新版机械制造工艺课件ch2机械加工工艺规程

第2章机械加工工艺规程2.1机械加工工艺规程5.机械加工工艺规程形式机械加工工艺规程的详尽程度与生产类型、零件的设计精度、零件加工工艺过程的自动化程度、零件及工序的重要程度等有关。一般情况，采用普通加工方法的单件小批生产机械加工工艺设计，只需编制简单的机械加工工艺过程卡，工艺过程卡见表2.1。大批大量生产类型要求进行严密、细致的机械加工工艺设计工作，因此各工序都要编制工序卡，工序卡参见表2.2。对有调整要求的工序要编制调整卡，检验工序要编制检验卡。在批量生产零件的机械加工工艺设计中，依据生产组织管理的完备程度和产品的批量适当确定机械加工工艺规程的复杂程度。对于加工精度要求高的关键零件的关键工序，即使是普通加工方法的单件小批生产也应制定较详细的机械加工工艺规程(包括填写工序卡和检验卡等)，以确保产品质量。不论生产类型如何，数控加工工艺过程设计都必须编制详细的数控加工工艺文件，完成数控加工编程工作。2.2机械加工工艺性审查零件图的完整性与统一性审查

编制机械加工工艺的设计图纸必需具备完整性和统一性。设计图纸的完整性包括图纸数量的完整无缺，也包括图纸表达内容的完整无缺。设计图纸的统一性主要指在结构和图样标注等问题上，零件图与总装图等表达内容具有一致性。零件的结构工艺性审查1.零件结构无法加工或几乎无法加工零件结构工艺性最差的情况是零件结构致使零件无法加工或几乎无法加工，表2.3给出了两个例子。这种情况是不能接受的，必须对零件结构进行修改。

2.零件结构可以加工，但是加工非常困难零件结构工艺性较差的情况是零件可以加工，但是零件结构致使零件加工非常困难，表2.4给出了两个例子。由于客观原因造成零件难加工情况出现在原理验证样机或单件生产中，有时这种难加工零件结构是可以接受的。但是对于批量生产，这种情况是不能接受的。难加工零件结构必须进行修改。

零件结构可以加工，但是加工非常困难零件局部结构工艺性的一些实例2.2.3图样标注的合理性下面展开探讨图样标注合理性问题。1.尺寸及尺寸公差标注零件的尺寸标注主要反映了零件表面之间的相互关系，也反映了设计者选用的设计基准。合理的尺寸标注应该使零件设计基准更容易被选用作工序基准、定位基准和测量基准。如果零件还要经过数控机床加工，则相关尺寸标注应方便数控工艺设计及数控编程、便于检验验收。零件的尺寸公差则反映出零件设计精度要求。设计精度与制造误差是一对矛盾，事实上工艺审查能够缓和其中可能的对立性。合理的尺寸公差标注应该是满足机械产品装配和性能的前提下，努力使加工制造更为容易，生产成本更低。2.形位公差标注形位公差标注主要反映了零件设计对位置精度和形状精度的要求。形位公差往往是精密机械零部件设计须特别注意的关键内容，形位公差标注对机械产品的性能影响非常大。但是零件设计图标注的形位公差要求往往使零件制造难度大幅度增加。合理的形位公差标注应该是满足实际产品要求的前提下，尽量方便加工制造，尽量压低生产成本。

3.表面粗糙度及表面物理性能零件实际加工所能达到的表面粗糙度及表面物理性能与多方面都有关系，如零件材料、零件加工方法、生产成本等等。工艺审查时一方面考察设计要求的必要性，另一方面需要积极寻找低成本、高效率的解决方案。

2.2.4材料选用合理性零件材料选用合理性是通过选用零件适当的制造材料，可以使零件具有足够机械性能等满足设计要求，使零件具有良好的机械制造工艺性，使零件制造过程和生产组织较为便利；并降低零件乃至机器制造成本。通常，零件材料选用工作在图纸设计时已经完成，鉴于零件材料选用的重要性以及零件材料选用与机械制造关系十分密切，在工艺审查时需要对零件材料选用进行必要复核工作。

零件选用材料的工艺审查，一般从如下几个方面考虑：1．选用材料的机械性能零件材料选用的首要标准就是材料的机械性能必须满足零件的功能要求。工艺审查零件材料选用主要是复核图纸设计选用金属材料在工厂现有生产条件下，能否达到零件设计要求和达到整机功能要求。3.选用材料的经济性零件材料选用的经济性需要从材料本身的价格和材料的加工费用两个方面权衡。在满足性能和功能要求时，优先采用价廉材料，优先采用加工费低的材料。注意采用组合结构可以节约贵重材料。例如切削刀具采用组合结构，刀刃与刀杆采用不同材质。注意通过结构设计和选用先进加工方法提高材料利用率。零件选用材料过于优良，实际上也是一种浪费。4．选用材料的供应情况零件选材恰当与否还应考虑到当前本地的材料供应状况和本企业库存材料情况等等。为了减少供应费用，简化供应和储存的材料品种，对于单件小批量生产的零件，应尽可能地减少选用材料品种和规格。2.3毛坯的选择毛坯的选择是机械加工过程的起点，它也是机械加工工艺设计的重要内容。2.3.1毛坯的种类机械零件的毛坯主要可分为铸件、锻件、冲压件、焊接件、型材等多种。1.铸件铸件是常见的毛坯形式，形状较为复杂的毛坯经常采用铸件。通常，铸件的重量可能占机器设备整机重量的50%以上。铸件毛坯的优点是：适应性广，灵活性大，加工余量小，批量生产成本低；铸件缺点是内部组织疏松，力学性能较差。铸件成型方法主要有砂型铸造、金属型铸造、压力铸造和精密铸造等等。按材质不同，铸件分为铸铁件、铸钢件、有色合金铸件等等。不同铸造方法和不同材质的铸件在力学性能、尺寸精度、表面质量及生产成本等方面可能有所不同。

2.锻件锻件常用作受力情况复杂、重载、力学性能要求较高零件的毛坯。锻件是金属经过塑性变形得到的，其力学性能和内部组织较铸件好。锻件的生产方法主要是自由锻和模锻。锻件的形状复杂程度受到很大限制。锻件材料种类较多，不同材料、不同热处理方法零件的机械性能差别较大。

3.冲压件冲压件是常温下通过对良好塑性的金属薄板进行变形和分离工序加工而成。冲压件的特点是重量较轻，且具有一定的强度和刚度、并有一定的尺寸精度和表面质量；但是冲压模具制造成本高。冲压件材料通常采用塑性好的碳钢、合金钢和有色金属。4.焊接件焊接是一种永久性的金属连接加工方法，不是毛坯件的主要制造方法。焊接件毛坯的优点是重量较轻，且机械性能较好。特别是焊接件还可以是异种材质的；焊接件毛坯的缺点是焊缝处及其附近机械加工性能不好。焊接件作为毛坯通常出现在下列几种情况下：复杂大型结构件的毛坯、异种材质零件毛坯、某些特殊形状零件或结构件作毛坯、单件小批量生产的毛坯。

5.型材机械加工中常用型材是圆钢、方钢、扁钢、钢管及钢板等，型材经过切割下料后可以直接作为毛坯。型材通常分为热轧型材和冷拉型材。冷拉型材表面质量和尺寸精度较高，当零件成品质量要求与冷拉型材质量相符时，可以选用冷拉型材。普通机械加工零件通常选用热轧型材制作毛坯。

2.3.2.毛坯选择方法零件毛坯选择需综合考虑多方面因素。通常主要包括如下几个方面因素：(1)零件的材料

设计图纸选用材料是毛坯选择考虑的重要因素。例如，设计图纸选用铸铁或铸钢时，毛坯选用铸件。(2)零件的力学性能要求

零件的力学性能要求通常是选择毛坯种类的主要考虑因素。例如，当零件受力情况复杂，力学性能要求较高时，选用钢材锻件毛坯；当零件力学性能较低时，可以选用铸铁件。(3)零件的形状及尺寸

零件的形状复杂程度和零件的尺寸也是选择毛坯种类的重要因素。通常，形状复杂的零件宜采用铸件毛坯；大型复杂零件可以考虑选用铸件或焊接件作为毛坯。各个台阶直径相差不大的轴可以选用圆钢型材作为毛坯；如果轴的各个台阶直径相差较大时，宜选用锻件毛坯；且当零件尺寸较小时，宜用模锻件；当零件尺寸较大时，宜用自由锻件。2.4工艺路线的拟定定位基准的选择定位基准可分为粗基准和精基准两种。如果用作定位的零件表面是没有被机械加工过的毛坯表面，则称之为粗基准；如果用作定位基准的零件表面是经过机械加工的表面，则定位表面为精基准。机械零件往往有许多表面，但不是零件每个表面都适合作定位基准。定位基准选择需要遵循一定原则。1.粗基准选择的原则在机械加工工艺的过程中，第一道工序总是用粗基准定位。粗基准的选择对零件各加工表面加工余量的分配、保证不加工表面与加工表面间的尺寸、保证相互位置精度等均有很大的影响。如图所示套筒镗孔加工，粗基准可以选择外圆柱面，用三爪卡盘安装工件，参见图(a)；也可以用内孔作粗基准，用四爪卡盘装夹工件，参见图(b)。两种定位基准产生的加工效果是不同的。因此粗基准选择不是随意的，粗基准选择需要遵循如下原则：1)选择重要表面作为粗基准工件都有相对重要的表面。通常，为了控制重要表面处金相组织均匀，要求重要表面处机械加工金属去除量小且均匀，那么应优先选择该重要表面为粗基准。例如加工机床床身时，往往要以导轨面为粗基准，如图a所示，然后以加工好的机床底部作精基准，见图b，可以使导轨处金属去除量小，且导轨内部组织均匀。否则，如图c和d所示情况，机床导轨处金属去除量较大，可能导致导轨处金属去除量不均匀，而产生导轨内部金相组织差异较大，造成机床性能下降。

2)选择不加工表面作为粗基准为了保证加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。如图2.1所示套筒镗孔加工，如果外圆柱面是不加工面，应该用图2.1(a)以外圆柱面定位，保证壁厚均匀。

不加工表面作基准原则3)选择加工余量最小的表面为粗基准

若零件有多个表面需要加工，则应选择其中加工余量最小的表面作为粗基准，以保证零件各加工表面都有足够的加工余量。例如，图a所示零件，应选择其中加工余量最小的Φ95圆柱表面作为粗基准，见图b否则选用Φ68表面作为粗基准，导致Φ90表面加工余量不够，如图2.3(c)所示。4)选择定位可靠、装夹方便、面积较大的表面为粗基准粗基准应平整光洁，无分型面和冒口等缺陷，以便使工件定位可靠、装夹方便，减少加工劳动量。

5)粗基准在同一自由度方向上只能使用一次重复使用粗基准并重复进行装夹工件操作会产生较大的定位误差。由于粗基准是未加工表面，精度较低。用三爪卡盘固定未加工圆柱面时，重复安装工件中心位置可能变化2.精基准的选择原则精基准选择应着重保证加工精度，并使加工过程操作方便。选择精基准一般应遵循以下原则：1)基准重合的原则工艺人员尽量选用设计基准作为精基准，这样可以避免因基准不重合而引起的误差。第一章中工艺尺寸链应用例题计算结果说明了定位基准与设计基准不重合情况会大大压缩加工尺寸公差，造成制造困难，甚至无法加工。而测量基准与设计基准不重合则会大大压缩测量尺寸公差，造成假废品现象。特别强调，从机械加工工艺方面看，设计人员在设计零件图时，在关注零件的功能和要求外，亦应充分关注零件的加工制造等工艺方面的需要，合理选择设计基准。

2)基准统一原则工件加工过程中，尽量使用统一的基准做精基准，容易实现加工面之间具有高位置精度。例如轴类零件的表面常常是回转表面，常用顶尖孔作为统一基准，加工各个外圆表面，采用统一基准加工有助于保证各表面之间同轴度。箱体零件常用一平面和两个距离较远的孔作为精基准，加工该箱体上大多数表面。盘类零件常用一端面和一端孔为精基准完成各工序的加工。采用基准统一原则可避免基准变换产生的误差，提高工件加工精度，并简化夹具设计和制造。3)互为基准原则对于两个表面间相互位置精度要求很高，同时其自身尺寸与形状精度都要求很高的表面加工，常采用“互为基准、反复加工”原则。如图2.4所示连杆磨削工序，包含两个安装，两个安装的定位基准关系是互为基准。

4)自为基准原则当零件加工表面的加工精度要求很高，加工余量小而且均匀时，常常用加工表面本身作为定位基准。例如各种机床床身导轨面加工时，为保证导轨面上切除加工余量均匀，以导轨面本身找正和定位，磨削导轨面。

5)工件装夹方便，重复定位精度高用作定位的精基准应保证工件装夹稳定可靠，夹具结构简单，工件装夹操作方便，重复定位精度高。定位基准选定后，依据定位基准的几何特征、零件的结构以及加工表面情况，进一步可以确定工件的夹紧方式和夹紧位置。用表2.6中的定位与夹紧符号在工序简图上标记定位基准和夹紧位置。定位夹紧符号

2.4.2工序的集中与分散工序集中与分散是拟定工艺路线的两个原则。工序集中就是通过拟定零件的工艺路线，使零件加工集中在较少的工序内完成。这样每道工序的加工内容多。工序分散就是通过拟定零件的工艺路线，使零件加工分散在较多的工序内进行。这样每道工序加工内容少。机械制造过程具有如下特点时，往往采用工序分散原则拟定工艺路线。(1)机械加工设备和工艺装备功能单一，调整维修方便，生产准备工作量小；(2)由于工序内容简单，可采用较合理的切削用量；(3)设备数量多，操作工人多，生产面积大；(4)对操作者技能要求低。2.4.3加工方法的确定任何复杂的表面都是由若干个简单的几何表面（外圆柱面、孔、平面或成形表面）组合而成的。零件加工的实质就是这些简单几何表面加工的组合。因此，在拟定零件的加工工艺路线时，首先要确定构成零件各个表面的加工方法。加工方法选择的基本原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。2.形位公差因素选择的加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置精度要求。各种加工方法所能达到的几何形状精度和相互位置精度可参阅机械加工工艺手册或机械设计手册。4.生产率因素不同加工方法的生产率有所不同，所选择的加工方法要与生产类型相适应。大批量生产可采用生产效率高的机床和先进加工方法。如平面和内孔采用拉削加工，轴类零件可用半自动液压仿形车或数控车床。单件小批生产则普遍采用通用车床、通用工艺装备和一般的加工方法。2.4.4加工阶段的划分零件加工往往分阶段进行，其原因是机械加工过程中存在误差复映规律，需要分多次加工才可能得到较高加工质量；铸件或锻件往往具有内应力或平衡内应力。经过切削加工后，零件内应力平衡被打破，零件会产生变形而影响加工精度。分阶段加工（或中间加入时效处理）可以减少内应力对加工精度影响。另外，不同毛坯制造方法获得毛坯质量不同，需要划分加工阶段，分阶段去处金属和保证加工质量。

对于加工质量要求较高或结构比较复杂的零件，可将零件的整个工艺路线划分为如下几个阶段：(1)粗加工阶段

在粗加工阶段，机械加工主要任务是快速去除多余金属。因此粗加工采用大切削用量提高生产率。粗加工阶段还要加工出精基准，供下道工序加工定位使用。(2)半精加工阶段

半精加工阶段是过度阶段，主要任务是依据误差复映规律，采用多次加工，减少粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做准备。并完成一些次要表面的加工。半精加工阶段通常安排在热处理前完成。(3)精加工阶段

在精加工阶段，机械加工的主要任务是保证零件各主要表面达到图样规定要求。实现手段是均匀切除少量加工余量。精加工阶段通常安排在热处理后进行。

(4)光整加工阶段

光整加工主要任务是提高零件表面粗糙度，它不用于纠正几何形状和相互位置误差。常用光整加工方法有镜面磨、研磨、珩磨、抛光等。当毛坯余量特别大时，可以在毛坯车间进行去皮加工，切除多余加工余量。并检查毛坯缺陷。加工阶段的划分应依据具体情况而定，不是必需的。对于那些刚性好、余量小、加工质量要求不高或内力影响不大的工件，可以不划分加工阶段或少划分加工阶段。如有些重型零件安装和搬运困难，亦可不划分加工阶段。对于加工精度要求极高的重要零件需要在划分加工阶段的基础上，适当插入的时效处理环节，消除残余应力影响。

分阶段进行零件加工的益处:(1)有益于保证加工质量粗加工时，切削余量大，切削力、切削热和夹紧力也大，切削加工难以达到较高精度。而且由于毛坯本身具有的内应力，粗加工后内应力将重新分布，工件会产生较大变形。划分加工阶段后，粗加工误差以及应力变形，通过半精加工和精加工可以逐步修正，从而提高零件的精度和表面质量。(2)有益于及时发现毛坯的缺陷粗加工阶段去除了零件加工表面的大部分余量。当发现有缺陷时，可及时作报废或修补处理，可避免对废品进行精加工产生浪费。(3)有益于合理使用设备粗加工阶段可采用功率大、效率高，而精度一般的设备；精加工阶段则采用精度高的精密机床。将零件加工划分加工阶段可发挥各类机床的效能，延长机床的使用寿命。2.4.5加工顺序的安排

机械零件常常有许多表面需要进行机械加工。零件各加工表面往往需要分阶段分批次逐步进行加工，其间需要安排热处理工序和检验工序等各种辅助工序。零件的加工顺序安排不是随意的，通常应遵循一些原则。

1．机械加工工序安排原则(1)先加工基准面原则

零件加工顺序安排应尽早加工用作精基准的表面，以便为后续加工提供可靠的高质量的定位基准。(2)先主要后次要原则

零件的主要表面是加工精度和表面质量要求较高的面，其加工过程往往较为复杂，工序数目多，且零件主要表面的加工质量对零件质量影响较大，因此安排加工顺序时应优先考虑零件主要表面加工；零件一些次要表面如孔、键槽等，可穿插在零件主要表面加工中间或其后进行。(3)先面后孔原则

零件机械加工顺序应先进行平面加工工序，后进行孔加工工序。如箱体、支架和连杆等工件，因平面轮廓平整，定位稳定可靠，应先加工平面，然后以平面定位加工孔和其它表面，这样容易保证平面和孔之间的相互位置精度。(4)先粗后精原则

零件加工顺序安排应先进行粗加工工序，后进行精加工工序。机械加工精度要求较高零件的主要表面应按照粗加工、半精加工、精加工、光整加工的顺序安排，使零件加工质量逐步提高。

(3)时效处理安排

时效处理可以消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。若铸件毛坯零件精度要求一般，可在粗加工前或粗加工后进行一次时效处理。铸件毛坯零件精度要求较高时，可安排多次时效处理。(4)表面处理安排

零件的表面处理工序一般都安排在工艺过程的最后进行。表面处理包括表面金属镀层处理、表面磷化处理、表面发蓝、发黑处理、表面钝化处理、铝合金的阳极化处理等。3．检验工序安排检验工序分一般检验工序和特种检验工序，它们是工艺过程中必不可少的工序。一般检验工序通常安排在粗加工后、重要工序前后、转车间前后以及全部加工工序完成后。特种检验工序，如x射线和超声波探伤等无损伤工件内部质量检验，一般安排在工艺过程开始时进行。如磁力探伤、荧光探伤等检验工件表面质量的工序，通常安排在精加工阶段进行。壳体零件的密封性检验一般安排在粗加工阶段进行。零件的静平衡和动平衡检查等一般安排在工艺过程的最后进行。2.5工序设计在工序设计阶段，工序设计为每一道加工工序选择适当的机床设备并配备工艺装备；确定切削用量；确定加工余量；确定工序尺寸及公差等。2.5.1机床与工艺装备的选择1.机床的选择机床是实现机械切削加工（包括磨削等）的主要设备。机床设备选择应遵循的原则是：(1)机床的主要规格尺寸应与被加工零件的外廓尺寸相适应；(2)机床的加工精度应与工序要求的加工精度相适应；(3)机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应；(4)机床的选择应充分考虑工厂现有设备情况。如果需要改装或设计专用机床，则应提出设计任务书，阐明与加工工序内容有关的参数、生产率要求，保证零件质量的条件以及机床总体布置形式等。

2.工艺装备的选择工艺装备主要指夹具、刀具、量具和辅助工具等。工艺装备选择首先需要满足零件加工需求。一般地，夹具与量具选择要注意其精度应与工件的加工精度要求相适应。刀具的类型、规格和精度应符合零件的加工要求。工艺装备的配备还应该与零件的生产类型相适应，才能在满足产品质量的前提下，提高生产率，并降低生产成本。单件小批量生产中，夹具应尽量选用通用工具，如卡盘、虎钳和回转台等，为提高生产率可积极推广和使用成组夹具或组合夹具。刀具一般采用通用刀具或标准刀具，必要时也可采用高效复合刀具及其它专用刀具。量具应普遍采用通用量具。大批大量生产中，机床夹具应尽量选用高效的液压或气动等专用夹具。刀具可采用高效复合刀具及其它专用刀具。量具应采用各种量规和一些高效的检验工具。选用的量具精度应与工序设计工件的加工精度相适应。如果工序设计需要采用专用的工艺装备，则应提出设计任务书。中批量生产应综合权衡生产率、生产成本等多方面因素，可适当选用专用工艺装备。2.5.2切削用量的确定切削用量是机械加工的重要参数，切削用量数值因加工阶段不同而不同。选择切削用量主要从保证工件加工表面的质量、提高生产率、维持刀具耐用度以及机床功率限制等因素来综合考虑。1.粗加工切削用量的选择

粗加工毛坯余量大，而且可能不均匀。粗加工切削用量的原则一般以提高生产率为主，但也应考虑加工经济性和加工成本。粗加工阶段工件的精度与表面粗糙度可以要求不高。在保证必要的刀具耐用度的前提下，适当加大切削用量。

通常生产率用单位时间内的金属切除率Zω表示，则Zω=1000vfapmm3/s。可见，提高切削速度v、增大进给量f和背吃刀量ap都能提高切削加工生产率。但是切削速度对刀具耐用度影响最大，背吃刀量对刀具耐用度影响最小。在选择粗加工切削用量时，应首先选用尽可能大的背吃刀量；其次选用较大的进给量；最后根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法确定合适的切削速度。(1)背吃刀量的选择

粗加工时，背吃刀量由工件加工余量和工艺系统的刚度决定。在预留后续工序加工余量的前提下，应将粗加工余量尽可能快速切除掉；若总余量太大，可分几次走刀。

(2)进给量的选择

限制进给量的主要因素是切削力。在工艺系统的刚性和强度良好的情况下，可用较大的进给量值。进给量的选择可以采用查表法，参阅机械加工工艺手册，根据工件材料和尺寸大小、刀杆尺寸和初选的背吃刀量选取。

(3)切削速度的选择

切削速度主要受刀具耐用度的限制。在背吃刀量及进给量选定后，切削速度可按金属切除率公式计算得到。背吃刀量、进给量和切削速度三者决定切削功率，确定切削速度时应考虑机床的许用功率。

2.精加工时切削用量的选择

半精加工和精加工时，加工余量小而均匀。切削用量的选用原则是在保证工件加工质量的前提下，兼顾切削效率、加工经济性和加工成本。一般地，吃刀量、进给量及切削速度的确定需要考虑如下因素：(1)背吃刀量的选择

背吃刀量的选择由粗加工后留下的余量决定，一般背吃刀量不能太大，否则会影响加工质量。

(2)进给量的选择

限制进给量的主要因素是表面粗糙度。进给量应根据加工表面的粗糙度要求、刀尖圆弧半径、工件材料、主偏角及副偏角等选取。

(3)切削速度的选择

切削速度选择主要考虑表面粗糙度要求和工件的材料种类。当表面粗糙度要求较高时，需要选择较高的切削速度。上述切削用量参数亦可依据相关手册或经验确定。

2.5.3加工余量的拟定1.加工余量的概念

加工余量是指在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量和工序余量两种。

工序余量是相邻工序的工序尺寸之差。由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量大小不等，工序余量也是一个变动量。当工序尺寸用名义尺寸计算时，所得的加工余量称为基本余量或者公称余量。保证该工序加工表面的精度和质量所需切除的最小金属层厚度称为最小余量Zmin；该工序余量的最大值则称为最大余量Zmax。加工余量可以利用尺寸链理论计算。通常，加工余量形成过程是两道工序（或两次加工）之间的间接形成的，因此加工余量是封闭环，工序尺寸是组成环。机械加工过程总是去除金属的过程，可以建立尺寸链图，如图a所示，Z表示加工余量。内表面加工示意参见图bA是上道工序的工序尺寸B是本工序的工序尺寸；外表面加工示意参见图c，A是本工序的工序尺寸，B是上道工序的工序尺寸。不论内表面还是外表面，工序余量和工序尺寸及公差的关系可统一写成如下形式。Z=B–AESZ=ESB-EIA

EIZ=EIB-ESATz=Ta+TbTa为内表面加工时，表示上道工序尺寸的公差；外表面加工时，表示本道工序尺寸的公差；Tb为内表面加工时，表示本道工序尺寸的公差；外表面加工时，表示上道工序尺寸的公差；Tz为本工序的余量公差。

Zmax

=Z+ESZ

Zmin

=Z+EIZ

工序余量有单边余量和双边余量之分。零件非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边余量。例如单一平面的加工余量为单边余量，见图a。零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量；如回转体表面（内、外圆柱表面）的加工余量为双边余量，如图b所示。

加工总余量是同一表面上毛坯尺寸与零件设计尺寸之差（即从加工表面上切除的金属层总厚度）。显然零件某表面加工总余量（Z总）等于该表面各个工序余量（Z1、Z2……Zn）之和，即Z总=Z1+Z2+……+Zn第一道工序的加工余量Z1就是粗加工的加工余量，其数值大小与毛坯制造方法有关。一般来说，毛坯的制造精度高，Z1可以小；若毛坯制造精度低，Z1需要大些。关于毛坯加工余量详细内容请查阅相关教材或手册。本课程着重分析和探讨机械加工余量的影响因素。

2．影响工序加工余量的因素工序加工余量的影响因素非常复杂。相比较，如下因素的作用较为明显：前道工序的表面粗糙度Ry和表面层缺陷层厚度Ha参见图2.7，前道工序的表面粗糙度Ry和表面层缺陷层厚度Ha都应在本工序内去除。(2)前道工序的尺寸公差Ta应将前道工序的尺寸公差Ta计入本工序加工余量。(3)前道工序的形位误差ρa工件形位误差如工件表面的弯曲、工件的空间位置误差等。形位误差ρa往往具有空间方向性，加工余量分析与计算时可以按照其矢量模计算。其原因是如果工件形位公差可以用目视观察获知，则需要增加矫直工序，矫直后残余形位误差应无法目测判断其方向性，工序余量计算按照前道工序的形位误差矢量模计算。(4)本工序的安装误差εb安装误差εb也具有空间方向性，加工余量分析与计算时也可以按照其矢量模计算。其原因是如果工件安装误差εb可以用目视观察获知其方向，则需要重新安装工件或找正处理，找正处理后残余安装误差应无法目测判断其方向性，工序余量计算按照本道工序的安装误差矢量模计算。综合上述分析结果，本工序的加工余量应为：对称余量：

Z≥2(Ry+Ha+|εb|+|ρa|)+Ta单边余量：

Z≥Ry+Ha+Ta+|εb|+|ρa|3．加工余量的拟定加工余量的大小对零件的加工质量、生产率和生产成本均有较大影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量、降低生产率，而且增加了材料、刀具和电力的消耗，提高了加工成本；加工余量过小往往会造成废品，往往不是加工余量不能消除前道工序的各种表面缺陷和误差，就是加工余量不能补偿本工序加工时工件的安装误差。因此，应合理地确定加工余量。确定加工余量的基本原则是：在保证工件加工质量的前提下，尽可能选用较小加工余量。实际工作中，确定工件加工余量的方法有以下三种：(1)查表法;(2)经验估计法；(3)分析计算法。(1)查表法查表法是根据有关切削加工手册或机械加工工艺手册提供的加工余量数据，或者依据工厂自身积累的经验数据，以查表的方式拟定的加工余量。查表法往往可以获知各种工序余量或加工总余量，亦可以结合实际加工企业情况，对查表数据作进一步修正，拟定合适加工余量。查表法操作方便、简单、实用。是目前应用较为广泛的方法。特别是对于机械加工经验尚不丰富的工艺人员，查表法拟定加工余量更显实用。孔加工的一些加工余量经验数值参见表2.10。外圆加工的一些加工余量经验数值参见表2.11。外圆加工余量与外圆直径和工件长度有关。外圆直径小大于180mm且工件长度不超过200mm时，加工余量取下限；外圆直径超过180mm且工件长度超过400mm时，加工余量取上限；其它情况酌减。平面或端面加工的一些加工余量经验数值参见表2.12。平面或端面加工余量与平面或端面大小有关。当加工平面长与宽不大于100mm时，加工余量取下限；当加工平面长大于500mm且宽大于200mm时取上限，其它情况酌减。

(2)经验估计法工艺人员根据自身积累的机械加工经验，确定加工余量的方法称为经验估计法。经验估计法最为快捷、方便。为了防止余量过小而产生废品，采用经验估计法确定的加工余量往往数值偏大。(3)分析计算法分析计算法是根据理论公式和试验资料，对影响加工余量的各因素进行分析、计算从而确定加工余量的方法。这种确定加工的方法较合理，但需要掌握完备和可靠的试验资料，加工余量计算也相对复杂。一般只在材料十分贵重或少数大批、大量生产的情况下采用。

2.5.4工序尺寸及其公差的确定零件的设计尺寸一般都要经过多道工序加工才能得到，每道工序加工所应保证的尺寸称为工序尺寸。工序尺寸及偏差应标注在对应的工序卡的工序简图上，它们是零件加工和工序检验的依据。工序尺寸及偏差标注应符合“入体原则”。“入体原则”标注指的是外表面的工序尺寸公差取上偏差为零；内表面的工序尺寸公差取下偏差为零；而毛坯尺寸公差按双向布置上、下偏差。工序尺寸及偏差确定的基本原则：(1)满足零件加工质量要求；(2)毛坯制造方便，制造成本较低；(3)各工序加工方便，加工成本较低。机械加工过程中，工件的尺寸是不断变化的，由毛坯尺寸到工序尺寸，从上道工序尺寸到本道工序尺寸，然后到下道工序尺寸，最后达到满足零件性能要求的设计尺寸。工序尺寸及偏差确定的基本方法：(1)最后一道工序的工序尺寸及公差按零件图纸确定；(2)其余工序的工序尺寸及公差按工序加工方法的经济加工精度确定；(3)各工序的工序余量应当合理；(4)工序尺寸及公差确定过程是逐步推算的过程，推算方向是从最后一道工序向前依次推算。由于零件结构和尺寸关系可能非常复杂，实际工序尺寸及公差计算过程可能会较为繁琐，需要遵循一些计算方法和步骤。一般来说，如果某个工序尺寸在零件加工过程中工艺基准与设计基准是重合的，则工序尺寸及其公差的计算相对简单。当工艺基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算较为繁琐。

1．基准重合时工序尺寸及其公差的计算当工艺基准与设计基准重合时，工件表面多次加工的工序尺寸及其公差的计算是常见的工序尺寸计算问题。零件设计图纸可以确定最后一道工序的工序尺寸及公差。其余工序尺寸及其公差确定的基本方法如下：(1)按照各工序加工方法，确定工序的加工余量；(2)依据加工余量计算公式，从最后一道工序的工序尺寸开始，依次计算上一道工序的工序尺寸，直至零件毛坯尺寸。(3)按工序加工方法的经济加工精度，确定各中间工序的工序尺寸及公差；(4)按“入体原则”标注极限偏差。

例2.1某主轴箱体主轴孔的设计要求为Φ100H7，Ra=0.4μm。其加工工艺路线为：毛坯→粗镗→半精镗→精镗→浮动镗。试确定各工序尺寸及其公差。

解：从机械工艺手册查得各工序的加工余量和所能达到的精度，具体数值见表2.13中的第二、三列，计算结果见表2.13中的第四、五列。

2．基准不重合时工序尺寸及其公差的计算零件机械加工过程往往是复杂的过程，因此工序尺寸计算过程也往往较为复杂。当零件结构复杂且加工表面较多时，零件加工工序会很多，加工过程中往往会多次更换机械加工机床设备，进行多次安装工件，并更换定位基准。当零件加工精度较高时，尽管零件结构不很复杂，其加工过程经常也会有很多工序，加工过程中常常会使用不同定位基准和工序基准。由于基准转换致使工序基准、定位基准或测量基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算需要利用工艺尺寸链理论。第1章的尺寸链应用例题已经介绍了测量基准或定位基准与设计基准不重合时工序尺寸计算方法、热处理渗氮层控制工序尺寸计算方法；从未加工表面标注的工序尺寸计算方法。这里，用多尺寸同时保证情况工序尺寸设计方法和尺寸跟踪图工序尺寸计算方法作为例题进一步介绍工序尺寸计算方法。

1)多尺寸同时保证情况工序尺寸计算方法多尺寸同时保证问题是工序设计时经常遇到的问题。例2.2如图所示零件中，尺寸12-0.02、8+0.4和27+0.1都是以端面A为基准。但是由于A面加工质量要求高，需要磨削加工，并且需要安排在最后工序进行。因此，以D面定位磨削A时，磨削加工需要同时保证上面三个零件尺寸符合精度要求。要求通过尺寸链计算，设计磨削加工前加工A表面、加工B表面和加工C表面的工序尺寸A1、B1和C1。问题分析：由于磨削加工，只能控制一个尺寸，那么选择磨削加工控制精度最高的尺寸。依据精度要求最高的表面机械加工的尺寸链确定磨削加工余量。由于磨削加工同时加工三个尺寸的共同基准，该磨削余量同时是另外两个工序尺寸的加工余量。B表面加工和C表面加工工序尺寸计算时，控制尺寸是封闭环，工序余量是已知组成环，尺寸链可解。解：工序尺寸间的关系见图b。A0=12-0.02,B0=8+0.4,C0=27+0.1，Z是磨削余量。①工序尺寸Z计算：工序尺寸A0、A1与工序余量Z构成尺寸链，见图c，工序尺寸Z为封闭环，工序尺寸A0已知。初步拟定Z=0.3mm，则可依据尺寸链理论拟定A1基本尺寸12.3mm。按经济加工精度确定A1=12.3-0.04。

依据尺寸链理论计算如下。，代入数值，，解得，代入数值，，解得，代入数值，，解得故，A1=12.3-0.04。②工序尺寸B1计算：工序尺寸B0、B1与工序余量Z构成尺寸链，见图d，工序尺寸B0为封闭环，工序余量Z已知工序尺寸B0已知。依据尺寸链理论计算如下。，代入数值，，解得，代入数值，，解得，代入数值，，解得则，工序尺寸③工序尺寸C1计算：工序尺寸C0、C1与工序余量Z构成尺寸链，见图e，工序尺寸C0为封闭环，工序余量Z和工序尺寸C0已知。依据尺寸链理论计算如下。，代入数值，，解得，代入数值，，解得，代入数值，，解得则，工序尺寸

2）尺寸跟踪图方法当零件结构复杂或工序数目较多时，工序尺寸常常相互关联，工序尺寸分析计算显得错综复杂。遇到工序尺寸计算较为复杂的情况，可以用尺寸跟踪图方法理清尺寸关系，求解工序尺寸。

尺寸跟踪图法是一种有效的工序尺寸分析计算方法。

例2.2套筒零件(略去与轴向加工面无关的尺寸)如上图所示，零件轴向表面加工工艺过程如下，要求确定轴向端面加工各工序的工序尺寸及其公差。工序1：以D面定位基准，粗车A面；然后以A面作为工序基准，粗车C面。工序2：以A面定位基准，粗车和半精车B面；然后以A面作为工序基准，半精车D面。工序3：以B面定位基准，半精车A面；然后以A面作为工序基准，半精车C面。工序4：以A面作为定位基准，磨削B面。

问题分析：图示零件轴向表面加工中，出现了多次基准变换。工序1中，A面加工以D面作为工序基准，C面加工以A面作为工序基准；工序2中和工序4中各面加工都是以A面作为工序基准；工序3中，A面加工以B面作为工序基准，C面加工以A面作为工序基准。图2.9零件轴向表面加工中，既有外表面加工，亦有内表面加工。重要表面还要分阶段进行加工。图2.9零件加工具有一定代表性。尽管图2.9零件轴向设计尺寸只有三个。由于加工表面需要多次加工和需要基准变换，工序尺寸分析计算具有一定复杂性。为清晰起见，可以绘制尺寸跟踪图，描述工序尺寸及工序余量之间的相互关系，方便工序尺寸分析计算。解：套筒零件毛坯(略去轴向加工面无关尺寸)如图2.10所示。尺寸跟踪图绘制使用图示符号尺寸跟踪图绘制过程如下。(1)绘制尺寸跟踪图表的表格，如图2.11所示。(2)绘制被加工零件简图于尺寸跟踪图表的表格上部，并用符号标注各个加工表面。(3)依据零件加工工艺过程，严格按工序次序逐步绘制工序尺寸及工序余量，不得变更次序。绘制尺寸跟踪图时，使用图2.11中给出的图例符号。工序之间用表格横线分开。①工序1尺寸绘制。标注D表面作定位基准。以D表面作为工序基准加工A表面，绘制两个工序尺寸A1和工序余量Z3；以加工后的A表面作为工序基准加工C表面，绘制工序尺寸A2和工序余量Z2

②工序2尺寸绘制。标注A表面作定位基准。以A表面作为工序基准加工B表面，绘制两个工序尺寸A3和工序余量Z1；以加工后的A表面作为工序基准加工D表面，绘制工序尺寸A4和工序余量Z4③工序3尺寸绘制。标注B表面作定位基准。以B表面作为工序基准加工A表面，绘制两个工序尺寸A5和工序余量Z5；以加工后的A表面作为工序基准加工C表面，绘制工序尺寸A6和工序余量Z6④工序4尺寸绘制。标注A表面作定位基准。以A表面作为工序基准加工B表面，绘制两个工序尺寸A7和工序余量Z7

⑤绘制设计尺寸。绘制完全部相关加工工序的工序尺寸，另起一行表格绘制设计尺寸，使用设计尺寸符号。将设计尺寸写成对称公差形式，A8=9.95±0.05，A9=80.1±0.3，A10=99.7±0.3⑥绘制毛坯尺寸。最后在尺寸跟踪图表上绘制毛坯尺寸

工序尺寸计算分析过程：工序尺寸的确定顺序按加工工艺过程的逆向次序逐步进行，亦即按照尺寸跟踪图表由下至上的顺序依次进行。

①工序尺寸A7计算工序尺寸A7与设计尺寸A8相同，故A7=9.95±0.05②工序余量Z7计算

②工序余量Z7计算

图2.12，其中工序余量Z7为封闭环，工序尺寸A7已知。初步拟定Z7=0.15mm，则可依据尺寸链理论拟定A5基本尺寸10.1。按经济加工精度确定A5=10.1±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=10.05-10.0=0.05<0.08(最小工序余量的经验数值)，不合适，需要修改初步拟定工序余量数值，适当增大工序余量。重新拟定Z7=0.2mm，则可依据尺寸链理论拟定A5基本尺寸10.15

。按经济加工精度确定A5=10.15±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=10.15-10.0=0.10>0.08(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z7=0.2mm，A5=

10.15±0.05③工序尺寸A3和工序余量Z5计算

工序尺寸A3和工序余量Z5计算

图2.13，其中工序余量Z5为封闭环，工序尺寸A5已知。初步拟定Z5=0.5mm，则可依据尺寸链理论拟定A5基本尺寸10.65。按经济加工精度确定A3=10.65±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=10.60-10.20=0.40>0.3(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z5=0.5±0.1

，A3=

10.65±0.05④工序尺寸A6计算。工序尺寸A6与设计尺寸A9相同，故A6=80.1±0.1。

⑤工序余量Z6计算工序余量Z6计算图2.14，其中工序余量Z6为封闭环，工序尺寸A6和工序余量Z5已知。初步拟定Z6=0.8mm，则可依据尺寸链理论拟定A2基本尺寸79.8。按经济加工精度确定A2=79.8±0.2。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z6min=80+0.6-80.2=0.4>0.3(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z6=0.8±0.4

，A2=

79.8±0.2⑥工序尺寸A4计算

工序尺寸A4计算

图2.15，其中工序余量Z10为封闭环，工序余量Z5已知。则可依据尺寸链理论A4=

100.2±0.2⑦工序尺寸A1计算

工序尺寸A1计算

图2.16，其中工序余量Z4为封闭环，工序尺寸A4已知。初步拟定Z4=2mm，则可依据尺寸链理论拟定A1基本尺寸102.2。按经济加工精度确定A1=102.2±0.3。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z4min=101.9-100.4=1.5>1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z4=2±0.5，A1=

102.2±0.3毛坯尺寸计算①毛坯尺寸B1计算

毛坯尺寸B1计算

图2.17，其中工序余量Z5为封闭环，工序尺寸A1已知。初步拟定Z1=2mm，则可依据尺寸链理论拟定B1基本尺寸104.2。按经济加工精度确定B1公差为2，故圆整B1=104±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z1min=103-102.5=0.5<1.2(最小工序余量的经验数值)，不合适，需要修改初步拟定工序余量数值，适当增大工序余量

重新拟定Z1=2.5mm，则可依据尺寸链理论拟定B1基本尺寸104.7。按经济加工精度确定B1公差为2，故圆整B1=105±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z1min=104-102.5=1.5>1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，利用尺寸理论计算Z1=，则确定Z1=、B1=105±1

②毛坯尺寸B2计算

毛坯尺寸B2计算图2.18，其中工序余量Z2为封闭环，工序尺寸A2和工序余量Z1已知。初步拟定Z2=3mm，则可依据尺寸链理论拟定B2基本尺寸78.6。按经济加工精度确定B2公差为2则，

B2=78±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z2min=1.5+79.6-79=2.1>1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定B2=

78±1③毛坯尺寸B3计算

毛坯尺寸B3计算图2.19，其中工序余量Z3为封闭环，工序尺寸A3和工序余量Z1已知。初步拟定Z2=3.5mm，则可依据尺寸链理论拟定B3基本尺寸16.95。按经济加工精度确定B3公差为2则，B3=17±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z2min=16-4.1-10.7=1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定B1=

17±1整理计算数据，将工序尺寸按入体原则标注，见表1.14。

在工序卡上，需要用图示方式，简洁标明工件装夹方式、加工质量要求等。一般地，工序简图主要包括如下内容：(1)零件结构图示；(2)用表中符号标明定位基准、夹紧位置等；(3)用加粗线条，突出标明本工序的加工表面轮廓；(4)标明本工序的工序尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度等；汽车减速器螺旋伞齿轮加工过程中，磨内孔和端面的工序简图

2.6数控加工工艺设计概述特殊性突出表现如下三个方面：(1)工序划分高度集中

数控加工设备是高度自动化程度的加工设备，具有一定的加工柔性，非常适合采用工序集中原则编排加工工序。例如，加工中心采用机械手换刀，可以在一台设备上完成铣削、镗削、车削、攻螺纹等多种加工。而普通机床功能相对较为单一，更适合采用较为分散的工序安排。(2)数控工序内容复杂

与普通机床相比，数控机床价格贵、精度高，使用费也高，故常安排其进行复杂工序加工或普通机床无法完成的加工。(3)数控加工工步安排详尽

数控机床完全按照加工程序工作，因此工艺设计需要详细安排工步内容，确定对刀点、换刀点及加工路线等，并将其编入数控加工程序。而普通机械加工工序内工步内容往往允许操作者灵活掌握。

2.数控加工工艺设计原始资料除了具有编制普通机械加工的原始资料之外，数控工艺规程编制还应具备针对现有数控设备的资料。例如数控机床说明书；编程手册；切削用量表；标准工具；夹具手册。3.数控加工零件工艺分析数控加工零件工艺分析首要问题是分析判断被加工对象是否可以在一台数控机床上完成全部加工工作。如若不能，则需要确定数控加工内容和加工使用的具体数控机床，即确定数控加工工序。其后可以针对加工设备开展工件数控加工工艺分析。数控加工工艺性审查涉及面很广，但从数控加工的可能性和方便性两方面来看，数控加工工艺审查特别提出如下要求：1）零件图样标注应便于数控编程(1)零件图上尺寸标注应符合数控加工的特点在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸。在不得已情况下，可将局部的分散标注法改为同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种尺寸标注方法容易使设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置等具有一致性，也方便编制加工程序。(2)构成零件轮廓的几何要素的应充分手工编程往往需要计算基点或节点坐标。自动编程则要对构成零件轮廓的所有几何要素进行定义。因此在分析零件图工艺性时，要分析几何要素是否充分。2）零件结构设计应符合数控加工的特点

(1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。以便减少刀具规格和换刀次数，方便编程，有益于提高生产效益。(2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等都有关系。(3)零件铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大。(4)零件结构设计应便于采用统一的定位基准，确保两次装夹加工后其相对位置的准确性。4.数控加工工艺路线拟定1）数控加工定位安装数控加工普遍使用专用夹具装夹工件，数控加工的定位安装应遵循如下基本原则：(1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。(3)避免采用人工调整式定位安装方案。3）数控加工方法的选择数控加工方法的选择主要依据数控设备加工能力、加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求选择数控加工方法。兼顾加工过程的生产率和经济性指标，也要考虑工厂的设备及工作量分配情况。

4）数控加工工序划分普通机械加工顺序安排原则对数控加工同样适用，只是由于数控加工内容往往比较复杂，工序和工步的划分和安排需要更为详尽。除了可以与普通机械加工一样以粗、精加工划分工序外，数控加工工序的划分还有具有明显数控加工的特点的方法。

根据数控加工的特点，数控加工工序的划分方法如下：(1)以一次工件安装作为一道工序这种工序划分适合于加工内容较少的工件，每道工序加工完后就能达到待检状态。(2)以一把刀具可以完成的加工内容作为一道工序有些工件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。(3)以加工部位划分工序

对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。6）数控加工顺序编排数控加工顺序编排应考虑零件的结构和毛坯状况，定位安装与夹紧的需要来。一般遵循如下原则：(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧；(2)先进行内腔加工，后进行外形加工；(3)以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。

8)数控机床夹具的设计要求数控加工特点对数控机床夹具提出了基本要求：(1)要使夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；(2)要便于确定零件和机床坐标系的尺寸关系；(3)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。(4)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。5.数控加工工序设计在普通机床上加工零件的工序设计内容实际上只是一个工序卡，机床加工的切削用量、走刀路线、工序的具体安排，往往允许操作工人现场自行确定。数控加工是按照数控加工程序进行的加工。在数控加工工序设计中，每一道工序的具体内容，如切削用量、工艺装备、定位夹紧装置及刀具运动轨迹等，都是数控加工程序编制的工艺基础。数控加工中的所有工序、工步的切削用量、走刀路线、加工余量，以及所用刀具的尺寸、类型等都要预先确定好，并编入数控加工程序。一名合格的数控加工编程员首先应该是一名很好的工艺员，并且非常熟悉数控机床的性能、特点和应用、切削规范和标准刀具系统等。否则就无法做到全面、周到地编排零件加工的全过程，无法正确、合理地编制零件加工程序。下面对比普通机械加工，概述数控加工工序设计的几个重要问题。1）刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。数控编程时，刀具选择通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求刀具精度高、刚度好、耐用度高，而且要求刀具尺寸稳定、安装调整方便。数控加工刀具普遍采用新型优质材料制造，并优选刀具参数。选取刀具时，要使刀具与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。编程人员还应了解数控机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法，调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。刀杆是连接普通刀具的接杆，以便使加工中心在进行钻、镗、扩、铰、铣削等加工时，可以采用普通标准刀具。

选取刀具时，要使刀具与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面上较平坦的部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，常采用鼓形刀或锥形刀来加工一些变斜角零件，避免使用多坐标联动机床。镶齿盘铣刀适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。此外，编程人员还应了解数控机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法，调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。刀杆是连接普通刀具的接杆，以便使加工中心在进行钻、镗、扩、铰、铣削等加工时，可以采用普通标准刀具。

2）切削用量的确定

数控加工切削用量确定方法与普通机械加工相同。数控机床切削用量数值还应根据机床说明书、切削用量手册，并结合刀具，加工材料确定。与普通机械加工工艺不同，数控加工的切削用量应编入数控加工程序内。3）对刀点与换刀点的确定数控程序编制时，应正确地确定对刀点和换刀点的位置。对刀点就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。加工结束时刀具要回到对刀点。对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度。对刀点的选择原则(1)对刀点选择便于用数字处理和简化程序编制；(2)对刀点选择应使在机床上找正容易；(3)对刀点选择应便于在加工过程中检查；(4)对刀点选择引起的加工误差小。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)，但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。换刀点是佰刀架转位换刀时的位置。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不与工件及其它部件干涉。其设定值可用实际测量方法或计算确定。数控加工中心的换刀机械手的位置是固定的，换刀点位置是固定的。数控车床的换刀点可以是任意的一点。4）加工路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线，也称走刀路线或刀具运动轨迹。编程时，加工路线的确定主要遵循以下原则：(1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度符合要求，且加工效率较高。(2)使几何要素的数值计算简单，以减少编程工作量。(3)应使加工路线最短