《數(shù)控加工工藝學(xué)》課件第3章

第3章數(shù)控加工工藝設(shè)計3.1數(shù)控加工的基本概念3.2數(shù)控加工工藝概述3.3數(shù)控加工工藝性分析3.4數(shù)控加工內(nèi)容的選擇及數(shù)控機床的合理選用3.5數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計

3.6數(shù)控加工工序的設(shè)計3.7對刀點與換刀點的確定3.8測量方法的確定3.9數(shù)控加工工藝文件3.10數(shù)控加工工藝守則

3.1數(shù)控加工的基本概念

3.1.1機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程

機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程是指從原材料或半成品到成品的各有關(guān)勞動過程的總和。這個生產(chǎn)過程包含有使用傳統(tǒng)的普通加工設(shè)備和利用現(xiàn)代化數(shù)控設(shè)備進行加工兩個方面的含義。使用普通加工設(shè)備的加工，在機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程里有詳細的講解，因此在這里僅對使用數(shù)控設(shè)備的加工進行簡單的講解。產(chǎn)品的生產(chǎn)過程包括的主要內(nèi)容有：

(1）原材料（或半成品、元器件、標準件、工具、工裝、設(shè)備）的購置、運輸、檢驗和保管等；

(2）生產(chǎn)準備工作，如編制數(shù)控加工工藝文件、專用工裝及設(shè)備的設(shè)計與制造等；

(3）毛坯制造；

(4）零件的機械加工及熱處理等；

(5）產(chǎn)品裝配與調(diào)試、性能試驗以及產(chǎn)品的包裝、發(fā)運等工作。3.1.2機械加工工藝過程

用機械加工的方法直接改變毛坯形狀、尺寸和機械性能等，使之變?yōu)楹细窳慵倪^程，稱為機械加工工藝過程，又稱工藝流程。

數(shù)控加工工藝中的加工過程是在數(shù)控機床上完成的，其加工工藝與普通加工工藝是不同的，但其基本理論是一致的。數(shù)控加工工藝過程也是由一個或若干個順序排列的工序組成的，工序是組成工藝過程的基本單元，也是制定生產(chǎn)計劃、進行經(jīng)濟核算的基本單元。而工序又由工位、工步、安裝和走刀進給組成。

1.工序

一個或一組工人在一個工作地點（如一臺機床或一個鉗工臺），對一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的那部分工藝過程，稱為工序。它包括在這個工件上連續(xù)進行的、直到轉(zhuǎn)向加工下一個工件為止的全部動作。區(qū)分工序的主要依據(jù)是：工作地點固定和工作連續(xù)。需要理解的關(guān)鍵詞是：工人、地點、工件不變，連續(xù)完成。

對于如圖3－1所示的階梯軸零件的加工，可以根據(jù)不同的生產(chǎn)批量，制定出不同的加工工藝，不同的工藝包含不同的工序。圖3－1階梯軸加工圖單件小批生產(chǎn)：

①車兩端面、鉆中心孔；

②車全部外圓、車槽與倒角；

③銑鍵槽、去毛刺；

④磨外圓。

中批生產(chǎn)：

①銑端面、鉆中心孔(用專用機床)；

②車一端外圓、車槽與倒角；

③車另一端外圓、車槽與倒角；

④銑鍵槽；

⑤去毛刺(在專用去毛刺機上完成)；

⑥磨外圓。

2.安裝

安裝指經(jīng)一次裝夾后所完成的工序內(nèi)容，可以理解為：定位＋夾緊。

定位：使工件在機床（夾具）上獲得正確的位置。

夾緊：使工件保持在所定位的位置上。

每次裝夾下完成的那部分工序內(nèi)容稱為一次安裝。

安裝會增加安裝誤差及裝夾時間，所以應(yīng)盡量減少安裝次數(shù)。如在車削時采用一次裝夾車成，可以保證同軸度的精度。

3.工位

工件與工裝可動部分相對于工裝固定部分所占的位置，稱為工位。也就是對于回轉(zhuǎn)工作臺（或夾具）或移動工作臺（或夾具），工件在一次安裝中先后處于不同的位置進行加工，每個位置稱為一個工位，如圖3－2所示。

如果一個工序只有一次安裝，并且該安裝中只有一個工位，則工序內(nèi)容就是安裝內(nèi)容，同時也是工位內(nèi)容。

多工位加工可以提高生產(chǎn)效率，保證加工面間的相互位置精度。圖3－2多工位加工

4.工步

加工表面、切削刀具、切削速度和進給量都不變的情況下所完成的工位內(nèi)容，稱為一個工步。

一次安裝中連續(xù)進行的若干相同的工步稱為1個工步；用幾把不同刀具或復(fù)合刀具加工稱為復(fù)合工步。

例如，如圖3－3所示的孔的加工（鉆、擴、鉸）為多刀同時參加的切削，因此該工步稱為復(fù)合工步。圖3－3復(fù)合工步

5.走刀（又叫進給）

切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內(nèi)容，稱為一次走刀。一個工步可包括一次或數(shù)次走刀。

當需要切去的金屬層很厚，不能在一次走刀下切完時，則需分幾次走刀，走刀次數(shù)又稱行程次數(shù)。

加工如圖3－4所示的螺釘時，各工序、工步、安裝、工位、走刀情況如表3－1所示。圖3－4螺釘加工簡圖3.1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型

1.生產(chǎn)綱領(lǐng)

企業(yè)根據(jù)市場需求和自身的生產(chǎn)能力編制的在計劃期內(nèi)，應(yīng)當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃，稱為生產(chǎn)綱領(lǐng)。產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)就是產(chǎn)品的年生產(chǎn)量。計劃期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)，包括備品、備件在內(nèi)的該產(chǎn)品的年產(chǎn)量。

零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)由下式計算：(3－1)式中：N——零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）；

Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）；

n——生產(chǎn)批量（件/年），即一次投入或產(chǎn)出同一產(chǎn)品（或零件）的數(shù)量；

a——備品率，以百分數(shù)計；

b——廢品率，以百分數(shù)計。確定生產(chǎn)批量n的大小時主要考慮三個因素：

(1)資金周轉(zhuǎn)要快；

(2)零件加工、調(diào)整費用要少；

(3)保證裝配和銷售有必要的儲備量。A——零件應(yīng)儲備的天數(shù)；F——一年中的工作日天數(shù)。

2.生產(chǎn)類型

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小，生產(chǎn)可分為三種類型：

(1)單件生產(chǎn)。單個生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸的產(chǎn)品，稱為單件生產(chǎn)。其特點是產(chǎn)品的種類繁多。

(2)成批生產(chǎn)。一年中分批、分期地制造同一產(chǎn)品，稱為成批生產(chǎn)。其特點是生產(chǎn)品種較多，每種品種均有一定數(shù)量，各種產(chǎn)品分批、分期輪番進行生產(chǎn)。成批生產(chǎn)分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)。

小批生產(chǎn)：生產(chǎn)特點與單件生產(chǎn)基本相同。

中批生產(chǎn)：生產(chǎn)特點介于小批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)之間。

大批生產(chǎn)：生產(chǎn)特點與大量生產(chǎn)相同。

(3)大量生產(chǎn)。全年中重復(fù)制造同一產(chǎn)品，稱為大量生產(chǎn)。其特點是產(chǎn)品品種少、產(chǎn)量大，長期重復(fù)進行同一產(chǎn)品的加工。

各種生產(chǎn)類型的規(guī)范及工藝過程的主要特點分別如表3－2和表3－3所示。表3－2各種生產(chǎn)類型的規(guī)范3.1.4工件的定位原理

在工件加工安裝中，如何定位才合理?要保證工件在機床（夾具）上獲得正確的位置，必須按前人總結(jié)出的定位原理進行定位，才能保證合理的定位。

1.六點定位原理

圖3－5自由度示意圖圖3－6六點定位原理示意圖

2.六點定位原理的應(yīng)用

六點定位原理對于任何形狀工件的定位都是適用的，如果違背這個原理，工件在夾具中的位置就不能完全確定。然而，用工件六點定位原理進行定位時，必須根據(jù)具體加工要求靈活運用，工件形狀不同，定位表面不同，定位點的布置情況也各不相同，宗旨是使用最簡單的定位方法，使工件在夾具中迅速獲得正確的位置。

(1)完全定位。工件的六個自由度全部被夾具中的定位元件所限制，而在夾具中占有完全確定的惟一位置，稱為完全定位。

(2)不完全定位。根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，定位支承點的數(shù)目可以少于六個，有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是被允許的。

(3)欠定位。按照加工要求應(yīng)該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。這是因為欠定位保證不了加工要求。

(4)過定位。工件的一個或幾個自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱為過定位。當過定位導(dǎo)致工件或定位元件變形，影響加工精度時，應(yīng)該嚴禁采用。但當過定位并不影響加工精度，反而對提高加工精度有利時，也可以采用。3.1.5機械加工工藝規(guī)程

1.定義

規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。其中，規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。

工藝規(guī)程是在具體的生產(chǎn)條件下，最合理或較合理的工藝過程和操作方法，按規(guī)定的形式書寫成工藝文件，經(jīng)審批后用來指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝文件。工藝規(guī)程中包括各個工序的排列順序，加工尺寸、公差及技術(shù)要求，工藝設(shè)備及工藝措施，切削用量及工時定額等內(nèi)容。

2.工藝規(guī)程的作用

工藝規(guī)程的作用如下：

（1）起生產(chǎn)的指導(dǎo)作用，是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件；

（2）是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理的依據(jù)，即生產(chǎn)計劃、調(diào)度、工人操作和質(zhì)量檢驗等的依據(jù)；

（3）是新建或擴建工廠或車間的主要技術(shù)資料。

總之，零件的機械加工工藝規(guī)程是每個機械制造廠或加工車間必不可少的技術(shù)文件。生產(chǎn)前用它做生產(chǎn)的準備，生產(chǎn)中用它做生產(chǎn)的指揮，生產(chǎn)后用它做生產(chǎn)的檢驗。

3.工藝規(guī)程的格式

為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，加強科學(xué)管理和便于交流，原機械電子工業(yè)部還制訂了指導(dǎo)性技術(shù)文件JB/Z187.3—88《工藝規(guī)程格式》，要求各機械制造廠按統(tǒng)一規(guī)定的格式填寫。按照規(guī)定，屬于機械加工工藝規(guī)程的有：

(1)機械加工工藝過程卡片；

(2)機械加工工序卡片；

(3)標準零件或典型零件工藝過程卡片；

(4)單軸自動車床調(diào)整卡片；

(5)多軸自動車床調(diào)整卡片；

(6)機械加工工序操作指導(dǎo)卡片；

(7)檢驗卡片等。表3－4機械加工工藝過程卡片

表3－5機械加工工序卡片

3.工藝規(guī)程設(shè)計所需原始資料

工藝規(guī)程設(shè)計需要的原始資料有：

(1)產(chǎn)品裝配圖、零件圖；

(2)產(chǎn)品驗收質(zhì)量標準；

(3)產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)；

(4)毛坯材料與毛坯生產(chǎn)條件；

(5)制造廠的生產(chǎn)條件（包括機床設(shè)備和工藝裝備的規(guī)格、性能和現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài)，工人的技術(shù)水平，工廠自制工藝裝備的能力以及工廠供電、供氣的能力等有關(guān)資料）；

(6)工藝規(guī)程設(shè)計、工藝裝備設(shè)計所用設(shè)計手冊和有關(guān)標準；

(7)國內(nèi)外先進制造技術(shù)資料等。

4.工藝規(guī)程的設(shè)計原則

工藝規(guī)程的設(shè)計要遵循如下原則：

(1)必須可靠保證零件圖紙上所有技術(shù)要求的實現(xiàn)，既要保證質(zhì)量，又要提高工作效率；

(2)保證經(jīng)濟上的合理性，既要成本低，又要消耗小；

(3)保證良好的安全工作條件，即盡量減輕工人的勞動強度，保障生產(chǎn)安全，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；

(4)要從本廠實際出發(fā)，即所制訂的工藝規(guī)程應(yīng)立足于本企業(yè)實際條件，并具有先進性，盡量采用新工藝、新技術(shù)、新材料；

(5)所制訂的工藝規(guī)程隨著實踐的檢驗和工藝技術(shù)的發(fā)展與設(shè)備的更新，應(yīng)能不斷地修訂和完善。

5.機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的內(nèi)容及步驟

機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的內(nèi)容及步驟如下：

(1)分析零件圖和產(chǎn)品裝配圖；

(2)對零件圖和裝配圖進行工藝審查；

(3)由零件生產(chǎn)綱領(lǐng)確定零件生產(chǎn)類型；

(4)確定毛坯種類；

(5)擬定零件加工工藝路線；

(6)確定各工序所用機床設(shè)備和工藝裝備(含刀具、夾具、量具、輔具等)；

(7)確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差；

(8)確定各工序的技術(shù)要求及檢驗方法；

(9)確定各工序的切削用量和工時定額；

(10)編制工藝文件。 3.2數(shù)控加工工藝概述

數(shù)控加工的特點：

(1）自動化程度高；

(2）加工精度高；

(3）對加工對象的適應(yīng)性強；

(4）生產(chǎn)效率高；

(5）易于建立計算機通信網(wǎng)絡(luò)。3.2.1數(shù)控加工的工藝特點

1.數(shù)控加工的工藝內(nèi)容十分明確而具體

進行數(shù)控加工時，數(shù)控機床是接受數(shù)控系統(tǒng)的指令，完成各種運動，實現(xiàn)加工的主體。因此，在編制加工程序之前，需要對影響加工過程的各種工藝因素，如切削用量、進給路線、刀具的幾何形狀，甚至工步的劃分與安排等一一做出定量描述，對每一個問題都要給出確切的答案和選擇，而不能像用通用機床加工時一樣，在大多數(shù)情況下對許多具體的工藝問題，由操作工人依據(jù)自己的實踐經(jīng)驗和習(xí)慣自行考慮和決定。也就是說，本來由操作工人在加工中靈活掌握并可通過適時調(diào)整來處理的許多工藝問題，在數(shù)控加工時就轉(zhuǎn)變?yōu)榫幊倘藛T必須事先具體設(shè)計和明確安排的內(nèi)容。

2.數(shù)控加工的工藝工作相當準確而嚴密

數(shù)控加工不能像通用機床加工時一樣，可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題由操作者自由地進行調(diào)整。比如加工內(nèi)螺紋時，普通機床操作者在數(shù)控機床上干活時，對于一個字符、一個小數(shù)點或一個逗號的調(diào)整都有可能釀成重大機床事故和質(zhì)量事故。因為數(shù)控機床比同類的普通機床價格高得多，其加工的也往往是一些形狀比較復(fù)雜、價值也較高的工件，萬一損壞機床或致使工件報廢，都會造成較大損失。

根據(jù)大量加工實例分析得知，數(shù)控工藝考慮不周和計算與編程時粗心大意是造成數(shù)控加工失誤的主要原因。因此，要求編程人員除必須具備較扎實的工藝基礎(chǔ)知識和較豐富的實際工作經(jīng)驗外，還必須具有耐心和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

3.數(shù)控加工的工序相對集中

一般來說，在普通機床上加工是根據(jù)機床的種類進行單工序加工，而在數(shù)控機床上加工往往是在工件的一次裝夾中完成工件的鉆、擴、鉸、銑、鏜、攻螺紋等多工序的加工。這種“多序合一”現(xiàn)象也屬于“工序集中”的范疇。極端情況下，在一臺加工中心上可以完成工件的全部加工內(nèi)容。3.2.2數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容

工藝設(shè)計是對工件進行數(shù)控加工的前期準備工作，它必須在編制程序之前完成。因為只有在工藝設(shè)計方案確定以后，編程才有依據(jù)。否則，由于工藝方面的考慮不周，將可能造成數(shù)控加工的錯誤。工藝設(shè)計不好，往往要成倍增加工作量，有時甚至要推倒重來。可以說，數(shù)控加工工藝分析決定了數(shù)控程序的質(zhì)量。因此，編程人員一定要先把工藝設(shè)計做好，不要急于考慮編程。圖3－7數(shù)控加工零件的生產(chǎn)過程①——根據(jù)零件加工圖樣進行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。

②——用規(guī)定的程序代碼和格式編寫零件加工程序單，或用自動編程軟件直接生成零件的加工程序文件。

③——輸入或傳輸程序。由手工編寫的程序，可以通過數(shù)控機床的操作面板輸入程序；由編程軟件生成的程序，可通過計算機的串行通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機床的數(shù)控單元（MCU）。

④——將輸入或傳輸?shù)綌?shù)控單元的加工程序，進行刀具路徑模擬、試運行等。

⑤——通過對機床的正確操作，運行程序，完成零件的加工。根據(jù)以上數(shù)控加工零件的生產(chǎn)過程和實際應(yīng)用中的經(jīng)驗，數(shù)控加工工藝設(shè)計主要包括下列內(nèi)容：

（1）選擇并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。

（2）零件圖樣的數(shù)控加工分析。

（3）數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計。

（4）數(shù)控加工工序設(shè)計。

（5）數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。3.2.3數(shù)控加工的發(fā)展前景

1.高速化

效率是先進制造技術(shù)的主體。高速加工技術(shù)可極大地提高效率，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此，日本先端技術(shù)研究會將高速化列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。

2.高精度

高精加工技術(shù)可極大地提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，提高市場競爭能力。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm；精密級加工中心則從3～5μm提高到1～1.5μm；而超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。

為了實現(xiàn)高速、高精度加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。

3.高效率

為了提高生產(chǎn)效率，研制出了高速加工中心，其進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前，世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分地替代了組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉(zhuǎn)速已達60000r/min，加工一薄壁飛機零件，只用30min即可，而同樣的零件在一般高速銑床上加工時需3h，在普通銑床上加工時需8h。德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達120000r/mm和1g。

4.高可靠性

在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。

5.智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化

智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。

6.新技術(shù)標準

數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準的，即采用G、M代碼描述如何加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程。顯然，它已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC），其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。

STEP－NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP－NC提出一種嶄新的制造理念。傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上，而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP－NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。目前，歐美國家非常重視STEP－NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP－NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機構(gòu)。美國的STEPTools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，它已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(SuperModel)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前，這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA－NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。

3.3數(shù)控加工工藝性分析

3.3.1零件圖分析

零件圖的分析應(yīng)從以下幾個方面進行。

(1）尺寸標注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點。在數(shù)控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的，因此，零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸，或盡量以同一基準引注尺寸。

(2）幾何要素的條件應(yīng)完整、準確。在程序編制中，編程人員必須充分掌握構(gòu)成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關(guān)系。因為在自動編程時，要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義，手工編程時要計算出每個節(jié)點的坐標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。另外，由于零件設(shè)計人員在設(shè)計過程中考慮不周或被忽略，常常會出現(xiàn)參數(shù)不全或不清楚的情況，如圓弧與直線、圓弧與圓弧是相切還是相交或相離。所以在審查與分析圖紙時，一定要仔細核算，發(fā)現(xiàn)問題時應(yīng)及時與設(shè)計人員聯(lián)系。

(3）定位基準應(yīng)可靠。

在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要，因此，往往需要設(shè)置一些輔助基準，或在毛坯上增加一些工藝凸臺。以如圖3－8(a)所示的零件為例，為增加定位的穩(wěn)定性，可在底面增加一工藝凸臺，如圖3－8(b)所示。這些輔助基準在完成定位加工后可除去。圖3－8工藝凸臺的應(yīng)用

(a)改進前的結(jié)構(gòu)；(b)改進后的結(jié)構(gòu)

(4）應(yīng)統(tǒng)一幾何類型及尺寸。

零件的外形、內(nèi)腔最好采用統(tǒng)一的幾何類型及尺寸，這樣可以減少換刀次數(shù)，還可能應(yīng)用控制程序或?qū)Ｓ贸绦蛞钥s短程序長度。零件的形狀盡可能對稱，便于利用數(shù)控機床的鏡向加工功能來編程，以節(jié)省編程時間。3.3.2零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析應(yīng)從以下幾個方面進行。

(1）零件的內(nèi)腔與外形應(yīng)盡量采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。尤其是加工面轉(zhuǎn)接處的凹圓弧半徑，一根軸上直徑差不大的各軸肩處的退刀槽寬度等最好統(tǒng)一尺寸。

(2）內(nèi)槽及緣板之間的轉(zhuǎn)接圓角半徑不應(yīng)過小。這是因為此處圓角半徑大小決定了刀的直徑，而刀具直徑的大小與被加工工件輪廓的高低影響著工件加工工藝性的好壞。

(3）銑削零件底平面時，槽底圓角半徑r不應(yīng)過大，圓角半徑r越大，銑刀端刃銑削平面的能力就越差，效益也越低。當r大到一定程度時，甚至必須用球頭銑刀加工，這是應(yīng)該盡量避免的。3.4數(shù)控加工內(nèi)容的選擇及數(shù)控機床的合理選用

3.4.1數(shù)控加工內(nèi)容的選擇

一般情況下，并非其全部加工內(nèi)容都采用數(shù)控加工，而經(jīng)常只是其中的一部分進行數(shù)控加工。選擇哪些內(nèi)容和工序進行數(shù)控加工，一般可按以下順序考慮：

(1)普通機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。

(2)普通機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容。

(3)普通機床加工效率低，工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚有加工能力的基礎(chǔ)上進行選擇。相比之下，下列一些加工內(nèi)容則不宜選擇為數(shù)控加工的內(nèi)容：

(1)需要用較長時間占機調(diào)整的加工內(nèi)容。

(2)加工余量極不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上又無法自動調(diào)整零件坐標位置的加工內(nèi)容。

(3)不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數(shù)控加工很不方便，效果不明顯時，可以安排普通機床補充加工。3.4.2數(shù)控機床的合理選用

1.生產(chǎn)上適用

生產(chǎn)上適用即應(yīng)保證加工零件的技術(shù)要求，能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。對于平面輪廓和二維輪廓的工件，采用2軸或3軸數(shù)控機床加工，對于復(fù)雜曲面的工件，可以選用3軸或5軸聯(lián)動數(shù)控機床。

(1)要保證對工藝的適用性要求。如典型零件的加工工藝中要求的設(shè)備選用如下：

軸類零件：銑端面打中心孔→數(shù)控車床（粗加工）→數(shù)控磨床（精加工）；

法蘭和盤類件：數(shù)控車床（粗加工）→車削中心（精加工）；

型腔模具零件：普通機床加工外形及基面→數(shù)控銑床加工型面→高速數(shù)控銑床(精加工)→拋光或電腐蝕型面；

板類零件：雙軸銑床或龍門銑床加工大平面→立式加工中心上加工各類孔；

箱體零件：立式加工中心上加工底面→臥式加工中心上加工四周面各工藝面。

(2)要保證加工工件的尺寸的適用性要求，選擇好數(shù)控機床的規(guī)格。

數(shù)控機床的最主要規(guī)格是幾個數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機功率。機床的三個基本直線坐標（X，Y，Z）行程反映該機床允許的加工空間，在車床中，兩個坐標（X，Z）反映允許回轉(zhuǎn)體的大小。一般情況下，加工工件的輪廓尺寸應(yīng)在機床的加工空間范圍之內(nèi)。例如，典型工件是450mm×450mm×450mm的箱體，那么應(yīng)選取工作臺面尺寸為500mm×500mm的加工中心。選用工作臺面比典型工件稍大一些是出于安裝夾具的考慮。機床工作臺面尺寸和三個直線坐標行程都有一定的比例關(guān)系，如上述工作臺（500mm×500mm）的機床，x軸行程一般為（700～800）mm，y軸為（500～700）mm，z軸為（500～600）mm左右。因此，工作臺面的大小基本上確定了加工空間的大小。個別情況下也允許工件尺寸大于坐標行程，這時必須要求零件上的加工區(qū)域處在行程范圍之內(nèi)，而且要考慮機床工作臺的允許承載能力，以及工件是否與機床交換刀具的空間干涉、與機床防護罩等附件發(fā)生干涉等系列問題。

(3)要保證工件的加工精度要求，選擇合適精度的數(shù)控機床。

典型零件的關(guān)鍵部位加工精度要求決定了選擇數(shù)控機床的精度等級。數(shù)控機床根據(jù)用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等，其能達到的精度也是各不一樣的。簡易型目前還用于一部分車床和銑床，其最小運動分辨率為0.01mm，運動精度和加工精度都在(0.03～0.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可達0.001mm以下。

2.技術(shù)上先進

在保證加工質(zhì)量和加工精度要求的前提下，機床的精度要與工件要求的精度一致，盡量選用技術(shù)先進的機床加工，以提高生產(chǎn)效率。

3.經(jīng)濟上合理

對于簡單零件，加工過程不復(fù)雜的可以選擇普通機床進行加工，沒有必要把數(shù)控機床降為普通機床使用，以降低成本。

目前，數(shù)控機床品種繁多，可供選擇的余地很大，在機型選擇中應(yīng)在滿足加工工藝要求的前提下越簡單越好。例如，車削中心和數(shù)控車床都可以加工軸類零件，但一臺滿足同樣加工規(guī)格的車削中心價格要比數(shù)控車床貴幾倍，如果沒有進一步工藝要求，選擇數(shù)控車床應(yīng)是合理的。在加工型腔模具零件中，同規(guī)格的數(shù)控銑床和加工中心都能滿足基本加工要求，但兩種機床價格相差20%～50%，所以在模具加工中要采用常更換刀具的工藝時可安排選用加工中心，而固定用一把刀具長時間銑削時可選用數(shù)控銑床。

3.5數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計

3.5.1定位基準的選擇

在制訂工藝規(guī)程時，定位基準選擇的正確與否，對能否保證零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及對零件各表面間的加工順序安排都有很大影響，當用夾具安裝工件時，定位基準的選擇還會影響到夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。因此，定位基準的選擇是一個很重要的工藝問題。

選擇定位基準時，是從保證工件加工精度要求出發(fā)的，因此，定位基準的選擇應(yīng)先選擇精基準，再選擇粗基準。

1.精基準的選擇原則

選擇精基準時，主要應(yīng)考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠。其選擇原則如下：

(1)基準重合原則。即選用設(shè)計基準作為定位基準，以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差。

(2)基準統(tǒng)一原則。即應(yīng)采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面。這樣做可以簡化工藝規(guī)程的制訂工作，減少夾具設(shè)計、制造的工作量和成本，縮短生產(chǎn)準備周期。由于減少了基準轉(zhuǎn)換，因此便于保證各加工表面的相互位置精度。例如加工軸類零件時，采用兩中心孔定位加工各外圓表面，就符合基準統(tǒng)一原則。箱體零件采用一面兩孔定位，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內(nèi)孔及一端面為定位基準，均屬于基準統(tǒng)一原則。

(3)自為基準原則。即某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準。浮動鏜刀鏜孔、珩磨孔、拉孔、無心磨外圓等都是自為基準的實例。

(4)互為基準原則。即當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，用兩個表面互相作為基準，反復(fù)進行加工，以保證位置精度要求。例如要保證精密齒輪的齒圈跳動精度，在齒面淬硬后，先以齒面定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨齒面，從而保證位置精度。再如車床主軸的前錐孔與主軸支承軸頸間有嚴格的同軸度要求，加工時就是先以軸頸外圓為定位基準加工錐孔，再以錐孔為定位基準加工外圓，如此反復(fù)多次，最終達到加工要求。這都是互為基準的典型實例。

(5)便于裝夾原則。即所選精基準應(yīng)保證工件安裝可靠，夾具設(shè)計簡單、操作方便。

2.粗基準的選擇原則

選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并應(yīng)特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時應(yīng)考慮下列原則：

(1)選擇重要表面為粗基準。為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，應(yīng)選擇該表面為粗基準。所謂重要表面，一般是指工件上加工精度以及表面質(zhì)量要求較高的表面，如床身的導(dǎo)軌面，車床主軸箱的主軸孔，都是各自的重要表面。因此，加工床身和主軸箱時，應(yīng)以導(dǎo)軌面或主軸孔為粗基準。

(2)選擇不加工表面為粗基準。為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應(yīng)選擇不加工面為粗基準。如果工件上有多個不加工面，則應(yīng)選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準，以便保證精度要求，使外形對稱等。

(3)選擇加工余量最小的表面為粗基準。在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，如果零件上每個表面都要加工，則應(yīng)選擇其中加工余量最小的表面為粗基準，以避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。

(4)選擇較為平整光潔、加工面積較大的表面為粗基準，以便工件定位可靠、夾緊方便。

(5)粗基準在同一尺寸方向上只能使用一次。因為粗基準本身都是未經(jīng)機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復(fù)使用將產(chǎn)生較大的誤差。

實際上，無論精基準還是粗基準的選擇，上述原則都不可能同時滿足，有時還是互相矛盾的。因此，在選擇時應(yīng)根據(jù)具體情況進行分析，權(quán)衡利弊，保證其主要的要求。3.5.2加工方法的選擇

加工方法的選擇，就是為零件上每一個有質(zhì)量要求的表面選擇一套合理的加工方法。在選擇時，一般先根據(jù)表面的精度和粗糙度要求選定最終加工方法，然后再確定精加工前準備工序的加工方法，即確定加工方案。由于獲得同一精度和粗糙度的加工方法往往有幾種，因此在選擇時除了考慮生產(chǎn)效率要求和經(jīng)濟效益外，還應(yīng)考慮下列因素：

(1)工件材料的性質(zhì)。例如，淬硬鋼零件的精加工要用磨削的方法；有色金屬零件的精加工應(yīng)采用精細車或精細鏜等加工方法，而不應(yīng)采用磨削。

(2)工件的結(jié)構(gòu)和尺寸。例如，對于IT7級精度的孔采用拉削、鉸削、鏜削和磨削等加工方法都可。但是箱體上的孔一般不用拉或磨，而常常采用鉸孔和鏜孔，直徑大于60mm的孔不宜采用鉆、擴、鉸。

(3)生產(chǎn)類型。選擇加工方法要與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。大批大量生產(chǎn)應(yīng)選用生產(chǎn)效率高和質(zhì)量穩(wěn)定的加工方法。例如，平面和孔采用拉削加工。單件小批生產(chǎn)則采用刨削、銑削平面和鉆、擴、鉸孔。又如為保證質(zhì)量可靠和穩(wěn)定，保證較高的成品率，在大批大量生產(chǎn)中采用珩磨和超精加工工藝加工較精密零件。

(4)具體生產(chǎn)條件。應(yīng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備和工藝手段，不斷引進新技術(shù)，對老設(shè)備進行技術(shù)改造，挖掘企業(yè)潛力，提高工藝水平。表3－6外圓表面加工方案表3－7孔加工方案3.5.3工序的劃分

根據(jù)數(shù)控加工的特點，加工工序的劃分一般可按下列方法進行：

（1）以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。有些零件雖然能在一次安裝后加工出很多待加工面，但程序太長會受到某些限制，如控制系統(tǒng)的限制（主要是內(nèi)存容量），機床連續(xù)工作時間的限制（如一道工序在一個班內(nèi)不能結(jié)束）等。此外，程序太長會增加出錯率，查錯與檢索困難。因此，程序不能太長，一道工序的內(nèi)容也不能太多。

（2）以加工部分劃分工序。對于加工內(nèi)容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點將加工部位分成幾個部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。（3）以粗、精加工劃分工序。對于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生較大的變形而需要進行校形，因此一般來說凡要進行粗、精加工的工件都要將工序分開。

綜上所述，在劃分工序時，一定要視零件的結(jié)構(gòu)與工藝性、機床的功能、零件數(shù)控加工內(nèi)容的多少、安裝次數(shù)及本單位生產(chǎn)組織狀況靈活掌握。某零件宜采用工序集中的原則還是采用工序分散的原則，也要根據(jù)實際需要和生產(chǎn)條件確定，要力求合理。3.5.4工序順序的安排

加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位安裝與夾緊的需要來考慮，重點是工件的剛性不被破壞。順序安排一般應(yīng)按下列原則進行：

（1）上道工序的加工不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。

（2）先進行內(nèi)型腔加工工序，后進行外型腔加工工序。

（3）在同一次安裝中進行的多道工序，應(yīng)先安排對工件剛性破壞小的工序。

（4）以相同定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序，最好連接進行，以減少重復(fù)定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動壓板次數(shù)。 3.6數(shù)控加工工序的設(shè)計

3.6.1走刀路線和工步順序的確定

走刀路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運動軌跡，它不但包括了工序的內(nèi)容，而且也反映了工序的順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一，因此，在確定走刀路線時最好畫一張工序簡圖，將已經(jīng)擬定出的走刀路線畫上去（包括進刀、退刀路線），這樣可為編程帶來不少方便。

工序順序是指同一道工序中，各個表面加工的先后次序。它對零件的加工質(zhì)量、加工效率和數(shù)控加工中的走刀路線有直接影響，應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點和工序的加工要求等合理安排。工序的劃分與安排一般可隨走刀路線來進行。在確定走刀路線時，主要遵循以下兩條原則。

(1)應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。

如圖3－9所示，當銑削平面零件外輪廓時，一般采用立銑刀側(cè)刃切削。刀具切入工件時，應(yīng)避免沿零件外廓的法向切入，而應(yīng)沿外廓曲線延長線的切向切入，以避免在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕而影響表面質(zhì)量，保證零件外廓曲線平滑過渡。同理，在切離工件時，也應(yīng)避免在工件的輪廓處直接退刀，而應(yīng)該沿零件輪廓延長線的切向逐漸切離工件。銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時，若內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應(yīng)沿切線方向切入切出。若內(nèi)輪廓曲線不允許外延，如圖3－10所示，則刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入切出，此時刀具的切入切出點應(yīng)盡量選在內(nèi)輪廓曲線兩幾何元素的交點處。當內(nèi)部幾何元素相切無交點時，為防止刀補取消時在輪廓拐角處留下凹口，刀具切入切出點應(yīng)遠離拐角。圖3－9銑削外輪廓圖3－10銑削內(nèi)輪廓圖3－11所示為圓弧插補方式銑削外整圓時的走刀路線圖。當整圓加工完畢時，不要在切點處直接退刀，而應(yīng)讓刀具沿切線方向多運動一段距離，以免取消刀補時，刀具與工件表面相碰，造成工件報廢。銑削內(nèi)圓弧時也要遵循從切向切入的原則，最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線，如圖3－12所示，這樣可以提高內(nèi)孔表面的加工精度和加工質(zhì)量。圖3－11銑削外整圓時的走刀路線圖圖3－12銑削內(nèi)整圓時的走刀路線圖對于孔位置精度要求較高的零件，在精鏜孔系時，鏜孔路線一定要注意各孔的定位方向一致，即采用單向趨近定位點的方法，以避免傳動系統(tǒng)反向間隙誤差或測量系統(tǒng)的誤差對定位精度的影響。

銑削曲面時，常用球頭刀采用行切法進行加工。所謂行切法，是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定的。對于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種走刀路線。如發(fā)動機大葉片，采用圖3－13左圖所示的加工方案時，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度。當采用圖3－13右圖所示的加工方案時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準確度較高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，因此邊界曲面可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。圖3－13行切法在圖3－14中，左圖和中圖分別為用行切法加工和環(huán)切法加工凹槽的走刀路線，而右圖是先用行切法，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。三種方案中，左圖方案的加工表面質(zhì)量最差，在周邊留有大量的殘余；中圖方案和右圖方案加工后能保證精度，但中圖方案采用環(huán)切的方案，走刀路線稍長，而且編程及計算的工作量大。圖3－14行切法與環(huán)切法此外，輪廓加工中應(yīng)避免進給停頓，因為加工過程中的切削力會使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生彈性變形并處于相對平衡狀態(tài)。進給停頓時，切削力突然減小會改變系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，刀具會在進給停頓處的零件輪廓上留下刻痕。

為提高工件表面的精度和減小粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以0.2～0.5mm為宜。精銑時宜采用順銑，以減小零件被加工表面粗糙度的值。

(2)應(yīng)使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率。

圖3－15所示是正確選擇鉆孔加工路線的例子。按照一般習(xí)慣，總是先加工均布于同一圓周上的8個孔，再加工另一圓周上的孔，如圖3－15左圖所示。但是對點位控制的數(shù)控機床而言，要求定位精度高，定位過程盡可能快，因此這類機床應(yīng)按空程最短來安排走刀路線，如圖3－15右圖所示，以節(jié)省時間。圖3－15走刀路線3.6.2工件的安裝與夾具的選擇

1.工件的安裝

工件的定位基準與夾緊方案的確定，應(yīng)遵循前面所述有關(guān)定位基準的選擇原則與工件夾緊的基本要求。此外，還應(yīng)該注意下列三點：

(1)力求設(shè)計基準、工藝基準與編程原點統(tǒng)一，以減少基準不重合誤差和數(shù)控編程中的計算工作量。

(2)設(shè)法減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次定位裝夾中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度，充分發(fā)揮數(shù)控機床的效率。

(3)避免采用占機人工調(diào)整方案，以免占機時間太多，影響加工效率。

2.夾具的選擇

數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協(xié)調(diào)零件與機床坐標系的尺寸。除此之外，重點考慮以下幾點：

(1)單件小批量生產(chǎn)時，優(yōu)先選用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間和節(jié)省生產(chǎn)費用。

(2)在成批生產(chǎn)時，才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。

(3)零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間，減少輔助時間。

(4)為滿足數(shù)控加工精度，要求夾具定位、夾緊精度高。

(5)夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞等)。3.6.3刀具的選擇

選擇刀具應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：適用、安全、經(jīng)濟。

適用是要求所選擇的刀具能達到加工的目的，完成材料的去除，并達到預(yù)定的加工精度。如粗加工時選擇有足夠大并有足夠的切削能力的刀具能快速去除材料；而在精加工時，為了能把結(jié)構(gòu)形狀全部加工出來，要使用較小的刀具，加工到每一個角落。再如，切削低硬度材料時，可以使用高速鋼刀具，而切削高硬度材料時，就必須要用硬質(zhì)合金刀具。安全指的是在有效去除材料的同時，不會產(chǎn)生刀具的碰撞、折斷等。要保證刀具及刀柄不會與工件相碰撞或者擠擦，造成刀具或工件的損壞。如加長的直徑很小的刀具切削硬質(zhì)的材料時，很容易折斷，選用時一定要慎重。

經(jīng)濟指的是能以最小的成本完成加工。在同樣可以完成加工的情形下，應(yīng)選擇相對綜合成本較低的方案，而不是選擇最便宜的刀具。刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高則可能使總體成本比使用普通刀具更低，產(chǎn)生更好的效益。如進行鋼材切削時，選用高速鋼刀具，其進給只能達到100mm/min，而采用同樣大小的硬質(zhì)合金刀具，進給可以達到500mm/min以上，可以大幅縮短加工時間，雖然刀具價格較高，但總體成本反而更低。通常情況下，優(yōu)先選擇經(jīng)濟性良好的可轉(zhuǎn)位刀具。3.6.4加工余量的確定

1.加工余量的概念

加工余量是指加工過程中所切去的金屬層厚度。余量有總加工余量和工序余量之分。由毛坯轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵倪^程中，在某加工表面上切除金屬層的總厚度，稱為該表面的總加工余量（亦稱毛坯余量）。一般情況下，總加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐漸切除的，故每道工序所切除的金屬層厚度稱為該工序加工余量（簡稱工序余量）。工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸與零件圖樣的設(shè)計尺寸之差。由于工序尺寸有公差，因此實際切除的余量大小不等。

圖3－16表示工序余量與工序尺寸的關(guān)系。由圖可知，工序余量的基本尺寸（簡稱基本余量或公稱余量）Z可按下式計算：

對于被包容面：Z=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸

對于包容面：Z=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸

為了便于加工，工序尺寸都按“入體原則”標注極限偏差，即被包容面的工序尺寸取上偏差為零；包容面的工序尺寸取下偏差為零；毛坯尺寸則按雙向布置上、下偏差。圖3－16工序余量與工序尺寸及其公差的關(guān)系

(a)被包容面；(b)包容面為了便于加工，工序尺寸都按“入體原則”標注極限偏差，即被包容面的工序尺寸取上偏差為零；包容面的工序尺寸取下偏差為零；毛坯尺寸則按雙向布置上、下偏差。

工序余量和工序尺寸及其公差的計算公式為Z=Zmin+Ta

Zmax=Z+Tb=Zmin+Ta+Tb

式中Zmin——最小工序余量；

Zmax——最大工序余量；

Ta——上工序尺寸的公差；

Tb——本工序尺寸的公差。由于毛坯尺寸、零件尺寸和各道工序的工序尺寸都存在誤差，因此無論是總加工余量，還是工序加工余量都是一個變動值，出現(xiàn)了最大和最小加工余量，它們與工序尺寸及其公差的關(guān)系可用圖3－17說明。圖3－17工序加工余量及其公差

2.影響最小加工余量的因素

在確定工序的具體內(nèi)容時，其工作之一就是合理地確定工序的加工余量。加工余量的大小對零件的加工質(zhì)量和制造的經(jīng)濟性均有較大的影響。加工余量過大，必然增加機械加工的勞動量，降低生產(chǎn)率；增加原材料、設(shè)備、工具及電力等的消耗。加工余量過小，又不能確保切除上工序形成的各種誤差和表面缺陷，影響零件的質(zhì)量，甚至產(chǎn)生廢品。工序加工余量（公稱值，以下同）除可用相鄰工序的工序尺寸表示外，還可以用另外一種方法表示，即：工序加工余量等于最小加工余量與前工序工序尺寸公差之和。因此，在討論影響加工余量的因素時，應(yīng)首先研究影響最小加工余量的因素。影響最小加工余量的因素較多，現(xiàn)將主要影響因素分單項介紹如下。

（1）前工序形成的表面粗糙度和缺陷層深度（Ra和Da）。為了使工件的加工質(zhì)量逐步提高，一般每道工序都應(yīng)切到待加工表面以下的正常金屬組織，將上道工序形成的表面粗糙度和缺陷層切掉。

（2）前工序形成的形狀誤差和位置誤差（Δx和Δw）。當形狀公差、位置公差和尺寸公差之間的關(guān)系是獨立的時，尺寸公差不控制形位公差。此時，最小加工余量應(yīng)保證將前工序形成的形狀和位置誤差切掉。以上影響因素中的誤差及缺陷，有時會重疊在一起，如圖3－18所示，圖中的Δx為平面度誤差、Δw為平行度誤差，但為了保證加工質(zhì)量，可對各項進行簡單疊加，以便徹底切除。

上述各項誤差和缺陷都是前工序形成的，為能將其全部切除，還要考慮本工序的裝夾誤差εb的影響。如圖3－19所示，由于三爪自定心卡盤定心不準，使工件軸線偏離主軸旋轉(zhuǎn)軸線e值，造成加工余量不均勻。為確保將前工序的各項誤差和缺陷全部切除，直徑上的余量應(yīng)增加2e。裝夾誤差εb的數(shù)量，可在求出定位誤差、夾緊誤差和夾具的定位誤差后求得。圖3－18影響最小加工余量的因素圖3－19裝夾誤差對加工余量的影響綜上所述，影響工序加工余量的因素可歸納為下列幾點：

①前工序的工序尺寸公差（Ta）；

②前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷層深度（Ra+Da）；

③前工序形成的形狀誤差和位置誤差（Δx、Δw）；

④本工序的裝夾誤差（εb）。

3.確定加工余量的方法

1）查表修正法

根據(jù)生產(chǎn)實踐和試驗研究，已將毛坯余量和各種工序的工序余量數(shù)據(jù)列于手冊，確定加工余量時，可從手冊中獲得所需數(shù)據(jù)，然后結(jié)合工廠的實際情況進行修正。查表時應(yīng)注意表中的數(shù)據(jù)為公稱值，對稱表面（軸孔等）的加工余量是雙邊余量，非對稱表面的加工余量是單邊的。這種方法目前應(yīng)用最廣。

2）經(jīng)驗估計法

此法是根據(jù)實踐經(jīng)驗確定加工余量。為防止加工余量不足而產(chǎn)生廢品，往往估計的數(shù)值總是偏大，因而這種方法只適用于單件、小批生產(chǎn)。

3）分析計算法

此法是根據(jù)加工余量計算公式和一定的試驗資料，通過計算確定加工余量的一種方法。采用這種方法確定的加工余量比較經(jīng)濟合理，但必須有比較全面可靠的試驗資料及先進的計算手段方可進行，故目前應(yīng)用較少。

在確定加工余量時，總加工余量和工序加工余量要分別確定?？偧庸び嗔康拇笮∨c選擇的毛坯制造精度有關(guān)。用查表法確定工序加工余量時，粗加工工序的加工余量不應(yīng)查表確定，而應(yīng)用總加工余量減去各工序余量求得，同時要對求得的粗加工工序余量進行分析。如果過小，要增加總加工余量；過大，應(yīng)適當減少總加工余量，以免造成浪費。3.6.5切削用量的選擇

合理選擇切削用量對于發(fā)揮數(shù)控機床的最佳效益有著至關(guān)重要的關(guān)系。選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)效率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、刀具說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。

1.切削深度ap

切削深度也稱背吃刀量，在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap等于加工余量，這是提高生產(chǎn)效率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留一定的余量進行精加工。

2.切削寬度bD

在編程中，切削寬度稱為步距，一般切削寬度bD與刀具直徑D成正比，與切削深度成反比。在粗加工中，步距取得大有利于提高加工效率。在使用平底刀進行切削時，一般bD的取值范圍為（0.6～0.9）D。而使用圓鼻刀進行加工時，刀具直徑應(yīng)扣除刀尖的圓角部分，即d=D-2r（D為刀具直徑，r為刀尖圓角半徑），而bD可以取為（0.8～0.9）d。在使用球頭刀進行精加工時，步距的確定應(yīng)首先考慮所能達到的精度和表面粗糙度。

3.切削線速度vc

切削線速度也稱單齒切削量，單位為m/min。提高vc值也是提高生產(chǎn)效率的一個有效措施，但vc與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故vc的選擇主要取決于刀具耐用度。一般好的刀具供應(yīng)商都會在其手冊或者刀具說明書中提供刀具的切削速度推薦參數(shù)。另外，切削速度vc值還要根據(jù)工件的材料硬度來作適當?shù)恼{(diào)整。例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，vc可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，vc可選200m/min以上。

4.主軸轉(zhuǎn)速n

主軸轉(zhuǎn)速的單位是r/min，一般根據(jù)切削速度vc來選定。計算公式為

5．進給速度Vf

進給速度是指機床工作臺在作插位時的進給速度，Vf的單位為mm/min。Vf應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。Vf的增加也可以提高生產(chǎn)效率，但是刀具的耐用度也會降低。加工表面粗糙度要求低時，Vf可選擇得大些。進給速度可以按下面公式進行計算：其中：Vf表示工作臺進給量，單位為mm/min；n表示主軸轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分；z表示刀具齒數(shù)，單位為齒；fz表示進給量，單位為mm/齒；fz值由刀具供應(yīng)商提供。在數(shù)控編程中，還應(yīng)考慮在不同情形下選擇不同的進給速度。如在初始切削進刀時，特別是Z軸下刀時，因為進行端銑，受力較大，同時考慮程序的安全性問題，所以應(yīng)以相對較慢的速度進給。

另外，在Z軸方向的進給由高往低走時，產(chǎn)生端切削，可以設(shè)置不同的進給速度。在切削過程中，有的平面?zhèn)认蜻M刀，可能產(chǎn)生全刀切削，即刀具的周邊都要切削，切削條件相對較惡劣，可以設(shè)置較低的進給速度。

在加工過程中，vf也可通過機床控制面板上的修調(diào)開關(guān)進行人工調(diào)整，但是最大進給速度要受到設(shè)備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。在實際的加工過程中，可能對各個切削用量參數(shù)進行調(diào)整，如使用較高的進給速度進行加工，雖然刀具的壽命有所降低，但節(jié)省了加工時間，反而能有更好的效益。

對于加工中不斷產(chǎn)生的變化，數(shù)控加工中的切削用量選擇在很大程度上依賴于編程人員的經(jīng)驗，因此，編程人員必須熟悉刀具的使用和切削用量的確定原則，不斷積累經(jīng)驗，從而保證零件的加工質(zhì)量和效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)水平。 3.7對刀點與換刀點的確定

在加工時，工件可以在機床加工尺寸范圍內(nèi)任意安裝，要正確執(zhí)行加工程序，必須確定工件在機床坐標系的確切位置。對刀點是工件在機床上定位裝夾后，設(shè)置在工件坐標系中，用于確定工件坐標系與機床坐標系空間位置關(guān)系的參考點。選擇對刀點時要考慮到找正容易，編程方便，對刀誤差小，加工時檢查方便，可靠。

對刀點的設(shè)置沒有嚴格規(guī)定，可以設(shè)置在工件上，也可以設(shè)置在夾具上，但在編程坐標系中必須有確定的位置，如圖3－20所示的X1和Y1。對刀點既可以與編程原點重合，也可以不重合，主要取決于加工精度和對刀的方便性。當對刀點與編程原點重合時，X1=0，Y1=0。

圖3－20編程坐標系對刀點要盡可能選擇在零件的設(shè)計基準或者工藝基準上，這樣就能保證零件的精度要求了。例如，零件上孔的中心點或兩條相互垂直的輪廓邊的交點可以作為對刀點。有時零件上沒有合適的部位，可以加工出工藝孔來對刀。

確定對刀點在機床坐標系中的位置的操作稱為對刀。對刀是數(shù)控機床操作中非常關(guān)鍵的一項工作，對刀的準確程度將直接影響零件加工的位置精度。生產(chǎn)中常用的對刀工具有百分表、中心規(guī)和尋邊器等。對刀操作一定要仔細，對刀方法一定要與零件的加工精度相適應(yīng)。無論采用哪種工具，都是使數(shù)控機床主軸中心與對刀點重合，確定工件坐標系在機床坐標系中的位置。此處有兩個高度的概念，一是起止高度，一是安全高度。

起止高度指進退刀的初始高度。在程序開始時，刀具將先到這一高度，同時在程序結(jié)束后，刀具也將退回到