數(shù)控技術(shù)及應用教學課件1-4章

1數(shù)控技術(shù)及應用2數(shù)控技術(shù)及應用目錄第二章數(shù)控加工工藝第三章數(shù)控加工編程第五章計算機數(shù)控裝置第七章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)第八章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)第一章緒論第四章數(shù)字控制原理第六章數(shù)控機床檢測裝置第九章數(shù)控機床故障診斷與維修3第1章緒論1.11.4數(shù)控機床的組成1.5數(shù)控機床的分類數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展與發(fā)展數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.21.3數(shù)控機床的特點4提要本章主要介紹數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機床的基本概念、組成結(jié)構(gòu)、工作原理及分類；數(shù)控技術(shù)發(fā)展。重點：數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的基本概念、數(shù)控機床的組成及分類，數(shù)控機床的特點及應用范圍，數(shù)控機床的工作原理。難點：數(shù)控機床的組成和數(shù)控機床的工作原理。第1章緒論5目標掌握數(shù)控機床和數(shù)控技術(shù)的基本概念掌握數(shù)控機床的工作原理及組成了解數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢了解數(shù)控機床分類第1章緒論6數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）機床數(shù)控技術(shù)國標定義為：“用數(shù)字化信號（數(shù)字、字母和符號）對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”。簡稱數(shù)控（NC）。1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念1.1.1基本概念7數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）是一種程序控制系統(tǒng)，它能邏輯地處理輸入到系統(tǒng)中的數(shù)控加工程序，控制數(shù)控機床運動并加工出零件。計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl，CNC）是以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念8數(shù)控機床——裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。

1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控加工—應用數(shù)控機床加工零件的機械加工方法

應用數(shù)控技術(shù)對加工過程進行控制的機床91.1數(shù)控技術(shù)的基本概念1.1.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與作用發(fā)展：集機械制造，計算機現(xiàn)代控制，傳感檢測，信息處理等為一體的機電一體化技術(shù)，并隨其發(fā)展。作用：引起機械制造業(yè)的顯著變化；是綜合國力、工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。101.1數(shù)控技術(shù)的基本概念1.1.3數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1、原因—社會生產(chǎn)發(fā)展（軍備競賽的產(chǎn)物）2、目的—解決單件、中小批量精密復雜零件的加工問題111.1數(shù)控技術(shù)的基本概念1.1.3數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1952年，美國Parsons與M．I．T聯(lián)合研制成功世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床。1955年，第一臺工業(yè)用數(shù)控機床由美國Bendix公司生產(chǎn)出來。從1952年至今，NC機床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的六代。第一代數(shù)控（1952-1959年）：采用電子管構(gòu)成的硬件數(shù)控系統(tǒng)；第二代數(shù)控（1959-1965年）：采用晶體管電路為主的硬件數(shù)控系統(tǒng)；第三代數(shù)控（1965年開始）：采用小、中規(guī)模集成電路的硬件數(shù)控系統(tǒng)；第四代數(shù)控（1970年開始）：采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機數(shù)控系統(tǒng)；第五代數(shù)控（1974年開始）：采用微型計算機控制的系統(tǒng)；第六代數(shù)控（1990年開始）：采用工控PC機的通用CNC系統(tǒng)。硬件數(shù)控軟件數(shù)控12

ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.Itwasa"retrofitted"Cincinnatimillingmachine(Figure

1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.Thefirst"commercial"N/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.

1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念第一臺數(shù)控機床13第1章緒論1.11.4數(shù)控機床的組成1.5數(shù)控機床的分類數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展與發(fā)展數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.21.3數(shù)控機床的特點141.2.1數(shù)控機床的組成1.2數(shù)控機床的組成主要由控制介質(zhì)、輸入輸出設備、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機床電氣控制、機床本體六部分組成。數(shù)控機床的組成框圖15數(shù)控裝置輸入/輸出裝置伺服系統(tǒng)和檢測裝置程序載體機床本體強電控制裝置1.2數(shù)控機床的組成16輸入/輸出裝置①操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器。它是數(shù)控機床特有部件。1.2數(shù)控機床的組成1.2.2各組成部分的作用17主要內(nèi)容操作面板

人機交互1.2數(shù)控機床的組成18主要內(nèi)容液晶顯示器MDI鍵盤功能鍵機床控制面板急停按鈕1.2數(shù)控機床的組成19②控制介質(zhì)與輸入輸出設備1.2數(shù)控機床的組成控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介。如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、U盤表1控制介質(zhì)和輸入輸出設備表輸入輸出設備（人機交互設備）是CNC系統(tǒng)與外部設備進行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。20通訊采用的方式有：串行通訊(RS232C)、網(wǎng)絡通訊（internet，LAN）、自動控制專用接口（DNC）等1.2數(shù)控機床的組成21CNC裝置(CNC單元)CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理，然后輸出控制命令到伺服驅(qū)動單元和PLC。1.2數(shù)控機床的組成數(shù)控裝置位置控制板PLC接口板計算機系統(tǒng)控制軟件通訊接口板輔助功能模塊22伺服系統(tǒng)主軸伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)和主軸電機進給伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)和進給電機1.2數(shù)控機床的組成23伺服系統(tǒng)

1.2數(shù)控機床的組成FANUC數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的連接作用：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，經(jīng)功率放大和處理后，轉(zhuǎn)換成機床執(zhí)行部件的運動（如工作臺的直線運動和主軸的旋轉(zhuǎn)運動）。常用的伺服電動機：步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機和數(shù)字伺服電動機。24華中世紀星系列數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動器及伺服電機1.2數(shù)控機床的組成25伺服系統(tǒng)的作用—舉例總旋轉(zhuǎn)角驅(qū)動裝置步進電機工作臺脈沖信息脈沖總數(shù)滾珠絲杠總位移1.2數(shù)控機床的組成脈沖信息功率放大模擬量（如轉(zhuǎn)角等）傳動機構(gòu)工作臺轉(zhuǎn)換0.01mm/脈沖，0.001mm/脈沖。總位移量＝脈沖總數(shù)×脈沖當量26位置和速度測量裝置，實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制作用：檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令。進給運動指令：速度和位置控制。主軸運動指令：速度控制。1.2數(shù)控機床的組成測量裝置（位置檢測反饋裝置）

27常用的測量部件：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、光柵和磁尺等。直線光柵圓光柵1.2數(shù)控機床的組成脈沖編碼器當數(shù)控裝置輸出指令信號給伺服系統(tǒng)時，伺服系統(tǒng)就使機床上的移動部件作相應的移動，并對定位精度（位置）和速度加以控制。伺服系統(tǒng)的性能將直接影響數(shù)控機床部件的運動精度和速度，因此是影響數(shù)控機床加工精度和加工效率的主要因素之一。

28PLC、機床I/O電路和裝置（強電控制柜）1.2數(shù)控機床的組成PLC：用于完成與邏輯運算有關(guān)順序動作的I/O控制。機床I/O電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，由各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關(guān)、接線端子和各類電氣保護元器件等組成。

29PLC的功能：——接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關(guān)動作（如主軸的起停、工作臺的交換、刀具的交換和切削液的開關(guān)等。）；——接受操作面板（按鈕站）和機床側(cè)的I/O信號（如，工件/刀具夾緊松開等），送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作（例如，操作模式的選擇、機床急停、限位等）。1.2數(shù)控機床的組成301.2數(shù)控機床的組成31機床本體機床：數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。1.2數(shù)控機床的組成32機床主體的組成：主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構(gòu)）支承件（立柱、床身等）輔助裝置（ATC、APC、工件夾緊和放松機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、過載和保護裝置等）1.2數(shù)控機床的組成331.2數(shù)控機床的組成34數(shù)控機床的機械系統(tǒng)的主要特點：大多數(shù)數(shù)控機床采用高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此，數(shù)控機床的機械傳動機構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短。為了適應數(shù)控機床的連續(xù)自動化加工，數(shù)控機床具有較高的剛度、精度及耐磨性，熱變形較小。采用高效、高精度、無間隙傳動部件，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌、靜壓導軌等。一些數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率。采用全封閉罩殼保證了操作安全。1.2數(shù)控機床的組成35第1章緒論1.11.4數(shù)控機床的組成1.5數(shù)控機床的分類數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展與發(fā)展數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.21.3數(shù)控機床的特點36

本節(jié)提示

數(shù)控機床最基本的分類方法是按工藝用途分類。

1.按工藝用途分

2.按控制運動的軌跡分

3.按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分

4.按控制的聯(lián)動軸數(shù)分

5.按控制系統(tǒng)的功能水平分1.3數(shù)控機床的分類371.3數(shù)控機床的分類1.3.1數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較工藝分析工序卡數(shù)控加工程序傳統(tǒng)加工數(shù)控加工381.3.1數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較1.3數(shù)控機床的分類39工藝處理加工圖紙數(shù)學處理編程手冊數(shù)控編程程序仿真輸入裝置加工程序毛坯或半成品數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床程序編制成品譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補、伺服驅(qū)動N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;1.3.2數(shù)控加工工作原理1.3數(shù)控機床的分類401.3.2數(shù)控加工工作原理數(shù)控程序數(shù)控系統(tǒng)譯碼刀補運算插補運算模擬量控制成形運動PLC輔助動作<加工過程自動進行>開關(guān)量控制伺服單元數(shù)控加工原理就是將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動完成零件的加工。1.3數(shù)控機床的分類411.3數(shù)控機床的分類數(shù)控三坐標測量儀數(shù)控對刀儀數(shù)控繪圖儀金屬切削類數(shù)控機床金屬成型類數(shù)控機床特種加工類數(shù)控機床其他類型數(shù)控機床1.3.3按工藝用途分類數(shù)控彎管機數(shù)控板料擇彎機數(shù)控壓力機數(shù)控電火花數(shù)控線切割機床數(shù)控激光切割機床(1)普通數(shù)控機床(2)數(shù)控加工中心421、金屬切削類數(shù)控機床五軸加工中心臥式數(shù)控銑床1.3數(shù)控機床的分類432、金屬成型類數(shù)控機床數(shù)控彎管機數(shù)控壓力機1.3數(shù)控機床的分類44

慢走絲線切割技術(shù)加工精度可達到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。3、特種加工類數(shù)控機床激光切割機床1.3數(shù)控機床的分類454、其他類型數(shù)控機床三坐標數(shù)控測量儀1.3數(shù)控機床的分類46

1.3數(shù)控機床的分類1.3.4按控制運動的軌跡分類47主要內(nèi)容點位控制(PointtoPointControlSystems)

特點：僅實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對點與點之間運動軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。一般先快速移動，然后慢速趨近定位點

1.3數(shù)控機床的分類1.3.4按控制運動的軌跡分類適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。48主要內(nèi)容直線控制（平行控制）：(LineControlSystems)

特點：要求控制點到點的精確定位；要求機床工作臺或刀具（刀架）以給定的進給速度和軌跡運動；運動路線沿平行于坐標軸的方向或與坐標軸成45°角的方向進行直線移動和切削加工。

1.3數(shù)控機床的分類適用范圍：簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控組合機床等。1.3.4按控制運動的軌跡分類49主要內(nèi)容輪廓控制(ContouringControlSystems)

1.3數(shù)控機床的分類1.3.4按控制運動的軌跡分類

適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。特點：對多個坐標軸的位移和速度同時進行控制，使之協(xié)調(diào)運動(坐標聯(lián)動)；50主要內(nèi)容開環(huán)控制(Open-LoopServo-Drive)1.3.5按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類

1.3數(shù)控機床的分類定義：不具有位移檢測與反饋缺點：精度低優(yōu)點：簡單、穩(wěn)定、成本低適合：精度不高的中小型數(shù)控機床進給脈沖步進電機環(huán)形分配器功率放大器齒輪箱工作臺51

開環(huán)控制框圖工作臺步進電機數(shù)控裝置1.3.5按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類

1.3數(shù)控機床的分類52半閉環(huán)控制(Half-Closed-LoopServo-Drive)速度控制電路工作臺伺服電機位置比較電路指令脈沖速度反饋位置反饋檢測元件1.3.5按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類1.3數(shù)控機床的分類定義：檢測元件位于運動執(zhí)行件前（電機、絲杠）性能：精度較高、穩(wěn)定性較好、價格較低應用：相當普遍53工作臺伺服電動機數(shù)控裝置伺服放大器位置檢測（編碼器）半閉環(huán)控制框圖1.3數(shù)控機床的分類1.3.5按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類54主要內(nèi)容閉環(huán)控制(Closed-LoopServo-Drive)位置反饋速度控制電路工作臺伺服電機位置比較電路指令脈沖速度反饋1.3.5按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類1.3數(shù)控機床的分類

定義：有位移檢測與反饋，檢測元件裝在運動執(zhí)行件上優(yōu)點：補償誤差、精度高、缺點：參數(shù)匹配不當引起系統(tǒng)振蕩，穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)復雜、維護難、適合：大型、精密數(shù)控機床55工作臺伺服電動機數(shù)控裝置伺服放大器

閉環(huán)控制框圖

檢測裝置（光柵）1.3數(shù)控機床的分類1.3.5按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類56光柵尺光柵尺1.3數(shù)控機床的分類57

1.3數(shù)控機床的分類1.3.6按控制的聯(lián)動軸數(shù)分類（1）兩坐標數(shù)控機床（2）三坐標數(shù)控機床（3）兩軸半坐標數(shù)控機床（4）多坐標數(shù)控機床58主要內(nèi)容兩坐標加工二軸半或三坐標加工四坐標加工五坐標加工

1.3數(shù)控機床的分類1.3.6按控制的聯(lián)動軸數(shù)分類59二軸聯(lián)動

主要用于數(shù)控車床加工曲線旋轉(zhuǎn)面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。

1.3數(shù)控機床的分類60二軸半聯(lián)動主要用于三軸以上控制的機床，其中二個軸互為聯(lián)動，而另一軸作周期進給。

1.3數(shù)控機床的分類如：在數(shù)控銑床上用球頭銑刀采用行切法加工三維空間曲面。61三軸聯(lián)動一般分為兩類：一類是X、Y、Z三個直線坐標軸聯(lián)動，較多用于數(shù)控銑床，加工中心。如：用球頭銑刀銑切三維空間曲面，見右圖。另一類是除了同時控制X，Y，Z，其中兩個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標軸。如：車削加工中心，它除了縱向(z軸)、橫向(x軸)兩個直線坐標軸聯(lián)動外，還需同時控制圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸(C軸)聯(lián)動。

1.3數(shù)控機床的分類62四軸聯(lián)動

同時控制X，Y，Z三個直線坐標軸與某一個旋轉(zhuǎn)坐標軸聯(lián)動。如：右圖為同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸與一個工作臺回轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的數(shù)控機床簡圖。

1.3數(shù)控機床的分類四軸聯(lián)動的加工中心63除了同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標軸中的兩個坐標。

特點：刀具可被定在空間的任意方向。如控制切削刀具同時繞著x軸和y軸兩個方向擺動，使得刀具在其切削點上始終保持與被加工的曲面成法線方向，保證被加工曲面的圓滑性，提高加工精度和減小表面粗糙度。五軸聯(lián)動

1.3數(shù)控機床的分類五坐標加工641.3.7按功能水平分類數(shù)控機床水平的高低主要指它們的主要技術(shù)參數(shù)、功能指標和關(guān)鍵功能部件的功能水平等。1.3數(shù)控機床的分類項目低檔中檔高檔分辨率進給速度10μm、3~8m/min1μm、10~24m/min0.1μm、24~100m/min伺服類型開環(huán)、步進電動機系統(tǒng)半閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)聯(lián)動軸數(shù)2~3軸2~4軸5軸或5軸以上主軸功能不能自動變速自動無級變速自動無級變速、C軸功能表2數(shù)控系統(tǒng)不同檔次的功能及指標65通信能力無RS232C或DNC接口MAP通信接口、聯(lián)網(wǎng)功能顯示功能數(shù)碼管顯示、CRT字符CRT顯示字符、圖形三維圖形顯示、圖形編程內(nèi)裝PLC無有有主CPU8或16bit16或32bitCPU32或64bitCPU1.3.7按功能水平分類1.3數(shù)控機床的分類表2數(shù)控系統(tǒng)不同檔次的功能及指標（續(xù)）661.3數(shù)控機床的分類分類方法數(shù)控機床類型按工藝方法金屬切削數(shù)控機床金屬成形數(shù)控機床特種加工數(shù)控機床按運動控制方式點位控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床按伺服系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床按功能水平經(jīng)濟型數(shù)控機床中檔型數(shù)控機床高檔型數(shù)控機床數(shù)控機床的分類(Types)67第1章緒論1.11.4數(shù)控機床的組成1.5數(shù)控機床的分類數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展與發(fā)展數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.21.3數(shù)控機床的特點681.4數(shù)控機床的特點序號數(shù)控機床普通設備1操作者可在較短的時間內(nèi)掌握操作和加工技能要求操作者有長期的實踐經(jīng)驗2加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，較少依賴于操作者的技能水平高質(zhì)量、高精度的加工要求操作者具有高的技能水平3編制程序花費較多時間加工過程憑直覺和技巧，準備工作簡單4加工零件復雜程度高，適合多工序加工適合加工形狀簡單、單一工序的產(chǎn)品5易于加工工藝標準化和刀具管理規(guī)范化操作者以自己的方式完成加工，加工方式多樣，很難實現(xiàn)標準化6適于長時間無人操作和加工自動化是實現(xiàn)自動化加工的準備環(huán)節(jié)必不可少的，如材料的預去除及夾具的制作等7適于計算機輔助生產(chǎn)控制，生產(chǎn)率高很難提高加工的專門技術(shù)，不利于知識系統(tǒng)化和普及，生產(chǎn)率低，質(zhì)量不穩(wěn)定數(shù)控機床與普通機床的比較691.4數(shù)控機床的特點1.4.1數(shù)控機床的特點優(yōu)點：（1）加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定（2）具有較高的生產(chǎn)效率（3）增加了設備的柔性（4）功能復合程度高，一機多用（5）減輕勞動強度，改善勞動條件（6）有利于生產(chǎn)管理（7）有利于向高級計算機控制與管理方面發(fā)展

不足：（1）機床價格較高，初始投資大（2）單位工時的加工成本較高

（3）生產(chǎn)效率比剛性自動生產(chǎn)線低

（4）加工中的調(diào)整相對復雜

（5）對設備使用維護人員的技術(shù)水平要求較高701.4.2

數(shù)控機床的適用范圍（補充）1.4數(shù)控機床的特點數(shù)控機床加工范圍的定性分析③需要頻繁改型的零件。在軍工企業(yè)和科研部門，零件頻繁改型是司空見慣的事，這就為數(shù)控機床提供了用武之地。④價值昂貴，不允許報廢的關(guān)鍵零件。⑤希望最短生產(chǎn)周期的急需零件。①結(jié)構(gòu)復雜、精度高或必須用數(shù)學方法確定的復雜曲線、曲面類零件。②多品種小批量生產(chǎn)的零件。71第1章緒論1.11.4數(shù)控機床的組成1.5數(shù)控機床的分類數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.21.3數(shù)控機床的特點721.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.5.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

50多年來，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)及機械制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床及加工技術(shù)取得了飛速的發(fā)展。731.5.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程時間名稱1952年NC數(shù)控銑床1959年MC加工中心1961年DNC計算機直接數(shù)控1965年AC自適應控制1973年CNC計算機數(shù)控1974年CAD/CAM計算機輔助設計/制造1979年FMC/FMS柔性制造單元/系統(tǒng)1980年CIMS計算機集成制造系統(tǒng)表所示為數(shù)控機床及加工技術(shù)的發(fā)展進程概況1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展741.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢運行高速化加工高精化功能復合化控制智能化驅(qū)動并聯(lián)化交互網(wǎng)絡化1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展751.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢1.運行高速化主軸高速化：采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機）即主軸電機的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速達200000r/min以上主軸轉(zhuǎn)速的最高加（減）速為1.0g以上 換刀速度

0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作臺（托盤）交換速度1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展761.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢2.加工高精化提高機械設備的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補償技術(shù)提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細化；采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機已有裝上106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達到0.01

m/脈沖）；位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù);設備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應用可將加工誤差減少60％～80％。1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展771.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢3.功能復合化工件自動裝卸、工件自動定位；刀具自動對刀；工件自動測量與補償；集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工機床”等。鏜銑鉆復合—加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）；車銑復合—車削中心（ATC，動力刀頭）；銑鏜鉆車復合—復合加工中心（ATC，可自動裝卸車刀架）；銑鏜鉆磨復合—復合加工中心（ATC，動力磨頭）；可更換主軸箱的數(shù)控機床—組合加工中心；1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展781.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢4.控制智能化配置各種微型傳感器，具有監(jiān)控和誤差自動補償功能。“不僅有體力，而且有頭腦，自己管理自己”1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展791.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢5.驅(qū)動并聯(lián)化主要內(nèi)容設計巧妙的5桿并聯(lián)機構(gòu)電滾珠絲杠電主軸1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展801.5.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢6.交互網(wǎng)絡化主要內(nèi)容除有RS232C串行接口、RS422等接口外，還帶有DNC接口，可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。有的已配備與工業(yè)局域網(wǎng)（LAN）通信的功能以及MAP接口，促進系統(tǒng)集成化和信息綜合化，使遠程操作和監(jiān)控、遙控及遠程故障診斷成為可能。

1.5數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展81本章小結(jié)主要內(nèi)容：本章介紹了數(shù)控機床的工作原理、數(shù)控機床的組成和特點、數(shù)控機床的分類，以及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢（自學）。要求：掌握數(shù)控機床的工作原理，掌握數(shù)控機床的組成、特點以及分類方法，了解數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。82習題與思考題1-1．簡述數(shù)控機床、數(shù)控技術(shù)的基本概念1-2．簡述數(shù)控機床的產(chǎn)生歷程以及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢1-3．與傳統(tǒng)機床相比,數(shù)控機床有何特點？1-4．數(shù)控機床有哪幾部分組成?各部分的作用是什么？1-5．簡述數(shù)控機床的加工原理、使用范圍1-6．按控制系統(tǒng)的特點數(shù)控機床分哪幾類？1-7．按伺服系統(tǒng)的控制原理數(shù)控機床分哪幾類？1-8．什么是點位控制、直線控制、輪廓控制數(shù)控機床？83數(shù)控技術(shù)及應用84數(shù)控技術(shù)及應用目錄第二章數(shù)控加工工藝第三章數(shù)控加工編程第五章計算機數(shù)控裝置第七章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)第八章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)第一章緒論第四章數(shù)字控制原理第六章數(shù)控機床檢測裝置第九章數(shù)控機床故障診斷與維修85第2章數(shù)控加工工藝2.1

數(shù)控車削加工工藝2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

2.22.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝86本章教學要點提要本章主要介紹數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)、數(shù)控車削加工工藝分析、數(shù)控銑削和加工中心加工工藝分析。87本章概要掌握程度掌握數(shù)控數(shù)控工藝編制的步驟

掌握數(shù)控車床加工工藝文件的制定了解銑削用量的選用了解切削用量的選用882.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)數(shù)控技術(shù)的應用與發(fā)展，深深地影響著產(chǎn)品加工工藝的設計思路。采用數(shù)控加工技術(shù)后，美國洛克希德公司C—130大型運輸機機體采用鈑金結(jié)構(gòu)的比例由90%降到30%，而采用蜂窩結(jié)構(gòu)的比例由10%增到70%。法國達索公司的幻影2000戰(zhàn)斗機機體結(jié)構(gòu)件鈦合金質(zhì)量就占28%，復合材料占17%。目前，國內(nèi)外飛機制造業(yè)已廣泛采用數(shù)控銑削加工的整體結(jié)構(gòu)。原來需要成百上千個鈑金零件、連接件裝配起來的梁、框、肋、壁板等組件，采用整體結(jié)構(gòu)后只由幾個零件組成，現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)件零件數(shù)量比按傳統(tǒng)設計的數(shù)量約減少一半左右。在提高了整機制造質(zhì)量的同時，減少了工藝裝備數(shù)量、裝配工作量和飛機質(zhì)量，從而縮短了周期，降低了成本，生產(chǎn)技術(shù)管理工作也大為簡化。相關(guān)案例數(shù)控加工對加工技術(shù)的影響89

數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術(shù)手段的總和，應用于整個數(shù)控加工的過程。2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)2.1.1數(shù)控加工工藝概述

數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。

1．數(shù)控加工工藝的基本特點（1）數(shù)控加工工藝遠比普通機械加工工藝復雜902.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（2）數(shù)控加工工藝設計要有嚴密的條理性（3）數(shù)控加工工藝的繼承性較好（4）數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過實際驗證才能指導生產(chǎn)2．數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容（1）選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，確定數(shù)控機床加工內(nèi)容。91

（2）對零件圖樣進行數(shù)控加工工藝分析，明確數(shù)控加工內(nèi)容及技術(shù)要求。（3）具體設計數(shù)控加工工序，如工步的劃分、工件的定位與夾具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等。（4）處理特殊的工藝問題，如對刀點、換刀點的選擇，加工路線的確定，刀具補償?shù)?。?）程編誤差及其控制。（6）處理數(shù)控機床上部分工藝指令，編制工藝文件。2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)922.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)2.1.2數(shù)控加工工藝設計

數(shù)控加工工藝設計主要包括下列內(nèi)容：1．數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇2．數(shù)控機床的合理選用3．數(shù)控加工工藝性分析4．加工方法的選擇與加工方案的確定5．數(shù)控加工工藝路線的設計6．數(shù)控加工工序的設計7．數(shù)控加工工藝守則932.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

1．數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇在數(shù)控加工工藝內(nèi)容選擇時，一般可按下列順序考慮：（1）通用機床無法加工的內(nèi)容應作為優(yōu)先選擇內(nèi)容；（2）通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應作為重點選擇內(nèi)容；（3）通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富裕加工能力時選擇。942.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)相比之下，下列一些內(nèi)容不宜選擇采用數(shù)控加工：（1）占機調(diào)整時間長。

（2）加工部位分散，要多次安裝、設置原點。（3）按某些特定的制造依據(jù)（如樣板等）加工的型面輪廓。2.數(shù)控機床的合理選用（1）形性能狀尺寸適應性

（2）加工精度適應性（3）生產(chǎn)節(jié)拍適應性952.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

圖2.1

不同零件復雜程度與零件批量下的機床選用圖2.2

零件批量與綜合費用關(guān)系圖2.1和圖2.2為根據(jù)根據(jù)國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)應用實踐，數(shù)控機床加工的適用范圍的定性分析。962.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)3．數(shù)控加工工藝性分析1）零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應符合編程方便的原則（1）尺寸標注應符合數(shù)控加工的特點圖2.3

尺寸的正確標注方法97（3）定位基準可靠2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)(a)工藝性不好(b)工藝性好圖2.4

工藝凸臺的應用（2）幾何要素的條件應完整、準確982）零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應符合數(shù)控加工的特點（1）統(tǒng)一幾何類型或尺寸。

（2）內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角半徑不應過小。2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)99

（3）零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應過大。2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)圖2.6

零件底面圓弧對結(jié)構(gòu)工藝性的影響（4）應采用統(tǒng)一的基準定位。

1002.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)4．加工方法的選擇與加工方案的確定圖2.7

旋轉(zhuǎn)體零件的加工（1）旋轉(zhuǎn)體零件的加工根據(jù)零件的形狀及輪廓特征可分別按以下情況選擇加工方法（2）孔系零件的加工101平面輪廓零件的輪廓多由直線和圓弧組成，一般在兩坐標聯(lián)動的銑床上加工。

（3）平面與曲面輪廓零件的加工2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)圖2.8

固定斜角斜平面的加工圖2.9

變斜角斜平面的加工102（4）模具型腔的加工2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（5）板材零件的加工（6）平板形零件的加工2）加工方案的確定確定加工方案時，首先應根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。1032.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)表2.1H13～H7孔加工方式(孔長度≤直徑的5倍)(單位：mm)孔的精度孔的毛坯性質(zhì)在實體材料上加工孔預先鑄出或熱沖出的孔H13、H12一次鉆孔用擴孔鉆鉆孔或鏜刀鏜孔H11孔徑≤10：一次鉆孔孔徑>10～30：鉆孔及擴孔孔徑>30～80：鉆孔、擴孔或鉆、擴、鏜孔孔徑≤80：粗擴、精擴或單用鏜刀粗鏜、精鏜或根據(jù)余量一次鏜孔或擴孔H10H9孔徑≤10：鉆孔及鉸孔孔徑>10～30：鉆孔、擴孔及鉸孔孔徑>30～80：鉆孔、擴孔、鉸孔或鉆、鏜、鉸(或鏜)孔孔徑≤80：用鏜刀粗鏜(一次或二次，根據(jù)余量而定)、鉸孔(或精鏜)H8H7孔徑≤10：鉆孔、擴孔、鉸孔孔徑>10～30：鉆孔、擴孔及一次或兩次鉸孔孔徑>30～80：鉆孔、擴孔(或用鏜刀分幾次粗鏜)一次或兩次鉸孔(或精鏜)

孔徑≤80：用鏜刀粗鏜(一次或二次，根據(jù)余量而定)及半精鏜、精鏜或精鉸

1042.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)毛坯熱處理通用機床加工數(shù)控機床加工通用機床加工5．數(shù)控加工工藝路線的設計在數(shù)控工藝路線設計中主要應注意以下幾個問題。1）工序的劃分105（1）按安裝定位方式劃分工序

2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)圖2.11

凸輪零件圖（2）按所用刀具劃分工序

106主要內(nèi)容2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（3）按粗、精加工劃分工序

（4）按加工部位劃分工序

2）工步的劃分

下面以加工中心為例來說明工步劃分的原則：

（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分開進行。107主要內(nèi)容2.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（2）對于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。按此方法劃分工步，可以提高孔的精度。因為銑削時切削力較大，工件易發(fā)生變形。先銑面后鏜孔，使其有一段時間恢復，減少由變形引起的對孔的精度的影響。（3）按刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。

3）加工順序的安排1082.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（1）盡量使工件的裝夾次數(shù)、工作臺轉(zhuǎn)動次數(shù)、刀具更換次數(shù)及所有空行程時間減至最少，提高加工精度和生產(chǎn)率。（2）先內(nèi)后外原則，即先進行內(nèi)型內(nèi)腔加工，后進行外形加工。（3）為了及時發(fā)現(xiàn)毛坯的內(nèi)在缺陷，精度要求較高的主要表面的粗加工一般應安排在次要表面粗加工之前；大表面加工時，因內(nèi)應力和熱變形對工件影響較大，一般也需先加工。1092.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（4）在同—次安裝中進行的多個工步，應先安排對工件剛性破壞較小的工步。（6）加工中容易損傷的表面(如螺紋等)，應放在加工路線的后面。（5）為了提高機床的使用效率，在保證加工質(zhì)量的前提下，可將粗加工和半精加工合為一道工序。（7）上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考慮。1102.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)4）數(shù)控加工工序與普通工序的銜接6．數(shù)控加工工序的設計1）確定走刀路線和安排工步順序（1）選擇最短走刀路線，減少空行程時間，以提高加工效率。（2）為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，精加工時，最終輪廓應安排在最后一次走刀連續(xù)加工出來。1112.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（3）刀具的進退刀（切入與切出）路線要認真考慮，以盡量減少在輪廓處停刀以避免切削力突然變化造成彈性變形而留下刀痕。（4）要選擇工件在加工后變形較小的路線。2）定位基準與夾緊方案的確定（1）力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一；（2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次定位裝夾后就能加工出全部待加工表面；（3）避免采用占機人工調(diào)整式方案。1122.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)3）夾具的選擇（1）當零件加工批量小時，盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其它通用夾具；（2）當成批生產(chǎn)時，考慮采用專用夾具，但應力求結(jié)構(gòu)簡單；（3）夾具盡量要開敞，其定位、夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的走刀，以免產(chǎn)生碰撞；（4）裝卸零件要方便可靠，以縮短準備時間，有條件時，批量較大的零件應采用氣動或液壓夾具、多工位夾具等。1132.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)4）刀具的選擇5）確定對刀點與換刀點（1）刀具的起點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。如以孔定位的零件，應將孔的中心作為對刀點，以提高零件的加工精度；（2）對刀點應選在便于觀察和檢測，對刀方便的位置上；（3）對于建立了絕對坐標系統(tǒng)的數(shù)控機床，對刀點最好選在該坐標系的原點上，或者選在已知坐標值的點上，以便于坐標值的計算。6）確定切削用量1142.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)7．數(shù)控加工工藝守則表2.2數(shù)控加工工藝守則（JB/T9168.10-1998）項

目要

求

內(nèi)

容加工前的準備(1)操作者必須根據(jù)機床使用說明書熟悉機床的性能、加工范圍和精度，并要熟練地掌握機床及其數(shù)控裝置或計算機各部分的作用及操作方法。(2)檢查各開關(guān)、旋鈕和手柄是否在正確位置。(3)啟動控制電氣部分，按規(guī)定進行預熱。(4)開動機床使其空運轉(zhuǎn)，并檢查各開關(guān)、按鈕、旋鈕和手柄的靈敏性及潤滑系統(tǒng)是否正常等。(5)熟悉被加工件的加工程序和編程原點。1152.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)刀具與工件的裝夾(1)安放刀具時應注意刀具的使用順序，刀具的安放位置必須與程序要求的順序和位置一致。(2)工件的裝夾除應牢固可靠外，還應注意避免在工作中刀具與工件或刀具與夾具發(fā)生干涉。加

工(1)進行首件加工前，必須經(jīng)過程序檢查(試走程序)、軌跡檢查、單程序段試切及工件尺寸檢查等步驟。(2)在加工時，必須正確輸人程序，不得擅自更改程序。(3)在加工過程中操作者應隨時監(jiān)視顯示裝置，發(fā)現(xiàn)報警信號時應及時停車排除故障。(4)零件加工完后，應將程序紙帶、磁帶或磁盤等收藏起來妥善保管，以備再用。1162.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

(1)高速鋼。(2)硬質(zhì)合金。

(3)涂層硬質(zhì)合金。

(4)陶瓷材料。(5)立方氮化硼(CBN)。

2.1.3數(shù)控機床的刀具與工具系統(tǒng)1．數(shù)控加工刀具材料(6)聚晶金剛石(PCD)。

1172.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)如圖2.12所示。TSG82系統(tǒng)是鏜銑類數(shù)控工具系統(tǒng)，是聯(lián)系數(shù)控機床的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng)。2．數(shù)控機床加工用工具系統(tǒng)Ⅰ1182.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)ⅡⅠ1192.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)Ⅱ圖2.12TSG62數(shù)控工具系統(tǒng)圖1202.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)3．數(shù)控刀具的刀位點所謂刀位點，如圖2.13所示，是指加工和編制程序時，用于表示刀具特征的點，也是對刀和加工的基準點。

圖2.13

數(shù)控刀具的刀位點1212.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)2.1.4數(shù)控加工工藝文件的編制1．數(shù)控加工工序卡2．數(shù)控加工刀具卡3．數(shù)控加工走刀路線圖編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高；1222.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)（單位）數(shù)控加工工序卡產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號工藝序號程序編號夾具名稱夾具編號使用設備加工車間工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格主軸轉(zhuǎn)速r/min進給速度mm/r背吃刀量mm1T

__2T

__3T

__編制審核批準第頁共頁1232.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)表2.4數(shù)控加工刀具卡片(2)使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；(3)應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。4．數(shù)控加工程序單表2.5數(shù)控加工程序單零件號零件名稱編制審核程序號日期日期NGXYZIJKRFMSTHPQ備注1242.2數(shù)控車削加工工藝2.2.1數(shù)控車削的主要加工對象1）精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件2）表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體3）輪廓形狀復雜的回轉(zhuǎn)體零件4）帶特殊類型螺紋的回轉(zhuǎn)體零件1252.2數(shù)控車削加工工藝（1）可加工任何等導程的直、錐、端面螺紋，也可加工增、減導程螺紋，以及要求等導程與變導程間平滑過渡的螺紋（如非標絲杠）。（2）主軸無需變向，螺紋車削效率高。（3）數(shù)控車床可以配備精密螺紋切削功能，采用硬質(zhì)合金成形刀具及較高的轉(zhuǎn)速，所以車出的螺紋精度高，表面粗糙度小。1262.2數(shù)控車削加工工藝1)數(shù)控車刀的類型與選擇（1）根據(jù)加工用途分類：車床主要用于加工回轉(zhuǎn)表面的零件，所以數(shù)控車床的刀具可以分為外圓車刀、內(nèi)孔車刀、螺紋車刀、切槽刀等。如圖2.14所示為常見的車刀種類。2.2.2數(shù)控車削加工刀具1272.2數(shù)控車削加工工藝圖2.14

常用車刀的種類、形狀及用途

1—切槽刀；2—90°左偏刀；3—90°右偏刀；4—彎頭車刀；5—直頭車刀；6—成形車刀；7—寬刃精車刀；8—外螺紋車刀；9—端面車刀；10—內(nèi)螺紋車刀；11—內(nèi)槽車刀；12—通孔車刀；13—盲孔車刀1282.2數(shù)控車削加工工藝（2）根據(jù)刀尖的形狀分類：尖形車刀、圓弧形車刀和成形車刀，如圖2.15所示。(a)(b)（c）圖2.15

不同刀尖形狀數(shù)控車刀1292.2數(shù)控車削加工工藝（3）根據(jù)車刀結(jié)構(gòu)分類：整體式車刀、焊接式車刀和機夾式車刀。如圖2.16所示。(a)(b)（c）圖2.16

不同刀具結(jié)構(gòu)數(shù)控車刀1302.2數(shù)控車削加工工藝2）機夾可轉(zhuǎn)位車刀數(shù)控車床使用的刀具，無論是車刀、鏜刀、切斷刀還是螺紋加工刀具，除經(jīng)濟型數(shù)控車床外，目前已廣泛地使用機夾式可轉(zhuǎn)位車刀，其結(jié)構(gòu)如圖2.17所示。圖2.17

機夾式可轉(zhuǎn)位車刀1—刀桿；2—刀片；3—刀墊；4—夾緊元件131（1）機夾可轉(zhuǎn)位車刀的要求和特點要求特點目的精度高采用M級或更高精度等級的刀片；多采用精密級的刀桿；用帶微調(diào)裝置的刀桿在機外預調(diào)好。保證刀片重復定位精度，方便坐標設定，保證刀尖位置精度。可靠性高采用斷屑可靠性高的斷屑槽型或有斷屑臺和斷屑器的車刀；采用結(jié)構(gòu)可靠的車刀，采用復合式夾緊結(jié)構(gòu)和夾緊可靠的其他結(jié)構(gòu)。斷屑穩(wěn)定，不能有紊亂和帶狀切屑；適應刀架快速移動和換位以及整個自動切削工程中夾緊不得有松動的要求。2.2數(shù)控車削加工工藝132換刀迅速采用車削工具系統(tǒng)；采用快速小刀架。迅速更換不同形式的切削部件，完成多種切削加工，提高生產(chǎn)效率。刀片材料刀片多采用涂層刀片。滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，提高加工效率。刀桿截形刀桿較多采用正方形刀桿，但因刀架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異大，有的需采用專用刀桿。刀桿與刀架系統(tǒng)匹配。2.2數(shù)控車削加工工藝133刀片是機夾可轉(zhuǎn)位刀具的一個最重要組成元件。按照國家標準GB/T2076—2007《切削刀具用可轉(zhuǎn)位刀片型號表示規(guī)則》，可轉(zhuǎn)位刀片的形狀和表達特性如圖2.18所示。（2）可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的標記圖2.18

機夾式可轉(zhuǎn)位刀片的形狀和表達特性2.2數(shù)控車削加工工藝134例如圖2.19所示。10個號位表示的具體含義可查閱相應數(shù)控刀具手冊。圖2.19

機夾式可轉(zhuǎn)位刀片型號表示方法（3）機夾可轉(zhuǎn)位刀片與刀桿的固定方式固定方式通常有螺釘式壓緊、上壓式壓緊、杠桿式壓緊和綜合式壓緊等幾種，如圖2.20所示。2.2數(shù)控車削加工工藝135（a）

螺釘式壓緊（b）

上壓式壓緊1—刀片；2—螺釘；3—刀墊；4—刀體1—刀體；2—刀墊；3—螺釘；4—刀片；

5—壓緊螺釘；6—壓板2.2數(shù)控車削加工工藝1361—刀體；2—杠桿；3—彈簧套；4—刀墊；5—刀片；6—壓緊螺釘；7—調(diào)整彈簧；8—調(diào)節(jié)螺釘1—刀體；2—刀墊；3—刀片；4—圓柱銷；5—壓塊；6—壓緊螺釘（c）

杠桿式壓緊（d）

綜合式壓緊圖2.20-23

機夾式可轉(zhuǎn)位刀片固定方式2.2數(shù)控車削加工工藝1372.2.3數(shù)控車削加工走刀路線下面是數(shù)控車削加工零件時常用的加工路線。1．輪廓粗車進給路線圖2.24粗車進給路線示例圖2.2數(shù)控車削加工工藝138

1)車削圓錐的加工路線圖2.22所示為車削正圓錐的兩種加工路線。按圖2.22(a)車削正圓錐時，需要計算終刀距S。設圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，背吃刀量為ap，則由相似三角形可知：(D—d)／(2L)=ap／S(2-1)

根據(jù)式(2-1)，便可計算出終刀距S的大小。圖2.25粗車正錐進給路線2.2數(shù)控車削加工工藝1392)車削圓弧的加工路線（1）車錐法粗車圓弧圖2.23所示為車錐法粗車圓弧的切削路線，即先車削一個圓錐，再車圓弧。

BD=OB—OD=0．414R(2-2)圖2.26車錐法粗車圓弧2.2數(shù)控車削加工工藝140（2）車階梯法粗車圓弧(a)(b)圖2.27大余量毛坯的階梯車削路線2.2數(shù)控車削加工工藝141（3）車圓法粗車圓弧。圖2.28車圓法粗車圓弧2.2數(shù)控車削加工工藝1422．空行程進給路線

（2）巧用起刀點和換刀點圖2.29巧用起刀點(1)合理安排“回零”路線第一刀為A→B→C→D→A；第二刀為A→E→F→G→A；第三刀為A→E→F→G→A。車刀先由對刀點A運行至起刀點B；第一刀為B→C→D→E→B；第二刀為B→F→G→H→B；第三刀為B→I→J→K→B。2.2數(shù)控車削加工工藝1433．輪廓精車進給路線4．特殊的加工路線圖2.30兩種不同的進給方法2.2數(shù)控車削加工工藝144

圖2.31嵌刀現(xiàn)象圖2.32合理的進給方案2.2數(shù)控車削加工工藝145圖2.33車削螺紋時的引入距離δ1和超越距離δ25．車削螺紋加工路線2.2數(shù)控車削加工工藝146圖2.34先粗后精示例6．加工順序的安排加工路線的確定，還應遵循零件車削加工順序的一般原則，具體如下：（1）先粗后精的原則（2）先近后遠的原則（3）先內(nèi)后外、內(nèi)外交叉的原則2.2數(shù)控車削加工工藝1472.2.4數(shù)控車削加工切削用量切削用量，都應在機床說明書給定的允許范圍內(nèi)選擇，并應考慮機床工藝系統(tǒng)的剛性和機床功率的大小。下面介紹幾個常用車削用量的選擇方法。

（1）切削速度()或主軸轉(zhuǎn)速(n)的確定切削速度可按式(2-2)計算或查表選取，還可根據(jù)實踐經(jīng)驗確定。表2.7所示為硬質(zhì)合金外圓車刀切削速度的參考值，供參考。=表2.7硬質(zhì)合金外圓車刀切削速度參考值（2-2）2.2數(shù)控車削加工工藝148工件材料熱處理狀態(tài)ap=0.3～2mmap=2～6mmap=6～lOmmf=0.08～0.3mm／rf=0.3～0.6mm／rf=0.6～1mm／rvc／(m/min)低碳鋼、易切鋼熱軋140～180100～12070～90中碳鋼熱軋130～16090～ll060～80調(diào)質(zhì)100～13070～9050～70合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋100～13070～9050～70調(diào)質(zhì)80～11050～7040～60工具鋼退火90～12060～8050～70灰鑄鐵HBS<19090～12060～8050～70HBS＝190～25080～11050～7040～60高錳鋼WMn13%10～202.2數(shù)控車削加工工藝149銅及銅合金200～250120～18090～120鋁及鋁合金300～600200～400150～200鑄鋁合金Wsi13%100～18080～15060～100注意：按照上述方法確定的切削用量進行加工，工件表面的加工質(zhì)量未必十分理想。因此，切削用量的具體數(shù)值還應根據(jù)機床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗用模擬方法確定，使主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。2.2數(shù)控車削加工工藝1502.2.5典型零件的數(shù)控車削加工工藝1．軸類零件數(shù)控車削工藝分析典型軸類零件如圖2.32所示，零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求，試對該零件進行數(shù)控車削工藝分析。圖2.35典型軸類零件2.2數(shù)控車削加工工藝151

1）零件圖工藝分析（1）對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）在輪廓曲線上，有三處為圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。（3）為便于裝夾，坯件左端應預先車出夾持部分（雙點畫線部分），右端面也應先粗車出并鉆好中心孔。毛坯選φ60mm棒料。2）選擇設備根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選用TND360數(shù)控車床。2.2數(shù)控車削加工工藝1523）確定零件的定位基準和裝夾方式（1）定位基準確定坯料軸線和左端大端面(設計基準)為定位基準。（2）裝夾方法左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊，右端采用活動頂尖支承的裝夾方式。4）確定加工順序及進給路線加工順序按由粗到精、由近到遠(由右到左)的原則確定。即先從右到左進行粗車(留0.25mm精車余量)，然后從右到左進行精車，最后車削螺紋。

5）刀具選擇（1）選用φ5mm中心鉆鉆削中心孔。（2）粗車及平端面選用90°硬質(zhì)合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉(可用作圖法檢驗)，副偏角不宜太小，選=35°。2.2數(shù)控車削加工工藝153（3）精車選用90°硬質(zhì)合金右偏刀，車螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應小于輪廓最小圓角半徑，取表2.8數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱或代號×××零件名稱軸零件圖號×××序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T01φ5中心鉆1鉆φ5中心孔2T02硬質(zhì)合金90°外圓車刀l車右端面及粗車輪廓右偏刀3T03硬質(zhì)合金90°外圓車刀1精車輪廓右偏刀4T04硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀1車螺紋編制×××審核×××批準×××共頁第頁2.2數(shù)控車削加工工藝154=0.15～0.2mm。將所選定的刀具參數(shù)填人數(shù)控加工刀具卡片中(見表2.8)，以便編程和操作管理。6）切削用量選擇（1）背吃刀量的選擇（2）主軸轉(zhuǎn)速的選擇（3）進給速度的選擇表2.9數(shù)控加工工藝卡片單位×××產(chǎn)品名稱或代號零件名稱材料零件圖號×××軸45鋼×××工序號程序編號夾具名稱夾具編號使用設備車間××××××三爪卡盤和活動頂尖×××TND360×××2.2數(shù)控車削加工工藝155工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速r/min進給速度mm/min背吃刀置mm備注1平端面T0225×25500手動2鉆中心孔TOlφ5950手動3粗車輪廓T0225×255002003自動4精車輪廓T0325×2512001800.25自動5粗車螺紋T0425×253209600.4自動6精車螺紋T0425×253209600.1自動編制×××審核×××批準×××共1頁第1頁2.2數(shù)控車削加工工藝1562．套類零件的數(shù)控車削加工工藝分析如圖2.33所示為錐孔螺母套零件，該零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。單件小批量生產(chǎn)，所用機床為CJK6240，試對該零件進行數(shù)控車削工藝分析。圖2.36錐孔螺母套零件2.2數(shù)控車削加工工藝1571）零件工藝分析（1）零件圖樣上帶公差的尺寸，除內(nèi)螺紋退刀槽尺寸250-0.084公差值較大，編程時可取平均值24．958外，其他尺寸因公差值較小，故編程時不必取其平均值，而取基本尺寸即可。（2）左右端面均為多個尺寸的設計基準，相應工序加工前，應該先將左右端面車出來。（3）內(nèi)孔圓錐面加工完后，需調(diào)頭再加工內(nèi)螺紋。

2）確定裝夾方案圖2.37外輪廓車削心軸定位裝夾方案2.2數(shù)控車削加工工藝158

3）確定加工順序及進給路線圖2.38外輪廓車削進給路線4）刀具選擇表2.10數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱或代號數(shù)控車工藝分析實例零件名稱錐孔螺母套零件圖號程序編號2.2數(shù)控車削加工工藝159工步號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面刀尖半徑mm備注1T0145°硬質(zhì)合金端面車刀l車端面0.52T02φ4mm中心鉆l鉆φ4mm中心孔3T03φ31.5mm的鉆頭1鉆孔4T04鏜刀1鏜孔及鏜內(nèi)孔錐面0.45T05φ32mm的鉸刀1鉸孔6T06內(nèi)槽車刀1切5mm寬螺紋退刀槽0.47T07內(nèi)螺紋車刀1車內(nèi)螺紋及螺紋孔倒角0.38T0893°右手偏刀l自右至左車外表面0.29T0993°左手偏刀l自左至右車外表面0.2編制

審核批準

共1頁第1頁2.2數(shù)控車削加工工藝160

5）確定切削用量6）填寫工藝文件表2.11數(shù)控加工工序卡片(單位名稱)數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱材料零件圖號數(shù)控車工藝分析實例錐孔螺母套45鋼工序號程序編號夾具編號使用設備車間CJK6240工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速r/min進給速度mm/min背吃刀量mm備注2.2數(shù)控車削加工工藝1611平端面T0125×253201手動2鉆中心孔T02φ49502手動3鉆孔T03φ32.520015.75手動4鏜通孔至尺寸φ31.9mmT0420×20320400.2自動5鉸孔至尺寸φ32+0.0330T05φ323200.1手動6粗鏜內(nèi)孔斜面T0420×20320400.8自動2.2數(shù)控車削加工工藝1627精鏜內(nèi)孔斜面保證(1：5)±6′T0420×20320400.2自動8粗車外圓至尺寸φ71mm光軸T0825×253201手動9調(diào)頭車另一端面，保證長度尺寸76rnmT0125×25320自動10粗鏜螺紋底孔至尺寸φ34mmT0420×20320400.5自動11精鏜螺紋底孔至尺寸34.2mmT0420×20320250.1手動12切5mm內(nèi)孔退刀槽T0616×16320手動2.2數(shù)控車削加工工藝16313φ34.2mm孔邊倒角c2T0716×16320自動14粗車內(nèi)孔螺紋T0716×163200.4自動15精車內(nèi)孔螺紋至M36×2-7HT0716×163200.1自動16自右至左車外表面T0825×25320300.2自動17自左至右車外表面T0925×25320300.2自動編制審核批準共l頁第1頁2.2數(shù)控車削加工工藝1643．螺紋車削加工工藝分析1）零件圖的分析圖2.39螺紋類零件2.2數(shù)控車削加工工藝1652）加工方案及加工路線的確定3）零件的裝夾及夾具的選擇4）刀具和切削用量的選擇5）尺寸計算2.2數(shù)控車削加工工藝1662.3.1數(shù)控銑銷及加工中心加工特點（1）多刃切削。銑刀同時有多個刀齒參加切削，生產(chǎn)率高。（2）斷續(xù)切削。銑削時，刀齒依次切入和切出工件，易引起周期性沖擊振動。（3）半封閉切削。銑削的刀齒多，相應每個刀齒的容屑空間小，呈半封閉狀態(tài)，容屑和排屑條件差。與普通機床加工相比，數(shù)控銑削和加工中心具有許多顯著的工藝特點。

（1）加工靈活、通用性強（2）加工精度高（3）生產(chǎn)效率高（4）減輕操作者勞動強度2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝1672.3.2數(shù)控銑削及加工中心加工對象1．數(shù)控銑床加工對象根據(jù)數(shù)控銑床的特點，適合于數(shù)控銑削的主要加工對象有以下幾類。（1）平面類零件

圖2.40平面類零件2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝168（2）變斜角類零件（3）曲面類（立體類）零件

圖2.41變斜角類零件圖2.42曲面類零件（4）孔及螺紋2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝1692．加工中心加工對象1）既有平面又有孔系的零件（1）箱體類零件

圖2.43箱體類零件2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝170（2）盤、套、板類零件圖2.44盤、套類零件2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝1712）結(jié)構(gòu)形狀復雜的曲面類零件圖2.45結(jié)構(gòu)形狀復雜的曲面2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝1723）外形不規(guī)則的異形類零件圖2.46異型零件4）特殊加工5）其他類零件2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝1732.3.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝裝備選用1．銑削加工刀具選擇立銑刀加工時，如圖2.47所示，刀具的有關(guān)參數(shù)，推薦按下述經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。

(1)刀具半徑r應小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑ρ，一般取r=(0.8～0.9)ρ。(2)零件的加工高度H≤(1/6～1/4)r，以保證刀具有足夠的剛度。(3)對不通孔(深槽)，選取l=[H+(5～10)]mm(l為刀具切削部分長度，H為零件高度)。(4)加工外形及通槽時，選取l=[H+re+(5～10)]mm(re為刀尖角半徑)。(5)粗加工內(nèi)輪廓面時，銑刀最大直徑D可按下式計算(圖2.45)。2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝174（2-3）(6)加工肋時，刀具直徑為D=(5～10)b(b為肋的厚度)。圖2.47刀具尺寸選擇圖2.48粗加工銑刀直徑估算法2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝175對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀等，如圖2.46所示。(a)球頭銑刀(b)環(huán)形銑刀(c)鼓形銑刀(d)錐形銑刀(e)盤形銑刀圖2.49常用銑刀2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝1762．孔加工刀具數(shù)控孔加工刀具常用的有鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。(1)鉆頭。

圖2.50可轉(zhuǎn)位淺孔鉆2.3數(shù)控銑削及加工中心加工工藝177(2)鏜刀。

鏜刀按切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。鏜削