《機床數(shù)控技術(shù) 第2版》課件 第1、2章 緒論、數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

第1章

緒

論

數(shù)控機床是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床各移動部件相對運動進(jìn)行控制的機床，它是典型的機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術(shù)的高速發(fā)展，加速了數(shù)控機床的發(fā)展。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高復(fù)合化、高智能化和高可靠性等方向發(fā)展，同時其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。1.1概

述

1.1.1

數(shù)控機床的定義

數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床。即將機床的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算以及處理，發(fā)出相應(yīng)的動作指令，自動地控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出所需要的工件。1.1.2

數(shù)控機床的組成及加工零件的工作過程1.

數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床主要由程序介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床主體四部分組成，如圖所示。1）程序介質(zhì)

程序介質(zhì)用于記載機床加工零件的全部信息。如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)、切削速度等。常用的程序介質(zhì)有穿孔帶（如圖所示）、磁帶、磁盤和U盤等。2）數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是控制機床運動的中樞系統(tǒng)，它的基本任務(wù)是接收程序介質(zhì)帶來的信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補運算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接受的指令信號，然后將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制的伺服系統(tǒng)。3）伺服系統(tǒng)

由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。它的基本作用是接收數(shù)控裝置發(fā)來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量，以完成零件的自動加工。如圖為西門子802D數(shù)控系統(tǒng)。4）機床主體

機床主體也稱主機，包括機床的主運動部件、進(jìn)給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(刀架)、導(dǎo)軌等。圖為數(shù)控車床主體結(jié)構(gòu)。2.數(shù)控機床加工零件的工作過程

在數(shù)控機床上加工零件時，要事先根據(jù)零件加工圖紙的要求確定零件加工路線、工藝參數(shù)和刀具數(shù)據(jù)，再按數(shù)控機床編程手冊的有關(guān)規(guī)定編寫零件數(shù)控加工程序，然后通過輸入裝置將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置經(jīng)過處理與計算后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，通過伺服系統(tǒng)使機床按預(yù)定的軌跡運動，從而進(jìn)行零件的切削加工。數(shù)控機床加工零件的工作過程如圖所示。1）程序編制

首先根據(jù)圖紙，對工件的形狀、尺寸、位置關(guān)系、技術(shù)要求等進(jìn)行工藝分析，然后確定合理的加工方案、加工路線、裝夾方式、刀具及切削參數(shù)和圖形輪廓的坐標(biāo)值計算（數(shù)學(xué)處理）等。2）程序輸入

數(shù)控加工程序通過輸入裝置輸入到數(shù)控裝置。3）數(shù)據(jù)處理

數(shù)控裝置首先對輸入的程序進(jìn)行譯碼，同時還完成對程序段的語法檢查，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4）插補運算

數(shù)控加工程序提供了刀具運動的起點、終點和運動軌跡，而刀具從起點沿直線或圓弧運動軌跡走向終點的過程則要通過數(shù)控系統(tǒng)的插補軟件來控制。5）伺服控制與零件加工

伺服系統(tǒng)接受插補運算后的脈沖指令信號或插補周期內(nèi)的位置增量信號，經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電機，帶動機床的執(zhí)行部件運動，從而將毛坯加工出零件。1.1.3

數(shù)控機床的特點

數(shù)控機床是一種高效的自動化機床，具有廣泛的應(yīng)用前景。它與普通機床相比具有以下特點：

1）精度高、質(zhì)量穩(wěn)定2）適應(yīng)性強3）生產(chǎn)率高4）勞動條件好5）便于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理6）使用與維護(hù)要求高1.1.4

數(shù)控機床的主要技術(shù)參數(shù)1.

主要規(guī)格尺寸

數(shù)控車床的主要規(guī)格尺寸有床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑、加工最大工件長度、最大車削直徑等。2.

主軸系統(tǒng)

數(shù)控機床主軸采用直流或交流電動機驅(qū)動，具有較寬的調(diào)速范圍和較高的回轉(zhuǎn)精度，主軸本身的剛度與抗振性比較好。3.進(jìn)給系統(tǒng)

進(jìn)給系統(tǒng)有進(jìn)給速度范圍、脈沖當(dāng)量、定位精度和重復(fù)定位精度等主要技術(shù)參數(shù)。4.刀具系統(tǒng)

數(shù)控車床刀具系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)有刀架工位數(shù)、換刀時間、重復(fù)定位精度等。

1.2數(shù)控機床的分類

1.2.1按機械運動軌跡分類1.點位控制數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的特點是要求保證點與點之間的準(zhǔn)確定位。它只能控制行程的終點坐標(biāo)值，對于兩點之間的運動軌跡不作嚴(yán)格要求。對于點位控制的孔加工機床只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)，在刀具運動過程中，不進(jìn)行切削加工,如圖所示。2.直線控制數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的特點是不僅要控制行程的終點坐標(biāo)值，還要保證在兩點之間機床的刀具走的是沿平行于坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45°角方向的一條直線，而且在走直線的過程中往往要進(jìn)行切削,如圖所示。3.輪廓控制數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的特點是不僅要控制行程的終點坐標(biāo)值，還要保證兩點之間的軌跡要按一定的曲線進(jìn)行。這種系統(tǒng)必須控制兩個或兩個以上坐標(biāo)軸能夠同時運動,如圖所示。1.2.2按伺服系統(tǒng)類型分類1.

開環(huán)控制數(shù)控機床沒有位移檢測反饋裝置的數(shù)控機床稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令直接通過驅(qū)動裝置控制步進(jìn)電機的運轉(zhuǎn)，然后通過機械傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成刀架或工作臺的位移,如圖所示。2.

閉環(huán)控制數(shù)控機床

閉環(huán)控制數(shù)控機床帶有位置檢測裝置，而且檢測裝置安裝在機床刀架或工作臺等執(zhí)行件上，用以隨時檢測這些執(zhí)行部件的實際位置。指令位置值與反饋的實際位置值相比較，根據(jù)差值控制電機的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行誤差修正，直到位置誤差消除為止,如圖所示。3.

半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床也帶有位置檢測裝置，它的檢測裝置安裝在伺服電機上或絲杠的端部，通過檢測伺服電機或絲杠的角位移間接計算出機床工作臺等執(zhí)行部件的實際位置值，然后與指令位置值進(jìn)行比較，進(jìn)行差值控制。如圖所示。1.2.3

按系統(tǒng)功能水平分類

按照數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分，數(shù)控機床可以分為經(jīng)濟型、中擋型和高檔型三種類型。1.經(jīng)濟型數(shù)控機床

這類機床的伺服進(jìn)給驅(qū)動一般是由步進(jìn)電機實現(xiàn)的開環(huán)驅(qū)動，功能比較簡單、價格比較低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、圓弧及螺紋加工。2.

中檔型數(shù)控機床

中檔型數(shù)控機床也稱標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機床，采用交流或直流伺服電機實現(xiàn)半閉環(huán)驅(qū)動，能實現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制，脈沖當(dāng)量為1

m，進(jìn)給速度為15~24m／min，一般采用16位或32位處理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和內(nèi)裝PLC，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。3.高檔型數(shù)控機床

高檔型數(shù)控機床指加工復(fù)雜形狀的多軸聯(lián)動的數(shù)控機床，其功能強、工序集中、自動化程度高。1.2.4

按加工工藝方法分類1.

金屬切削類數(shù)控機床

金屬切削數(shù)控機床和普通機床品種一樣，有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、帶有刀庫和能實現(xiàn)多工序加工的鏜銑加工中心和車削中心等。2.金屬成形類數(shù)控機床

金屬成形數(shù)控機床指使用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機床，如數(shù)控壓力機、折彎機、旋壓機、彎管機等。3.

特種加工類數(shù)控機床

特種加工數(shù)控機床主要指數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花成形機、數(shù)控激光切割機、數(shù)控水刀切割機等。1.3數(shù)控機床的發(fā)展歷程與趨勢

1.3.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程

1948年美國帕森斯公司（ParsonsCo）在研制加工直升機葉片輪廓檢查用樣板的機床時，提出了數(shù)控機床的設(shè)想，后來得到美國空軍的支持，并與美國麻省理工學(xué)院（MIT）合作，于1952年研制出第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床，如圖所示。1954年底，美國本迪克斯公司（BendixCo）在帕森斯專利的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床。1959年晶體管出現(xiàn)，電子計算機應(yīng)用晶體管元件和印刷電路板，從而使數(shù)控系統(tǒng)跨入了第二代。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都屬于硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱為NC）。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，小型計算機應(yīng)用于數(shù)控機床中，由此組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控（CNC），數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。20世紀(jì)70年代初，微處理機出現(xiàn)，以微處理機為核心的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC，通稱為CNC）。自此，開始了數(shù)控機床大發(fā)展的時代。進(jìn)入80年代，微處理機升檔更加迅速，極大地促進(jìn)了數(shù)控機床向柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）方向發(fā)展。并奠定了向規(guī)模更大、層次更高的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末期，又出現(xiàn)了以提高綜合效益為目的，以人為主體，以計算機技術(shù)為支柱，綜合應(yīng)用信息、材料、能源、環(huán)境等高新技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，研究并改造傳統(tǒng)制造過程作用于產(chǎn)品整個生命周期的所有適用技術(shù)—通稱為先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufactuingTechnology，AMT)。我國從1958年開始研制數(shù)控機床，從采用電子管著手，到20世紀(jì)60年代曾研究出部分樣機，1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并在1968年由北京第一機床廠研制出第一臺數(shù)控銑床，如圖所示。到20世紀(jì)70年代初又研究出數(shù)控線切割機床、數(shù)控車床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和加工中心等。20世紀(jì)80年代初隨著改革開放政策的實施，我國從國外引進(jìn)技術(shù)，開始了批量生產(chǎn)微處理機數(shù)控系統(tǒng)，推動了我國數(shù)控機床新的發(fā)展高潮，我國開發(fā)了加工中心、數(shù)控車床，數(shù)控銑床、數(shù)控鉆鏜床、數(shù)控磨床等。20世紀(jì)80年代末期，我國還在一定范圍內(nèi)探索實施CIMS，且取得了一些有益的經(jīng)驗和教益。20世紀(jì)90年代我國還加強了自主知識產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)的研制工作，而且取得一定的成效。1.3.2

數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也得到了長足進(jìn)步。目前數(shù)控機床的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1．高速化

2．高精度化3．多功能化

4．加工功能復(fù)合化5．結(jié)構(gòu)新型化

6．編程技術(shù)自動化7．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的智能化

8．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的開放性9．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的高可靠性10．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化1.4小

結(jié)

數(shù)控機床涉及的內(nèi)容和知識比較多，本章僅對數(shù)控機床的基本概念、分類及其發(fā)展與發(fā)展趨勢做了概述。(1)

數(shù)控機床的基本概念

介紹了數(shù)控機床的概念、組成及加工零件的過程、特點和主要技術(shù)參數(shù)等。(2)數(shù)控機床的分類

按機械運動軌跡、伺服系統(tǒng)的類型、功能水平及加工方式四方面對數(shù)控機床進(jìn)行了分類。(3)

數(shù)控機床的發(fā)展與發(fā)展趨勢介紹了數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展和發(fā)展趨勢。第2章數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

數(shù)控機床是嚴(yán)格按照從外部輸入的程序來自動地對被加工工件進(jìn)行加工的。理想的數(shù)控程序不僅應(yīng)該保證能加工出符合圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機床的功能得到合理的應(yīng)用與充分地發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全、可靠、高效的工作。數(shù)控加工工藝分析和零件圖形的數(shù)學(xué)處理(又稱數(shù)值計算)是數(shù)控編程前的主要準(zhǔn)備工作，無論對于手工編程還是自動編程都是必不可少的。2.1數(shù)控加工工藝分析

2.1.1

數(shù)控加工工藝的特點與內(nèi)容1．?dāng)?shù)控加工工藝的特點（1）工序內(nèi)容具體。在普通機床上加工零件時，工序卡片的內(nèi)容比較簡單。（2）工序內(nèi)容復(fù)雜。由于數(shù)控機床的運行成本和對操作人員的要求相對較高，在安排零件數(shù)控加工時，一般應(yīng)首先考慮使用普通機床加工困難、使用數(shù)控加工能明顯提高效率和提高質(zhì)量的復(fù)雜零件。2．?dāng)?shù)控加工工藝的主要內(nèi)容

根據(jù)實際應(yīng)用需要，數(shù)控加工工藝分析主要考慮以下內(nèi)容：（1）分析零件圖紙，明確加工內(nèi)容、精度及技術(shù)要求；（2）制定工藝過程，確定加工方案。（3）設(shè)計工序內(nèi)容，如工步的劃分、工件的定位與夾緊、刀具的選擇、切削用量的確定等。（4）圖形的數(shù)學(xué)處理及加工路線的確定等。如基點、節(jié)點計算；對刀點、換刀點的選擇；加工路線確定等。（5）編制工藝文件。包括工藝過程卡、工序卡、刀具卡、加工路線圖等。2.1.2數(shù)控加工工藝性分析1.零件圖的尺寸標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的原則(1)零件圖上的尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點。(2)構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分。2.零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(1)零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。(2)內(nèi)腔和外形凹槽轉(zhuǎn)接圓弧半徑R不應(yīng)過小。(3)內(nèi)腔槽底圓角半徑r不應(yīng)過大。(4)應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。2.1.3加工方法與加工方案的確定1.加工方法的選擇

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法很多，在實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。2.加工方案的確定

零件上比較精確表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確的確定從毛坯到最終成形的加工方案。2.1.4工序與工步的劃分1.工序的劃分

首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺數(shù)控機床上完成整個零件的加工工作，若不能則應(yīng)決定其中哪一部分在數(shù)控機床上加工，哪一部分在其他機床上加工，即對零件的加工工序進(jìn)行劃分。一般有以下幾種方式。(1)按零件裝卡定位方式劃分工序。(2)按粗、精加工分開方式劃分工序。(3)按所用刀具集中方式劃分工序。2.工步的劃分

工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。下面說明工步劃分的原則：(1)先粗后精的原則。(2)先面后孔的原則。(3)刀具集中的原則。2.1.5零件的定位與安裝1.定位安裝的基本原則

在數(shù)控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則與普通機床相同，也要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。為了提高數(shù)控機床的效率，在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時應(yīng)注意以下三點：(1)力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。(2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工面。(3)避免采用占機人工調(diào)試加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。(4)夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位。2.選擇夾具的基本原則

數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機床的坐標(biāo)方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。其次，還要考慮以下三點：(1)準(zhǔn)備時間短。(2)裝卸零件方便。(3)便于自動化加工。2.1.6數(shù)控加工刀具與工具系統(tǒng)

刀具與工具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要的內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具和工具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定

、安裝調(diào)整方便等。1.數(shù)控加工刀具材料(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)。(6)聚晶金剛石(PCD)。2.數(shù)控加工刀具

1)車削加工刀具

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等均有焊接式和機夾式之分，目前數(shù)控車床上廣泛使用機夾式可轉(zhuǎn)位刀具，其結(jié)構(gòu)如圖所示。2)銑削加工刀具

選擇銑刀時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。3)孔加工刀具

數(shù)控孔加工刀具常用的有中心鉆、鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。所鏜孔徑的大小靠調(diào)整刀具的懸伸長度保證，調(diào)整較麻煩，僅用于單件小批生產(chǎn)。但單刃鏜刀結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性較廣，粗、精加工都適用。3.數(shù)控機床的工具系統(tǒng)

在加工中心上要適應(yīng)多種形式零件不同部位的加工，故其刀具裝夾部分的結(jié)構(gòu)、形式、尺寸也是多種多樣的。把通用性較強的幾種裝夾工具(例如裝夾不同刀具的刀柄和夾頭等)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化就成為通常所說的工具系統(tǒng)。該工具系統(tǒng)，是一個聯(lián)系數(shù)控機床的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點。如圖為鉆頭與刀柄的連接圖。4.對刀儀

對刀儀又稱刀具預(yù)調(diào)儀，是用來調(diào)整或測量刀具尺寸的，是數(shù)控機床的輔助工具。從工作方式上看，對刀儀分機內(nèi)測量和機外測量兩種；從結(jié)構(gòu)與原理上又分接觸式測量和非接觸式測量。機外測量需要將每把刀具依次測量其長度或直徑，并輸入到系統(tǒng)中，常用的有光學(xué)投影式對刀儀等。機內(nèi)測量是將刀庫中的刀具按事先設(shè)定的程序進(jìn)行測量，然后與參考位置或者標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行比較得到刀具的長度或直徑，并自動更新到相應(yīng)的NC刀具參數(shù)表中，常用的有壓電式對刀儀和激光式對刀儀等。對刀儀對刀精度一般在0.001mm左右。2.1.7切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(或切削速度)、背吃刀量、進(jìn)給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。

(1)背吃刀量ap(mm)。背吃刀量ap主要根據(jù)機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進(jìn)給次數(shù)切除加工余量，最好一次切凈余量，以便提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控機床上，精加工余量可小于普通機床，一般取0.2mm~0.5mm。(2)主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速n主要根據(jù)允許的切削速度v(m/min)選取。

式中

v——切削速度，由刀具耐用度決定，可查有關(guān)手冊或刀具說明書。幾種常用刀具的切削速度見附表。

D——工件或刀具直徑(mm)。(3)進(jìn)給量(進(jìn)給速度)f(mm/min或mm/r)。進(jìn)給量(進(jìn)給速度)f是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。2.1.8數(shù)控加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具的刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。所謂“刀位點”是指刀具對刀時的理論刀尖點，也是刀具定位的基準(zhǔn)點，如圖所示。1.加工路線的確定原則

編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：(1)加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高、走刀安全；(2)使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；(3)應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。2.車削加工路線的確定1)最短的車削加工路線車削進(jìn)給路線為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。圖為粗車幾種不同車削進(jìn)給路線的安排示意圖。其中圖(a)表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復(fù)合循環(huán)功能控制車刀沿著工件輪廓進(jìn)行進(jìn)給的路線；圖(b)為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”進(jìn)給路線；圖(c)為利用其矩形循環(huán)功能而安排的“矩形”進(jìn)給路線。2)車削螺紋加工路線在數(shù)控機床上車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進(jìn)給應(yīng)和機床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，因此應(yīng)避免進(jìn)給機構(gòu)加速或減速過程中車削。為此要有切入距離δ1和切出距離δ2。如圖所示，δ1和δ2

的數(shù)值不僅與機床拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性有關(guān)，還與螺紋的導(dǎo)程和螺紋的精度有關(guān)，一般δ1為2mm~5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般取δ1的（1/2~1/4）左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，系統(tǒng)控制刀具按45°退刀收尾。3.銑削加工路線的確定1)順銑和逆銑

銑削有順銑和逆銑兩種方式。當(dāng)工件表面無硬皮，機床進(jìn)給機構(gòu)無間隙時，應(yīng)選用順銑，按照順銑安排加工路線。因為采用順銑加工后，零件已加工表面質(zhì)量好，刀齒磨損小。精銑時，尤其是零件材料為鋁鎂合金、鈦合金或耐熱合金時，應(yīng)盡量采用順銑。當(dāng)工件表面有硬皮，機床的進(jìn)給機構(gòu)有間隙時，應(yīng)采用逆銑，按照逆銑安排加工路線。因為逆銑時，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刃；機床進(jìn)給機構(gòu)的間隙不會引起振動和爬行。2)銑削外輪廓的加工路線

銑削平面零件外輪廓時，一般是采用立銑刀側(cè)刃切削。刀具切入零件時，應(yīng)避免沿零件外輪廓的法向切入，以免在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕，而應(yīng)沿切削起始點延伸線(圖a)或切線方向(圖b)逐漸切入零件，保證零件曲線的平滑過渡。同樣，在切離零件時，也應(yīng)避免在切削終點處直接抬刀，要沿著切削終點延伸線(圖a)或切線方向(圖b)逐漸切出零件。3)銑削內(nèi)輪廓的加工路線銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時，同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出，此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。下圖所示為銑切內(nèi)圓的加工路線，圖中R1為零件圓弧輪廓半徑，R2為過渡圓弧半徑。4)銑削內(nèi)槽的加工路線

內(nèi)槽在模具零件較常見，都采用平底立銑刀加工，刀具圓角半徑應(yīng)符合內(nèi)槽的圖樣要求。下圖所示為加工內(nèi)槽的三種加工路線。圖(a)和圖(b)分別用行切法和環(huán)切法加工內(nèi)槽。綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點，采用圖(c)所示的加工路線。4.孔加工路線的確定1)確定xy平面內(nèi)的加工路線

安排加工路線時，要避免機械進(jìn)給系統(tǒng)的反向間隙對孔位精度的影響。例如，鏜削圖a所示零件上的四個孔。按圖b所示加工路線加工，由于4孔與1、2、3孔定位方向相反，y向反向間隙會使定位誤差增加，從而影響4孔與其它孔的位置精度。按圖c所示加工路線，就可避免反向間隙的引入，提高了4孔的定位精度。2)確定z向(軸向)的加工路線

刀具在z向的加工路線分為快速移動進(jìn)給路線和工作進(jìn)給路線。刀具先從初始平面快速運動到距工件加工表面一定定距離的R平面(距工件加工表面一切入距離的參考平面)上，然后按工作進(jìn)給速度運動進(jìn)行加工。圖a所示為加工單個孔時刀具的加工路線。對多孔加工，為減少刀具空行程進(jìn)給時間，加工中間孔時，刀具不必退回到初始平面，只要退到R平面即可，其加工路線如圖b所示。2.1.9工藝文件的制定1.機械加工工藝過程卡

機械加工工藝過程卡是以工序為單位，簡要地列出整個零件加工所經(jīng)過的工藝路線（包括毛坯制造、機械加工和熱處理等）。它是制訂其他工藝文件的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、編排作業(yè)計劃和組織生產(chǎn)的依據(jù)。在這種卡片中，由于各工序的說明不夠具體，故一般不直接指導(dǎo)工人操作，而多作為生產(chǎn)管理方面使用。但在單件小批生產(chǎn)中，由于通常不編制其它較詳細(xì)的工藝文件，就以這種卡片指導(dǎo)生產(chǎn)。其格式見機械加工工藝有關(guān)手冊。2.機械加工工藝卡

機械加工工藝卡是以工序為單位，詳細(xì)地說明整個工藝過程的一種工藝文件。它是用來指導(dǎo)工人生產(chǎn)和幫助車間管理人員和技術(shù)人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術(shù)文件，是廣泛用于成批生產(chǎn)的零件和重要零件的小批生產(chǎn)中。加工工藝卡內(nèi)容包括零件的材料、毛坯種類、工序號、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設(shè)備和工藝裝備等。其格式見機械加工工藝有關(guān)手冊。3.數(shù)控加工工序卡

數(shù)控加工工序卡片是根據(jù)機械加工工藝卡為一道工序制訂的。它更詳細(xì)地說明整個零件各個工序的要求，是用來具體指導(dǎo)工人操作的工藝文件。在這種卡片上要畫工序簡圖，說明該工序每一工步的內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設(shè)備與工藝裝備。同時還要注明程序編號、編程原點和對刀點等。4.數(shù)控加工刀具卡

數(shù)控加工刀具卡主要包括刀具的詳細(xì)資料，有刀具號、刀具名稱及規(guī)格、刀輔具等。不同類型的數(shù)控機床刀具卡也不完全一樣。數(shù)控加工刀具片同數(shù)控加工工序卡一樣，是用來編制零件加工程序和指導(dǎo)生產(chǎn)的重要工藝文件。2.2圖形的數(shù)學(xué)處理

2.2.1基點計算

一個零件的輪廓曲線常常有不同的幾何元素組成，如直線、圓弧、二次曲線等。各幾何元素間的連接點稱為基點，如兩直線的交點，直線與圓弧的交點或切點，圓弧與圓弧的交點或切點，圓弧或直線與二次曲線的切點或交點等。

零件平面輪廓大多由直線和圓弧組成，所以零件輪廓曲線的基點計算較簡單。基點的計算一般可根據(jù)圖紙給定條件，用幾何法、解析幾何法、三角函數(shù)法或用計算機繪圖求得。2.2.2節(jié)點計算

如果零件的輪廓曲線不是由直線或圓弧構(gòu)成（如可能是橢圓、雙曲線、拋物線、一般二次曲線、阿基米德螺旋線等曲線），而數(shù)控裝置又不具備其他曲線的插補功能時，要采取用直線（圖a）或圓?。▓Db）逼近的數(shù)學(xué)處理方法。即在滿足允許編程誤差的條件下，用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點或切點稱為節(jié)點。如圖所示1、2、3點為節(jié)點。最大偏差δ≤δ允，δ允一般取零件公差的1/5~1/10。1.等間距法直線逼近節(jié)點計算

等間距法直線逼近節(jié)點計算特點是每個程序段的某一個坐標(biāo)增量相等，根據(jù)曲線的表達(dá)式求出另一個坐標(biāo)值，即可求得節(jié)點坐標(biāo)。如圖所示，由起點開始沿x軸方向△x取為等間距長，再由曲線方程y=

f(x)

求得yi，設(shè)xi+1=xi+△x，yi+1=f(xi+△x)，可求出一系列節(jié)點坐標(biāo)值作為編程數(shù)據(jù)。這種方法的關(guān)鍵是確定間距值，△x取決于曲線的曲率和允許誤差δ允，常根據(jù)加工精度憑經(jīng)驗選取，一般選取△x=0.1mm，再進(jìn)行誤差驗算。若不滿足δ≤δ允，則減小△x的取值。2.等步長法直線逼近節(jié)點計算

這種方法的特點是使所有逼近線段的長度相等，亦即每個程序段的長度相等，如圖所示。3．等誤差法（變步長法）直線逼近節(jié)點計算

等誤差法計算節(jié)點的特點是使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等，且小于或等于δ允，各逼近線段的長度不相等，如圖所示。4．曲率圓法圓弧逼近輪廓的節(jié)點計算

圓弧逼近輪廓求節(jié)點的方法有曲率圓法、三點圓法和相切圓法等。這里介紹曲率圓法，它是一種等誤差圓弧逼近法，應(yīng)用于曲線

y=f(x)為單調(diào)的情形。若不是單調(diào)曲線則可以在拐點處分段，使每段曲線為單調(diào)。其計算方法如圖所示。2.2.3輔助計算1.增量值計算

描述機床（或刀具）運動和位置有兩種坐標(biāo)形式，一是直角坐標(biāo)；二是極坐標(biāo)。直角坐標(biāo)又分絕對值坐標(biāo)和增量值坐標(biāo)。絕對值坐標(biāo)是當(dāng)前點相對于坐標(biāo)原點的坐標(biāo)，而增量值坐標(biāo)是當(dāng)前點相對于前一點的相對坐標(biāo)，也就是說當(dāng)前點的增量坐標(biāo)值是當(dāng)前點的絕對坐標(biāo)值與前一點的絕對坐標(biāo)值之差。2.螺紋實際牙頂、實際牙底尺寸計算

螺紋牙型高度是指在螺紋牙型上，牙頂?shù)窖赖字g垂直于螺紋軸線的理論高度H，如圖所示。2.3典型零件的數(shù)控加工工藝分析下面以圖所示零件為例，介紹其數(shù)控車削加工工藝。1.零件圖工藝分析通過上述分析，采取以下幾點工藝措施。（1）對圖樣上給定的幾個精度（IT7~IT8）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，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，因此在加工時應(yīng)進(jìn)行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。（3）為便于裝夾，毛坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分（雙點劃線部分），右端面也應(yīng)先車出并鉆好中心孔。毛坯選