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1、第第3章章 数控加工工艺处理数控加工工艺处理3.1 数控加工内容及加工质量数控加工内容及加工质量3.2 数控加工工序的划分数控加工工序的划分3.3 工件的定位与装夹工件的定位与装夹3.4 对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定3.5 加工路线的确定加工路线的确定3.6 切削用量的选择切削用量的选择3.1 数控加工内容及加工质量数控加工内容及加工质量3.1.1 数控加工内容的确定数控加工内容的确定普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。普通
2、机床加工效率低，数控操作人员手工操作劳动强度大的内容，普通机床加工效率低，数控操作人员手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。在选择数控加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期、工序间周在选择数控加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产率转情况等因素，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产率及综合经济效益等指标都明显提高的目的，要防止将数控机床降格及综合经济效益等指标都明显提高的目的，要防止将数控机床降格为普通机床使用。为普通机床使用。3.1.2 数控加工质量
3、数控加工质量零件的加工质量主要包括加工精度和表面质量两方面内容。零件的加工质量主要包括加工精度和表面质量两方面内容。下一页返回3.1 数控加工内容及加工质量数控加工内容及加工质量加工精度是指零件加工后的几何参数加工精度是指零件加工后的几何参数(尺寸、几何形状和相互位尺寸、几何形状和相互位置置)、与理想零件几何参数相符合的程度。、与理想零件几何参数相符合的程度。加工精度包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度。加工精度包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度。影响加工精度的主要因素包括工艺系统的几何误差、工艺系统影响加工精度的主要因素包括工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的加工误差和工艺系
4、统热变形产生的误差及改善受力变形引起的加工误差和工艺系统热变形产生的误差及改善措施。措施。提高加工精度的方法：从消除或减少误差的技术上看，可将措提高加工精度的方法：从消除或减少误差的技术上看，可将措施分为误差补偿技术和误差预防技术。施分为误差补偿技术和误差预防技术。下一页上一页返回3.1 数控加工内容及加工质量数控加工内容及加工质量机械加工的表面质量是指零件在加工后的表面层状态，它主机械加工的表面质量是指零件在加工后的表面层状态，它主要包含表面的几何形状（如要包含表面的几何形状（如图图3-1）和表面层的物理力学性能）和表面层的物理力学性能两个方面的内容。两个方面的内容。对零件使用性能的影响对零
5、件使用性能的影响对零件耐磨性的影响。零件的耐磨性与摩擦副的材料、热处对零件耐磨性的影响。零件的耐磨性与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关，在这些条件相同的条件下，零件的理情况和润滑条件有关，在这些条件相同的条件下，零件的表面质量就起着决定性作用。如表面质量就起着决定性作用。如图图3-2所示，摩擦表面的最佳所示，摩擦表面的最佳粗糙度视不同材料和工作条件而异，重载荷情况下的最佳表粗糙度视不同材料和工作条件而异，重载荷情况下的最佳表面粗糙度要比轻载荷时大。面粗糙度要比轻载荷时大。对加工硬化的影响。对加工硬化的影响。图图3-3给出厂零件表面的冷硬程度与耐磨给出厂零件表面的冷硬程度与耐磨性的关系曲线
6、。由图可看出，存在一个最佳硬化程度，零件性的关系曲线。由图可看出，存在一个最佳硬化程度，零件的耐磨性最好。的耐磨性最好。对零件疲劳强度的影响。对零件疲劳强度的影响。对零件耐腐蚀性能的影响。对零件耐腐蚀性能的影响。对零件耐腐蚀性能的影响对零件耐腐蚀性能的影响。下一页上一页返回3.1 数控加工内容及加工质量数控加工内容及加工质量影响表面质量的因素及改善途径影响表面质量的因素及改善途径影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施。影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施。影响零件表面粗糙度的原因，可归纳为三个方面切削过程中影响零件表面粗糙度的原因，可归纳为三个方面切削过程中刀刃在工件表面留下的残留高度；切削过程中塑
7、性变形，产刀刃在工件表面留下的残留高度；切削过程中塑性变形，产生积屑瘤和鳞刺的影响；切削过程中刀刃与工件相对位置微生积屑瘤和鳞刺的影响；切削过程中刀刃与工件相对位置微幅振动。前两个原因受工件材料、切削用量、刀具几何参数幅振动。前两个原因受工件材料、切削用量、刀具几何参数及冷却润滑等因素影响，后一个原因与工艺系统刚度有关。及冷却润滑等因素影响，后一个原因与工艺系统刚度有关。如如图图3-4所示。切削脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响所示。切削脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响较小。较小。影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施。影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施。由于受到切削
8、力和切削热的作用，表面金属层的力学物理性由于受到切削力和切削热的作用，表面金属层的力学物理性能会产生很大的变化，最主要的变化是表层金属显微硬度的能会产生很大的变化，最主要的变化是表层金属显微硬度的变化、金相组织的变化以及在表层金属中产生残余应力等。变化、金相组织的变化以及在表层金属中产生残余应力等。上一页返回3.2 数控加工工序的划分数控加工工序的划分3.2.1 基本概念基本概念数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置及表面状态等，使其成为成工对象的形状、尺寸、表面位置及表面状态等，使其成为成品和半成品
9、的过程。品和半成品的过程。数控加工工艺是数控编程的前提和依据。数控加工工艺是数控编程的前提和依据。3.2.2 数控加工工序的划分数控加工工序的划分数控加工工序划分通常需要遵循以下原则数控加工工序划分通常需要遵循以下原则:工序集中的原则；工序集中的原则；先粗后精的原则；基准先行的原则；先面后孔的原则。先粗后精的原则；基准先行的原则；先面后孔的原则。具体划分数控加工工序时可按照以下儿种方法划分具体划分数控加工工序时可按照以下儿种方法划分:按加工设按加工设备划分；按粗、精加工方式划分；按所用刀具划分工序。备划分；按粗、精加工方式划分；按所用刀具划分工序。返回3.3 工件的定位与装夹工件的定位与装夹3
10、.3.1 工件定位的原理与应用工件定位的原理与应用六点定位原理六点定位原理如如图图3-5所示，任何工件在空间具有六个自由度，即沿所示，任何工件在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直线移动自由度三个直线移动自由度 和绕这三个直线轴的旋转自由和绕这三个直线轴的旋转自由度度 。因此，要完全确定工件的位置，就必须限制这六。因此，要完全确定工件的位置，就必须限制这六个自由度，通常用六个支承点个自由度，通常用六个支承点(即定位元件即定位元件)来限制工件的六来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度，如个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度，如图图3-6所示。所示。工件定位时常
11、见的几种情况工件定位时常见的几种情况完全定位完全定位不完全定位（如不完全定位（如图图3-7所示的五点定位）所示的五点定位）过定位（如过定位（如图图3-8所示的连杆定位方案）所示的连杆定位方案）欠定位（如欠定位（如图图3-9所示的零件上的通槽）所示的零件上的通槽）返回下一页3.3 工件的定位与装夹工件的定位与装夹定位安装的基本原则定位安装的基本原则力求设计、工艺与编程计算的基准统一。力求设计、工艺与编程计算的基准统一。减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面工表面避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的避免采用占机
12、人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。效能。3.3.2 夹紧装置及应用夹紧装置及应用夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位后必须通夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，使其过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、工件重力、离心力保持准确的定位位置，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而产生位置变化和振动，以保证加工精度或惯性力等的作用而产生位置变化和振动，以保证加工精度和安全操作。这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。和安全操作。这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。
13、下一页返回上一页3.3 工件的定位与装夹工件的定位与装夹夹紧装置的基本要求夹紧装置的基本要求夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。不变、振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。操作简单方便、省力、安全。操作简单方便、省力、安全。结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。修。夹紧力方向和作用点夹紧力方向和作用点夹紧力应朝向
14、主要定位基准。如夹紧力应朝向主要定位基准。如图图3-10所示所示夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承元件的儿何中心。如元件的儿何中心。如图图3-11且所示夹紧力作用在支承面之外，且所示夹紧力作用在支承面之外，导致工件的倾斜和移动，破坏工件的定位。正确位置应是图导致工件的倾斜和移动，破坏工件的定位。正确位置应是图中虚线所示的位置。中虚线所示的位置。上一页下一页返回3.3 工件的定位与装夹工件的定位与装夹夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。如夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。如图图3-12所示钻所示钻削削A孔时，夹紧力孔时，
15、夹紧力FJ与轴向切削力与轴向切削力FH、工件重力、工件重力G的方向相同，的方向相同，加工过程所需的夹紧力为最小。加工过程所需的夹紧力为最小。夹紧力的方向和作用点应施加于工件刚性较好的方向和部位夹紧力的方向和作用点应施加于工件刚性较好的方向和部位（如（如图图3-13）。）。夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算式中式中:FJ为实际所需夹紧力为实际所需夹紧力;F为给定条件下，按静力平衡计算为给定条件下，按静力平衡计算出的夹紧力出的夹紧力;k为安全系数，考虑切削力的变化和工艺系统变为安全系数，考虑切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般
16、走取形等因素，一般走取1.530上一页返回3.4 对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定3.4.1 对刀点的作用与确定对刀点的作用与确定对刀点是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。对刀点是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。程序一般从该点开始执行，所以对刀点也叫做程序一般从该点开始执行，所以对刀点也叫做“程序起点程序起点”或或“起刀点起刀点”。对刀点的选择原则对刀点的选择原则对刀点应使程序编制简单。对刀点应使程序编制简单。对刀点应选择在容易找正、便于确定工件加工原点的位置。对刀点应选择在容易找正、便于确定工件加工原点的位置。对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。
17、对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。对刀点的选择应有利于提高加工精度。对刀点的选择应有利于提高加工精度。下一页返回3.4 对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定3.4.2换刀点的作用与确定换刀点的作用与确定换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点是为加工中心、换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点是为加工中心、数控车床等采用多种刀具进行加工的机床而设置的，这些机数控车床等采用多种刀具进行加工的机床而设置的，这些机床在加工过程中可能因为加工内容的变化需要更换刀具，应床在加工过程中可能因为加工内容的变化需要更换刀具，应设置合理的换刀点。换刀点往往设在工件的外部，并留有一设置合理的换刀点。换刀点
18、往往设在工件的外部，并留有一定的安全量，以防止换刀时碰伤零件、刀具、奏具和其他部定的安全量，以防止换刀时碰伤零件、刀具、奏具和其他部件。件。返回上一页3.5 加工路线的确定加工路线的确定3.5.1 加工路线的定义加工路线的定义加工路线是指数控机床在加工过程中刀具的刀位点相对于被加工路线是指数控机床在加工过程中刀具的刀位点相对于被加工工件的运动轨迹与方向。确定加工路线就是确定刀具的加工工件的运动轨迹与方向。确定加工路线就是确定刀具的运动轨迹和方向。妥善地安排加工路线，对于提高加工质量运动轨迹和方向。妥善地安排加工路线，对于提高加工质量和保证工件的技术要求是非常重要的。加工路线不仅包括加和保证工件
19、的技术要求是非常重要的。加工路线不仅包括加工时的加工路线，还包括刀具定位、对刀、退刀和换刀等一工时的加工路线，还包括刀具定位、对刀、退刀和换刀等一系列刀具运动路线。系列刀具运动路线。3.5.2 加工路线的确定原则加工路线的确定原则加工路线是刀具在整个加工过程中相对于工件的运动轨迹，加工路线是刀具在整个加工过程中相对于工件的运动轨迹，包括厂工序的内容，反映下序的顺序，是编写程序的依据之包括厂工序的内容，反映下序的顺序，是编写程序的依据之一。一。返回下一页3.5 加工路线的确定加工路线的确定返回在确定加工路线时，主要遵循以下原则在确定加工路线时，主要遵循以下原则:保证工件的加工精度和表面粗糙度保证
20、工件的加工精度和表面粗糙度寻求最短加工路线，减少刀具空行程，提高加工效率寻求最短加工路线，减少刀具空行程，提高加工效率(如如图图3-15)最终轮廓一次连续走刀完成最终轮廓一次连续走刀完成(如如图图3-16)选择切入选择切入/切出方式切出方式(如如图图3-17)选择使工件在加工后变形小的路线选择使工件在加工后变形小的路线上一页3.6 切削用量的选择切削用量的选择返回3.6.1 背吃刀量背吃刀量背吃刀量根据加工余量确定。背吃刀量根据加工余量确定。在粗加工时，在机床功率和工艺系统刚度允许的条件下，背在粗加工时，在机床功率和工艺系统刚度允许的条件下，背吃刀量尽可能取大些一次走刀切除全部加工余量。吃刀量
21、尽可能取大些一次走刀切除全部加工余量。下列情况可分几次走刀下列情况可分几次走刀:加工余量太大，一次走刀切削力太大，会产生机床功率不足加工余量太大，一次走刀切削力太大，会产生机床功率不足或工艺系统刚度不足。或工艺系统刚度不足。工艺系统刚性不足或加工余量极不均匀，引起很大振动时，工艺系统刚性不足或加工余量极不均匀，引起很大振动时，如加工细长轴或薄壁工件。如加工细长轴或薄壁工件。断续切削，刀具受到很大的冲击而造成打刀。断续切削，刀具受到很大的冲击而造成打刀。下一页3.6 切削用量的选择切削用量的选择3.6.2 进给量进给量粗加工时，对工件表面质量没有太高要求，这时切削力往往粗加工时，对工件表面质量没
22、有太高要求，这时切削力往往很大，合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。很大，合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。这一进给量要受到下列一些因素的限制这一进给量要受到下列一些因素的限制:机床进给机构的强度、机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、刀片的强度及工件的装夹刚度等。车刀刀杆的强度和刚度、刀片的强度及工件的装夹刚度等。表表3-1是硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量，是硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量，表表3-2是按表面粗糙度选择进给量的参考是按表面粗糙度选择进给量的参考。下一页上一页返回3.6 切削用量的选择切削用量的选择3.6.3 切削速度切削速
23、度式中：式中：为切削速度，为切削速度，为刀具耐用度。为刀具耐用度。为刀具耐用度指数。为刀具耐用度指数。为切削速度系数；为切削速度系数；分别为背吃刀量，进给量对分别为背吃刀量，进给量对 影响的指数；影响的指数；为切削速度修正系数。具体值见为切削速度修正系数。具体值见表表3-3切削速度确定后，可计算机床转速切削速度确定后，可计算机床转速 式中：式中：为工作转速，为工作转速，为为 工件待加工表面直径工件待加工表面直径上一页返回图图3-1表面粗糙度与波度表面粗糙度与波度返回图图3-2 表面粗糙对于初期磨损量的关系表面粗糙对于初期磨损量的关系返回图图3-3 表面冷硬度与耐磨性的关系表面冷硬度与耐磨性的关
24、系返回图图3-4 加工塑性材料时切削速度对表面加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响粗糙度的影响返回图图3-5 工件在空间的六个自由度工件在空间的六个自由度返回图图3-6 工件的六点定位工件的六点定位返回图图3-7 五点定位示例五点定位示例返回图图3-8 连杆定位方案连杆定位方案返回图图3-9 限制自由度与加工要求的关系限制自由度与加工要求的关系返回图图3-10 夹紧力方向示意图夹紧力方向示意图返回图图3-11 夹紧力作用点示意图夹紧力作用点示意图返回图图3-12 夹紧力与切削力、重力关系夹紧力与切削力、重力关系返回图图3-13夹紧力与工件刚性的关系夹紧力与工件刚性的关系返回图图3-14 对刀点对刀点返回图图3-15 最短走刀路线的设计最短走刀路线的设计返回图图3-16 铣削内腔的三种走刀路线铣削内腔的三种走刀路线返回图图3-17 刀具切入和切出时的外延刀具切入和切出时的外延返回表表3-1硬质合金及高速钢车刀粗车外圆硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的讲给量和端面时的讲给量返回表表3-2按表面粗糙度选择讲给量的参考按表面粗糙度选择讲给量的参考返回表表3-3外圆车削时切削速度公式中的外圆车削时切削速度公式中的系数和指数系数和指数返回