片的铣刀。一般分粗铣和精铣两次走刀。连续切削时，粗铣时选用的刀具直径小些，精铣时选用的刀具直径大些，最好能包容加工面的宽度。加工余量大而不均匀时，选用的刀具直径要小些。

高速钢立铣刀，最好不要用来加工毛坯面，因为毛坯表面有硬化层或夹砂等，容易磨损刀具，一般适宜于加工凸台或凹槽。加工精度要求比较高的凹槽时，可以先用直径比槽小的立铣刀先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能精铣槽的两侧面，直至达到精度要求。总之，根据待加工零件的材质、加工工艺类别、工件的几何形状、加工余量大小、零件的技术经济指标、刀具能承受的切削用量、操作间断时间、振动、电力波动或突然中断及批量等因素，应选择合适的数控加工刀具，包括刀具的材质、结构形状、规格、刀具编号等的确定。具体选用方法参见本章第4节数控加工刀具。

4．加工顺序的安排加工顺序是指加工过程中工序或工步先后次序的安排，就工序而言，通常有切削加工工序、热处理工序和辅助工序等。工序安排得科学与否，直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。切削加工工序一般按以下原则安排：

(1)先粗后精原则。零件加工精度要求较高时，一般按粗加工—半精加工—精加工的顺序进行加工，逐步提高加工精度。

(2)基面先行原则。用作精基准的表面应先加工。

(3)先面后孔原则。对于箱体类零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位稳定可靠，应先加工平面，后以平面定位加工孔，这样可以保证孔的加工精度。

(4)先主后次原则。先加工主要表面，后加工次要表面。在加工顺序的安排中，除了考虑以上原则外，还应考虑使加工路线最短、减少换刀次数、保证零件加工过程中的刚性等因素。

5．加工余量的确定加工余量指毛坯实体尺寸与零件(图纸)尺寸之差。加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响。余量过大会浪费原材料及加工工时，增加机床、刀具及能源的消耗；余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差、表面缺陷和本工序的装夹误差，易造成废品。因此，应根据影响余量的因素合理确定加工余量。零件加工一般要经多道工序，总加工余量就是每个中间工序加工余量的总和。

1)工件加工余量的选择原则

(1)尽可能采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低零件的加工费用。

(2)应有足够的加工余量，特别是最后工序加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求。

(3)决定加工余量时，应考虑到零件在热处理后的变形，否则可能出现次品，从而造成浪费。

(4)决定加工余量时，应考虑被加工零件的大小。零件越大，由切削力、内应力引起的变形会越大，因此加工余量也相应大些。

(5)数控加工余量不宜过大，特别是粗加工时，其加工余量不宜太大，否则数控机床高效、高精度的特点难以体现。对于加工余量过大的毛坯，可在普通机床上安排粗加工工序。

2)确定加工余量的方法

(1)查表法。该种方法是根据各厂的生产实践和实验研究积累的数据，先制成各种表格，再汇集成手册。确定加工余量时先查阅这些手册，再结合实际情况进行适当的修改最终确定加工余量。目前国内企业多用此法。

(2)经验估算法。这种方法是工艺编制人员根据自己的实际经验确定加工余量，通常由此方法确定的加工余量总是偏大。单件小批量生产多用此方法。

(3)分析计算法。这种方法是根据一定的试验资料数据和加工余量计算公式，分析影响加工余量的各项因素，并确定加工余量。该方法较为合理，但须有较全面和可靠的试验数据。一般在材料贵重或大批量生产时采用此法。

6．切削用量的确定数控编程时，重要的是合理地选用切削用量。所谓切削用量，是指切削速度vc、走刀速度f和切削深度ap三要素。选用这些切削用量时，要根据机床的性能、所用刀具的刚度和耐用度及零件加工要求来确定。一般有经验的程序设计员，可以凭其实践经验采用类比方法来确定。在选择切削用量时，要尽可能地保证一把刀能加工出一个零件，或保证刀具的耐用度不低于一个工作班的时间，最少也不能低于半个工作班的时间。

1)制定切削用量时考虑的因素

(1)切削加工生产率。在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、vc均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的限制，当任一参数增大时，其他两个参数必须减小。因此，在制定切削用量时，只有当三要素获得最佳组合时的高生产率才是合理的。

(2)刀具寿命。切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为vc、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。

(3)加工表面粗糙度。精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，进给量是精加工时抑制生产率提高的主要因素。

2)合理选择切削用量的原则粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。通常确定几个切削用量时应遵循以下原则：

(1)切削深度ap。切削深度ap主要受机床刚度的影响，在机床刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。粗加工时切削深度尽可能取得大一点，一方面可有效提高切削效率，另一方面对刀具的耐用度影响也较小。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

(2)切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般L的取值范围为L=(0.6～0.9)d。

(3)进给速度f。进给速度f(mm/min)是一个重要参数，应根据零件加工精度和表面质量要求，以及刀具和工件材料去选取。零件批量大的生产，一般要经过实验才能确定。

f的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，f可选择得大些。在加工过程中，f也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

(4)切削速度vc。提高vc也是提高生产效率的一个措施，但vc与刀具耐用度的关系比较密切。随着vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故vc的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA时，vc可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，vc可选200m/min以上。

(5)主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度vc来确定。计算公式为：式中，d为刀具或工件直径(mm)。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行调整。(r/min)3)制定切削用量的步骤(1)背吃刀量的选择；(2)进给量的选择；(3)切削速度的确定；(4)计算主轴转速；(5)必要时校核机床功率。

在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

7．加工路线的确定在数控加工中，加工路线是指刀具刀位点相对于工件运动的轨迹和方向，即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工路径和刀具引入、引出、返回的非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线短，加工效率高等因素。

(1)对于连续铣削零件的轮廓，特别是用圆弧插补加工圆弧时，要注意刀具的切入和切出的路线，要尽可能避免交接处的重复切削，否则会出现明显的界限痕迹，如图2-3所示。

图2-3外轮廓铣削加工路线

(2)当用圆弧插补方式铣削外整圆时(如图2-4所示)，应将刀具从切向进入圆周铣削。当整圆加工完毕时，退刀不要在切点直接退出，要让刀具多走一段长度，最好是沿切线方向，以免在取消刀具半径补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成零件报废。

(3)铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则(如图2-5所示)，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，若刀具从工件坐标原点出发，其加工路线为1→2→3→4→5，这样，可提高内孔表面的加工精度和质量。

图2-4外轮廓切入切出进给路线

图2-5内轮廓切入切出进给路线

(4)铣削平底型腔时的进给路线。所谓平底型腔，是指以封闭曲线为边界的平底凹槽类零件，一般用立铣刀加工，如图2-6所示为加工型腔的三种进给路线。其中图(a)为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓，但轮廓表面加工质量较差，达不到要求的表面粗糙度。如采用图(b)的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图(c)也是一种较好的走刀路线方式。

图2-6铣削型腔时的三种走刀路线

(5)铣削曲面的加工路线。铣削曲面时，常用球头铣刀采用行切法进行加工。对于边界敞开的曲面可采用两种加工路线。如图2-7所示为发动机叶片形状的两种加工进给路线，当采用图(a)的加工方案时，就会每次沿直线加工；而采用图(b)的加工方案时，则符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但缺点是程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头铣刀应由边界外开始加工。

图2-7曲面铣削的两种进给路线

(6)位置精度要求高的孔加工路线的分析。对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工路线的安排，安排不当时，就有可能将坐标轴的反向间隙带入，直接影响孔的位置精度。如图2-8所示，在该零件上加工的四个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当按图(a)所示路线加工时，由于孔3、4与孔1、2定位方向相反，在X方向反向间隙会使定位误差增加，影响孔4与其他孔的位置精度。按图(b)所示路线，加工完孔3后，往左移动一段距离到刀具折返点，然后再折回来加工孔4，这样可避免反向间隙的引入，提高孔4与其他孔的位置精度。

图2-8精度要求较高的孔系加工路线

(7)车削加工进给路线分析。对于车削加工而言，进给路线的设计主要是指粗加工及空行程的走刀路线，精加工切削过程的进给路线基本上都是沿零件轮廓顺序进给的。粗加工路线设计时应合理设置起刀点、换刀点，合理安排“回零”路线，以使空行程最短，同时切削进给路线的设计也应在考虑工件刚性及工艺经济性的前提下尽可能缩短行程，提高效率。现在大部分数控系统都具有车削循环功能，利用车削循环指令加工零件时只需合理设定循环中的相关参数即可，如图2-9所示。

图2-9车削循环走刀路线

螺纹加工除合理规划X向每次进刀深度外，还应注意车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加δ1的刀具引入距离和δ2的刀具切出距离，如图2-10所示。这样来保证切削螺纹时，在升速完成后刀具正式切削螺纹，螺纹切削完后再降速，以保证螺纹首尾段螺距正确。

图2-10螺纹加工路线升降速段设置

以上通过几例分析了数控加工中常用的加工路线，实际生产中，加工路线的确定要根据零件的具体结构特点综合考虑，灵活运用。确定加工路线的总原则是在保证零件加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产效率。另外，在确定进给路线时，还应考虑顺、逆铣的选择。在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求、工件料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性就优于逆铣。一般来说，顺铣能获得较好的零件表面质量，而对于工件毛坯表面有硬皮时宜采用逆铣方式。顺、逆铣的判别方法如图2-11所示。

图2-11顺、逆铣判别

8．切削液的选用在金属切削过程中，选择合理的切削液，可以有效改善工件与刀具间的摩擦状况，降低切削温度，减轻刀具磨损，减小工件的热变形，从而提高刀具耐用度，提高加工效率和加工质量。

1)切削液的作用

(1)冷却作用。切削液可以将切削过程中产生的热量迅速从切削区带走，有效降低切削区温度。

(2)润滑作用。切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜，减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和粘结程度，从而减轻刀具的磨损，提高工件的加工质量。

(3)清洗作用。切削液可将切削过程中产生的大量切屑从刀具及工件上冲洗下来，避免切屑粘附刀具，划伤已加工表面并防止排屑堵塞。这就要求切削液有良好的流动性及足够的压力和流量。

(4)防锈作用。切削加工过程中，刀具、工件及机床与周围介质(空气、水份等)接触，易造成腐蚀，切削液中通常加有防锈添加剂，可有效防止腐蚀。

2)切削液的种类

(1)水溶液。水溶液指以水为主要成分的切削液。其特点是冷却效果好，但单纯的水溶液容易使金属腐蚀，润滑性能差，通常需添加防锈剂、表面活性物质和油性添加剂，使其既具有防锈性能，又具有一定的润滑性能。

(2)乳化液。乳化液是将乳化油用95%～98%的水稀释而成的呈乳白色的液体，具有良好的冷却作用，但润滑、防锈性能较差，通常再加入一定量的油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，改善其润滑、防锈性能。

(3)切削油。其主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。

3)切削液的选用

(1)粗加工时切削液的选用。粗加工时一般切削加工余量大，切削量也大，会产生大量的切削热，若使用高速钢刀具，则需选择水溶液或乳化液作为切削液；如果使用硬质合金刀具，一般不用切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液，但必须连续、充分地浇注，以免处于高温状态的硬质合金刀片产生巨大的内应力而出现裂纹或破损。

(2)精加工时切削液的选用。精加工时要求表面粗糙度较小，一般选用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。

(3)根据工件材料的性质选用切削液。切削塑性材料时需用切削液，切削铸铁、黄铜等脆性材料时一般不用切削液。加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，应选用含极压添加剂的切削液。切削有色金属和铜、铝合金时，为得到较高的表面质量和精度，可采用10%～20%的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。

2.1.4形成数控加工工艺文件数控加工工艺文件是编程员编制的与程序单配套的有关技术文件，是操作者必须遵守、执行的规程，包括工序卡、数控加工刀具明细表、机床调整单、数控程序单等。表2-1及表2-2为部分工艺文件的参考格式。

表2-1数控加工工序卡

表2-2数控加工刀具卡

2.2数控车削加工工艺分析实例

下面以在CK6140型数控车床上加工如图2-12所示典型轴类零件为例，说明其数控车削加工工艺的设计过程。

图2-12数控车削加工工艺应用实例

1．零件工艺性分析该零件表面由圆柱、圆锥、圆弧、螺纹等几何要素组成，零件结构形状较为简单，其中零件的表面粗糙度要求较高，尺寸精度方面只有一个直径方向的尺寸有公差要求，同时零件尺寸标注齐全，轮廓描述清楚。整体而言，加工难度小，工艺性好。

2．工序划分根据该零件的结构特点，粗精加工安排在一道工序完成，即一次装夹后完成零件的全部加工内容。

3．确定装夹方案选择毛坯轴线及左端台阶面为定位基准，采用三爪自定心卡盘夹紧，如图2-13所示。图2-13装夹方案

4．刀具选用根据加工需要并考虑到表面粗糙度要求较高，选用四把刀具：外圆粗加工刀(T01)、外圆精加工刀(T02)、螺纹刀(T03)、切断刀(T04)。工件坐标系的原点设置在工件右端面与轴线的交点处，换刀点设在X200，Z200处。

5．加工余量的确定毛坯选用￠30mm的棒料，粗加工后留0.3mm的精加工余量。6．确定切削用量切削用量如表2-3所示。

表2-3切

削

用

量

7．加工顺序按外圆粗加工→外圆精加工→螺纹加工→切断的顺序依次加工。

8．走刀路线外圆粗车采用粗加工循环指令，沿零件轮廓线形状走刀。

9．切削液选用选用乳化液作为切削液，精加工时乳化液浓度应高一点。

10．工艺文件数控加工工序卡如表2-4所示。

表2-4数控加工工序卡

2.3数控铣削加工工艺分析实例

下面以在XK714B数控铣床上加工如图2-14所示凸轮零件为例，说明其数控铣削加工工艺的设计过程。工件材料为HT300，f35及f12孔的公差等级为H7，毛坯尺寸为f290×45。

图2-14数控铣削加工工艺应用实例

1．零件工艺性分析图2-14所示零件为一平面槽形凸轮，对于数控加工而言，其结构简单，加工工艺性较好。零件外轮廓、上下表面及孔f35H7和f12H7安排在普通机床上加工，数控加工作为最后一道工序加工凸轮槽，凸轮槽表面质量要求较高。在此仅分析数控加工部分的工艺。

2．确定装夹方案该凸轮属于小型凸轮，可采用“一面两孔”定位，夹具采用“一面两销”专用夹具。具体装夹方案如图2-15所示。

图2-15凸轮装夹示意图

3．刀具选用根据零件材料切削加工性、工件几何形状及尺寸，选择f20麻花钻及f20硬质合金立铣刀加工，麻花钻用来钻工艺孔，铣刀加工凸轮槽。

4．加工余量的确定粗加工后凸轮槽两侧面轮廓留1 mm的精加工余量。

表2-5切削用量

6．加工顺序按钻工艺孔→凸轮槽粗加工→凸轮槽精加工的顺序依次加工。

7．走刀路线为保证凸轮工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式走刀。铣削凸轮槽时XY平面内的走刀先沿凸轮槽中心铣一圈，然后向凸轮槽两侧壁方向分别进给3mm后各走刀一圈，最后沿凸轮槽内、外工作表面分别精加工。

8．切削液的选用因被加工材料为铸铁，且采用硬质合金铣刀，所以不需加切削液。9．工艺文件表2-6数控加工工序卡2.4数控加工刀具2.4.1数控加工常用刀具的特点数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：

(1)刚性好(尤其是粗加工刀具)，精度高，抗振及热变形小。

(2)互换性好，同一品种规格的刀具耐用度、几何形状、尺寸精度基本一致，便于快速换刀。

(3)寿命高，切削性能稳定、可靠。

(4)刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具的调整、装夹应简单、方便。

(5)刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。

(6)具有完善的模块式工具系统。

(7)系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。2.4.2数控加工常用刀具的种类

1．根据刀具的结构分类刀具的结构各不相同，一般有整体式、镶嵌式(采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种)、减震式刀具、内冷式刀具、特殊型式(如复合式刀具，可逆攻螺纹刀具)等。

2．根据制造刀具所用的材料分类根据制造刀具所用的材料不同，刀具可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具和涂层刀具等。

3．根据切削工艺分类

1)车削刀具车削刀具有外圆、内孔、螺纹、切断、切槽等多种，如图2-16所示。常用车削刀具有高速钢整体刃磨刀具、硬质合金焊接式刀具、机夹可转位刀具等。目前，在数控加工中机夹可转位刀具的应用已非常普遍，采用该种刀具可大大缩短工艺辅助时间，提高切削效率。机夹可转位车刀的夹紧结构有如图2-17所示的三种形式。图2-16车削刀具种类图2-17机夹车刀刀片夹紧形式车削刀具的选用步骤如下：

(1)确定工序类型——外圆/内孔；

(2)确定加工类型——外圆车削/端面车削/仿形车削/插入车削；

(3)确定刀具夹紧系统——M类夹紧/S类夹紧/P类夹紧；

(4)选定刀具类形；

(5)确定刀杆尺寸——16/20/25/32/40；

(6)选择刀片——形状/型号/槽型/刀尖半径/牌号(参见表2-7、表2-8)。

(1)刀片材料主要依据被加工工件的材料、工件表面的精度要求、切削载荷的大小及切削加工过程中有无冲击和振动等条件决定。表2-7外圆车削刀片的选择表2-8内圆车削刀片选择

(2)刀片尺寸主要是指有效切削刃的长度，根据背吃刀量ap和主偏角kr确定，使用时可查阅相关手册。

(3)刀片形状根据被加工工件表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转动次数等因素来选择。

(4)刀尖圆弧半径的大小直接影响着刀尖的强度和被加工零件的表面粗糙度。通常在被吃刀量较小的精加工、细长轴加工或机床刚度较差的情况下，选取较小的刀尖圆弧半径；在需要刀刃强度高、零件直径大的粗加工中，选取较大的刀尖圆弧半径。

2)铣削刀具

(1)面铣刀。如图2-18所示，面铣刀圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。因面铣刀尺寸一般较大，很少做成整体式，多制成套式镶齿结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。

图2-18各种类型面铣刀

(2)立铣刀。立铣刀是数控加工中用的最多的一种铣刀，分整体式和机夹可转位刀片式两种，结构如图2-19所示。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃，主切削刃一般为螺旋齿，可增加切削过程中的平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给。

图2-19立铣刀

图2-20整体式立铣刀结构

(3)模具铣刀。模具铣刀是由立铣刀演变而来的，分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀等几种，刀柄有直柄、削平型直柄和莫式锥柄三种，如图2-21所示。该种刀具大多用来加工各种模具型腔及曲面，一般圆周及球面部分都有切削刃，可作径向和轴向进给。

图2-21模具铣刀

图2-22机夹可转位模具铣刀

(4)键槽铣刀。键槽铣刀结构上类似于立铣刀，通常有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面切削刃延伸至中心，加工过程中既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给至槽深，然后沿长度方向铣出键槽全长。国家标准规定，直柄键槽铣刀的直径为d=2～22mm，锥柄键槽铣刀的直径为d=14～50mm。铣削时，要先选择铣刀的类型，再确定号数。铣刀类型应与被加工工件的尺寸及表面形状相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凸台、凹槽及平面轮廓应选择立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔可选择镶硬质合金的玉米铣刀；加工曲面可采用球头铣刀；加工曲面较平坦的部位可采用环型铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面多采用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀。选择参数时，要注意面铣刀粗铣时刀具直径应小些，精铣时铣刀直径应大些，尽量包容整个加工宽度。立铣刀应根据工件的材料、刀具的加工性质选择合适的刀具参数(直径、前角、后角长度等)。

3)钻、铰削刀具如图2-23所示，钻、铰削刀具包括钻头、铰刀等。其中直柄麻花钻的结构如图2-24所示。

图2-23钻、铰削类刀具

图2-24直柄麻花钻结构

4)螺纹刀具对于公称尺寸较大的内外螺纹，多采用螺纹车刀车削加工，而对于公称尺寸较小的螺纹，多采用板牙、丝锥进行加工。常用丝锥如图2-25所示。

图2-25丝锥及其结构

5)镗削刀具数控铣床上用的镗孔刀具与数控车床上用的内孔刀具在结构上是相似的，只是刀柄结构有所差异，通常数控铣床上用的镗刀大部分为圆柱直柄镗刀，如图2-26所示。数控加工过程中除用到以上刀具外，有时还用到一些成型刀具。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到了广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

图2-26镗孔刀具2.5数控钻、镗、铣加工刀具的装夹工具系统

2.5.1刀柄的分类加工中心的主轴锥孔通常分为两大类，即锥度为7∶24的通用系统和1∶10的HSK真空系统。

1．7∶24锥度的通用刀柄锥度为7∶24的通用刀柄通常有五种标准和规格，即NT(传统型)、DIN69871(德国标准)、ISO7388/1(国际标准)、MASBT(日本标准)以及ANSI/ASME(美国标准)。

NT型刀柄对应德国标准为DIN2080，是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧，国内也称为ST；其他四种刀柄均是在加工中心上通过刀柄尾部的拉钉将刀柄拉紧。

2．1∶10的HSK真空刀柄

HSK真空刀柄的德国标准是DIN69873，有六种标准和规格，即HSK-A、HSK-B、HSK-C、HSK-D、HSK-E和HSK-F，其中，HSK-A(带内冷自动换刀)、HSK-C(带内冷手动换刀)和HSK-E(带内冷自动换刀，高速型)三种是较常用的。

7∶24的通用刀柄是靠刀柄的7∶24锥面与机床主轴孔的7∶24锥面接触定位连接的，在高速加工、连接刚性和重合精度三方面有局限性。HSK真空刀柄靠刀柄的弹性变形，不但刀柄的1∶10锥面与机床主轴孔的1∶10锥面接触，而且使刀柄的法兰盘面与主轴面也紧密接触，这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7∶24的通用刀柄。

2.5.2刀柄结构组成

1．拉钉如图2-27所示，拉钉有三个关键参数：角、长度L以及螺纹G。根据三个关键参数的不同，每种刀柄配备的拉钉也不同。当然，拉钉还有是否带内冷却孔之分。刀柄拉钉的角有如下几种情况：

(1)MASBT(日本标准)刀柄拉钉角有45°、60°和90°之分，常用的是45°和60°；

(2)DIN69871刀柄拉钉(通常称为DIN69872－40/50)的角只有75°一种；

(3)ISO7388/1刀柄拉钉(通常称为ISO7388/2－40/50)的角有45°和75°两种；

(4)ANSI/ASME(美国标准)