第2章???? 数控加工工艺基础2-1 数控加工工艺设计内容2-2 数控车削加工工艺基础2-3 数控铣削加工工艺基础 2-1 数控加工工
艺设计内容数控加工工艺设计的主要内容有：数控加工的工艺性分析;数控加工工艺路线设计;数控工艺工序设计;数控加工专用技术文件的编写。
一、数控加工的工艺性分析1、选择数控加工内容2、零件图工艺性分析（一）选择数控加工内容当选择并决定某个零件进行数控加工时，并不等
于要把它所有的加工内容都包下来，而可能只是其中某一部分进行数控加工。必须在对零件图进行仔细的工艺分析的基础上，合理选择需要进行数控
加工的内容。零件图的分析零件图的分析主要分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床
上加工，或适合在哪种类型的数控机床上加工。只有那些属于批量小、形状复杂、精度要求高及生产周期要求短的零件，才最适合数控加工。（二）
零件图工艺性分析在选择和确定数控加工内容的过程中，程编人员应该根据所掌握的数控加工的基本特点以及所用数控机床的功能和实际工作经验，
对零件图作数控加工工艺性分析。零件图工艺性分析内容 结构工艺性分析 轮廓几何要素分析 尺寸标注方法分析 定位基准
的可靠性分析 精度及技术要求分析二、数控加工工艺路线设计零件的数控加工工艺过程是对几道数控加工工序的内容和顺序的概括，而不是指
毛坯到成品的整个工艺过程。而数控加工工序一般均穿插在零件加工的整个工艺过程中，因此，在数控工艺路线设计中，要考虑与整个工艺过程的协
调吻合。数控工艺路线设计主要内容数控工艺路线是下一步工序设计的基础，其设计的质量会直接影响零件的加工质量与生产效率。工艺路线设计的
主要内容为： 1、工序划分 2、工序顺序的安排1、工序划分根据数控加工的特点，数控加工工序的主要划分方法如下：（1）以一次安装
、加工作为一道工序（2）同一把刀具加工的内容作为一道工序（3）以加工部位划分工序（4）粗、精加工划分工序2、工序顺序的安排工序顺序
的安排应根据零件的结构和毛坯状况、定位和夹紧的需要来考虑，重点是保证定位夹紧工件的刚性和有利于保证精度。工序顺序的一般原则：（1）
要注意工序间的衔接，上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插普通机床加工工序的也要综合考虑。 （2）先进行内形、内腔
的加工工序，后进行外形加工工序；（3）以相同定位、夹紧方式，或用同一把刀具加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位次数、换刀次数与
挪动压紧元件次数； （4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对刚性破坏较小的工序。三、数控加工工序设计当数控加工工艺路线设计
完成后，各道数控加工工序的内容已经基本确定，接下来便可以着手数控加工工序设计。 数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内
容、加工用量、工艺装备、定位夹紧方式以及刀具的运动轨迹都具体确定下来，为编制加工程序作好准备。数控加工工序设计内容1、走刀路线的确
定2、零件装夹及夹具选择3、对刀点和换刀点的确定4、刀具选择5、切削用量选择1、走刀路线的确定走刀路线是刀具在整个加工工序中的运动
轨迹，即刀具从对刀点（或机床原点）开始运动，直至返回该点并结束程序所经过的路径，它不但反映了工步的内容，也反映出工步的顺序。工步的
划分与安排一般随走刀路线来进行。 走刀路线确定要点： （1） 在保证加工质量的前提下，应寻求最短走刀路线，以减少整个加工过程中
的空行程时间，提高加工效率。 （2）保证零件轮廓表面粗糙度要求，当零件的加工余量较大时，可采用多次进给逐渐切削的方法，最后留少量的
精加工余量（一般0.2~0.5mm），安排在最后一次走刀连续加工出来。 （3）刀具的进退刀应沿切线方向切入和切出，并且在轮廓切削
过程中要避免停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使在零件轮廓上留下刀具的刻痕。2、零件装夹及夹具选择在数控加工中，既要保证
加工质量，又要减少辅助时间，提高加工效率。因此，应选用能准确和迅速定位并夹紧零件的装夹方案和夹具。零件安装原则在安装工件前，一般要
考虑以下两个原则：尽量减少装夹次数，力争做到在一次装夹后能加工出全部待加工表面，以充分发挥数控机床的效能。定位基准要预先加工完毕。
当有些零件需要二次装夹时，要尽可能利用同一基准面来加工另一些待加工表面，以减少加工误差。数控加工对夹具的要求数控加工对夹具的要求主
要有两点：一是要保证夹具本身在机床上安装准确；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。夹具选择要点（1）夹具结构力求简单。（2）装卸
零件要快速方便，以减少数控机床停机时间。 （3）要使加工部位开敞，夹具机构上的各部件不得妨碍加工中的走刀。 （4）夹具在机床上
安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 （5）夹具要有足够的刚度和强度，以保证零件的加工精度。 数控车床夹具类型①轴类零
件夹具 主要有三爪拨动卡盘、自动夹紧拨动卡盘、复合卡盘和快速可调万能卡盘等。②盘类零件夹具 主要有带可调卡爪的卡盘、液压驱动卡
盘、快速可调卡盘等进行装夹数控铣床夹具类型数控铣床可以加工形状复杂的零件，但是在数控铣床上工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具
往往并不很复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以将工件装夹在工作台上。箱体零件在工作台上安装，通常用一个导向面、两个支承面的三面
安装法或采用一个平面和两个销孔的安装方法，如加工箱体零件用万能拼合夹具、压板压紧等对刀对刀是数控机床操作者在开始对工件进行数控切削
加工前所作的首要工作。所谓对刀，是指将刀具移向对刀点，并使刀具的刀位点和对刀点重合的操作。刀位点车刀、镗刀的刀位点是指刀尖或刀尖圆
弧中心；立铣刀的刀位点是指刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球心；钻头的刀位点是钻尖。对刀点的确定所谓对刀点，是指在数控
加工时刀具相对于工件运动的起点，也是程序的起点。编制程序时，应首先确定对刀点的位置。选择对刀点具体的原则有：（1）应尽量选在零件的
设计基准或工艺基准上（2）应尽量选择在机床上找正容易、加工过程中便于检查的位置上。（3）为便于坐标值的计算，最好选在坐标系的原点上
，或选在已知坐标值的点上。换刀点的确定加工中心、数控车床等多刀加工的机床，常需要在加工过程中间自动换刀，故编程时还要设置换刀点。为
防止换刀时碰伤工件或夹具，换刀点常常设置在被加工零件外面，并要有一定的安全量。4、刀具选择数控机床所使用的刀具与普通机床所用的刀具
相比，在刀具的类型、材料、刀刃结构与参数及切削方式等方面均无多大差别。但是，为适应数控加工中的高速强力切削的要求，对刀具的刚性和耐
用度要求较普通加工严格。5、切削用量选择数控加工的切削用量主要包括背吃刀量、主轴转速或切削速度（用于恒线速度切削）、进给速度或进给
量等。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序中。切削用量的选择原则和方法切削用量的选择原则与普通机床加工相同：粗加
工时，一般以提高生产率为主，但也要考虑经济性和加工成本。半精加工和精加工时，应在保证质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。具体数据应根据数控机床使用说明书和机械
加工工艺手册、金属切削手册等资料，结合实际加工经验来确定。四、数控加工专用技术文件的编写编写数控加工专用文件是数控加工工艺设计的重
要内容之一。目前，数控加工专用技术文件还没有做到标准化和规范化，只是各部门和企业的局部统一。下面介绍几种数控加工专用技术文件，供读
者参考。数控加工专用技术文件类型数控加工工序卡数控加工程序说明卡 数控加工走刀路线图 2-2 数控车削加工工艺基础数控车削是数控加
工中用得最多的加工方法之一。数控车床加工工序设计是整个工艺设计的关键，其主要内容有：确定加工顺序和走刀路线，选择夹具、刀具及切削用
量等。 一、加工顺序的确定 先粗后精原则 先远后近原则 二、走刀路线的确定最短空行程路线 大余量毛坯的阶梯切削路线 三、夹具的选择
用于轴类零件的夹具 用于盘类零件的夹具 四、刀具的选择由于工件的材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同，车刀的种类
也异常繁多。根据与刀体的联结固定方式的不同，车刀主要可分为：焊接式车刀 机夹可转位车刀 焊接式车刀将硬质合金刀片用焊接的方法固定在
刀体上称为焊接式刀具。 根据工件加工表面以及用途的不同，焊接式车刀又分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成型车刀
等 机械夹固式可转位车刀简称机夹可转位车刀。如图2-7所示，机夹可转位车刀由刀杆1、刀片2、刀垫3以及夹紧元件4组成。刀片每边都有
切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可以继续使用。 五、切削用量的选择背吃刀量αp的确定 进给速度υ
f的确定 主轴转速的确定 背吃刀量αp的确定在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件
精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留的余量少，常取0.1～0.5mm。 进给速度υf的确定进
给速度υf的选取应该与背吃刀量与主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000mm/min以下）。在
切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。有些数控机床规定可以选
用进给量f（单位为mm/r）表示进给速度。但是，一般情况下，应该把进给量换算成进给速度，公式是υf=nf，式中n为主轴转速，单位为
r/min。 光车时主轴转速光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定
。切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。
切削速度确定之后，用公式n = 1000υc/πd计算主轴转速。式中，d—切削刃选定处所对应的工件或刀具的回转直径，单位为mm；n
---主轴转速，单位为r/min。表2-3为硬质合金外圆车刀切削速度的参考值。车螺纹时主轴转速在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺
纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的升降频特性以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。
大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速为：n≤1200/P-k （式中k为保险系数，一般取为80）。2-3 数控铣削加工工艺
基础 数控铣削加工是最常用和最主要的数控加工方法，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件外，还能铣削普通铣床不能加工的各种平面轮廓
和曲体轮廓，如凸轮、模具、叶片等。 一、走刀路线的确定数控铣削加工中走刀路线对零件加工精度和表面质量有直接的影响。因此，确定好走刀
路线是保证铣削加工精度和表面质量的工艺措施之一。进给路线的确定与工件表面状态，要求的零件表面质量、机床进给机构间隙、刀具耐用度以及
零件轮廓形状等有关。。 顺铣和逆铣铣削有顺铣和逆铣两种方式。因为顺铣加工后零件表面质量好，刀齿磨损小，所以当工件表面无硬皮以及机床
进给机构无间隙时，应选用顺铣。尤其是零件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应尽量选用顺铣。当工件表面有硬顺铣和逆铣皮以及机床进给
机构有间隙时，应采用逆铣。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。铣削外轮廓的走刀路线
当铣削平面零件的外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入或切出零件时，应沿外轮廓曲线延长线的切向逐渐切入或切出工件，而不是沿零件
外轮廓的法向切入和切出，从而避免在切入和切出处产生刀具的切痕，保证零件曲线的平滑过渡。 铣削内轮廓的走刀路线铣削内圆轮廓表面时，为
避免刀具沿内圆轮廓的法向切入和切出，通常使用一个切入和切出的过渡圆弧。在铣削封闭内轮廓时，因轮廓曲线无法外延，刀具只能沿轮廓曲线的
法向切入和切出。这时，铣刀应自零件轮廓上的同一点，沿法向切入和切出。此时，刀具切入切出点应尽量选择在零件轮廓曲线上两几何元素的交点
处。 铣削内槽的走刀路线所谓内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹槽，需要用平底的立铣刀加工。具体方法有：（1）行切法，可使走刀路线较短
，但每两次进给之间会有残留，影响表面粗糙度。（2）环切法，可获得较好的表面粗糙度，但是走刀路线较长，刀位点计算也稍复杂。（3）行切
法和环切法的综合应用，即先用行切法切掉中间部分，最后用环切法沿内槽轮廓切一周，既使总的走刀路线较短，又能获得较好的表面粗糙度。 二
、铣削刀具的选择在数控机床上常用的铣刀有：面铣刀、立铣刀、模具铣刀 、键槽铣刀 、鼓形铣刀 、成形铣刀 三、切削用量的选择铣削加工
的切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次选择
进给速度，最后确定切削速度。 背吃刀量αp或侧吃刀量αe背吃刀量αp为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，αp为切
削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量αe为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，αe为被加工表面宽度；而圆周铣削时，αe为切削层深度。 进给速度υf进给速度υf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位是mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数z以及每齿进给量fz（单位为mm/z）的关系是：υf=fzzn 。铣削的切削速度υc铣削的切削速度υc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fz、αp、αe和Z增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。刀具耐用度的提高使允许使用的切削速度降低。但是加大铣刀直径则可改善散热条件，因而可以提高切削速度。 |
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