模具數(shù)控加工技術(shù)概述

1、 第章第章 模具數(shù)控加工技術(shù)概論模具數(shù)控加工技術(shù)概論1.11.1數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床概述1.1.1 數(shù)控機(jī)床概念數(shù)控機(jī)床概念 1. 1. 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床(Numerical Control Machine Tool)(Numerical Control Machine Tool) 是采用數(shù)字控制技術(shù)是采用數(shù)字控制技術(shù)(Numerical Control)(Numerical Control)，以，以數(shù)字量作為指令信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的運(yùn)數(shù)字量作為指令信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其整個(gè)加工過(guò)程的機(jī)械加工設(shè)備。動(dòng)及其整個(gè)加工過(guò)程的機(jī)械加工設(shè)備。 1.1.1 1.1.1 數(shù)控機(jī)床概念數(shù)控機(jī)

2、床概念 2. 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系 采用笛卡爾直角坐標(biāo)系定義數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系，規(guī)定了直角坐標(biāo)系中X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸和A、B、C三個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，其正方向用右手螺旋法則確定，如圖1-1所示。圖圖1-1 1-1 右手笛卡爾直角坐標(biāo)系右手笛卡爾直角坐標(biāo)系 1.1.2 數(shù)控機(jī)床工作原理數(shù)控機(jī)床工作原理1.1.2 數(shù)控機(jī)床工作原理數(shù)控機(jī)床工作原理1.1.數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成數(shù)控機(jī)床本體與普通機(jī)床本體一樣主要包括主數(shù)控機(jī)床本體與普通機(jī)床本體一樣主要包括主軸、工作臺(tái)、刀架、床身。并有冷卻、潤(rùn)滑等軸、工作臺(tái)、刀架、床身。并有冷卻、潤(rùn)滑等輔助裝置。機(jī)床本體要求具有較高的剛度、抗輔助裝置。機(jī)床本體要求具有較

3、高的剛度、抗震性強(qiáng)、熱變形小、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單和傳動(dòng)震性強(qiáng)、熱變形小、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單和傳動(dòng)鏈短。除機(jī)床本體外，數(shù)控機(jī)床有如下六大裝鏈短。除機(jī)床本體外，數(shù)控機(jī)床有如下六大裝置。置。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床工作原理數(shù)控機(jī)床工作原理 2. 2. 數(shù)控機(jī)床的工作步驟數(shù)控機(jī)床的工作步驟1.1.3 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別數(shù)控機(jī)床除具備普通機(jī)床的功能外，其特點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床除具備普通機(jī)床的功能外，其特點(diǎn)是加工精度高、效率高。加工精度高、效率高。1. 1. 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定2. 2. 工序相對(duì)集中，生產(chǎn)效率高工序相對(duì)集中，生產(chǎn)效率高3. 3. 柔性好、加工

4、自適應(yīng)能力強(qiáng)柔性好、加工自適應(yīng)能力強(qiáng)4. 4. 自動(dòng)化程度高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度自動(dòng)化程度高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度 1.1.4數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類1.1.按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式進(jìn)行分類按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式進(jìn)行分類(1)(1)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件從一個(gè)位置對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件從一個(gè)位置點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)位置點(diǎn)，不點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)位置點(diǎn)，不進(jìn)給加工的定位控制，對(duì)兩進(jìn)給加工的定位控制，對(duì)兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)方式?jīng)]有點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)方式?jīng)]有要求，機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)要求，機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)可以獨(dú)立，也可以相關(guān)聯(lián)可以獨(dú)立，也可以相關(guān)聯(lián)動(dòng)，只要最后準(zhǔn)動(dòng)，只要最后準(zhǔn)確移動(dòng)到目標(biāo)位置點(diǎn)的控制方式，如圖確

5、移動(dòng)到目標(biāo)位置點(diǎn)的控制方式，如圖1-51-5所示。點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖所示。點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、床、 數(shù)控坐標(biāo)鏜床等，對(duì)應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)也稱為點(diǎn)位數(shù)控?cái)?shù)控坐標(biāo)鏜床等，對(duì)應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)也稱為點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)。 1.1.4數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類 1.按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式進(jìn)行分類按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式進(jìn)行分類(1)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床(2)直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床又稱為平行切削控制的數(shù)控機(jī)床。該直線控制數(shù)控機(jī)床又稱為平行切削控制的數(shù)控機(jī)床。該控制方法除控制點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還控制點(diǎn)到點(diǎn)的控制方法除控制點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還控

6、制點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡必須是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行的直線，且控制運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡必須是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行的直線，且控制運(yùn)動(dòng)的速度。即直線控制數(shù)控機(jī)床一般可以有的速度。即直線控制數(shù)控機(jī)床一般可以有23個(gè)可控制個(gè)可控制的坐標(biāo)軸，但系統(tǒng)同時(shí)只能控制一個(gè)，刀具是在所設(shè)定的坐標(biāo)軸，但系統(tǒng)同時(shí)只能控制一個(gè)，刀具是在所設(shè)定的速度下沿預(yù)定的直線進(jìn)給軌跡進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的加工。的速度下沿預(yù)定的直線進(jìn)給軌跡進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的加工。這類機(jī)床包括簡(jiǎn)易的數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床這類機(jī)床包括簡(jiǎn)易的數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床等，對(duì)應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)稱為直線控制數(shù)控系統(tǒng)。直線控制等，對(duì)應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)稱為直線控制數(shù)控系統(tǒng)。直線控制數(shù)控機(jī)床常常具有刀具半

7、徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償功能，適合加工數(shù)控機(jī)床常常具有刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償功能，適合加工平面、矩型輪廓面和平行階梯面的工件表面。平面、矩型輪廓面和平行階梯面的工件表面。 (3)輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床又稱為連續(xù)軌跡切削控制的數(shù)控機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)床又稱為連續(xù)軌跡切削控制的數(shù)控機(jī)床，又稱多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控機(jī)床。其特點(diǎn)是可以同時(shí)連又稱多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控機(jī)床。其特點(diǎn)是可以同時(shí)連續(xù)、關(guān)聯(lián)控制兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向上的位移速度和續(xù)、關(guān)聯(lián)控制兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向上的位移速度和進(jìn)給加工軌跡。因此這類控制要求數(shù)控系統(tǒng)必須具有插進(jìn)給加工軌跡。因此這類控制要求數(shù)控系統(tǒng)必須具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，可以

8、加工曲線、曲面。補(bǔ)運(yùn)算的功能，可以加工曲線、曲面?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多數(shù)采用輪廓控制的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多數(shù)采用輪廓控制的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、加工中心等。其相應(yīng)床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、加工中心等。其相應(yīng)的的數(shù)控系統(tǒng)稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。的的數(shù)控系統(tǒng)稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)同時(shí)控制的聯(lián)東坐標(biāo)軸數(shù)，又可以將輪廓控制數(shù)控根據(jù)同時(shí)控制的聯(lián)東坐標(biāo)軸數(shù)，又可以將輪廓控制數(shù)控機(jī)床分為如下幾種形式。機(jī)床分為如下幾種形式。 2 2軸聯(lián)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng) 同時(shí)可以控制同時(shí)可以控制2 2個(gè)軸個(gè)軸, ,如機(jī)床有如機(jī)床有X X、Y Y、Z Z三個(gè)坐標(biāo)，三個(gè)坐標(biāo)，2 2軸聯(lián)動(dòng)可以同軸聯(lián)動(dòng)可

9、以同時(shí)控制其中兩個(gè)。時(shí)控制其中兩個(gè)。如圖如圖1-8 1-8 加工直加工直線型母線曲面輪線型母線曲面輪廓，只要同時(shí)控廓，只要同時(shí)控制制X X、Y Y坐標(biāo)。坐標(biāo)。 圖圖1-81-8 圖圖1-9加工槽底面，只要控制加工槽底面，只要控制Z、X或或Z、Y坐標(biāo)。坐標(biāo)。 2軸半聯(lián)動(dòng) 用于3軸及以上的數(shù)控機(jī)床，其中2個(gè)軸(如X、Y坐標(biāo))聯(lián)動(dòng)，另一個(gè)軸(Z坐標(biāo))作周期性間歇進(jìn)給。如圖1-10在數(shù)控銑床上加工用行切法加工三維曲面。圖1-10 3軸聯(lián)動(dòng) 就是X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)方向的聯(lián)動(dòng)，或除同時(shí)控制其中兩個(gè)直線坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)外，還同時(shí)控制圍繞某一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。例如在數(shù)控銑床或在加工中心上用球頭銑刀加工如圖1

10、-11三維曲面。圖1-11 4軸聯(lián)動(dòng) 同時(shí)控制X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)及某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，用來(lái)加工葉輪或圓柱凸輪。如圖1-12所示為同時(shí)控制X、Y、Z坐標(biāo)與工作臺(tái)繞Y軸旋轉(zhuǎn)（B坐標(biāo)）的4軸聯(lián)動(dòng)。圖1-12 5軸聯(lián)動(dòng) 同時(shí)控制X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（A、B、C旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的任意兩個(gè)）的聯(lián)動(dòng)，形成5坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。這樣，刀具可以向空間的任意方向進(jìn)給加工。如加工圖 1-13兩種空間曲面，控制刀具同時(shí)繞X軸和Y軸兩個(gè)方向擺動(dòng)，使刀具切削方向保持與加工的曲面的切平面重合，提高加工表面的加工精度。采用5軸聯(lián)動(dòng)加工特別適用各種復(fù)雜空間曲面。圖1-131.1.41.1.4數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類2.按伺

11、服控制方式分類(1)開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是開環(huán)的，沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖指令，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，價(jià)格便宜。由于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)是單向的，機(jī)械傳動(dòng)的誤差不能檢測(cè)反饋，所以加工精度不高，加工穩(wěn)定性差，是早期數(shù)控機(jī)床和現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床采用的控制系統(tǒng)。圖1-14 是開環(huán)控制系統(tǒng)框圖。圖1-141.1.41.1.4數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類2.按伺服控制方式分類 (2)閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床帶有檢測(cè)反饋裝置，通過(guò)傳感器直接對(duì)工作臺(tái)的位移量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)反饋裝置反饋到輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，將誤差值放大、

12、變換處理修正工作臺(tái)向誤差減少的方向移動(dòng)，直到誤差為零。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床可以消除從電動(dòng)機(jī)到機(jī)床工作臺(tái)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差，定位精度高，自動(dòng)調(diào)節(jié)速度快。但由于整個(gè)控制環(huán)內(nèi)，摩擦阻尼特性、剛性及裝配間隙等非線性因素的影響，易于造成各種參數(shù)不匹配，引起系統(tǒng)振蕩和不穩(wěn)定，而且設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，成本高。因此，閉環(huán)控制方式用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床，如精密數(shù)控鏜銑床、精密數(shù)控磨床等。圖1-15為閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖。圖1-151.1.41.1.4數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類2.按伺服控制方式分類(3)半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。這類數(shù)控機(jī)床是將檢測(cè)傳感器直接安裝在伺服電機(jī)的軸端或安

13、裝在絲杠的的端部，以測(cè)量電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)位移角或絲杠旋轉(zhuǎn)位移角。因?yàn)榇蟛糠謾C(jī)械傳動(dòng)裝置未包括在閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，所以稱為辦閉環(huán)控制系統(tǒng)。雖然不能檢測(cè)補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)誤差，但有些可以通過(guò)軟件定值補(bǔ)償適當(dāng)校正（如補(bǔ)償絲杠傳動(dòng)的反向間隙）提高傳動(dòng)精度，而且設(shè)計(jì)、調(diào)整比閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便得多，得到廣泛應(yīng)用。圖1-16 為半閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖。圖1-16 1.1.4數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類 3.按加工工藝類型分類(1)普通數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)的通用機(jī)床有相似的加工工藝特性，品種、類型繁多。如數(shù)控車、銑、鏜、鉆、磨床等。(2)數(shù)控加工中心與普通數(shù)控機(jī)床比較，另帶有自動(dòng)換到裝置和刀具庫(kù)，工件一次裝夾后，加

14、工中可以自動(dòng)更換各種刀具，自動(dòng)連續(xù)完成在普通數(shù)控機(jī)床上需要多個(gè)工序的加工過(guò)程。如鏜銑加工中心、車削加工中心等。(3)金屬成型數(shù)控機(jī)床指通過(guò)擠、拉、壓、沖等工藝方式使材料成型的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。(4)特種加工數(shù)控機(jī)床如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光加工機(jī)床等。另外，數(shù)控機(jī)床還可以按數(shù)控系統(tǒng)功能水平及相應(yīng)的主要技術(shù)指標(biāo)分為高、中、低三檔。這種分法是相對(duì)的，不同時(shí)期劃分的標(biāo)準(zhǔn)不同。 加工中心加工中心 數(shù)控銑床數(shù)控銑床 數(shù)控車床數(shù)控車床數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類立式加工中心立式加工中心 數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類立式龍門加工中心立式龍門加工中心（高速

15、加工技術(shù)）（高速加工技術(shù)） A p p l i c a t i o n C a s e S t u d yA n w e n d u n g s b e is p ie lC o m p o n e n t :D a r s te llu n g :M a c h in e :M a s c h in e :M a t e r ia l:W e r k s to ff:P r e s s u r e - d ie f o r a u t o m o b ile w h e e l r im sP r e s s w e r k z e u g f r A u to m o b il- F e

16、lg e nD M C 7 0 V h i- d y nT o o l S t e e l 1 .2 3 4 4 / h a r d n e s s : 3 8 - 4 2 H R CW e r k z e u g s ta h l 1 .2 3 4 4 / H r te : 3 8 -4 2 H R C1 2 M B1 2 M BR a 0 , 1 mR a 0 , 1 m1 0h o u r s1 0 S tu n d e nP r o g r a m m le n g t h :P r o g r a m m l n g e :Q u a lit y o f s u r f a c e

17、:O b e r f l c h e n g te :T o t a l t im e :B e a r b e it u n g s z e it:高速銑加工的零件高速銑加工的零件數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)（1）具有復(fù)雜形狀加工的能力（2）高質(zhì)量（3）高效率（4）高柔性（5）改善勞動(dòng)條件（6）有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化2數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍（1）多品種小批量零件；（2）形狀復(fù)雜（如用數(shù)學(xué)方法定義的復(fù)雜曲線、曲面輪廓）、加工精度要求高的零件； （3）需頻繁發(fā)型的零件； （4）價(jià)值高的零件；（5）需最小生產(chǎn)周期的急需零件。1.1.5 1.1.5 數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)數(shù)控機(jī)床的主要技

18、術(shù)性能指標(biāo)1.精度指標(biāo) (1).分辨率與脈沖當(dāng)量 對(duì)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，分辨率是可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，分 辨率是可以控制的最小位移量。脈沖當(dāng)量是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的原始參數(shù)， 表示數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的位移量。 脈沖當(dāng)量數(shù)值的大小決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量，脈沖當(dāng)量越 小，機(jī)床加工精度和加工表面質(zhì)量越高。精密數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量小于 0.1um, 分辨率可以達(dá)到0.001um。 (2) 定位精度與重復(fù)定位精度 定位精度是指機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)到實(shí)際位置與理想位置的定位誤差。定 位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)的誤差以及機(jī)床移動(dòng)部件的 幾何誤差等。定位誤差直接

19、影響零件加工的定位精度。 重復(fù)定位精度是指在同一機(jī)床，應(yīng)用同一程序加工一批零件，所得到連 續(xù)定位誤差結(jié)果的一致程度。重復(fù)定位精度影響一批零件加工精度的一 致性，是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。重復(fù)定位精度受數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)穩(wěn)定 性、傳動(dòng)副間隙及機(jī)床剛性等因素影響。 (3) 分度精度 指分度工作臺(tái)分度時(shí)，實(shí)際回轉(zhuǎn)的角度值與理論要求回轉(zhuǎn)的角度值的誤 差為分度精度。1.1.5 數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)2.加工性能指標(biāo)(1)機(jī)床主軸的最高轉(zhuǎn)速和最大加速度該項(xiàng)指標(biāo)是影響加工效率，表面加工質(zhì)量和刀具使用壽命的主要因素之一。(2)最快位移速度和最高進(jìn)給速度最快位移速度是進(jìn)給軸在非加工狀態(tài)下

20、的最高位移速度。最高進(jìn)給速度是進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最快移動(dòng)速度。它們也是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、刀具使用壽命的主要因素。它們受數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算速度、機(jī)床動(dòng)態(tài)特性及工藝系統(tǒng)剛度等因素的制約。 1.1.5 數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)3.可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可控軸數(shù)指數(shù)控系統(tǒng)可以控制的機(jī)床坐標(biāo)軸數(shù)目。數(shù)控機(jī)床可控制的軸數(shù)與數(shù)控系統(tǒng)裝置的運(yùn)算能力、數(shù)字處理能力及內(nèi)存容量有關(guān)。最高級(jí)的數(shù)控裝置可以控制24軸，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)指機(jī)床的數(shù)控裝置控制坐標(biāo)軸達(dá)到空間某一點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)目。常用的數(shù)控機(jī)床有2軸聯(lián)動(dòng)到5軸聯(lián)動(dòng)。2軸半聯(lián)動(dòng)是指可控軸為3軸，而聯(lián)動(dòng)軸為2軸的數(shù)控機(jī)床。1.1.5 數(shù)控機(jī)床的主要

21、技術(shù)性能指標(biāo)數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)4.運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)(1)主軸轉(zhuǎn)速 數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速直接影響機(jī)床的加工效率和加工精度，要求具有高的最高轉(zhuǎn)速和寬的調(diào)速范圍。目前數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到500010000 r/min，高速數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到100000 r/min。(2)進(jìn)給速度進(jìn)給速度也直接影響零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和刀具的使用壽命。(3)坐標(biāo)行程數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件在各坐標(biāo)軸方向的行程大小構(gòu)成機(jī)床的空間加工范圍，決定了加工零件的大小。坐標(biāo)行程是體現(xiàn)機(jī)床加工能力的指標(biāo)參數(shù)。 (4) 擺角范圍 具有擺角坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床，擺角的大小直接影響零件加工的空間范圍。擺角大小受機(jī)床剛度制約，擺角太大

22、，機(jī)床設(shè)計(jì)困難。 (5) 刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間 加工中心的刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間直接影響加工中心的生產(chǎn)效率。刀庫(kù)容量指刀庫(kù)能存放刀具的數(shù)目；換刀時(shí)間指使用完的刀具自動(dòng)從機(jī)床上卸下送回刀庫(kù)到從刀庫(kù)中取出另一把刀具安裝在機(jī)床上所需要的時(shí)間。目前中小型加工中心刀庫(kù)容量在1260把，大型加工中心可以達(dá)到100把以上；多數(shù)加工中心的換刀時(shí)間在1020 s, 而一些高效先進(jìn)的加工中心的換刀時(shí)間只需幾秒種。1.2 數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用的方法和技術(shù)手段的總和。1.2.1 數(shù)控加工工藝特點(diǎn)數(shù)控加工工藝特點(diǎn) 1.工藝設(shè)計(jì)嚴(yán)密性2. 工藝內(nèi)容具體性3. 加工注重適應(yīng)性

23、 1.2.2 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1.工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容 (1)選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的零件待加工表面，確定工序加工內(nèi)容。(2)根據(jù)零件圖樣上技術(shù)要求，確定加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線（包含與非數(shù)控加工工序的銜接等）。(3)分配加工余量。(4)工序、工步設(shè)計(jì)。選擇零件的定位基準(zhǔn)，確定夾具、輔具方案，選擇刀具及切削用量等。(5)編程的相關(guān)計(jì)算。工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系的建立，對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選取，刀具補(bǔ)償?shù)取?6)處理數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的工藝指令。(7)編制加工程序。(8)首件試切加工，檢驗(yàn)程序。 (9)工藝文件歸檔。 不同的數(shù)控機(jī)床所須的工藝文件的內(nèi)容有所不同。一般應(yīng)提

24、供基本數(shù)控加工工藝文件有： 編程任務(wù)書 數(shù)控加工工序卡片 數(shù)控機(jī)床調(diào)整單 數(shù)控加工刀具卡片 數(shù)控加工進(jìn)給路線圖 數(shù)控加工程序單1.2.2 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容2.工藝適用性分析并非是所有的零件都適合數(shù)控加工，對(duì)于一個(gè)或一批零件是否適合數(shù)控加工，可以按其工藝適應(yīng)程度確定。(1)最適應(yīng)數(shù)控加工類此類零件都應(yīng)采用數(shù)控加工，可不必過(guò)多考慮加工效率和加工經(jīng)濟(jì)性，只注重考慮加工的可能性。 形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用機(jī)床無(wú)法加工或雖然可以加工但加工效率低或難以保證加工質(zhì)量要求。 用數(shù)學(xué)可以描述的復(fù)雜曲線和曲面。 進(jìn)給難控制，尺寸難測(cè)量的加工面 定位精度較高，須一次裝夾合并完成的

25、銑、鏜、鉆鉸、攻螺紋等多工序的零件。(2)較適應(yīng)數(shù)控加工類 此類零件即要考慮其可加工性，還要注重加工的效率和經(jīng)濟(jì)性。一般將數(shù)控加工作為優(yōu)先選擇方案。 在通用機(jī)床上加工易受人為因素干擾，且零件材料價(jià)值高，一旦加工質(zhì)量失控將早成較大的經(jīng)濟(jì)損失的零件。 在通用機(jī)床上加工必須設(shè)計(jì)制造復(fù)雜專用工藝裝備的零件。 在通用機(jī)床上加工和調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)的零件。 在通用機(jī)床上加工，生產(chǎn)率低或勞動(dòng)強(qiáng)度大的零件。1.2.2 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容3.零件工藝性分析從數(shù)控加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，數(shù)控加工的工藝性分析應(yīng)主要考慮如下幾個(gè)方面。 (1)零件尺寸標(biāo)注盡量符合基準(zhǔn)重合原則適于數(shù)控加工的零件，其零

26、件圖上的每一坐標(biāo)方向上的尺寸應(yīng)以同一基準(zhǔn)引注或按坐標(biāo)尺寸標(biāo)注。這樣便于協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)的重合及編程原點(diǎn)的設(shè)定和計(jì)算，方便加工程序的編寫。 (2)零件輪廓計(jì)算機(jī)造型的幾何條件要充分加工零件的計(jì)算機(jī)輪廓造型是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，對(duì)夠成零件表面輪廓必須做準(zhǔn)確的幾何定義，給定充分的幾何條件，否則無(wú)法構(gòu)造準(zhǔn)確的零件造型，也就無(wú)法正確生成加工程序。 (3)零件的各加工部位的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合數(shù)控加工的工藝性特點(diǎn)首先考慮是否保證表面精度和尺寸公差的要求。盡量減少刀具類型或規(guī)格，減少換刀次數(shù)。盡量選用較大直徑的刀具提高加工效率和表面加工質(zhì)量。加工型腔和槽面的精加工，應(yīng)根據(jù)槽底的圓角半徑合理選擇刀具的直徑。1.2.3

27、 數(shù)控加工方法選擇及加工數(shù)控加工方法選擇及加工 方案的確定方案的確定1.數(shù)控機(jī)床的選擇數(shù)控機(jī)床的選擇數(shù)控機(jī)床的選擇，一般有兩種情況。一是根據(jù)零件圖樣和毛坯的類型選擇適合該零件加工的數(shù)控機(jī)床；二是企業(yè)有自己的數(shù)控機(jī)床，要根據(jù)該機(jī)床的功能選擇適合加工的零件。零件的類型和加工的內(nèi)容決定了數(shù)控機(jī)床的選擇和加工方法的選擇。如由直線、圓弧和曲線為邊界構(gòu)成的平面輪廓，一般在兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床上加工；三維曲面輪廓采用三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或三坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床或加工中心加工。 1.2.3 數(shù)控加工方法選擇及加工方案的數(shù)控加工方法選擇及加工方案的 確定確定2.加工方法選擇平面數(shù)控車、銑、磨；曲面數(shù)控銑、數(shù)控車、加工中

28、心；孔數(shù)控車、數(shù)控鉆（鉆、擴(kuò)、鉸）、數(shù)控鏜；大直徑的孔也可以采用圓弧插補(bǔ)的方式進(jìn)行銑削加工；螺紋的加工視孔徑大小，M5M20的螺紋，常采用鉆孔后攻絲的方法加工。M25以上的螺紋可采用鏜削加工。數(shù)控加工也可分粗精加工，對(duì)于銑平面，粗銑的尺寸精度在IT12IT14, 表面粗糙度Ra值達(dá)12.5 um; 經(jīng)粗、精銑的平面，尺寸精度可達(dá)IT7，表面粗糙度Ra值達(dá)1.63.2 um。同一加工內(nèi)容，可能有不同的加工方法，但加工方法的選擇原則是首先保證加工表面精度和尺寸精度的要求，并結(jié)合零件的形狀、材料、熱處理等全面考慮。例如，對(duì)于IT7級(jí)精度的孔采用鏜削、鉸削或磨削都能達(dá)到精度要求，但如果是箱體上的孔磨削

29、很不方便，鏜削更適合箱體上孔的加工。但如果是箱體上直徑較小的孔，只能靠鉸削加工。此外，加工方法的選擇還應(yīng)考慮加工的經(jīng)濟(jì)性和加工效率，還要適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)水平的實(shí)際。1.2.3 數(shù)控加工方法選擇及加工數(shù)控加工方法選擇及加工 方案的確定方案的確定3.加工方案確定加工方案確定零件加工方案的確定是根據(jù)主要加工表面的精度和表面粗糙度要求決定的。首先，要確定這些加工表面的精加工方法，再往前推導(dǎo)保證精加工工序要求的前道工序加工方法，依此類推，從而制定出從毛坯到最終加工成品的加工方案。 加工方案的確定首先是要保證被加工零件圖紙的精度和表面粗糙度要求，其次還要考慮加工方法的經(jīng)濟(jì)性。 從模具制造的特點(diǎn)看，數(shù)

30、控加工多是單件或小批量生產(chǎn)，除特殊復(fù)雜或大型模具外，大多的模具加工件采用2.5軸或3軸控制的數(shù)控機(jī)床加工。在這類機(jī)床上加工曲面常采用球頭銑刀，銑刀的直徑和控制走刀的步長(zhǎng)都將影響加工精度和加工效率。如圖1-17所示，設(shè)球頭刀半徑為r，零件上加工曲面的曲率半徑為，行距為s,加工后表面殘留高度為H，則它們之間的關(guān)系為 當(dāng)被加工曲面為凸面時(shí)，式中取“+”號(hào)，為凹面時(shí)，取“-”號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常是根據(jù)表面粗糙度要求，先確定允許的殘留高度，再計(jì)算行距、步長(zhǎng)。1.3 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 1.3.1 工序及工藝過(guò)程工序及工藝過(guò)程1.工序劃分原則工序集中是數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)，在數(shù)控加工中，一次

31、裝夾應(yīng)盡量完成大部分的加工。數(shù)控機(jī)床加工的工序劃分應(yīng)遵循以下原則。(1)加工內(nèi)容劃分工序如果零件上有內(nèi)腔、外型、有曲面、平面、各種孔，加工內(nèi)容較多，要根據(jù)零件的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將加工內(nèi)容分成若干類別；然后，選擇機(jī)床，根據(jù)機(jī)床的加工功能合理劃分、整和工序加工內(nèi)容，并結(jié)合機(jī)床的類型，確定正確的定位、夾緊方案。(2) 按所用刀具劃分工序數(shù)控機(jī)床的加工功能與所使用的刀具是相對(duì)應(yīng)的。改變所使用的刀具，可能意味著必須改換機(jī)床，也就意味著要增加一個(gè)工序。但在加工中心進(jìn)行數(shù)控加工，由于其復(fù)合的加工功能，在同臺(tái)設(shè)備上，一次安裝可以加工多種類型的零件結(jié)構(gòu)，可以使用多種類型的刀具，相對(duì)具有工序更加集中的特點(diǎn)。應(yīng)該注意

32、的是，工序過(guò)分集中，工序加工內(nèi)容過(guò)多，所需要的加工程序也會(huì)很大，會(huì)增加程序的出錯(cuò)率，查錯(cuò)檢索時(shí)間長(zhǎng)，修改困難。同時(shí)程序太大，也受數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存容量，機(jī)床可允許連續(xù)工作時(shí)間的限制。（3）按粗、精加工劃分工序當(dāng)零件的加工質(zhì)量要求較高時(shí)，一般須將加工過(guò)程劃分為粗加工、半精加工、精加工三個(gè)階段。在數(shù)控加工中要?jiǎng)澐执旨庸すば?、精加工工序（?jīng)常將半精加工和精加工合并為一個(gè)工序）。粗加工主要是高效地切除加工表面上的大部分材料，使毛坯在形狀和尺寸上接近成品零件。半精加工目的是為了切除粗加工留下的誤差，是為精加工作準(zhǔn)備，并可完成次要表面的加工，如鉆孔，攻螺紋，銑鍵槽等。精加工目的是使重要表面達(dá)到零件圖規(guī)定的加工質(zhì)

33、量要求。(4) 工序先后順序劃分 先加工定位基準(zhǔn)面，再加工其它表面。 先加工主要表面，后加工次要表面。 先粗加工，后精加工。 先加工平面和曲面，后加工孔。另外，為改善工件切削性能安排的退火、正火、調(diào)質(zhì)等熱處理工序，要安排在切削加工前進(jìn)行；為消除工件內(nèi)應(yīng)力安排的熱處理工序（如人工時(shí)效、退火等），且零件加工精度要求較高的工件，最好安排在粗加工工序之后進(jìn)行，加工精度要求不高，也可安排在粗加工之前；為改善工件材料力學(xué)性能的熱處理，如淬火、滲碳淬火等，一般安排在半精加工和精加工之間進(jìn)行。1.3.1 工序及工藝過(guò)程工序及工藝過(guò)程2.加工路線的確定加工路線是指在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡。它

34、是加工編程的依據(jù)，直接影響加工質(zhì)量和加工效率。所以在確定加工路線時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)。(1) 要首先保證零件加工的精度和表面質(zhì)量，盡量提高加工效率。(2) 減少編程時(shí)間和編程量。(3) 減少空刀運(yùn)行時(shí)間，避免刀具與工件碰撞及在工件表面上停刀。(4) 對(duì)于位置精度要求高的孔系加工，應(yīng)避免機(jī)床的反向間隙影響孔間的位置精度。如圖1-18 (a) 所示，4-30H7 孔系有較高的位置精度要求，采用圖1-18 (b) 方案時(shí)，由于IV孔與I孔、II孔、III孔定位方向相反，X向的反向間隙產(chǎn)生定位誤差，直接、間接影響IV孔與III孔的位置精度。如果采用圖1-18 (c) 中的方案，在工件外增加一個(gè)刀具折返點(diǎn)，

35、保證各孔加工的定位方向一致，可以避免反向間隙誤差的影響（5）復(fù)雜曲面加工要根據(jù)零件的精度要求和曲面特點(diǎn)、加工效率等因素確定加工路線，是行切，還是環(huán)切；是等距切削，還是等高切削。1.3.1 1.3.1 工序及工藝過(guò)程工序及工藝過(guò)程3.加工余量的確定加工余量分毛坯余量和工序余量，毛坯余量等于中間工序余量之和。毛坯余量指毛坯實(shí)體尺寸與零件圖紙尺寸之差；工序余量指一個(gè)工序所去除的材料尺寸。毛坯余量的大小對(duì)零件的加工質(zhì)量和加工的經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，余量過(guò)大會(huì)造成原材料和機(jī)械加工工時(shí)的浪費(fèi)，使成本上升。工序加工余量過(guò)小，不能消除上道工序留下的各種誤差，易于造成廢品。所以，應(yīng)根據(jù)毛坯制造精度以及零件的精度，

36、合理確定毛坯余量，合理分配工序余量。在劃分粗加工和精加工的數(shù)控加工中，首先確定各工序余量后，再根據(jù)毛坯制造精度計(jì)算毛坯余量。 1.3.1 工序及工藝過(guò)程工序及工藝過(guò)程 3.加工余量的確定加工余量的確定 (1) 工序余量確定原則： 最小加工余量的原則:根據(jù)工序加工方法和加工條件，在保證工序加工精度的條件下，以縮短加工時(shí)間，降低加工費(fèi)用為目的，采用最小加工余量的原則。 在確定加工余量時(shí)，還必須考慮： 零件的大小。工件越大，加工余量越大。 切削力及變形的大小。切削力越大，產(chǎn)生的變形也大，加工余量也應(yīng)加大。 1.3.1 工序及工藝過(guò)程工序及工藝過(guò)程3.加工余量的確定(2) 工序余量確定方法 查表法查表

37、法指通過(guò)查閱機(jī)械加工工藝相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)來(lái)確定工序余量。手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是竟生產(chǎn)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)研究所積累的，是常用的工序余量確定方法。在查閱手冊(cè)選擇工序余量時(shí)，一般要結(jié)合用戶的生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，再進(jìn)行應(yīng)用。 經(jīng)驗(yàn)估算法經(jīng)驗(yàn)估算法是工藝設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和本企業(yè)的生產(chǎn)條件所確定的加工余量。由于往往擔(dān)心因余量過(guò)小而產(chǎn)生廢品，經(jīng)驗(yàn)估算法的數(shù)值總是偏大。這種方法可應(yīng)用于單件小批量的生產(chǎn)。 計(jì)算法計(jì)算法是針對(duì)特定的加工對(duì)象，首先對(duì)其進(jìn)行加工的機(jī)械性能和影響加工余量的因素分析，確定加工余量的計(jì)算方法，建立加工余量的計(jì)算公式，初步確定加工余量。然后進(jìn)行試驗(yàn)加工，根據(jù)加工結(jié)果，對(duì)余量計(jì)算公式進(jìn)行修改，再實(shí)

38、驗(yàn)，再修改，直到合理準(zhǔn)確為止，從而建立加工余量的計(jì)算方法或計(jì)算公式。這種方法特別適合于十分貴重的材料加工，在一般材料加工中應(yīng)用很少。 表1-1 平面精加工的余量 mm加工方法加工面長(zhǎng)度加工面寬度100100300300100余量公差余量余量公差余量精銑1001.0+0.31.5+0.52+0.71003001.2+0.41.7+0.62.2+0.830010001.5+0.52+0.72.5+1.0100020002+0.72.5+1.23+1.2精加工后未經(jīng)校正的磨削1000.3+0.10.4+0.12_1003000.35+0.110.45+0.130.5+0.1230010000.4+0

39、.120.5+0.150.6+05+0.150.6+0.150.7+0.15精加工后經(jīng)打表或夾具校正的磨削1000.2+0.10.25+0.12_1003000.22+0.110.27+0.130.3+0.1230010000.25+0.120.3+0.150.4+03+0.150.4+0.150.4+0.15注：熱處理后磨削的加工余量應(yīng)將表中的余量值乘以1.2。 對(duì)于孔的加工，常采用鉆、擴(kuò)、鉸加工方法，直徑大的孔，一般在毛坯上直接生成毛坯孔，可以采用鏜削擴(kuò)孔精鏜或磨削加工達(dá)到最終要求。 為滿足工藝要求，一般孔設(shè)計(jì)時(shí)盡量做到孔的長(zhǎng)度與直徑比5

40、。常用孔的公差帶代號(hào)為H7H13。鋼類材料孔加工的方法及對(duì)應(yīng)的余量可參考表1-2到表1-4。 表1-2 常用基準(zhǔn)孔加工方法基準(zhǔn)孔類型直徑（mm）毛坯上沒(méi)有毛坯孔的加工方法毛坯有毛坯孔的加工方法H13、H12直徑40一次鉆孔可以滿足要求直徑80 粗?jǐn)U（車、鉆、鏜）H1110一次鉆孔可以滿足要求1030鉆孔+擴(kuò)孔鉆3080鉆孔+擴(kuò)孔（鉆、車、鏜）粗?jǐn)U（鉆、車、鏜）+半精擴(kuò)H10、H910鉆孔+鉸孔1030鉆孔+擴(kuò)孔鉆+鉸孔3080鉆+擴(kuò)（鉆、車、鏜）+鉸孔或半精鏜擴(kuò)孔（鉆、車、鏜）12次+半精擴(kuò)或鉸H8、H710鉆孔+鉸孔（12次）1030鉆孔+擴(kuò)孔鉆+鉸孔（12次）3080鉆孔+擴(kuò)孔+鉸孔（12

41、次）或精鏜擴(kuò)孔（鉆、車、鏜）2次+精擴(kuò)或精鉸 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇 刀具選擇與被加工材料、加工工序內(nèi)容、機(jī)床的加工能力、切削用量等有關(guān)。總的選擇原則是適用、安全、經(jīng)濟(jì)。使用是要求所選擇的刀具能實(shí)現(xiàn)切削加工的目的和加工精度；安全是指刀具要具有足夠的剛度、強(qiáng)度和硬度，保證刀具必要的使用壽命；經(jīng)濟(jì)是指用最小的刀具成本完成加工目的。刀具的主要技術(shù)指標(biāo)是刀具的制造精度和刀具壽命，它們刀具選擇與被加工材料、加工工序內(nèi)容、機(jī)床的加工能力、切削用量等有關(guān)。總的選擇原則是適用、安全、經(jīng)濟(jì)。使用是要求所選擇的刀具能實(shí)現(xiàn)切削加工的目的和加工精度；安全是指刀具要具有足夠的剛度、強(qiáng)度和硬度，保證刀具必要的使

42、用壽命；經(jīng)濟(jì)是指用最小的刀具成本完成加工目的。刀具的主要技術(shù)指標(biāo)是刀具的制造精度和刀具壽命，它們的高低與刀具的價(jià)格成正比。加工同一結(jié)構(gòu)，選擇耐用度和精度高的刀具必然增加刀具成本，但也可以加工的質(zhì)量和效率提高，從而使加工總成本降低，加工效益更高。一般情況下，加工切削低硬度金屬選擇高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，切削高硬金屬，必須選用硬質(zhì)合金或強(qiáng)度更高的刀具。 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇 數(shù)控加工的刀具從構(gòu)造上可以分為整體式、鑲嵌式兩數(shù)控加工的刀具從構(gòu)造上可以分為整體式、鑲嵌式兩種類型，鑲嵌式又分焊接式和機(jī)夾式。從制造的材料種類型，鑲嵌式又分焊接式和機(jī)夾式。從制造的材料分，數(shù)控加工的刀具有高速鋼刀具、

43、硬質(zhì)合金刀具、分，數(shù)控加工的刀具有高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等。陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等。 重點(diǎn)介紹在數(shù)控加工常用的刀具形狀、加工特點(diǎn)。重點(diǎn)介紹在數(shù)控加工常用的刀具形狀、加工特點(diǎn)。 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇1.面銑削刀具面銑刀主要用于在銑床上加工平面、臺(tái)階等。面銑刀切削刃多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)分布在面銑刀的圓周表面和端面上，如圖1-19 所示。刀齒采用硬質(zhì)合金或高速鋼材料，刀體為40Cr。硬質(zhì)合金面銑刀允許的銑削速度較高，加工效率高，加工質(zhì)量也比高速鋼面銑刀好，應(yīng)用廣泛。圖1-19所示為可轉(zhuǎn)位式硬質(zhì)合金面銑刀，可轉(zhuǎn)位刀片通過(guò)夾緊元件夾固在刀

44、體上，當(dāng)一個(gè)切削刃磨鈍后，可將刀片轉(zhuǎn)位或更換新的刀片。1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇2.立銑刀立銑刀 立銑刀主要用于在銑床上加工立銑刀主要用于在銑床上加工凹槽、臺(tái)階面等。凹槽、臺(tái)階面等。立銑刀的結(jié)構(gòu)如圖立銑刀的結(jié)構(gòu)如圖1-20所示。所示。切削刃分布在刀頭的切削刃分布在刀頭的端面和圓端面和圓柱面上，端刃和周刃可以同時(shí)柱面上，端刃和周刃可以同時(shí)切削，也可以單獨(dú)切削，端刃切削，也可以單獨(dú)切削，端刃用來(lái)加工底平面，周刃用來(lái)加用來(lái)加工底平面，周刃用來(lái)加工側(cè)立面。工側(cè)立面。立銑刀分兩刃、三刃和四刃立立銑刀分兩刃、三刃和四刃立銑刀。銑刀。1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇3.鍵槽銑刀鍵槽銑刀鍵槽銑刀用于在立

45、式銑床上加工普通平鍵的鍵槽等。其形狀與兩刃立銑刀相似，如圖1-21所示。鍵槽銑刀不用預(yù)鉆工藝孔直接軸向進(jìn)給到槽深，再沿鍵槽方向銑出鍵槽全長(zhǎng)。 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇4.模具銑刀模具銑刀是在立式銑床上加工模具小型型腔和空間曲面的立式銑刀。按切削部位形狀分圓錐形立銑刀(如圖1-22所示)和圓柱球頭立銑刀、圓錐球頭立銑刀(如圖1-23所示)；按刀柄形狀分直柄和錐柄立銑刀。如圖1-24分別是可轉(zhuǎn)為球頭立銑刀和可轉(zhuǎn)位圓刀片銑刀?？赊D(zhuǎn)為球頭立銑刀、圓刀片銑刀圓錐形立銑刀 圓柱球頭立銑刀、圓錐球頭立銑刀 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇5.鏜孔刀鏜孔是加工中心上加工孔的常用方法。常用的鏜刀有兩種類

46、型：微調(diào)鏜刀和可調(diào)雙刃鏜刀，如圖1-25和圖1-26所示。微調(diào)鏜刀適用于精鏜孔，可調(diào)雙刃鏜刀由于雙刃同時(shí)參與切削近給量高加工效率高，可以消除切削力對(duì)鏜桿的影響，用于鏜大孔。鏜孔與鉆擴(kuò)鉸工藝比，具有較強(qiáng)的誤差修正能力，可通過(guò)多次走刀來(lái)修正原孔的軸線偏斜誤差，而且能使所鏜孔與定位表面保持高的定位精度。鏜孔工藝范圍應(yīng)用廣，可以加工各種不同尺寸、不同精度等級(jí)的孔。對(duì)于孔徑較大、尺寸和位置精度要求較高的孔和孔系，鏜孔幾乎是唯一的加工方法。 微調(diào)鏜刀可調(diào)雙刃鏜刀 1.3.2 刀具的選擇刀具的選擇6.鉆削刀具鉆削刀具在數(shù)控鉆床和數(shù)控銑床上采用鉆擴(kuò)鉸方法加工較小直徑的孔。為便于排屑和冷卻，避免刀具折斷，鉆削加

47、工的孔的深度應(yīng)不大于孔直徑的5倍。鉆削刀具一般采用高速鋼或硬質(zhì)合金制造的整體式麻花鉆，如圖1-27所示。1.3.3 切削用量選擇切削用量選擇1.選擇原則如圖1-29所示，切削用量包括切削速度vc、進(jìn)給速度vf 、 背吃刀量ap。 合理選擇切削用量對(duì)于保證加工精度、充分發(fā)揮機(jī)床功能、提高生產(chǎn)效率有重要關(guān)系。選擇的基本原則：粗加工以提高生產(chǎn)效率為主；精加工以保證加工精度為主。切削用量選擇的順序是吃刀量進(jìn)給量切削速度。1.3.3 切削用量選擇切削用量選擇2.背吃刀量和行距背吃刀量ap是一次走刀中已加工表面與待加工表面間的距離。在加工系統(tǒng)剛度允許并為精加工留足必須的余量的條件下，增大背吃刀量是粗加工選

48、擇的原則。在數(shù)控銑削加工中，粗加工背吃刀量6 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值為12.525 m ；半精加工背吃刀量取0.52 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值可達(dá)3.212.5m ；精加工背吃刀量取0.21 mm ，一次走刀的表面粗糙度Ra值可達(dá)0.83.2 m 。在數(shù)控銑削加工中，采用行切或環(huán)切，兩行或兩環(huán)間的距離稱為行距，如圖1-17中的S ?？梢姶旨庸ぶ校龃笮芯嗫梢蕴岣呱a(chǎn)效率。使用平底立銑刀的行距一般取(0.60.9)2R，如圖1-30 中r=0的端刀。使用帶圓角r的平底刀行距取(0.80.9)d, d=2R-2r ；如圖1-30 中rR的端刀。球頭刀，圖1-30 中r=R，一

49、般只用于精加工，其行距由要求達(dá)到的精加工精度，特別是表面粗糙度決定。立銑刀刀頭部區(qū)別1.3.3 切削用量選擇切削用量選擇3.進(jìn)給量進(jìn)給量f是工件或刀具轉(zhuǎn)一周(或往復(fù)一次)在進(jìn)給方向上的相對(duì)位移量，其單位是mm/r(或mm/雙行程)。單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)給量為進(jìn)給速度vf 。對(duì)于銑刀、鉸刀、拉刀等多齒刀具，還規(guī)定每刀齒進(jìn)給量fz ,單位是mm/z 。進(jìn)給速度vf 、進(jìn)給量f與每齒進(jìn)給量fz的關(guān)系為： vf=nf=nzfz z為刀齒數(shù), n為刀具轉(zhuǎn)速r/min。在數(shù)控銑削加工中常選擇每齒進(jìn)給量fz 作為確定銑削進(jìn)給量的基本參數(shù)。fz由工件材料的加工性能、加工的表面粗糙度要求、使用刀具的材料等因素決定。基

50、本原則是：工件材料硬度越高，fz值越??；反之越大。銑刀的每齒進(jìn)給量fz可參照表1-5 選取。 表1-5 銑刀每齒進(jìn)給量fz mm/z銑刀類型工件材料高速鋼鑲?cè)械队操|(zhì)合金鑲?cè)械睹驺姷秷A柱銑刀端銑刀平銑刀鑄鐵0.30.10.20.070.050.2可鍛鑄鐵0.30.090.150.070.050.2低碳鋼0.30.090.120.070.050.2中碳鋼、高碳鋼0.20.080.150.060.040.15鑄鋼0.20.080.10.070.050.15鎳鉻鋼0.150.060.10.050.020.1高鎳鉻鋼0.10.050.10.040.020.1黃銅0.030.210.20.070.050.

51、2青銅0.030.10.150.070.050.15鋁0.020.10.10.070.050.1鋁硅合金0.180.10.10.070.050.1鎂鋁鋅合金0.150.080.10.070.040.1鋁銅鎂合金0.020.10.10.070.050.15鋁銅硅合金0.020.10.10.070.050.151.3.3 切削用量選擇切削用量選擇4.切削速度切削速度切削速度vc是切削刃相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的速度。計(jì)算切削速度時(shí)，應(yīng)選取刀刃上速度最高的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削速度按下式計(jì)算： vc=d n/1000式中 d工件(或刀具)的最大直徑,mm; n工件(或刀具)的轉(zhuǎn)速r/s或,r/

52、min。工件材料和刀具材料是影響切削速度的主要原因，但最主要的是刀具材料。表1-6給出不同刀具材料及對(duì)應(yīng)最高許用切削速度的參考值。表1-6 刀具材料與最高切削速度刀具材料高速鋼硬質(zhì)合金工具鋼涂層陶瓷CBN氮化硼金剛石最高切削速度（mm/min）5015025030010001000 表1-7 螺紋攻絲的切削速度 m/min工件材料鋼及合金鋼鑄鐵鋁及合金鋁切削速度1.552.5515表1-8 鏜孔切削用量(切削速度mm/min、進(jìn)給量mm/r)工序工件材料鑄鐵銅鋁合金刀具材料切削速度進(jìn)給量切削速度進(jìn)給量切削速度進(jìn)給量精鏜高速鋼0.080.150.20.060.1硬質(zhì)合金70900.120.151

53、00130150400半精鏜高速鋼20350.150.4515500.150.51002000.20.5硬質(zhì)合金577090130粗鏜高速鋼20251215300.31.21001500.51.5硬質(zhì)合金30355070100250表1-9 高速鋼鉆頭鉆孔的切削用量(切削速度mm/min、進(jìn)給量mm/r)工件材料牌號(hào)或硬度切削用量鉆頭直徑1661212222250鋼35、45切削速度825進(jìn)給量0.050.10.10.20.20.30.30.45合金鋼切削速度818進(jìn)給量0.030.080.080.150.150.250.250.3515Cr、20Cr切削速度1230進(jìn)給量0.050.10.1

54、0.20.20.30.30.45鑄鐵HB160200切削速度1624進(jìn)給量0.070.120.120.20.20.40.40.8HB200300切削速度1018進(jìn)給量0.050.10.10.180.180.250.250.4HB300400切削速度512進(jìn)給量0.030.080.080.150.150.20.20.3鋁鋁合金切削速度2050進(jìn)給量0.030.150.050.40.080.50.081.0銅黃銅、青銅切削速度6090進(jìn)給量0.060.120.120.20.20.350.250.75硬青銅切削速度2545進(jìn)給量0.050.120.080.150.10.20.20.51.4 數(shù)控系統(tǒng)

55、數(shù)控系統(tǒng) 1.4.1 數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程及功能數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程及功能 數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程如下： 1輸入 輸入給數(shù)控系統(tǒng)的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。 2譯碼 輸入的程序段含有以下信息 零件的輪廓信息：零件幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓弧的圓心或半徑、直線或圓弧等； 要求的切削用量、使用的刀具、工具等； 主軸的轉(zhuǎn)速大小、及轉(zhuǎn)速控制等信息； 其他一些輔助信息如：冷卻液的開關(guān)、用正反轉(zhuǎn)等。 3數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算和輔助功能的處理。 4插補(bǔ) 所謂插補(bǔ)就是根據(jù)給定的曲線類型（如直線、圓弧、或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)、以及速度，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化，增加若干點(diǎn)的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能主要由軟件實(shí)現(xiàn)，目前主要有兩種插補(bǔ)方法：一是脈沖增量插補(bǔ)，它是特點(diǎn)是每次插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)